DE2633041A1 - Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines lignozellulose enthaltenden grundmaterials - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum behandeln eines lignozellulose enthaltenden grundmaterials

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Description

310-25.825P(25.826H) 22. 7· 1976
CREUSOT-LOIRE, Paris (Prankreich)
Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines Lignozellulose enthaltenden Grundmaterials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fortlaufenden Herstellen von Papiermassen ausgehend von Lignozellulose enthaltenden Grundmaterxalien (Holz, Jahrespflanzen, Altpapier usw. ), das sich zum Herstellen jeder fließenden Papiermasse eignet.
Die Verfahren zum Herstellen von Papiermassen bestehen in der überführung dieser Grundmaterialien in einen Zustand mit gesonderten Fasern. Die Papiermassen enthalten einen mehr oder weniger großen Zelluloseanteil entsprechend den Eigenschaften, die den so erhaltenen Papiermassen erteilt werden sollen.
Diese Verfahren umfassen im wesentlichen vor allem mechanische Zerfaserungsbehandlungön, die gegebenenfalls mit vor allem
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chemischen mehr oder weniger umfangreichen Entholzungsbehandlungen verbunden sind.
Gemäß der jeweiligen Bedeutung dieser beiden Behandlungsarten werden fünf große Arten von Massen unterschieden:
Papiermassen: erhalten durch Zerfasern ohne chemische Vorbehandlung des Grundmaterials;
thermomechanische Massen: erhalten durch Zerfasern unter Druck, erleichtert durch ein vorhergehendes Trocknen des Grundmaterials mit Dampf zum Erweichen des Lignins;
mechanisch-chemische Massen: erhalten durch Zerfasern kombiniert mit in situ oder ex situ erfolgenden Vorbehandlungen des Grundmaterials mit chemischen Reagenzien;
halbchemische Massen: erhalten durch Zerfasern des Grundmaterials, das vorher einem teilweise unter Druck erfolgenden chemischen "Kochen" unterworfen ist;
chemische Massen: für diese erzeugt die weitaus umfangreichere chemische Behandlung gleichzeitig die Entholzung und den wesentlichen Teil der Zerfaserung.
In dem Maß, in dem von den eigentlichen mechanischen Massen zu den eigentlichen chemischen Massen übergegangen wird, nimmt die relative Bedeutung (und die Schwierigkeit) der Zerfaserung beim Herstellungsverfahren ab, während die mechanischen Eigenschaften der Massen zunehmen. Jedoch nimmt parallel hierzu die Ausbeute Massegewicht:Grundmaterialgewicht ab, wobei das Verfahren verunreinigender wird aufgrund von Ligninlösungen und anderen Extraktionsprodukten der zu behandelnden Pflanzen.
Unter dem Zwang der verschiedenen Parameter, insbesondere dem Mangel an herkömmlichen Waldbeständen und dem Kampf gegen die
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Verschmutzung, wurden die Hersteller von Massen dazu gebracht, unaufhörlich die Verbesserung des .Verhältnisses Qualität: Ertrag zu suchen, insbesondere für die Veredelung der mechanischen, theriuoiuechanischen und halbchemischen Massen.
So wurden insbesondere die Scheibenzerfaserer ausgearbeitet, die Späne zerfasern können, indem sie sie kombinierten Zusamntendrückungs- und Abscherungsbeanspruchungen unterwerfen.
Diese Vorrichtungen erzeugen mechanische Massen, die bei gleichem Ertrag aufgrund des höheren Anteils an langen Fasern fester als die bisherigen Schleifscheibenmassen sind.
Überdies behandeln diese Zerfaserer aus Spänen bestehende Grundmaterialien, was die Verwendung von unregelmäßig geformten Hölzern (insbesondere von blättrigen Hölzern, Sägewerksabfällen, Sägemehl usw.) für die Herstellung von mechanischen Massen ermöglicht, während die bisher verwendeten Schleifscheibenzerfaserer gerade und kalibrierte (meistens harzhaltige) Rundhölzer erfordern.
Scheibenzerfaserer werden ebenfalls vorteilhaft für die Herstellung thermomechanischer, mechanisch-chemischer, halbchemischer und chemischer Massen verwendet (insbesondere bei zweistufigen chemischen Verfahren mit Zwischenzerfaserung).
Jedoch übernehmen bei diesen Verfahren diese Zerfaserer nur die Funktion der mechanischen Zerfaserung, während die Behandlungen mittels Dampf oder chemischer Reagenzien in weiteren mit diesen Zerfaserern verbundenen Vorrichtungen ausgeführt werden müssen.
Die Scheibenzerfaserer sind jedenfalls nicht völlig an ihre Funktion angepaßt, auch wenn sie in der Industrie zur Zeit häufig verwendet werden. Tatsächlich orientieren sich die Späne in den Scheiben in zufälligen Richtungen bezüglich ins-
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besondere der Richtung der Abscherkräfte . Dieser Nachteil verstärkt sich je nach dem Verschleiß der Scheiben und beeinträchtigt die Regelmäßigkeit der Zerfaserung (hoher Gehalt an nolzspänen,der mehrere Durchgänge im Zerfaserer erfordert).
Der schnelle Verschleiß der Scheiben und die unvollkommene Beherrschung der Temperatur tragen ebenfalls zur Ungleichmäßigkeit der erhaltenen Masse bei.
Überdies sind diese Vorrichtungen große Energieverbraucher. Somit beträgt die verbrauchte Energie 1700 bis 1800 kWh für eine von einem Scheibenzerfaserer erzeugte Tonne an mechanischer Masse (im Gegensatz zu etwa 1200 kWh/t für eine von einem Schleifscheibenzerfaserer erzeugte Masse gleicher Qualität), wobei nur ein geringer Teil dieser Energie für den Abbau der Späne verwendet wird.
Weitere Unannehmlichkeiten ergeben sich aus der mechanischen Konzeption dieser Vorrichtungen. Sie müssen sehr widerstandsfähig und in der Lage sein, große axiale Belastungen aufzunehmen, eine gute Parallelität beizubehalten und sich ohne Verforzu
mung ausdehnen können.
Andererseits wurde seit zahlreichen Jahren erwogen f für die Behandlung von Unverarbeitetem (Äste und Sortierungsaussonderungen) Vorrichtungen mit Schnecken zu verwenden. Diese Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus ineinandergreifenden und entgegengesetzt gedrehten Schnecken.
Diese Vorrichtungen können jedoch selbst in ihrer am meisten entwickelten Version eine Zerfaserungswirkungen nur ausgehend von Materialien hervorbringen,in denen die Bindungskräfte zwischen den Fasern vorher in hohem Ausmaß durch eine chemische Behandlung vermindert wurden. Diese Vorrichtungen werden nicht für die Herstellung von mechanischen, thermomechanischen und mechanisch-chemischen Massen verwendet, sondern nur für die Behandlung von Unverarbeitetem und Sortierungsaussonderungen
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von auf übliche Weise aufbereiteten halbchemischen und chemischen Massen.
So benötigen alle bekannten Verfahren entweder eine langwierige chemische Behandlung oder eine große mechanische Energie. Überdies wird in allen Fällen die Masse auf unterbrochene Weise in einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Vorrichtungen bei großem Platzbedarf aufbereitet.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, die ein fortlaufendes und mit großer Energiesparsamkeit erfolgendes Aufbereiten der Masse oder des Breis ermöglichen.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht insbesondere in einem Zerfasern des Grundmaterials unter besonders vorteilhaften Bedingungen, wobei das Grundmaterial in optimaler Orientierung der kombinierten Wirkung von Druck- und Abscherkräften ausgesetzt wird und wobei das Grundmaterial gegebenenfalls Wärmebehandlungen und/oder chemischen Behandlungen unterworfen wird, ohne daß es in eine weitere Vorrichtungsart übertragen werden muß.
Die Folge der Vorgänge des Entfaserns und/oder des Entholzens wird dadurch ausgeführt, daß das in Stücke zerkleinerte Grundmaterial zwischen wenigstens zwei Schraubenflächen geleitet wird, die innerhalb einer Hülse ineinanderdringen und synchron angetrieben werden, wobei am Austritt der Hülse eine genügend dicke und gut zerfaserte Masse erhalten wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß Anspruch bis 14 zur Durchführung des Verfahrens.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht von unten eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen halben Querschnitt II-II der Fig. 1 in ihrem oberen Teil und einen halben Querschnitt III-III der Fig. 1 in ihrem unteren Teil;
Fig. 3 einen Längsschnitt einer weiter verbesserten Vorrichtung der Erfindung.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist zwei Wellen 1 und 2, auf denen ineinanderdringende Schraubenflächen 3 und 4 aufgewickelt sind, auf.
Jede Welle wird an ihren Enden von zwei Lagern 11, 12, 21, 22 getragen, die ihrerseits an den Enden einer die Schraubenflächen 3 und 4 umhüllenden Hülse 5 angeordnet sind.
Die beiden Wellen 1 und 2 werden gleichzeitig von einem Motor 6 über zwei Untersetzungsgetriebe 61, 6 2 gedreht, von denen jedes ein Antriebszahnrad enthält, das auf einer Verlängerung 10, 20 jeder Welle jenseits eines der Lager 11, 22 verkeilt ist. Jedes der beiden Untersetzungsgetriebe ist an einem Ende der Hülse 5 spatenkopfartig befestigt.
Die beiden Untersetzungsgetriebe sind so vorgesehen, daß sie vom Motor 6 mit der gleichen Drehzahl und in der gleichen Drehrichtung angetrieben werden.
In der Hülse 5 sind zwei öffnungen 51, 52 vorgesehen, von denen sich jede in der Nähe eines Endes der Hülse befindet, und zwar die eine 51 über den Schraubenflächen und die andere 5 2 unter den Schraubenflächen. Die Wellen werden in der Drehrichtung angetrieben, die zwischen den Schraubenflächen einen
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Vorschub des durch die Öffnung 51 eingeführten Materials bis zur stromab gelegenen Öffnung 52 bewirkt.
Die Steigungen der Schraubenflächen verändern sich längs der Wellen 1 und 2 in der Weise, daß sie aufeinanderfolgende Zonen mit unterschiedlichen Steigungen bestimmen. Bei der in Fig. 1 dargestellten einfachsten Ausführungsform enthalten die Schraubenflächen eine Zone A mit voneinander entfernten Gängen, die einen Vorschub von stromauf nach stromab des durch eine Öffnung 51 eingeführten Materials bewirken, und ' eine "Bremsung" genannte Zone mit Gängen, deren Steigung umgekehrt gerichtet ist, die etwa das letzte Drittel einer Hülse bis zu einer Auslaßöffnung 52 überdecken.
Das durch die Öffnung 51 eingeführte Material wird längs der Wellen zur Auslaßöffnung 52 mitgenommen und bei Ankunft in einer Zone B gebremst, deren Gänge die Neigung
haben, das Material in der entgegengesetzten Richtung
zurückzudrücken.
Die Gänge sind in dieser Bremszone mit Fenstern 30, 40
versehen, die sich von der Achse bis zum Außenrand der
Gänge erstrecken können. Diese Fenster, deren Abmessungen und Abstand nach Belieben bestimmt werden können, ermöglichen insbesondere einen fortschreitenden und gegebenenfalls selektiven Umlauf des Materials stromab entsprechend dem Fortschritt der Zerfaserungsarbeit.
Die Masse oder der Brei tritt durch die Auslaßöffnung 52 praktisch bei Atmosphärendruck aus. Die Vorrichtung muß daher
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nicht mit einer Verjüngung versehen sein, was den Einbau eines Lagers an jedem Ende der Wellen und die Anordnung von Untersetzungsgetrieben an beiden Enden der Hülse ermöglicht, vgl. Fig. 1.
Längs aer Hülse können Einfassungen 7 angeordnet werden, die eine genaue Regelung der Temperatur je Zone durch kontrolliertes Erhitzen oder Kühlen ermöglichen. Es wird vorzugsweise ein Erhitzen durch Induktion verwendet, die eine besonders genaue Regelung der Temperatur ermöglicht.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird durch die Öffnung 51 ein Grundmaterial (z.B. Holzspäne) mit einer geringen Wassermenge eingeführt.
Dieses Material wird durch Drehen der Schnecken nach stromab mitgenommen. Dank der Verwendung von sich gleichsinnig drehenden Schnecken entsteht eine Pumpwirkung des Materials, das diesem ein Mitnehmen nach stromab ermöglicht, sogar wenn die Gänge nicht voll sind.
So breitet sich das Material in der Zone A (Fig. 1) in dünnen Schichten längs den Gängen aus, die sich zunehmend füllen.
Die so mitgenommenen Späne orientieren sich gleichmäßig und sind insbesondere in einem Teil 34 (Fig. 2), wo die Gänge ineinander eindringen, kombinierten Zusammendruckungskraften unterworfen, die hauptsächlich durch das Ineinanderdringen der Schnecken bedingt sind, und Abscherkräften unterworfen, die hauptsächlich durch die Drehung der Schnecken in der gleichen Richtung bedingt sind. Diese Kräfte führen die eigentliche Zerfaserungsarbeit aus.
überdies erzeugt das Drehen der Schnecken in der gleichen Richtung eine für die Homogenisierung des Materials günstige Ümwendung.
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Die Temperatur steigt aufgrund der Reibung an, kann jedoch durch Kühlen der Hülse kontrolliert und auf der gewünschten Höhe gehalten werden, ohne Verdünnen des mitgenommenen Materials.
Am Ende der Zone A werden die Gänge aufgrund der Reibung zunehmend gefüllt, die durch die umwälzung des Materials durch die Richtungsumkehr der Steigung der Gänge in der Zone B herbeigeführt wird.
Die Umkehr der Gänge am Eintritt der Zone B erzeugt eine starke Ansammlung von Material, die eine Zone hoher Zusammendrückung erzeugt.
In dieser Zone B erfolgt das eigentliche Zerfasern, wobei die durch die Umkehr der Gänge bedingte Bremswirkung die kombinierte Wirkung.der Zusammendrückungs- und Abscherkräfte verstärkt.
Auf diese Weise wird das Material in dieser Zone während einer längeren Zeit gehalten und erfährt eine die Homogenisierung begünstigende Durchwirbelung. Die in den Gängen angeordneten Fenster 30, 40 ermöglichen den Vorschub des Materials nach stromab nach Maßgabe seiner Zerfaserung, wobei die noch schlecht zerfaserten Teile in der Arbeitszone länger gehalten werden.
Durch die stromab gelegene Auslaßöffnung 52 wird eine hochkonzentrierte mechanische Masse mit guten mechanischen Eigenschaften entnommen.
Die Tabelle gibt vergleichsweise die Eigenschaften mehrerer mechanischer Massen an, von denen die ersten durch ein bisheriges mit Scheibenzerfaserer arbeitendes Verfahren A erhalten sind, während die anderen durch das Verfahren und die Vorrichtung B, C, D nach der Erfindung erhalten sind.
In allen Fällen bestand das Grundmaterial aus Fichtenspänen.
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Temperatur in C 90-100 80 HO 9O
Ertrag in % 98 98 98 98
Eigenschaften der Masse
Mahlgrad 67 65 60 66
Griffigkeit in cm /g 2,7 2,14 2,34 2
Reißlänge in m
Norm NF QO3 OO4		 1900 2170 1825 1742
Berstindex
Norm NF QO3 014		 0,9 1,1 0,85 O
Durchreißwiderstand
Norm NF QO3 Oll		 420 408 553 411
Energieverbrauch in
kWh/t Masse		 2000 133O 84O 1070
Es ist ersichtlich, daß die mechanischen Eigenschaften der gemäß der Erfindung erhaltenen Masse mit denjenigen der mechanischen Masse von Zerfaserern vergleichbar sind. Es ist jedoch ersichtlich, daß der Energieverbrauch praktisch auf die Hälfte herabgesetzt werden kann.
Die vom Verfahren nach der Erfindung besorgte Energieersparnis ist daher sehr groß insbesondere dank der besser an die Zerfaserungsarbeit angepaßten mechanischen Konzeption der Vorrichtung.
Die vollständigere Ausrichtung der Späne in den Schnecken und die Beherrschung der Temperatur während des Zerfaserns ermöglichen überdies die Herstellung einer gleichmäßigeren Masse.
überdies ist die Vorrichtung nicht laut, was ein weiterer Vorteil gegenüber den Scheibenzerfaserern ist.
Bei der gerade beschriebenen einfachsten Ausführungsform ist die erhaltene Masse eine mechanische Masse.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist aber ebenfalls für jeden Zerfaserungsvorgang vorteilhaft, der bei der Herstellung anderer Papiermassen verwendet wird.
So können beispielsweise durch Einführen von Dampf in die Hülse thermomechanische Massen mit einer Qualität erhalten werden, die gleich denjenigen ist, die mit Scheibenzerfaserern erhalten werden bei einem stark verminderten Energieverbrauch.
Die unerwartetste Besonderheit der Erfindung besteht jedoch darin, daß sie vorteilhaft für die fortlaufende Herstellung aller Arten von Papiermassen angewendet werden kann, was bis heute von keinem bekannten Verfahren ausgeführt wird.
Aufgrund seiner mechanischen Konzeption, die gegebenenfalls ein Arbeiten bei hohem Druck und hoher Temperatur ermöglicht, eignet sich in der Tat die Vorrichtung nach der Erfindung besonders gut für eine Kombination von mechanischen (etwa Zerfaserung) und chemischen (Kochen, Bleichen, Waschen usw.) Behandlungen.
Andererseits wird bei der Ausführung von Schneckenextrudern für plastische Massen häufig eine Baukastenkonstruktion verwendet, wobei jede Schnecke aus Abschnitten besteht, die auf einer mittigen Welle aufgereiht zusammengefügt sind. Bei der Erfindung kann diese Konstruktionsart bei der Ausführung von Schraubenflächen verwendet werden, die aufeinanderfolgende Zonen mit unterschiedlichen Steigungen aufweisen, die dem gesuchten Ziel angepaßt sind. Es könnten entlang der Schnecke die Mitnahmegeschwindigkeit und der Druck des Materials verändert werden, und es könnten z.B. mehrere Teile mit umgekehrter Steigung angeordnet werden, die mit Durchtrittsfenstern für das Material versehen sind. Diese Teile würden gegeneinander versetzte Bremszonen bilden, in denen sich fortlaufende Stopfen bilden würden. Bei Einwirkung auf die Steigung und
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auf die Abmessungen sowie die Anzahl der Fenster können diese Stopfen mehr oder weniger dicht sein. Ls ist dann möglich, mit Hilfe einer Druckpumpe oder irgendeiner anderen bekannten Einrichtung ein Fluid entweder in die Bremszone oder zwischen beide Stopfen einzuspritzen.
Dieses Fluid kann z.B. überhitztes Wasser sein, entweder Dampf oder ein vorzugsweise heißes chemisches Reagenz.
Das Einspritzen dieses heißen unter Druck stehenden Fluids erleichtert dabei in hohem Maß das Eindringen in die Fasern des Holzes und beschleunigt den Zerfaserungsvorgang.
Andererseits wurde festgestellt, daß Flüssigkeiten die Neigung besitzen, bedingt durch den Eingriff der Schnecken nicht durch die Pumpwirkung nach stromab mitgenommen zu werden, sondern im Gegensatz nach stromauf aufzusteigen. Dieses Wandern der Behandlungsflüssigkeit nach stromauf bereitet das Holz auf die Wirkung vor, die an der Einspritzstelle stattfinden wird. Überdies ermöglicht dieses Wandern die Entleerung der Überschußflüssigkeit stromauf der Einspritzstelle.
Umgekehrt könnte das stromauf erfolgende Aufsteigen der im Holz enthaltenen Flüssigkeit zu einer übermäßigen Austrocknung.des Materials führen, die für seinen Vorschub entlang der Schnecke nachteilig ist. Das Einspritzen von Flüssigkeit oder Dampf ermöglicht das Aufrechterhalten des Feuchtigkeitsgrades des Materials auf einer richtigen Höhe.
Entsprechend dem Einspritzdruck, der Viskosität des eingespritzten reagierenden Fluids und der Steigung der Schnecken können mehrere Einspritzstellen mit unterschiedlichen Fluiden vorgesehen werden, die entweder in der gleichen Richtung oder im Gegenstrom des Holzes wandern.
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Somit könnten gemäß der Erfindung in ein und derselben Vorrichtung fortlaufend die aufeinanderfolgenden Behandlungsphasen der Aufbereitung der Papiermasse dadurch ausgeführt werden, daß entweder ein einfaches Zerfasern oder eine mehr oder weniger vollständige Entholzungsbehandlung ausgeführt wird, und daß am Austritt der Vorrichtung gemäß der Konzeption der Vorrichtung und der eingespritzten Fluide eine mechanische, 'thermomechanische oder halbchemische Masse erhalten wird.
Die herzustellenden Vorrichtungen unterscheiden sich daher ziemlich wenig von bisher für die Herstellung von plastischen Massen verwendeten Extrudierern. Das völlig überraschende Charakteristikum der Erfindung besteht genau darin, daß zellulosehaltige Grundmaterialien, etwa Holzspäne, in Vorrichtungen vorhanden sind, die für eine völlig unterschiedliche Verwendung vorgesehen sind.
Fig. 3 zeigt als Beispiel einen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung und weist von stromauf nach stromab die folgenden fünf Zonen I bis V auf;
Eine Zone I mit ziemlich breiten Gängen, wo das Imprägnieren des Grundmaterials mit Dampf erfolgt. In dieser Zone ist die Hülse mit einem Induktionsheizelement 71 versehen. Das Einführen des Grundmaterials erfolgt durch eine Öffnung 51, während das Entleeren des Dampfs über eine Öffnung 53 erfolgt, die am Ende der Zone angeordnet und gegebenenfalls mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.
Eine Zone II, wo in Anwesenheit eines durch eine Öffnung 54 eingeführten chemischen Reagenz ein erster Kochvorgang ausgeführt werden kann. In dieser Zone können ein erhöhter Druck und mittels eines Heizelements 72 die gewünschte Temperatur erzeugt werden.
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Eine Zone III mit umgekehrt gerichteten und mit Fenstern 30 versehenen Gängen mit gesteuertem Durchtritt des Materials nach stromab. In dieser Zone erfolgt im wesentlichen das mechanische Zerfasern des von der Zone II stammenden Grundmaterials. Das Zerfasern wird gemäß dem oben für die mechanische Masse beschriebenen Vorgang ausgeführt.
Überdies erzeugt die Bremsung des Grundmaterials am Eintritt dieser Zone III eine Zusammenpressung der Masse und einen
Rücklauf der eventuellen Überschußflüssigkeit zur Zone II, von wo sie durch eine Öffnung 55 für eine eventuelle Rezirkulierung entfernt werden kann.
Es wurde tatsächlich festgestellt, daß der Durchtritt von feuchtem Material zwischen mehreren im Eingriff stehenden Schnecken innerhalb einer Hülse ein Aufsteigen nach stromauf von flüssigen und gasförmigen Phasen festlegt, wobei die feste Phase nach stromab mitgenommen wird.
Eine Zone IV, in der ein zweites Kochstadium unter Druck erfolgt. In dieser Zone kann die Steigung der Gänge zum Zurückführen der Masse als dünne Schicht vergrößert werden. Die gewünschte Temperatur wird mittels eines Heizelements 73 erhalten.
Eine Zone V mit eingeengten Gängen, wo die Masse einer erneuten Zusammendrückung unterliegt mit Entleerung von nach stromauf aufsteigenden Flüssigkeiten durch eine öffnung 56. Es kann ebenfalls stromauf eine öffnung 57 für eine Entgasung vorgesehen werden.
In dieser Zone können ebenfalls eine Umkehr der Steigung der Gänge und das Vorhandensein von Fenstern vorgesehen werden, um ein letztes Zerfasern von eventuellem Unbehandeltem auszuführen.
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Es kann ebenfalls eine nicht gezeigte neue chemische Behandlungszone stromab der Zone V vorgesehen werden zum Ausführen des Bleichens der Masse, die dann durch eine Auslaßöffnung entleert wird.
In der oben beschriebenen Vorrichtung wird vorteilhaft z.B. ein Herstellungsvorgang für eine chemische Masse in zwei Schritten mit Zwischenzerfaserung ausgeführt.
Das Grundmaterial (z.B. Holzspäne) wird zusammen mit Wasser durch die Öffnung 51 eingeführt. Die Späne werden als dünne Schicht nach stromab mitgenoiumen. Gleichzeitig wird die Temperatur mit Hilfe des Heizelements der Hülse auf die gewünschte Höhe erhöht.
In die Zone II werden über die Öffnung 53 chemische Reagenzien eingeführt, die an sich als Entholzungsmittel (Natriumhydroxid;, Natriummonosulfit oder -bisulfit, Karbonat, usw.) bekannt sind. Zum Ausführen des ersten Kochstadiums werden die Temperatur und der Druck auf die gewünschte Höhe eingeregelt.
Wie oben angegeben, ermöglicht die Pumpwirkung des Materials zwischen den Schnecken das Mitnehmen der Späne in dünnen Schichten, was die Zugänglichkeit der Reagenzien in den Spänen sowie eine genaue Regelung der Reaktionstemperatur beträchtlich begünstigt, umso mehr als das als Drehung erfolgende Mitnehmen der Schnecken in der gleichen Richtung eine Rückkehr der Schichten in die Zone 34 festlegen kann, in der die Schnecken ineinanderdringen. Es kann somit eine weitaus gleichmäßigere und gut gesteuerte Behandlung erzielt werden.
Diese Vorteile ermöglichen ebenfalls die Ausführung der Reaktion innerhalb einer sehr kurzen Zeit. Es kann daher bei Temperaturen gearbeitet werden, die merklich höher sind als bei den bisherigen chemischen Verfahren ohne Gefahr der Verschlech-
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terung der Zellulose. Für bestimmte Reagenzien (z.B.Natriumhydroxid) ermöglicht die Verkürzung ihrer Berührungszeit mit der Zellulose die Erzielung einer helleren (klareren) Masse.
Überdies gestattet die genaue Kontrolle der verschiedenen Parameter die automatische Steuerung des Vorgangs unter hervorragenden Bedingungen.
t>ei Eintritt in die Zone III werden die Späne unter der Wirkung der durch die Umkehr der Steigungsrichtung der Gänge bedingten Wirkung stark zusammengedrückt. Sie werden kombinierten Abscher- und Zusammendrückkräften unterworfen, die ihre Zerfaserung bewirken. Die in den Gängen vorgesehenen Fenster ermöglichen den Umlauf der Masse nach stromab nach Maßgabe des Fortschritts der Zerfaserungsarbeit.
In diesem Stadium sind, wie oben angegeben, die für die Herstellung von mechanischen Massen nach der Erfindung beschriebenen Prinzipien und Vorteile anzutreffen.
Es entsteht überdies eine Druckwirkung der Masse und ein Aufsteigen von Flüssigkeiten nach stromauf, was ein Entleeren der Flüssigkeiten durch die öffnung 55 für eine eventuelle Rezirkulierung und ein Fördern einer hochkonzentrierten Masse zur Zone IV ermöglicht.
In aer Zone IV versetzt die vergrößerte Steigung der Gänge die Masse wieder in eine dünne Schicht, was (wie für die Zone II beschrieben) die Zugänglichkeit der chemischen Reagenzien und die Temperaturregelung der Reaktion begünstigt.
Die in diese Zone eingeführten ehemischen Reagenzien sind an sich als Entholzungsmittel bekannt. Sie sind von derselben Art wie die beim ersten Kochvorgang verwendeten.
In dieser Zone kann ebenfalls die Einführung von unter Druck stehendem Sauerstoff vorgesehen werden.
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Die Temperatur und der Druck werden in Abhängigkeit von der auszuführenden Reaktion und von der Art der gewünschten Masse gewählt.
Line neue Bremszone V mit verengten Gängen ermöglicht die Ausführung einer Zusammendrückung des Materials am Ende der Zone IV in der Weise, daß die Kochflüssigkeiten durch die Öffnung 56 für eine eventuelle Reinigung und Rückgewinnung von Wärme entnommen werden. In leicher Weise kann durch eine stromauf gelegene Öffnung 57 eine Entgasung durchgeführt werden.
Die durch die Öffnung 52 entleerte Masse ist eine chemische Masse.
Nach der Zone III kann ebenfalls eine Zusammendrückung in einer der Zone V identischen Zone und somit eine halbchemische Masse gewonnen werden.
Zusätzlich zu den oben angegebenen Vorteilen (Energieersparnis, größere Zugänglichkeit der Reagenzien, genauere Regelung der Temperatur, größere Gleichmäßigkeit der Masse usw.) weist das Verfahren nach der Erfindung gegenüber den bisherigen Verfahren Vorteile auf, die durch die Verwendung einer an ihre Funktionen besonders gut angepaßte Vorrichtung bedingt sind.
Da die Masse bei Atmosphärendruck austritt, sind die Axialschübe beträchtlich vermindert. Dies erleichtert in hohem Maß die Anordnung der Untersetzungsgetriebe an den beiden Enden der Vorrichtung. Es besteht daher keine Begrenzung in der Wahl des Durchmessers der Zahnräder,, was eine geringere Belastung der Antriebsgruppen ermöglicht„
Die Schnecken verschleißen weitaus weniger schnell als die Zerfasererscheiben, was gleichzeitig im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und die Gleichmäßigkeit der Zerfaserung von Vorteil ist. Andererseits können die mechanischen Massen Teilchen enthalten 0 bei denen die Gefahr besteht„ daß sie die UaooO/Uo / ©
Zylinder der Papiermaschinen zerkratzen. Dieser Nachteil wird durch die Behandlung nach der Erfindung beseitigt.
Da der Schneckenaustausch ohne Schwierigkeit schnell erfolgen kann, kann ein und dieselbe industrielle Anlage leicht an unterschiedliche Behandlungsausführungen angepaßt werden allein durch Anordnen von Schnecken mit unterschiedlichen Profilen.
Es ist selbstverständlich möglich, aufeinanderfolgend die unterschiedlichen Behandlungsvorgänge auszuführen, und zwar entweder in einer einzigen Maschine oder gegebenenfalls in aufeinanderfolgend angeordneten Maschinen, was z.B. eine Veränderung der Drehzahl der Wellen entsprechend den ausgeführten Behandlungen ermöglichen würde.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beispielsweise beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt vielmehr alle Varianten, wobei die Vorrichtung nach der Erfindung nur an die verschiedenen Behandlungsphasen, denen das Grundmaterial unterworfen werden soll, und die Art des behandelten Lignozellulose enthaltenden Materials angepaßt werden muß. Diese Behandlungen könnten sehr verschiedenartig sein dank den Anordnungsmöglichkeiten der verschiedenen Zonen in Abhängigkeit von den auszuführenden Vorgängen und auch dank den genauen Steuerungsmöglichkeiten der Temperatur und des Drucks in den verschiedenen Zonen der Vorrichtung, die eine Kombinierung der mechanischen Wirkung der Schrauben mit der chemischen oder beispielsweise biologischen Wirksamkeit verschiedener Substanzen ermöglichen.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    ί 1.^Verfahren zum Behandeln eines Lignozellulose enthaltenden ^-*_^Grundmaterials zum Herstellen einer Papiermasse, g e k e η η zeichnet durch fortlaufendes Ausführen von Zerfaserungs- und/oder Entholzungsvorgängen mittels Durchtritt des auf kleine Stücke zerkleinerten Grundmaterials zwischen Schraubenflachen, die ineinanderdringen und innerhalb einer Hülse synchron gedreht werden.
    2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen in der gleichen Richtung gedreht werden.
    3ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Zerfasern ausgeführt wird durch Ausübung von Druck- und Abscherbelastungen auf die Grundmaterialbruchstücke gemäß einer optimalen Orientierung, die durch einen Durchtritt zwischen den Schraubenflächen bestimmt wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Behandlungsschritte ausgeführt werden mittels Durchtritt des Grundmaterial in aufeinanderfolgenden Zonen der Schraubenflächen,, deren Steigung für jede Zone in Abhängigkeit vom auszuführenden Vorgang besonders angepaßt ist.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedingungen des Reaktionsmittels, der Temperatur und des spezifischen Drucks des entsprechenden Behandlungsschritts auf die gewünschte Höhe eingeregelt werden.
    ο Vorrichtung zum Herstellen einer Papiermasse zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei etwa parallele
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    Wellen (I7 2) , entlang denen ineinanderdringende Schraubenflächen (3) ausgebildet sind, durch eine umhüllende Hülse
    (5) für die Schraubenflächen (3) und durch eine synchronisierte Dreheinrichtung (6, 61, 62) für die Schraubenflächen (3), wobei die Hülse (5) an einem Ende mit einer Einlaßöffnung (51) für Grundmaterial in Stücken und am anderen Ende mit einer Auslaßöffnung (52) für das Grundmaterial versehen ist, das durch die Drehung der Schraubenflächen(3) mitgenommen wird, wobei die Schraubenflächen (3) Teilungen aufweisen, die von stromauf nach stromab wenigstens eine Zuführungs- und Mitnahmezone nach stromab des Grundmaterials und eine Bremszone (Bj III) des mitgenommenen Grundmaterials festlegen.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen (3) in der gleichen Richtung angetrieben werden.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen (3) in der Bremszone (B; III) eine verengte Teilung aufweisen.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen (3) in der Bremszone (B; III) eine entgegengesetzte Steigung aufweisen.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen (3) Fenster (30, 40) aufweisen, die von der Achse zum Außenrand der Gänge gerichtet sind.
    11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Welle (1, 2) an ihren Enden von zwei an der Hülse (5) angebrachten Lagern (11, 12; 21, 22) getragen und über ein Untersetzungsgetriebe {61, 62) von einem
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    Antriebszahnrad gedreht wird, das auf einer Verlängerung einer Welle (1, 2) jenseits eines Lagers (11, 22) befestigt ist, wobei die Untersetzungsgetriebe (61, 62) spatenkopfartig an je einem Ende der Hülse (5) angeordnet und identisch sind und synchron von ein und demselben Motor (6) angetrieben werden.
    12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine stromab der Bremszone (III) gelegene Einlaßöffnung (57) in der Hülse für ein Behandlungsprodukt und durch eine Mischzone (IV) des Grundmaterials mit dem Behandlungsprodukt.
    13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung der Temperatur durch aufeinanderfolgende Zonen entlang der Hülse.
    14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine stromab der Einlaßöffnung (51) gelegene und mit einer Unterdruckeinrichtung verbundene Entgasungsöffnung (53).
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    Leerse ite
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