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Die Erfindung bezieht sich auf einen turmartigen, kontinuierlich arbeitenden
Behandlungsbehälter zum Behandeln von zerkleinerten cellulosehaltigen Feststoffen,
in dem die Feststoffe von oben nach unten gefördert werden und die Behandlungsflüssigkeit
im Gegen- oder Kreisstrom dazu geführt wird.
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Kontinuierlich arbeitende Behandlungsbehälter für zerkleinerte Feststoffe,
wie Holzspäne, sind an sich bekannt. Bei derartigen Behandlungsbehältern besteht
das Problem, die eingebrachten zerkleinerten Feststoffe in geeigneter Weise durch
den Behälter zu führen und mit der Behandlungsflüssigkeit zu vermischen, wobei die
Förderung der Feststoffe von unten nach oben oder in umgekehrter Richtung erfolgen
kann. Durch entsprechende Austragseinrichtungen können derartige Behälter dann entleert
werden.
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Es sind Ausführungsformen bekannt, bei denen die Feststoffe durch
Hubförderer als dichte Masse über die gesamte wirksame Länge des Behandlungsbehälters
bewegt werden. Diese Hubförderer können in Form von schnecken- oder schraubenförmigen
rotierenden Vorrichtungen im Inneren des Behälters angeordnet sein. Durch die vorgesehene
Drehbewegung erfolgt dabei die Durchmischung der Feststoffe mit der Behandlungsflüssigkeit
und die wirbelartige Bewegung der Flüssigkeit.
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Bei üblichen Behältern für die Behandlung zerkleinerter Feststoffe
ist es auch bekannt, im oberen Teil des Behälters Siebe anzuordnen, die beim Austreten
der Behandlungsflüssigkeit durch einen, oben am Behälter angebrachten überlauf verhindern,
daß die Feststoffe ebenfalls nach oben mitgerissen werden.
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Für bestimmte kontinuierliche Verfahren ist es erwünscht, sogenannte
Aufstromkocher vorzusehen, bei denen die Behandlungsflüssigkeit im Aufstrom von
unten nach oben geleitet wird. Die eingebrachten Feststoffe müssen dann in Gegenrichtung
von oben nach unten geführt werden. Dies bereitet insbesondere dann Schwierigkeiten,
wenn es sich dabei beispielsweise um trockene Holzspäne handelt, die zu einem Holzbrei
verarbeitet werden sollen. Durch einfache rotierende Fördereinrichtungen mit schneckenförmigen
rotierenden Oberflächen läßt sich keine befriedigendeAbsenkung der Feststoffe unter
die im Gegenstrom fließende Flüssigkeit erzielen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fördereinrichtung
zu schaffen, die die in den Behälter eingebrachten Feststoffe von oben nach unten
bewegt, ohne von der Richtung des Flüssigkeitsstromes beeinflußt zu werden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im oberen Teil des
Behälters eine sich vertikal über einen begrenzten Längsabschnitt des Behälters
hin-und herbewegende und die Feststoffe rhythmisch nach unten unter den Flüssigkeitsspiegel
drückende Stampfvorrichtung angeordnet ist.
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Die Stampfvorrichtung nach der Erfindung ermöglicht durch mehrere
speichenartig ausgebildete Arbeitsarme mit verhältnismäßig flacher Unterseite den
freien Durchgang der Feststoffe, während die Behandlungsflüssigkeit im Aufstrom
durch den Behälter geführt wird.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben.
In diesen ist i F i g. 1 ein Schnitt durch einen Kessel mit einer nach unten fördernden
Fördervorrichtung und einer Austragsvorrichtung, F i g. 2 ein Querschnitt nach Linie
2-2 der F i g. 1 durch die Fördervorrichtung, F i g. 3 eine schaubildliche Einzelansicht
der Austragsvorrichtung des in F i g. 1 dargestellten Kessels und F i g. 4 eine
schematisch dargestellte Seitenansicht einer kontinuierlich arbeitenden Holzstoffaufschließanlage
mit dem mit Abstrom arbeitenden Vorbehandlungskessel in Verbindung mit einem mit
Aufstrom arbeitenden Druckaufschließkessel und anderen Vorrichtungen.
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Die F i g. 1 bis 3 zeigen einen mit Abstrom arbeitenden Vorbehandlungskessel
20 mit einer Hilfsanlage aus einem die Holzspäne aufnehmenden Vorratsbehälter 12,
in dessen unterem Teil eine Förderschnecke 14 die Holzspäne in das obere Ende des
Kessels 20 fördert.
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Ganz allgemein werden die zugeführten Holzspäne nach unten in Form
einer dichten Masse bei der Behandlung mit einer zweckdienlichen Flüssigkeit durch
den Kessel 20 hindurchgeführt, werden ferner durch die Austragsvorrichtung verdünnt
und werden dann in verdünnter Form ausgetragen, um in einem folgenden Behandlungsverfahren
behandelt zu werden, die dies nachstehend ausführlich beschrieben ist.
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Der Vorbehandlungskesse120 hat allgemein eine zylindrische Form, ist
vorzugsweise jedoch etwas kegelig und erweitert sich nach unten um etwa 6 bis 12
mm auf 30 cm Länge. Im oberen Ende des Kessels befindet sich eine nach unten fördernde
Stampfvorrichtung, über der eine Einlaßvorrichtung 21 für die Späne ist, über die
die Fördervorrichtung 14 die Holzspäne in den Kessel 20 fördert. Im Kopf des Kessels
befindet sich ferner eine Ausblasvorrichtung 19 zum Ablassen flüchtiger Gase,
z. B. Terpentin, das aus der im Kessel befindlichen Holzmasse ent-` weicht. Am Boden
des Kessels ist eine Austragsvorrichtung vorgesehen, die das untere Ende der verdichteten
Holzspanmasse begrenzt und die die Holzspäne aus dem unteren Ende der Holzspanmasse
in der gleichen Menge herausschneidet, wie die Holzspäne dem oberen Ende zugeführt
werden, so daß also ein hohlraumfreies Gemisch aus Holzspänen und Flüssigkeit im
Fuß des Kessels 20 vorhanden ist, das einem nachgeschalteten Aufschließkessel zugeführt
wird. Am Boden des Kessels ist unterhalb der Austragsvorrichtung ein Flüssigkeitseinlaß
23 vorhanden, während nahe dem oberen Ende ein Flüssigkeitsauslaß in Form eines
Siebes 24 vorhanden ist.
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Die im Kessel 20 verwendete Vorschubvorrichtung (F i g. 1 und
2), die die Holzspäne als eine dichte Masse nach unten schiebt, besteht aus einem
Armstern, der nahe dem oberen Ende des Kessels angeordnet ist und eine lotrechte
Auf- und Abbewegung mit einem Hub von etwa 76 bis 600 mm ausführt. Vorzugsweise
hat dieser Armstern eine Mittelwelle 30 mit mehreren speicherartigen Armen 31 (in
der Darstellung vier Arme), die am unteren Ende der Welle 30 angeordnet sind und
im gleichen Winkelabstand radial aus der Welle ragen. Die Arme 31 bilden eine unterbrochene
Arbeitsfläche, die sich in einer waagerechten Ebene erstreckt und den Holzspänen
und den anderen Feststoffen einen freien Durchlaß durch die Zwischenräume hindurch
läßt. Die Arme 31 bilden also eine nach unten fördernde Stampfvorrichtung, die über
die gesamte waagerechte Fläche des Kessels reicht und eine Arbeitsfläche von
etwa
7.0 bis 80°/o, vorzugsweise etwa 2011/u, der gesamten Fläche einnimmt.
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Die Welle 30 ist nahe ihrem unteren Ende in einem oberhalb der Arme
31 angeordneten Lager 32 gelagert und trägt an ihrem oberen Ende einen Kolben 36,
der in einem doppeltwirkenden Zylinder 35 arbeitet, der zu jeder Zylinderkammer
einen Strömungsmitteleinlaß hat. Ferner ist eine Vorrichtung vorhanden, die das
Strömungsmittel den Einlässen so zuführt, daß der Kolben mit wenigen Kolbenhüben
je Minute, beispielsweise 1 bis 30 Kolbenhüben und vorzugsweise 5 Kolbenhüben auf
und abbewegt wird.
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Die Welle 30 trägt ein Zahnrad 38, das von einem Strömungsmittelmotor
39 gedreht wird, so daß sich die Arme 31 in gewünschter Weise mit der Welle 30 drehen.
Diese Drehung kann beim Aufwärtshub über eine kleine Winkelgröße von beispielsweise
10 Winkelgrade erfolgen, so daß die Arme 31 bei jeder Auf-und Abbewegung an einer
anderen Stelle der Holzspansäule aufgesetzt werden.
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Wenn Holzspäne in Trockenform oder als ein Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch
oberhalb der Arme 31 in den Kessel gefördert werden, so bewegen sie sich beim Heben
der Arme 31 an den Armen 31 vorbei und gelangen unter die Arme 31. Die Späne werden
dann von den Armen 31 nach unten gestampft und nach unten gefördert, wenn die Arme
anschließend ihren Abwärtshub ausführen. Die Stampfwirkung der Arme 31 verdichtet
die Holzspäne oder die anderen Festteilchen und schiebt diese Teilchen als eine
kompakte Masse nach unten durch den Kessel hindurch. Es erfolgt also ein gleichförmiger
Vorschub der Holzspäne durch den unbehinderten Kessel zwecks Strömungsmittelbehandlung,
und zwar ohne Rücksicht auf die Wirkung, die beispielsweise das Strömungsmittel
auf den Auftrieb der Späne hat. Wird eine Flüssigkeit verwendet, in der die Späne
für gewöhnlich einen Auftrieb haben, dann ermöglicht die nach unten fördernde Vorschubvorrichtung
die Abwärtsbewegung der Holzspäne, selbst bei einer im Gegenstrom fließenden Flüssigkeit,
oder ermöglicht die Anwendung von Dampf, der ebenfalls den Vorschub entgegenwirken
würde. Die gleichförmig verdichtete Holzspanmasse, die sich über die gesamte wirksame
Länge des Kessels erstreckt, unterstützt die gleichförmige Holzspanbehandlung, da
infolge des zwangsweisen Abwärtsschiebens eine ungleichförmige Hohlraumbildung und
Blockierung verhütet wird. Dies ist besonders wichtig bei im Durchmesser großen
Kesseln.
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Die Austragsvorrichtung, die außer der in F i g. 1 dargestellten Seitenansicht
auch in der schaubildlichen Darstellung der F i g. 3 gut zu sehen ist, besteht aus
zwei schraubenlinienförmig gebogenen Platten 40 mit um etwa 10 bis 30° sich überlappenden
Kanten. Die Platten 40 sind am oberen Ende einer von Motor 43 getriebenen
Welle 42 befestigt. Es ist auf diese Weise- eine Austragsvorrichtung in Form einer
doppelgängigen Schraube geschaffen, die zwei Vorderkanten hat, und welche beispielsweise
mit einer Drehzahl von etwa 30 U/min ständig eine dünne Scheibe von dem unteren
Ende der verdichteten Spannasse abhebt und die Späne genau so schnell von der Masse
entfernt, wie die Masse nach unten durch den Kessel hindurch vorgeschoben wird.
Die Drehzahl der Platten und die Steigung ihrer Schraubenlinie sind so abgestimmt,
daß die Dicke der von dem unteren Ende der Spannasse abgenommenen Teile niemals
die Steigung überschreitet, so daß die Austragsvorrichtung das Material so schnell
aufnimmt, wie es im Kessel nach unten bewegt wird. Unterhalb der Platten 40 befindet
sich innerhalb des Kessels 20 eine Zone, in der sich ein verdünntes Gemisch
aus Spänen und Flüssigkeit solcher Konsistenz befindet, daß das Gemisch einer üblichen
Pumpe und üblichen Rohrleitungen in den Boden beispielsweise des anschließenden
Druckkochers gefördert werden kann. Die überschüssige Flüssigkeit, die in dieser
bestimmten Zone arbeitte, wird dem Boden von Kessel 20 über den Einlaß
23 zugeführt. Die Überlappung der Platten 40 gibt die Sicherheit, daß bei
einem langen Stillstehen, bei dem die Späne durch Eigengewicht zum Boden von Kessel
20 gelangen, die Spannasse sich nur auf den Platten 40 absetzt, nicht aber die unter
diesen Platten vorhandene untere Zone ausfüllt, was ein Verstopfen des Auslaßrohres
beim Wiederingangsetzen verursachen könnte.
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Der Flüssigkeitseinlaß 22 befindet sich unterhalb der Platten 40,
und das Sieb 24 befindet sich nahe dem oberen Ende des Kessels unterhalb der Stampfvorrichtung
31. Eine Pumpe 27 und eine Heizvorrichtung 25 zirkulieren und erwärmen
die Behandlungsflüssigkeit. Über ein mit diesen Teilen verbundenes Ventil
26 wird so viel Flüssigkeit zugeführt, wie mit dem aus Feststoffen und Flüssigkeit
bestehendem Gemisch abgeleitet wird. Gewünschtenfalls kann eine Vorrichtung 45 zum
Überwachen des Flüssigkeitsspiegels verwendet werden, die den Flüssigkeitsspiegel
oberhalb des Siebes 24 und unterhalb der Stampferarme 31 (F i g. 1) überwacht. Diese
Vorrichtung 45 kann das Ventil 46 schalten, um den Strömungsmittelausgleich in und
aus dem Kessel 20 über den Einlaß 23 zu regeln, so daß ein gleichbleibender Flüssigkeitsspiegel
aufrechterhalten wird. Die Strömungsrichtung der Imprägnierflüssigkeit verläuft
im Gegenstrom. Ebenso wird die Gegenstromerwärmung und Entlüftung bei einem Holzaufbereitungsverfahren
bevorzugt, es kann aber auch ein an der unteren Öffnung 22 vorhandenes Sieb benutzt
werden, so daß ein Gleichstromfluß verwendet werden kann.
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In F i g. 4 ist eine vollständige kontinuierlich arbeitende Aufschließanlage
mit dem beschriebenen mit Abstrom arbeitenden Vorbehandlungskesse120 und einen mit
Aufstrom arbeitenden Umsetzungskessel 50 dargestellt. In einer derartigen Anlage
werden die zugeführten Holzspäne in Form einer verdichteten Masse durch den Kessel
20 unter Behandlung mit einer zweckdienlichen Flüssigkeit hindurchbewegt, werden
aus dem Kessel 20 ausgetragen und werden dann mittels der Pumpe 16 in den Umsetzungskessel
50 gedrückt. Die Hubvorrichtung des Kessels 50 fördert die Holzspäne
im Kessel 50 nach oben, wobei die Holzspäne mit chemischen Substanzen bei
hohen Temperaturen und Drücken behandelt werden. Dann werden die so behandelten
Holzspäne ausgetragen. Dem Kessel 50 wird ein unter Druck stehendes Gemisch
aus Feststoffen und Flüssigkeit zueführt, wie es aus dem Vorbehandlungskessel 20
und, der Druckpumpe 16 kommt. Die Druckpumpe 16 kann eine Zwangsvorschubpumpe sein,
die ein Rückfließen verhindert. Eine Pumpe, wie sie in der USA.-Patentschrift 2
908 226 dargestellt und beschrieben ist, ist für diese Zwecke geeignet. In der USA.-Patentschrift
2 878116 ist erwähnt, daß das Gemisch in das untere Ende des Umsetzungskessels 50
geleitet und in dem
Kessel nach oben durch einen drehbaren sowie
auf-und abbewegbaren schraubenlinienförmigen Hubförderer 52 gefördert wird. Der
Förderer 52 kann eine Drehung sowie Auf- und Abbewegung auf seiner Welle 53 ausführen
und arbeitet innerhalb des Kessels 50, in den das Gemisch aus Feststoffen
und Flüssigkeit mittels der Pumpe 16 gefördert wird. Das Gemisch strömt in den Kessel
über eine Öffnung, die im allgemeinen in der Mitte des Hubförderers 52 liegt. Ein
Sieb 54 und eine Austragsvörrichtung 56 ebenso wie ein Spiegelanzeiger 58 und ein
Ventil 55 nahe dem oberen Ende des Kessels 50 angeordnet. Durch die mittels einer
zweckdienlichen Vorrichtung (nicht dargestellt) erfolgende Auf- und Abbewegung sowie
Drehung des Förderers 52 werden die Feststoffe des Gemisches im Umsetzungskessel
nach oben bewegt, und zwar unabhängig von der Bewegung der Flüssigkeit im Kessel.
Die Platten des Förderers 52 sind gelocht, so daß die Flüssigkeit frei durch diese
Platten hindurchfließen kann, während ein Absinken der Festteilchen in den unteren
Abschnitt des Kessels verhütet wird. Die Ausführungen und die Arbeitsweise des Förderers
sind in der USA.-Patentschrift 2 878116 ausführlich beschrieben, so daß hier nur
der Teil beschrieben wird, der mit der neuen Anlage zusammenarbeitet.
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Zum Zuführen eines Flüssigkeitsüberflusses zu den unterhalb der Platten
40 gelegenen Abschnitt von Kessel 20 ist eine Rohrleitung 47 zwischen dem
Ventil 46 und einem im Kessel 50 unterhalb des Förde- ; rers 52 gelegenen Auslaß
59 vorhanden. Die Pumpe 16 ist dabei so eingestellt, daß sie eine Flüssigkeitsmenge
fördert, die im überschuß zu der ständig durch das Ventil 26 zugeführten
Flüssigkeitsmenge steht. Die Flüssigkeit wird über den Auslaß 59 durch den im Kessel
50 herrschenden Druck zurück zum Einlaß 23 gefördert. Der Standregler 45
regelt über das Ventil 46 die Flüssigkeitsmenge, die über die Leitung 47 zurückfließt.