DE2632782C2

DE2632782C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Imprägnieren von faserhaltigen Stoffen

Info

Publication number: DE2632782C2
Application number: DE19762632782
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 7758 Meersburg Knauth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-21
Filing date: 1976-07-21
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE2632782A1

Description

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Erzeugung von Zellstoff oder ähnlichen Stoffen aus pflanzlichen Rohstoffen und Rückständen durch einen chemischen Aufschluß.

Bei der Herstellung von Zellstoff oder Halbstoffen für die Papierindustrie aus pflanzlichen Rohstoffen hängen die Dauer und die Wirksamkeit des chemischen Aufschlusses, sowie die Qualität des erzeugten Stoffes wesentlich von der Vollständigkeit und der Gleichmäßigkeit der Imprägnierung ab. Die aufzuschließenden Rohstoffe werden dabei mit einer Flüssigkeit durchtränkt, die das für den Aufschluß notwendige Chemikal in gelöster Form enthält. Eine unvollständige oder ungleichmäßige Imprägnierung ist oft die Ursache für eine zu geringe Zellstoffausbeute, einen zu hohen Splittergehalt oder unzureichende Festigkeitseigenschaften.

Bei der Imprägnierung des Rohstoffes kommt es nun darauf an, daß die in der Imprägnierflüssigkeit enthaltenen Chemikalien, unabhängig von der unterschiedlichen Aufnahmefähigkeit der einzelnen Rohstoffteilchen, in allen Rohstoffteilchen gleichmäßig verteilt werden. Das Chemikalienangebot für den nachfolgenden Aufschluß muß in allen Teilchen gleich groß sein, sonst kommt es zu unterschiedlichen Aufschlußgraden und den anderen oben erwähnten negativen Stoffeigenschaften.

Die Hauptvoraussetzung für eine gleichmäßige Durchtränkbarkeit der Rohstoffteilchen ist nun ein gleichmäßiger Wassergehalt dieser Rohstoffe vor der Imprägnierung. Bei unterschiedlichem Ausgangswassergehalt werden naturgemäß auch unterschiedliche Mengen Imprägnierflüssigkeit aufgenommen und damit verschieden große Chemikalienmengen angeboten. Früher war diese Voraussetzung durch mehrmonatiges Lagern der Rohstoffe vor der Verarbeitung erfüllt Heute dagegen sind große Lager zu kostspielig. Außerdem werden hauptsächlich Rückstände (z. B. Sägewerksabfälle) mit sehr unterschiedlichem Wassergehalt verarbeitet

Die Technik hat sich bisher noch nicht auf die veränderten Rohstoffbedingungen eingestellt In der ίο DE-AS 12 88 418 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Rohstoffe nach einer Vordämpfung, einer Penetration in kalter, Chemikalien enthaltender Flüssigkeit bei hohem Druck unterzogen und anschließend kurzzeitig durch heißere Flüssigkeit geleitet werden, ehe sie in die Kochzone gelangen.

Es kann zwar erwarte.* werden, daß die Rohstoffteilchen nach dieser Prozedur vollständig durchtränkt sind, ein Konzentrationsausgleich in und um die Teilchen hat jedoch nicht stattgefunden. Die Teilchen enthalten, je nach anfänglichem Wassergehalt, unterschiedliche Chemikalienmengen. Bei Verwendung von frischem, d.h. nassem Rohstoff, würden keine Chemikalien aufgenommen, da kein Wasser abgeführt werden kann.

Nun wären die geschilderten Nachteile bei Anwendung eines Flüssigphasenaufschlusses bei tieferen Temperaturen (135—160°C) nicht allzu schwerwiegend, da hierbei wi der Anfangsphase noch ein Ausgleich stattfinden kann und der Aufschluß sehr lange dauert Die Anwendung des vorteilhaften Dampfphasenauf-Schlusses bei Temperaturen um 185° C wird jedoch ausgeschlossen.

Der vorliegenden Erfindung wurden daher folgende Aufgaben zugrunde gelegt:

Es sollte ein kombiniertes Penetrations-Diffusionsverfahren und eine dazugehörige Vorrichtung geschaffen werden, die den Einsatz von Rohstoffen auch mit extrem unterschiedlichem Wassergehalt, ohne Einbußen an Ausbeute und Qualität, für die Zellstofferzeugung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß so gelöst, daß der Rohstoff zuerst mit Wasserdampf aufgeheizt und entlüftet wird. Dabei wird der Dampf von unten nach oben im Gegenstrom durch den Rohstoff geleitet, so daß die Luft nach oben entweichen kann. Anschließend wird der entlüftete Rohstoff in eine kalte Imprägnierflüssigkeit so eingetaucht, daß er vollständig durchtränkt ist, und wird unmittelbar in eine Diffusionszone, wo er mit heißer Imprägnierflüssigkeit umspült wird, übergeführt. Unmittelbar heißt, daß keine weitere Maßnahme, wie z. B. hydraulische oder mechanische Krafteinwirkung, vorgenommen wird. In der Diffusionszone findet ein vollständiger Konzentrationsausgleich statt. Die Konzentration dieser zweiten, heißen Imprägnierflüssigkeit wird, in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Rohstoffteilchen, durch Zu- oder Abführung von Wasser gesteuert, so daß am Ende des Diffusionsvorganges jedes Rohstoffteilchen tatsächlich die gleiche Chemikalienmenge aufgenommen hat.

Beispiel

Soll ein Laubholz in der Dampfphase zu Halbzellstoff aufgeschlossen werden, müssen etwa 10% Na2SC>3 durch Vorimprägnierung angeboten werden. Bei einem anfänglichen Wassergehalt von 25% müßte eine *>5 Imprägnierlösung von 100 g/l angeboten werden, da das Holz dann etwa 100% seines Trockengewichtes durch Penetration aufnimmt. Bei unterschiedlichem Wassergehalt würde das Holz also unterschiedliche Mengen

Chemikalien aufnehmen. Diese Unterschiede können nur durch höhere Temperaturen bis etwa 125° C ausgeglichen werden. Die erforderliche Verweilzeit beträgt zwischen 30 und 60 min. Über größere Zeiträume schwankende Wassergehalte führen bei konstanter Imprägnierflüssigkeitsmenge zu Veränderungen des Flüssigkeitsniveaus im System. Dieses Niveau wird aber durch Zu- oder Abführung von Wasser konstant gehalten, was wiederum automatisch eine Änderung der Konzentration in der Diffusionszone bewirkt. Dadurch werden die Langzeitschwp.nkiingcn des Wassergehaltes ausgeglichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Der Rohstoff gelangt von der Abscheide- und Überlaufvorrichtung 1 in den Dämpfraum 2, wo die im Stoff enthaltene Luft durch Wasserdampf ersetzt wird. Der Wasserdampf dringt aufgrund seiner größeren Kapillarkraft in die Poren des Rohstoffes ein und verdrängt dabei die Luft vollständig. Dabei stellt sich die dem drucklosen Zustand entsprechende Sattdampltemperatur von 100°C ein. Der erforderliche Dampf wird entweder aSs Entspannungsdampf aus dem Entspannungsgefäß 28 über die Leitungen 29 und 3 oder als Frischdampf durch die Leitung 4 zugeführt Die verdrängte Luft und ein gewisser Dampfüberschuß werden von einem Gebläse 5 aus dem Dämpfraum 2 abgesaugt und können einer Terpentingewinnungsanlage zugeführt werden.

Eine Dosiervorrichtung 6 führt den entlüfteten Rohstoff einer Zellenradschleuse 7 zu, von der dieser in den Dämpfraum 9 eingetragen wird. Hier werden die Rohstoff teilchen bis maximal 130° C erhitzt. Der erforderliche Dampf kommt entweder aus dem Entspannungsgefäß 28 über die Leitungen 29 und 11 oder als Frischdampf durch die Leitung 10. Das Niveau der Stoffsäule wird von einer Meßsonde 8 erfaßt und über die Drehzahl der Dosiervorrichtung 6 geregelt.

Die erhitzten Rohstoffteilchen sinken nun in die mit kalter Imprägnierflüssigkeit gefüllte Penetrationsaione 12. Durch den dabei auftretenden Temperatursturz kondensiert der in den Poren der Rohstoffteilchen befindliche Dampf schlagartig, wodurch in den Poren ein Unterdruck entsteht. Schon nach weniger, Sekunden füllen sich die Poren mit der durch die Leitung 13 zugeführten, kalten Imprägnierflüssigkei;.
Am Ende der Penetrationszone 12 wird durch ein zentrales Rohr 15 mit der Pumpe 14 heiße Imprägnierflüssigkeit aus dem Niveaubehälter 17 zugeführt. Diese heiße Imprägnierflüssigkeit hat eine Temperatur von mindestens i 00° C und füllt die Hohlräume zwischen den

Ό einzelnen Rohstoffteilchen. Durch die Ringleitung 16 wird ein geringer Teil dieser Flüssigkeit wieder abgezogen und dem Niveaubehälter 17 zugeführt. Dadurch soll am Beginn der Diffusionszone 18 eine Querströmung erzeugt werden, die wiederum ein möglichst gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil der nach unten strömenden Flüssigkeit verursachen soll. Bei Temperaturen um 100° C (maximal 125° C) findet in der Diffusionszone 18 der Konzentrationsausgleich der Flüssigkeit in und um die Rohstoffteilchen statt

Der vollständig und gleichmäßig imprägnierte Rohstoff wird am Ende der Diffusionszone von einer Austragsvorrichtung i9 erfaßt, der Steigleitung 20 zudosiert, die in eine Abscheidevorrichtung 26 mündet. Die zum Transport erforderliche Flüssigkeit wird hier abgetrennt und gelangt über eine Falleitung 27 zum Entspannungsbehälter 28. Der dort freiwerdende Entspannungsdampf wird zur Vordämpfung verwendet. Die entspannte Flüssigkeit fließt in den Niveaubehälter 17 und wird von dort mit einer Pumpe 21 über die

Leitung 22 durch den Wärmetauscher 23 gedruckt. Von dort fließt die Flüssigkeit durch die Leitung 24 wieder zur Austragsvorrichtung 19.

Bei sich veränderndem Wassergehalt des Rohstoffes versucht sich auch das Flüssigkeitsniveau der Penetrationszone 12 und somit auch das des Niveaubehälters 17 zu ändern. Dies wird von der Niveausonde 31 registriert, die dann ihrerseits entweder die Dampfzufuhr 25 zum Wärmetauscher 23 oder die Wasserzufuhr 30 zum Niveaubehälter 17 steuert.

Der aus der Abscheidevorrichtung 26 ausgetragene imprägnierte Rohstoff wird direkt der nachfolgenden Aufschlußapparatur zugeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Imprägnierung von faserhaltigen Stoffen, vorzugsweise von Rohstoffen mit extrem unterschiedlichem Wassergehalt, mit Chemikalien enthaltenden Flüssigkeiten, wobei der Rohstoff zuerst mit überdrucklosem Wasserdampf aufgeheizt und entlüftet und dann mit der kalten Kochlauge imprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnden Stoffe nach dem Eintauchen in die kalte Flüssigkeit unmittelbar anschließend in eine wesentlich heißere Flüssigkeit geleitet und so lange belassen werden, bis ein Konzentrationsausgleich der Chemikalienmengen in den Rohstoffteilchen stattgefunden hat

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab die Temperatur in der Diffusionszone (18) zwischen 80 und 125°C, vorzugsweise zwischen 100 und 110° C liegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Diffusionszone (18) auftretende Konzentrationsänderung der Imprägnierflüssigkeit durch Verdampfen oder durch Zugabe von Wasser im anschließenden Transportkreislauf wieder ausgeglichen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Penetrationsraum (12) und der Diffusionsraum (18) in nur einem Gefäß übereinander angeordnet sind, so daß zwischen diesen Räumen keine Transportmittel erforderlich sind.