什么是工业4.0?什么是工业互联网?什么是中国制造2025

什么是工业4.0?什么是工业互联网?什么是中国制造2025,第1张

《纽约时报》2012年2月13日撰文称,“移动互联网、大数据、智能制造这三个技术结合在一起,正在彻底颠覆我们的生活”。2015年中国有几个概念非常的热火,第一是大众创业、万众创新,第二是工业40,第三个是“互联网+”。
“互联网+”
“互联网+”这个巨大无比的概念里,包含“互联网+金融”、“互联网+零售”等等,而“互联网+制造”就是工业40。中国政府积极推进工业40工程,明确提出“制定‘互联网+’行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合”。国务院提出的“互联网+”的本质是指产业互联网,与早期提出的两化融合,和现在提出的工业40不谋而合。“互联网+”是两化融合的升级版,将推动中国制造向中国创造转型。
中国发展“互联网+制造”具有三方面显著优势:首先,ICT产业领先,在移动通信领域,华为、中兴已经是全球领先的电信设备供应商,中国移动是TD-LTE标准的重要推动者之一,中国企业在该领域已经建立起自己的知识产权武器库。在应用端,中国移动互联企业也已取得全球领先地位;其次,市场前景广阔,2012年中国制造业增加值占全球制造业增加值的224%,居全球第一位,比排名第二的美国高5个百分点,是排名第三的日本的两倍多,而且中国的制造业中劳动密集型企业仍然占据很大份额,未来提升的空间很大;再次,政策支持,从中央到地方政府,已为制造业转型升级制定多项支持计划。2012年7月,国务院印发《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,将新一代信息技术、高端装备制造、新能源、新材料等七大产业列为国家重点发展的新兴产业,并把物联网、云计算单独列为重大专项工程。“中国制造2025”的出台,更将互联网和制造业的结合作为未来制造业发展的重要方向。
助推“互联网+中国制造”的三个基础分别是:软件一体化、创新生产硬件以及移动互联网。
移动互联网在中国扎根已有十五年的时间,移动互联网过去的所有的资源、资金都已经压在第三产业,所以我们称之为消费互联网。现在移动互联网来到工业、农业。按照马云的说法,互联网成为这个社会的底层基础设施,是水、电、煤和高速公路。那么,随着移动互联网对工业领域、农业领域的颠覆、侵袭,实际上整个移动互联网个人认为它进入深层次的再造,深层次的重新产生效率的一个阶段。这也就是我们中国政府提出“互联网+”的核心要义所在。
实际上在过去的15年当中,我本人不仅见证了自动化到互联网化,还洞察了万物互联所带来的技术变迁。以移动互联网为核心的工业制造业,它影响到整个中国的就业,因为在制造领域里,就业人员达8000万以上,它会影响到军事、国防,影响所有的产品生产、制造、流程、供应链,是对制造业中传统工业生产模式的彻底颠覆,称之为工业革命,是毫不为过的。
看世界工业的演进史会发现,工业革命是经济史上的“奇点”,它推动了一系列的政治、军事、经济和社会变革。工业革命在放大人类力量的过程中形成了一些重要特点,第一次工业革命以蒸汽机与大机械结合为代表,生产效率大幅提高,生产引领消费,延续时间86年;第二次工业革命以内燃机与电气结合为代表,物动人不动,生产线将产品随时送到工作台,工人站定岗位,每人完成单一任务,以“一对多”规模生产,延续时间99年;第三次工业革命以自动化与网络化结合为代表,人动物也动,灵活生产“一对一”产品,到现在已经44年,大概还会延续10到20年。
第四次工业革命以2013年德国汉诺威为起始,基于信息物理融合系统的智能制造诞生。此次新一轮全球工业革命实际上是工业和互联网融合。
美国提出了工业互联网标准,希望关注设备互联、数据分析、以及数据基础上对业务的洞察,他们对传统工业互联网互联互通,其关注点在大数据和云计算。德国提出工业40,拥有强大的机械制造技术,嵌入式以及控制设备的先进设备和能力,德国很关注生产过程智能化和虚拟化的深刻改变。
可以看到,美国工业互联网和德国工业40,实施路径和逻辑相反,但是目标一致。美国是以GE、IBM这些公司为支持,侧重于从软件出发打通硬件;德国是以西门子、库卡、SAP这些公司为主导,希望可以从硬件打通到软件。无论从软到硬,还是从硬到软,两者的目标是一致的,就是实现智能制造,实现移动互联网和工业的融合。
德国政府所定义的德国工业40,由一个信息,一个网络,四大主题、三项集成、八项计划组成的框架结构。德国推出工业40,目的在于重新引导全球制造业潮流、引导第四次工业革命。谁主导了这场工业革命,谁可以制订标准,就可以成为这个革命的王者,可以挽救欧盟的衰落,也可以使德国重新成为世界的霸主。
工业40带来的三大红利领域
第一类,智能工厂。也分为两小类:一是传统的工厂转型成智能工厂;二是一出生就是智能工厂的。

第二类,技术解决方案公司。为制造业提供智能工厂、顶层设计、转型路径图、软硬件一体化设施的“工业40”解决方案公司,总集成商。在“工业40”解决方案里,包括软件、硬件。软件有工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系统、虚拟现实,人工智能,支持工作的自动化等。硬件有机器人(包括高端的零部件)、传感器、RFID、3D打印,机器视觉,智能物流,也是AGV,PLC,数据采集器,工业交换机等。
实际上中国有400万传统的制造业企业,在未来10年,甚至20年的时间,他们都会逐渐地分步骤地转型成“工业40”工厂。那么,这里就面临一个巨大的市场。
第三类,为中国的制造业转型成“工业40”过程当中的九大技术供应商,包括工业物联网,工业网络安全,工业大数据,云计算平台等等。
工业40的两大目标:智能制造&智能工厂
第一个目标是智能制造,第二个是智能工厂。过去智能制造商有几种说法:第一数字化制造,第二智慧制造,这些表述都不准确。工信部和中国工程院把中国版的工业40的核心目标定义为智能制造,这个词表述非常准确。由智能制造再延伸到具体的工厂而言,就是智能工厂。
智能制造是工业40的核心,作为广义概念,智能制造包含五个方面,实现这五个方面的智能化之后,才可以实现大的智能制造的概念。
智能制造是一个巨系统,工业40就意味着超复杂的巨系统正在形成,车间里面的机器如同智能手机,通过更新 *** 作系统实现功能升级,通过工业APP实现各种功能,通过API不断拓展制造生态系统。
所有的机器、产品、零部件、人员、原材料、所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂,所有的产品管理、生产管理、运营管理流程,所有的研发、生产、管理、销售员工,各级供应商以及成千上万的客户,都将是这一个系统的重要组成部分,一个基于云端、管道、端到端的信息复杂的体系正在形成。在这里面,车间的机器就像智能手机一样,整个 *** 作会形成一个巨大无比的巨系统。
在智能工厂,德国人希望实现两个概念目标。第一个是机器生产机器,或者说自己生产自己。第二个就是无人工厂,或者是黑灯工厂,或百分百全智能工厂,人与智能机器并存。智能工厂是现代工厂发展的新阶段,是在数字化基础上,利用物联网技术和设备监控技术,来加强信息和服务。

智能工厂有三大特征:第一个特征是信息基础设施高度互联,包括生产设备、机器人、 *** 作人员、物料和成品;第二是制造过程数据具备实时性,生产数据具有平稳的节拍和到达流,数据的存储与处理也具有实时性;第三是可以利用存储的数据从事数据挖掘分析,有自学习功能,还可以改善不优化制造工艺过程。
智能工厂的发展趋势是从柔性化到敏捷化到智能化再到信息化。
工业40的五个特点
互联
互联工业40的核心是连接,当然今天移动互联网的整个世界核心在连接,就像百度一样,在连接人和信息,就像腾讯一样,连接人和人。工业40要把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。
数据
当传感器无处不在,智能设备无处不在,智能终端无处不在,连接无处不在,必然的结果就是数据无处不在。这些数据包括产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据等等。
马云说过,阿里巴巴本质上是一家数据公司,雷军也讲过,小米本质是一家数据公司,从IT到DT,未来整个社会变成大数据的社会。
从工业30到工业40,我提出一个自己的观点,实际上从模具到数据,30的工业是以模具为核心,40的工业是以数据为基础,所有的工厂都会变成数据工厂。
集成
集成是工业40的关键词,也是中国推动两化融合的关键词,工业40将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。
通过这个智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务于服务之间,能够形成一个互联,从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。
创新
工业40的实施过程是制造业创新发展的过程,制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新,将会层出不穷,从技术创新到产品创新,到模式创新,再到液态创新,最后到组织创新。
转型
对于中国的传统制造业而言,转型实际上是从传统的工厂,从20、30的工厂转型到40的工厂,整个生产形态上,从大规模生产,转向个性化定制。阿里巴巴在三年前就提出,整个制造业的生产流程,从B2B、B2C,转成C2B。他们很敏锐地看到了这样的一个方向,整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化。这是工业40一个非常重要的特征。
工业40是从生产型制造转型成服务型制造。未来生产和服务的界限会更加模糊,按照德国工业40整个框架来说,未来的工厂有可能从集中式生产转成分布式生产。3D打印会快速使用,未来工厂的概念,可能是一个全新的概念,不是我们今天所看到的,有几百人、几千人和设备。未来的工厂可能在客户的客厅,通过3D打印来完成,有可能每一个客户的客厅都是一个生产的车间。
举一个例子,过去生产一台电饭煲,可能在中国的广东生产,然后运到非洲送给客户。但是在未来,工业40时代,这个广东的电饭煲公司只需要电脑设计图纸,传到非洲客户的电脑,客户就可以通过客厅的3D打印机把这台电饭煲打印出来,就意味着客厅已经成为生产车间,所以未来工厂的概念是需要刷新我们的想象的。
工业40是从过去要素驱动向未来的创新驱动。过去是基于人口红利,是基于整个生产的大规模化、定制化,基于汇率低估,破坏环境所导致的要素驱动。未来工业40时代,整个生产制造业向40工厂转型、向创新驱动,科技的含量会变的越来越多,工厂人数在急剧减少,过去蓝领工人会转向黑领工人,是由电脑 *** 作人员在 *** 作整个机器,车间里面会大量使用低成本自动化装备,启用工业机器人,生产过程当中机器可以实现德国40所定义的自己生产自己,机器生产机器。
中国制造2025
由中国政府在2015年初提出,将信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造作为今后发展主线,以未来十年为发展周期,目标是驱动制造业转型升级,推动中国由制造业大国向制造业强国转型。
从本质上看,工业互联网是数据流、硬件、软件和智能的交互,由智能设备和网络收集的数据存储之后,利用大数据分析工具进行数据分析和可视化,由此产生智能信息供决策者进行实时判断处理。从工作流程上来看,工业互联网通过三个步骤实现其效能:工业数据的获取、工业数据的分析、调度执行,分别对应于物联网、云计算和大数据、专网通信,这是工业互联网的关键元素。
在我国当前阶段,工业互联网具体表现为将互联网作为当前信息化的核心,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,推动两化融合深度发展。我们认为,工业互联网是2015年政府工作报告中提出的互联网+行动计划的关键部分,即互联网+工业。而中国制造2025也为后续产业升级指明了方向。在人类的发展史上,经历了两次技术的飞跃,分别是工业革命、计算机与互联网革命,我们认为,第三次技术的飞跃将是工业互联网革命。
工业革命:18世纪蒸汽机的发明,开创了以机器代替手工劳动的工业革命时代。工业革命在推进的过程中,分别出现了蒸汽机、内燃机,然后是电报电话和电力。
计算机与互联网革命:1947年,第一款点接触晶体管在贝尔实验室研制成功,标志着计算机与互联网革命的到来。1986年,思科推出第一款多协议路由器产品,市场需求强烈,有力的推动万维网的发展。1981年8月只有不到300台电脑可以连接到互联网,而今天连接互联网的设备则以数十亿计,信息传输的速度和数量大幅增长。然而,目前互联网在工业领域的渗透率还比较低。
工业互联网革命:经过工业革命的发展,大型机器在工业生产中得到了广泛的应用,促进了社会进步和经济大发展。但是机器的性能还没有完全发挥,系统性的效率低下问题比较严重。于是,在过去的十年中,部分企业开始逐步将互联网技术应用到工业生产,发展开放的工业计算机和通信系统。工业互联网将有助于工业系统各层面更好的运转,通过优化检查、维护和修理过程,资产的可靠性和运行的效率得以提高。

dt行李箱是品牌。
dt来自德国的两位年轻设计师以“HANDLEWITHOUTCARE”为理念,出奇的推出了“D&T(摔不破行李箱)”,它可以带给你无后顾之忧的旅行,让你专注于做自己想做的事,天生的“凹LOOK”让它被撞击后会变的更酷。设计师故意在平常容易被撞坏的位置设计凹槽,再配合上箱子整体比例,使得行李箱外形极具个性,而且长期使用而累计的撞击反而变成美化设计的工具。

德国电信在北京主要有三大机构,德国电信北京代表处,德电(T-SYSTEM)和德电咨询公司DETECON。
正好我认识人在里面,对三家也都有些了解,大概帮你回答一下:
德国电信北京代表处,在亮马桥凯宾斯基旁边,就是德国电信DT在中国的代表处,类似一个地区性联络站,没有实际业务,吃吃喝喝,见见人开开会,跟其他代表处差不多。老板是个特别另类的土耳其移民,据说比较那个,员工很少但特别官僚,腐败,貌似有几次新人干了一两个月就跑了。薪水不高。
T-SYSTEM在三元桥,有实际业务,IT解决方案之类的。员工好像有200左右,典型的IT外企风格,在上海,武汉,深圳还有分支办公室。薪水中偏上。
德电咨询DETECON比较牛,算是高级咨询公司,员工据说都要求清华北大常春藤毕业之流,所以……薪水当然也是极具竞争力的

机器人技术涉及众多领域,具有多学科交叉和融合等特点。机器人正在逐步发展成为具有感知、认知和自主行动能力的智能化装备,是数学、力学、机构学、材料科学、自动控制、计算机、人工智能、光电、通讯、传感、仿生学等多学科和技术综合的成果,其发展水平体现了国家高技术领域的综合实力。我国现阶段机器人的发展需要智能和自主作业能力的提升、人机交互能力的改善、安全性能的提高,解决制约“人机交互”、“人机合作”、“人机融合”的瓶颈,突破三维环境感知、规划和导航、类人的灵巧 *** 作、直观的人机交互、行为安全等关键技术。
机器人是新型技术的融合,为了使之能够适应功能的需求及保持其智能化的稳定性,要求机器人具备许多前沿科技。通常看来,RT技术主要由传感器、智能控制、驱动部分三大部分组成,涵盖计算机软件、半导体、大数据、电子技术、通信技术、人工智能、物联网、自动测量、自动定位、语音识别、图像处理、环境识别、驱动技术、蓄电池等多项跨领域、跨学科的前沿技术。
世界经济增长引擎也即将由IT,DT进入RT时代,智能机器人将成为物联网时代各行各业以及家庭个人消费者的核心终端产品。根据国际机器人联盟(IFR)的数据显示,仅仅是家用机器人在2012年全球消费总额已经达到16亿美元,2013-2016年估计会有2200万台智能家庭机器人得到销售。
物联网
物联网(The Internet of things)简单说就是就是物物相连的互联网。物联网的核心和基础仍然是网络,但用户端延伸和扩展到了任何物品,并让物与物之间实现信息交换和通信 。在物联网应用中有三项关键技术,1、传感器技术,2、RFID标签,3、嵌入式系统技术;借助于物联网可以将人与物、物与物相联,实现信息化、远程管理控制和智能化的网络,也因此被认为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
机器人是什么
机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,例如生产业、建筑业,或是危险的工作。

超临界流体染色技术具有低能耗、排废少、 *** 作简单与流程短的竞争优势,是一项可商业化生产的绿色环保的染整新技术。由于该技术使用的染色设备绝大部分为高压容器,整体成本较高,因此设计和制造适合超临界CO2流体染色的设备对于该技术的发展和推广至关重要。本文总结和述评了 20 年来国内外超临界CO2流体染色设备的研发进展,对其中具有较大影响力的关键设备和关键技术进行了重点介绍。文章还对超临界CO2染色设备的发展前景进行了展望。
Supercritical carbon dioxide(SC-CO2)dyeing technology, an environmentally benign and commercial available technology, has many advantages with the low power consumption, minimum waste, easy operation and short process However, due to the high-pressure equipment and high investment cost, it is important for developing and spreading of this technology to design and manufacture the suitable equipment for SC-CO2 dyeing process The progress of research and manufacture of supercritical CO2 fluid dyeing equipment in recent 20 years was summarized in this article The key equipments and technologies were highlighted The prospect of supercritical CO2 dyeing equipment was also discussed
相对于传统染色技术而言,超临界流体染色具有 *** 作简单与流程短的竞争优势,是一项可商业化生产的绿色环保的染整新技术。采用超临界CO2替代水作为染色介质,染色过程不需添加任何助剂,染色后剩余染料很容易从介质中分离,不排放到环境中,从源头上杜绝了废水的产生(表1)。另外,该染色技术流程比较简单,省去了常规染色中的水洗与烘干过程,降低了能耗。
由于开发超临界CO2染色工艺具有显著的经济和社会效益。德国、美国、日本和中国等国相继进行了超临界流体染色技术的研究开发工作,主要包括染料溶解度测试,涤纶纤维染色工艺和染色机理的研究,适用于超临界染色染料的研发,天然纤维染色,以及产业化染色设备的研制与优化等方面。
根据德国DTNW(德国西北纺织研究中心)调查,超临界流体染色流程的能源损耗量仅为一般染色机的 2/3,但由于染色设备绝大部分为高压容器,对设备及其配套设施的相对要求较高,因此其制造成本整体较高。同时,研究表明,设备设计的合理性和工艺优化是同等重要的。由于超临界染色设备的技术和开发均属于初期阶段,由于知识产权和技术保密的原因,各开发机构之间相互间信息交流很少。目前为止,超临界染色设备的开发尚停留在实验室及中试阶段,还未真正实现产业化。本文将就目前各类文献披露的世界各国相关机构进行的超临界流体染色设备的研究与发展进行总结,为染色设备的产业化提供借鉴。
1国外超临界CO2流体染色设备的研发进展
1989年DTNW在一台静态的超临界CO2染色实验室设备上对涤纶进行染色,首次实现了分散染料对聚酯的非水系统染色。该设备由 400 mL的高压釜和可搅拌的染色经轴组成。这一过程为静态过程,没有CO2流体的循环。
1991年Jasper公司与DTNW合作,研制了第一台配有染液搅拌装置的染色中样机。染色釜容积 67 L,最多可染 4 只 2 kg筒子纱。该设备虽然配有染液搅拌装置,仍然属于静态装置,不能使染液循环。因此对卷绕紧密的筒子纱或织物无法实现均匀染色。
1995年初,德国著名的高压容器生产企业Uhde(伍德)公司与DTNW合作,开发了一台具有染液循环系统的的设备,其染色釜容量为 30 L。这台设备于1995年在意大利米兰国际纺机展上展出,1996年又在日本大阪举行的国际纺机展上展出,受到广泛关注。该设备可以在染色过程中分离并除去多余染料及纺丝油剂,在变换染料时清洗设备,并配有CO2回收和循环使用系统。试验结果表明,在具有染液循环系统中染色的上染率比静态的带搅拌的染色装置中染色的上染率明显提高。然而,这一设备仅能实现单向循环,而CO2流体的循环对染色的均匀性和上染率等都有很大的影响,因此染色结果存在一定偏差。同时,由于使用双活塞泵,染色釜中CO2流速低,导致染色不均匀。根据出现的问题,伍德公司使用离心泵作为循环泵,取得了与水染色相似的结果。
伍德公司不断对设备进行改进,于1999年推出了经过 3 次重大改进后的设备。该设备 *** 作压力最高可达 30 MPa, *** 作温度 150 ℃,整机主要参数自动控制,每次可染 3 ~ 7 kg涤纶丝。虽然经过多次改进,DTNW宣称即使是改进后的染色设备仍然有某些局限性:纺丝油剂和过剩染料的萃取不够彻底;染色过程中涤纶齐聚物(环状三聚物)的析出及其清除;以及设备的清洁均存在一定问题。这些都需要继续改进。
2007年德国下莱茵应用技术大学与伍德公司、DTNW以及TAG复材公司合作,由德国联邦政府投资 26 万欧元开发芳纶染色工艺。从报道上看,该项目并未对设备进行开发,使用的设备是伍德公司1999年同型设备的改进型。
1997年,欧盟资助了一项三年期的超临界流体染色研究项目SUPERCOLOR。该项目由多国参与,主要研究由法国纺织研究所承担,设备由瑞士Chematur公司承担制造,并命名为“RotaColor”。设备容积为 7 L,设计承压 400 bar,加热温度 150 ℃。研究人员利用该设备主要研究和挑选了适用的染料,并考察了用于工业生产的可能性。
2005年荷兰代尔夫特科技大学研制了一台 40 L的超临界流体经轴染色机取得了成功,并在此基础上,对天然纤维和合成纤维的染色进行了研究。2008年,Feyecon投资成立了DyeCoo公司,专门生产超临界染色设备。据该公司网页声称,针对纤维来源不同,该公司可生产专门的涤纶和棉生产型染色设备。2009年该公司的超临界流体染色技术从 552 项成果中脱颖而出,获得了荷兰银行设立的第 8 届Herman Wijffels可持续创新奖,并获得了 5 万欧元的奖金。据报道,DyeCoo公司生产的 150 磅生产型超临界染色设备已于2010年夏天起运到泰国,将与泰国最大的运动服生产商Yeh集团公司合作试生产无水染色运动服,并于2011年使用“DryDyeTM”商标批量上市。尽管许多国家及地区都相继开展了对超临界染色设备的研究开发,然而由于各国对该技术的研究均处于开发阶段,尚未有产业化应用。因此,DyeCoo公司和Yeh集团公司合作开发的这台设备将是全球第一台真正意义上的超临界染色生产型设备。
1996年,美国北卡州立大学开始进行实验室规模的工艺研究,并研制了单只筒子纱中试超临界CO2染色机。这一设备中增加的控制元件能够改变染液的流向,使染液实现在染色单元中的正向反向循环,达到匀染的目标,基本可以取得与传统的染色方法近似的染色效果。美国Applied Sepration Inc也宣称研制成功了容积为 40 L的超临界流体染色机。该设备可放置 4 个PET纱筒,设计压力为 4 200 psi(磅每平方英寸),最高温度为 120 ℃,染色时间 40 min。据称该设备可通过Internet网络在地球另一边进行 *** 作控制。
超临界流体染色技术的环保节能特点,也同样引起了亚洲各国学者的广泛关注。日本是最早学习德国开展超临界流体染色技术研究的国家。然而由于技术保密的原因,日本在早期并未就染色设备进行研究,而是多采用超临界流体萃取装置进行染色技术研究。进入21世纪后,各研究组开始了超临界流体染色设备的研究。最早为福井大学的堀照夫课题组,目前该课题组仍使用一台实验型设备进行理论研究。2004年,日本政府投入 63 亿日元的资金支持福井大学进行超临界流体染色商业化设备的研究开发,染色釜容积达到 350 L,设计压力为 30 MPa,最高温度为 180 ℃。堀照夫课题组使用这一设备研究开发了聚丙烯纤维和芳纶等难染纤维的染色技术,以及超临界处理装置的匀染性控制技术,但加工装置等还有待改善。同时,堀照夫课题组还研究了水系加工技术不能实现的功能性加工技术的开发,如甲壳素质、金属络化物等注入的预处理技术。
2001年ITEC株式会社为福冈大学开发了一台 40 L超临界流体染色设备获得了成功。在此基础上,福冈大学、冈山县工业技术设计研究所与和株式会社又合作研发了一台 400 L生产型超临界流体染色设备。
2002年日本一家以生产高压染色设备为主的日阪制作所研制开发了HVI � SC型非水染色试验机,设备最高使用压力为 300 kg/cm2,最高使用温度 180 ℃,染色槽内容积为 33 L,最高处理量 300 g。日阪制作所制造的超临界流体成衣染色设备的容积为 100 L,最大耐压 30 MPa,目前有一台中样机放置于福井县工业技术中心。日阪制作所还开发可用于PP纤维的超临界流体染色设备。据悉,日阪制作所还在研发适于涤纶染色的设备。
韩国的西江大学(Sogang University)和GreenTek21公司也在研究超临界染色技术。2002年,西江大学研制开发了 5 L和 50 L的超临界染色实验设备, *** 作压力为 25 MPa, *** 作温度为 200 ℃。2004年Greentek21公司与伍德公司合作,研制了一台 200 L的超临界流体染色机,设计压力为 400 bar,主要用于芳纶的染色研究。
2国内超临界流体CO2染色设备的研发进展
我国超临界CO2染色的系统研究始于本世纪初。2001年,东华大学戴瑾瑾教授课题组研制了我国第一台动态超临界CO2流体染色小样机。样机容积为 16 L,配有染液循环装置。研究人员在该样机上分别进行了涤纶染色工艺和染色机理的研究,分散染料结构对上染率的影响规律以及聚乳酸染色工艺的研究。随后又开发出我国首台分散染料溶解度测定装置,研究了不同结构的分散染料在超临界CO2中的溶解度与其上染率的关系。通过这两台实验室设备的开发及在其上进行的研究,课题组积累了宝贵的研究经验,为开发生产型设备以及进行工业化应用研究打下了坚实基础。
2006年东华大学与上海纺织控股(集团)公司合作开发出了我国第一台生产型超临界CO2染色样机。该生产型样机染色釜容积达到 24 L,最多同时能染 5 个筒子纱,染色时最高工作压力可达到 30 MPa,整机性能已达到国际先进水平。该样机整体结构设计合理、可靠,不仅在各主要性能参数指标上能满足用分散染料对涤纶纱线、带、织物进行染色的要求,而且内在的染色系统设计、机械的总体布局及各主要部件的结构也已符合生产型机型的要求,可以成为今后进行工业级超临界流体染色机的设计基础。另外,染料釜的独特设计,解决了粉末状染料的均匀分布,并克服了染料在高温高压染色过程中聚集甚至熔结的弊病;同时内部大流量高温高压超临界染液循环泵也有效地解决了染液循环的关键技术;所有的工艺参数和染色工艺过程均由计算机控制。该设备已于2008年份通过上海市经委组织的鉴定。目前本课题组己使用该设备进行了工业化关键技术、拼色染色染料的筛选及其拼染性能测试的研究。
广州美晨公司开发的有效容积为 100 L × 2 的超临界流体染色设备,也于2008年通过中科院化学所组织的专家评估鉴定。该设备设计压力为 42 MPa,设计温度 < 200 ℃,每次可装 30 ~ 60 kg织物或纱线,预计每千克染色加工成本为 54 元。
2004年,大连工业大学委托光明化工研究院设计研制了一台用于天然织物的染色小试实验装置,设备设计压力为 40 MPa,最大容积 5 L。2010年,大连工业大学研制开发的具备中试生产规模的天然纤维的超临界CO2无水染色设备也通过辽宁省科技厅组的技术鉴定。该设备单个罐体每次可装载 15 ~ 25 kg的散纤维进行染色。
2002年香港生产力促进中心在超临界CO2染色小试装置上开展了染色的探索工作,委托光明化工研究设计院为他们研制了一台 5 L规模的超临界流体染色装置。2007年香港生产力促进局与香港福田集团和香港纺织制衣研发中心已合作开发成功容量为 30 kg织物(或纱线)的超临界流体染色系统。
目前,香港生产力促进局正积极推广这一超临界无水染色工艺。据报道称,每磅染色加工成本只有 046 港元,已与传统工艺相近。该工艺压力在 200 ~ 280 bar之间,据称染色温度可降低至摄氏 60 ~ 90 ℃之间,染色时间也可缩短至 15 ~ 60 min,适用于涤纶、超细旦涤纶、涤纶加氨纶、尼龙、丙纶、聚乳酸纤维等。此技术设备获得2007年香港工商业机器及设备设计奖。2008年,香港生产力促进局与福田集团合作共投资 840 万港元,开发一套工业化规模的多经轴超临界染色系统以及组合无水染色工艺,目前研究仍在进行中。
1997年台湾南纬公司与台湾工研院化工所合作,开始致力于超临界CO2流体节能染色技术研究的研发及应用。2005年南纬公司与民欣机械两家公司总投资额约 45 亿元共同成立的台湾超临界科技股份有限公司,研制开发出了超临界CO2流体染色样机。该装置包含温度控制器、加热管、测压器、带加热器的 50 mL不锈钢洗染缸(设计压力 350 bar),以及带冷却装置的CO2泵。据悉,台湾超临界科技股份有限公司开发研制的工业化超临界CO2染整设备的 *** 作压力为 300 bar, *** 作温度 150 ℃,染色釜体积为 300 L,染料釜体积为 40 L。染色过程可通过人机交互式界面控制,整个装置还配置了CO2回收部件,以减少污染。
3目前存在问题
虽然各国在超临界CO2流体染色技术方面进行了积极的技术创新和实践探索,但是,这些与未来清洁生产研发的需求还存在一定差距。要真正实现工业化应用,就超临界CO2流体染色设备的开发而言,还必须首先解决以下问题。
(1)由于染色需要专用的高温高压设备,价格太高,一次性投入过大。这一问题的解决需要相关领域的进一步发展带动而解决。可喜的是,研发机构已经开始采用新材料来制造设备,如Delft技术大学采用碳纤维制造染色釜,减少钢材的用量及染色釜的重量。
(2)批量装卸和高压连续化加工技术。由于固体物料向高温高压反应器中连续进料的技术难题尚未攻破,目前国内外报道的超临界CO2流体染色装置多为间歇 *** 作装置,这也是阻碍超临界CO2流体染色设备实现工业化的一个主要原因。
(3)超临界CO2流体染色设备的放大和优化。由于缺乏对超临界CO2流体染色的过程机理以及设备尺寸和几何形状对机理影响的了解,超临界CO2无水染色装置的放大设计无法简单按照传统的相似放大原理进行,须通过中试进行放大和优化设计。
(4)高温高压下复杂相平衡及流体传热和传质性能的研究。
(5)超临界CO2流体中的染色工艺的研究,染料在超临界CO2流体中的上染性能及在纤维中的扩散动力学和染色热力学研究等。
4展望
由于超临界CO2流体染色技术是一个涉及到纺织、化学、材料、机械、力学等多个学科领域的系统工程,其技术开发必须以染整工程为主导,进一步探索和完善超临界CO2染色生产工艺的研究,并注重染色工艺条件和染色设备的联合探索,创新超临界CO2染色设备的研制,加强产学研紧密合作。
虽然采用超临界CO2流体染色设备的一次性投资较大,但随着工业化设备的不断研发和改进,一旦投资与 *** 作成本下降,预期其生产成本将接近或甚至还可能会低于传统的水染方法。可以预期,超临界CO2流体染色技术的研发将可以进一步提高印染工业的制造水平,确立我国在绿色染整加工领域的领先地位,确保我国印染产品的国际竞争力,对保证我国印染工业的健康可持续发展至关重要。
参考文献(略)


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