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Verfahren zum aufschliessen von Pflanzeufasergut dureh Koehen mit Phcnolaten.
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Isolierung aus den abgeschiedenen Koehlaugenbestandteilen gewinnen muss. Diese zusätzlichen Kosten finden jedoch keinen wirtschaftlich befriedigenden Ausgleich durch die dergestalt ermöglichte Gewinnung besserer Zellstoffe und durch die dann ebenfalls erzielbaren besseren Ausbeuten.
Für einen technischen und wirtschaftlichen Fortschritt war die Erkenntnis entscheidend. dass, wenn iman bei der Ausübung des Phenolatverfahrens mit verschiedenen Vorsichtsmassregeln und Schutzmassnahmen vorgeht. es möglich ist, aus dem Aufschlussgut wesentlich bessere phenolartige Körper und in sehr stark vergrösserter Menge zu gewinnen. Die Erfindung besteht in der Auffindung dieser Ver-
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besserten Kochverfahren.
) Unter Beachtung der bisher bekannten Literatur erhält man nur rund die halbe Menge phenol- artiger Körper aus dem Aufschlussgut wie nach dem neuen Verfahren. Nach dem neuen Verfahren ist es also im Gegensatz zu den älteren möglich, die als vorteilhafter erkannten höheren Phenolatkonzentra- tionen zu den gegebenen Zeitpunkten anzuwenden, ohne dass man gezwungen ist. zusätzliche und daher verteuernde phenolartige Stoffe in die Koehlauge geben oder sieh mit schlechteren Zellstoffqualitäten 'und geringeren Ausbeuten begnügen zu müssen.
Der ausserordentliche Vorteil und die Wichtigkeit der Gewinnung vergrösserter Mengen phenol- artiger Körper aus dem Pflanzenfasergut werden noch viel besser aus einem ändern Umstand ersichtlich.
Die Versuche haben nämlich ergeben, dass es sehr wünschenswert ist. in der Kochlauge zu verschiedenen
Zeitpunkten des Kochprozesses einen recht grossen Anteil an freien phenolartigen Körpern zu haben, der also nicht an Alkali gebunden ist. Dieser Anteil wird vielmehr erfindungsgemäss als hemmendes Gegen- gewicht gegen das Alkali des Phenolates benutzt. u. zw. deshalb, weil es sieh erwiesen hat. dass das Alkali
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reichend an die Phenole gebunden ist. nicht aber fest genug an die phenolartigen Stoffe von Kochlaugen. die schon oft gebraucht waren.
Es erscheint wohl verständlich, dass man dieser zu lockeren Bindung des Alkalis, die. mindestens bei Wiederverwendung gebrauchter Kochlaugen, zu einer ganz wesentlichen Schädigung der Koehlauge und des Pflanzenfasergutes führt. durch Anwendung gleichzeitig anwesender grösserer Mengen nicht an Alkali gebundener phenolartiger Stoffe entgegentreten kann. Das ist sch & n gleich zu Beginn jeder Kochung notwendig und immer dann von grossem Vorteil. wenn die Kochlauge
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fasergut gelangt, ferner auch zu den Zeiten, wo Alkali in bekannter Weise der Koehlauge während des
Kochprozesses zugeführt wird, u. zw. um so mehr, je höher dabei die Temperatur ist.
Schliesslich wirkt ein solcher Überschuss auch mit zunehmender Aufschliessung des Pflanzenfasergutes recht günstig, weil dann der Zellstoff schon weitgehend isoliert und dem Angriff eines zu locker gebundenen Alkalis erhöht ausgesetzt ist.
Aber selbst die erkannte Möglichkeit, bessere phenolartige Körper und in vermehrten Menge zu gewinnen, erschien-auf Grund der Versuche zur Einhaltung des notwendigen tberschusses und in Anbetracht der erwähnten höheren Phenolatkonzentrationen-noch nicht als sieher ausreichend. Ferner zeigte es sich auch. dass die in dem Grossbetrieb nicht vermeidbare Zufuhr weiteren Alkalis während des Kochprozesses nicht nur mit der Höhe der Temperatur immer gefährlicher wird. weshalb man auch oberhalb 1400 C iiberhaupt kein Alkali mehr zuführen sollte, sondern auch um so mehr, je höher die Konzentration dieser zuzuführenden Alkalilösungen ist.
Es wurde sogar gefunden, dass schon kleine Mengen hochkonzen- trierter Alkalilösungen phenolartige Körper der Kochlauge. zumal in der Hitze. für längere Zeit auszuflocken vermögen. wodurch man dann teilweise in das Natronkochverfahren hineingelangt und das Phenolatverfahren schwer beeinträchtigt. Schliesslich wurde noch festgestellt. dass man keineswegs. ohne erheblichen Nachteil für die Gewinnung der phenolartigen Körper. Alkali sogleich oder alsbald nach Beginn der Kochung zuführen darf, obwohl sich ein grosser Teil des Alkalis des Phenolates in der bereits bekannten Weise zur Absättigung aus dem Holz gelöster Substanzen sehr schnell verbraucht bzw. umlagert.
All diesen verschiedenen. sehr wichtigen Forderungen kann man dadurch nachkommen, dass man zunächst einmal das bekannte regelmässige Abtrennen des nicht mehr benötigten Kochlaugenanteiles. der zum Frischhalten der Kochlauge notwendig ist, erst jeweils nach Ablauf eines Teiles des nächsten Aufschlusses vornimmt, u. zw. im Austausch gegen die zum Instandhalten der Koehlauge und deren Regelung notwendigen Wasser-und Alkalimengen. Hiedurch kommt man beim Beginn der Kochung um den Teil an phenolartigen Körpern reicher in den Prozess, den man sonst nach den bekannten Verfahren bereits vor der neuen Kochung ausgeschieden hätte, d. h. also praktisch genau um den Betrag, den man als Zuwachs bei einer Kochung aus dem Aufschlussgut erhält.
Der Vorteil einer solchen Arbeitsweise wurde erkannt, als man die Abtrennung versuchsweise deshalb auf diesen Zeitpunkt verlegte, um für den letzten Teil der Kochung eine besonders reine Koehlauge zu haben, wofür sich diese Massnahme übrigens ebenfalls sehr bewährt hat.
Um die Kochlauge genügend frisch zu erhalten, muss man durchschnittlich 25% der Koehlauge regel- mässig abtrennen. Auf diese Weise hat die Koehlauge am Schluss einer jeden Kochung normal den vierfachen Gehalt an phenolartigen Körpern, als der bei jeder Kochung entstehenden Menge entspricht. Durch
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wie nach dem hier angegebenen neuen Verfahren.
Es bietet folglich keine Schwierigkeit, im Rahmen des neuen Verfahrens so abzufangen, dass man
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halb bis ebenso grossen und gegebenenfalls noch etwas grösseren. Anteil von freien phenolartigen Körpern in der Kochlauge hat, als den darin befindlichen, an Alkali gebundenen phenolartigen Stoffen entspricht.
Bei dem Kochbeginn wird man aus wirtschaftlichen Gründen die benutzte Kochlauge in bekannter
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lichen Atmungsfermente oder andern Enzyme (Ullmann. Enzyklopädie d. t. Chemie, Bd. V, 1930, BerlinWien, Seite 165, und Blücher-Lange. Auskunftsbuch für die chem. Industrie, Berlin, 14. Auflage, Seite 246) sehr schnell und ausserordentlich zerstörend auf die phenolartigen Körper der Kochlauge oder auf die betreffenden Bestandteile des Aufschlussgutes ein, sogar oder erst recht noch bei verhältnismässig hohen Temperaturen bis etwa zu 80 oder 90 :' C.) lan kann diesen Nachteil indessen auch noch dadurch vermeiden, dass zum Aufschliessen nur solches Pflanzenfasergut genommen wird. dessen Atmungsfermente und Enzyme bereits durch Erhitzen unwirksam gemacht worden sind.
Im Interesse hoher Ausbeute und guter Qualitäten der phenolartigen Körper und Zellstoffe ist aber für. den. Anfang der Kochung für die Anfangstemperatur auch dadurch eine obere Grenze gesetzt, dass man vor allem auf die nach einiger Zeit notwendige. \lkalizufuhr Rücksicht nehmen muss. was bereits weiter oben dargelegt wurde.
Um erfindungsgemäss einerseits eine zu heftige Reaktion des Alkalis des Phenolates durch eine allzu hohe Temperatur zu Beginn der Kochung zu verhüten und anderseits keine
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Anfangstemperatur zunächst auf die angegebenen 95-105 C ungefähr beschränken und innerhalb der ersten halben Stunde nicht mehr als etwa auf 125. keinesfalls auf mehr als 1400 C steigern. Die für die Praxis in Betracht kommenden Kochlaugentamperaturen für die Zeit der Alkalizutuhr während der Kochung liegen zwischen 70 und 140 C. meist zwischen 90 und 120'C.
Man verfährt in der Weise, dass die ganze Kochung in eine Vorbehandlungszeit und in einen Hochdruckteil zerlegt wird. Die phenolartigen Körper lösen sich aus dem Aufschlussgut, wie wenigstens bei den Hölzern festgestellt werden konnte. erst oberhalb 140 oder 160"C. In Anbetracht dieses l, umstandes
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ab für längere Zeit jede Alkalizufuhr, was dadurch möglich ist, dass man mit der erwähnten höheren Phenolkonzentration beginnt, so dass trotz der bekannten teilweisen umlagerung des Alkalis ein wirksamer Phenolatgehalt noch für lange Zeit erhalten bleibt. Die. Alkalizufuhr braucht infolgedessen erst nach
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nächste Kochung in einem besonderen Gefäss zurückstellt.
Man kann dann also die Alkalizufuhr durch eine verhältnismässig sehr grosse Flüssigkeitsmenge mit ziemlich niedrigemAlkaligehalt bewerkstelligen. wobei man die Temperatur dieser Alkalizufuhr z. B. um so niedriger wählen kann. je heisser die Kochlauge ist.
Bei Temperaturen oberhalb etwa 100 C muss man die Zufuhr konzentrierter Alkalilösungen in
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die Temperatur der Kochlauge und je verdünnter die Alkalilösung ist. um so mehr kann man auf einen solch schützenden Überschuss phenolartiger Körper verzichten.
Nach dem bereits Gesagten ist es ferner wichtig, dass die. Alkalilösung langsam und möglichst gleichmässig verteilt in die umlaufende Kochlauge zugeführt wird. in der Art. dass das Alkali in abge- sättigter Form als Phenolat in den Kocherraum gelangt.
Hat man die Alkalizufuhr beendet, so geht man durch Erhöhung der Temperatur in den Hochdruekteil über. Hiefür ist bei Hölzern in der Regel eine Temperatur zwischen 165-1750 C günstig und eine solche Konzentration des Phenolates. dass diese Höchsttemperaturen nicht länger als 2Y2-4 Stunden
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'dicksten Waschwässer, oder an Stelle festen Natronhydrats konzentrierte Alkalilosungen heranzieht, wobei man dann unter Umständen die Abtrennung während der Vorbehandlungszeit entsprechend kleiner als 25% nimmt.
Für den Aufschluss von Hölzern benötigt man zur Einhaltung wirtschaftlicher Bedingungen ungefähr das Vierfache an Kochlauge in Litern, als dem Gewicht eines sehr gut lufttrockenen Holzes in Kilogramm entspricht. Man wird beispielsmässig mit einer Anfangskonzentration von 5 bis 6 beginnen und durch die Alkalizufuhr während der Vorbehandlungszeit nach einer längeren Vorbehandlung soviel Alkali erneut zuführen, als rechnungsmässig zur Wiederherstellung des anfänglich gehabten Phenolatgehaltes notwendig ist. Das Ziel ist bei Hölzern ungefähr das, für den Hochdruckteil eine solche Koehlaugenkon- zentration herzustellen, dass die erwähnten Temperaturen und Kochzeiten ausreichen.
Bei bleichfähigen
Zellstoffen muss der Sehlussgehalt an Phenolat am Ende der Kochung noch ungefähr 40 betragen. Alle diese Konzentrationszahlen beziehen sich wiederum jeweils auf den Natrongehalt des Phenolates.
Wird das Kochverfahren mit Frischlauge begonnen, so wird man zweckmässig gleich auch dort einen gewissen Überschuss an Phenolen verwenden, nämlich etwa die gleiche oder die halbe Menge mehr. als zur Bildung des notwendigen Phenolates erforderlich ist. Die Frischlauge wäre also etwa wie folgt zusammenzusetzen : 900l Wasser, 200 kg N : atronhydrat (konzentriert 30%) und 170-340 kg gerei- nigtes Handelskresol. Bei Beachtung der bereits geschilderten Massnahmen erreicht man. dass man zu
Beginn jeder Koehung und während der Vorbehandlungszeit ungefähr halb bis ebensoviel freie phenol-
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entspricht. Am Schlusse des Hochdruckteiles hat man sogar die doppelte bis dreifache Menge an freien phenolartigen Körpern gegenüber den an Alkali gebundenen phenolartigen Stoffen.
Durch die erwähnten Vorsichtsmassnahmen in Verknüpfung mit der verbesserten Koehlaugen- führung erzielt man deshalb bessere oder billigere Zellstoffe, weil man auf die regelmässige Hereingabe zusätzlicher und daher wesentlich verteuernder phenolartiger Körper oder Phenole verzichten kann und trotzdem solche Verhältnisse erreicht. dass bereits ohne Mitverwendung solcher Zusätze ganz wesentlich bessere Zellstoffe und beträchtlich höhere Ausbeuten an Zellstoff gewonnen werden können. Wie ein- gehend erläutert wurde, erhält somit das Phenolatverfahren durch das angegebene neue Verfahren infolge der günstiger gestalteten Kochlaugenführung und der verschiedenen Schutzmassnahmen eine sicher erscheinende wirtschaftliche Bedeutung und Zukunft.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Aufschliessen von Pflanzenfasergut durch Kochen mit Phenolaten. dadurch gekennzeichnet, dass man in der Kochlauge-durch Regelung ihrer Zusammensetzung und der Alkalizufuhr zu ihr-eine so stark erhöhte Menge von nicht an Alkali gebundenen phenolartigen Körpern anwesend sein lässt, dass die Kochlauge während der Dauer des jedesmaligen Kochprozesses gleich zu Beginn und auch noch zu andern Zeitpunkten, also mindestens bis zum Beginn der, während der Vorbehandlung vorzunehmendenAlkalizufuhr und entsprechend dem sich ohne weitereszutun einstellenden Verhältnis während des Hochdruekteiles infolge des zunehmenden Aufschlusses, einen ganz erheblichen,
etwa einen halb bis ebenso grossen und gegebenenfalls noch grösseren Anteil an freien phenolartigen Körpern besitzt. als dem in ihr jeweils befindlichen Anteil von an Alkali gebundenen phenolartigen Stoffen entspricht.