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Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen das Bleichen von Holzpülpe und insbesonders das rasche Bleichen von Pülpe mit über 20 % Konsistenz unter Verwendung gasförmigen Ozons als Bleichmittel.
Das Bleichen von Holzpülpe mit Ozon und anderen Gasen mit relativ hohen Reaktionsraten verspncht eine signifikante Reduktion von abzulehnenden Abwässern aus Pülpefabriken in die Umgebung. Es ist auch zu erwarten, dass grosse ökonomische und ökologische Vorteile durch die Eliminierung von Chlorverbindungen aus den Bleicheschritten erzielt werden können. Es kann jedoch das Einbringen dieser nicht chlorhältiger Bleichmittel signifikante Kapitalkosten für die Fabriken mit sich bringen, zufolge des Bedarfes an grossen, komplexen, mechanischen Kontaktoren und Reaktionsgefässen. Zufolge dieser hohen Kapitalkosten für die Ausrüstung erfolgten so gut wie keine Experimente in Produktionsumfang, trotz der Erhältlichkeit derartiger grosser Reaktionsgefässe.
Abgesehen von den hohen Kosten, war ein anderes Hindernis für die Anwendung des Bleichen mit Ozongas die Schwierigkeit, gleichmässige Bleichresultate zu erhalten. Dies ist im wesentlichen den hohen Reaktionsraten zwischen Ozon und Holzpülpe zuzuschreiben, was zum Überbleichen einiger Fasern, die als erste vom ozonhältigen Trägergas kontaktiert werden und im Unterbleichen anderer Fasern, die erst kontaktiert werden, nachdem die Ozonkonzentration im Trägergas wesentlich reduziert ist, führt. Es ist offensichtlich, dass, wenn jede Pülpefaser der Bleichatmosphäre einzeln ausgesetzt ist, alle Fasern gleichmässig gebleicht würden.
Zu diesem Zweck hat die Pülpeindustrie grosse Anstrengungen in Richtung zu einer immer lebhafteren Verteilung unternommen, um feinere Faserbündel-Partikelgrössen in hochkonsistenter Pülpe zu erreichen, um so eine grössere Gleichmässigkeit des Kontaktes zwischen den Pülpefasern und dem ozonhältigen Bleichgas zu erreichen. Zusätzlich wurden zahlreiche Maschinen unterschiedlichen Grades von Komplexheit verwendet, um die Gleichmässigkeit des Bleichen durch das Rühren der Pülpe in Gegenwart des Bleichgases durchzuführen. Diese Anstrengungen waren darauf gerichtet, die Kanalbildung des Bleichgases durch das Pülpebett zu eliminieren und den Kontakt der ungebleichten Fasern mit dem Ozongas zu erhöhen.
Mischreaktoren haben jedoch häufig die Ungleichförmigkeit des Bleichen verstärkt, indem sie einen Teil der Pülpe zu relativ dichten Massen kompaktiert haben, die vom Bleichgas nicht zu durchdringen sind. Diese Komptaktierung bewirkt auch einen erhöhten Kraftbedarf, wodurch die ökonomische Sinnhaftigkeit weiter reduziert wird. Es ist selbstverständlich die Grösse des Mischreaktors, die für eine gegebene Pülpeproduktionsrate benötigt wird, um so grösser, je länger die intensive Durchmischung zur Vollendung der Bleichreaktion benötigt und je grösser die Grösse des benötigten Reaktors ist, desto grösser ist die für den Betrieb notwendige Kraft. Es ist klar, dass derzeit erhältliche Mischreaktoren nicht in der Lage sind, die oben beschriebenen Probleme zu vermeiden.
Das Vorstehene illustriert Begrenzungen, von denen man weiss, dass sie bei den derzeitigen Verfahren und Vorrichtungen bestehen. Es ist somit offenkundig, dass es vorteilhaft wäre, eine Alternative zur Verfügung zu stellen, die die eine oder andere der genannten Beschränkungen überwindet. Demgemäss wird im folgenden eine passende Alternative samt ihren Eigenschaften ausführlich erläutert.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dies erreicht, indem ein Verfahren zum raschen Bleichen von Holzpülpe mit einer Konsistenz von über 25 % unter Verwendung von Ozongas angegeben wird, das die Schritte des Einbringens des Ozons in einem Trägergas bei einer Konzentration zwischen fünf Prozent und fünfzehn Prozent, gewichtsbezogen, in einen Bleichreaktor bei einem Druck von zumindest eineinhalb Atmosphären ; des Haltens der Pülpe und des Ozongases im Bleichreaktor während einer benötigten Bleichzeit ; und des Ausbringens der gebleichten Pülpe in ein Aufnahmegefäss für die weitere Verarbeitung, umfasst.
Das Vorstehende und andere Aspekte wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung illustriert ;
Fig. 2 ist ein Graph, der die relativen Ozonverbrauchsraten für zwei unterschiedliche Konzentrationen des zugeführten Ozongases aufzeigt und
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Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Wirkung des Druckes auf die Ozonverbrauchsrate in einem
Gleichstrom-Pülpebleichreaktor bei einer zwölfprozentigen Ozonkonzentration im zugeführten Gas.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Pülpeverarbeitungsablaufes, bei dem die vorliegende Erfindung verwirklicht ist. Pülpe von der Leitung 5 gelangt in den Pülpeeindicker 10 und wird auf eine Konsistenz von 20 Prozent oder mehr eingedickt, bevor sie durch eine Leitung 15 einem Auflockerer 20 zugeleitet wird. Nachdem sie aufgelockert worden ist, wird die Pülpe durch eine Leitung 25 zum Kontaktreaktor 300 gebracht, in dem die aufgelockerten Pülpepartikel mechanisch in Gegenwart von Ozon in einem Trägergas, das durch eine Leitung 67 zugeführt wird, mechanisch bewegt wird. Nachdem die erforderliche Bleichzeit im Kontaktreaktor verstrichen ist, wird die Pülpe gemeinsam mit den Reaktionsgasen durch eine Leitung 35 zum Aufnahmebehälter 40 geleitet.
Hier wird das Gas von der Pülpe getrennt und durch eine Leitung 45 einem Gasreiniger 60 zugeführt, in dem Reaktionsprodukte und andere Verunreinigungen aus dem Trägergas entfernt werden. Die Pülpe, die im Aufnahmebehälter 40 vom Gas abgetrennt wurde, wird zur weiteren Bearbeitung durch die Leitung 55 abgezogen. Das Trägergas vom Reiniger 60 gelangt in die Leitung 62, wo es mit frischem Ozon vom Ozongenerator 100 gemischt wird, das durch eine Leitung 105 zugeführt wird. Diese Gasmischung gelangt in den Gaskompressor 65, in dem die Gasmischung auf Werte bis 15 Atmosphären Druck komprimiert wird. Das unter Druck stehende Gas wird durch die Leitung 67 dem Kontaktreaktor 300 dosiert zugeführt.
Das soeben beschriebene Verfahren ist kontinuierlich und wird durch die Bildung eines Pülpepfropfens am Übergang von der Leitung 15 zum Pülpeauflockerer 20 und einem anderen Pfropfen am Übergang der Leitung 55 zum Aufnabmebehälter 40 möglich. Diese Pülpepfropfen werden kontinuierlich an ihrer Rückseite aufgebaut und kontinuierlich an ihrer Vorderseite abgebaut, wodurch ein kontinuierlicher Durchsatz von Pülpe ermöglicht wird, während ein Druck, der über dem Atmosphärendruck liegt, im System zwischen dem Pülpeauflockerer 20 und im Aufnahmebehälter 40 aufrecht erhalten werden kann. Dies erlaubt dem Betrieb des Kontaktreaktors 300 bei einem Druck, der über dem atmosphärischen Druck liegt, was die Geschwindigkeit der Pülpebleichreaktion erhöht.
Die Reaktionsrate des Ozons mit Holzpülpe ist der Ozonkonzentration und dem Druck, bei dem die Reaktion durchgeführt wird, direkt proportional. Das bedeutet, dass es klar ist, dass es beim Aufrechterhalten der weiter oben beschriebenen Stöpsel passend ist, eine kontinuierliche Reaktion bei erhöhtem Druck durchzuführen, weil hier die Poulpe an einem Ende eingebracht und am anderen Ende ausgebracht wird, ohne dass ein Druckverlust die Reaktion stören würde.
In der Vergangenheit lag die maximale Ozonkonzentration, die ökonomisch aus Standardozongeneratoren erhalten werden konnte, bei etwa sechs Prozent. Neulich wurde es möglich, Ozon in einer Konzentration von nahezu fünfzehn Prozent herzustellen.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen graphisch den Ozonverbrauch beim Holzpülpebleichen als Funktion der Reaktionszeit. In Fig. 2 ist der Effekt der Ozonkonzentration dargestellt und es liegt die Verbrauchsrate des Ozons bei zwölf Prozent deutlich höher als bei drei Prozent. Es muss auch festgestellt werden, dass die Verbrauchsrate für Gleichstrom- und Gegenstromanordnungen bei einer gegebenen Ozonkonzentration signifikant voneinander abweichen. Im Falle eines hochintensiv mischenden Reaktors kann die Zeit für einen 100 %-igen Verbrauch des der Pülpe zugeführten Ozons um bis zu 50 % verringert werden.
Die Wirkung des Druckes auf die Reaktionsrate zwischen Ozon und Pülpe ist in Fig. 3 angegeben.
Wiederum liegt, wie erwartet, die Ozonverbrauchsrate bei der Pülpebleichreaktion bei erhöhtem Druck signifikant höher. Es folgt, dass die Kombination hoher Ozonkonzentrationen gemäss Fig. 2 mit hohen Ozondrücken, wie in Fig. 3, eine Pülpebleichreaktion liefert, die signifikant schneller ist, als es bisher möglich war. Diese macht es möglich, die gleiche Menge Pülpe in einem wesentlich kleineren Reaktor herzustellen.
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