<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Erzeugung von Zellstoff aus Maisstengeln und ähnlichen Rohstoffen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Zellstoff aus Maisstengeln und ähnliche Rohstoffen, wie Moorhirse, Zuckerrohr, Schilfarten usw. Zur Verarbeitung von Maisstengeln u. dgl. zu Zellstoff wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, ohne dass es bisher zu einer praktischen Durchführung solcher Verfahren gekommen wäre. Es wurde beispielsweise versucht, das Rohmaterial zunächst mit Wasser auszuwaschen, dann zu zerkleinern und schliesslich mit Alkalien zu kochen. Man hat auch den Vorschlag gemacht, das Maisstroh in zwei Stufen zu kochen, wobei in der ersten Stufe das Gut mehr oder weniger weitgehend zerfasert und mit verhältnismässig verdünnter Lauge gekocht wurde. Es ist aber nicht gelungen, aus diesen Stoffen Papierbrei in einwandfreier Weise wirtschaftlich herzustellen.
Die Ursache dieses Umstandes liegt in gewissen Eigenschaften der erwähnten Stoffe, infolge welcher die bisher zur Erzeugung des Breis verwandten Verfahren nicht geeignet oder nicht wirtschaftlich waren.
Maisstengel sind leichte, poröse Stoffe und wenn aus diesen die entsprechende Menge in den Kocher eingeführt werden soll, so muss dieser ausserordentlich grosse Abmessungen erhalten, wodurch die Beschaffungskosten der Einrichtung in bedeutender Masse erhöht werden. Gleichzeitig werden durch das grosse Volumen des Rohstoffes und die grossen Abmessungen des Kochers bedeutende Verluste an Koehflüssig- keit verursacht, da in den Kocher so viel Flüssigkeit eingeführt werden muss, dass die Maisstengel vollständig bedeckt werden. Infolge des grossen Volumens dieser Stoffe ist aber dazu viel mehr Flüssigkeit erforderlich, als zum Kochen eines Stoffes von kleinerem Rauminhalt, also von grösserem spezifischem Gewicht notwendig wäre.
Dabei enthalten Maisstengel u. dgl. prozentuell viel weniger Zellstoff, wie z. B. das Holz und jene Bestandteile, die nicht Zellstoff sind, bestehen unter anderen aus Pentosanen und ähnlichen Kohlehydraten oder verwandten Stoffen. Die Maisstengel usw. enthalten ferner in verhältnismässig grosser Menge Kieselsäure, deren prozentuelle Menge wesentlich höher ist, als in dem zur Zellstoffee zeugung gewöhnlich verwendeten Holz. Dieser Umstand verursacht, falls zum Kochen Ätzalkalien verwendet werden, bedeutende Verluste, da das Alkali mit der gewöhnlich in hydratisierter Form vorhandenen Kieselsäure eine Reaktion eingeht. Aus den gebildeten Alkalisilikaten kann das Alkali nicht zurückgewonnen werden.
Eine weitere, gleichfalls bedeutende Schwierigkeit wird auch dadurch verursacht, dass die Zellen der Maisstengel in gewissen Teilen des Stoffes, insbesondere in den Knoten und äusseren Schichten sehr hart sind und der Stoff ausser Pentosanen, die in Ätzalkalien löslich sind, auch andere kolloidale organische Substanzen enthält, welche mittels Ätzalkalien nicht in derselben Zeit entfernt werden können, während welcher die übrigen Fasern fertiggekocht sind. Demzufolge werden durch das Kochverfahren diese härteren Zellenteile nicht genügend aufgeschlossen, so dass der erhaltene Brei missfarbig ist, schwerer gebleicht werden kann und sich an jenen Stellen, wo die Knoten in ungenügendem Masse aufgeschlossen waren, dunkle Knollen bemerkbar machen.
Aus den aufgezählten Gründen konnte bisher aus Maisstengeln und ähnlichen Stoffen kein erstklassiges Papier erzeugt werden bzw. es war bisher kein wirtschaftliches Herstellungsverfahren möglich.
Gemäss der Erfindung werden alldiese Nachteile vermieden. Es gelingt nicht nur aus Maisstengeln u. dgl. einen einwandfrei hellfarbigen Brei herzustellen, sondern es werden auch die Verluste an Kochflüssigkeit vermieden und die nicht aus Zellulose bestehenden Teile des Materials werden in einer solchen Form gewonnen, in welcher diese zur praktischen Verwendung geeignet sind.
Die Erfindung besteht im Wesen darin, dass nach einer groben Vorreinigung das Gut auf einer mit Sieben versehenen Quetschmaschine gewaschen und gleichzeitig oder nachfolgend mit Ätzalkalien
<Desc/Clms Page number 2>
bei niedriger Temperatur und niedrigen Laugenkonzentrationen gekocht und der dadurch erhaltene, zerfaserte, aber noch nicht chemisch aufgeschlossene Stoff einem zweiten Kochprozess bei höherer Temperatur und höheren Laugenkonzentrationen ausgesetzt wird.
Das neue Verfahren soll an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert-werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf die Verarbeitung der abfallenden Kochlaugen zu Futtermitteln od. dgl. Bei Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus strohartigen Rohstoffen ist es bekannt, die Ablaugen zwecks Fällung der organischen Stoffe mit Mineralsäuren, Kohlensäure u. dgl. zu behandeln. Es wurde gefunden, dass für diesen Zweck schweflige Säure besonders geeignet ist und eine zweckmässige Ausführungsform des Verfahrens besteht demgemäss darin, dass aus der beim zweiten Kochen erhaltenen Flüssigkeit die Pentosane und andere organische Stoffe durch schweflige Säure (S02) oder diese enthaltende Gase (Rauchgase) ausgefällt, entfernt und entweder für sich oder den aus vorangehenden Verfahrensstufen stammenden Flüssigkeiten beigemengt in an sich bekannter Weise für Fütterungs-oder sonstige Zwecke verwendet werden.
Maisstengel od. dgl. enthalten stets Verunreinigungen und verfaulte, schimmlige Teile, welche sich unter den am Stengel verbliebenen Blättern und an verdeckten Stellen ansammeln. Diese versteckten Verunreinigungen müssen zunächst entfernt werden, da sie sonst den erhaltenen Brei und die unerlässliche weisse Farbe verunreinigen. Die Maisstengel enthalten ausser den Blättern sehr häufig auch ausgefallene Maiskörner und andere Pflanzenkörner, die zur Erzeugung von Zellstoff überhaupt ungeeignet sind. Anderseits haben aber einzelne dieser Stoffe einen bedeutenden Nährwert.
Aus diesem Grunde werden die Verunreinigungen und die zur Erzeugung von Zellstoff ungeeigneten Stoffe vor dem Kochprozess entfernt und gleichzeitig wird ein bedeutender Teil dieser Stoffe in eine Form gebracht, in welcher sie für Fütterungszwecke geeignet sind.
Die von der Dreschmaschine kommenden Maisstengel werden trocken gereutert und dann werden die zur Zellstofferzeugung ungeeigneten Teile in einer zur Herstellung von Kunstfutter geeigneten Form abgetrennt. Die gereinigten Maisstengel werden mit warmem oder kaltem Wasser ausgelaugt. Dieses Auslaugungsverfahren wird z. B. mit Wasser, welches in langsamem Gegenstrom bewegt wird, ausgeführt.
Dadurch wird ein grosser Teil der wasserlöslichen Bestandteile, wie Zucker, mineralische Salze od. dgl., sowie ein Teil des oberflächlichen Schmutzes entfernt.
Durch diese erste Auslaugung werden die wasserlöslichen Bestandteile des Guts grösstenteils entfernt. Die ausgewaschenen Stoffe bestehen grösstenteils aus Sacchariden, andern Zuckerarten und Salzen. Die Menge des ausgewaschenen Materials beträgt 8-10% oder mehr des Gewichts der Maisstengel oder des Strohs. Die beim Auswaschen erhaltene Flüssigkeit kann auf Syrupdicke eingedampft und als Kunstfutter verwendet werden. Man kann aber auch aus dieser Flüssigkeit durch Vergärung Alkohol erzeugen. Das Rohmaterial (Maisstengel od. dgl. ) enthält nach dieser ersten Verfahrensstufe noch in vollem Masse die Kieselsäure, den anhaftenden Schmutz, Staub, ferner den überwiegenden Teil der Pentosane und anderer Kohlehydrate, welche manchmal 40 Gewichtsprozente und noch mehr betragen.
Ebenso ist auch noch die Zellstruktur des Materials grösstenteils unberührt, da es für das Auswaschen nicht erforderlich ist, die Zellen vollständig auszuschliessen, indem das Wasser durch die Zellen dringt und durch Osmose wirkt.
Das ausgelaugte Gut wird jetzt in eine entsprechende Quetschmaschine, z. B. einen Holländer gebracht und hier mit Wasser so lange zerfasert, bis das Wasser zur vollständigen Auswaschung des Schmutzes fähig wird. Das Wasser wird von den ausgewaschenen Stoffen durch Siebe entfernt. Zu diesem Zwecke können die bekannten rotierenden Siebe verwendet werden, von welchen auf dem Holländer zwei oder drei angeordnet werden können. Die Dichte des Siebstoffes wird durch das praktische Mass der Zerfaserung bestimmt, indem das Auswaschen ohne Materialverlust vor sich gehen muss, während der feine suspendierte Schlamm durch das Sieb hindurch als schmutziges Wasser entfernt werden soll.
Das Auswaschen und Absieben der teilweise zerfaserten Maisstengel dient nicht nur dazu, um den Schmutz zu entfernen, sondern zufolge der auftretenden Reibung werden die verfaulten, schimmligen Teile, ein Teil der Parenchymzellen, der feinzerkleiner. ten Blattstücke usw. in solchem Masse zerkleinert, dass sie mit dem Schmutz durch das Siebtuch mit dem Waschwasser als organischer Schlamm abgehen. Diese Stoffe, welche mechanisch entfernt wurden, sind zur Erzeugung von Zellstoff grösstenteils ungeeignet bzw. sie liefern keine gute Zellulose. Obwohl die Zerfaserung in Wasser zur ausreichenden Auswaschung der Maisstengel erforderlich ist, darf die Zerfaserung nicht so weit gehen, dass ein allzu feiner Brei entsteht, da ein solcher Brei das schmutzige Wasser zurückhalten würde.
Je feiner nämlich ein Faserstoff zerfasert wird, um so mehr wird durch ihn der zwischen seinen Teilen schwebende Schlamm zurückgehalten. Der im Wasser schwebende Schlamm kann sich nur aus sehr geringen Tiefen jener Oberfläche entfernen, welche sich in der Nähe der Sieboberfläche befindet bzw. mit dieser in Berührung steht, während die von der Siebfläche entfernteren tieferen Teile den Schlamm zurückhalten und das Wasser geht immer reiner und reiner ab. Aus diesem Grunde müssen stets frische Teile zur Sieboberfläche gelangen.
Der allzu feine Brei hat ferner den Nachteil, dass er entweder das Sieb verstopft oder durch das Sieb abfliesst. Die Verlegung der Siebe erschwert aber nicht nur die Entfernung des Schmutzwassers, sondern verhindert auch die erwähnte mechanische Entfernung der fein verteilten Stoffe. Es ist aber ausser-
<Desc/Clms Page number 3>
ordentlich wichtig, diese zur Zellstofferzeugung ungeeigneten Stoffe im Laufe dieses kombinierten Zer- faserungs-und Wasehprozesses möglichst weitgehend zu entfernen, da je vollkommener die Entfernung dieser Stoffe ist, um so weniger Chemikalien sind für das spätere Kochen und Bleichen erforderlich.
Die Zerkleinerung darf also in dieser Verfahrensstufe, nur so lange fortgesetzt werden, dass die zerkleinerten Verunreinigungen mit dem Waschwasser durch Sieben entfernt werden können. Das Mass dieser Zerkleinerung hängt von der Bauart und Wirkungsweise des Defibreurs, insbesondere aber von der Natur des behandelten Stoffes ab.
Gleichzeitig mit diesem kombinierten Wasch-und Zerfaserungsprozess oder in einer darauffolgenden besonderen Verfahrensstufe wird das Gut mit einer Lösung behandelt, die so viel (ungefähr 1%) Ätznatron enthält, dass das Kieselsäurehydrat mit dem Ätznatron in Reaktion tritt. Zweckmässig wird das Natron in geringem Überschuss verwendet. Ein bewährtes Mengenverhältnis ist z. B. 1-2 Ätz- natron auf je 100 kg Maisstengel.
Während der alkalischen Behandlung wird, falls das Kochen in oilt-iln Gefässen erfolgt, eine Temperatur von etwa 1000 C aufrechterhalten. Falls aber geschlossene Quetschmaschinen oder mit Defibreur versehene Autoklaven verwendet werden, kann die Temperatur auch eine höhere sein, der Druck soll aber 1 Atm. nicht wesentlich übersehreiten. Durch Steigerung der Temperatur kann zwar die Zeitdauer des Kochprozesses herabgesetzt werden, es wurde aber gefunden, dass es in den meisten Fällen zweckmässiger ist, bei atmosphärischem Druck zu kochen, da dadurch die Verwendung dupcksicherer Holländer oder Kochgefässe entfällt.
Unter keinen Umständen darf eine so hohe Temperatur verwendet werden, dass eine Karamelisierung der Pentosane eintritt, da sonst im Verlaufe des Verfahrens die Entfernung der Pentosane erschwert wird und ein dunkler Brei entsteht und, was noch wichtiger ist, die Pentosane für Fütterungszwecke ungeeignet werden. Nach beendetem Kochen oder wenn das Kochen in der Quetschmaschine selbst stattfindet, während des Kochens wird die Kochflüssigkeit entfernt und die zurückbleibende breiartige Masse gegebenenfalls mit kochendem Wasser ausgewaschen. Die entfernte Flüssigkeit enthält Natriumsilikate und einen geringen Teil der Pentosane. Letztere können durch behutsame Ansäuerung, beispielsweise durch Zusatz von Salzsäure oder andern geeigneten Säuren ausgefällt werden.
Dabei bleibt die Kieselsäure in der Lösung, während die Pentosane einen Niederschlag bilden. Letzterer wird durch Filtrieren oder Absetzen entfernt und die Pentosane können als solche verwendet oder der aus der ersten Verfahrensstufe stammenden Waschflüssigkeit zugesetzt werden.
Das vollständig zerfaserte und teilweise gekochte Rohmaterial wird nunmehr in einen gewöhnlichen Kochkessel gefüllt und in üblicher Weise mit einer Ä1znatronlösung gekocht, wobei aber darauf geachtet wird, dass im Kessel während des Kochens eine im Verhältnis zu bekannten Verfahren niedrige Temperatur (etwa 133-1380 C) aufrechterhalten wird, bei welcher eine Karamelisierung der Pentosane nicht eintritt. Diese Temperatur wechselt einigermassen entsprechend der Natur der Rohstoffe und in gewissem Masse gemäss der Konzentration der Ätznatronlösung. Bei der Herstellung von Zellstoff aus Holz wird gewöhnlich ein Druck von 5-6 Atm. verwendet.
Es wurde gefunden, dass es zweckmässiger ist, bei vorliegendem der obenerwähnten niedrigen Temperatur entsprechenden Verfahren einen Druck von 1-2 Atm. anzuwenden, selbstverständlich ist aber die Erfindung nicht auf diese Grössenordnung der Drucke beschränkt, da in gewissen Fällen auch bei höheren Drucken gute Resultate erzielt werden. Der Vorteil der höheren Drucke ist die Verkürzung des Kochprozesses. Da die Natur der Rohstoffe sehr verschieden ist, muss die Höhe des Druckes und der Temperatur entsprechend der Art der Rohstoffe von Fall zu Fall bestimmt werden.
Nach beendetem Kochen wird die Kochflüssigkeit entfernt, der Brei in üblicher Weise gewaschen und gebleicht. Die entfernte Flüssigkeit enthält in grosser Menge Pentosane und andere organische Stoffe, ferner Natriumhydroxyd und andere Stoffe, wobei die Pentosane und die sonstigen organischen Substanzen mit dem Alkali labile Verbindungen bilden. Diese Flüssigkeit wird nunmehr vorteilhaft mit schwefliger Säure behandelt, wodurch die Pentosane und die andern organisehen Substanzen ausgefüllt werden, während in der Flüssigkeit schwefligsaures Natron (Na, SO,) gebildet wird. Die Pentosane werden abfiltriert, gewaschen und so, wie sie erhalten werden oder nach vorangehender Reinigung veiwendet, oder aber aus den vorangehenden Verfahrensstufen erhaltenen Waschflüssigkeitcn zugesetzt und auf Kunstfutter verarbeitet.
Die abfiltrierte Flüssigkeit kann zur Regenerierung des Ätznatrons in bekannter Weise kalziniert werden.
Zur Behandlung der vom Zellstoff getrennten Lösungen können auch Rauchgase, die schweflige
Säure enthalten, verwendet werden.
Durch das neue kombinierte Wasch-, Zerfaserungs-und Kochverfahren werden nicht nur Schmutz und die zur Zellstofferzeugung ungeeigneten Teile, wie Körner, Blattstücke, verfaulte Stengelteile usw. entfernt, sondern es wird dadurch auch eine bedeutende Ersparnis an Lauge erzielt, indem die nichtzellulosen und zur Breibildung ungeeigneten Stoffe vor dem Kochen entfernt werden, ferner als Folge jenes Umstandes, dass die abfliessenden Lösungen keinen Schmutz enthalten, was in gewissen Fällen die Rückgewinnung der verwendeten Chemikalien in wesentlichem Masse erschweren würde. Die beschriebene Ausführungsform kann auch so abgeändert werden, dass die Zerfaserung und das Waschen in getiennten Stufen bzw. in getrennten Apparaten ausgeführt werden.
<Desc/Clms Page number 4>
Es sei bemerkt, dass das Verfahren gemäss der Erfindung, bei welchem das Waschen in einem Quetschholländer erfolgt, von der Verwendung der in der Zellstofferzeugung allgemein üblichen Wasch- holländer wesentlich abweicht, da bekanntlich im Waschholländer schon fertiger Zellstoff gewaschen und dieser nicht auf mechanischem Wege vom Schmutz befreit wird, sondern von im Wasser gelösten Substanzen, wie vom Überschuss der Lauge, von Salzen, Chlor, usw.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht, Maisstengel, Moorhirse, Zuckerrohr, Schilfarten u. dgl. ohne nennenswerten Materialverlust ausreichend zu kochen und liefert einen Brei von hervorragender Qualität, : wobei die nichtzellulosen Bestandteile der verarbeiteten Stoffe in praktisch verwendbarer Weise zurückgewonnen werden. Dadurch wurden der gewerblichen Produktion vollständig neue Roh-
EMI4.1
teils verbrannt oder weggeworfen hat.
Obwohl das Verfahren zweckmässig nach einer der beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt wird, da man in dieser Weise zu einem hervorragenden Produkt gelangt, ist es trotzdem nicht auf die gleichzeitige Verwendung sämtlicher Verfahrensstufen beschränkt. Es gibt Fälle, in welchen es zweckmässig ist, den Vorgang an einem zwischenliegenden Punkt zu unterbrechen, so kann es beispielsweise manchmal vorteilhaft sein, das Material beim ersten Wasch-und Zerfaserungsprozess nur auszulaugen, nicht aber zu kochen, also kalt zu behandeln. Die Erfindung erstreckt sich also auch auf solche Ausführungsformen des Verfahrens, bei welchen die eine oder die andere der Stufen entfällt oder aber einzelne Stufen miteinander vereinigt werden.
Man kann auch die Reihenfolge der Stufen abändern. Man kann beispielsweise auch so vorgehen, dass die durch das Waschen mit Wasser gereinigten und von den wasserlöslichen Teilen befreiten Rohstoffe in der beschriebenen Weise zur Entfernung der Kieselsäure mit Lauge gekocht werden, während aber die Zerfaserung nicht gleichzeitig mit dem ersten Kochen erfolgt, sondern als besondere Stufe zwischen das erste und zweite Kochen eingeschaltet wird.
Die Zerfaserung wird in allen Fällen stufenweise durchgeführt, u. zw. in der Weise, dass man im Masse des Vorschreiten des Kochprozesses immer feiner und feiner gestellte Schneiden verwendet.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit der Verwendung von Ätznatron beschrieben, offenbar können aber für den angegebenen Zweck auch andere Ätzalkalien verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Zellstoff aus Maisstengeln und ähnlichen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer groben Vorreinigung das Gut auf einer mit Sieben versehenen Quetschmaschine gewaschen und gleichzeitig oder nachfolgend mit Ätzalkalien bei niedrigen Temperaturen, u. zw. solchen, dass noch kein Zerkochen des Kochguts zu Elementarfasern erfolgt (zweckmässig 60-100 C) und niedrigen Laugenkonzentrationen (unterhalb 1%) gekocht und der dadurch erhaltene, zerfaserte aber noch nicht chemisch aufgeschlossene Stoff einem zweiten Kochprozess bei Temperaturen, bei welchen die im Kochgut enthaltenen organischen Stoffe noch keine Zersetzung erleiden, insbesondere keine Karamelisierung der Kohlehydrate eintritt (entsprechend etwa Drucken von 1 bis 2 Atm.
) und höheren Laugenkonzentrationen (von etwa 1% bis zu 1 dz%) ausgesetzt wird.
EMI4.2