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Verfahren und Vorrichtung zum Kochen von zellstoffhaltigem Material.
Die Erfindung bezieht sich auf das Kochen von Zellulosematerial zur Herstellung von Holzstoff und insbesondere auf die Erhitzung und die Zirkulation der hiebei verwendeten Flüssigkeit.
Es ist wohl bekannt, dass Holz in der gewünschten Form im Koch'kessel mit verschiedenen Arten von Flüssigkeit gekocht werden kann, mit dem Ziel, das Holz von den inkrustierenden Materialien zu befreien und so die Faser zu isolieren ; und das Verfahren nach der Erfindung ist auf jede der gebräuch- lichen Kochflüssigkeiten anwendbar. Es ist auch bekannt, dass Kochgut im Kocher einer wiederholten
Kochung mit frischer Kochlauge zu unterwerfen ; ferner, die umlaufende Koehlauge während des Kochens zu erwärmen, wobei die Heizvorriehtungen in den Speicherbehältern für die Lauge angeordnet sind, sowie auch die Lauge unter Anwendung eines ausserhalb des Kochers erzeugten Druckes in den Verwendung- raum einzupressen.
In der bisherigen Praxis haben sich jedoch vielfache Schwierigkeiten ergeben : so hinsichtlich der Ausführung der Apparatur nach der Richtung hin, dass diese den Angriffen der ver- schiedenen Kochflüssigkeiten widerstehen muss ; weiters hinsichtlich der grossen Dampfmenge, die erforderlich sind, um die Kochtemperatur aufrechtzuerhalten und den Umlauf der Flüssigkeit und des Holzstoffes sicherzustellen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren und eine entsprechende Apparatur, um das
Kochen bei leichter Kontrollierbarkeit ökonomischer und besser durchzuführen : einen sehr vollkommenen
Umlauf der Kochflüssigkeit und so eine sehr gleichmässige Qualität des Holzstoffes zu erzielen, dabei die für das Kochen des Holzes erforderliche Zeit abzukürzen, die Wärme besser auszunutzen, die Mengen der benutzten Flüssigkeit zu vermindern und für die Herstellung von Papier, Seide oder andere Handels- artikel eine sehr erhebliche Ausbeute aus dem Kochkessel zu erhalten.
Es ist schon vorgeschlagen worden, um die Einwirkung der Kochflüssigkeit auf das Holz zu be- schleunigen, den Behälter, in dem sich das Zellulosematerial befindet, zunächst zu entlüften, dann die anzuwendende Lauge durch das Vakuum in das Material einzusaugen und darauf erst unter Druck zu setzen, gegebenenfalls auch die wechselweise Einwirkung von Vakuum und Druck beliebig zu wieder- holen. Ein derartiges Verfahren hat aber, abgesehen von seiner Umständlichkeit, vor allem den Nach- teil, dass es nicht für jede beliebige Kochflüssigkeit verwendbar ist, so z. B. schon nicht für den besonders
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ist, das Sagas in der Flüssigkeit zurückzuhalten, was nur möglich ist, wenn die erhitzte Flüssigkeit dauernd unter entsprechendem Druck gehalten wird.
Aber auch diese Übelstände vermeidet die Erfindung, die darin besteht, dass das Kochen unter Mitverwendung von wenigstens zwei unter Druck stehenden Behältern oder Kesseln durchgeführt wird, zwischen denen die auf Kochtemperatur erhitzte unter Druck gehaltene Kochflüssigkeit durch die Einwirkung von Druckgas pulsierend oder durchlaufend hin und her bewegt wird, so dass die Kessel ab- wechselnd gefüllt und geleert werden. Im folgenden soll auch das, wie eingangs erwähnt, für jede beliebige Kochflüssigkeit verwendbare Verfahren gemäss der Erfindung insbesondere in Anwendung auf den Sulfitprozess beschrieben werden.
Um die erhitzte Flüssigkeit zwecks Verhinderung des Entweichens des SO, 7Gases unter entsprechendem Druck zu halten, kann irgendein beliebiges Gas Verwendung finden, das keine Reaktionen mit der Flüssigkeit eingeht. Im Sulfitprozess ist hiefür S02-Gas sehr wirksam ; auch Stickstoff ist schon vorteilhaft verwendet worden.
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In der Zeichnung ist schematisehein Ausführungsbeispiel einer Apparatur dargestellt wie sie zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung benutzt werden kann.
Die Kochflüssigkeit befindet sieh in einem Vorratsbehälter 1, der unter Einschaltung einer Pumpe 2 und eines Regelventiles 4 mit einer Reihe von Erhitzern 3a, 3b, 3c verbunden ist. Die Erhitzer sind mit Heizschlangen 5 versehen. Von ihnen führt ein Rohr 6 mit einem Absehlussventil 7 zu einem Behälter 8 für die heisse Flüssigkeit, der durch Rohre 10 und 11 an einen Zirkulationsbehälter 9 angeschlossen ist, unter EinfÜgung von Ventilen 12 und 13. Der Behälter 9 wieder ist durch eine Abzweigung des Rohres 11 mit Ventil 14 an einen Erhitzer 15 und dieser wieder an eine Kochflüssigkeitsleitung 16 angeschlossen, die zu einer Reihe von Koehkesseln 17a, 17b usw. führt. Von diesen sind nur zwei dargestellt.
Ein Rohr 18a mit Ventail ja führt von der Koehflüssigkeitsleitung 16 zum oberen Ende des Kochkessels 77 a und ein ebensolches Rohr 18b mit Ventile zum oberen Ende des nächsten Kochkessels 17b, während die Kochflüssigkeitsleitung 16 mit den unteren Enden dieser Kochkessel verbunden ist, durch Rohre 20a und 20 b mit Ventilen 21 a und 21 b : Das verwendete Gas befindet sieh in einem Behälter 22, der durch einen Kompressor 23 an einen Druekgasbehälter 24 angeschlossen ist, mittels eines Rohres 25 mit Regelungsventil 26.
Vom Druekgasbehälter führt eine Druckgasleitung 27 zu dem Heissflüssigkeitsbehälter 8, dem Umlaufbehälter 9 und dem Kochkessel 17a und 17b, die an die Druckgasleitung angeschlossen sind durch Abzweigrohre 28a, 28b, 28c und 28d mit Ventilen 29a, 29b, 29c und 29d. Weiter führt von dem Dmckgasbehälter 24 ein Rohr 30 mit einem Sicherheitsventil 31 zu dem Gasvorratsbehälter 22, und an
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von Ventilen 35a, 35b, 35c und 35d die Behälter 8, 9, 17a, 17b angeschlossen. Diese Leitung 32 führt die Abgase zu den Erhitzern sowie gegebenenfalls zu einem Regenerationsapparat.
Endlich führt vom Behälter 22 ein Rohr 36 mit Abschlussventil 37 und Sicherheitsventil 38 zum Heissflüssigkeitsbehälter 8.
Die Kochkessel sind von der üblichen Bauart und wenn erforderlich, ausgekleidet mit einem Material, das der Einwirkung der Koehflüssigkeit widersteht. Der Flüssigkeitsbehälter 8 und der Zirkulationsbehälter 9 sind von ähnlicher Anordnung und ebenfalls flüssigkeitsfest ausgebildet, müssen ebensowohl auch den bei Durchführung des Verfahrens entstehenden Drücken Widerstand leisten können.
Die Erhitzer 3a, 3b und 3c bestehen gleichfalls aus einem Material-oder sind mit solchem belegt-, das den Einwirkungen der Kochflüssigkeit widersteht. Von solchen Erhitzern kann eine beliebige Zahl angewendet werden und ihre Heizung kann in jeder zweckmässigen Weise erfolgen. Vorzugsweise werden aber zur Heizung die Abgase und die Abflüssigkeiten aus dem Prozess verwendet. So kann z. B. die heisse, abgelassene Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter in die Schlangen 5 des Erhitzers 3a eingeleitet werden, während die Abgase durch die Schlangen 5 des Erhitzers 3b strömen und Frischdampf oder Heissgas oder Heissflüssigkeit oder endlich auch eine direkte Flamme zur Heizung des Erhitzers 3c Verwendung findet.
Auf diese Weise kann die durch die Erhitzer strömende Flüssigkeit bis auf die erforderliche Tem- peratur erwärmt werden. Wenn erforderlich, kann die Flüssigkeit auch durch die Schlangen 5 strömen und das Heizmittel durch den Erhitzer selbst. Auf jeden Fall wird, wenn Abflüssigkeit als Heizmittel
Verwendung findet, der auf diesem ruhende Druck höher gehalten, als der Druck der Flüssigkeit, die durch die Erhitzer strömt, so dass im Fall von Undichtigkeiten die frische Gebrauchsflüssigkeit nicht in das Heizmittel entweichen kann.
Es kann auch, was auf der Zeichnung nicht dargestellt ist, ein Zusatzheizelement in dem Behälter 8 angebracht werden, um hier die Temperatur wiederum zu erhöhen. Der vorerwähnte Erhitzer 15 kann von beliebiger Ausführungsart sein und beispielsweise mit einer Heizschlange 15 a versehen sein.
Die Pumpe 2 am Flüssigkeitsvorratsbehälter 1 ist so bemessen, dass sie in den Heissflüssigkeitsbehälter 8 bei einem Gegendruck von ungefähr 7 Atm. Flüssigkeit mit konstantem Druck fördern kann. Die Sicherheitsventile sind so eingestellt, um einen ganz genau im voraus bestimmten Druck in den verschiedenen Teilen des Apparates aufrechtzuerhalten.
Mit Hilfe dieser Apparatur wird das Verfahren in der folgenden Weise durchgeführt :
Durch den Kompressor 23 wird Gas aus dem Vorratsbehälter 22 in den Druckgasbehälter 24 gefördert, von dem aus es durch die Rohre 27 und 28a in den Heisswasserbehälter 8 eingeleitet wird, bis hier, wenn das Ventil 29 ? geschlossen wird, ein Druck von annähernd 5 Atm. besteht. Da das Ventil 37 zunächst offen gehalten wird, so wird dieser Druck durch das Sicherheitsventil 38 geregelt.
Weiter wird Flüssigkeit vom Vorratsbehälter 1 durch die Pumpe 2 in die Erhitzer 3a, 3b, 3c gepumpt, wo sie bis auf eine Temperatur von etwa 100 -130 C gebracht wird, je nach dem angewendeten Druck, und weiter in den Behälter 8 eintritt, während das Gas durch das Rohr 36 und das Sicherheitsventil 38 in den Gasvorratsbehälter 22 entweicht. Wenn der Behälter 8 annähernd mit Flüssigkeit gefüllt ist, wird das Ventil 4 am Vorratsbehälter 1 geschlossen und die Pumpe 2 stillgesetzt.
Der Kochkessel. ? 7a ist in der gewöhnlichen Weise mit Holzscheiben gefüllt und das Ventil 29 c geöffnet worden, so dass auch in diesen Behälter das Gas eintritt, bis auch hier ein Druck von ungefähr 5-7 Atm. erreicht ist, je nach der Kochtemperatur. Dann wird das Ventil 29e geschlossen. Die Ventile 12, 14, 21a, 29a und 35e sind offen, und wenn das Ventil 35 geschlossen wird, so strömt die heisse Flüssigkeit am Boden in den Kochkessel 17a ein, während das Gas durch das Rohr 34e entweicht. Diese Bewegung der Flüssigkeit wird durch den auf die Flüssigkeit im Behälter 8 wirkenden Gasdruck hervor-
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gebracht.
Will man den Kochkessel etwa vom oberen Ende aus füllen, so braucht man nur Ventil 19a anstatt des Ventils 21a zu öffnen oder man kann die Flüssigkeit auch an beiden Enden zugleich in den Kochkessel einströmen lassen. Ist dieser mit der Flüssigkeit gefüllt, so werden die Ventile 21a und gegebenenfalls 19a geschlossen, ebenso die Ventile 14. 12 und 29a und wenn dann die Temperatur noch weiter erhöht werden muss, so wird in der allgemein gebräuchlichen Art Dampf dem Kochkessel zugeführt.
Es ist ersichtlich, dass, weil die Flüssigkeit in den Kochkessel bei einer Temperatur von etwa 100 bis 130 C und unter einem Druck von ungefähr 5 Atm. eingeführt wird, der Kochprozess sofort beginnt, so dass gegenüber den gebräuchlichen Verfahren sehr erheblich an Zeit für den Kochvorgang gespart wird, und ebenso in bezug auf Dampfverbrauch. Um aber hier noch weitere Ersparnisse zu erzielen und das Produkt noch gleichförmiger zu machen, wird in der nachstehend beschriebenen Weise für den ständigen Umlauf der Flüssigkeit gesorgt.
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den Kochkessel, das die darin befindliche Flüssigkeit heraus in den Behälter 9 drückt, während zugleich das Ventil 35b geöffnet wird und den Abfluss des Gases aus dem Behälter 9 gestattet.
Wenn die gewünschte Flüssigkeitsmenge aus dem Kochkessel abgeleitet ist, so werden die Ventile 35b, 29c und 21 a geschlossen und die Ventile 19a, 35e und 29b geöffnet und Flüssigkeit aus dem Behälter 9 in das obere Ende des Kochkessels gedrückt. Gegebenenfalls kann die Flüssigkeit auch unmittelbar zurück in das untere Ende des Kochkessels gedrückt werden, so dass die Flüssigkeit im Kochkessel eine Bewegung erfährt, die man mit Pulsation bezeichnen könnte, anstatt des vorbesehriebenen Umlaufs im wahren Sinn des Wortes.
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angezeigt erscheint. Selbstverständlich kann die Flüssigkeit anstatt, wie beschrieben, am unteren Ende des Kochkessels auch an jedem anderen Punkt abgeleitet werden.
Der Kochprozess kann nun vollendet werden, oder aber man kann, wie weiter unten beschrieben, vorgehen.
Bis jetzt ist noch nicht die Wirkungsweise des zweiten Kochkessels 17b oder noch weiterer Kochkessel beschrieben worden. Indessen ist es ja selbstverständlich, dass diese in derselben Art arbeiten wie der Kochkessel 17 a. Jeder bildet aber eine in sich abgeschlossene Einheit.
Bei der Behandlung gewisser Holzarten kann es empfehlenswert sein, die Kochkessel nacheinander oder gewisse von ihnen miteinander arbeiten zu lassen und die Erfindung bezieht sieh auch auf eine diesbezügliche Verfahrensweise. Wenn demnach eine Holzfüllung in dem Kochkessela eine bestimmte Zeit hindurch gekocht worden ist, so kann man gegebenenfalls die Flüssigkeit aus diesem Kessel in den zweiten Kochkessel17b fördern, der vorher mit einer Holzfüllung versehen worden ist und in dem ein Gasdruck von etwa 5 Atm.
hergestellt ist, durch Öffnung der Ventile 29 e, 21 ct, 21 b und 35 d. Wenn die Flüssigkeit vom Kessel 17 a in den Kessel 17b übergeleitet ist, so werden diese Ventile geschlossen und gegebenen- falls wird dem Kessel 17b Dampf zugeführt und dann in den Kochprozess eingetreten. Dann wird eine weitere Menge von Frischflüssigkeit aus dem Behälter 8 oder schon gebrauchte Flüssigkeit aus einem der Kessel der Reihe oder eine Flüssigkeit aus irgendeinem in der Zeichnung nicht dargestellten Vorrats- gefäss in den Kochkessel17 a eingeleitet, um alsdann den Kochprozess hier zu vollenden.
Die Erfindung fasst auch die Behandlung der Holzfüllungen in den Kochkesseln mit mehr als zwei Flüssigkeiten, wie vorstehend angenommen, ins Auge und solche Flüssigkeiten werden dann in derselben Weise unter der Wirkung des Gasdruckes in den Kochkessel eingeleitet wie vorstehend beschrieben. Die fertiggekochte Füllung wird dann in der üblichen Weise in den Aufnahmebehälter entleert. Während vorstehend angegeben ist, dass der Heissdampf zur Erhöhung der Temperatur der Kochflüssigkeit direkt in die Kessel eingeleitet werden kann, ist es selbstverständlich auch möglich und in der Regel auch vorzuziehen, indirekte Heizung anzuwenden, um die Verdünnung der Flüssigkeit zu vermeiden.
In den Zeichnungen sind keine Vorrichtungen dargestellt, durch die ein höherer Druck in dem durch die Erhitzer fliessenden Heizmittel aufrecht erhalten werden kann, als derjenige der zu erhitzenden Flüssigkeit. Aber solche Mittel sind bekannt und vom Sachverständigen ohne weiteres anwendbar.
Beispielsweise kann man eine Pumpe verwenden, um den Druck der Abflüssigkeiten bis auf den gewünschten Grad zu erhöhen, die von den Kochkesseln zu den Heizschlangen strömen, und es können Ventile angebracht werden, durch die der Druck in den Heizschlangen stets aufrechterhalten wird. Würde die Pumpe durch einen Unfall oder aus anderer Ursache ausser Betrieb kommen, so würden derartige Ventile immer noch den erforderlichen Druck in den Heizschlangen aufrechterhalten können und so die Eiltweichung von Flüssigkeit verhindern.
Wenn vorstehend von Holz gesprochen ist, so soll darunter irgendein beliebiges Zellulosematerial verstanden werden, aus dem Stoff hergestellt werden kann.
Nach der Erfindung wird also, wie nochmals zusammenfassend bemerkt werden mag, eine heisse Kochflüssigkeit unmittelbar dem Holz unter einem stetigen Druck zugeführt. Diese Flüssigkeit wird in genau regelbarer Weise in Umlauf oder in Pulsationen im Kochkessel versetzt, ohne dass man dazu
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gemacht, um die Temperatur der Kochflüssigkeit zu erhöhen und dadurch wird der Brennstoffverbrauch für das Kochen des Holzes vermindert. Die Vorteile, die sonst noch das Verfahren mit sich bringt, werden für den Fachmann ohne weiteres erkennbar sein.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zum Kochen von zellstoffhaltigem Material mittels einer ausserhalb des Kochers auf Koehtemperatur vorerhitzten Koehflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochen unter Mitverwendung von wenigstens zwei unter Druck stehenden Behältern oder Kesseln durchgeführt wird, zwischen denen die auf Kochtemperatur erhitzte unter Druck gehaltene Kochflüssigkeit durch die Einwirkung von Druckgas pulsierend oder durchlaufend hin und her bewegt wird, so dass die Kessel abwechselnd gefüllt und geleert werden.