DE1088335B - Verfahren zum kontinuierlichen Aufschliessen von Holzschnitzeln - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufschließen von Holzschnitzeln, insbesondere Hartholzschnitzeln, bei dem die Holzschnitzel im Gleichstrom mit der Kochflüssigkeit durch die Aufschlußzone geführt werden und bei dem man die Ablauge im Kreislauf zurückführt.

Das vorliegende Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Kochflüssigkeit mit mindestens der vierfachen Geschwindigkeit des Holzes durch die Kochzone geführt wird. Vorzugsweise wird die zehn- bis hundertfache Geschwindigkeit für die Kochflüssigkeit zur Anwendung gebracht. Das Verfahren wird mit besonderem Vorteil mit einer Kochflüssigkeit durchgeführt, die weniger als 20 g, insbesondere etwa 10 bis 11 g Natriumoxyd im Liter enthält.

Zur Zeit wird ein durch chemische Einwirkung hergestellter Holzfaserstoff zum größten Teil im Chargenverfahren hergestellt, d. h., die Holzschnitzel und die Kochflüssigkeit werden in ein Druckgefäß gebracht, erwärmt und. nach einer gewissen Zeit in Form von Zellstoffmasse und Ablauge entnommen. Beim sogenannten halbchemischen Verfahren werden die im Chargenverfahren aufgeweichten Holzschnitzel nach ihrer Entnahme aus dem Druckgefäß durch mechanische Mittel zerkleinert.

Schon vor geraumer Zeit wurde erkannt, daß ein kontinuierliches ' Aufschließverfahren demgegenüber viele Vorteile hat. Es können kleinere Vorratsbehälter verwendet werden, es treten keine Spitzen im Dampfbedarf auf, und es ist eine bessere Verwertung der Wärme des kontinuierlich austretenden Stoffes möglich. Weiter wird keine Zeit zum Beschicken und Entleeren des Kochers benötigt, und man erzielt ein gleichmäßigeres qualitativ besseres Produkt.

Die große Zahl der auf dem Gebiet der kontinuierlichen Stoffherstellung bekannten Verfahren und Apparaturen zeigt, welche Anstrengungen, auf diesem Gebiet unternommen wurden. Doch haben sich sehr wenige dieser Verfahren in der Industrie durchsetzen können und auch diese nur bis zu einem beschränkten Umfang.

Einige dieser früheren Verfahren versagten infolge technischer Schwierigkeiten. Doch scheint die Hauptursache des Mißerfolgs darin zu liegen, daß eine starke Kochlauge zusammen mit den Holzschnitzeln in einen auf Kochtemperatur befindlichen Kocher eingeführt wird. So werden die relativ trockenen, von starker Kochlauge umgebenen Schnitzel unmittelbar auf eine hohe Temperatur gebracht. Dadurch wirkt die Lauge außerordentlich stark auf die äußeren Teile der Schnitzel ein und beschädigt die außenliegenden Fasern, während die inneren Teile nur unzulänglich durch die langsam nach innen dringende und nunmehr ziemlich verbrauchte Lauge behandelt werden.

Verfahren

zum kontinuierlichen Aufschließen
von Holzschnitzeln

Anmelder:

West Virginia Pulp and Paper Company, New York, N. Y. (V. St, A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Höger, Dr.-Ing. E. Maier
und Dipl.-Ing. M. Sc. W. Stellrecht, Patentanwälte,
Stuttgart S, Uhlandstr. 16

David Noel Obenshain, Luke, Md. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Zur Überwindung der vorgenannten Schwierigkeiten wurde die Verwendung mehrstufiger Systeme unter Anwendung von zwei oder mehr Kochgefäßen schon oft vorgeschlagen, ebenso wurde die Verwendung eines einzigen Kochgefäßes mit Mitteln zur Aufrechterhaltung mehrerer getrennter Temperaturzonen vorgeschlagen. Im allgemeinen haben sich diese bekannten Systeme hauptsächlich wegen ihrer äußerst komplizierten Bauart und der Schwierigkeit ihrer Bedienung nicht bewährt.

In der deutschen Patentschrift 897 797 ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufschließen von Stroh beschrieben, bei dem die Kochlauge im Kreislauf geführt wird und auch die Kochlauge mit einer anderen Geschwindigkeit als das Strohmaterial durch die Aufschlußzone geleitet wird.

Für das wesentlich andere Ausgangsmaterial, wie es hier verwendet wird, nämlich Holzschnitzel, insbesondere Hartholzschnitzel, läßt sich aus dem Verfahren nach der genannten deutschen Patentschrift jedoch keine technisch brauchbare Lehre für ein Verhältnis der Geschwindigkeiten für Kochflüssigkeit und Holzschnitzel herleiten.

In der deutschen Patentschrift 857 307 ist ein kontinuierliches Verfahren zum Aufschließen von cellulosehaltigen Stoffen beschrieben, bei dem in mehreren Arbeitszonen nacheinander gearbeitet wird. Hierbei ist zunächst eine saure Vorhydrolyse und anschließend ein alkalischer Aufschluß vorgesehen. Es ist aber aus dieser Patentschrift nicht zu entnehmen, daß ein Kreislauf der Kochflüssigkeit vorgesehen ist, noch ist

009 589/149

eine verschiedene Geschwindigkeit von. Kochlauge und Aufschlußgut vorgesehen. Holzschnitzel als Ausgangsmaterial sind überdies in dieser Patentschrift nicht erwähnt.

Schließlich sei noch auf das Verfahren der USA.-Patentschrift 1 845 488 hingewiesen, die eine alkalische Behandlung von cellulosehaltigen Stoffen unter stufenweisem Zusatz von frischer konzentrierter Alkalilösung beschreibt, wobei während des gesamten Aufschlusses ein geringer Alkaligehalt aufrechterhalten werden soll. Beim vorliegenden Verfahren wird zwar ebenfalls mit einer schwachen alkalischen Kochlösung gearbeitet, doch ist von den übrigen Merkmalen des vorliegenden Verfahrens, nämlich der Kreislaufführung der Kochlösung und der wesentlich höheren Geschwindigkeit der Kochlösung gegenüber dem Kochgut, in der Entgegenhaltung nichts beschrieben. Aber erst dann erzielt man die besonderen Vorteile des vorliegenden Verfahrens.

Das vorliegende Verfahren zum kontinuierlichen Aufschließen von Holzschnitzeln unterscheidet sich also von allen bekannten Verfahren wesentlich, indem zusammen mit den Holzschnitzeln eine Flüssigkeit eingeführt wird, deren Gehalt an wirksamen Chemikalien nur etwas größer ist als der der Ablauge, die zusammen mit den aufgeschlossenen Schnitzeln entnommen wird, so daß diese nicht durch Kochlauge geschädigt werden. Außerdem ist Sorge dafür getragen, daß diese Lauge durch die durchlaufende Schnitzelmasse im Gleichstrom zirkuliert, wobei die Bewegung der Lauge mindestens das Vierfache der Schnitzelgeschwindigkeit, vorzugsweise ein Mehrfaches in der Größenordnung von 10 bis 100 beträgt.
' So kommen die trockenen Schnitzel während ihrer raschen Erhitzung in keinem Augenblick mit starker Kochlauge in Berührung. Die folgende Tabelle soll dies veranschaulichen.

Verhältnis von Laugen geschwindigkeit zur Schnitzel geschwindigkeit	Alkaligehalt der Frisch lauge	Alkaligehalt der Ablauge	Laugenumlauf für einen Kocher mit 58,8 Tages tonnen Holz
im Kocher	g Na2 O/l	g Na2 O/l	l/Min.
1:1	79,0	8,0
2:1	" 46,5	8,0	308
4:1	27,0	8,0	576
10:1	16,4	8,0	1384
20:1	13,0	8,0	2 724
40:1	11,1	8,0	5 448
80:1	9.9	8,0	10896
100:1	9,6	8,0	13 620
200:1	9,2	8,0	27 240

Die vorgenannten Zahlen beziehen sich auf die Sulfatstoffherstellung aus Hartholzschnitzeln mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 45%>, wobei 17,5% Na₂O auf Holztrockensubstanz verwendet werden, die 5 Stunden lang bei 160° C gekocht werden. Für viele der bekannten Verfahren ist das Mengenverhältnis 1:1 charakteristisch. Es wurde nun beobachtet, daß bei einer Konzentration von wesentlich mehr als 20 g Na₂O/l die heiße Lauge dazu neigt, die Stoffausbeute qualitativ und quantitativ herabzusetzen. So wird im vorliegenden Verfahren ein Geschwindigkeitsverhältnis der Durchsätze zwischen 10:1 und 100:1 bevorzugt. Wie aus den obigen Zahlen hervorgeht, würde ein \'^Terhältnis von über 100:1 eine übermäßige Pumpengröße und zu hohe Pumpenleistung erfordern, ohne zu einem nennenswerten Vorteil zu führen. Die Konzentration der Ablauge beträgt in allen Beispielen 8,0 g Na₂ O/1. Selbstverständlich ist dieser Wert eine Funktion des Systems und muß ein Wiederausfallen der in Lösung gegangenen Materialien auf den Fasern verhindern. Ein solches Wiederausfallen würde die. Qualität des Stoffes herabsetzen und ein Bleichen desselben erschweren.

Eine überraschende Tatsache bei dem vorliegenden Verfahren besteht darin, daß die verwendeten Kochlaugen mit niedriger Konzentration die Schnitzel mit hinreichend befriedigendem Erfolg kochen, und zwar unter etwa denselben Zeit- und Temperaturbedingungen wie beim Chargenverfahren. Ferner ergeben die erfindungsgemäß verarbeiteten Schnitzel höhere Stoffausbeuten und Viskositäten als nach dem Chargenverfahren im selben Ausmaß gekochte vergleichbare Ansätze.

Das vorliegende Verfahren hat sich auch bei Verwendung von mehreren Kochern als vorteilhaft erwiesen, wo also einer Behandlung in einem ersten Gefäß durch eine Lösung eine andersartige Behandlung in einem zweiten Gefäß folgt; beispielsweise können bei der Herstellung von alfacellulosereichen Stoffen die Schnitzel im ersten Gefäß vorhydralysiert und dann im zweiten Gefäß alkalisch oder auf andere Art gekocht werden.

Die Beschreibung gibt in Verbindung mit den Zeichnungen eine ausführliche Schilderung des Erfindungsgegenstandes. Es zeigt

Fig. 1 ein Fließbild, das das grundsätzliche Verfahren zur Herstellung voll gekochten chemischen Stoffes zeigt,

Fig. 2 ein Fließbild, das das Verfahren zur Herstellung halbchemischen Stoffes zeigt,

Fig. 3 ein Fließbild, das das Verfahren in Verbindung mit zwei- oder mehrstufigem Kochen zeigt, wie es bei der Herstellung von alfacellulosereichen Stoffen durchgeführt wird.

Gemäß Fig. 1 werden die Schnitzel einem Schnitzelzubringer 1 zugeleitet, der sie in bekannter Weise zusammen mit einem durch die Leitung 3 fließenden Strom zirkulierender Kochlauge kontinuierlich einem Kocher 2 zuführt. Die Fließgeschwindigkeit der Kochflüssigkeit ist dabei viel größer als die Schnitzelfließgeschwindigkeit. Beispielsweise beträgt das Volumenverhältnis beim Fließen 40:1, und der Alkaligehalt der eintretenden Lauge beträgt 11,1g Na₂O/l. Die eintretenden Schnitzel fallen zusammen mit der Lauge von oben auf die bereits in Behandlung befindliche Schnitzelmasse, durch die die Lauge dann hindurchläuft. Im Laufe der Zeit, beispielsweise nach 5 Stunden, erreichen die durchgekochten Schnitzel den Boden des Kochers, aus welchem sie durch eine kontinuierlich arbeitende Entleerungsvorrichtung 4 einer Stoffgrube 5 und von dort als Stoff den üblichen Waschvorrichtung, Filtern usw. zugeleitet werden. Ein Teil der Kochlauge tritt natürlich zusammen mit den gekochten Spänen aus dem Kocher aus. Der Hauptteil der Kochlauge, der z.B. noch 8g Na₂O/l enthält,

So wird in der Nähe des Kocherbodens von den Schnitzeln mittels eines Siebes 6 getrennt und fließt durch die Leitung 7, die Laugenzirkulationspumpe 8, die Heizvorrichtung 9 und die Leitung 3 zurück zum Schnitzelzubringer 1, der sie wieder dem Kocher zuleitet. Die Konzentration der zirkulierenden Lauge an wirksamen Kochchemikalien wird mittels einer frischen, starken, aus dem Vorratsbehälter 10 kommenden, über die Pumpe 11 und die Leitung 12 zugeleiteten Kochlauge wieder auf ihren ursprünglichen Wert von 11,1 g

Na₂O/! gebracht. Vorzugsweise entfernt die Entlee-

5 6

rungsvorrichtung 4 mit den Schnitzeln zusammen ge- über ein Chargenverfahren zur Herstellung eines

rade so viel Lauge, daß der Flüssigkeitsspiegel im Sulfatstoffes unter Verwendung desselben Holzes an-

Kocher auf einer vorbestimmten Höhe gehalten wird geführt, der dem erfindungsgemäß hergestellten Stoff

und sich etwas unterhalb des Spiegels der Schnitzel so nahe wie irgend möglich kommt.

befindet, so daß ein Schwimmen der Schnitzel auf der 5 „ . . .. _c ,

_T ' ,, ■·, . Kontinuierliches Sulfatverfahren

Lauge unterbleibt.

Fig. 2 zeigt die Durchführung des erfmdungsgemä- Holz Eiche

ßen Verfahrens bei der Herstellung von halbchemi- Kochchemikalien NaOH+ Na₂S

sehen Stoffen. Hier werden die Schnitzel beim Aus- Sulfidität 25 %

blasen anschließend zusätzlich durch mechanische io Konzentration der eintretenden,

Mittel zerfasert. Der Verlauf des Verfahrens unter- zirkulierenden Lauge ..' 10 g/l wirksames

scheidet sich bis zu dem Punkt, an dem die halbge- Na₂O

kochten Schnitzel die Entleerungsvorrichtung 4 α er- Konzentration der austretenden

reicht haben, nicht wesentlich vom in Fig. 1 darge- Lauge 7 g/l wirksames

stellten Verlauf. Dagegen wird von hier ab ein Teil 15 Na₂O

der Lauge von den Schnitzeln abgetrennt und über die Fließgeschwindigkeitsverhältnis

Leitung 13 a dem Zirkulationssystem des Kochers Lauge zu Schnitzel 40:1

wieder zugeführt. Die teilweise von Lauge befreiten Kochzeit insgesamt 5 Stunden

Schnitzel werden aus der Entleerungsvorrichtung 4ß Temperatur 160° C

mittels zirkulierender, vom Vorratsgefäß 15 über die 20 Ausbeute 53 %

Pumpe 16 eintretender Ablauge gespült und der Ent- Permanganatzahl *) 13,7

laugungsvorrichtung 14 zugeleitet. Nun gehen die von Viskosität 4200

Lauge befreiten Schnitzel zum Zerfaserer 17, den sie Gewichtsverhältnis

als Stoff verlassen und von wo aus sie den gebrauch- Dampf zu Stoff 1,2

liehen, nicht dargestellten Wascheinrichtungen, FiI- 25 *) nach TAPPI-StandardT214m—42. tern usw. zufließen. Die aus der Entlaugungsvorrich-

tung 14 abgezogene Lauge kehrt zu dem Ablaugen- Absatzweises Sulfatverfahren

behälter 15 zwecks weiterer Zirkulation zurück. Holz Eiche

Fig. 3 zeigt den Verlauf des erfindungsgemäßen Kochchemikalien NaO H + Na₂ S

Verfahrens bei mehrstufigem Kochen im Zusammen- 30 Sulfidität ... .· 25%

hang mit d,er Herstellung von an Alfacellulose reichen Eintretende Lauge 54 g Na₂ 0/1

Stoffen, wobei in der ersten Stufe mit Säure oder Austretende Schwarzlauge 5 g Na₂ O/l

Wasser hydrolysiert und in der zweiten Stufe mit Kochzeit insgesamt 5 Stunden

Sulfatlauge gekocht wird. Die Hydrolyse erfolgt im Temperatur 160° C

Kocher 2 b, in den die Schnitzel und die Lauge in 35 Ausbeute 48%

genau gleicher Weise wie bei der in Fig. 2 beschrie- Permanganatzahl i3,7

benen halbchemischen Durchführung des Verfahrens Viskosität 827

eingeführt werden. Wie die Fig. 3 zeigt, werden die Gewichtsverhältnis

hydrolysierten Schnitzel mittels der zirkulierenden Dampf zu Stoff 2,0

Lauge des Sulfatkochers 2 c aus der Entleerungsvor- 40 ^₇. . . ,. . , „ , . , ,,. , ,

richtung 4 b in den oberen Teil des Kochers 2 c ge- Kontinuierliches halbchemisches Verfahren

spült. Das Kochen geht genau wie bei der Einrich- Holz gemischte Hart-

tung nach Fig. 1 vor sich, und die gekochten Schnitzel hölzer

werden als Stoff aus der Entleerungsvorrichtung 4 c Kochchemikalien Na₂ S O₃ + Na₂ C O₃

in die Stoffgrube 5 c gebracht. 45 Konzentration der eintretenden,

Eine weitere Ausführungsform des erfindungs- zirkulierenden Lauge 38 g/l

gemäßen Verfahrens, die jedoch in den Zeichnungen Konzentration der austretenden

nicht dargestellt ist, ist die folgende: Es sind wie Lauge 33 g/l

bei dem Verfahren zur Herstellung von an Alfacellu- Fließgeschwindigkeitsverhältnis

lose reichen Stoffen zwei Kocher vorgesehen. Im 50 Lauge zu Schnitzel 40:1

ersten Kocher wird in an sich bekannter Weise die Kochzeit insgesamt ■.... 6,5 Stunden

Ablauge aus dem zweiten Kocher als Kochlauge ver- Temperatur 175° C

wendet. Die Kochlauge, deren Gehalt an aktiven Ausbeute 70%

Kochchemdkalien gering ist, weist doch noch eine ge- Gewichtsverhältnis

nügende Menge Kochchemikalien auf. Diese wirk- 55 Dampf zu Stoff 1,5

samen Kochchemikalien werden durch die rohen

Schnitzel im ersten Kocher rasch verbraucht, so daß Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung

praktisch keine wirksamen Kochchemikalien in der von alfacellulosereichen Stoffen

Ablauge, die dem Laugenrückgewinnungsverfahren π , Eiche

zugeleitet wird, mehr enthalten sind. Dadurch wird 60

eine erhöhte Wirtschaftlichkeit, was die Menge an Vorhydrolysestufe

benötigten wirksamen Kochchemikalien betrifft, er- Hydrolysiermittel H N O₃

reicht. p_H-Wert der eintretenden

Das neue Verfahren eignet sich daher zur Her- Lösung 1,32

stellung von Stoffen verschiedener Art, beispielsweise 65 p_H-Wert der austretenden

zur Herstellung von vollchemischen Stoffen, halb- Lösung 1,48

chemischen Stoffen und alfacellulosereichen Stoffen Fließgeschwindigkeitsverhält-

usw. . nis Lauge zu Schnitzel .... 40: 1

Die nachstehend aufgeführten Kochdaten dienen als Hydrolysezeit 3,5 Stunden

Erläuterung. Zu Vergleichszwecken sind auch Zahlen 70 Temperatur 120° C

Claims (1)

1. Kochstufe keit und unter Rückführung der Ablauge im

   Kochchemikalien NaOH + Na₂S Jf^iif, ^dadurch fkennmchnet, daß die Koch-

   Sulfidität 25°/ flüssigkeit mit mindestens der vierfachen, insbe-

   Konzentrati'on' der" eintreten- sondere der zehn- bis hunderfachen Geschwindig-

   den Lau°-e 13 g Na 0/1 ^{keit des Holzes} durch die Kochzone gefuhrt wird.

   Konzentration" der 'austreten- * Κ^ΨΤ^π ^P^}¹ l· ^dadurch ?^k^ⁿ"

   den Lauge · 10 °· Na 0/1 zeichnet, daß die Kochflussigkeit weniger als 20 g

   Fließgeschwindigkdtsverhäit- ^& * ^Na2°> insbesondere 10 bis 11g Na₂ 0/1, enthält.

   nis Lauge zu Schnitzel 40:1 _T „ _1A „ , , ..

   Kochzeit 5 Stunden ¹⁰ In Betracht gezogene Druckschriften:

   Temperatur 150° C Deutsche Patentschriften Nr. 857 307, 897 797;

   Gesamtgewichtsverhältnis' österreichische Patentschrift Nr 75 484;

   Dampf zu Stoff 2,3 : 1 franzosische Patentschrift Nr 1 15 265;

   ^y britische Patentschrift Nr. 794 542;

   Das erfindungsgemäße Verfahren kann in bekann- 15 USA.-Patentschriften Nr. 1 646 084, 1 845 488,
   ten Apparaturen durchgeführt werden. 1 991 244, 2 035 447;

   Georg Jayme: »Zellstoff«, 1939/1946 (Bd. 24 der

   Patentansprüche- Schriften des Vereins der Zellstoff- und Papier-

   Chemiker und -Ingenieure), Därmstadt 1953, S. 37 1. Verfahren zum kontinuierlichen Aufschluß 20 bis 38;

   von Holzschnitzeln, insbesondere Hartholz- James P. Casey: »Pulp and Paper«, Bd. I, New

   schnitzeln, im Gleichstrom mit der Kochflüssig- York 1952, S. 144.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 009 589/149 8.60