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在使用矽氧烷溶劑的乾洗處理中用於水分離的系統和方法

2023-10-09 04:13:34 1

專利名稱:在使用矽氧烷溶劑的乾洗處理中用於水分離的系統和方法
技術領域:
本發明屬於對服裝、織物、紡織品等進行乾洗的一般領域,更特別地涉及一種把水從乾洗溶劑中分離出來的方法和設備,該乾洗溶劑具有獨特的密度和比重特性。
與本發明相關的背景技術乾洗是一種遍及世界的重要行業。僅在美國就有4萬多家乾洗店(其中許多有連鎖店)。乾洗業是當今經濟中不可缺少的行業。許多衣物(及其他物品)必須進行乾洗,以除去人體分泌的油脂,保持清潔,同時防止縮水及褪色。
迄今為止普遍採用的乾洗劑是全氯乙烯(PERC)。它的使用存在著許多不利因素,包括其自身的毒性和氣味。
在該領域中存在的另一個問題是不同的織物需要使用不同的系統來處理,以防止在乾洗過程中損壞織物。
先前的乾洗工藝包括使用各種溶劑及適合的機器來完成洗滌。如前所述,過去最普遍採用的溶劑是全氯乙烯。全氯乙烯有著非常好的洗滌效果,但其主要缺陷是危害健康,汙染環境,即它的使用會導致許多種癌症,汙染地下水,損害水生物。在一些地區,由於其危害性,全氯乙烯被禁用。此外,過去也曾嘗試使用其他溶劑,例如石油基溶劑或烴類。所述各類溶劑比全氯乙烯具有較小的侵蝕性,但它們仍屬於揮發性有機化合物(VOC’s)。因此,在大多數空間區域,這類化合物受到限制。
乾洗業長期依賴石油基溶劑,及為人熟知的氯化烴、全氯乙烯和三氯乙烯,用來清洗紡織品和服裝面料。自二十世紀四十年代以來,全氯乙烯被譽為不易燃、去汙力強、洗滌效果理想、特別適用於乾洗業的合成物。在二十世紀七十年代初,發現全氯乙烯可致動物肝癌。這是一個引起恐慌的發現,因為乾洗行業的汙水排放、廢物堆積,會使汙染物滲入土壤和地下水。
環境保護機構日益出臺更為嚴格的法規,最終於1996出臺法律,要求所有乾洗店採用「幹至幹」循環,意即紡織品及衣物以乾燥狀態進機,以乾燥狀態出機。這要求「閉環」系統操作,以回收絕大部分液態和氣態全氯乙烯。此「循環」過程包括,將紡織品或衣物放入特製的洗衣機,該洗衣機可容納15至150磅紡織品或衣物,帶有圓形觀察窗。放入洗衣機前,要對織物或衣物的汙漬進行人工檢查。如果織物是非常見的,或者是對於難於處理的質地,則需檢查標籤,確認製造商是否認為物品適於乾洗。如果不這樣做,則可能造成永久性汙漬。例如,一處糖漬不易被發現,但是一經乾洗,就會因氧化而變成棕色。如果汙漬是油漬,水就不起作用,但溶劑可以溶解油脂。事實上,對某些衣物採用乾洗方法的主要原因(此類衣物不適用常規洗衣機),是除去積聚的身體分泌的油脂(如脂肪酸),因其易於氧化而產生汙穢氣味。
積聚於溶劑中的油脂和脂肪酸通過過濾作用去除,回收溶劑。換言之,髒汙的溶劑被蒸餾並通過蛇形管所有蒸汽被冷凝成為液體。回收的液體由溶劑和水組成,然後使該液體通過一個分離器,從而分離所述的兩種不可混溶的液體。清洗前紡織品曝露於環境空氣中,因此所述水分可能來自環境空氣中的天然溼氣。水分的另一來源,在於衣物的預除汙過程。
從機中取出紡織品前,洗滌機成為乾燥機。熱風吹入箱體,而不再向外排風,氣流進入冷凝器,將蒸汽冷凝成液體。然後該液體通過一個分離器,把水與溶劑分開,從而回收再利用該溶劑。
如果水與溶劑未分開,水將進入相連的儲存罐。由於其密度的原因,水將沉降於罐的底部。如果水平面足夠高時,泵系統將把水吸起並泵到正被洗滌的物品上,這將導致物品的損傷。
如果水沉積於底罐足夠長時間,細菌開始生長,這將導致臭味產生,而臭味會傳給正被洗滌的物品。烴類溶劑是細菌的養料,會迅速促進細菌的生長。較輕密度溶劑和較重密度水之間的界面層引起在水和溶劑之間產生一界面層。在該界面層存在的極性溶劑可溶解汙染物包括脂肪酸、食物、汗水和一般的人體氣味。長時間的沉積會迅速導致細菌的生長並最終導致臭味的產生。
因此,對專業的乾洗而言,以一種不損傷洗滌物或不引起臭味的方式控制水的存在是非常關鍵的。否則的話,會引起顧客的不滿意。
適當選擇水/溶劑分離系統的依據之一是溶劑和水的密度或比重的差異。相對於水的密度或比重(1.0),全氯乙烯(最普遍採用的溶劑)的密度或比重是1.619。其次普遍採用的溶劑類型是石油基或烴類溶劑,其比重範圍是在0.754和0.820之間,其中最普遍採用的烴類溶劑(DF-2000)的比重是0.77。水和溶劑比重的差異越大,對兩者分離就越容易。針對該溶劑的密度大於或小於水的密度並且密度差大於0.03,設計和使用了重力分離器。
雖然已開發了一些系統來分離水和比重與水(1.0)有明顯差異的溶劑,但還沒有嘗試去分離水和比重接近1.0的溶劑。
發明簡述本發明使用一種有機/無機雜化物(有機矽氧烷)的特殊溶劑,其比重為0.95。該溶劑的比重與水(1.0)接近,加之該溶劑的粘度,導致在乾洗過程中產生小水珠。標準的重力分離器採用傳統的析出方法來分離水和溶劑,對於使用(有機矽氧烷)溶劑是不起作用的。
為適應這種需要,本發明包括一種系統和方法,用於乾洗過程中水和矽氧烷溶劑的分離。其中包括,一個進口,該進口能從乾洗設備的洗滌筐中接收乾洗液和水的混合物。該乾洗液包含一種矽氧烷組分。乾洗裝置還有一個液流控制器,用來推進來自出口的混合物的流動。所述液流控制器與一聚結介質耦合,該聚結介質接收由所述液流控制器所推進的混合物。一個容器與所述聚結介質連接,接收來自聚結介質的混合物,從而分離水和乾洗液。一個出口也與所述容器連接,在脫水狀態下,把乾洗液從所述容器中除去。


圖1是乾洗機的示意圖,其使用的溶劑具有需要真空蒸餾的沸點;圖2是根據本發明實施例的乾洗步驟流程圖;圖3是分離水和溶劑的操作步驟、流程圖;以及圖4是用於分離水和溶劑的所有機械裝置的示意圖,其中水和溶劑的密度非常接近,如前述圖3所示發明詳述本發明包括一種設備和方法,共同用於乾洗紡織品、織物、皮革製品等。
為了說明本發明涉及的相互關聯的洗滌步驟,在圖1中給出乾洗系統5的示意圖,當然洗滌配置還可以有所選擇。應該注意到,圖1中的洗滌系統5可用於處理3級A型(Class3-A type)溶劑。
在乾洗衣物或其他物品時,首先把它們放入系統5中的一個水平旋轉的洗滌筐10中。用泵12送入一種乾洗液開始洗滌循環,該乾洗液包括一種有機矽氧烷基矽氧烷(organo silicone-basedsiloxane solvent)溶劑。從一個工作罐14或一個新溶劑罐16把溶劑泵入裝有衣物的洗滌筐10。通過過濾器18、或直接把溶劑泵入洗滌筐10。
從洗滌筐10,通過按鈕式閥門20,溶劑被循環到泵12。在攪動預定時間後,排出溶劑並泵入圖1所示3個罐(罐14、罐16和罐22)中的任何一個。然後離心甩乾洗滌筐10,從而把剩餘的溶劑排到任何所希望的罐中。
與本發明所用特定溶劑相容的過濾系統類型有一種20和30微米型的旋轉圓盤,所用硅藻土能夠選用30微米的旋轉圓盤;一種管狀過濾系統(軟管、硬管、或者凸緣(bump)管),也能夠選用硅藻土;一種筒狀(活性炭芯、整體活性炭、或者標準型號,特大的或可分的型號);Kleen Rite筒系統,該系統無需蒸餾器。也可使用10至100微米孔隙的過濾器,在分離前過濾冷凝的蒸汽。
過濾溶劑還可除去洗滌衣物上析出的髒汙微粒。而且,過濾矽氧烷基溶劑消除了該溶劑的聚合作用,即使存在催化劑。
用於洗滌的溶劑應用蒸餾法提取,其比率是每100磅提取10至20加侖,除非使用前述的Kleen Rite筒系統。為完成此過程,可以使用一個蒸餾器24來收集來自過濾器18或來自廢液罐22的溶劑。廢液罐22中的溶劑通過吸管引入蒸餾器,因為該蒸餾器處於真空條件下,真空是通過一個浮球閥(圖中未示出)加以控制的。
任何來自蒸餾器的回收的或冷凝的蒸汽可用蒸餾器蒸汽冷凝器26的水冷卻蛇形管進行冷凝。其後,重力驅使冷凝溶劑進入分離器28。流動速率與蒸餾器有關,其範圍是0.75至1.25加侖/每分鐘(GPM),分離器要相應地進行設計。用液壓泵30或文氏管法引起的排液過程產生真空。
在乾燥過程中,衣物在洗滌筐10中翻滾,一個風扇32迫使空氣吹過加熱蛇形管34,這使進入的空氣流的溫度在120和180華氏度之間。當留在衣物上的溶劑和水被加熱並形成蒸汽時,空氣流離開洗滌筐10並流過乾燥蒸汽冷凝器36的冷卻蛇形管,在這裡蒸汽冷凝成液體。通過一個導管37,上述液體自重進入分離器28。
離開洗滌筐10的含有蒸汽的空氣,其溫度範圍是在120和138華氏度之間。這種溫度是重要的,原因在於它低於前述溶劑閃點30華氏度或更多。在一實施例中,冷凝液體的流動速率可限制於0.75加侖/每分鐘,因此可依據蒸餾器和乾燥蒸汽冷凝器26和36的冷凝液體的結合流動速率來設計分離器。
圖2說明一種步驟,其可以使用本發明的各種部件,以達到闡明的目的。依據上述乾洗過程,不止一種而是兩種或更多的溶劑來源進入分離器。把重新冷凝的溶劑送回乾洗系統的能力依賴於分離器28及其效率。
為獲得這種效率,提供了一種分離水和溶劑的方法,如圖3所示。如操作步驟40所示,在乾洗過程中,乾洗液和來自衣物的任何水分所組成的混合物被除去。在操作步驟42中,分離器28收集該混合物。該混合物一經收集就被推動通過一聚結介質,如操作步驟44所示。接著,分離乾洗液和水,見操作步驟46。
圖4是根據本發明一個實施例的分離器28的示意圖,它可以實施圖3的方法。當水合溶劑或水和乾洗液的混合物流向分離器28的主容器48時,可對混合物進行過濾,從而阻止纖維屑和髒汙微粒進入分離器28,該雜質會限制下遊的凝聚過濾器。為完成這種過濾過程,可在進口管52的初端覆蓋聚結介質(coalescent media)56。根據本發明的各種聚結介質,包括尼龍或任何其他聚結介質。在圖1乾洗系統5中,以一定的方式用管路把蒸汽冷凝器26和蒸汽冷凝器36連接起來,不存在下部存水點。這樣,混合物的流液儘可能直接進入分離器28。
水合溶劑在50處進入分離器28,在50處所述水合溶劑靠自重流下進口管52,並在水和乾洗液之間界面層54上方的幾英寸處停止向下流動。矽氧烷基溶劑不溶於水,而水是以微團的形態懸浮在水合溶劑中,直到形成直徑約0.015cm的水珠。該水珠由於自重沉降於主容器48的底部。所述水合溶劑從進口管52的水平埠55處水平地流出,從而把擾動降至最低程度。
當主容器48中的液體增加時,一個浮動液面開關58會斷開,並接著起動一個潛水泵60,該潛水泵的額定轉速為400加侖/每小時。在主容器48總高度1/3和1/2之間,泵60汲取水合溶劑,然後該液體通過泵60泵入過濾箱62,該過濾箱62有一個高度在2和20英寸之間的垂直腔。
然後,迫使水合溶劑流過聚結介質64,聚結介質64置於過濾箱62內。該介質直徑在2至12英寸之間,其橫截面在1/4和4英寸之間。應該注意到,在過濾箱62的垂直腔中可以放置3個或更多的分離介質64。PFP聚合物可用於製造聚結介質64,而PFP聚合物的蜂窩狀孔隙結構便於水微團的凝聚。當水合溶劑被迫流過聚結介質64時,一些水珠會形成並出現在聚結介質64的外側。
泵60可以是電動式的或氣動式的。使用任何液流控制器,如泵60,或者利用真空都能達到足夠的分離效果。選用的液流控制器應達到0.5至2.5加侖/每分鐘的流量。如果水合溶劑的流入量大於聚結介質64所允許的量,可以降低浮動液面開關58的位置,從而使水合溶劑有更大的緩衝區,其中浮動液面開關58的作用是起動液流控制器。
分離後的液體離開過濾箱62後,進入另一個容器68中的垂直管66,容器68使水珠沉降於底部。分離後的溶劑流出溶劑出口69。
在容器68底部收集的水珠,靠自重通過導管70流入主容器48的底部。在一實施例中,導管70的內徑是在1/8和1/4英寸之間。收集於主容器48底部的水通過一個水中的浮動液面開關72排出,浮動液面開關72以機械方式開啟鉸鏈閥74。也可以用兩個電導點或探針(未示出),當水面升高時它們會接觸,從而構成一個迴路,並進而發信號給氣動閥或電動閥,來排出主容器48中的水。在主容器48的底部也可以有一個人工排水口,用於周期性的人工維護。
可以用不鏽鋼或聚乙烯製造主容器48。不贊成用碳鋼製造主容器48,因為氧化作用和生鏽可能會迅速發生。而且,也不贊成使用聚乙烯管、聚氯乙烯和氯乙烯,因為矽氧烷基溶劑會除去增塑劑從而使材料變脆。也可以使用不受溶劑影響的其他製品。
採用矽氧烷基溶劑時,允許一定的溫度範圍,這種觀點在傳統的乾洗領域通常並不存在。乾洗時,控制液體溶劑的溫度非常關鍵。
如前所述,最普遍採用的溶劑是全氯乙烯,其理想保持的溫度範圍是在78至82華氏度之間。這也是目前在乾洗領域採用的所有其他溶劑的通常範圍。如果溫度增加,溶劑則更具侵蝕性,這導致洗滌織物的損傷。KB(kari butyl)值的增加,通常導致洗滌衣物上的染料脫落並把這些染料轉移到其他洗滌的衣物上。對控制溫度的關心促使乾洗機製造商在底罐安裝水冷卻蛇形管和在管路上安裝串聯式水冷卻套管,以利於熱傳遞。
通過增加根據本發明的矽氧烷基溶劑的溫度範圍到90至130華氏度,提供了洗滌所需的侵蝕性,但不會造成脫色問題。此過程最好這樣完成以閉環方式循環水,從熱水罐出發,通過一個循環泵,接著通過蛇形管(先前用於冷卻),以後流回熱水罐。所述循環泵可用溫度探頭加以控制,溫度探頭可置於溶劑中。獲得精確控制的溶劑溫度,溶劑溫度影響了溶劑的侵蝕性但不會引起洗滌衣物的損傷。
以上描述了多種實施例,應當明了的是,本發明不限於此。對實施例的描述是為了便於理解本發明,不應構成對本發明範圍的限制。本發明的範圍應由以下權利要求及等效文件限定。
組件符號說明5 乾洗系統10 洗滌筐12 泵14 工作罐16 新溶劑罐18 過濾器20 按鈕式閥門22 廢液罐24 蒸餾器26 冷凝器28 分離器30 液壓泵32 風扇34 加熱蛇形管36 冷凝器37 導管48 主容器50 進口52 進口管54 界面層55 水平埠56 聚結介質58 浮動液面開關60 潛水泵62 過濾箱64 聚結介質66 垂直管68 容器69 溶劑出口70 導管72 液面開關74 鉸鏈閥
權利要求
1.一種能夠在乾洗過程中把水和一種溶劑分離的系統,包括(a)一個進口,能夠從一個乾洗裝置的一個冷凝器接收乾洗液和水的混合物,其中所述乾洗液包括一種矽氧烷組分;(b)一個液流控制器,用來推進從所述進口接收的所述混合物的流動;(c)一個分離器,接收由所述液流控制器所推進的所述混合物;(d)一個與聚結介質耦合的容器,用來接收來自所述聚結介質的所述混合物,從而分離所述乾洗液和所述水;以及(e)一個與所述容器耦合的出口,用來在基本脫水時從所述容器中排出所述乾洗液。
2.根據權利要求1所述的系統,進一步包括一個與所述進口耦合的過濾器,所述過濾器具有尺寸為10至100微米的孔。
3.根據權利要求1所述的系統,其中所述進口用管路連接以避免出現可以積聚水的低點。
4.根據權利要求1所述的系統,進一步包括第二個與所述進口耦合的聚結介質,以進一步聚結。
5.根據權利要求1所述的系統,進一步包括第二個與所述出口耦合的聚結介質,以進一步聚結。
6.根據權利要求1所述的系統,其中所述液流控制器是一種真空裝置。
7.根據權利要求1所述的系統,其中所述液流控制器是一臺泵。
8.根據權利要求7所述的系統,其中所述泵由一個浮動液面開關起動。
9.根據權利要求7所述的系統,其中所述泵是一個電動泵。
10.根據權利要求7所述的系統,其中所述泵是一個氣動泵。
11.根據權利要求1所述的系統,其中所述在容器中的水是被排出的。
12.根據權利要求11所述的系統,其中重力驅使來自所述容器的所述水通過一個排水管。
13.根據權利要求12所述的系統,其中所述水是通過一個鉸鏈閥從所述容器中排出,所述鉸鏈閥由一個浮動液面開關進行起動。
14.根據權利要求12所述的系統,其中所述水是通過一個閥從所述容器中排出,當水位上升到預定水平面時,兩個探針構成迴路實現導通,起動所述閥。
15.根據權利要求1所述的系統,其中所述乾洗液通過過濾器循環,濾出髒汙微粒,並阻止所述乾洗液的聚合作用。
16.根據權利要求1所述的系統,其中所述乾洗液的溫度保持在90和130華氏度之間。
17.根據權利要求1所述的系統,其中多達3個聚結介質放置於所述進口和所述出口之間。
18.一種在乾洗過程中把水從一種溶劑中分離出來的方法,包括如下步驟(a)將乾洗衣物在一種乾洗液中浸泡,所述乾洗液包括一種矽氧烷組分;(b)在所述的矽氧烷組分中攪動所述衣物;(c)將所述乾洗液和水的混合物從所述衣物中排除;(d)接收蒸汽;(e)推進冷凝蒸汽流過一聚結介質;以及(f)將所述乾洗液和所述水分離。
全文摘要
提供一種系統和方法,用來在乾洗過程中把水從溶劑中分離出來。該系統包括一個進口(52),能從一個乾洗設備的洗滌筐中接收乾洗液和水的混合物。該乾洗液包括一種矽氧烷組分。該系統還包括一個液流控制器(60),它促使從出口獲得的混合物進行流動。與液流控制器相耦合的是一種聚結介質(64),該聚結介質接收液流控制器(60)所推動的混合物。一個容器(68)與聚結介質(64)耦合,以收集來自聚結介質(64)的混合物,分離水和乾洗液。容器(68)還與出口(69)連通,以便在脫水狀態將乾洗液從容器(68)中排出。
文檔編號D06F43/00GK1373822SQ00812805
公開日2002年10月9日 申請日期2000年7月13日 優先權日1999年7月14日
發明者渥爾夫-迪特·R·奔迪特, 約翰·麥克利得·格裡菲斯, 詹姆斯·E·道格拉斯 申請人:格林厄斯清潔公司

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