DE2648896A1

DE2648896A1 - Verfahren zur regelung der intrinsic-viskositaet von sulfit-zellstoff

Info

Publication number: DE2648896A1
Application number: DE19762648896
Authority: DE
Inventors: Romeo J Conca; John P Gray; Tod H Sloan
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-11-03
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-05-05
Also published as: US4086129A; SE433673B; CA1080910A; JPS5281104A; SE7612085L; JPS5327361B2

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Verfahren zur Regelung der Intrinsic-Viskosität von Sulfit-Zellstoff

Die Priorität der Anmeldung Nr. 628 328 vom 3. November 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur genauen Regelung der Intrinsic-Viskosität von Sulfit-Zellstoff am Ende des Aufschlußverfahrens .

Beim Sulfit-Aufschluß von Holz ist die Endpunktbestiminung der Verkochung äußerst wichtig. Die Meßgröße, die einen Zugang zu den Eigenschaften des sich auflösenden Zellstoffs ermöglicht, nämlich die Intrinsic-Viskosität (I.V.), ist von der Aufschlußdauer direkt abhängig. Um eine ganz bestimmte I.V. zu erzielen, muß der Aufschluß zu einem genauen Zeitpunkt beendet werden. Für die praktische Anwendung wurde bisher kein Verfahren zur exakten Bestimmung des Endpunkts gefunden.

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Das am häufigsten angewendete Verfahren der Endpunktbestimmungbesteht in der visuellen Beobachtung der Farbe der Kochlauge. Es ist bekannt, daß die Färbung der Kochlauge in enger Beziehung zur Zellstoffviskosität steht. Die Beobachtung der Farbe ist jedoch nicht ausreichend genau, um von einem Aufschluß zum anderen Zellstoff mit einheitlicher Viskosität zu erzeugen. Darüber hinaus bedeutet die Bestimmung des Endpunkts durch Beobachtung der Kochlaugenfarbe, daß die Dauer eines gegebenen Aufschlußzyklus bis zu seiner Beendigung unbekannt ist. Aus Gründen der Produktionsplanung ist es äußerst erwünscht, im voraus die Länge eines Aufschlußzyklus zu wissen, damit die vielen zusammenhängenden Vorgänge in einer Zellstoffabrik genauer geplant werden können.

Zusätzlich zur Aufschlußzeit sind bei einem SuIfit-Aufschlußverfahren Druck und Temperatur die grundlegenden Parameter, die den Verfahrensablauf steuern. Diese drei Parameter werden andererseits wiederum entsprechend der in dem Kocher vorliegenden Anfangsmenge an Aufschlußchemikalie und Holz eingestellt. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, genau zu wissen, wieviel von der Chemikalie und dem Holz in einem bestimmten Aufschluß' vorhanden ist. Ungleichmäßige Füllung des Kochers, Unterschiede in der Holzdichte oder Feuchtigkeit und periodische Schwankungen in der.Aktivität der Chemikalie der Kochlauge tragen zu Abweichungen bei, die eine genaue Bestimmung des Verhältnisses von Chemikalie zu Holz schwer machen. Geringe Abweichungen in diesem Verhältnis erzeugen Fehleinschätzungen bei der Endpunktbestimmung.

Eine ganze Reihe von Versuchen wurde unternommen, um die Menge an Chemikalie und Holz zu bestimmen, mit denen der Kocher beladen ist. Hierzu gehören die Schnitzelentnahme, die iodometrische Titration der Kochlauge und dergleichen mehr. Eine Reihe dieser Versuche kann in "Pulping Processes", S.A. Rydholm, Interscience Publishers, 1965, auf den Seiten 446 bis 451 nachgelesen werden.

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Keiner dieser Versuche war jedoch erfolgreich bei der Festlegung des Aufschlußzyklus, an dem diese Information zur Regelung der Endpunktbestimmung verwendet werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe der Endpunkt eines Sulfit-Aufschlußverfahrens genau bestimmt werden kann und das die Bestimmung der Dauer eines Aufschlußzyklus zu einem Zeitpunkt ermöglicht, der weit vor dem Endpunkt desselben liegt. Durch eine verbesserte Verfahrenskontrolle soll der Energieverbrauch verringert werden, ferner soll der ungebleichte Zellstoff möglichst gleichmäßige Eigenschaften haben, und die Ausbeute beim Sulfitaufschluß soll verbessert werden.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß das anfängliche Gewichtsverhältnis von gebundenem S0_ zu Holz in einem Sulfitaufschlußverfahren mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch Messung der Absorptionsänderungsrate der Kochlauge bestimmt werden kann. Die Absorption bezieht sich dabei auf die von der Kochlauge absorbierte Lichtenergie. Die restliche hindurchgehende Energie ist für die Farbe der Kochlauge verantwortlich. Es hat sich gezeigt, daß eine bestimmte Absorptionsanderungsrate für ein bestimmtes Anfangsverhältnis von Chemikalie zu Holz charakteristisch ist, welches wiederum in direkter Beziehung zur Aufschlußzeit oder dem Druck und der Temperatur steht, die zur Erzielung einer bestimmten Intrinsic-Viskosität des Zellstoffs erforderlich sind. Somit kann man die Bestimmung der Absorptxonsanderungsrate der Kochlauge dazu benutzen, die Verfahrensparameter eines Aufschlußzyklus und die Intrinsic-Viskosität des resultierenden Zellstoffs genau zu regeln.

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Das Verfahren nach der Erfindung umfaßt auch die Vorbestiiranung der Aufschlußdauer und der Absorptionsänderungsrate, die zur Erreichung einer bestimmten Zellstoffviskosität für einen bestimmten Bereich der Anfangsgewichtsverhältnisse von gebundenem SO₂ zu Holz erforderlich ist, wobei während einer bestimmten Aufschlußoperation das anfängliche Gewichtsverhältnis von gebundenem SO₂ zu Holz durch Messen der Absorptionsänderungsrate der Kochlauge bestimmt wird und die Aufschlußoperation zu einem Zeitpunkt beendet wird, welcher dem im voraus bestimmten Zeitpunkt entspricht, der zur Erzielung einer bestimmten Zellstoffviskosität bei dem genannten Verhältnis von gebundenem SO₂ zu Holz erforderlich ist.

Produktionsplanungsprobleme können die Festlegung der Dauer einer Aufschlußoperation verhindern. Es ist möglich, die vorliegende Erfindung unter solchen Umständen zu benutzen, indem man den Druck und die Temperatur für eine bestimmte Aufschlußoperation ändert, um eine bestimmte Zellstoffviskosität zu erzielen, während die Endzeit gegenüber der geplanten unverändert bleibt. In diesem Fall wird nach dem Verfahren die Absorptionsänderungsrate der Kochlauge, die zur Erzielung einer bestimmten Zellstoffviskosität für den Bereich der Anfangsgewichtsverhältnisse von gebundenem S0„ zu Holz erforderlich ist, vorherbestimmt, dann wird während der Aufschlußoperation das Anfangsgewichtsverhältnis von gebundenem SO₂ zu Holz durch Messung der Absorptionsänderungsrate in der Kochlauge bestimmt und letztlich Druck und Temperatur der Aufschlußoperation eingestellt, um zur gewünschten Zellstoffviskosität zu gelangen.

Die Erfindung läßt sich anhand der beigefügten Zeichnung besser erkennen. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Graphik von drei spezifischen Aufschlußoperationen im Labor, wobei die Kochzeit gegen die Absorption aufgetragen ist,

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Fig. 2 eine Graphik, in der die Absorptionsänderungsrate gegen das Verhältnis aus gebundenem S0„ zu Holz für die drei Aufschlußoperationen aus Fig. 1 aufgetragen ist.

Die zur Erzielung einer bestimmten I.V. erforderliche Aufschlußzeit kann für unterschiedliche Verhältnisse von gebundenem SO₂ zu Holz aus empirisch ermittelten Daten festgelegt werden, die man aus Aufschlußoperationen oder aus Labor-Experimenten bekommt. Im Labor kann man z. B. Aufschlüsse durchziehen, bei denen alle Parameter bis auf das Verhältnis von gebundenem SO₀ zu Holz und die Dauer der einzelnen Operationen konstant gehalten wird. Zur Erreichung der zuvor festgelegten Zellstoffviskosität wird die Aufschlußzeit bei der maximalen Temperatur variiert. Die Äbsorptionsänderungsrate der Kochlauge für jeden Aufschluß wird bei unterschiedlichen Verhältnissen von gebundenem SO₂ zu Holz bestimmt. Mit diesen Daten in der Hand kennt man für jeden beliebigen Aufschluß, der die gleiche Absorptionsänderungsrate zeigt, das S0₂~zu-Holz-Verhältnis wie auch die erforderliche Aufschlußzeitdauer.

Die Absorptionsänderungsrate läßt sich während einer Aufschluß operation durch spektralphotometrische Analyse der Kochlauge bestimmen. Dies geschieht ganz einfach mit einem Photometer, einer Probenzelle und Leitungen, die von dieser zum Kocher und zurück führen. Die Kochlauge in der Probenzelle kann entweder mit monochromatischem oder weißem Licht durchstrahlt werden. Ein herkömmliches Detektorsystem wie z. B. Vakuumphotoröhren oder andere Arten von Photoverstärkern sind ebenfalls erforderlich. Die Wellenlängen, auf die der Detektor anspricht, werden im sichtbaren Bereich (400 bis 7OO Nanometer nm) gemessen. (In den Beispielen wurden Werte unter 450 nm gewählt.) Die Probenzelle sollte 1) eine kurze '■' ' Weglänge aufweisen (0,1 bis 2 mm) , 2) für eine Durchströmung ausgebildet sein und 3) die

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Fähigkeit besitzen, Temperaturen und Drücken von mindestens 150 C und 10,5 kg/cm zu widerstehen. Die Leitungen zu der Probenzelle können aus rostfreien Stahlröhren mit der Bohrung 6,4 mm bestehen, die vom Kocherkörper ausgehen; es kann aber auch die Laugenzirkulationsleitung sein, die an die Durchström-Probenzelle der Analysenvorrichtung angeschlossen ist. Die Ausflußleitung kann, in den Kocher zurückgeführt werden oder in den Abwasserkanal münden.

Die Bestimmung der Äbsorptxonsänderungsrate umfaßt die folgenden Schritte: Beim Einfüllen der Kochlauge in den Kocher wird diese im Hinblick auf ein Bezugsmaterial wie Wasser oder Luft analysiert. Sobald der Kocher aufgeheizt ist, passiert ein kontinuierlicher Strom an Kochlauge die Analysiervorrichtung. Sobald die Äbsorptxonsänderungsrate konstant ist, kann das Verhältnis von Chemikalie zu Holz bestimmt werden. Die Steigung der Absorptions-Zeit-Kurve ist charakteristisch für ein bestimmtes Verhältnis von Chemikalie zu Holz, das dann umgekehrt wiederum zu einer vorbestimmten Aufschlußzeit in Beziehung steht. Mit diesen Erkenntnissen ist es möglich, einen bestimmten Aufschluß nach einem festen Plan mit vorhersagbaren Zellstoffeigenschaften abzubrechen.

Die folgenden Beispiele verdeutlichen die praktische Anwendung der Erfindung. Sämtliche Teile sind als Gewichtsteile aufzufassen. Die Analysen und Verfahren stehen in Übereinstimmung mit den Normen der Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI).

Beispiele 1 bis 3

Ein Labor-Kocher (Autoklav) mit einem Inhalt von 0,18 m mit 32 kg ofengetrockneten Holzschnitzeln von "western hemlock"

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gefüllt. Die Kochlauge auf der Basis von Natrium wurde unter Druck eingegeben und enthielt mindestens 6 g pro 100 ml an freiem S0„ und nicht mehr als 1 g pro 100 ml gebundenes S0„. Der Kocher wurde mit der fünffachen Menge Kochlauge gegenüber Holz beladen. Mit Hilfe einer indirekten Heizung wurde die Maximaltemperatur von 142 C in vier Stunden erreicht. Die Zeit bis zum Erreichen der Maximaltemperatur wurde variiert, um die zuvor festgelegte Zellstoffviskosität zu erzielen, die durch Auflösen einer kleinen Probe' in einer Lösung von Kupferathylendxamin be-

stimmt wurde. Der Druck im Kocher wurde auf 7,7 kg/cm eingestellt. Drei Ansätze wurden durchgezogen, wobei lediglich das Verhältnis von Chemikalie zu Holz und die Zeit bis zum Erreichen der Maximaltemperatur variiert wurde. Die Absorption der Kochlauge wurde mit einem Spektralphotomometer gemäß der oben angeführten Technik gemessen. In den Beispielen 1 bis 3 wurde die Kochzeit variiert, um ein Absorptionsintervall von ca. 0,452 Einheiten zu erzeugen. Die Daten der drei Aufschlußoperationen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Beispiel

Kocherfüllung Holz

Art

Prozent, ofentrocken (OT)

Gewicht, ofentrocken, kg Kochlauge, 1

Base

freies SO₃, g/100 ml

gebundenes SO«, g/100 ml gebundenes S0„ : Holz, kg/100 kg OT Lauge : Holz

Hemlock	dto.	dto.
52,2	dto.	dto.
8,4	dto.	dto.
42,0	dto.	dto.
Natrium	dto.	dto.
7,21	7,19	7,21
0,45	0,64	0,85
2,25	3,20	4,25
5,00	dto.	dto.

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Aufschlußplan	⁰C	fc	°C
bei h:min	54	dto.	dto.
0:30	75	dto.	dto.
1:00	90	dto.	dto.
1:30	102	dto.	dto.
2 :00	113	dto.	dto.
2:30	123	dto.	dto.
3:00	132	dto.	dto.
3:30	142	dto.	dto.
4:00	142	dto.	dto.
erreichete Maximaltemperatur, C	4:00	dto.	dto.
Zeit bis zur Maximaltemperatur	0:03	0:37	1 :28
Zeit bei der Maximaltemperatur	4:03	4:37	5:28
Kochzeit, h:min	7,7	dto.	dto.
2 Maximaldruck, kg/cm
Prüfung der Ablauge (kalte Lauge
nach dem Abblasen)	0,46	0,44	0,45
/ Absorption (450 nm, 1 mm Weglänge)
Zellstoff

46,3	45,9	46	,6
0,5	0,4	0	,3
10,7	11,3	10	.9
20,6	14,4	8	/8

gesiebte Ausbeute in % Abfall in %

Cuene I.V., dl/g

K No., ml (Bestimmung in 40 ml)

/ Bei jedem Beispiel war am Anfang die Absorption Null.

Die Kochzeit für die drei Beispiele, aufgetragen gegen die Absorption (bei 450 nm) und ungefähr bei Maximalteniperatur beginnend, wird in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 2 ist die Absorptionsänderungsrate gegen das Verhältnis aus gebundenem S0„ zu Holz aufgetragen. Die drei in Fig. 2 gezeigten Punkte sind die Steigungen

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/C

der drei Beispiele nach Fig. 1 für jedes Verhältnis von gebundenem SO₂ zu Holz bei den entsprechenden Beispielen.

Die Kurve in Fig. 2 ermöglicht somit die Bestimmung des Verhältnisses von Chemikalie zu Holz für eine bestimmte Absorptionsänderungsrate. Mit der Kenntnis von diesem Verhältnis läßt sich die genau vorbestimmte Dauer der Aufschlußzeit und die Abbruchzeit für eine Aufschlußoperation aus den experimentell ermittelten Daten, wie sie in den Beispielen 1 bis 3 angegeben sind, oder aus den Erfahrungswerten einer Zellulosefabrik ermitteln.

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Claims

R 61· R.J. Conca et al 4-1-1 Patentansprüche

1. Verfahren zur genauen Regelung der Intrinsic-Viskosität von Sulfit-Zellstoff am Ende einer bestimmten Aufschlußoperation, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsänderungsrate, die zur Erzielung einer bestimmten Zellstoff-Viskosität für einen Bereich der anfänglichen Gewichtsverhältnisse von gebundenem S0_ zu Holz erforderlich ist, in der Kochlauge vorbestimmt wird, daß während der Aufschlußoperation das Gewichtsverhältnis von gebundenem S0„ zu Holz durch Messung der Absorptxonsanderungsrate in der gegebenen Kochlauge bestimmt wird und daß die Parameter der Aufschlußoperation entsprechend den vorherbestimmten Absorptionsänderungsraten, die zur Erreichung einer bestimmten Zellulose-Viskosität bei dem genannten Verhältnis von gebundenem S0„ zu Holz erforderlich sind, eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Druck und Temperatur bei einer gegebenen Aufschlußoperation zur Erzielung der bestimmten Zellstoff-Viskosität eingestellt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Aufschlußoperation zur Erzielung einer bestimmten Zellstoff-Viskosität eingestellt wird.

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