DE1517150A1

DE1517150A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Aufschliessen von Zellulose und Zellstoffkocher fuer die Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1517150A1
Application number: DE19651517150
Authority: DE
Inventors: Laakso Oliver Armas
Original assignee: Kamyr AB
Current assignee: Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1964-01-25
Filing date: 1965-01-25
Publication date: 1969-04-03
Also published as: NO118474B; FI44321B; US3445328A

Description

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A 1765 25.Januar 1965

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Aktiebolaget KAMYR, Karlstad / Schweden

Verfahren zum kontinuierlichen' Aufschließen von Zellulose und Zellstoffkocher für die Durchführung des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschließen von Zellulose, bei welchem faserige Zellulose in bekannter Weise kontinuierlich dem einen Ende eines langgestreckten zylindrischen Zellstoffkochers zugeführt wird und zusammen mit einer Kochflüssigkeit, wie z.a. Sulfatlauge, in Längsrichtung des Kochers durch eine Kochzone und gegebenenfalls eine Waschzone geführt wird und sodann am entgegengesetzten Ende des Kochers ausgebracht wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß während gewisser gemäßigter Temperaturbereiche das Eindringen der Kochlauge in das Innere des Pasermaterials auf Grund

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{hramberg Bankhaus Paul Kapff, Stuttgart Bankhau! Mord, FIn* & Co., München, Nr.25464 Bankhai» H. Aulhauwr, MOnditn, Nr.S3S97 Poitlcha*. München 153861

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der Diffusion usw. im Vergleich zu der Geschwindigkeit der Koch- oder Aufschlußreaktion verhältnismäßig schnell vor sich geht, während in höheren Temperaturbereichen die Koch-' oder Aufschlußreaktion im Vergleich zum Eindringen der Koch-r lauge zu schnell vor sich geht. Die Folge davon ist, daß der chemische Angriff auf die äußeren Schichten des faserigen Materials konzentriert ist, wo ein übermäßiges Aufschließen ^ bewirkt werden kann, so daß eine ungleichmäßig aufgeschlossene Pulpe und somit eine Abnahme der Zelluloseausbeute erhalten wird.

Um diese Nachteile auszuschließen, und trotzdem in der Lage zu sein, eine für einen schnellen Aufschluß ausreichend hohe Tempereatur zu verwenden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß das Kochen bzw. das Aufschließen in zwei Stufen mit der gleichen Kochlauge, jedoch mit verschiedenen ) Temperaturen vorgenommen wird, wobei die Koch- bzw. Aufschlußtemperatur der letzteren Stufe' gegenüber der ersten Stufe vermindert ist. In der ersten Stufe, der Hochtemperaturstufe, die von dem faserigen Material in vollkommen mit Kochlauge imprägniertem Zustand erreicht wird, beginnt die Reaktion sogleich mit voller Kraft. Die Diffusion kann nicht Schritt halten, sondern es wird im Inneren des faserigen Materials der Gehalt an Kochlauge vermindert, und es steigt der Gehalt an gelösten Stoffen beträchtlich schneller als in der Oberflächenschicht der Späne. In der zweiten Stufe, der

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Niedertemperaturstufe, geht die Aufscxilußreaktion weniger schnell vor sich, so daß für die Diffusion vergleichsweise mehr Zeit zur Verfügung stent, so daß die Konzentration der Kochlauge und der gelösten Substanzen über die Oberflächenschicht und das Innere des faserigen Materials besser vergleichmäßigt wird, so daß das Material gleichmäßiger aufgeschlossen wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen kontinuierlichen Zellstoffkocher, welcher für die Durchführung des Zweistufenkochvorganges geeignet ist. Das wesentliche kennzeichnende Merkmal dieses Kochers besteht darin, daß eine Kühlvorrichtung in eine äußere Umlaufleitung eingeschaltet ist, welche ein Sieb im Kochermantel mit einem Kochlaugeneinlaß verbindet.

Die Erfindung wird mit der folgenden. Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung bezeichnet 11 einen aufrechten zylindrischen Zellstoffkocher mit einer im wesentlichen gleichförmigen Querschnittsfläche und mit einer Länge in der Größenordnung des zehnfachen Durchmessers. Am oberen Ende des Zellstoffkochers ist eine Beschickungsvorricntung 13 vorgesehen, deren Konstruktionseinzelheiten nicht beschrieben sind, weil sie aus früheren Patenten der Anmelderin

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bekannt sind. Durch diese Beschickungsvorrichtung wird zer- , kleinertes faseriges Zellulosematerial, wie z.B. Holzspäne, in den Zellstoffkocher eingebracht, und zwar entweder voll- ! ständig gleichförmig oder in Form von aufeinander folgenden kleinen Mengen. Das Material wird in senkrechter Richtung abwärts durch den Zellstoffkocher bewegt und mittels einer Austragvorrichtung, die ebenso bekannt ist und deshalb nicht " dargestellt ist, an dessen unterem Ende in eine Leitung 15 abgegeben. Die Bewegungsrichtung des Materials wird durch Doppelpfeile 17 angezeigt. Während des Durchganges durch den Zellstoffkocher wird das Fasermaterial verschiedenen Behandlungen unterworfen, die jede auf eine getrennte Zone a, b, c, d und e beschränkt ist.

In der ersten, vergleichsweise kurzen Zone a erfolgt die Durchtränkung der Späne mit Kochlauge, die zusammen mit den Spänen eingebracht wird, wie es durch den Pfeil 19 angedeutet ist. Es wird angenommen, daß die Kochlauge aus Sulfatlauge besteht, die 110 g aktives Alkali (gerechnet als NapO) pro Liter enthält. Während der Zeitspanne von 30 bis 60 Minuten, die erforderlich ist, um das Fasermaterial durch die Zone a zu fördern, dringt das Alkali in das Innere der Schnitzelteilchen ein, und zwar hauptsächlich durch Diffusion, so daß die Konzentration der Chemikalien praktisch überall gleich ist. Wenn bei der Abwärtsbewegung das nunmehr vollständig mit Kochlauge imprägnierte Pasermaterial den .Bereich

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des Siebgürtels 23, der in den Zellstoffkochermantel eingesetzt ist, erreicht, erfolgt eine Erhitzung durch die Kcchlauge, die durch den .Siebgürtel 23 abgezogen und mittels einer Pumpe 25 durch eine äußere leitung gefördert wird, in welche eine Heizvorrichtung 27 eingesetzt ist. Diese äußere leitung ist mit einem inneren Rohr 29 verbunden, das sich in Achsrichtung des Zellstoffkochers erstreckt und eine etwa in Höhe des Siebgürtels 23 liegende Öffnung f enthält. Die in der Heizvorrichtung 27 mit Hilfe des zugeführten Dampfes 31 erhitzte Lauge wird aus der Öffnung des Rohres 29 radial nach auswärts gesprüht, wodurch die Spänesäule die Kochtemperatur annimmt. Wahlweise kann die Aufheizung durch Einführung von Dampf in die Umlaufleitung oder direkt in den Zellstoffkocher erfolgen,

Die erste Stufe des Entholzungskochvorganges erfolgt in der Zone b. Auf G-rund der gerads beschriebenen Aufheizung ist die Temperatur der Schnitzel-Laugen-Mischung auf 175 bis 185°ö gebracht worden, vorzugsweise auf etwa 181 G. Diese Temperatur wird während der Zeitspanne von 15 bis 45 Minuten aufrechterhalten, vorzugsweise während etwa 30 Minuten, einer Zeit, die für die Bewegung der Schnitzel durch die Zone b erforderlich ist, Natürlich kann die Temperatur bis zu einem gewissen Ausmaß erreicht werden durch Wärmeverlust an die Umgebung und im anderen Sinne durch die Reaktionswärme. Bei dieser hohen Temperatur ist die Kochiauge in .

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höchstem Maße aktiv für die Lösung von Lignin aus dem Fasermaterial. Die verbrauchte Lauge innerhalb des Fasermaterials wird nur teilweise durch frische Lauge ersetzt, da die Diffusionsgeschwindigkeit bei dieser Temperatur im Vergleich zur Reaktionsgeschwindigkeit nicht genügend hoch ist. Infolgedessen ist die Stärke der Lauge in den Späneteilchen am Ende der Zone b auf 16 g Na^O pro Liter gesunken, während die in den Zwischenräumen zwischen den Späneteilchen enthaltene Lauge 55 g Na₂O pro Liter enthalten kann. Falls die Aufschließung bei dieser hohen Temperatur fortgesetzt wird, wird die Reaktion zu sehr auf die Overflächenschichten konzentriert, mit dem Ergebnis, daß das Innere der Späneteilchen ungenügen aufgeschlossen wird oder daß die Oberflächenschichten übermäßig aufgeschlossen werden.

Infolgedessen erfolgt zu diesem Zeitpunkt des Kochvorganges gemäß der Erfindung ein Temperaturabfall in der Größenordnung von 10 bis 20 C. Zu diesem Zwecke wird die .Kochlauge mit einer niedrigeren Temperatur als die oben genannte Temperatur der Zone b in den Zellstoffkocher eingeführt und über dessen Querschnittsfläche versprüht. Diese Kochlauge besitzt den gleichen chemischen Gehalt wie die Lauge der Zone b. Vorzugsweise besteht sie aus der Kochlauge, die bereits in der ersten Stufe verwendet worden ist, und die aus dem Zellstoffkocher herausgeführt, gekühlt und wieder in den Zellstoffkocher eingeführt ist.

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Die Kochlauge mit niedrigerer Temperatur wird durch eine innere Leitung 31 eingeführt, die sich in Achsrichtung des Zellstoffkochers erstreckt und eine Öffnung besitzt, die in Höhe eines zweiten Siebgürtels 33» der in den Mantel des Zellstoffkochers eingesetzt ist, oder etwas oberhalb dieser Höhe liegt. Mit der Leitung 31 und dem Siebgürtel 33 ist eine äußere Umlaufleitung verbunden, in welche eine Pumpe 35 und ein Y/ärmeaustauscher 37 eingesetzt sind, " wobei der letztere als Kühler für die umlaufende Kochlauge dient. Die gekühlte Kochlauge wird aus der öffnung des Rohres 31 radial auswärts gesprüht, während die wärmere Kochlauge auf den Siebgürtel 33 zu verdrängt und aus diesem entnommen wird, so daß die Temperatur über den gesamten Querschnitt der Schnitzelsäule herabgesetzt wird, wenn diese die erwähnte Höhe durchsetzt. Die Kühlwirkung ist so stark, daß die Temperatur auf etwa 15!? bis 170° C, vorzugsweise auf etwa 160° G, herabgesetzt wird. Diese Temperatur j wird im wesentlichen während einer Zeitspanne von 60 bis 120 riinuten, vorzugsweise während etwa 90 Minuten, aufrechterhalten. Diese Zeitspanne ist für aen Durchgang der Schnitzelsäule durch die Zone e erforderlich.(Niedertemperatur-Kochzone). In diesem Temperaturbereich ist die Diffusionsgeschwindigkeit im Vergleich mit der Diffusionsgeschwindigkeit der Hochtemperaturzone etwas vermindert, jeeioch ist die Reaktionsgeschwindigkeit noch mehr herabgesetzt.

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: Infolgedessen ist ein "besserer Ausgleich zwischen Reaktion-

und Diffusion erreicht, sd daß frische Lauge im erforderlichen Maße in das Innere des Fasermaterials eindringen und dort reagieren kann, wodurch eine vollständig gleichmäßige Aufschließung erreicht wird.

In der Zone c bewegt sich die Kochlauge in gleichem t Sinne wie das Fasermaterial und kann unmittelbar nach abgeschlossenem Kochvorgang zusammen mit dem Fasermaterial durch · den Auslaß am unteren Ende des Zellstoffkochers ausgetragen werden. Die Erfindung wird jedoch vorzugsweise in Verbindung mit einer Vorwaschung der Zellulosepulpe in dem Zellstoffkocher angewendet, und es bezieht sich das dargestellte Ausführungsbeispiel auf eine solche Möglichkeit. Hier wird die verbrauchte Kochlauge durch einen dritten Siebgürtel 41 abgenommen, der in einem beträchtlichen Abstand von dem unteren Ende des Zellstoffkochers angeordnet ist, und es wird ' der Teil des unterhalb des Siebgürtels 41 gelegenen Zellstoffkochers für die Waschung der vollständig aufgeschlossenen Pulpe verwendet. Die Waschflüssigkeit kann entweder aus Wasser oder einem aus einem folgenden Waschfilter ausströmenden Filtrat bestehen und Überreste der Kochlauge enthalten. Diese Waschflüssigkeit wird mit einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur durch Düsen J57 zugeftihrt, die um den Pulpeauslaß 59 des Zellstoffkochers herum verteilt sind, iüin gewisser Teil dieser Flüssigkeit, welcher eine abschließende

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Kühlung der Pulpe auf etwa 90 "bis 95 0 und ebenso eine Verdünnung dieser Pulpe bewirkt, begleitet die Pulpe bei ihrer Ausbringung aus dem Auslaß 59» während ein anderer Teil aufwärts durch die Pulpesäule im G-egenstrom zu ihrer Bewegungsrichtung gedrängt wird, wie es durch die Pfeile 61 gezeigt ist.

Zwischen dem Siebgürtel 41» durch welchen'die Koch- f lauge durch die entgegenfließende Waschflüssigkeit ausgetrieben wird, und dem unteren Ende des Zellstoffkochers ist •ein vierter Siebgürtel 45 eingesetzt, welcher den unteren Teil des für die Waschung vorgesehenen Teiles des Zellstoffkochers in zwei Zonen d und e teilt. Wie erwähnt, wird in der Zone e eine Gregenstrom-^Waschung mittels kalter Waschflüssigkeit durchgeführt. Diese Flüssigkeit wird durch den Siebgürtel 45 durch ein® Pumpe 51 abgezogen und wird in ein äußeres Umlaufrohr gefördert, das an eine innere Leitung 49 angeschlossen ist. Diese erstreckt sich in Achsrichtung in dem Zellstoffkocher und besitzt eine Öffnung, die etwa in der Höhe des Siebgürtels 45 liegt. In die Umlaufleitung ist der Wärmeaustauscher 37 eingeschaltet, in welchem die Waschflüssigkeit auf G-rund des Wärmeaustausches mit der Kochflüssigkeit, die in der oben beschriebenen Weise gekühlt wird, erhitzt wird. Die durch die Leitung 49 zugeführte Waschflüssigkeit wird in radiale Richtung nach auswärts

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gesprüht und verdrängt die kältere Waschflüssigkeit in Richtung auf den Siebgürtel 45 und aus diesem heraus. Auf diese Weise wird die Temperatur der Waschflüssigkeit so weit erhöht, daß die mittlere Temperatur der Hochtemperatur-Waschzone d auf etwa 150 0 gehalten wird. Die Waschflüssigkeit bewegt sich zusammen mit der aus

k der Pulpe ausgewaschenen Lauge aufwärts und tritt durch den Siebgürtel 41 zusammen mit unverdünnter verbrauchter Kochlauge, die von oben kommt, aus. Von hier fließt die Mischung zu einem Behälter. 63, der ein Zyklon sein kann, in welchem ein im Vergleich zu dem Druck in dem Zellstoffkocher beträchtlich verminderter Druck aufrechterhalten wird. Von diesem Behälter werden der sich ent-, wickelnde Dampf und das sich entwickelnde Gas durch die Leitung 65 ausgelassen, um deren Gehalt an Wärme zurückzugewinnen, während die verbrauchte Lauge durch die Lei-

* tung 67 zu einer Anlage für die Wiedergewinnung der in ihr enthaltenen Chemikalien geführt wird.

Die oben beschriebene Ausführung ist lediglich als Beispiel zu betrachten, das in verschiedenen Richtungen abgewandelt werden kann. So können z.B. Kochlaugen anderer Art verwendet werden, welche andere Temperaturen der beiden Kochstufen, als oben erwähnt, erfordern, sowie - andere Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Stufen.

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Ferner kann die durch die Kühlung der Kochlauge erhaltene Wärme für andere Zwecke, als es oben erwähnt ist, verwendet werden, z.B. für eine erste Erhitzung der am oberen Ende des Zellstoffkochers zugeführten Lauge. Wenn gewünscht, kann die Abkühlung auch durch Zuführung kalter frischer Lauge oder möglicherweise kalter verbrauchter Lauge zu der Umlaufschleife erhalten werden, die ihren Einlaß bei 31 hat. Schließlich kann die Erfindung auch in dem Falle angewendet werden, bei welchem die Imprägnierung des Fasermaterials mit Kochlauge in einem getrennten Behälter außerhalb des Zellstoffkochers erfolgt.

Patentansprüche:

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Claims

tATENTANSPRUCHE

1. Verfahren zum Aufschließen von Zellulose, bei welchem Zellulosefasermaterial kontinuierlich einem Ende eines langgestreckten zylindrischen Zellstoffkochers zugeführt und zusammen mit einer Kochlauge, wie z.B. SuI-faltlauge, in Längsrichtung des Zellstoffkochers durch eine Kochzone und gegebenenfalls eine Waschzone gefördert und am anderen Ende des Zellstoffkochers ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kochvorgang in zwei Stufen mit der gleichen Kochlauge, jedoch bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt wird, wobei die Temperatur der letzten Stufe in Bezug auf die Temperatur der vorhergehenden Stufe vermindert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe eine Kochtemperatur von 175 bis 185⁰C aufrechterhalten ist, welche in der. zweiten Stufe auf eine Temperatur von 155 bis 170⁰C vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kochtemperatur zwischen der ersten und der zweiten Kochstufe dadurch vermindert wird, daß

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dem Zellstoffkocher durch. Versprühen über seine Querschnittsfläche Kochlauge mit niedrigerer Temperatur als die Kochlauge der ersten Stufe zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die in der ersten Kochstufe verwendete •Lauge aus dem Zellstoffkocher abgezogen und diesem nach Kühlung für die zweite Stufe wieder zugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem ein .'taschen der aufgeschlossenen Pulpe in dem Kocher bei einer hohen Temperatur erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der abgezogenen und wieder eingebrachten Kochlauge durch Wärmeaustausch mit der Waschflüssigkeit erfolgt, wodurch die letztere erhitzt wird.

b. Zylindrischer Zellstoffkocher zur Durchführung einer in Längsrichtung verlaufenden kontinuierlichen Förderung von Jasermaterial, wie z.B. Holzspäne, der mit einem Einlaß für die Zuführung von Kochlauge und mit in den Kochermantel eingesetzten Sieben für den Abzug von Kochlauge aus dem lasermaterial versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlvorrichtung in eine äußere Umlaufleitung eingeschaltet ist, welche eins der Siebe mit einem Kochlaugeneinlaß verbindet.

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7. Zellstoffkocher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dab Hie Kühlvorrichtung aus einem Wärmeaustauscher "besteht, dessen eine Seite in die Umlaufleitung für die Kochlauge und dessen andere Seite in die leitung für die zu erhitzende Flüssigkeit eingeschaltet ist.

8. Zellstoffkocher nach Anspruch 7, in welchem eine Vorwaschung der Pulpe vor ihrem Austragen aus dem Kocher vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung für die Zuführung von Waschwasser zu dem Zellstoffkocher mit dem Wärmeaustauscher verbunden ist.

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