DE1567335B2

DE1567335B2 - Verfahren und Vorrichtung zum chemischen Aufschluß cellulosehaltigen Materials

Info

Publication number: DE1567335B2
Application number: DE1567335A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Eickemeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-10-17
Filing date: 1967-10-17
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE1567335A1; CA924713A; SE355379B; GB1228057A; FI54507C; NL162692B; NL6814849A; FR1599793A; LU57096A1; US3640768A; NL162692C; US3787241A; BR6803218D0; BE722397A; DE1567335C3; FI54507B; AT295435B; CH485910A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum chemischen Aufschluß celluloseh gen Materials in einem Perkolator, bestehend zylindrischem Teil, oberer Haube mit Einlaß-Abdampfarmaturen und unterem Konus, in den ein Höhe nach unterteilter Filter eingebaut ist. Bei bekannten Verfahren zum chemischen Aufsch cellulosehaltigen Materials in Perkolatoren wird nächst mit Dampf aufgeheizt und versucht, die Perkolator vorhandene Luft zu verdrängen. Auch man vor de/n Aufheizen bereits evakuiert, um größten Teil der Luft schon dadurch zu entfer: Anschließend an das Aufheizen hat man c Reaktionsflüssigkeit zugegeben, die meist bereits i 100° C vorgewärmt war und unter entsprechen. Dampfdruck stand. Mit Rücksicht auf die Saugfähig des Cellulosematerials sind hier erhebliche Flüssigk. mengen allein zum Anfeuchten des Materials bis Sättigung mit Flüssigkeit notwendig.

Bei den bisher angewandten Verfahren ergaben Schwierigkeiten, das Cellulosematerial gleichm; anzufeuchten, ohne daß einzelne mit Feuchtigkeit η vollständig gesättigte Partien an verschiedenen Ste zurückblieben. Bei dem bekannten Schollersc Perkolationsverfahren, etwa nach DE-PS 6 40 wurden eine Vielzahl von Flüssigkeitsschüben glel· Säurekonzentration hintereinander angewandt, so die Wahrscheinlichkeit eines genügend gleichmäß Aufschlusses trotzdem schon nach wenigen Schi vorlag.

Bei dem neuen Scholler-Verfahren gemäß Di 15 67 350 wird dagegen jeweils nur ein ein? sogenannter Reaktionsschub angewandt, der gleichmäßige Materialdurchdringung ergeben mut die sich hieran anschließende Reaktionszeit nur re kurz ist und dann sofort bei herabgesetzter Temper und Säurekonzentration der gebildete Zucker ausgi sehen wird.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde Verfahren zu entwickeln, das eine gleichmii Durchtränkung der gesamten Perkolatorfüllun;. gewährleisten imstande ist und außerdem mit e

möglichst geringen Dampfverbrauch für die gleichmäßige Anwärmung des durchtränkten Füllkuchens und die gesamte Perkolation auch im Interesse einer möglichst hohen Konzentration der erzielten Produkt-Zuckerlösung auskommt.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß man ν; ·■ ■·■:;· ..■■;;. ,.. .;■, ■;;;■ -.^;----- ■■■■

a) durch den oberen Teil des im Konus angeordneten : Filters das im Perkolator befindliche Cellulosenmaterial zum Aufschluß des Hemicellulosegehalts mit verdünnter Säure überschichtet, wobei man die verdünnte Säure mit einer unterhalb ihres Siedepunktes liegenden Temperatur in den bei Atmosphärendruck oder geringem Überdruck befindli-

.:■■ chen Perkolator einleitet, während man gleichzeitig Dampf in solcher Menge durch den unteren Teil des Filters zuführt, daß sich am oberen Ende der: jeweils mit Flüssigkeit !erfüllten Perkolatorzone eine -Mischtemperatur :von mindestens 100⁰C

.: ergibt, wobei die aus den Poren des Cellulosematerials entweichende Luft oder andere unkondensierbare Gase durch die obere Abdampfarmatur verdrängt wird bzw. werden, worauf man

b) durch Dampfzugabe von oben bei einem Druck von ca. 1 atü im Perkolator-Oberteil die über die Saugfähigkeit der Füllung hinausgehende Flüssig-

. keitsmenge durch den am unteren Konus angebrachten Filter abläßt,

c) darauf die Hydrolyse der Hemicellulose in bekannter Weise durchführt und

d) bei der bekannten anschließenden Hydrolyse der Cellulose oder Herauslösung des Lignins analog a) bis c) verfährt.

Beim Vorgang c) wird mit Dampf durch den Filter bei geschlossener oberer Dampfzugabearmatur auf die gewünschte Reaktionstemperatur aufgeheizt, die während der erforderlichen Reaktionszeit durch geregelte Dampfzugabe von unten aufrechterhalten wird.

Das gemäß a) von unten nach oben in den Perkolator aufsteigende Flüssigkeitsdampfgemisch mit einer Temperatur von mindestens 100° C nimmt mit Sicherheit den gesamten zwischen den Cellulosematerialteüchen vorliegenden freien Raum ein und dringt darüber hinaus auch noch in die einzelnen Materialteilchen ein, aus denen die Luft jeweils nach oben aufsteigend verdrängt wird. Nach vollständiger Überschichtung der Füllung mit Flüssigkeit wird — gegebenenfalls nach einer kurzen Sättigungs-Standzeit von wenigen Minuten — gemäß b) die über die Sättigung des Cellulosematerials hinausgehende, sich in den Zwischenräumen der Cellulosematerialteüchen aufhaltende Flüssigkeitsmenge wieder durch den Filter unten abgelassen, um dann erst die verbleibende mit Flüssigkeit gesättigte Füllung gleichmäßig mit Dampf durch den Filter bis zur Reaktionstemperatur aufzuheizen.: : ; ί ^J ■··■··■

Dadurch tritt einerseits eine erhebliche Danpfersparnis ein und andererseits ergibt sich ν infolge der Anwesenheit geringerer Flüssigkeitsmengen eine höhe-^! re Konzentration des in der anschließenden Reaktionszeit gebildeten Zuckers (Vorgang c) oder d)). ·■■--

Außerdem ergibt sich für den von unten nach oben aufsteigenden Dampf ein bedeutend geringerer Strömungswiderstand und dadurch ein geringeres Druck- und Temperaturgefälle von unten nach oben.

Dient der Aufschluß des Cellulosematerials der Celluloseverzuckerung gemäß d), so besteht· die Reaktionsflüssigkeit aus einer entsprechenden Mineralsäurelösung, wobei die Wasserstoffionenkonzentration zunächst zur Verzuckerung der Hemicellulose (a, b, c) etwa l°/oiger Schwefelsäure und zur Verzuckerung der Cellulose im zweiten Teil (a, b, d) — nach Auswaschung der aus der Hemicellulose gebildeten Zuckerarten bei herabgesetzter Temperatur und Säurekonzentration — 3-5%iger Schwefelsäure entspricht. ■:■ -

■ Von besonderem Interesse ist u. U. eine Vorhydrolyse der Hemicellulose von pentosanhaltigen Ausgangsmaterialien gemäß a, b, c, der sich dann ein alkalischer

ίο Cellulose-Aufschluß gemäß a, b, d anschließt. In diesem Falle wird erfindungsgemäß in der Weise vorgegangen, daß zunächst^: zum mindestens teilweisen Abbau der Hemicelluose als Reaktionsflüssigkeit eine verdünnte Mineralsäurelösung mit einer Wasserstoffionenkonzentration entsprechend etwa l°/oiger Schwefelsäure und eine Reaktionstemperatur -von - weniger-als 140°C angewendet wird, worauf — nach Auswaschung der aus der Hemicellulose gebildeten Zuckerarten bei herabgesetzter .; Temperatur und Säurekonzentration 'mittels einer Mehrzahl von Flüssigkeitsquanten abnehmender Zuckerkonzentration, die aus einer vorhergehenden Perkolation stammen, und zuletzt mittels Wasser — in analoger Weise neue Reaktionsflüssigkeit, die zur Lösung von Lignin geeignete Chemikalien, wie Natriumhydroxyd, Natriumsulfid und Natriumkarbonat, in einer solchen Konzentration enthält, daß die von dem Cellulosematerial aufgesaugte Flüssigkeit nach Ablauf des Überschusses die zu der gewünschten Reaktion erforderliche Chemikaliemenge enthält, und eine Reaktionstemperatur von mindestens 140⁰C angewendet wird, worauf die Auswaschung des nunmehr in löslichem Zustand befinlichen Alkalilignins mittels einer Mehrzahl von Flüssigkeitsquanten relativ niedriger Temperatur und abnehmender Alkalilignin- und unverbrauchter Chemikalienkonzentration, die aus einer vorhergehenden; Perkolation stammen, und zuletzt mittels Wasser unter Aufheizung der Füllung mittels Dampf von unten jeweils zwischen zwei Schüben in an sich bekannter Weise erfolgt, so daß weitgehend reine Cellulose im Perkola tor verbleibt.

Mit besonderem Vorteil wird zumindest bei der Hemicellulose-Verzuckerung, also bei der Vorhydrolyse, gegebenenfalls jedoch auch bei der Cellulose-Hydrolyse Salpetersäure entsprechender Wasserstoffionenkonzentration angewandt.

Die zum Aufschluß der Cellulose dann angewandte neue Reaktionsflüssigkeit kann dann neben zur Lösung von Lignin geeigneten Chemikalien bereits Alkalilignin gelöst enthalten, ' das aus einer vorhergehenden Perkolation stammt. '

Dabei wird vorteilhaft in der Weise vorgegangen, daß die neue Reaktionsflüssigkeit mindestens teilweise aus einem oder mehreren Abstößen einer vorhergehenden Lignin-Lösungs-Perkolation besteht, worin die erforderliche Frischchemikalienmenge gelöst wurde.

Während der nach Einleitung eines Reaktionsschubes in dem mit saurer Lösung gesättigten Cellulosematerial vorgesehenen Reaktionszeit zur Verzuckerung der Hemicellulose oder Cellulose ergibt sich naturgemäß

bo auch eine Zersetzung des jeweils gebildeten Zuckers unter den vorherrschenden Reaktionsbedingungen. Es ergibt sich daher nach einer gewissen Reaktionszeit ein relativ flaches Maximum der möglichen Zuckerkonzen^: tration, die bei Fortsetzung der Reaktion anschließend wieder abnehmen würde.

Zweckmäßig wird nun die Reaktionszeit jeweils so lange bemessen, bis der gebildete Zucker mindestens 70% und höchstens etwa 90% seiner maximal

möglichen Konzentration erreicht hat, worauf der gebildete Zucker bei herabgesetzter Temperatur und' Säurekonzentration ausgewaschen wird, wobei — insbesondere bei der Cellulosebezuckerung — anschließend neue Reaktionsfliissigkeit zugeführt und eine weitere Reaktionszeit in analoger Weise angesetzt wird, worauf wiederum unter herabgesetzter Temperatur und Säurekonzentration ausgewaschen wird (a, b, d).-.-■'· ·.

Die Auswaschung des während einer Reaktionszeit gebildeten Zuckers erfolgt dabei durch eine Mehrzahl von Flüssigkeitsquanten abnehmender Zuckerkonzen-' tration, die aus einer vorhergehenden Perkolation stammen, und zuletzt mit Wasser. \ :^:

Mit Vorteil wird die Temperatur während einer Reaktionszeit von etwa 40 Minuten zum Abbau der Hemicellulose 130-140°C, während der ersten Reaktionszeit von etwa 40 Minuten zum Abbau der Cellulose 160—170⁰C und während der zweiten Reaktionszeit von etwa 30 Minuten zum Abbau der Cellulose 170-190° C betragen. :·, ._v,-.,:■■ . . ; :^ .

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Perkolationsvorrichtung vorgeschlagen, die dadurch charakterisiert ist, daß der im Perkolator-Konus 2 eingebaute, der Höhe nach unterteilte Filter aus einzelnen auf Stegen 8 am Konus des Perkolators angebrachten Platten 7, 7' mit sich von innen nach außen erweiternden Löchern 10,10' mit einem kleinsten Durchmesser von 2 —5 mm, vorzugsweise 3—4 mm, besteht, wobei die Löcher in solchen etwa gleichmäßigen Abständen über die gesamte Filterfläche verteilt sind, daß ihr Gesamtquerschnitt — jeweils an der engsten Stelle der konischen Löcher gemessen — 0,2—4%, vorzugsweise 0,5-1,5% des lichten Perkolatorquerschnittes umfaßt und daß die beiden Filterteile 7, T gegeneinander abgedichtet sind und je eine Mehrzahl gleichmäßig am Konusanfang verteilter Anschlußstutzen besitzen, die jeweils zusammengeführt und mit gemeinsamen Absperrventilen. 11, 12, 12', 13, 15 ausgerüstet sind. .

Normalerweise ist dabei eine Unterteilung des Filters in zwei Teile vorgesehen. Unter Unständen kann auch eine mehrfache Unterteilung in Frage kommen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besitzt der horizontale Abstand der in Reihen untereinander angeordneten Löcher 10, 10' jeweils einen maximalen Wert, während der vertikale Abstand der untereinanderliegenden Lochreihen von diesem maximalen Wert am oberen Rand des oberen Filterteiles ausgehend nach unten etwa gleichmäßig auf einen Wert von der Hälfte bis zu einem Drittel des genannten maximalen Wertes am unteren Rand des unteren Filterteifes abnimmt.

Dabei sind die Löcher der untereinanderliegenden Lochreihen gegeneinander vorteilhaft versetzt angeordnet, so daß die Abstände der Löcher möglichst gleichmäßig ausfallen. - < ■· .

Zweckmäßig bleibt der oberste ringförmige Teil des kpnischen Filters ohne Löcher, um einer Randgängigkeit von Dampf und Flüssigkeit vorzubeugen. Zur Erzielung vorteilhafter Strömungsverhältnisse ist schließlich vorgesehen, daß der untere Filterteil ca. 50—67% mehr Löcher besitzt als der obere Filterteil.

Anhand einer schematischen Zeichnung soll die erfindungsgemäße Methode und Vorrichtung nun noch durch einige Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

Ausführungsbeispiel f

In einem Perkolator von 100 cbm Inhalt mit 3,2 m Durchmesser im zylindrischen Teil 1, einem unteren Konus 2 von 60° und 2,7 m Gesamthöhe, sowie e: oberen Kugelhaube 3 mit Schnellverschlußfüllöffn 3', Flüssigkeits- 4 und Dampfeinlaßventil5, so Abdampfventil 6 nebst Verteilerformstück 4' Flüssigkeit und Dampf, sollen ca. 33 t Buchenholzhi späne, enthaltend 26 t Holztrockensubstanz, ^l du Vorhydrolyse zu Xylose und durch Haupthydrolyse Dextrose und Ligninrückstand verarbeitet werden. I Perkolator : ist aus kupferplattiertem Stahlblech ίο einen Betriebsdruck von 12 atü hergestellt.. . .· -

Im unteren Konus ist ein der Höhe nach untertei Filter aus Kupferblechen 7,7', die auf Stegen 8 befes sind, eingebaut. Der obere Filterteil 7 hat eine Höhe ^ ca. 700 m, am Konus gemessen, und ist i durch ei ι ■ -. geschlossenen Ringsteg 9 vom unteren Filterteil T einer Höhe von ca. 1400 mm (am Konus gemess abgedichtet. Der obere Filterteil besitzt in hörizonta Reihen angeordnete konische Löcher 10 von inr 3 mm ί und außen 5 mm Durchmesser 'in sein' Horizontalabstand, von ca. 50 mm. Die Lochreih haben oben einen Abstand von 50 mm, der sich bis ζ unteren Rand des oberen Filterteils auf 40 π allmählich verringert. Die Löcher der einzelnen Reil~ sind dabei gegeneinander versetzt. :.- ■' ■ ■■ ^i!

Der untere Filterteii besitzt ebenfalls in hörizonta Reihen angeordnete Löcher 10' gleichen Durchmess und gleichen Horizontalabstandes. Am oberen Rand c unteren Filterteils beträgt der Abstand der Lochreil etwa 40 mm, der sich bis zu dessen unterem Rl:

allmählich auf 20 mm verringert. Die Löcher c einzelnen Reihen sind dabei ebenfalls gegeneinanc

versetzt.- .-:■■■: -■ -, ■■■■·· ■'.■■■·,■■■■■>) \ <w, -.»r-i.·.·.·:■.

Auf diese Weise ergeben sich im unteren Filterteil ι etwa 50% mehr Löcher als im oberen Filterteil.

Es ist auch möglich, V4A-pIattierte Perkolatoren verwenden, die etwa den bekannten Zellstoffkoche entsprechen. Der Filter im Konus besteht in diest Falle ebenfalls aus V4A-Blech. Ein solcher Perkolat kommt insbesondere für die Gewinnung von Zellsti nach einer Vorhydrolyse in Betracht. ': i . .:

Zur .Überschichtung der eingefüllten Buchenhc hackschnitzel sind etwa 63 cbm ca. l%iger Schwefels; re erforderlich.' Nach Aufheizen der Füllung mitt Dampf durch das geöffnete Ventil 11 und den unter Filterteil T auf etwa 100°C und kurzes Durchdämpf bei geöffnetem oberem Abdampfventil 6 wird die verdünnte Säurelösung mit einer Temperatur von 90⁰C in einer Zeit von ca. 12 Minuten durch den ober Teil 7 des Filters bei geöffnetem .Ventil 12 u geschlossenem Ventil 12' in den Perkulator gepum und gleichzeitig durch, den unteren Filterteil T so ν Dampf zugegeben, daß sfets noch etwas Dampf dur das obere Abdampfventil 6 abzieht. ;i:: ^J ;■ ■; Dabei ist also sichergestellt, daß am oberen Rande c jeweils von Flüssigkeit erfüllten Perkofatorzone ei Mischtemperatur von mindestens 100° C vorliegt.

Nach erfolgter. Überschichtung der Füllung r Flüssigkeit wird das obere Abdampfventil 6 geschloss und durch das obere Dampfventtl 5 Dampf in c

to Oberteil des Perkolatörs gegeben, bis ein Druck von 1 atü erreicht ist, der dann .durch entspreche geregelte Dampfzugabe konstant gehalten, wird. L überschüssige Flüssigkeitsmenge von ca. 25 cbm w dann durch beide Filterteile durch öffnen des Ventils und des Ablaufregelveniils 13 unter Aufrechterhaltu einer Druckdifferenz zwischen dem Perkolatorober und dem Raum hinter dem Filter (Impulsmeßgerät von Oat zu Beginn des Abstoßes unter allmählicl

Steigerung auf 0,5 at am Ende des Abstoßes, der etwa 15 Minuten dauert, abgelassen. Nach Schließen des Ablaufregelventils 13 wird durch beide Filterteile nach Öffnen der Ventile II und 15 die nun mit verdünnter Säurelösung gesättigte Füllung auf eine Temperatur von 135° C, d.h. auf einen dieser Temperatur entsprechenden Sattdampfdruckim Perkolatoroberteil bei Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz von mindestens 0,8 at zwischen unten und oben (Meßgerät 14) aufgeheizt.

Nach Erreichen dieses Druckes (ca. 15 Minuten) wird zweckmäßig einige Minuten durch geringes öffnen des oberen Abdampfventils 6 unter seiner Aufrechterhaltung durchgedämpft, um eine gleichmäßige Anwärmung der Füllung sicherzustellen. Anschließend wird das Abdampfventil 6 geschlossen und durch geregelte Dampfzugabe durch den Filter (Ventil 11 und evtl. 15) der gewünschte Druck'im Perkolatoroberteil etwa 40 Minuten (Reaktionszeit) aufrechterhalten. Wenn zur Aufrechterhaltung der Reaktionstemperatur nur verhältnismäßigwenig Dampfzugabe von unten notwendig ist, so ist es zweckmäßig, den Dampf nur durch den unteren Filterteil (Ventil 11) einzuleiten.

Es wird nun ein Flüssigkeitsschub von etwa 32 cbm mit einer Xylosekonzentration von etwa 8% und einer Temperatur von ca. 90°C von oben durch das geöffnete Ventil 4 in den Perkolator gepumpt. Hierdurch wird eine kräftige Abkühlung und Dampfentwicklung im Kuchen erzielt, wobei sich eine Mischtemperatur von etwa 120°C entsprechend einem Druck von 1 atü ergibt.

Nunmehr wird Dampf von oben zugegeben und der Druck von 1 atü auf 2 atü erhöht und so durch geregelte Dampfzugabe gehalten. Die Flüssigkeit dringt dabei in den Kuchen ein und kondensiert den heißeren Dampf, der noch in den Poren des Materials sitzt. Dadurch ergibt sich eine verstärkte Extraktionswirkung.

Die Flüssigkeit wird nun durch öffnen des Ablaufventils 13 unter Einstellung einer Druckdifferenz zwischen dem Perkolatoroberteil und dem Raum hinter den Filterplatten von zunächst 0 at und während der folgenden Ablaufzeit von ca. 15 Minuten auf 0,5 at allmählich ansteigend abgelassen.

Anschließend wird ein neuer Flüssigkeitsschub von ca. 32 cbm mit einer Xylosekonzentration von etwa 6% und einer Temperatur von ca. 90°C oben durch Ventil 4 eingelassen. Dabei ergibt sich eine weiter abgesenkte Mischtemperatur von ca. 110°C. Es wird dann weiter in analoger Weise verfahren. Es ergibt sich dafür folgendes Arbeitsschema: ,-;■ ..

Schub Xylose-Nr. konz.

Menge Abstoß
Nr.

Xylosekonz.

Menge

Gew.-°/o cbm

1	8	32	1	9,3	33
2	6	. 32	2	8,5 ....	. .34
3	: 4	32	3	6,5 ,	34
4	3	25	4	5	26
5	—	25	5	4	27
6	-■ ■ ""■'	.'.T 20 = ^jA	6	2,5	21

Der erste Abstoß und ein Teil des zweiten Abstoßes ergibt die sog. Ausscheidung von 5,9 t Extrakt mit 4,7 t Xylosegehalt in etwa 9%iger Lösung, entsprechend einer Ausbeute von 18% der Buchenholztrockensubstanz. ■" ■·:■-■■.··■■■■■

Diese Ausscheidung wird dann der weiteren Aufarbeitung zu den jeweils gewünschten Endprodukten zugeführt

Die übrigen Abstöße dienen zur Herstellung der Extraktionsschübe 1-4 für die die nächste Pekolation, für die sie in entsprechenden Speicherbottichen aufbewahrt werden.

Der 5. und 6. Schub besteht dann aus zweckmäßig entionisiertem Wasser. -- -

Nach so beendeter Vorhydrolyse, wobei sich am Schluß eine Füllungstemperatur von wenig über 100° C ergibt, wird ein neuer Reaktionsschub von ca. 40 cbm mit etwa 90° C und ca. 4% H2SO4 von unten durch den oberen Teil des Filters bei gleichzeitiger Dampfzugabe durch den unteren Filterteil eingeführt, so daß sich eine Mischtemperatur von mindestens 100°C ergibt.

Nach wenigen Minuten Standzeit wird der Dampfdruck im Perkolator-Oberteil durch kräftige Dampfzugabe von oben auf 1 atü erhöht und auf diesem Druck durch entsprechend geregelte Dampfzugabe gehalten. Die überschüssige Flüssigkeit wird dann durch öffnen des Ablaufregelventils unter Einstellung einer Druckdifferenz von 0 at zu Beginn des Abstoßes und allmählich ansteigend auf 0,5 at zwischen dem Perkolator-Oberteil und dem Raum hinter dem Filter am Ende des Abstoßes, der etwa 15 Minuten dauert, abgelassen. Nun wird durch Dampfeinleiten über die gesamte Filterfläche bei einer Druckdifferenz von mindestens 0,8 at zwischen unten und oben im Perkolator auf eine Reaktionstemperatur von ca. 165° C, d.h. auf einen entsprechenden Sattdampfdruck im Perkolator-Oberteil, aufgeheizt. Die Aufheizzeit beträgt etwa 20 Minuten. Die angegebene Reaktionstemperatur wird nun etwa 40 Minuten durch geregelte Dampfzugabe durch den unteren Filterteil aufrechterhalten (Reaktionszeit für die erste Zuckerbildungsphase der Haupthydrolyse). Anschließend erfolgt die Auswaschung des gebildeten Zuckers unter herabgesetzter Temperatur und Säurekonzentration nach folgendem Schema in analoger Weise, wie bei der Vorhydrolyse. "^: ·"..-.-.-. :.--·;

Schub

Nr.

Menge

Dextrosekonzl

Gew.-°/o cbm

Abstoß

'Nr.

Dextrosekonz.

Menge

Gew.-% cbm

1	5,8	32	1	7,3	37
2	4,5	32	2	6,1	32
45 3	3,0	32	3	4,5	32
4	1,6	25	4	3,2	25
5	_	20	5	2,1	20

Der 1. und ein Teil des 2. Abstoßes, insges. ca. 4,6 t

Extrakt, davon 3,851 Dextrose, in ca. 581 Lösung, werden ausgeschieden und der weiteren Aufarbeitung zu Endprodukten zugeführt. ..·.·......,

Die restlichen Abstöße dienen zur Bereitung der Schübe 1 —4 für die nächste Perkolation und werden in entsprechenden Speicherbottichen aufbewahrt.

Etwa 30 cbm ca. 4%ige Schwefelsäure werden nun mit einer Temperatur von ca. 90°C durch den oberen Filterteil in den Perkolator gepumpt und gleichzeitig Dampf durch den unteren Filterteil zugegeben, wie

bo bereits beim vorhergehenden Schub beschrieben.

Durch Druckerhöhung im Perkolator-Oberteil auf ca. 1 atü wird die überschüssige Flüssigkeit in analoger Weise abgelassen, wie bereits weiter oben für den vorhergehenden Reaktionsschub beschrieben. Es folgt

h5 dann das Aufheizen durch den gesamten Filter auf eine Reaktionstemperatur von ca. 180° C, bzw. einen entsprechenden Sattdampfdruck im Perkolator-Oberteil, der dann ca. 25 Minuten durch geregelte

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Dampfzugabe durch den unteren Filterteil aufrechterhalten wird (Reaktionszeit).

Es erfolgt dann erneutes Auswaschen des gebildeten Zuckers in analoger Weise nach dem folgendem Schema.

10

15

20

25

30

Schub	Dextrose	Menge	Abstoß	Dextrose-	Menge
Nr.	konz.		Nr.	konz.
	Gew.-%	cbm		Gew.-%	cbm
1	5,4	26	1	6,1	36
2	4,0	25	2	5,3	25
3	3,6	20	3	4,6	20
4	1,65	20	4	3,4	20
5	—	20	5	1,8	20

Der 1. Abstoß mit 3,2 t Extrakt, davon 2,4 t Dextrose, in ca. 38 t Lösung wird ausgeschieden und zusammen mit der Ausscheidung aus der vorhergehenden Extraktion der weiteren Aufbereitung zugeführt. Es ergeben sich also insgesamt 7,8 t Extrakt, davon 6,25 t Dextrose in ca. 96 t Lösung, entsprechend einer Durchschnittskonzentration von ca. 6,5 Gewichts-% Dextrose bzw. 8,1% Trockensubstanz, entsprechend einer Reinheit von ca. 80%.

Am Schluß dieses Extraktionsprozesses verbleibt im Perkolator ein Ligninrückstand von ca. 9 —9,5 t Trockensubstanz, der dann noch ca. 18-19 t Wasser enthält. Die Entleerung dieses Rückstandes erfolgt in an sich bekannter Weise durch öffnen einer Entleerungsklappe 16 am unteren Ende des Perkolator-Konus, nachdem die Temperatur der Perkolatorfüllung mit Dampf von unten (Ventile 17, 11 und 15 werden nacheinander geöffnet) auf 150-175⁰C, entsprechend einem Dampfdruck von 5 —8 atü, aufgeheizt wurde. Der Ligninkuchen wird dabei durch Expansion des anhaftenden gespannten Wassers zerrissen und mit Dampf gemischt in etwa 1 Minute ausgebracht. Das Lignindampf-Gemisch wird in einem Zyklon getrennt, wobei der Ligninrückstand unten herausfällt und der Dampf oben ins Freie entweicht. Der Perkolator steht dann für eine frische Spänefüllung zur Verfügung, nachdem die Entleerungsklappe wieder geschlossen wurde.

Ausführungsbeispiel 2

Es ist u. U. von besonderem Interesse, nur eine Vorhydrolyse durchzuführen und anschließend die praktisch noch nicht angegriffene Cellulose des Ausgangsmaterials, z. B. Buchenholz, als solche unter Herauslösung des Lignins zu gewinnen. Die Vorhydrolyse unterscheidet sich von derjenigen gemäß Ausführungsbeispiel 1 nur dadurch, daß eine etwas kürzere Reaktionszeit angewandt wird, um die Cellulose nicht zu schädigen, und außerdem Salpetersäure anstatt Schwefelsäure verwendet wird, um mit V4A-plattierten Apparaten arbeiten zu können. Die Xylose-Ausbeute reduziert sich dadurch von 18% auf 10—16% der angewandten Buchenholz-Trockensubstanz.

Die Konzentration der Xylose-Lösung ist dadurch auch etwas niedriger und beträgt bei Anwendung etwas reduzierter Flüssigkeitsmengen etwa 8,0%. Es resultiert nach der Vorhydrolyse eine Perkolator-Füllung von ca. 201 HTS, die nun in folgender Weise zu Zellstoff aufgeschlossen wird.

Ein Reaktionsschub wird dadurch hergestellt, daß in einer geeigneten Ablaugefraktion frische Chemikalien bzw. die bei der Ablaugeverbrennung gewonnene Schmelze aufgelöst werden bzw. wird. Soll c Aufschluß nach dem sog. Sulfatverfahren erfolgen, wird die in einer Ablaugefraktion gelöste Schme! noch mit Da(OH2) kaustiziert, so daß eine in Ablau gelöste Frischchemikalienmenge von ca. 5,2 t, bestehe, aus ca. 3,5 t NaOH, 0,85 t Na₂S und 0,85 t Na₂CC resultiert, wenn der nach der. Überschichtung d Perkolator-Füllung mit dem Reaktionsschub von de mit Flüssigkeit gesättigten Material abgelaufene Übe schuß von der letzten Perkolation noch mitverwend wird.

Der Reaktionsschub enthält so 5,2 t Frischchemik lien + 4,6 t Ablauge-TS + 30 t Wasser.

Der nach dem Eintritt dieses Schubes durch d< oberen Teil des am Konus des Perkolators vorgeseh nen Filters — bei gleichzeitiger Dampfzufuhr durch di unteren Teil des Filters — und nach einer kurze Standzeit zum Konzentrationsausgleich durch de Filter nach unten abgelassene Flüssigkeitsüberschi: enthält dann ca. 1 t Chemikalien + It Ablauge-TS 15 t Wasser. Im Perkolator verbleiben dann ca. 20 t HT mit einer Lösung gesättigt, die 4,2 t Chemikalien, 3,( Ablauge und 55 t Wasser enthält.

Diese mit Flüssigkeit gesättigte Perkolator-Füllui wird nun auf eine Temperatur von 145° C dun Dampfeinleitung über den Filter mit einer Druckdiff renz von mindestens 0,8 at zwischen unten und ob( aufgeheizt und dann anschließend ca. 30 Minuten dun weitere geregelte Dampfzugabe auf dieser Temperat; gehalten.

Es folgt nun die Auswaschung des gebildete Alkalilignins mittels Flüssigkeitsschüben, die durch d Ablaugeabstöße der vorhergehenden Perkolatione gebildet werden, nachdem der oder die ersten Abstoß mit der höchsten Konzentration entsprechend d< enthaltenen Extraktmenge zur Aufarbeitung ausg< schieden worden sind. Die letzten beiden Schub bestehen dann aus Wasser, um einen möglichst gi ausgewaschenen Zellstoff zu erhalten. Die Temperati der Perkolator-Füllung kann dabei jeweils bei jede folgenden Extraktionsschub etwas tiefer liegen als b dem vorhergehenden, wobei die Temperatur vor de letzten Schub noch mindestens 11O⁰C betragen soll. D; folgende Schema gibt die Einzelheiten über d: Arbeitsweise der Alkaliligninextraktion wieder.

40

45

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55 Der 1. Abstoß mit 10 t Ablauge TS wird dar aufgeteilt: 3,2 t Ablauge TS und 15 t Wasser werde

zusammen mit dem Überschuß aus dem Reaktion schub, der 1 t Chemikalien, 1 t Ablauge TS und 15 Wasser enthält, zur Auflösung von 3,2 t Frischchemik lien mit etwa 0,4 t Ballaststoffen verwendet. Ansta Frischchemikalien kann natürlich auch die Schmelze ai der Laugeverbrennung verwendet werden, die dai noch zu kaustizieren ist. Diese Gesamtlösung dient dar als Reaktionsschub für die nächste Perkolation.

Schub	Ablauge	Menge	Abstoß	Ablauge	Menge
Nr.	TS		Nr.	TS
	Gew.-%	cbm		Gew.-°/o	cbm
1	10	30	1	17,6	47
2	7,4	30	2	12,7	31
3	3,6	30	3	8,8	31
4	1,6	25	4	7,1	25
5	Wasser	25	5	3,8	25
6	Wasser	25	6	2,0	25

Der Rest des

1. Abstoßes von 6,8 t Ablauge TS in 32 t Wasser

und vom

2.Abstoß 3,7 t Ablauge TS in 25,51 Wasser

zusammen 10,51 Ablauge TS in 57,51 Wasser

wird ausgeschieden und der Laugeverbrennung zur Dampferzeugung und Chemikalienrückgewinnung zugeführt.

Der Rest des 2. Abstoßes und die folgenden Abstöße dienen dann der Reihenfolge und Menge nach zur Bereitung der Extraktionsschübe 1—4 für die nächste Perkolation.

Schließlich wäre noch zu bemerken, daß es auch

möglich ist, die AufschlußchemikaJien auf 2 oder 3^l Schübe zu verteilen, wobei dann der 2. und gegebenenfalls 3. Schub bereits gleichzeitig Extraktionsschübe sind.

Vor diesen Reaktions-Extrationsschüben kann dann jeweils in analoger Weise erneut auf 140—15O⁰C aufgeheizt und 15 — 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten werden. Die weiteren Extraktionsschübe können dann bei gestaffelt tieferen Temperaturen stattfinden. Es resultiert im Perkolator ein Zellstoff (12-13 t TS) mit sehr hohem Gehalt an Alpha-Cellulose, der dann in üblicher Weise mit Wasser in einen Zellstoff-Speicher entleert und der Aufbereitung zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum chemischen Aufschluß cellulosehaltigen Materials zur Hydrolyse der Hemicellulose mit verdünnten Säuren und nach mindestens einmaliger Auswaschung des Reaktionsproduktes entweder zur Hydrolyse des Cellulosegehaltes mit einer verdünnten Säurelösung als Reaktionsflüssigkeit oder zur Gewinnung der Cellulose durch Herauslösen des Lignins mit einer geeigneten, gegebenenfalls alkalischen Aufschlußlösung als Reaktionsflüssigkeit in einem Perkolator, bestehend aus zylindrischem Teil, oberer Haube mit Einlaß- und Abdampf-Armaturen und unterem Konus, in den ein der Höhe nach unterteilter Filter eingebaut ist, nach Aufheizen der Füllung mittels Dampf durch den unteren Teil des im Konus eingebauten Filters auf ca. 100°C, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) durch den oberen Teil des im Konus angeordneten Filters das im Perkolator befindliche Material zum Aufschluß des Hemicellulosegehalts mit verdünnter Säure überschichtet, wobei man die verdünnte Säure mit einer unterhalb ihres Siedepunktes liegenden Temperatur in den bei Atmosphärendruck oder geringem Überdruck befindlichen Perkolator einleitet, während man gleichzeitig Dampf in solcher Menge durch den unteren Teil des Filters zuführt, daß sich am oberen Ende der jeweils mit Flüssigkeit erfüllten Perkolatorzone eine Mischtemperatur von mindestens 100°C ergibt, wobei die aus den Poren des Cellulosematerials entweichende Luft oder andere unkondensierbare Gase durch die obere Abdampfarmatur verdrängt wird bzw. werden, worauf man

b) durch Dampfzugabe von oben bei einem Druck

von 1 atü im Perkolator-Oberteil die über die Saugfähigkeit der Füllung hinausgehende Flüssigkeitsmenge durch den am unteren Konus angebrachten Filter abläßt,

c) darauf die Hydrolyse der Hemicellulose in

bekannter Weise durchführt und

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Perkoiatorkonus (2) eingebaute, der Höhe nach unterteilte Filter aus einzelnen auf Stegen (8) am Konus des Perkolators angebrachten Platten (7, T) mit sich von innen nach außen erweiternden Löchern (10,10') mit einem kleinsten Durchmesser von 2 — 5 mm, vorzugsweise 3-4 mm, besteht, wobei die Löcher in solchen etwas gleichmäßigen Abständen über die gesamte Filterfläche verteilt sind, daß ihr Gesamtquerschnitt — jeweils an der engsten Stelle der konischen Löcher gemessen — 0,2-4%, vorzugsweise 0,5 -1,5% des lichten Perkolatorquerschnittes umfaßt, und daß die beiden Filterteile (7,7') gegeneinander abgedichtet sind und je eine Mehrzahl gleichmäßig am Konsumumfang verteilter Anschlußstutzen besitzen, die jeweils zusammengeführt und mit gemeinsamen Absperrventilen (11, 12,12', 13,15) ausgerüstet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der horizontale Abstand der in Reihen untereinander angeordneten Löcher (10,10')jev einen maximalen' Wert besitzt, während vertikale Abstand der untereinander lieger Lochreihen von diesem maximalen Wert am obc Rand des oberen Filterteils ausgehend nach ui etwa gleichmäßig auf einen Wert von der Hälfte zu einem Drittel des genannten maximalen We am unteren Rand des unteren Filterteils abnimmt

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekt zeichnet, daß die Löcher (10,10') der untereinar liegenden Lochreihen gegeneinander versetzt geordnet sind, so daß die Abstände der Lot möglichst gleichmäßig ausfallen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberste ringförmige Teil des konischen Filters L· Löcher trägt. '-..·■-

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß untere Filterteil 50-67% mehr Löcher besitzt der obere Filterteil.