DE1132790B - Verfahren und Vorrichtung zum Kochen von lignozellulosehaltigem Material zur Herstellung von Papierstoff und aehnlichen Erzeugnissen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kochen von lignozellulosehaliigem Material zur Herstellung von Zellulose, die zur Erzeugung von Papier und ähnlichen Produkten bestimmt ist, wobei das Material nacheinander einer ersten Dampfbehandlung bei verhältnismäßig niedrigem Dampfdruck, einer Imprägnierung mit einer Chemikalienlösung und einer Kochbehandlung in Dampfphase bei verhältnismäßig hohem Druck und entsprechend hoher Temperatur unterworfen wird.

Eine übliche Form von lignozellulosehaltigem, faserigem Material ist Holz, Kartoffelkraut, Mais- und Rohrzuckerstengel, Schilf, Sonnenblumenstengel und Stroh, die zu Spänen oder zu Stückchen zerhackt sind. In der Beschreibung ist zwar insbesondere auf Holz Bezug genommen, doch ist das beschriebene Verfahren auf jedes andere, lignozellulosehaltiges Material anwendbar.

Wenn im folgenden von »Kochen« die Rede ist, wird darunter eine solche Behandlung verstanden, die bei den den Siedepunkt des Wassers unter atmosphärischem Druck übersteigenden Temperaturen durchgeführt wird.

Das Kochen wird in der Gegenwart von Chemikalien vorgenommen, und die Absicht ist, im Holz vorhandene Begleitstoffe und Bestandteile, in erster Linie Lignin, in gewissen Fällen aber auch Hemizellulose, zu entfernen, während die eigentliche Zellulose gegen Auslösung geschützt werden soll. Die Chemikalien werden also im Hinblick darauf ausgewählt, um einen derartigen Aufschluß der Holzsubstanz herbeizuführen. Die ausgelöste Menge kann, je nach der gewünschten Beschaffenheit des herzustellenden Papierstoffes, z. B. 10 bis 20% und mehr als das Gewicht des Holzes betragen.

Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von Halbzellstoffen sind vielfach bekannt, auch solche, bei denen der Ausgangsstoff in einer Erweichungszone und in einer Kochzone mittels Frischlauge und Dampf unter Druck behandelt wird. Die Aufbereitung erfolgt hierbei beispielsweise kontinuierlich und so, daß der in Schnitzeln gehackte Rohstoff vor Eintritt in die Erweichungszone in einer Imprägnierungszonedurch Berieselung unter Atmosphärendruck mit Lauge getränkt wird und die Schnitzel in durchtränktem Zustand in die anschließende Stufe weitergeleitet wird. Der Stoff wird gegebenenfalls nach der Behandlung in der Kochzone zur Mischung mit heißer Ablauge und zur Ausscheidung des Brüdendampfes in eine weitere Mischung geblasen und anschließend zur drucklosen Heißraffinierung einem Zerfaserer zugeführt.

Bei einem bekannten Verfahren wird derart ge-Verfahren und Vorrichtung zum Kochen

von lignozellulosehaltigem Material

zur Herstellung von Papierstoff

und ähnlichen Erzeugnissen

Anmelder:

Arne Johan Arthur Asplund, Bromma
(Schweden)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
(Schweden vom 24. April 1958 (Nr. 4002)

Arne Johan Arthur Asplund, Bromma (Schweden), ist als Erfinder genannt worden

arbeitet, daß der Rohstoff in kontinuierlichem Vorschub gedämpft, anschließend mit kalter oder nur mäßig erwärmter Kochlauge, vorzugsweise unterhalb 50° C, imprägniert in den Kocher übergeführt, dort bei Temperatur oberhalb 100° C gekocht und anschließend mechanisch zerfasert wird.

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung einer Pulpe aus Holzschnitzeln ist es bekannt, die Holzschnitzel in einem ersten säulenartigen Kessel zuerst zu dämpfen und dann in die Kochflüssigkeit einzutauchen, mit der die Schnitzel imprägniert werden. Dann werden die Schnitzel aus dem Kessel heraus- und in eine Leitung eingeführt, in der sie mit Kochflüssigkeit zu einer pulpeartigen Masse aufgeschlossen und von dort zu einer Entwässerungsstation gepumpt werden, in der ihnen die Kochflüssigkeit entzogen wird. Von dieser Entwässerungsstation aus werden die aufgeschlossenen Schnitzel zu einem zweiten Kessel gefördert, in welchem sie abermals mit Dampf behandelt werden, jedoch ohne Zusatz einer Kochflüssigkeit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kochen von lignozellulosehaltigem Fasermaterial für die Her-

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Stellung von Zellulose, die zur Erzeugung von Papier kalien durch Diffussion bereits innerhalb des Materials und ähnlichen Produkten bestimmt ist, so zu verbes- verbrauchte Chemikalien ersetzen. Es ist also in dieser sern, daß die fertige Masse eine größere Gleichförmig- Phase möglich, den fortdauernden Kochverlauf in keit und bessere Beschaffenheit, als sie mit den bis- einer gewünschten Richtung, die durch die für das her bekannten Vorrichtungen erzielt worden sind, 5 Enderzeugnis gewünschten Eigenschaften bestimmt erhält. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß wird, zu beeinflussen. Nach der Flüssigkeitsphasendas Material nach der ersten Dampfbehandlung me- stufe kann das Material eine weitere Dampfphasenchanisch unter höherem Druck als bei der zweiten stufe durchlaufen, bei der die Kochbehandlung bis zu Dampfbehandlung zwecks Entfernung von in seinen der Endphase weitergeht, die bei dem in der Zeich-Poren befindlicher Flüssigkeit und Luft zusammen- io nung dargestellten Ausführungsbeispiel in einer megepreßt und danach von diesem Druck entlastet wird, chanischen unter Dampfdruck erfolgenden Zerwobei die Entlastung von mechanischem Druck nach faserung des gekochten Materials besteht. Die Beder Chemikalienlösung hin erfolgt, die ihrerseits unter handlung mit den Chemikalien in der Kochflüssigkeit hydrostatischem Druck steht, und daß nach dem wird hierbei auch den Forderungen angepaßt, die an Kochen in Dampfphase ein Kochen in einer zweiten 15 das Enderzeugnis im Hinblick darauf gestellt werden, heißen Lösung unter gleichwertig hohem Druck vor- ob es einer mehr oder weniger intensiven Bleichung genommen wird. ' unterzogen werden soll.

Wenn im Voraus getränkte Holzspäne in Dampf- Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung an einem

phase gekocht werden, tritt eine Kondensierung von Ausführungsbeispiel näher erläutert, woraus weitere

Dampf auf der Oberfläche der Späne ein, wodurch 20 Eigenschaften der Erfindung entnommen werden

die Chemikalien in der Außenschicht der Späne ver- können.

dünnt und gegebenenfalls weggespült werden und da- Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Anlage zur

durch die Außenschicht nicht dieselbe Behandlung Durchführung des Verfahrens, teilweise im Schnitt;

erfährt wie die voll getränkten inneren Teile des Ma- Fig. 2 ist ein Schnitt nach den Linien H-II der Fig. 1;

terials. Macht nun nach dem Kochen in der Dampf- 25 Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der U-för-

phase das Material eine weitere Kochbehandlung in migen Pressenecke.

einer Flüssigkeitsphase durch, werden zusätzliche In der Zeichnung ist 10 ein Behälter, der auf einer Chemikalien zugeführt, so daß die Holzspäne erneut Trägerlage 12 aufgestellt ist und sich lotrecht nach homogen durchtränkt werden und alle Fasern die er- oben durch eine höher gelegene Trägerlage 14 hinforderliche Auslösebehandlung erfahren. 3° durch erstreckt. Der Behälter 10 ist oben durch einen

Insbesondere die Hemizelluloseteile des Holzes und Teil 16 abgeschlossen, von dessen Oberseite ein in gewissem Ausmaß auch seine Zellulosesubstanz Dampfauslaß 18 ausgeht. Holzschnitzel oder -späne sind für den Säuregrad der Chemikalienlösung emp- werden dem Teil 16 aus einem nicht dargestellten findlich, weil hydrolytische Veränderungen ein- Vorratsbehälter durch eine Leitung 20 zugeführt und treten, die eine abbauende Wirkung auf diese Be- 35 fallen von dieser in den Behälter 10 hinab. Wenn die standteile haben können. In gewissen Fällen kann es Spänezufuhr zu groß ist, geht der Überschuß durch wünschenswert sein, bis zu einem bestimmten Aus- eine Leitung 22 zum Vorratsbehälter zurück. In den maß die Hemizellulose zu entfernen, wodurch das aus Leitungen 20 und 22 arbeitet ein nicht gezeigter dem Verfahrenserzeugnis hergestellte Papier weicher Schabförderer. Durch eine an den Unterteil des Bewird. Beispielsweise bei der Herstellung von Faser- 40 hälters 10 angeschlossene Leitung 24, in der ein Venstoff durch Kochen in Lösungen von Natriumsulfit, til 26 sitzt, wird Dampf zugeführt, der im Gegenstrom das ganz neutral ist, wird die Holzsubstanz von den zu der in dem Behälter 10 herabsinkenden Spänein ihr üblicherweise vorhandenen organischen Säuren, masse aufwärts steigt und zur Aufgabe hat, eine Aufwie Ameisensäure und Essigsäure, angegriffen. Um weichung der Späne herbeizuführen. Der Behälter 10 die hierbei auftretenden Hydrolyse zu verhindern, 45 dient als eine Art Dämpfzone, in welcher die Späne werden Natriumkarbonat oder Natriumhydroxyd oder allmählich zu einer Temperatur von über 70° C, gegebenenfalls beide Stoffe oder eine andere neutra- zweckmäßig zwischen 80 und 90° C, und in gewissen lisierende Substanz zugesetzt. Während der Kochbe- Fällen bis zum Siedepunkt des Wassers bei atmohandlung in der Dampfphase können diese neutrali- sphärischem Druck erwärmt werden. Etwaiger Übersierenden Substanzen verbraucht werden, wobei eine 50 schuß an Dampf kann durch den Auslaß 18 entnicht gewünschte Aufspaltung der Zellulosebestand- weichen; die Dampfzufuhr soll aber durch das Venteile des Holzes eintritt. In diesen Beziehungen bringt til 26 in der Leitung 24 so geregelt werden, daß ein die Mehrstufenkochbehandlung gemäß der Erfindung Dampfüberschuß möglichst vermieden wird, wesentliche Vorteile gegenüber anderen gebrauch- Von der Bodenzone werden die erweichten liehen Verfahren. Aus dem Vorstehenden geht auch 55 Späne von einer am Unterteil des Behälters 10 angehervor, wie bedeutungsvoll es ist, daß das Holz, bevor brachten, von einem Elektromotor 27 über ein Gees einer Umgebung mit hoher Temperatur ausgesetzt triebe 28 angetriebenen Schneckenpresse 29 zu einem wird, nicht nur mit das Lignin auslösenden Bestand- Pfropfenbildungsrohr 30 gepreßt. In dieser Schneckenteilen, sondern auch mit die organischen Säuren neu- presse läuft die Schnecke 130 um. Das Gehäuse der tralisierenden Bestandteilen gut durchtränkt ist. 60 Schneckenpresse 29 weist an der Unterseite Löcher

Für gewisse herzustellende Halb- oder Fertigerzeug- 131 auf, unter denen eine Auffangschale 132 vorge-

nisse kann es wünschenswert sein, daß in der Dampf- sehen ist. In dem Rohr ist eine Klappe 31 angebracht,

phasenstufe die Kochflüssigkeit hauptsächlich aus die über einen Arm 32 durch einen hydraulischen

Natriumsulfit und Natriumkarbonat besteht. In der Servomotor 34 belastet ist und hierdurch dazu beiträgt,

Flüssigkeitsphasenstufe kann das Kochen in der Ge- 65 die Spänemasse einem hohen Druck zu unterwerf en. In

genwart von Natriumsulfit und Natriumhydroxyd oder diesem Teil der Anlage werden die Späne mechanisch

Natriumsulfid erfolgen. Nach der Dampfphasenstufe zusammengepreßt, so daß in ihren Poren befindliche

erfolgt das Kochen in einer Flüssigkeit, deren Chemi- Luft und etwaiges freies Wasser ausgetrieben werden.

Auf der Trägerlage 12 ist ferner ein Behälter 36 aufgestellt, der ebenfalls durch die Trägerlage 14 in das nächste Stockwerk hineinreicht. In dem Behälter 36 erfolgt die Durchtränkung der Späne unter gleichzeitiger Förderung zu dem obersten Stockwerk. Auf einer unteren Trägerlage 37 steht ein Behälter 38, in dem eine Chemikalienlösung zubereitet wird. Diese wird durch eine Pumpe 40 und eine Leitung 42 in einen Behälter 44 gefördert, in welchem ein Pegel-

Trägerlage der Anlage erstreckenden geschlossenen Behälter 64 abgeliefert wird. Der Zellenförderer ist gleichzeitig so beschaffen, daß er eine unmittelbare Verbindung zwischen dem geschlossenen Behälter 64 5 und dem Schüttelförderer 60 ausschließt. Wenn sich die Transportfächer des Zellenförderers während ihrer Umdrehung aufwärts bewegen, enthalten sie Dampf unter Überdruck, der durch eine Leitung 66 entweicht, wobei diese Leitung mit einem Schleuder

bildungsrohr 30 zu erleichtern, und in dem Flüssigkeitsteil des Behälters 36 findet eine Ausdehnung statt, die eine außerordentlich gute Durchtränkung der Späne mit der Chemikalienlösung sicherstellt.

Die Späne werden im Behälter 36 aufwärts gefördert, vorzugsweise mit Hilfe von zwei durch einen Elektromotor 49 angetriebenen Förderschnecken 50, 52 (s. auch Fig. 2), deren Steigung zweckmäßig mit

regler 46 angebracht ist, welcher sicherstellt, daß die io separator 68 für das Abscheiden etwa mitgerissener Chemikalienlösung in diesem Behälter einen im Vor- Späne und mit einem Schornstein 70 versehen ist. aus bestimmten, gleichbleibenden Spiegel hat. Eine Im untersten Stockwerk ist ein Behälter 72 der-

Leitung 48 verbindet die unteren Teile der Behälter selben Art wie der Behälter 38 angebracht und dient 44 und 36 miteinander, wodurch sich im Behälter ebenso wie diese der Bereitung von Chemikalien-36 eine Flüssigkeitssäule einstellt, die zu demselben 15 lösung. Diese Lösung wird von einer Pumpe 74 durch Spiegel wie dem der Flüssigkeit im Behälter 44 an- eine Leitung 76, in welcher ein durch einen Servosteigt. Wenn nun die stark, etwa bis zu einem Über- motor 77 betätigtes Ventil 78 angebracht ist, zu dem druck von 30-50-100 Atmosphären und gegebenen- geschlossenen Kochbehälter 64 gefördert. Die Leitung falls noch höherem Überdruck, zusammengepreßte 76 kann ungefähr in der Mitte in den Behälter 64 Spänemasse in den Behälter 36 an dessen Unterteil 20 münden, dem unten Dampf durch eine mit einem eintritt, befindet sie sich in einem Bad der Chemi- Ventil 82 versehene Leitung 80 zugeführt wird. Der kalienlösung. Die Späne dehnen sich dann zu ihrem Zellenförderer 62 wird zweckmäßig durch zwei ursprünglichen Volumen aus, wobei die Chemikalien- Systeme von Pegelreglern 84 gesteuert. Letztere könlösung in ihre Poren eingesaugt wird. Die Vorwär- nen einstellbar auf Führungen 86 angebracht sein, mung in der Bodenzone des Behälters 10 hat zur 25 und zwischen ihnen kann die Höhe der Spänemenge Aufgabe, die Zusammenpressung in dem Pfropfen- schwanken. Der Spiegel der Chemikalienlösung wiederum wird durch ein oder mehrere Systeme von Pegelreglern 88 eingestellt. Diese können auf denselben Führungen 86 sitzen und von dem Servomotor 3Q 77 betätigt werden. In dem Kochbehälter 64 herrscht ein Überdruck von z. B. um 8 bis 10 kg/cm² und eine diesen Werten entsprechende Temperatur. Die Späne begegnen während ihres Herabganges in dem Behälter 64 zunächst einer Dampf atmosphäre und

dem Durchmesser gleich ist und die mit einer nied- 35 werden in dieser einer Kochbehandlung unterworfen, rigen Drehzahl, etwa 5 bis 15 Umdr./Min., umlaufen. während sie sich unter dem Einfluß zugeführter Der Abstand zwischen den Achslinien der beiden Chemikalien befinden. Danach treten sie in das Flüs-Schnecken soll nicht wesentlich größer sein als die sigkeitsbad ein, dessen Höhe in dem Behälter 64 beiden Halbmesser der Schnecken zusammen und größer sein kann als der Dampfraum des Behälters, kann gegebenenfalls sogar kleiner sein, um einen das 40 In dem Flüssigkeitsbad wird die Kochbehandlung Mitdrehen der Spänemasse hemmenden Einfluß aus- fortgesetzt, wobei den Spänen neue, von dem Bezuüben. Demselben Zweck dienen vorzugsweise ge- halter 72 kommende Chemikalienlösung zugesetzt trennt aufgeschweißte Trennwände 54, welche sich wird.

dem Umfang der Schnecken anschließen und die Am Unterteil des Behälters 64 sind Förderer 90

Teile des Rohres beidseitig der Stellen, wo sich die 45 angebracht, die von einem Elektromotor 92 über eine Schnecken treffen, ausfüllen. Die Späne, die von den Übersetzung 94 angetrieben werden und die die Späne Schnecken 50, 52 aufwärts gefördert werden, befinden von einem weiteren Förderer 96 führen, der in einen sich anfänglich unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, neben dem Behälter 64 stehenden Behälter 98 münverlassen im oberen Teil des Behälters 36 die Flüssig- det. In diesem Behälter 98 sind Förderschnecken 100 keit und werden durch einen querlaufenden Förderer 50 angebracht, die von einem Elektromotor 102 ange-56, der im obersten Stockwerk angeordnet ist, von trieben werden. Der Behälter 98 und die Schnecken dem Behälter 36 weggeführt. Die Höhe der Flüssig- 100 können dieselbe Bauart aufweisen wie der Bekeit im Behälter 36 ist so bemessen, daß ein verhält- halter 36 und dessen Förderschnecken. In dem Benismäßig hoher hydrostatischer Druck am Boden des hälter 98 stellt sich die Flüssigkeit mit ungefähr dem-Behälters, wo sich die zusammengepreßten Späne 55 selben oder etwas höherem Spiegel als in dem Bewieder ausdehnen, erzeugt wird, Dieser Druck, der hälter 64 ein, und demgemäß geht die Kochbehandlung in der Flüssigkeitsphase während der aufwärts gehenden Bewegung der Späne in dem Behälter 98 weiter. Der Behälter 98, der ebenso wie der Behälter 60 64 geschlossen und nach außen wärmeisoliert ist, hat einen oberen Dampfraum, in dem eine zweite Kochbehandlung in Dampfphase erfolgen kann. In dieser Weise behandelte Späne werden im oberen Teil des Behälters 98 von einem waagerechten Förderer 104

fallen von diesem in einen Schüttelförderer 60 hinab 65 einem mechanischen Zerteiler zugeführt, wie einem und von dort in einen umlaufenden Zellenförderer 62, Defibrator 106, der mit zwei voneinander umlaufender voneinander getrennte Fächer aufweist, deren den Mahlscheiben versehen ist, welche sich in dem Inhalt an Spänen in einen sich bis in die unterste Apparateteil 108 befinden. Das gemahlene Gut oder

größer als 3 bis 5 m WS sein und gegebenenfalls bis zu 10 m WS erreichen kann, trägt dazu bei, die Chemikalienlösung in die Poren der Späne hineinzupressen.

Dieser Vortränkung mit der Chemikalienlösung folgt das Kochen der Späne. Der Förderer 56 liefert die durchtränkten Späne in einen nach unten sich trichterförmig verengenden Behälter 58. Die Späne

die Fasermasse geht dann durch eine Leitung 110 zu einer Zyklonabscheide 112, um einer weiteren Behandlung, wie noch einer mechanischen Vermahlung unterworfen zu werden. Die mechanische Zerteilung erfolgt beim Ausführungsbeispiel im Anschluß an die letzte Kochstufe und unter denselben Temperatur- und Druckverhältnissen. Die Zerteilung kann jedoch auch unter atmosphärischen Bedingungen stattfinden. Die Behandlung in der ersten Kochstufe kann in Flüssigkeitsphase stattfinden:.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Kochen von lignozellulosehaltigem, faserigem Material für die Herstellung von Zellulose, die zur Erzeugung von Papier und ähnlichen Produkten bestimmt ist, wobei das Material nacheinander einer ersten Dampfbehandlung bei verhältnismäßig niedrigem Dampfdruck, einer Imprägnierung mit einer Chemikalienlösung und einer Kochbehandlung in Dampfphase bei verhältnismäßig hohem Druck und entsprechend hoher Temperatur unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material nach der ersten Dampfbehandlung mechanisch unter höherem Druck als bei der zweiten Dampfbehandlung zwecks Entfernung von in seinen Poren befindlicher Flüssigkeit und Luft zusammengepreßt und danach von diesem Druck entlastet wird, wobei die Entlastung von mechanischem Druck nach der Chemikalienlösung hin erfolgt, die ihrerseits unter hydrostatischem Druck steht, und daß nach dem Kochen in Dampfphase ein Kochen in einer zweiten Chemikalienlösung unter gleichwertig hohem Druck vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material im Zusamenhang mit den verschiedenen Kochstufen mit Chemikalienlösungen unterschiedlicher Zusammensetzung getränkt wird.

3. Verfahren nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kochbehandlung in Dampfphase und Flüssigkeitsphase und nochmals in Dampfphase vorgenommen wird, während das Material sich in ein und demselben geschlossenen System befindet.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mechanisch fein verteilt wird, während es sich noch unter dem während der Kochstufen erzeugten Überdruck und der dabei herrschenden erhöhten Temperatur befindet.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dämpfanlage (10) und die erste Flüssigkeitsbehandlungsanlage (36), bestehend aus an sich bekannten lotrechten Behältern an ihren unteren Enden, deren untere Enden U-förmig mit einer hochverdichtenden Schneckenpresse (29) verbunden sind, und daß ein dritter Behälter (64) nachgeschaltet ist, dessen oberem Ende das vorgetränkte Material zugeführt wird und der unten mit dem unteren Ende eines vierten Behälters (98) in offener Verbindung steht, wobei eine Zufuhrleitung (80) für Dampf unter Überdruck und eine Zufuhrleitung (76) nebst Kontrollgliedern (78) für Aufrechterhaltung eines Chemikalienlösungsspiegels in den Behältern vorgesehen sind, derart, daß die beiden letztgenannten Behälter je oben eine Dampfkochzone und je unten eine Flüssigkeitskochzone bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 84 670, 966 918;
deutsche Patentanmeldung P 6629 VI b/55b (bekanntgemacht am 9. 7.1953);
österreichische Patentschrift Nr. 196 238;
französische Patentschrift Nr. 1153 820;
schwedische Patentschrift Nr. 137 071;
britische Patentschriften Nr. 428 120, 738 815;
USA.-Patentschrift Nr. 2 803 540.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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