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Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Produkten zu Faserstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von pflanzlichen Produkten zu Faserstoff, bei welchem das Ausgangsprodukt zwecks Auflockerung bzw. Erweichung mit Dampf oder/und Wasser bei er- höhter Temperatur und Überdruck in Berührung gebracht wird, wobei bestimmte lösliche Substanzen, insbesondere Kohlehydrate, abgetrennt werden, und danach das Produkt in einer Mahlvorrichtung zerkleinert wird.
Bei Verwendung von Holz als Ausgangsprodukt wird dieses im allgemeinen vor der ersten Erhitzung zu Spänen zerkleinert. Die aus dem Ausgangsprodukt des Faserstoffes während seiner Verarbeitung abgetrennten Substanzen sollen zum grössten Teil ausgeschieden werden, weil sie sich andernfalls im Endprodukt, d. h. in den aus dem Faserstoff geformten Gegenständen ungünstig auswirken würden : so verursachen z. B. bei harten Faserstoffplatten diese betreffenden Substanzen in den Faserstoff-Bögen Fleckenbildung sowie beim Pressvorgang die Neigung zum Haften an den Glanzplatten.
Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren von Faserstoffen erfolgte die Abscheidung der aus dem Ausgangsprodukt abgetrennten Substanzen durch sehr erheblichen Wasserzusatz zum Faserstoff während seiner Aufbringung auf ein Siebtuch od. dgl. zur Fertigung der gewünschten Gegenstände, wie insbesondere von Platten oder Bögen ; diese Aufschwemmung kann bis zu wenigen oder auch nur einem Prozent Faserstoffgehaltverdünnt sein, so dass das Aufschwemmungswasser die betreffenden gelösten Substanzen in noch entsprechend grösserer Verdünnung enthält und ihre Rückgewinnung bzw. Unschädlichmachung dementsprechend umständlich und teuer wird.
In der Praxis werden diese verdünnten Lösungen daher in natürliche Gewässer abgeleitet, was jedoch zu ernstlichen Schädigungen führt, weshalb in der Umgebung von Faserstoff-Fabriken die Bekämpfung der auf diese Weise entstehenden Verschmutzung und Zerstörung der Wasserläufe erforderlich wurde.
Nach der Erfindung wird dies bei Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verarbeitung von pflanzlichen Produkten zu Faserstoff dadurch erreicht, dass aus dem vermahlen, gering wasserhaltigen Produkt durch Zusatz von Wasser eine verhältnismässig dünnflüssige erste Aufschwemmung mit noch hoher Konzentration an Faserstoff sowie an von ihm ausgelösten Substanzen gebildet und diese Aufschwemmung in einer Presse entwässert wird, wonach dem Faserstoff zur weiteren Behandlung erneut Wasser zugesetzt und dadurch eine zweite Aufschwemmung mit niedrigerer Faserstoff-Konzentration gebildet wird als bei der ersten Aufschwemmung und der Faserstoff sodann ausgeformt wird.
Die bei dieser erfindungsgemässen Behandlung des Ausgangsproduktes aus der Presse austretende Lösung enthältdie betreffendensubstanzen noch in solcher Konzentration (etwa 1-5alto), dass die Möglichkeiten zu ihrer Beseitigung bzw. etwaigen nützlichen Verwertung wesentlich verbessert werden. Der Faserstoff muss dann zur endgültigen Ausformung der gewünschten Gegenstände selbstverständlich nochmals in eine wässe- rige Aufschwemmung von wesentlich geringerer Konzentration übergeführt werden, wobei er aber durch die vorherige mechanische Auspressung vom Hauptanteil der gelösten Substanzen bereits befreit wurde und daher das Abwasser unbedenklich ins Freie abfliessen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung dieses Verfahrens wird ein Teil des beim Ausformen des Faserstoffes abgeschiedenen Wassers zur Bildung der ersten bzw. der zweiten Aufschwemmung benutzt.
Weiters ist vorgesehen, dass der zweiten, d. h. der stärker verdünnten Aufschwemmung Wasser in zwei Stufen zugeführt wird.
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Schliesslich kann zweckmässig das in der Presse aus dem Faserstoff abgeschiedene Wasser in die vor der Presse befindliche Aufschwemmung zurückgeführt werden.
In der Zeichnung ist nun eine Anlage zur Herstellung von Hartfaserplatten aus Holz schematisch dargestellt, an Hand derselben das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert wird.
Von einem Förderer 10 werden Holzspäne durch eine Leitung 12 einem Schraubenförderer 14 zugeführt und von diesem einem Behälter 16. Der Schraubenförderer 14 kann so gebaut sein, dass er unter mechanischer Zusammenpressung der Späne einen dichtenden Pfropfen bildet, derart, dass bei kontinuierlichem Vorschub eine Atmosphäre erhöhter Temperatur und gesteigerten Druckes in dem Behälter 16 aufrecht erhalten werden kann. Die Erwärmung der Späne erfolgt vorzugsweise mit Dampf. Mit dieser Behandlung wird bezweckt, eine Erweichung und Auflockerung der Späne herbeizuführen und gleichzeitigSubstanzen, in erster Linie Kohlehydrate, auszulösen. Mit Hilfe eines weiteren Förderers 18 gelangt der Stoff in eine Mahlvorrichtung oder einen Zerfaserer 20, zwischen dessen Mahlgliedern er zu einer Masse faseriger Beschaffenheit zerteilt wird.
Dieser zerteilte Faserstoff wird durch eine Leitung 22 in einen Zyklon 24 geführt. In dieser Leitung kann der Stoff Wasser in einem Gewichtsverhältnis 1 : 2 enthalten. In dem Zyklon 24 wird Wasser zugemischt, so dass der Stoff, wenn er zu einer mechanischen Presse 26 weitergeleitet wird, in diese Presse in Form einer dünnflüssigen Aufschwemmung, jedoch
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mit verhältnismässig hoherdie Konzentration an Substanzen hoch. Die mechanische Presse 26 kann in doppelkegeliger Bauart, z. B. gemäss der österr. Patentschrift Nr. 216019 ausgeführt sein. In der Presse findet eine weitgehende Auspressung des Wassers statt ; dieses strömt durch eine Leitung 28 in einen Behälter 30.
Wenn die zuge- setzte Wassermenge vor der mechanischen Presse 26 acht Gewichtsteilebetrug und der Faserstoff hinter der Presse einen Gewichtsteil Wasser enthält, sind somit neun Zehntel der ausgelösten Kohlehydrate mit der durch die Leitung 28 austretenden Presslösung von dem Faserstoff abgeschieden worden.
Der entwässerte Faserstoff wird in einem Mischer 32 gesammelt, und dort wird ihm Wasser durch eine Leitung 34 zugeführt, so dass wiederum eine dünnflüssige Aufschwemmung von Faserstoff entsteht.
Wenn diese Aufschwemmung durch eine Leitung 36 in einen Rührtrog 38 gelangt, ist ihr Wasserge- halt grösser als vor der Presse 26 und kann vorteilhaft in einer Grössenordnung 32 Gewichtsteile Was- ser auf l GewichtsteilFaserstoff liegen. In einer zweiten Mahlvorrichtung oder einem Raffineur 40 kann die abschliessende Zerkleinerung oder Aufspaltung der Faserstruktur durchgeführt werden. Die Faserstoffaufschwemmung tritt in einen Rührtrog 42 ein und aus diesem durch eine Leitung 44 in einen Mischer 46. In diesem Mischer erfolgt eine weitere Verdünnung mit Wasser, so dass der Faserstoffgehalt in der Aufschwemmung z. B. nur 1 : 62 beträgt, wenn sie durch eine Leitung 48 auf einem Formtuch 50 ausgebreitetwird.
Letztereshat in bekannterweise eine Entwässerungszone 52 und dahinter zwei Saugkästen 54,56. Eine gradweise Entwässerung geht weiter, und wenn der Faserstoff durch ein Paar Druckwalzen 58,60 hindurchgegangen ist, kann die noch mitfolgende Wassermenge nur noch das Doppelte der Faserstoffmenge, nach Gewicht berechnet, ausmachen. Die abgeschiedenen Wassermengen werden durch eine Leitung 62 ineinemSammeltank 64 gesammelt. In einer hydraulischen Presse 66 wird
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in flüssiger Form durch eine Leitung 70 in den Sammeltank 64 abfliesst. Die fertigen Platten 72 werden von der Presse weggeführt.
In der abschliessenden Behandlungsstufe, die selbstverständlich auch mit einer andern Apparatur als der vorbeschriebenen durchgeführt werden kann, enthält das abgeschiedene Wasser im Tank 64 nur einen kleinen Teil der bei der ersten Erwärmung unter Druck ausgelösten Substanzen und ausserdem diese Substanzen in starker Verdünnung. Das Wasser lässt sich vorteilhaft für die vorhergehenden Verdünnungen des Faserstoffes verwenden und deshalb besitzt eine mit dem Tank 64 verbundene Leitung 74 eine Abzweigung 76, die für den Wasserzusatz zu dem Faserstoff vor der mechanischen Presse 26 sorgt, Die Leitung 34 ist ebenfalls an die Leitung 74 angeschlossen und desgleichen eine Zweigleitung 78 für die Verdünnung im Mischer 40. Ein Überschuss an Wasser braucht somit nirgends in dem System zu entstehen.
Durch die mehrfache Verwendung des Wassers in dem Umlaufsystem entsteht eine gewisse Anreicherung von Substanzen darin, aber der Gehalt des umlaufenden Wassers an solchen Substanzen bleibt wesentlich geringer als es bisher der Fall gewesen war.
Von der konzentrierten Presslösung im Behälter 30 kann ein Teil zu dem Faserstoff an der Einlassseite der Presse 26 zurückgeführt werden, wie dies durch die Leitung 80 angedeutet ist. Die Hauptmengewird jedoch durch eine Leitung 82 an eine Stelle zur Beseitigung oder Gewinnung der ausgelösten
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Substanzen geleitet. Zum Ausgleich des Abganges von ausgepresster Lösung durch die Leitung 82 kann eine entsprechende MengeFrischwasser durch eine Leitung 79 in das Zirkulationssystem eingeführt werden. Dieses Wasser kann mit Vorteil als Spritz-oder Waschwasser in der Formmaschine benutzt werden, wobei es gleichzeitig dazu dient, die Konzentration an ausgelösten Substanzen in der auf dem Formtuch vorwärts bewegten Faserstoffaufschwemmung niedrig zu halten.
Das Frischwasser kann an einer Stelle, hinter der Zone 50, wo bereits eine gewisse Entwässerung der auf dem Formtuch vorwärts wandernden Faserstoffaufschwemmung stattgefunden hat, zugesetzt werden.
Die ausgelösten Substanzen bestehen zur Hauptsache aus wasserlöslichen Kohlehydraten, von denen jedochweniger als 1a10 Monosaccharidesind. Die ausgepressten Lösungen von unter Druck erhitztem Laubholz enthalten im allgemeinen fast ausschliesslich Pentosanhydrolysat, während die Lösungen von Nadelholz ein Gemisch von Pentosanhydrolysat und Hexosanhydrolysat enthalten.
Um die Kohlehydrate der ausgepressten Lösungen nutzbringend nach biochemischen Verfahren verwer- tenzukönnen, müssen sie zunächst zu einfachen Zuckerarten hydrolisiert werden, was zweckmässig durch mehr oder weniger starke Erhitzung der wässerigen Lösung in saurer Umgebung erfolgt. Die ausgepresste Lösung ist in sich schwach sauer und ihre Sauerkeit nimmt während der Erhitzung infolge Bildung organischer Säuren zu. Die für die Hydrolyse erforderliche Temperatur und Zeit lässt sich jedoch durch Zusatz einer starken Mineralsäure, beispielsweise Schwefelsäure, herabsetzen. Die hydrolysierte Lösung kann zu Hefebildung benutzt oder zu Äthanol, Butylalkohol, Aceton, Glukonsäure, Milchsäure, Zitronensäure usw. vergärt werden.
Durch Hydrolyse unter schärferen Bedingungen können die in der ausgepressten Lösung enthaltenen Pentosane nicht nur zu Pentosan hydrolysiert, sondern diese auch zu Furfurol dehydriert werden. Da Furfurol seinerseits in huminartige Stoffe zersetzt wird, erreicht der Furfurolgehalt der Lösung nach einer bestimmten Zeit einen Höchstwert und nimmt danach wieder ab. Zum Zeitpunkt des Höchstwertes des Furfurolgehaltes enthält die Reaktionslösung noch eine gewisse Menge Pentosan, jedoch nicht mehr als 10-15% der ursprünglichen Menge. Ausser Furfurol werden schwarze, schwer-lösliche Produkte gebildet.
Aus der Reaktionslösung lässtsich das Furfurol durch Destillation oder Extraktion gewinnen. Die Zersetzung zu Furfurol ist insbesondere bei pentose-reichen ausgepressten Lösungen, d. h. bei durch Druckerhitzung und Zerfaserung von Laubholz erhaltenen Lösungen vorteilhaft. Hexosen lassen sich nicht zu Furfurol umsetzen, sondern werden bei Erhitzung un ! er Druck zu schwarzen, schwer-löslichen Produkten derselben Art, wie den bei der Zersetzung von Pentosen gebildeten zersetzt.
Die Erhitzung unter Druck in saurer Umgebung führt daher bei den ausgepressten Lösungen sowohl dann, wenn sie nur Pentosane enthalten, als auch dann, wenn sie Gemische von Pentosan und Hexosan enthalten, zu einer starken Verringerung des Kohlehydratgehaltes der Lösungen und ist daher als ein Glied der Reinigung des Abwassers vor dessen Ablassen in die Umgebung anwendbar.
Die vorgenannten Zahlen für das Verhältnis zwischen Faserstoff-und Wasser-Menge in den verschiedenen Teilen der Anlage sind selbstverständlich nur als Beispiel gedacht und können daher erheblichen Veränderungen unterliegen. Gemäss der Erfindung lassen sich schon durch einen Frischwasserzusatzvon 3 ms je Tonne Faserstoff 9eo und durch einen Zusatz von 5 m s je Tonne 96-97% der ausgelösten Substanzen entfernen. Im ersteren Fall enthält das Abwasser in der Leitung 82 1, 4% ausgelöste Substanzen, im letzterenFall etwa 1%. Bisher liess sich einwasserverbrauch von 10-15 m auf die Tonne und im Regelfall von sogar 40-50 m nicht unterschreiten.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte und beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern im weitesten Sinne innerhalb des Rahmens des ihr zugrundeliegenden Leitgedankens abwandelbar. Gegebenenfalls können Chemikalien, wie alkalisch reagierende Stoffe, z. B. Soda oder Säuren, z. B. Schwefelsäure, bei der Erhitzung unter Druck zugegeben werden, um die Auflockerung und Erweichung der Ausgangsstoffe zu fördern. Die durch die Leitung 82 abgezogene ausgepresste Lösung brauchtnicht notwendigerweise weiter bearbeitet zu werden, vielmehr kann man sie wegen ihres geringen Gehaltes an ausgelösten Substanzen und ihrer kleinen Menge in umgebenden weniger wertvollen Boden, wie minderwertige Moore, einsickern lassen. Die Wirkung eines solchen Ablassens bleibt eng lokal.
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