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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Papier-Stoff u. dgl. aus lignozellulose-haltigem Material
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Papier-Stoff u. ähnl. Erzeugnissen aus lignozellulose-haltigem Material - wie insbesondere aus Holz sowie aus Grassorten, Stroh, Zuckerrohrabfall od. dgl.-in einer Tränk-Stufe mittels einer Chemikalien enthaltenden Flüssigkeit sowie in wenigstens einer Koch-Stufe und gegebenenfalls einer Stufe zur mechanischen Zerteilung. Nach diesem Verfahren hergestellter Papier-Stoff ist vor allem für die Papierindustrie bestimmt, dient aber auch zur Fabrikation von Faserplatten, Bauelementen oder andern Gegenständen.
Bei derartigen Verfahren kann es wünschenswert sein, das Ausgangsmaterial vorerst-u. zw. zweckmässig mittels Direktdampf - auf eine Temperatur von 60 bis 1000C oder mehr zu erwärmen ; durch die bei der weiteren Behandlung vorgesehene Zusammenpressung des Materials-wie z.
B. von Holzspänenwird nämlich die zwischen den Teilchen sowie vor allem die in seinen Poren befindliche Luft beseitigt und bei anschliessender Ausdehnung in sein ursprüngliches Volumen in die Poren Flüssigkeit nachgesaugt ; enthält nun das ursprüngliche Material mehr als 80% Flüssigkeit-bezogen auf die Trockensubstanz-dann wird auch ein Teil der Feuchtigkeit ausgepresst, was die folgende Tränkung mit der Chemikalien-Flüssigkeit erleichtert ; diese Feuchtigkeit kann sonst die in das Material eindringende Flüssigkeit verdünnen und dadurch die Kochwirkung verschlechtern.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 723, 194 ist ein Verfahren zur Trennung des Markes aus der Bagasse von Zuckerrohr beschrieben, bei welchem vorerst von der zerkleinerten Bagasse durch Trockenauslese die losen Markteilchen ausgeschieden und die verbleibende Bagasse nach Versetzen mit Wasser oder einer andern Behandlungs-Flüssigkeit mit den noch anhaftenden Markteilchen durch eine Förderschnecke zu einem Pfropfen zusammengepresst und dieser in ein Rohr geführt wird, in dem ein Dampfdruck von 5 bis 11 atü herrscht ; am Ende dieses Rohres befindet sich eine zweite Schnecke zum neuerlichen Zusammenpressen der Bagasse, welche sich beim Verlassen dieser Schnecke unter explosionsartigem Zerreissen der Zelle ausdehnt ; nach Aufschwemmen dieses Produktes werden die befreiten Markzellen durch Flotation ausgeschieden.
In dieser Vorrichtung wird nun das Gut von der Förderschnecke mehr und mehr zusammengepresst und die austretende Flüssigkeit nach hinten in das noch lockerere Material gedrückt ; das Gut kann sich jedoch nicht mit Flüssigkeit vollsaugen, weil dieselbe grösstenteils bereits vor der mechanischen Entspannung abgepresst wurde ; der zugeführte Dampf vermag nun weder die Funktion der fehlenden Be- handlungs-Flüssigkeit zu übernehmen, noch kann durch seinen Druck aus den Poren des Materials die Luft ausreichend verdrängt werden.
Nach der Erfindung wird nun bei Verfahren der eingangs beschriebenen Art im Gegensatz zum oben beschriebenen Stande der Technik eine wesentliche Verbesserung des Tränkgrades mit der ChemikalienFlüssigkeit dadurch erreicht, dass das Ausgangsmaterial vor der Tränk-Stufe unter hohem Druck mechanisch zusammengepresst und danach ausdehnen gelassen wird, während es sich unter der Oberfläche der Flüssigkeit und diese selbst unter äusserem Überdruck befindet, welcher mittels der für die Koch-Stufe benutzten Dampf-Atmosphäre erzeugt wird, und dass Tränk-und Koch-Stufe in verschiedenen, oben miteinander verbundenen Behältern durchgeführt werden, wobei das Material durch den Tränk-Behälter nach oben und durch den Koch-Behälter-in dem sich auch die Chemikalien enthaltende Flüssigkeit befindetnach unten hindurchgeht.
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Auf diese Weise kann der in der Flüssigkeit auf das Material während seiner Ausdehnung wirker Druck gegenüber dem statischen Druck der Flüssigkeit um ein Vielfaches gesteigert und so die im 11 terial zurückbleibende Luftmenge entsprechend zusammengedrückt und somit die Flüssigkeits-Aufnah des Materials erhöht werden. Wenn in dem Behälter oder Förderer, in welchem die Tränkung stattfind die Flüssigkeits-Säule z.
B. 8 m hoch sein kann, so beträgt der höchste von ihr ausgeübte Druck - also Boden des Behälters-ungefähr 0, 8 kg/cm ; der auf die Flüssigkeit wirkende Druck lässt sich nun du ; den erfindungsgemässen Verfahrensschritt ohne weiteres auf beispielsweise das Zehnfache oder mehr su gern, wodurch-wie bereits erwähnt-die in den Poren des lignozellulose-haltigen Materials verbleiber Luft auf ein diesem Druck entsprechendes, geringeres Volumen zusammengepresst wird, so dass weit < Tränk-Flüssigkeit eindringen kann ;
der bei Herausführen des Materials aus der Flüssigkeit in den Po : eintretende Druckabfall wird gleichzeitig prozentuell unbedeutend und darf daher vernachlässigt werde
Die Tränkung des Gutes in der Chemikalien-Flüssigkeit wird zweckmässig bei niedrigerer Tempel tur der Flüssigkeit durchgeführt als das nachfolgende Kochen und die dabei benutzten Flüssigkeiten el halten vorzugsweise verschiedenartig zusammengesetzte Chemikalien.
Weiters kann in den oberen Zonen des Tränk-sowie des Koch-Behälters das hindurchbewegte Mater mit einer Dampf-Atmosphäre in Berührung gebracht sein. Das Material wird dann nach dem Kochen der Flüssigkeits-Zone des Koch-Behälters einem weiteren Kochen in Dampf-Atmosphäre unterworfen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Herstellungs-Verfahrens wird das Material vor der mechar sehen Zusammenpressung der Einwirkung einer Dampf-Atmosphäre mit demselben oder niedrigerem Dru und Temperatur als in der Koch-Stufe ausgesetzt-u. zw. vorzugsweise gleichfalls in einem geschloss nen Behälter.
Zur Durchführung dieses Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung von Papier-Stoff aus ligne zellulose-haltigem Material werden an sich bekannte Vorrichtungen mit einem Tränk-Behälter verwe det, in dem unten eine Zuleitung mit Pressorganen zur starken Zusammenpressung des lignozellulos haltigen Materials mündet, welches danach in eine im Behälter befindliche Chemikalien enthalten Flüssigkeit eingeführt wird und sich unter deren Oberfläche ausdehnt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nun derart vorteilhaft ausg staltet, dass der Tränk-Behälter oben über eine Dampf-Zone mit einem, ebenfalls eine Chemikalie Flüssigkeit enthaltenden Koch-Behälter derart verbunden ist, dass beide Behälter ein geschlossenes Syste bilden, in dem ein Dampfüberdruck zur Durchführung der Tränkung des Materials mit der ersten Chern kalien-Flüssigkeit sowie des Kochens in Dampf- und Flüssigkeits-Phase herrscht.
In den Zeichnungen ist eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Papier-Stoff od. dgl. in ein beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Teil der Anlage in Seitenansicl Fig. 2 die restliche Anlage gleichfalls in Seitenansicht, teilweise geschnitten ; und schliesslich Fig. einen Schnitt III-III der Fig. 1.
Der Schacht oder Behälter 10 hat vorzugsweise eine-solche vertikale Ausdehnung, dass er v < einem Stockwerk 12 durch höher liegende Stockwerke 14 und 16 hindurchragt ; von einem (nie dargestellten) Vorratsbehälter wird lignozellulose-haltiges Material, in dem Ausführungsbeispiel als feit gehackte Holzspäne angenommen, mit einem Förderer 18 durch ein Sturzrohr 20 in den Behä ter 10 gefördert, welches mit diesem Behälter durch einen sogenannten umlaufenden Zellenzufül rer 22 in Verbindung steht, der voneinander getrennte Zellen hat, deren Inhalt an Holzspänen in d < Behälter 10 abgeliefert wird. Von dem Zellenzuführer geht eine Leitung 24 aus, durch die in df Zellen befindlicher Dampf bzw.
Luft während der Bewegung der Zellen nach aufwärts vom Behälter J weg in die umgebende äussere Atmosphäre entweicht.
In den Unterteil des Behälters 10 wird Dampf durch eine Leitung 26, in welcher ein Ventil vorgesehen ist, eingeleitet. Dieser Dampf strömt also aufwärts im Behälter 10 im Gegenstrom zu df im Schacht hinabsinkenden Holzspänen.
In dem schachtförmigen Behälter 10 wird das Rohmaterial mittels Dampf bei einer Temperatur vc unter 1000C - in Ausnahmefällen jedoch auch von 120 bis 1300C oder mehr-vorgewärmt und gleiche tig ein Teil der Luft, die sich zwischen den Spänen bzw. den Poren des Holzesbefindet, ausgetrieber der Zellenzuführer 22 sorgt dafür, dass die auf diese Weise ausgetriebene Luft aus dem Behälter J in die Leitung 24 hinausgeschleust wird. In dem schachtförmigen Behälter 10 kann Atmosphären druck oder höherer Druck herrschen.
Die Höhe der Holzspäne-Säule. im Behälter 10 lässt sich innerhalb der Grenzen regeln, die in a sich bekannter Weise von Niveau- oder Stand-Reglern 30 bestimmt werden.. Diese Regler sind auf lot rechten Führungen 32 auf gewünschte Höhe verstellbar und betätigen den Antriebsmotor des Zellen
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zuführers.
Vom Unterteil des schachtförmigen Behälters 10 werden die durch die erhöhte Temperatur erweichten Späne durch einen von einem Elektromotor 33 angetriebenen Schraubenförderer 34 einem Förderer oder Behälter 36 zugeführt, während sie gleichzeitig mechanisch unter sehr hohem Druck, wie 20-50 kg/cm und mehr, zusammengepresst werden. Diese Zusammenpressung wird in dem Schraubenförderer 34 in Zusammenwirken mit einem Pfropfenbildungsrohr 38 und einer über einen Arm 42 von einem hydraulischen Servomotor 44 belasteten Klappe 40 durchgeführt. Durch die mechanische Zusammenpressung wird aus den Poren des Holzes Luft und gegebenenfalls freies Wasser ausgetrieben.
Der Förderer oder Behälter 36, der eine Länge haben kann, die ungefähr der des schachtförmigen Behälters 10 entspricht, enthält vorzugsweise zwei durch einen Elektromotor 46 angetriebene Schrauben 48 und 50 (s. auch Fig. 3), deren Ganghöhe zweckmässig ihrem Durchmesser gleich ist und welche mit niedriger Drehzahl - wie 5 - 15 Umdrfmin - umlaufen ; der Achsabstand beider Schrauben darf nicht wesentlich grösser sein als die Summe ihrer Radien - gegebenenfalls sogar etwas kleiner - um einer Umlaufbewegung der Späne vorzubeugen ; dem gleichen Zweck dienen vorzugsweise gesondert aufge- schweisste Wände 52, die sich dem Umkreis der Schrauben anschliessen und die Leerflächen beidseitig der Stellen ausfüllen, wo die Schrauben einander begegnen.
Durch eine Leitung 54 und mittels einer Pumpen-Einrichtung 56 wird in einem Behälter 58 bereitete Chemikalienlösung in den Unterteil des Behälters 36 geleitet. In der Leitung 54 kann ein Heizkörper 60 für Erwärmung der zum Behälter 36 strömenden Lösung vorgesehen sein. Die Flüssigkeit füllt den Behälter 36 bis zu einer Höhe, die durch im vorliegenden Fall die Pumpe 56 betätigende Niveau-Regler 62 bestimmt wird. Die Regler 62 sind für gewünschte Spiegelhöhen auf Führungen 63 einstellbar.
Vom Oberteil des Behälters 36 geht ein wasgrechter Förderer 64 zu einem Kocher 66, der eine lotrechte Erstreckung hat, die ungefähr derjenigen der Behälter 10 und 36 entspricht. DieHöhe der Holzspäne-Säule im Kocher wird von Niveau-Reglern 67 bestimmt, und diese Regler wieder beeinflussen die Geschwindigkeit der Schraubenförderer 34. Dem Kocher 66 wird Chemikalienlösung von einem Zubereitungsbehälter 68 durch eine Leitung 70 zugeführt (s. auch Fig. 2). In dieser Leitung 70 sitzt eine Pumpe 72 sowie ein durch einen Servomotor 74 gesteuertes Ventil 76. Die Leitung 70 kann ungefähr in der Mitte des Kochers 66 münden. Ein unterhalb der Regler 67 vorgesehener Niveau-Regler 78 beeinflusst den Servomotor 74 zwecks Regelung des Flüssigkeitsspiegels im Kocher 66. Diese Regler können höhenmässig auf Führungen 80 verstellbar sein.
Bei dem Aus- führungsbeispiel umfasst der Kocher 66 somit eine untere Flüssigkeitszone und eine obere Dampfzone, welch letztere über den Förderer 64 mit dem Oberteil des Behälters 36 in Verbindung steht. Dampf mit einem Überdruck von z. B. 8 bis 10 kg/cn : r wird dem Kocher 66 durch eine Leitung 82 zugeführt, in welcher ein Ventil 84 vorgesehen ist. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, herrscht dieser Druck auch in dem Behälter 36. Sich im System ansammelnde Luft kann von Zeit zu Zeit durch ein mit einem Ventil 87 versehenes Entgasungsrohr 86 beseitigt werden.
Wenn sich das im Pfropfenbildungsrohr 38 stark zusammengepresste Späne-Material im Unterteil des Behälters 36 wieder ausdehnt, wird Chemikalienlösung in die Poren des Materials hereingesaugt.
Gleichzeitig werden die Späne einem Überdruck ausgesetzt, der teils von der im Behälter 36 stehenden Flüssigkeitssäule und teils vom in seinem Oberteil herrschenden Dampfdruck bestimmt wird, wobei letzterer überwiegt und somit zehnmal und noch grösser sein kann als der Druck der Flüssigkeitssäule ; dadurch wird noch in den Poren der Holzspäne vorhandene Luft entsprechend stark zusammengepresst und durch Chemikalien ersetzt und so eine sehr gute Durchtränkung der Späne sichergestellt.
Die im Behälter 36 befindliche Chemikalien-Flüssigkeit hat vorteilhaft eine ziemlich niedrige Temperatur, wie 80-100 C, um eine Erhitzung des Rohmaterials auf höhere Temperaturen zu vermeiden, bevor es durchtränkt ist. Wenn jedoch die durch die hohen Temperaturen bedingten nachteiligen Wirkungen-wie Braunfärbung, beginnende Hydrolyse od. dgl.-vernachlässigbar sind, darf die Flüssigkeit im Behälter 36 bei der Tränkung der Späne eine Temperatur von 150 bis 1800C und möglicherweise noch höher haben.
In dem oberhalb der Regler 62 befindlichen Teil des Behälters 36 ist ebenso wie in dem oberhalb des Reglers 78 gelegenen Teil des Kochers 66 eine Dampf-Atmosphäre vorhanden. Das durch- tränkteSpan-Materialwird also zunächst einemKochen inDampf-Phase und dann im Kocher 66 einem Kochen in Flüssigkeits-Phase in der unterhalb des Reglers 78 ausgebildeten Zone unterworfen.
Am Unterteil des'Kochers 66 sind Förderer 90 vorgesehen, die von einem Elektromotor 92
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über ein Vorgelege 94 angetrieben werden und die Späne zu einem andern Förderer 96 leiten, M cher seinerseits in einen neben dem Kocher stehenden Förderer oder Behälter 98 mündet. Der Motor kann von den Reglern 67 und damit von der Menge an Holzspan-Material in dem Kocher betätigt w den. In dem Behälter 98 sind von einem Elektromotor 102 angetriebene Förderschrauben 100. gebracht. Der Behälter 98 und die Schrauben 100 können von derselben Bauart sein wie der Beh ter 36 mit seinen Schrauben.
In dem Behälter 98 stellt sich die Flüssigkeit ungefähr auf densel)
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und der mit dem Dampfraum des Kochers 66. durch ein Druckausgleichrohr 103 in Verbindt steht.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel können sämtliche Reaktionsgefäss 10,36, 66 bzw. zwecks Ausgleiches des in ihnen herrschenden Druckes zusammengeschaltet werden. Für diesen Zws hat das Ausgleichsrohr 103 Zweiganschlüsse 128,130 zu den Behältern 36 bzw. 10. In den L tungen sind Ventile 132,134, 136 und 138 angebracht. Ein weiteres Ventil 140 sitzt in einem L, tungsrohr 142, durch das Dampf zugeführt werden und das auch als Auslass dienen kann.
Die versch. denen Gefässe lassen sich hiedurch unter denselben Druck setzen oder es lassen'sich auch gewünsc] Druckunterschiede zwischen den Gefässen durch entsprechende Einstellung der Ventile aufrechterhält)
Das in dieser Weise behandelte lignozellulose-haltige Material lässt sich unmittelbar in einen Zyklc abscheider 104 oder ein anderes Aufnahmegerät ausblasen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeisp ist jedoch vor diesem Gerät ein mechanischer Zerteiler 106, z. B. der Scheibenmühle-Bauart, vori schaltet ; dessen Auslassseite steht mit dem Zyklonabscheider 104 durch eine Leitung 108 in Verbi dung.
Hinter dem Abscheider kann ein Förderer 110 angeordnet sein, der das Material zu einem, r 112 bezeichneten, einem Entwässerer 114 zugehörigen Trichter fährt. Von dem Entwässerer werd
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abgeleitet. Der Stoff kann dann in einem Behälter 120 mit Wasser verdünnt und in einer Scheibe mühle 122 raffiniert werden, wonach er einem Vorratsbehäter 124, beispielsweise zur Weiterb förderung an eine Papiermaschine üben eine Stoffpumpe 126, zugeleitet wird.
Bei Behandlung des lignozellulose-haltigen Materials können alle für diesen Zweck bereits bekam ten Chemikalien verwendet werden, u. zw. in. beiden Imprägnierstufen vorteilhafterweise verschiede artigen Flüssigkeiten ; so kann die Imprägnierflüssigkeit im Behälter 36 hauptsächlich aus Natriums und Natriumkarbonat bestehen, so dass die Behandlung in Gegenwart dieser Chemikalien in der Daml zone im Oberteil des Behälters 36 und des Kochers 66 stattfindet. Die im Behälter 68 bereite Kochflüssigkeit kann Natriumsulfit und Natriumhydroxyd oder Natriumsulfid enthalten.
Falls in dem Behälter 36 ein höhere Druck herrscht als in dem schachtförmigen Behälter 10, derinderZuführvorrichtung34-44gebildeteMaterialpfropfennormalerweiseausreichend, umi Sperre gegen ausströmenden Dampf und Flüssigkeit zu dienen. Wenn diese Sperre jedoch aus irgendwe eher Ursache aufhören sollte, wirksam zu sein, und daher der Druck in dem schachtförmigen Behälter ansteigt, verhindert der Zellenzuführer 22 das Ausströmen von Rohmaterial, Flüssigkeit und Dam aus der Anlage.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte und beschriebene Ausführungsform b grenzt, sondern im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrunde liegenden Leitgedankens al wandelbar. Somit kann die Leitung 86 für die Zufuhr von Dampf in die Anlage oder Teile davc dienen.
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