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Verfahren zur Herstellung von Zellstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zellstoff und bezweckt insbesondere die
Zellstoffausbeute zu erhöhen.
Mit dem bekannten, durch einen verkürzten Kochprozess erhältlichen Hochausbeutezellstoff kann man bei einer Roe-Zahl von ungefähr 25 bis 30 eine Ausbeute bis zu 70% erzielen, während Normalzellstoff nur eine Ausbeute von 45 bis 5 (J1jo bei Roe-Zahlen von etwa 4 bis 10 ergibt. Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Herstellung von Hochausbeutezellstoff zu vereinfachen und dadurch die Erzeugungskosten zu vermindern sowie die Qualität des Zellstoffes zu verbessern.
Zur Gewinnung von Zellstoff durch Aufschliessen von Hackspänen ist schon vor längerer Zeit eine als Zirkulationsmethode oder auch als Kaltdruckverfahren bezeichnete Arbeitsweise empfohlen worden, nach welcher aus einem Vorratsbehälter entnommene, heisse Kochflüssigkeit in einen mit Hackgut beschickten Kocher unter Druck eingespeist und darin dem Kochprozess unterworfen wird. Nach einem dieser Vorschläge wird die heisse Säure, die unter einem hohen Druck von etwa 6 at steht, in einem geschlossenen System, das lediglich aus dem Kocher selbst, einer Umlaufleitung und einer Pumpe besteht, zur Zirkulation gebracht, vgl. USA-Patentschrift Nr. 2, 091, 513. Die mit dieser Methode angestrebte durchgehende Imprägnierung des Hackgutes mit der Kochsäure liess sich jedoch in der Praxis nicht verwirklichen.
Eine weitgehende Sättigung des Behandlungsgutes erfolgt vielmehr erst während des Kochens, vor allem aber erst während eines Stillstandes des Kochprozesses von etwa 2 h Dauer vor Beendigung der Reaktion.
Ein weiterer Vorschlag betrifft eine bestimmte "Vorimprägnierung" mit warmer Kochflüssigkeit durch Zirkulieren derselben zwischen dem obersten und untersten Punkt des Kochers, wobei dem Kocher durch die Kochsäure ein gewisser hydrostatischer Druck erteilt wird, s. USA-Patentschrift Nr. 2, 229, 886. Nach diesem Verfahren kann auch eine gewisse Säuremenge vor Beginn der Reaktionsperiode wieder in den Kochflüssigkeitsbehälter zurückgeführt werden, doch lässt sich auch in diesem geschlossenen und unter Druck stehenden System keine vollständige Imprägnierung erzielen.
Schliesslich ist durch die USA-Patentschrift Nr. 1, 974, 420 eine Methode bekanntgeworden, gemäss welcher man verhältnism-ässig kalte oder erst während des Um1aufens erw rmte Kochs ure zwischen dem Kocher und dem Kochsäurebehälter zirkulieren lässt. Da aber der Kocher vor dieser Zirkulation unter hydrostatischen Druck gesetzt wird, erhält man auch mit dieser umlaufenden kalten bzw. mässig erwärmten Kochflüssigkeit keine nennenswerte Imprägnierung.
Es wurde nun gefunden, dass sich die Erzeugung eines Hochausbeutezellstoffes nach dem Zirkulationsverfahren in überraschender Weise verbessern lässt, wenn schon während des Füllens des Kochers mit der Kochflüssigkeit und bei der anschliessenden Zirkulation der Kochflüssigkeit durch druckloses Arbeiten für eine praktisch vollständige Imprägnierung gesorgt wird.
Die erfindungsgemässe Arbeitsweise ist dadurch gekennzeichnet, dass die warme Kochflüssigkeit, mit welcher das Hackgut während des Füllens praktisch vollständig imprägniert wird, nach dem Füllen des Kochers mit dieser Flüssigkeit in einem offenen System, das sowohl den Kocher als auch den Kochflüssigkeitsbehälter umfasst, bis zur praktisch vollständigen Austreibung der Luft in Zirkulation versetzt wird, worauf der Auslauf der zirkulierenden Kochflüssigkeit gedrosselt bzw. gesperrt sind, wonach der Druck im Kocher gesteigert und sodann die Kochung, vorzugsweise ohne Stillstand, vorgenommen wird.
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Dem bekannten Kaltdruckverfahren gegenüber unterscheidet sich das erfindungsgemässe Verfahren sowohl durch eine drucklose Zirkulation als auch durch die Einbeziehung des Kochflüssigkeitsbehälters in das Zirkulationssystem. Besonders wichtig ist, dass die Imprägnierung vor dem Beginn des Kochens in einem offenen System drucklos und praktisch vollständig ausgeführt wird. Durch die Zirkulation und die
Erneuerung der Kochflüssigkeit wird eine sehr wirksame Entlüftung des Hackgutes erzielt, eine Massnah- me, welche die vollständige Imprägnierung des Hackgutes erleichtert und beschleunigt. Nach dieser
Imprägnierung und Zirkulation wird das System in an sich bekannter Weise geschlossen und der Druck gesteigert, z.
B. auf mindestens 4 - 5 atü oder auf einen noch höheren Druck, den die Pumpe liefert, worauf der Kochvorgang durchgeführt werden kann. Dadurch, dass dem Kocher erfindungsgemäss bereits von Anfang an Kochflüssigkeit von relativ hoherTemperatur zugeführt wird, wird der Vorteil erzielt, dass die Kochung bereits bei hoher Temperatur begonnen werden kann. Aus diesem Grunde wird die Kochzeit verkürzt und Temperatur und Druck können langsam unter gleichzeitiger Zirkulation der Kochflüssigkeit erhöht werden, das für die Erzielung einer gleichmässigen Qualität von Bedeutung ist. Dank der effekti- ven Vorimprägnierung des Hackgutes kann die Kochung ohne zeitraubende Stillstände (Unterbrechungen der Temperatursteigerung) durchgeführt werden.
Die Imprägnierung kann erfindungsgemäss noch dadurch verbessert werden, dass die Kochflüssigkeit einem Behälter entnommen wird, in dem sie bei einem relativ hohen Druck, z. B. von mindestens 3 bis 4 atü, und einer Temperatur von etwa 60 bis 850C gehalten wird. Die Zirkulation der Kochflüssigkeit wird zweckmässig so weit getrieben, dass die erste Füllung mindestens zum Hauptteil durch eine neue Füllung ersetzt wird. Je nach der Beschaffenheit des Holzes kann die Zirkulation unter Umständen auch noch bis zur Umsetzung weiterer Mengen von Kochflüssigkeit betrieben werden.
Der Kochvorgang selbst kann vorteilhaft bis zu einer Roe-Zahl des Stoffes (Chlorverbrauchszahl des
Stoffes nach Roe) von 20 bis 30 durchgeführt werden.
Auf Grund des geringen Aufschlussgrades eines Hochausbeutezellstoffes ist es vorzuziehen, den Stoff nach der Entleerung aus dem Kocher einer sorgfältigenDefibrierung und Raffinierung zu unterwerfen. Man muss also einen Raffineur verwenden, in dem die Stoffqualität (der Splittergehalt) kontrolliert werden kann.
Gemäss der Erfindung können Endprodukte mit verschiedenen gewünschten Eigenschaften durch Mi- schung von Hochausbeutezellstoff (Roe-Zahl z. B. 20-30) und Normalzellstoff (Roe-Zahl z. B. 4-10) in geeigneten Verhältnissen erhalten werden, wobei diese Stoffe zuerst für sich getrennt hergestellt und de- fibriert werden und im fertigen Zustand gemischt werden.
Eine in dieserWeise hergestellte Mischung von 5cp/o Hochausbeutesulfit und 5cp/o Normalsulfit ergibt eine Stoffausbeute von etwa 60%. Mit einem Mischungsverhältnis von 751a Hochausbeutesulfit und 25%
Normalsulfit wird eine Stoffausbeute von etwa 651o erzielt. Die Eigenschaften derartiger Mischstoffe sind besser als die von Normalsulfit. Für gewisse Papierqualitäten kann Hochausbeutesulfit allein eingesetzt werden, und dabei erzielt man eine Ausbeute von etwa 7cp/o.
Die Erfindung kann sowohl bei der Erzeugung von Sulfitzellstoff als auch bei der Erzeugung von Sul- . fatzellstoff angewendet werden. Sie ist überhaupt anwendbar bei allen Methoden der Herstellung von chemischer Zellulose.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher veranschaulicht. Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Herstellung eines Mischzellstoffes aus Hochausbeutezellstoff und Normalzellstoff gemäss der Erfindung.
Fig. 2 stellt den Kocher und den dazugehörenden Behälter für die Kochflüssigkeit (Kochsäurebehälter) sowie die Zirkulationsvorrichtungen dar.
An einen Kocher 1 (Fig. 2) vom üblichen vertikalen Typ ist ein Kochsäurebehälter 2 angeschlossen, in welchem die Kochsäure bei einem höchsten Druck von 3 bis 4 atü und bei einer Temperatur von etwa
60 bis 850C, vorzugsweise 75-80OC, gespeichert ist. Von diesem Kochflüssigkeitsbehälter wird die Kochsäure durch die Pumpe 3 und die Leitung 4 in den unterenTeil des Kochers eingepumpt. Vom oberen Teil des Kochers führt die Gasleitung 5 in die freie Luft oder zu einem Säureturm. Durch die Ventile 6 und 7 kann die Gasleitung durch eine Leitung 8 an den unteren Teil des Flüssigkeitsbehälters 2 zwecks Zirkulation der Säure während der Vorimprägnierung, die weiter unten näher beschrieben wird, angeschlossen werden. Vor Einmündung der Leitung 8 in den Behälter 2 ist ein Ventil 9 eingebaut.
Während des eigentlichen Kochvorganges kann dieKochsäure durch Leitung 10 und eine darin eingebaute Pumpe 11 in Zirkulation gehalten werden. Die Leitungen 4 und 10 sind durch einen gemeinsamen Zirkulationsstutzen mit darin eingebautem Ventil 12 an den Kocher angeschlossen. Die Zirkulationsleitung 4 kann mittels der Ventile 13 und 14 abgeschlossen werden. Die Zirkulationspumpe 11 kann die Säure gewünschtenfalls durch Leitung 10 zirkulieren lassen, beispielsweise während der ersten Hälfte der Säurefüllung.
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Das Übertreiben (der Rücklauf der Säure) kann mittels der Pumpe 11 durch eine Leitung 15 erfolgen, die mittels der Ventile 16 und 17 abgeschlossen werden kann. In dem konischen unteren Teil des Kochers ist ein Zirkulationssieb 19 eingebaut.
Dem Kochflüssigkeitsbehälter 2 wird die Säure von einer nicht dargestellten Vorratszisterne für Kochsäure durch eine Leitung 20 zugeführt. Vom oberen Teil des Behälters 2 geht eine Leitung 21 ab, wodurch Gas zu der eben genannten Säurezisterne geleitet wird.
Der Kocher wird durch Vorrichtungen bekannter Art mit dem Hackgut gefüllt. Geschieht die Füllung durch Dampfeinblasung, so ist es wichtig, dass die Evakuierung zufriedenstellend ist. Die Hackgutfüllung wird dabei in bekannter Weise abgebrüht, wobei der Dampf gegen das Ende der Hackgutfüllung in die Atmosphäre ausströmen muss, beispielsweise durch einen Stutzen 18 oder durch die Entleerungsöffnung des Kochers.
Nach beendeter Hackschnitzelfüllung und Abbrühung wird Kochsäure von dem als Warmsäurezisterne dienenden Flüssigkeitsbehälter 2 durch die Pumpe 3 und die Leitung 4 und die Ventile 13 und 12 eingepumpt. Während des Einspeisens wird ein Arbeitsdruck von etwa 2, 5 atü eingehalten. Die Pumpe 3 soll einen Druck von 4 bis 5 kg/cm ergeben, aber der Druck kann zweckmässig auch höher sein. Während der ersten Hälfte der Säurefüllung kann, wie bereits gesagt, das Einspeisen durch die Leitung 4 und die Zirkulationspumpe 11 geschehen. Zu Beginn der Säureeinfüllung steht der obere Teil des Kochers 1 durch die Leitung 5 mit den Säuretürmen in Verbindung ; zweckmässig wird der Kocher erst etwas später über die Leitung 8 mit dem Kochsäurebehälter 2 in Verbindung gesetzt.
Durch beide Massnahmen wird für die aus der Kocherfüllung abgetriebene Luft freier Ablauf geschaffen. Die Dimension der oberen Gasleitung muss der Kapazität der Säurepumpe angepasst werden. Wenn das Säureniveau den obersten Teil des Kochers erreicht, nach etwa 10 - 15 min, werden die Ventile 6 und 7 umgestellt, so dass die Säure über die Leitung 8 zu dem Kochsäurebehälter zurückläuft. Mit der Zirkulationspumpe 3 wird weiterhin Säure aus dem Kochsäurebehälter so lange eingepumpt, bis die erste Füllung in der Hauptsache mit neuer Warmsäure vollständig umgesetzt ist. Je nach der Beschaffenheit des Holzes kann man die Zirkulation der Säure gegebenenfalls fortsetzen, bis die Säure im Kocher noch einmal umgesetzt ist.
Wenn das Hackgut aus gelagertem, also ausgetrocknetem Holz besteht, braucht die Zirkulation nur etwa 15 - 30 min durchgeführt zu werden, u. zw. bei einer Säuremenge von 150 m3 im Kocher und einer Pumpenkapazität von 5000 l/min. Bei wassergelagertem Holz soll die Zirkulation etwa 30 - 45 min dauern. Wenn der Kocherinhalt nach Berechnung umgesetzt ist, wird das Ventil 22 in der oberen, vom Kocher abgehenden Leitung 5 geschlossen ; mit der Säurepumpe 3 wird noch weiterhin die Säure gegen das geschlossene Ventil 22 in den Kocher während 2 - 5 min eingepresst, worauf das Säureeinpumpen abgebrochen und das Ventil 13 geschlossen wird.
Durch das beschriebene Verfahren wird der Kocher sozusagen mit Säure bis auf 4 - 5 kg/cmz oder höher abgedrückt; das hat zur Folge, dass eine praktisch vollständige Vorimprägnierung der Hackschnitzel eintritt und ergibt darüber hinaus den Vorteil, dass die Kochung bei nahezu Maximaldruck begonnen werden kann. Die Temperatur beträgt beim Beginn des Kochens beispielsweise 800C. Das Kochen selbst wird unter langsamer Steigerung des Druckes bis auf etwa 5 - 6 atü und der Temperatur bis auf etwa 1300C durchgeführt. Die Kochzeit kann hiedurch beträchtlich verkürzt werden, weil die sonst erforderlichen Stillstände für die Imprägnierung während der Kochzeit selbst entfallen.
Während der Kochung kann gegebenenfalls die Kochsäure durch die Leitung 10 mittels Pumpe 11 in Zirkulation gehalten werden.
Dank der guten Entlüftung und Vorimprägnierung können ferner bedeutend grössere Säurerückläufe (Überlaugungen) als normal gemacht werden. Ist der Kocher mit einem Zirkulationssieb im unteren Konus versehen und wird die Überlaugung auf diesem Wege ausgeführt, so kann man bei Direktkochung mehr als 401o der Säure bei 100 - 1050C dem Kochsäurebehälter oder einem andern Kocher zuführen. Das trägt unter anderem dazu bei, dass man in dem Kochflüssigkeitsbehälter eine hohe Säuretemperatur halten kann. Ferner wird dadurch der Trockensubstanzgehalt der Ablauge erhöht und die Schwefelrückgewinnung natürlich verbessert.
Beim Kochen von Hochausbeutesulfit mit Ca-Base ist es besonders wichtig, dass der Kochvorgang nicht allzu schnell vorgenommen wird, weil sonst der Splittergehalt ansteigen und der Stoff nicht die gewünschten guten Eigenschaften erhalten würde.
Folgendes Kochschema für Hochausbeutesulfit hat sich für die nachstehend angegebenen Kocherdaten und Säurezusammensetzungen als geeignet erwiesen :
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Kocherdaten : Volumen : 225 m3, direkte Kochung Eingefüllte Säuremenge : 175 m3 Säureabzug (Überlaugen) : 70 - 75 mS
EMI4.1
<tb>
<tb> S <SEP> äurezus <SEP> ammensetzung <SEP> : <SEP>
<tb> Gesamt-SO <SEP> 5, <SEP> 0-5, <SEP> 25
<tb> CaO <SEP> 0, <SEP> 9-1, <SEP> 04 <SEP>
<tb> Kochschema <SEP> :
<SEP>
<tb> Kochzeit <SEP> h <SEP> Oc <SEP> 2 <SEP>
<tb> 0 <SEP> 80 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 86 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 92 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 98 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Säureabzug <SEP> (Überlaugen <SEP> bei <SEP> 100 C)
<tb> 4 <SEP> 109 <SEP> 2,5
<tb> 5 <SEP> 118 <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 126 <SEP> 3, <SEP> 9 <SEP>
<tb> Abgasen
<tb> 7 <SEP> 131 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Ablaugen
<tb>
Wenn die Vorimprägnierung in der oben angegebenen Weise durchgeführt wird, gibt die Kochung nach vorstehendem Schema einen sehr gleichmässig aufgeschlossenen Hochausbeutezellstoff mit guten Eigenschaften. Der erhaltene Zellstoff hat hohe Reisslänge und hohe Nassfestigkeit und der Harzgehalt ist niedrig. Bezüglich der übrigen Eigenschaften ist der Stoff vollständig mit Normalsulfit vergleichbar.
Bei einer Hochausbeutekochung ist die Ausbeute etwa 130 - 135 kg sortierter Stoff je m3 Kochernettovolumen, während bei einer Normalkochung die Ausbeute nur 100 -105 kg/m3 beträgt. Der Gesamtdampfverbrauch ist 0,6 t/t Stoff bei Hochausbeutestoff, während der Dampfverbrauch bei Normalstoff 0, 8 - 1 t/t Stoff beträgt. Der Schwefelverbrauch beträgt 47 - 50 kg S/t Masse gegenüber einem Normalverbrauch von 80 bis 100 kg S/t Masse. Der Holzverbrauch für einen Mischzellstoff von 5calo Hochausbeutesulfit und 50% Normalsulfit ist 3,6 malt, was im Vergleich zum früheren Verbrauch eine Einsparung von etwa 0,6 m3/t sortiertem Stoff ausmacht.
Für die Entleerung des Hochausbeutesulfitzellstoffes werden normalerweise keine besonderen Vorrichtungen benötigt. Die Entleerungszeit bei dem oben angegebenen Kochervolumen ist 1 1/4 h.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Aufbereitungsanlage bedeutet 24 eine Stoffkufe für den Hochausbeutestoff und 25 eine Stoffkufe für den Normalstoff. Der Hochausbeutestoff wird auf eine Roe-Zahl von 25 bis 30 aufgeschlossen, während der Normalstoff auf eine Roe-Zahl von 4 bis 10 aufgeschlossen wird. Die Vorimprägnierung und Kochung geschieht in beiden Kochern in oben beschriebener Weise.
Der Normalstoff wird jedoch schneller gekocht als der Hochausbeutestoff, u. zw. in 51/2 h unter einer Maximaltemperatur von 1370C nach folgendem Kochschema :
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EMI5.1
<tb>
<tb> Kochzeit <SEP> h <SEP> Oc <SEP> kg/cm2
<tb> 0 <SEP> 80 <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 1 <SEP> 94 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 2 <SEP> 100 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Überlaugen <SEP> (Säurerücklauf <SEP> bei <SEP> IOOOC)
<tb> 3 <SEP> 120 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 123 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 137 <SEP> 5, <SEP> 4 <SEP>
<tb> Abgasen <SEP> und <SEP> Ablaugen
<tb>
EMI5.2