DE1101126B - Verfahren und Apparat zum Impraegnieren von zellstoffhaltigen Rohstoffen bei der kontinuierlichen Gewinnung von Halbzellstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Imprägnieren von zellstoffhaltigen Rohstoffen bei der kontinuierlichen Gewinnung von Halbzellstoffen, bei welchem der Rohstoff zum Austreiben von Luft und Flüssigkeit fortschreitend komprimiert, in einer von der Atmosphäre abgedichteten Kammer expandiert und in eine Imprägnierlösung eingeführt wird. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Apparat zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei bekannten Verfahren der vorstehend genannten Art konnte sich das zum Zwecke des Austreibens von Luft und Flüssigkeit fortschreitend komprimierte Material vor dem Einführen in die Imprägnierlösung wieder etwas ausdehnen, so daß in ihm Hohlräume gebildet wurden, welche eine vollständige Durchdringung des Materials mit Imprägnierlösung beim nachfolgenden Eintauchen in diese verhinderten. Dadurch wurde das Material nicht ausreichend imprägniert, so daß diesem nur eine Vorimprägnierung darstellenden Arbeitsgang zur Gewinnung des erwünschten Papierstoffes eine langdauernde, unter Druck stattfindende chemische Behandlung in einer Dampfatmosphäre und eine anschließende gründliche mechanische Zerfaserung folgen mußten.

Das Ziel der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren 'der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich gründlichere Imprägnierung ergibt und damit eine wirtschaftlichere Produktion gestattet, weil die letztgenannten kostspieligen und zeitraubenden Arbeitsgänge bei einer gründlichen Imprägnierung je nach der erwünschten Qualität des Papierstoffes nur noch in wesentlich geringerem Ausmaß oder überhaupt nicht mehr notwendig sind.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Stoff unmittelbar bei der Expansion mit der Imprägnierlösung in Berührung gebracht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Rohstoff auf ein Höchstmaß verdichtet und in unmittelbarem Anschluß an diese Verdichtung mit der Imprägnierlösung in Berührung gebracht. Im Augenblick größter Kompression sind in dem Rohstoff keine oder zumindest keine nennenswerten Hohlräume mehr vorhanden. In diesem Zustand kommt der Rohstoff dann sofort mit der Imprägnierlösung in Berührung, so daß diese beim Expandieren des Rohstoffes von allem Anfang eingesaugt wird und ungefüllte Räume nicht erst entstehen können. Dadurch wird eine so weitgehende und vollständige Imprägnierung des Materials erzielt, daß sich eine chemische Nachbehandlung erübrigt.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung noch dadurch vergrößert werden, daß der Rohstoff mehrmals komprimiert und entspannt wird, wobei in Verfahren und Apparat zum Imprägnieren von zellstoffhaltigen Rohstoffen

bei der kontinuierlichen Gewinnung

von Halbzellstoffen

Anmelder:

The Bauer Bros. Co.,
Springfield, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. November 1957

Marvin Edward Ginaven und Albert Hayden Adams,

Springfield, Ohio (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

jeder Entspannungszone Imprägnierlösung zugeführt und in der darauffolgenden Kompressionszone wieder abgepreßt wird.

Bei der kontinuierlichen Bewegung des Materials und seiner Kompression und Expansion im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens findet bereits zwangläufig eine mechanische Zerfaserung statt, die durch passende Einrichtungen noch verstärkt werden kann. Diese Zerfaserung im Verlaufe des erfindungsgemäßen Verfahrens führt infolge der hervorragenden Imprägnierung des Materials schon zu einem verhältnismäßig feinen Papierstoff, dessen Feinheitsgrad für viele Zwecke bereits ausreicht. Nur wenn beispielsweise zur Herstellung von Papier besonderer Qualität sehr feiner Papierstoff benötigt wird, ist eine weitere mechanische Zerfaserung erforderlich, wobei jedoch auch hier der zusätzliche Arbeitsaufwand weitaus geringer ist als bei den bisherigen Verfahren.

Die Erfindung schafft auch einen Apparat zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der erfindungsgemäße Apparat weist, wie die Apparate zur Durchführung der bekannten Verfahren,

109 528/247

eine Förderschnecke zum Vorwärtsbewegen und Komprimieren des Rohstoffes, eine nach außen abgeschlossene Entspannungskammer und Zuleitungen für eine Imprägnierflüssigkeit auf, ist aber im Gegensatz zu diesen Apparaten, bei denen die Imprägnierflüssigkeit erst ein ganzes Stück hinter dem Ort eingeführt wird, an welchem in der Kompressionszone der höchste Druck herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer unmittelbar nach dem Ort höchsten Drucks beginnt und die Zuleitung der Imprägnierflüssigkeit in den vordersten Teil der Entspannungskammer mündet.

Bei dem erfindungsgemäßen Apparat sind auch Einrichtungen zur Vergrößerung der Zerfaserungswirkung auf das sich vorwärts bewegende Material vorhanden, welche die Form von Platten haben, die am inneren Umfang des Schneckengehäuses befestigt sind und deren Ebene in der Längsrichtung des Gehäuses liegt und sich in radialer Richtung gegen die Achse der Schnecke erstreckt, wobei die Platten Vorzugsweise von Siebstäben getragen sind, die Teile des Schneckengehäuses bilden und Käfige schaffen, durch welche das Material hindurchgeht, während Luft und Feuchtigkeit zur Seite hin austreten können. Am inneren Umfang des Schneckengehäuses befestigte Platten sind auch bei bekannten Apparaten bereits verwendet worden. Diese Platten hatten dort jedoch nur die Aufgabe, ein Mitdrehen des Materials mit der Schnecke zu verhindern, und es wurden demgemäß höchstens eine oder zwei solcher Platten vorgesehen. Demgegenüber bilden die Platten bei dem erfindungsgemäßen Apparat ein Gitter, durch welches das Material hindurchgedrückt wird, wodurch eine beträchtliche Erhöhung der Zerfaserungswirkung erzielt wird, was bei den bekannten Anordnungen nicht der Fall ist.

Beispielsweise Ausführungen der Erfindung zeigt die Zeichnung. Darin ist

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführung der Erfindung, wobei einige Teile entfernt und die Teile dieser Ansicht schaubildlich gezeigt sind,

Fig. 2 ein Diagramm, welches den Weg des Pflanzenmaterials durch den Apparat der Fig. 1 darstellt und die Punkte zeigt, an denen Flüssigkeiten in das sich bewegende Material eingeführt und aus ihm entfernt werden und

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche eine zweite Ausführung der Erfindung zeigt.

Die Schraubenpresse der Fig. 1 weist einen Hauptteil 11 auf, welche eine Halterung für eine Schraubenwelle schafft, welche in einer durchgehenden Kammer 13 angeordnet ist und sich in Längsrichtung durch diese hindurch erstreckt, wobei die Kammer an ihrem einen Ende eine Einlaßöffnung 14 für das zu behandelnde Material und am anderen Ende eine Auslaßöffnung 15 für das behandelte Material besitzt, das durch einen Kanal 16 od. dgl. von der Presse weggeführt wird. Das die Kammer 13 bildende Schneckengehäuse 13 α weist einen Endverschluß 17 und mehrere in Längsrichtung voneinander räumlich getrennte zylindrische Einsätze 18, 19, 21, 22, 23 und 24 auf. Zwisehen dem Endverschluß 17 und dem Einsatz 18 befindet sich eine am Umfang angeordnete Reihe von Siebstangen 25, welche dazu dienen, das Material innerhalb der Kammer 13 einzuschließen, jedoch ein Entweichen von Strömungsmedien, wie beispielsweise Luft und Flüssigkeiten, aus ihm zu gestatten. Die Einsätze 18 und 19 sind in ähnlicher Weise durch Siebstangen 26 miteinander verbunden. Zwischen den Einsätzen 19 und 21 erstreckt sich ein geschlossener Zylinder 27. Zwischen den Einsätzen 21 und 22 beimden sich Siebstangen 28, während ein geschlossener Zylinder 29 die Einsätze 22 und 23 miteinander verbindet. Die Einsätze 23 und 24 werden durch Siebstangen 31 verbunden, wobei der Einsatz 24 an der Materialauslaßöffnung 15 angeordnet ist und diese bildet.

Um das Material durch die Kammer 13 von dem Einlaß 14 zum Auslaß 15 vorwärts zu bewegen, ist die Oberfläche der Welle 12 mit einer Kombination von schraubenförmigen Schnecken oder Zähnen versehen, die für ein Bewegen des Materials mit verschiedenen Geschwindigkeiten bestimmt sind. An dem als das Einlaß ende der Kammer zu bezeichnenden Teil weist die Welle 12 einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf, wobei die Schnecke 32 mit kleiner Ganghöhe so bemessen ist, daß sie relativ große Mengen des eingeführten Materials erfaßt und dieses mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit in die weiteren Bereiche der Kammer 13 bewegt. Zwischen den Einsätzen 18 und 19 und zwischen den Einsätzen 21 und 22 sind auf der Welle 12 ähnliche Schnecken 33 und 34 angebracht, die für ein verhältnismäßig langsames Vorwärtsbewegen des Materials ausgelegt sind. Innerhalb oder zwischen den Einsätzen 19 und 21 und zwischen den Einsätzen 22 und 23 befinden sich Schnecken 34 und 35 mit verhältnismäßig großer Ganghöhe, welche eine schnellere Bewegung des Materials an diesen Stellen hervorrufen. Benachbart dem Auslaß 15 stößt eine Endschnecke 36 das Material aus der Kammer 13 in den Kanal 16 aus.

Im Betrieb wird die Welle 12 gedreht. Eines ihrer Enden ist mit einem Kupplungsteil 37 versehen, welcher in der Endplatte 17 gelagert ist und in den ein komplementärer Kupplungsteil 38, der sich auf einer Zwischenantriebswelle 39 befindet, eingreift. Die Welle 39 wird gedreht oder ist drehbar mittels einer Vorrichtung, welche eine Riemenscheibe 41, einen Riemen 42 und einen Elektromotor 43 aufweist, so daß nach einem Erregen des Motors 43 die Welle 12 angetrieben wird.

Holzschnitzel, landwirtschaftliche Rückstände oder dergleichen kompressible Materialien werden in einer beliebigen, gebräuchlichen Weise der Schraubenpresse zugeführt, beispielsweise durch eine Vorschubschraubenvorrichtung 44, welche einen Auffangtrichter 45 beliefert. Dieser ist mit der Einlaßöffnung 14 der Schraubenpresse ausgefluchtet und steht an seinem Boden mit ihr in Verbindung, und er kann besondere Vorschubschrauben 46 enthalten, um ein gleichmäßiges Einbringen des Pflanzenmaterials in die Presse zu gewährleisten.

Innerhalb der Kammer 13, gleich unterhalb der Öffnung 14 wird das eintretende Pflanzenmaterial von der Schnecke 32 erfaßt und gegen das Auslaßende 15 der Kammer vorwärts bewegt. Die Siebstäbe 25 bilden an dieser Stelle einen allmählich kleiner werdenden Querschnitt der Kammer 13, der eine allmählich wachsende Kompressionskraft auf das Material, welches durch die Schnecke 32 vorwärts bewegt wird, zur Folge hat, wobei die darin enthaltene Luft und die darin enthaltenen Flüssigkeiten allmählich entleert oder ausgetrieben werden und zwischen den Siebstäben 25 aus der Presse austreten. Auch können die Siebstäbe 25 und die anderen Siebstäbe entlang der Länge der Kammer 13 mit nach innen vorspringenden Teilen 47 versehen werden, welche, da das Material in Längsrichtung vorwärts bewegt und dabei gedreht wird, einen Schneid- und Schervorgang auf das Material ausüben und dieses in seine Faserkomponenten weiter zerkleinern und damit eine größere Oberfläche

für die nachfolgende Anwendung des Imprägniermaterials freilegen. Nahezu trockengedrückt und durch die inneren Vorsprünge 47 zerrissen, erreicht das Material an einem Punkt 48 eine Stelle maximaler Kompression, welche durch den Einsatz 19 und einen koirischen Teil 49 auf der Welle 12 gebildet wird. Jenseits des Punktes 48 großen Drucks befindet sich eine Zone niedrigen Drucks, welche durch eine Kammer 51 gebildet wird, die von dem Zylinder 27 eingeschlossen wird und die Schnecke 34 mit verhältnismäßig großer Steigung enthält. Jenseits der Kammer 51 stößt das sich vorwärts bewegende Material auf einen anderen Punkt 52 großen Drucks, welcher durch einen konischen Teil 53 auf der Welle bei oder unmittelbar jenseits des Einsatzes 21 gebildet wird. Mit der Kammer 51 niedrigen Drucks steht eine Rohrleitung 54 in Verbindung, welche von einer kochende Flüssigkeit liefernden Quelle herangeführt ist.

Beim Vorwärtsbewegen des Materials mittels der Schnecken auf der Drehwelle 12 wird aus diesem nach ao und nach Luft entfernt, wenn es gegen den Punkt 48 geführt wird, an dem ein maximaler Druck entwickelt wird. Nach dem Erreichen des Punktes 48 sind Flüssigkeiten aus nassen Materialien ausgepreßt, und sowohl die Flüssigkeiten als auch die herausgepreßte Luft werden durch die beschriebenen Siebstangenöffnungen ausgelassen. Die hier dargestellte Art von wellenlinienförmigen Siebstäben schafft Vorsprünge, die sich zwecks einer maximalen Auffaserung des Materials in die Kammer 13 erstrecken. Wenn das Material über den konischen Teil 49 hinweggeht, wird es dicht zusammengepreßt. Dadurch wird eine Pfropfendichtung an diesem Punkt gebildet, welche Luft von der Kammer 51 an diesem ihremEnde ausschließt. Bei der ununterbrochenen Arbeitsweise der Maschine ist es zu verstehen, daß ein ähnlicher Pfropfen am Punkt 52 gebildet wird, so daß Luft von beiden Enden der Kammer 51 ausgeschlossen wird. Wenn das Stengelmaterial hinter den Punkt 49 und in die Kammer 51 gedrückt wird, kann es sich infolge des größeren Volumens der Kammer 51 frei entspannen, wobei dieser Vorgang durch ein Wachsen der Geschwindigkeit, mit der das Material vorwärts getrieben wird, erleichtert wird, infolge der vergrößerten Steigung der Förderschnecke. Die Dichte der Masse, zu der der Stengel durch die hohe Kompressionskraft beim Punkt 48 verdichtet wurde, wird demgemäß im Bereich niedrigen Drucks verringert. In diesen Bereich niedrigen Drucks wird mittels einer Rohrleitung 54 Imprägniermaterial eingeführt, wobei die Einspritz- oder Einströmgeschwindigkeit in passender Weise durch Pumpen, Meßgeräte od. dgl. gesteuert wird. Die Zellen und Hohlräume der Pflanzenfasern, welche sich unter der in der Kammer 51 möglichen Expansionsfreiheit weit öffnen, werden daher schnell und leicht vom Imprägniermaterial durchdrungen und gefüllt, welches allein Zugang zu den Fasern hat, wobei, wie vorher angegeben, ein Luftzutritt zu der Kammer 51 durch die bei den Punkten 48 und 52 gebildeten Zapfen im wesentlichen verhindert wird.

Jeglicher Überschuß an Flüssigkeit oder Imprägniermaterial kann durch den Preßvorgang, welcher vom Punkt 52 zum Auslaßende hin erfolgt, entfernt werden. Gemäß der dargestellten Ausführung der Erfindung ist jedoch zwischen dem Punkt 52 und der AuslaßöfFnung 15 eine zweite Imprägnierstation eingefügt. Folglich ist jenseits des konischen Teils 53 die Welle 12 mit einem weiteren konischen Teil 55 versehen, welcher mit dem Einsatz 22 eine Stelle 56 hohen Drucks bildet. Daher sind, wenn das imprägnierte Material den Punkt 56 hohen Drucks erreicht, die Luft und Flüssigkeiten größtenteils aus ihm entfernt worden, und es tritt in einem verhältnismäßig trockenen und luftfreien Zustand in eine von dem Zylinder 29 gebildete Kammer ein. Wenn es sich darin entspannt, wird es wiederum durch ein Imprägniermaterial, welches von einer Rohrleitung 58 geliefert wird, befeuchtet. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Rohrleitungen 54 und 58 gemeinsam von ein und derselben Imprägnierflüssigkeitsquelle beliefert werden. Ein konischer Teil 59 am Ende der Welle 12 bewirkt das Entfernen überschüssiger Flüssigkeiten, welche mittels der Siebstangen 31 austreten. Das behandelte Material wird schließlich aus der Presse in den Kanal 16 ausgestoßen.

In der in Fig. 3 gezeigten abgeänderten Form der Erfindung ist eine Schraubenpresse 60 vorgesehen, welche von allgemein gebräuchlicher Form ist, d. h. bis auf das Weglassen von Vorrichtungen zum Einführen eines Imprägniermittels in das Material, während sich dieses zwischen den Enden der Vorschubschraube befindet, gleich der in Fig. 1 gezeigten Presse. In diesem Fall befindet sich das Imprägniermittel oder die Imprägnierflüssigkeit in einem Tank 61. Das Auslaßende der Presse ist mit dem Tank 61 an einem Punkt unterhalb des Normalspiegels des in dem Tank enthaltenen Imprägniermittels durch ein Verbindungsstück 62 verbunden, das so konstruiert ist, daß es das Auslaßende der Presse mit dem Innenraum des Tankes in flüssigkeitsdichter Weise verbindet. Das Verbindungsstück 62 dient als Expansionskammer, welche das Pflanzenmaterial unmittelbar nach seinem Austritt hinter einem Punkt hohen Drucks, beispielsweise hinter dem durch den konischen Teil 59 ctm Auslaßende der Presse der Fig. 1 gebildeten Hochdruckpunkt, aufnimmt. Innerhalb der Kammer 62 dehnt sich das Material aus, und es wird in das Imprägniermaterial eingetaucht und durch dieses befeuchtet. Es sei bemerkt, daß, wie im Fall der Ausführung der Fig. 1, der Zutritt von Luft zu dem zusammengepreßten und sich ausdehnenden Material im wesentlichen ausgeschlossen ist.

Der Tank 61 ist als vertikales Gehäuse für eine Vorschubschraube 63 konstruiert, welche ununterbrochen in passender Weise, beispielsweise durch einen Riemen und Riemenscheibenmechanismus 64, der von einer Welle 65 angetrieben wird, gedreht wird. Ein Fallauslaß 66 steht über dem Normalspiegel der Imprägnierflüssigkeit mit dem Innenraum des Tanks 61 in Verbindung. Beim Betrieb der Vorrichtung wird daher das Material in den Tank 61 unterhalb des darin befindlichen Flüssigkeitsspiegels ausgestoßen, durch die Flüssigkeit imprägniert und mittels der Förderschraube 63 nach oben über den Flüssigkeitsspiegel gebracht, und zwar im wesentlichen zum oberen Ende des Tanks, wo es allmählich die Förderschraube verläßt und über den Auslaß 66 aus dem Tank herausgelangt. Es versteht sich, daß das durch die Schraube 63 beförderte Material über dem Flüssigkeitsspiegel abtropft, so daß dieses, wenn es aus dem Auslaß 56 austritt, im wesentlichen frei von überschüssiger Flüssigkeit ist. Der Tank 61 kann durch die Zuführungsrohrleitung 67 mit einem ständigen Vorrat von Imprägnierflüssigkeit versorgt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren von zellstoffhaltigen Rohstoffen bei der kontinuierlichen Gewinnung von Halbzellstoffen, wobei der Rohstoff

zum Austreiben von Luft und Flüssigkeit fortschreitend komprimiert, in einer von der Atmosphäre abgedichteten Kammer expandiert und in eine Imprägnierlösung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff unmittelbar bei der Expansion mit der Imprägnierlösung in Berührung gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohstoff mehrmals komprimiert und entspannt wird, wobei in jeder Entspannungszone Imprägnierlösung zugeführt und in der darauffolgenden Kompressionszone wieder abgepreßt wird.

3. Apparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Förderschnecke zum Vorwärtsbewegen und Komprimieren des Rohstoffes, einer nach außen abgeschlossenen Entspannungskammer und mit einer Zuleitung für eine Imprägnierflüssigkeit in der Entspannungskammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammer (51) unmittelbar nach dem Ort (48) beginnt, an welchem in der Kompressionszone der höchste Druck herrscht, und die Zuleitung der Imprägnierflüssigkeit in den vordersten Teil der Entspannungskammer mündet.

4. Apparat nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Platten (47), die am inneren Umfang des Schneckengehäuses (13 a) angeordnet sind und deren Ebene in der Längsrichtung des Gehäuses liegt und sich in radialer Richtung gegen die

Achse der Schnecke erstreckt, wobei die Platten vorzugsweise von Siebstäben (25) getragen sind.

5. Apparat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderschnecke (34) in der Expansionskammer (51) zum Auflockern des komprimierten Rohstoffpfropfens eine andere Steigung der Gänge besitzt als die Schnecke in der Kompressionszone.

6. Apparat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch mehrere Kompressionsabschnitte (19, 49 und 21, 53) und mehrere den einzelnen Kompressionsabschnitten folgende Entspannungskammern (51, 57) sowie Zuleitungen (54, 58) für die Imprägnierflüssigkeit.

7. Apparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kompressionsabschnitte durch verengte Durchgänge (19, 21) zwischen der Welle und dem Gehäuse der Förderschnecke gebildet sind, welche vor und hinter der Expansionskammer (51) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 068 887;
französische Zusatzpatentschrift Nr. 55 806 (Zusatz zur französischen Patentschrift Nr. 989 191);
britische Patentschriften Nr. 457 524, 536 339,
980;

USA.-Patentschrift Nr. 2 059 435;
Paper Trade Journal, Heft 12, Jahrgang 1948, S. 41 bis 43.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen