DE26331C - Herstellung von Holzzellstoff unter Benutzung von schwefliger Säure - Google Patents

Description

KAISERLICHES

Bei den bisher bekannten Fabrikationsweisen von Holzcellulose verwendet man bekanntlich fast durchgängig alkalische Natronlaugen mit gewissen Säuren, wie schweflige Säure, Salzsäure, in verschiedenen Mischungsverhältnissen. Diese genügend concentrirten Lösungen werden dann in mit Wasserdampf erhitzten Kochern unter einem Druck von 5 bis 7 Atmosphären gekocht, nachdem zuvor das zerschnittene Holz in diese starken, mit Blei ausgefütterten Kocher eingebracht worden, worauf sich dann das Holz zersetzt. Dabei schmelzen die Gummistoffe, Harze und die übrigen inkrustirenden Substanzen und zerfallen theilweise durch chemische Zersetzung, während reine Cellulose, die das Hauptelement der Holzfaser bildet, gewonnen wird.

Zur Erreichung dieses Zieles mufs die Temperatur über 120 bis 140⁰ C. erhöht werden, da ohne eine solche die Trennung eine unvollkommene ist und das Holz hart und für die Zermahlung im Holländer zu Papierzeug ungeeignet bleibt.

Diese hohen Temperaturen bilden einen grofsen Theil der Gummi- und Harzstoffe in Theere um, welche Kohlenstoffverbindungen in die Faser der Cellulose eindringen und das Bleichen derselben erschweren und kostspielig machen. Durch die vielfachen, sich als nothwendig herausstellenden Wasch- und Auslaugprocesse wird die Weifse des Products nicht unwesentlich beeinträchtigt und vermindert sich die Ausbeute, welchem erhöhten Verlust entsprechend sich auch die Betriebskosten beträchtlich erhöhen. Aufserdem ergiebt sich auch durch die wiederholte Einwirkung des Chlorkalks eine Widerstandsabnahme der Cellulosefasern.

Vorliegende Erfindung hat nun den Zweck, diese verschiedenen Uebelstände durch das weiter unten beschriebene Verfahren zu beseitigen, das auf folgenden theoretischen Beobachtungen basirt.

Bekanntlich können alle Körper durch Erhitzen in ihre Grundelemente zerlegt werden, von denen insbesondere die organischen Körper eine Reihe Transformationsstufen durchlaufen, die sich fortwährend mit der Temperaturerhöhung ändern, indem mit zunehmender Temperatur die Zersetzungsproducte 'einfachere werden und sich mehr und mehr den Grundelementen der anorganischen Chemie nähern.

Die Kohlenwasserstoffe, sowie die Verbindungen der CHO- und CHNO-Gruppen haben bekanntlich bei ihrem Erhitzen das Bestreben, den Wasserstoff und Kohlenstoff auszuscheiden. Erhitzt man beispielsweise Holz bis auf über ioo° C, so scheidet sich der Kohlenstoff der Gummi- und Harzstoffe, sowie der inkrustirenden Substanzen aus jedem der organischen Molecule ab und schlägt sich auf die Holzcellulosefasern als unsichtbares Pulver von solcher Feinheit nieder, dafs sich die Zwischenräume der Zellen und die Poren mit demselben anfüllen und dieselben verstopfen.

Da der Kohlenstoff unlöslich und nicht bleichfähig ist, so kann man ihn nur durch eine

längere mechanische Einwirkung entfernen. Hat man jedoch eine Lösung, die die inkrustirenden Substanzen des Holzes bei einer so niedrigen Temperatur löst und zersetzt, dafs der Kohlenstoff mit den übrigen Bestandteilen, wie Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, chemisch verbunden bleibt, so ist der Waschprocefs nicht mehr mit solchen Schwierigkeiten verbunden und wird die Cellulose durch reichlichen Gebrauch an Chlorkalk nicht mehr angegriffen; dabei erhält man ein Maximum an Ausbeute, * und es ist die Qualität des erhaltenen Products eine sehr gute, obgleich die Kosten dieses Verfahrens gegen die übrigen Verfahrungsweisen ungleich billiger sind.

Nach zahlreichen Versuchen haben die Erfinder gefunden, dafs eine Lösung von Wasser und schwefliger Säure den gestellten Anforderungen vollständig genügt. Da man jedoch ioo bis 150 g gasige, schweflige Säure pro 1 1 Wasser auflösen mufs, um einen Druck von 5 bis 6 Atmosphären im Kocher und bei einer zwischen 80 und 90⁰ C. schwankenden Temperatur zn erhalten, so ist diese Lösung von einem solchen Gehalt auf gewöhnlichem Wege nicht herzustellen. Bei solchen Temperaturen behalten die inkrustirenden Substanzen ihre gesammten chemischen Eigenschaften, ohne dafs eine Zersetzung stattfindet, durch die Kohlenstoff in die Erscheinung tritt; da andererseits bei dieser Temperatur und diesem Druck die Flüssigkeit bis in das Holzinnere eindringen kann, so löst diese alle organischen Bestandteile, in welchen die Cellulose enthalten ist.

Durch Herstellung einer übersättigten Schwefligsäurelösung ist also das Problem einer leichten und dabei billigen Holzcellulosefabrikation gelöst; die Herstellung dieser Lösung kann auf zweierlei Arten zur Ausführung gelangen:

1. In einen mit Holzstückchen oder Spähnen und Wasser angefüllten Kocher wird die flüssig gemachte schweflige Säure unter Druck und in den Gewichtsverhältnissen von 100 bis 150 kg Säure auf 1000 1 Wasser zugeführt, was einfach durch Stellung der Hähne, welche den mit flüssig gemachter schwefliger Säure angefüllten Behälter mit dem Kocher verbinden, bewirkt wird. Die schweflige Säure sinkt durch ihren eigenen Druck in dem Kocher herab, mischt sich mit Wasser und ergiebt die gewünschte Lösung.

2. Man comprimirt mittelst einer Pumpe die gasige, schweflige Säure direct in dem Wasser und Holz enthaltenden Kocher.

Diese nach einem beliebigen Verfahren hergestellte schweflige Säure wird in einem grofsen, durch OeI abgeschlossenen Gasometer unter dem Atmosphärendruck gehalten. Da die Pumpe bei jedem Hub ein bestimmtes Schwefligsäuregasvolumen ansaugt, so unterbricht man ihren Gang, sobald die Säuremenge in die wässerige Lösung eingedrungen ist.

Um diese Lösung vollständiger in das Innere des Holzes eindringen zu lassen, empfiehlt es sich, im Kocher vor Einführung der Lösung Vacuum herzustellen, welches aus den Poren und Fasern des Holzes, das sich allein in dem Kocher befindet, die Luft aussaugt. Hierauf kommt eine übersättigte Schwefligsäurelösung in den verschlossenen Behälter und treten die Dämpfe an die Stelle der ausgesogenen Luft.

Die Auflösung des Holzes findet dann gleichzeitig in der gesammten Stärke der Holzgewebe statt, wodurch die Operation schnell und sicher vor sich geht. Nach unterbrochenem Kochen enthält die Säurelösung, welche den Holzstoff enthält, eine Menge verschiedener Körper, vor allem eine beträchtliche Menge von Gummi- und Harzstoffen, Glucose aus den inkrustirenden Massen, sowie ätherische OeIe, ferner in geringerem Mafse schwefelsaure Kalkverbindungen, sowie endlich fast die gesammte zugeführte Menge der schwefligen Säure in freiem Zustande.

Es empfiehlt sich, die zugeführte Schwefligsäuremenge so viel wie möglich wieder zu gewinnen, um deren Verbrauch möglichst zu verringern.

Die Praxis hat auch ergeben, dafs man mehrere nach einander folgende Kochungen mit derselben Flüssigkeitsmenge vornehmen kann; dabei löst dieselbe die Gummistoffe und OeIe in sehr starkem Mafse auf, ehe sie sich mit diesen Körpern sättigt.

Zu diesem Zweck genügt es, die fertige Lösung aus dem einen Kocher, dessen Kochen beendet ist, in einen vorher mit Holz gefüllten Kocher zu leiten, so dafs die Arbeit in diesem fortgesetzt wird.

Die nasse und aufgelöste Holzfaser behält in dem Kocher noch ihre Form und ihr äufseres Ansehen bei; bei dem geringsten Druck jedoch zerfällt sie in eine Menge Cellulosetheilchen, die durch ihr Zusammenhaften die Holzcellulose bilden. Die durch Capillarität im Holz zurückgehaltene Flüssigkeitsmenge fliefst nicht direct aus dem ersten Kocher nach dem zweiten; man mufs das Holz zunächst aus dem Kocher herausnehmen und pressen, worauf man dann die ablaufende Flüssigkeit weiter verwenden kann. Vor dieser Operation leitet man das von selbst aus der Flüssigkeit entweichende Schwefligsäuregas nach dem Gasometer zurück, in dem es sich ansammelt, worauf man nach vollständiger Entweichung des Gases hydraulische Pressen anwendet.

Verdampft man die aus den hydraulischen Pressen ablaufenden Flüssigkeiten, so kann man je nach den Oelarten der benutzten Hölzer noch Kolophone, Harze, Weinsteinsäure, Tannin extrahiren, die dann weiter verarbeitet werden.

Bei jeder. Füllung des Kochers setzt man so viel neue Lösung hinzu, als durch Capillarität in der aufgelösten Holzfaser zurückgehalten ist.

Eine Holzcellulosefabrik besteht demzufolge aus folgenden, durch die Zeichnung in Ansicht und Grnndrifs dargestellten Apparaten:

Zunächst aus einem Schwefligsäureanhydritapparate, dessen Inhalt flüssig gemacht wird und im Behälter A untergebracht ist. Darauf wird das Schwefligsäuregas nach einem durch OeI abgeschlossenen Gasometer B geleitet, um von diesem durch die Compressionspumpe C nach den Kochern E E, von denen zur wechselweisen Benutzung wenigstens . zwei vorhanden sein müssen, getrieben zu werden. Die Kocher E E bestehen aus Eisenblech oder Gufseisen und sind durch ein Röhrensystem verbunden, durch welches die Flüssigkeiten durch die Differenz der inneren Drucke aus dem einen nach dem anderen Kocher gehen können. Beide mit Manometern versehene und ausgebleite Kocher E E können durch Rohrleitungen aufser mit der Pumpe C auch noch mit der pneumatischen Pumpe D und mit dem Reservoir A direct verbunden sein.

Die Kocher können vertical, horizontal, fest oder, wie gewöhnliche Waschapparate, um ihre Achse drehbar angeordnet sein, und es wird die in denselben enthaltene Flüssigkeit durch eine' innere Heizschlange K von Blei mit Dampf von bestimmtem Druck und Temperatur erhitzt. Die Holzspäne werden durch die oberen Oeffnungen h h mit Deckeln ein-, die aufgelöste Holzfaser an den unteren Mündungen i i ausgebracht.

Zur weiteren Bearbeitung der Cellulose nach Herausnahme aus den Kochern dient als dritter Factor eine hydraulische Presse F, aus welcher die durch den ausgeübten Druck austretenden Flüssigkeiten behufs weiterer Behandlung entfernt werden.'

Endlich wird die Cellulose noch vollständig durch Holländer G zu Papierzeug zerkleinert.

Claims (1)

1. Patent-AnSpruch:

   Zur Ausführung der Cellulosegewinnung mittelst schwefliger Säure die combinirte Anordnung der dargestellten Einrichtung, bestehend in dem Behälter A für flüssige schweflige Säure, dem Gasometer B, den Pumpen C und D für Compressions- und pneumatische Zwecke und den verbleiten Kochern E mit der Schlange k.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.