Tingimento de fios de acrílico com corante básico: um estudo experimental e computacional

Abstract

O tingimento de fios têxteis em bobinas em processo de esgotamento é uma das formas de tingimento empregadas na indústria. Quanto maior o esgotamento atingido no processo, menor é a concentração e a quantidade de efluentes que precisam ser tratados posteriormente. Deste modo, conhecer as variáveis importantes do tingimento permitem que novas metodologias sejam empregadas na melhoria do processo ou dos equipamentos, minimizando perdas energéticas e materiais. Neste trabalho, realiza-se um estudo em escala piloto e industrial do tingimento de fios de acrílico em bobinas, identificando as cinéticas de tingimento, constantes de equilíbrio e realiza-se simulação computacional para avaliação da influência da pressão e permeabilidade no tingimento. Tingimentos em escala piloto foram realizados em diferentes concentrações iniciais de corante. Amostras do banho de tingimento foram coletadas e a concentração de corante medida por espectrofotometria. Constantes cinéticas e de equilíbrio foram obtidas. Uma representação bidimensional da bobina foi modelada no COMSOL Multiphysics para avaliação das características do tingimento conforme processo em escala piloto. As cinéticas de tingimento avaliadas representaram o tingimento em concentrações baixas de corante para pseudo-segunda ordem, e em difusão intraparticular. A isoterma de equilíbrio identificada foi a de Langmuir. O modelo matemático proposto conseguiu reproduzir os dados experimentais e foi identificado grande importância do fluxo de banho de tingimento através da saída axial da bobina em relação a saída radial, cerca de 2,8 vezes maior. Para manter o mesmo fluxo, a permeabilidade da bobina se altera em uma ordem de grandeza entre o fluxo unidirecional radial e o bidimensional. Mudanças no gradiente de pressão influenciam enormemente no campo de velocidades. Os resultados mostraram que a concentração de corante no banho de tingimento influencia na velocidade de tingimento. O campo de velocidades e concentração encontrados reforçam o uso preferencial de bobinas de tingimento que não tenham espaços entre elas, forçando o banho de tingimento seguir fluxo unidirecional radial.

Abstract : The dyeing of textile yarns package in coils by exhaustion process is one of the forms of dyeing employed in the industry. The greater the depletion reached in the process, the lower is the concentration and the amount of effluents that need to be treated later. Thus, knowing the important variables of dyeing allows new methodologies to be used to improve the process or equipment, minimizing energy and material losses. In this work, a pilot and industrial scale study of the dyeing of acrylic yarns in coils is carried out, identifying dyeing kinetics, equilibrium constants and performing a computer simulation to evaluate the influence of pressure and permeability in dyeing. Pilot scale dyeings were performed at different initial concentrations of dye. Samples of the dyebath were collected and the dye concentration was measured by spectrophotometry. Kinetic and equilibrium constants were obtained. A two-dimensional representation of the coil package was modeled in COMSOL Multiphysics to evaluate the dyeing characteristics according to the pilot-scale process. The dye kinetics evaluated represented the dyeing at low concentrations of dye for pseudo-second order, and in intraparticular diffusion. The Langmuir isotherm was identified as the equilibrium isotherm. The proposed mathematical model was able to reproduce the experimental data and it was identified great importance of the dyebath flow through the axial exit of the coil in relation to the radial outlet, about 2.8 times greater. To maintain the same flow, the permeability of the coil changes by an order of magnitude between the radial and two-dimensional unidirectional flow. Changes in the pressure gradient greatly influence the velocity field. The results showed that the concentration of dye in the dyebath influences the dyeing speed. The field of velocities and concentration found reinforces the preferential use of dyeing coils that do not have spaces between them, forcing the dyebath to follow radial unidirectional flow.