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Verfahren zur Verzuckerung von Zellulose mit verdünnten Säuren durch intermittierende Druck- perkolation.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verzuckerung von Zellulose mit verdünnten Säuren unter Druck. Aus den früheren Arbeiten des Erfinders, z. B. der schweizerischen Patentschrift Nr. 15Ï114, ist es bekannt, Zellulose mit verdünnten Säuren unter Druck zu verzuckern, indem man während der Druckerhitzung durch das Zellulosematerial säurehaltige Wassersehübe in Zeitabständen fliessen lässt und den hiedurch entstandenen Zucker aus dem Reaktionsraum entfernt, so dass auf diese Weise der Zucker der Einwirkung von Säure und Hitze entzogen wird und eine Zersetzung nicht mehr stattfinden kann.
Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung des älteren Verfahrens und bezweckt, die schädliche Zuckerzersetzung noch weiter einzuschränken, wodurch eine höhere Ausbeute oder eine höhere Zuckerkonzentration ermöglicht wird. Es ist bekannt, dass die auftretende Zuckerzersetzung eine Funktion der Zeit ist, während welcher der entstandene Zucker der Einwirkung von Säure und Hitze ausgesetzt bleibt (Verweilzeit). Eine Entfernung des Zuckers mit sehr grosser Geschwindigkeit ist zwar nach dem alten Verfahren möglich, jedoch nur in unwirtschaftlicher Weise unter Anwendung grosser Flüssigkeitsmengen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht u. a. in der Hauptsache darin, die Verweilzeit des Zuckers weiter zu verkürzen, ohne dass-im Vergleich mit dem älteren Verfahren-eine Vermehrung der Flüssigkeitsmengen eintritt.
Die Zuckerlösung befindet sich bei der Ausführung des Verfahrens zum Teil in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen, mehr oder weniger groben Teilen der verwendeten Zellulosematerialien, z. B. also in den Zwischenräumen zwischen Holzstückehen, zum andern Teil jedoch befindet sich die Flüssigkeit innerhalb der kapillaren Poren des Materials, aus denen die rasche Entfernung naturgemäss schwierig ist. Nach dem älteren Verfahren dauerte es verhältnismässig lange, bis die Zuckerlösung aus dem Innern der Teilchen des Zellulosematerials herausdiffundiert war und in die Strömung der um die Teilchen herumfliessenden Hauptmenge der Zuckerlösung gelangte. Die Abkürzung der intrapartikularen Verweilzeit und die rasche und schonende Entfernung der Zuckerlösung aus den Kapillaren der Teilchen sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
Nach den bisher bekannten Verfahren zur Verzuckerung der Zellulose wird Zueker bis 80% der Theorie gewonnen, u. zw. in Form einer 4% igen Zuckerlösung. Die fehlenden 20% dürften der Zuckerzersetzung innerhalb der Partikelchen des Ausgangsmaterials zur Last fallen, die andere Hälfte der
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Die genannten Zahlen sind nicht unveränderlich. Sie hängen u. a. von der Holzart und der Teilchengrosse ab.
Die im Sinne der Erfindung zur Anwendung kommenden Massnahmen für die Abkürzung der Verweilzeit bestehen in wiederholter und periodischer Erhöhung und Erniedrigung von Temperatur und Druck, ferner auch in wiederholter Änderung der Säurekonzentration und insbesondere auch noch darin, dass die Zeit, während welcher die entstandene Zuckerlösung der Einwirkung von Säure und Hitze ausgesetzt ist, im Verhältnis zur Gesamtreaktionszeit, d. h. derjenigen Zeit, die im ganzen notwendig
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ist, um die Zellulose praktisch zu'verzuckern, möglichst günstig gewählt wird.
Das heisst also Die Verzuckerungsreaktion vollzieht sich, wenn die heisse Säure gemäss der Erfindung über das Material strömt, sie geht aber, auch noch weiter, nachdem die Hauptmenge der sauren Flüssigkeit abgelaufen ist, u. zw. unter der Wirkung der noch anhaftenden und in den Poren befindlichen Teile der Flüssigkeit. Es handelt sich also darum, sowohl die Hauptmenge der Lösung nicht zulange unter den die Zersetzung begünstigenden Verhältnissen in dem Reaktionsgefäss zu belassen, als auch darum, die in den Poren verbliebenen Anteile der Flüssigkeit möglichst rasch aus diesen herauszuschaffen.
Die periodische Erniedrigung und Erhöhung der Temperatur und des Druckes zur Abkürzung der Verweilzeit des Zuckers und zur Steigerung der Zuckerausbeute wird in sehr wirkungsvoller Weise durch die Verwendung verhältnismässig kalter Flüssigkeitsschübe erreicht. Unter Flüssigkeitsschüben sind im Sinne dieser Beschreibung begrenzte Flüssigkeitsmengen zu verstehen, deren Volumen in der Regel kleiner ist als das Volumen des zu behandelnden Zellulosematerials. Die einzelnen Schübe werden erfindungsgemäss mit einer Temperatur zur Anwendung gebracht, die jeweils 10-20'niedriger ist als die Temperatur des Zellulosematerials, auf welches sie aufgegeben werden.
Gemäss dem der Erfindung zugrunde liegenden Verfahren befindet sich das Zellulosematerial periodisch in Ruhe in halbfeuchtem, von Dämpfen umgebenem Zustande. In den Poren der Teilchen befindet sich naturgemäss mehr oder weniger durch Kapillarkräfte festgehaltene Flüssigkeit. Fliesst jetzt ein Flüssigkeitsschub, wie oben angegeben, mit erheblich niedrigerer Temperatur durch den Reaktionsraum, so tritt im Bereich des Schuhes zunächst Temperaturerniedrigung ein. Es vollzieht sich dabei etwa folgender Vorgang :
Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Materialteile, z. B. den Holzstückchen, werden sofort abgekühlt, während die Abkühlung sich ins Innere der Holzstückchen nicht so schnell fortpflanzt.
Daraus ergibt sich, dass die Holzstückchen zunächst im Innern heisser sind als die Zwischenräume. Mit der Abkühlung der Zwischenräume ist, da es sich um einen Vorgang in einem geschlossenen Gefäss handelt, selbstverständlich auch eine Erniedrigung des Druckes in den Zwischenräumen verbunden. Infolgedessen besteht ausser einem Temperaturgefälle auch ein Druckgefälle zwischen den kapillaren Poren der Holz- stückchen einerseits und den Zwischenräumen zwischen den verschiedenen Holzstücke anderseits. In weiterer Folge wird der flüssige Inhalt der Poren (saure Zuckerlösung) durch einen Verdampfungsvorgang im Inneren derselben rasch hinausgetrieben.
Er mischt sich mit der Hauptmenge der vorbeiströmenden Flüssigkeit und wird mit ihr zusammen aus dem Perkolator entfernt. Auf diese Weise wird der in den Poren gebildete Zucker vor Zersetzung, die er beim längeren Verweilen innerhalb der Poren erleiden würde, geschützt.
Die nachfolgende Schubflüssigkeit wird alsdann wieder mit höherem Druck in die Holzstückchen eingepresst, die Poren füllen sich mit der Flüssigkeit wieder aus, und der Vorgang wiederholt sich.
Die Apparatur, welche zweckmässig für das Verfahren der vorliegenden Erfindung in Anwendung kommt, ist grundsätzlich die gleiche wie sie in den älteren und bekannten Patenten des Erfinders beschieben ist, abgesehen von den zusätzlichen Einrichtungen, auf die weiter unten im einzelnen eingegangen wird.
Zunächst hat die Anwendung der kälteren Schübe noch den Vorteil, dass die Schübe verhältnismässig geschlossen fliessen, u. zw. mit verhältnismässig grosser Geschwindigkeit, d. h. ein solches kälteres Flüssigkeitsquantum hat unter den beschriebenen Bedingungen weniger die Neigung, sich in einzelne Teile, z. B. Strahlen oder Rinnsale od. dgl., zu zerteilen, bleibt vielmehr als geschlossene Masse zusammen, wie es für den Erfolg des Verfahrens von Wichtigkeit ist. Das Durchfliessen der Schübe durch das Zellulose- material lässt sieh dadurch noch beschleunigen, dass von oben mit Dampf nachgedrückt wird, der eine höhere Temperatur hat als das Zellulosematerial und dementsprechend auch einen höheren Druck als der im Perkolator vorher herrschende.
Durch den so zuströmenden Dampf lässt sich der Druck oben im Perkolator um etwa 2 Atm. gegenüber dem Druck im unteren Teil des Perkolators erhöhen. Auf diese Weise ist es möglich, in wenigen Minuten einen Flüssigkeitsschub durch eine etwa 10 m hohe Schicht gepressten Zellulosematerials hindurchzudrücken.
Die obenerwähnte Anwendung kalter Schübe und die Drucksteigerung mit Dampf von höherem Druck, also auch höherer Temperatur, würde zur Folge haben, dass der Perkolator im oberen Teil eine höhere Temperatur erhält als im unteren. Daraus würde sich ergeben, dass die Verzuckerungsreaktion im oberen Teil des Zellulosematerials rascher verläuft als im unteren ; es würde also ein ungleichmässiger, das Gesamtresultat beeinträchtigender Abbau der Zellulose erfolgen.
Zur Verhütung einer solchen Erscheinung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, während der Ruheperiode, d. h. also in der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schüben, von unten Dampf in den Perkolator einzublasen, entweder durch einen geeigneten Dämpfring am unteren Ende des Perkolators oder durch ein am unteren Ende des Perkolators angebrachtes Filter, das hiefür, wie später beschrieben wird, besonders eingerichtet sein muss. Das Einblasen des Dampfes von unten- hat den Zweck, einer vorzeitigen Abkühlung des Zellulosematerials entgegenzuwirken und die gewünschte Temperaturdifferenz zwischen dem Reaktionsmaterial und dem Flüssigkeitssehub zu gewährleisten. Die Abkühlung des Materials soll möglichst nur in dem begrenzten Bereich des Schubes erfolgen, nicht aber an ferneren Stellen.
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Zweckmässig wird das Dämpfen von unten auch noch während des Einlaufes des Schuhes in den oberen Teil des Perkolators fortgesetzt. Hiedurch wird erreicht, dass der Schub zunächst noch nicht in das Material eindringen kann, da der dem Schub entgegenströmende Dampf dies verhindert. Sobald der Schub sich ganz im Perkolator befindet, kann unten das Dämpfen abgestellt werden und von oben Überdruckdampf zuströmen, wie dies bereits beschrieben wurde.
Mit Änderung von Druck und Temperatur in der beschriebenen Weise kann auch ein Verschieben der Säurekonzentration mit Vorteil angewandt werden. Werden Schübe verwendet, deren Säure- konzentration z. B. durch entsprechende Überschichtung eines schwächer sauren Flüssigkeitsteiles mit einem stärker sauren im unteren Teil erheblich geringer ist als im oberen Teil, so hat dies den Vorteil, dass der schwach saure Teil des Schubes die Entfernung des Zuckers besorgt, während der stärker saure obere Teil des Schuhes grossenteils an dem Material haftenbleibt und während der erwähnten Ruheperiode den Fortgang der Verzuckerungsreaktion bewirkt.
Der untere, schwach saure Teil des folgenden
Schuhes trifft dann auf das Material, das den stärker sauren Teil des vorhergehenden Schuhes aufgesaugt hat, und der dadurch entstehende Unterschied zwischen der Konzentration der Flüssigkeit in den Teilchen und der Konzentration der Flüssigkeit ausserhalb der Teilchen begünstigt die Entfernung des Zuckers aus den Teilchen.
Ausserdem hat die Anwendung ungleich saurer Schübe in der beschriebenen Weise den Vorteil der Säureersparnis, da der Abtransport des Zuckers mit dem säurearmen oder säurefreien Teil des Schuhes erfolgt, der als untere Portion zuerst über das Reaktionsmaterial hinüberfliesst und gewissermassen die alte Zuckerlösung von den Teilchen abstreift, während in der Hauptsache der stärker saure obere Teil eines Schubes, an den Teilchen haftend, zurückbleibt. Die Säurekonzentration des oberen Teiles eines Schuhes bestimmt somit im wesentlichen die Geschwindigkeit der Reaktion.
Die Anwendung verschiedener Säurekonzentrationen kann aber auch in der Weise erfolgen, dass der Säuregehalt der Schübe an sich gesteigert wird, mit anderen Worten, dass der nachfolgende jeweils einen etwas höheren Säuregehalt hat als der vorangehende.
Die beiden Massnahmen, die Anwendung von Schüben, die eine ungleichmässige Säurekonzentration besitzen, wie auch die Anwendung von Schüben mit steigendem Säuregehalt, können beide gleichzeitig angewendet werden. An Stelle eines Schubes, dessen Säuregehalt im oberen Teil höher ist als im unteren Teil, können selbstverständlich auch zwei Schuhe treten, von denen der erste säurearm oder säurefrei, der zweite säurereich ist, wobei die beiden Schübe zweckmässig in kurzer Zeit aufeinanderfolgen. Diese allmähliche Steigerung der Säurekonzentration ist geeignet, die in früheren Patenten des Erfinders empfohlene Temperatursteigerung ganz oder teilweise zu ersetzen.
Ein Massstab für die richtige Wahl der Reaktionsbedingungen, insbesondere für die richtige Steigerung von Temperatur und Säurekonzentration, ist darin zu sehen, dass die erhaltenen Zuckerlösungen annähernd konstante Konzentration haben oder, wie es auch zweckmässig ist, dass die Konzentration sich allmählich und stetig verringert, u. zw. in der Weise, dass die Zuckerkonzentration anfänglich etwa 7% beträgt und im Verlaufe des Prozesses stetig bis auf 3% absinkt. Am Schlusse des Prozesses fällt dann die Konzentration plötzlich ganz ab, woran das Ende der Reaktion deutlich zu erkennen ist. Die Konzentration der Zuckerlösung ist naturgemäss unmittelbar abhängig von der Reaktionsgeschwindigkeit und diese wiederum von der Temperatur und der Säurekonzentration.
Der Reaktionsfaktor wird also erfindungsgemäss durch die Steigerung von Temperatur und Säurekonzentration im Verlaufe eines Reaktionsvorganges so gesteuert, dass die Konzentration der erhaltenen Zuckerlösung jedenfalls langsamer fällt, als wenn die Reaktionsbedingungen unverändert bleiben.
Die nach dem vorgenannten Verfahren angewandten Schübe müssen in einem gewissen Verhältnis zur Grösse der Füllung stehen, d. h. zum Gesamtvolumen des Reaktionsmaterials. Folgende Regeln für die Grösse der Schübe im Verhältnis zum Volumen der Füllung kann man als zweckdienlich ansehen : Man beginnt mit einem besonders grossen Schub, bei dessen Bemessung man allerdings den Feuchtigkeitgehalt des Materials nicht unberücksichtigt lassen soll. Pro Tonne Holztrockensubstanz soll bei erster Behandlung etwa 1 m3 Flüssigkeit auftreffen, bei trockenem Material etwas mehr, bei feuchtem etwas weniger.
Das nachfolgende Flüssigkeitsquantum kann schon um ein Drittel kleiner sein, und es zeigt sich, dass im Verlaufe des Prozesses die Schübe noch weiter verkleinert werden können, wobei nicht vergessen werden darf, dass ja das Volumen des Reaktionsmaterials im Perkolator durch das Verzuckern der Zellulose und den Abtransport der Zuckerlösung an sich allmählich kleiner wird. Auch die Zeitabschnitte zwischen den Behandlungen können gegen Ende des Prozesses kleiner werden.
Wie bekannt, enthalten häufig die nach dem Perkolationsverfahren entstandenen Zuckerlösungen höhere Zucker, z. B. Cellobiose, die durch Nachhydrolyse zu Glucose abgebaut werden können. Die Nachhydrolyse lässt sich durch Verzögerung der Abkühlung der erhaltenen Zuckerlösungen durchführen.
Die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Zuckerlösungen zeigen die Eigentümlichkeit, dass in den ersten Fraktionen die Nachhydrolyse sehr wirksam ist, bei den mittleren Fraktionen abnimmt und bei den Endfraktionen weniger Erfolg zeitigt. Infolgedessen wird mit Vorteil die Nachhydrolyse, insbesondere bei den ersten Fraktionen, durchgeführt. Die Nachhydrolyse kann noch im unteren Teile
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des Perkolators ausgeführt werden, indem der Schub bei zirka 155 eine kurze Zeit, z. B. 30 Minuten, belassen wird, bei Gegenwart von 0. 4%iger Schwefelsäure.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist jedoch, die nachzuhydrolysierende Flüssigkeit aus dem Perkolator austreten zu lassen und auf 100 zu kühlen und in diesem Zustand in gewöhnlichen Behältern, etwa in Holzbottichen, aufzubewahren. Es zeigt sich dabei, dass etwa das erste Zehntel des abgebauten Zuckers bei 90-100 und einer Schwefelsäurekonzentration von 0. 4% einer Nachhydrolyse von ungefähr 24 Stunden bedarf, während für das zweite und dritte Zehntel schon eine um je einige Stunden kürzere Zeit genügt. Die anzuwendendan Zeiten der Nachhydrolyse sind selbstverständlich sehr von der Temperatur und auch von der Säurekonzentration abhängig, u. zw. ungefähr einfach umgekehrt proportional der Säurekonzentration.
Die Nachhydrolyse kann auch in eigenen Behältern unter Druck bei Temperaturen über 100 erfolgen, z, B. durch einstündiges Erhitzen bei 145 bei einer Säurekonzentration von 0-4% H2SO
Wie bereits erwähnt, ist die Naehhydrolyse, insbesondere bei der ersten Hälfte der gebildeten Zuckerlösung, vorteilhaft ; bei der zweiten bietet die Nachhydrolyse keinen bedeutenden Gewinn bzw. ist sogar schädlich. Es kann daher die Nachhydrolyse auf die erste Hälfte der gewonnenen Zuckerlösung beschränkt werden.
Nach erfolgter Nachhydrolyse kann ohne weiteres Neutralisation, Filtration und Kühlung der Würze erfolgen. Das Abkühlen der Würzen kann in bekannter Weise auf dem Wege des Wärmeaustausches. mit Frischwasser für die Perkolation vorgenommen werden.
Nach den Arbeiten des Erfinders ist die schädliche Zuckerzersetzung eine Funktion des Verhältnisses von Verwailzeit des Zuckers zu Gesamtreaktionszeit der Zellulose. Die absolute Verweilzeit des Zuckers kann, wie die Praxis zeigt, nicht beliebig verkürzt werden, sie hat ein natürliches Optimum.
Die Gaschwindigkeit der Entfernung des Zuckers aus den Teilchen und aus dem Perkolator hat also ihre natürlichen Grenzen. Es ist, wie die Erfahrung zeigt, zweckmässig, durch Anwendung schonender Reaktionsbedingungen (niedrige Temperatur und Säurekonzentration) die Verzuckerung so langsam verlaufen zu lassen, dass die Reaktionszeit mehr als 12 Stunden beträgt. Das Verhältnis zwischen Verweilzeit und Gesamtreaktionszeit wird dadurch günstiger und die Ausbeute höher.
Ein weiteres Mittel, um die Verweilzeit des Zuckers innerhalb der Teilchen abzukürzen, besteht in der Verwendung von kurzfaserigem Material. Soweit nicht Holzabfälle, wie Sägespäne usw., zur Anwendung kommen und die Zerkleinerung von Scheiten, Knüppeln u. dgl. stattfindet, erwies es sich als. zweckmässig, durch Raspeln das Holz in kurzfaserige Plättchen zu zerkleinern, deren Faserlänge nur wenige Millimeter beträgt und deren Durchmesser 1-2 cm sein kann. Diese Plättchen legen sich dann beim Einfüllen in den Perkolator horizontal, so dass die Fasern mehr oder weniger senkrecht stehen und leicht von der durchfliessenden Flüssigkeit durchdrungen werden können. Die intrapartikulare Verweilzeit wird dadurch abgekürzt.
Obwohl an sich geschichtetes, kurzfaseriges Material dem Durchtritt der Flüssigkeit verhältnismässig grossen Widerstand entgegensetzt, so ist doch die überraschende Erscheinung zu vermerken, dass bei Anwendung kälterer Schübe ein leichteres Durchdringen stattfindet. Diese Erscheinung hängt vermutlich mit den durch das Auftreffen der kalten Schübe in die Wege geleiteten Kondensationsvorgängen zusammen.
Eine Vorrichtung zur Ausübung des vorliegenden Verfahrens ist auf der Zeichnung in beispielsweiser Ausführungsform veranschaulicht.
Im Unterteile eines Perkolators 1 ist die Dämpfvorrichtung vorgesehen, die beispielsweise aus dem Ringkörper 2 besteht, welcher zwischen dem Perkolatorflansch 3 am unteren Ende 4 des Konus und dem eigentlichen Verschluss, der als Platte angedeutet ist, eingeschaltet wird. Der Ringkörper 2 besitzt. einen in der Wandung liegenden Ringkanal 5 und aus diesem düsenartig austretende, in das Innere mündende Kanäle 6. Der Dampf kommt aus der Speiseleitung 7 und wird durch ein Ventil S geregelt.
Neben dieser Vorrichtung ist es aber auch zweckmässig, das im Konus des Perkolators 1 vorgesehene und in der Hauptsache zur Filtration der abfliessenden Zuckerlösung dienende Filter zum Dämpfen zu verwenden, da dieses gleichzeitig den Vorteil mit sich bringt, eine häufig wiederholte Reinigung des Filters durch Aufschliessung seiner Poren herbeizuführen. Das Filter selbst besteht aus säurefesten, porösen Filterplatten aus granuliertem Material, Steinen, Kunstharzen od. dgl. Die porösen Platten werden zweckmässig so ausgebildet, dass sie in ihrer Dicke Poren verschiedener Grössen haben, u. zw. derart, dass die kleinsten Öffnungen sich an der Innenseite befinden. Hiedurch wird in bekannter Weise eine Verstopfung der Poren im Innern am wirksamsten verhindert.
Diese Filterplatten 9 liegen auf der Schicht ? ; die zur Auskleidung des Perkolators dient. Es ist besonders zweckmässig, in dieser Schicht Rillen und Nuten 11 vorzusehen, so dass die Filterplatten nicht vollkommen kompakt auf der Unterlage 10 aufliegen. Es kann aber auch die Unterlage vollkommen eben ausgebildet werden und an den Filterplatten 9 Erhöhungen vorgesehen sein bzw. ein Netzwerk zwischen beiden angebracht werden.
Dies hat den Vorteil, dass der zwischen der Auskleidungsschicht 10 und den Filterplatten 9 eingeleitete Dampf leichter hindurchtreten kann, und anderseits den Vorteil, dass die durch die Filterplatten 9 hindurchdringende Säure ebenso leicht den Weg zum Austritt findet. Unter den
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Filterplatten sind Öffnungen 12 vorgesehen, an welche Rohrleitungen 13 angeschlossen sind, die in eine Ringleitung 14 münden. Aus dieser Ringleitung führt ein Stutzen 15 heraus und eine Rohrleitung 16 hinein. In der Rohrleitung 16 ist ein Abschlussventil17 vorgesehen. Von diesem Abschluss- ventil 17 kann Dampf durch die Rohrleitung 16 in die Ringleitung 14 und damit in die Leitungen 13 eingelassen werden.
Im Ablaufstutzen 15 ist eine Schauvorrichtung 18 vorgesehen, durch welche es ermöglicht wird, festzustellen, ob vomPerkolator her noch saure Flüssigkeit fliesst. Diese Schauvorrichtung kann auch in den Rohrleitungen 13 vorgesehen werden. Da die Zuckerwürze die Neigung hat, die Schaugläser zu verschmieren und undurchsichtig zu machen, ist es zweckmässig, Glaseinsätze 19 vorzusehen, die in das Innere der Rohrleitung 15 hervortreten und die dauernd von der strömenden Würze umspült werden, so dass diese Gläser stets sauber sind.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende : Wenn sich die Bedienung an der Schauöffnung 18 überzeugt hat, dass keine saure Würze oder keine Schübe mehr vom Perkolator herfliessen, so kann entweder das Ventil 8 aufgedreht werden oder, wenn beide Vorrichtungen vorgesehen sind, die Ventile 8 und 17. Der bei Ventil 8 eintretende Dampf wird dann vom Fuss des Perkolators her durch Austritt aus den Düsen 6 in das Innere des Perkolators strömen, während der vom Ventil 17 herkommende Dampf durch die Zufuhrleitung 16, die Ringleitung 14, die Steigleitung 13 durch die Öffnungen 12 gelangt und sich hier durch die Kanäle 11 auf die gesamte Konusfläche verteilt, durch die Filterplatten hindurchdringt, diese gleichzeitig reinigt und in das Innere des Perkolators gelangt.
Im übrigen vollzieht sich die Füllung des Perkolators und die Entleerung in der aus den älteren Patenten des Erfinders bekannten Weise. Das Verfahren kann auf alle Arten von Zellulosematerial, also auf Holz, Torf usw., Anwendung finden, auch mit beliebigen Säuren und Säuremischungen durchgeführt werden, sofern die Säurelösung eine genügende Wasserstoffionenkonzentration besitzt. Ein Ausführungsbeispiel unter Verwendung der aus früheren Patenten des Erfinders bekannten Apparatur in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung ist folgendes :
Angewandt : 5000 kg Holztrockensubstanz, 50 m3 Wasser, 400 kg 50%ige Schwefelsäure (50 m3 0-4% ige Schwefelsäure). Versuchsbedingungen : Die Zulaufzeit beträgt 5 Minuten, Ablaufzeit und Arbeitspause (Ruheperiode) betragen je 20 Minuten.
Gesamtreaktionszeit 14 Stunden. Es werden 20 Schübe von 5 bis 1. 8 m3 Grösse allmählich abnehmend angewandt. Temperatur ansteigend von 150 bis 190 C.
Der Durchsatz der Flüssigkeitsschübe durch den Perkolator (in periodischen Abständen von 5+20 +20=45 Minuten) geht wie folgt vor sich : die Temperatur eines in den Perkolator eintretenden Schuhes ist jeweils 200 niedriger als die jeweilige Temperatur im Perkolator vor dem Eintritt, die kurz als Reaktionstemperatur"bezeichnet wird. (Diese Reaktionstemperatur steigt im Verlauf des etwa 14stündigen Prozesses von 150 auf 190 .) Während des Schubeintrittes in den Perkolator und während weiterer 4 Minuten (Zulaufzeit) wird jeweils in den Unterteil des Perkolators Dampf eingeblasen, bis die infolge des verhältnismässig kalten Schubes stark abgefallene Temperatur im Perkolator wieder nahezu die Reaktionstemperatur erreicht hat.
Hierauf wird jeweils Dampf in den Oberteil des Perkolators eingelassen, bis eine Drucksteigerung um etwa 2 Atm. eingetreten ist, wodurch der Schub durch das Zellulosematerial gedrückt wird und mit grosser Geschwindigkeit in den unteren Teil des Perkolators gelangt.
Nach dem Schliessen des oberen Dampfeintritts sinkt der Druck im Perkolator durch Abkühlung und Kondensation jeweils rasch wieder auf die der Reaktionstemperatur (zwischen 150 und 190 ) entsprechende Spannung, worauf der Schub durch das im Unterteil des Perkolators angeordnete Filter abgelassen wird.
Ausbeuten bezogen auf Holztrockensubstanz : 53% red. Zucker bzw. 43 % vergärbarer Zucker bzw.
27 Liter Sprit aus 100 kg Holztrockensubstanz. Konzentration der Würze : 5'3% red. Zucker, 4-3% vergärbarer Zucker.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verzuckerung von Zellulose mit verdünnten Säuren durch intermittierende Druckperkolation, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Zellulosematerial durchfliessenden Flüssigkeitsschübe kälter sind als das Zellulosematerial und dass durch wiederholte und periodische Erhöhung und Erniedrigung von Temperatur und Druck die Verweilzeit des gebildeten Zuckers innerhalb der Teilchen abgekürzt und eine beschleunigte Entfernung der Zuckerlösung während der Druckerhitzung erzielt wird.