DE3990074C2 - Verfahren zur Vorbehandlung von Zelluloserohmaterial - Google Patents
Verfahren zur Vorbehandlung von ZelluloserohmaterialInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von zelluloseartigem bzw. Zellstoffrohmaterial in Schnitzelform durch Imprägnierung. Bei diesem Verfahren wird eine erste Vakuumbehandlung ohne eine vorherige Befeuchtungsbehandlung vorgenommen und sobald wie möglich hernach wird die Vakuumbehandlungspenetration mit einer Lösung von Chemikalien oder mit Wasser bei atmosphärischem oder einem höheren Lösungsdruck vorgenommen. Auf diese Weise können die Faserhohlräume optimal gefüllt werden, was eine gleichförmige und adäquate Diffusion der Lösung in die Faserwandungen beachtlich begünstigt. Das Verfahren kann beispielsweise in einer Vorrichtung durchgeführt werden, die einen Tank (11) für die Behandlung des Rohmaterials und hierin eine Speiseöffnung (18) für die Lösung sowie eine Öffnung (14) für die Entfernung des Rohmaterials aufweist, wobei diese Öffnung (14) vorteilhaft mit dem Aufnahmetank in Verbindung steht, worin der atmosphärische oder ein höherer Druck vorherrscht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von
schnitzelförmigem Zellulosematerial in zwei Stufen, wobei in der
ersten Stufe durch eine Vakuumbehandlung Luft aus dem Rohmateri
al entfernt wird und in der zweiten Stufe das Rohmaterial in
Kontakt mit einer Penetrationsflüssigkeit gebracht wird, wobei
diese Flüssigkeit aus einer Lösung von Chemikalien oder aus
Wasser besteht und die Temperatur dieser Lösung geringer als der
Siedepunkt der Lösung beim verwendeten Vakuum gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumbehandlung ohne eine vor
herige wesentliche Befeuchtung des Rohmaterials durchgeführt
wird und in der zweiten Stufe die Penetrationsflüssigkeit und
das Rohmaterial innerhalb von etwa 5 min, insbesondere 1 min und
am zweckmäßigsten innerhalb von 0,5 min nach der Vakuumbehand
lung atmosphärischem oder höherem Druck ausgesetzt wird.
Bei der Technik der Papierfaserherstellung geht es beim Imprä
gnieren der Holzschnitzel darum, eine gewünschte Menge an Flüs
sigkeit so gleichförmig wie möglich in den Faserwandungen der
Schnitzel oder Späne zu verteilen, um das Lösen der Fasern zu
begünstigen. Die die Imprägnierung begünstigenden Faktoren sind
nicht definiert und sind schwierig zu regeln, was zu einer Über
dosierung hinsichtlich Zeit und Chemikalien führen kann.
Bei einer bekannten Vorrichtung (US-A 3,446,701) wird im Förder
rohr Luft aus den Holzschnitzeln entfernt. Anschließend kommen
die Holzschnitzel in der Aufschlämmkammer für eine unbestimmte
Zeit in Kontakt mit einer sauren Flüssigkeit, wobei der Druck in
Aufschlämmkammer und Förderrohr derselbe ist. Erst wenn die
Holzschnitzel durch das Ventil die Aufschlämmkammer verlassen
haben, gelangen sie unter höheren Druck. Feuchtigkeitsgehalts
angaben der Schnitzel finden sich nicht.
Weiterhin bekannt (US-A 3,215,587) ist ein Verfahren, bei dem
vorgetrocknete Holzschnitzel in einen Vakuumtank gefüllt und
darin unter Kochlauge gesetzt werden. Der Druck im Tank ist sehr
gering, maximal 0,35 bar. Von einer besonderen Druckführung über
den Verfahrensverlauf ist nicht die Rede.
Schließlich bekannt ist noch (US-A 3,347,741) nach Vakuumbehand
lung in einer Leitung den Druck in der Leitung dem Druck im
Digestor anzugleichen, indem Dampf vom oberen Ende des Digestors
in die Leitung eingelassen wird. Eine für die Penetration erfor
derliche Druckdifferenz ist später nicht mehr vorhanden.
Größe und Verlauf der Penetration haben einen ganz wesentlichen
Einfluß auf Beginn und Fortschritt der Diffusion in die Faser
wandung.
Im übrigen wurde die Anwendung eines Vakuums, um Luft zu entfer
nen bereits beschrieben in den finnischen Patenten 11987 und
30091 sowie im schwedischen Patent 135529. Im Stand der Technik,
wie er beispielsweise durch die finnische Patentschrift 30091
beschrieben wird, sind die Veränderungen in der Dichte des Holz
materials in der Regel auf den Bereich von ±5 bis 10% begrenzt.
Bei den bekannten angewendeten Verfahren findet die Imprägnie
rung fast ausschließlich vermittels Diffusion statt. Eine Anwen
dung der Penetration ist nicht möglich, sie wird höchstens par
tiell oder gelegentlich benützt.
Im Verfahren gemäß der Erfindung soll nun eine Vorbehandlung in
zwei Stufen durchgeführt werden.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß ein Verfahren
zur Vorbehandlung von schnitzelförmigem Zelluloserohmaterial in
zwei Stufen durchgeführt wird, wobei in der ersten Stufe durch
eine Vakuumbehandlung Luft aus dem Rohmaterial entfernt wird und
in der zweiten Stufe das Rohmaterial in Kontakt mit einer Pene
trationsflüssigkeit gebracht wird, wobei diese Flüssigkeit aus
einer Lösung von Chemikalien oder aus Wasser besteht und die
Temperatur dieser Lösung geringer als der Siedepunkt der Lösung
beim verwendeten Vakuum gehalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vakuumbehandlung ohne eine vorherige wesentliche
Befeuchtung des Rohmaterials durchgeführt wird und in der zwei
ten Stufe die Penetrationsflüssigkeit und das Rohmaterial in
nerhalb von etwa 5 min, insbesondere 1 min und am zweckmäßigsten
innerhalb von 0,5 min nach der Vakuumbehandlung atmosphärischem
oder höherem Druck ausgesetzt wird.
Vorzugsweise kann allerdings die Zufuhr von Penetrationsflüssig
keit zum Rohmaterial bereits beginnen, wenn das Vakuum noch
wirksam ist, wobei bei Beendigung der Zufuhr der Flüssigkeit
dieser ein Druckstoß erteilt wird.
Zweckmäßig liegt das verwendete Vakuum bei 0,1 bis 0,5 Bar,
insbesondere bei 0,2 bis 0,4 bar; die Temperatur der Penetra
tionsflüssigkeit bei 35 bis 85°C, vorteilhaft bei 45 bis 75°C.
Die Konzentration der Chemikalien in der Penetrationslösung
wird vorzugsweise gemäß der Feuchtigkeit oder gemäß der
Feuchtigkeit und der Dichte des Rohmaterials oder
entsprechend der zu penetrierenden Menge an Lösung gesteuert.
Nach einer Ausführungsform wird die Penetrationslösung
zwischen dem Rohmaterial im gleichen Gefäß durchpassiert, in
dem die Vakuumbehandlung ausgeführt wurde, wonach das
Rohmaterial in einem Aufnehmertank höheren Drucks überführt
wird, wo die Penetration abgeschlossen wird.
Nach der Penetration ist es vorteilhaft, den Anteil des in
die Lösung nicht abgesunkenen Rohmaterials vom Rest des
Rohmaterials zu trennen.
Die Vorrichtung bzw. die Anlage nach der Erfindung ist
versehen mit einem üblichen Gefäß zur Vakuumbehandlung und
zur Penetration, oder gesonderte Gefäße sind hierfür
vorgesehen.
Ein übliches Verarbeitungsgefäß kann beispielsweise ein
Rotor sein, der in einem Gehäuse umläuft und an wenigstens
einem Ende offen ist. Die notwendigen Verbindungsleitungen
sind auf dem Umfang des Rotorgehäuses angeschlossen.
Werden gesonderte Gehäuse zur Vakuumbehandlung und zur
Penetration verwendet, so ist es zwischen diesen möglich,
eine Überführungsleitung zu verwenden, deren Ende eine
barometrische Sperre zwischen den Gefäßen bildet. In diesem
Fall ist die Überführungsleitung vorzugsweise durch eine
perforierte Penetrationsleitung verlängert. Das
abschließende Ende der Überführungsleitung ist zweckmäßig
mit Vorrichtungen zur Entfernung von Verunreinigungen
versehen. Andererseits ist es am abschließenden Ende der
Perforationsleitung zweckmäßig möglich, eine Vorrichtung
zur Entfernung nicht penetrierten Rohmaterials vorzusehen.
Die Penetrationsflüssigkeit kann in die Überführungsleitung,
insbesondere in ihr Anfangsende, eingespeist werden.
Das Rohmaterial kann auch in den Vakuumbehandlungstank durch
eine Aufgabeüberführungsleitung gegeben werden, die durch
den Penetrationstank verläuft, so daß das Anfangsende der
Aufgabeüberführungsleitung eine barometrische Sperre
zwischen dem Penetrationstank und dem Vakuumbehandlungstank
bildet. In diesem Fall muß das Rohmaterial natürlich
diese Sperre passieren, so daß es im wesentlichen nicht
angefeuchtet wird.
Die Schnitzel werden gemäß der Erfindung praktisch ohne
wesentliche Befeuchtung vorbehandelt. Die Wandungen der an
den abgeschnittenen Enden der Chips abgeschnittenen Fasern,
insbesondere die ihrer Teile, die Hemizellulose enthalten,
absorbieren Wasser sehr schnell und, sind sie angeschwollen,
so verengen oder schließen sich die offenen Zellhohlräume.
Aus diesem Grund sollten in Verbindung mit der
Penetration vakuumbehandelte Chips vorzugsweise auch so
schnell wie möglich mit einer Lösung umgeben werden. Wenn
die Chips jedoch in Kontakt mit dem Wasser vor der
Vorbehandlung gemäß der Erfindung enden, so sollte diese
Kontaktzeit abhängig von den Umständen maximal etwa 1
Minute, vorzugsweise jedoch maximal etwa 20 bis 30 oder 5
bis 15 Sekunden betragen.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird die beste
Penetration nicht mittels maximalen Vakuums erreicht,
sondern durch Anwendung einer Temperatur der
Penetrationsflüssigkeit, die abhängig
von der Holzsorte 35 bis 85°C beträgt. Die Größe des
Vakuumdrucks wird so bestimmt, daß die Verdampfung der
Flüssigkeit noch vermieden wird. Das notwendige Vakuum
läßt sich mittels normaler Anlagen erzeugen, wie sie in der
Industrie verwendet werden .
Bei Weichholz beispielsweise beträgt das Vakuum vorzugsweise
0,2 bis 0,3 bar, die Temperatur der wäßrigen Lösung 55 bis 70°C.
Wenn der Wassergehalt der Schnitzel verändert wird, wird der
Anteil der Lösung, der penetriert wird, in dem gleichen
Anteil verändert, die Gesamtmenge an penetrierter Lösung und
Wasser, die in den Chips enthalten ist, verbleiben jedoch
auf dem gleichen Niveau, d. h. dieses Penetrationsverfahren
ermöglicht eine gleiche Füllung des Zellsystems unabhängig
vom Feuchtigkeitgehalt der Schnitzel. Größe und
Gleichförmigkeit der Penetration sind im Verfahren gut
reproduzierbar.
Variiert die Dichte des Holzes, so wird die veränderte
Feststoffmenge in Form einer entsprechenden Veränderung in
der Penetrationslösung gemessen.
Die Natur und der pH-Wert der Lösung aus Chemikalien haben
keinen beachtlichen Einfluß auf die Penetration.
Die Konzentration der Lösung aus Chemikalien hat einen
geringeren Effekt, was unter den betrachteten Bedingungen
unbeachtlich ist.
Gewünschtenfalls sind auch hohe Konzentrationen von
Chemikalien möglich, weil es möglich wird, Temperaturen zur
Anwendung zu bringen, in denen die Löslichkeiten der
Chemikalien gut sind.
Im Folgenden wird das Verfahren gemäß der Erfindung sowie
die Vorrichtungen zu ihrer Durchführung genauer mit Bezug
auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Hierin zeigen:
Fig. 1 den Einfluß der Behandlung mit einer
Chemikalienlösung oder mit Wasser, die der
Vakuumbehandlung vorhergeht auf die Schnitzelmenge, die
in die Lösung absinken;
Fig. 2 die Abhängigkeit der Penetration von der
Temperatur der Lösung oder dem Wasser;
Fig. 3 die Einflüsse von Feuchtigkeit und Dichte der
Schnitzel auf die Menge an Lösung, die penetriert wird
sowie auf das Penetrationsniveau;
Fig. 4 eine Vakuumpenetrationslösung gemäß einer
vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Vakuumpenetrationslösung gemäß einer anderen
vorzugsweisen Ausführungsform;
Fig. 6 eine Vakuumpenetrationslösung gemäß einer
vorzugsweisen Ausführungsform und
die Fig. 7 und 8 Schritte, wie eine kontinuierliche
Vakuumpenetrationsvorrichtung betätigt wird.
Bei den durchgeführten Versuchen wurden fabrikgefertigte
Schnitzel oder Späne (Chips) verwendet.
Zur Bestimmung der Gleichförmigkeit der Penetration und des
Niveaus der Penetration, wurde beobachtet, daß der Anteil
der Chips, die in die Lösung oder das Wasser absinken, ein
ausreichend genaues Verfahren war.
Fig. 1 illustriert den negativen Effekt einer
Kochflüssigkeitsbehandlung, die der Vakuumbehandlung
vorhergeht, auf die Penetrierbarkeit der Kochflüssigkeit.
Die vertikale Achse gibt den Anteil der Schnitzel an, die in
die Flüssigkeit absinken, und zwar als Prozentsatz der
Gesamtmenge an zu behandelnden Schnitzeln, die horizontale
Achse gibt die Dauer des Einflusses der Flüssigkeit in
Minuten an. In dem Versuch wurden Nadelholz, insbesondere
Kiefer- oder Fichtenholzschnitzel verwendet,
deren Feuchtigkeitsgehalt 21% betrug. Die Temperatur der
Behandlungslösung lag bei 65°C, die Konzentration bei 5%.
Die gestrichelte Linie 1 zeigt den Anteil der sinkenden
Schnitzel während der Vakuumpenetration, wenn die Schnitzel
mit NSSC-Lösung behandelt wurden. Die durchgezogene Linie 2
gibt den Anteil der absinkenden Chips an, wenn die Chips mit
NaHSO3 Lösung behandelt wurden. Man sieht, daß eine
Behandlung mit NSSC-Lösung über 1 Minute bereits die Menge
des absinkenden Anteils um 24% vermindert, eine Behandlung
über 3 Minuten um 45%. Die entsprechenden Verminderungen im
Falle einer Behandlung mit NaHSO3 Lösung betrugen etwa
30% und etwa 70%. Im Versuch wurde ein Verfahren
verwendet, bei dem die Penetration mit einer Kochflüssigkeit
durchgeführt wurde, die dem atmosphärischen Druck ausgesetzt
wurde und wobei das Füllen der Lösung in Gang gesetzt wurde,
während der Vakuumdruck der vorherrschte, noch wirksam war.
Eine Erläuterung des Phänomens der Fig. 1 ist die, daß eine
wässrige Lösung einen beachtlich raschen Effekt auf die
Wandungen und Oberflächeneigenschaften von
Kapillarzellhohlräumen hat, wodurch an den geschnittenen
Flächen der Schnitzel die Zellsysteme und insbesondere die
Kapillaren im Sommerholz sich relativ
schnell zusammenziehen. Auf diese Weise wird der Anteil der
Lösung, der penetriert wird, d. h. der Anteil der Schnitzel,
die in die Lösung sinken, schnell vermindert, während die
Einweichzeit zunimmt.
Fig. 2 zeigt den Einfluß der Temperatur der Lösung auf die
Penetration bei unterschiedlichen Behandlungszeiten. Die
linke vertikale Achse stellt die Menge an Schnitzeln dar,
die in die Lösung absinken, als prozentualen Anteil der
Gesamtmenge der behandelten Schnitzel; die horizontale Achse
gibt die Temperatur der Lösung in °C und die rechte
vertikale Achse die Dauer der Behandlung in Minuten an. Im
Test hatte das Rohmaterial, das aus Nadelholzschnitzeln,
insbesondere Kiefer- oder Fichtenschnitzeln, bestand, einen
Feuchtigkeitsgehalt von 20%, die Schnitzel wurden mit einer
5%igen NaHSO3 Lösung behandelt. Man sieht, daß dann, wenn
die Temperatur der Lösung von 20°C auf 50°C steigt, der
Anteil der Schnitzel, die in die Lösung absinken
(Linie 3) auch beachtlich zunimmt. In ähnlicher
Weise sieht man, daß ein weiteres Ansteigen der Temperatur
keinen größeren Einfluß auf das Ergebnis hat. Gleichzeitig
wurde mit der Erhöhung der Temperatur der Lösung die
Behandlungszeit (gerade Linie 4) in den Versuchen verkürzt,
obwohl der Anteil der absinkenden Schnitzel unverändert
blieb und sich sogar etwas erhöhte. Es ergibt sich
zweifelsfrei aus den Ergebnissen, daß die untere Grenze der
wirtschaftlichen Arbeitstemperatur der Lösung etwas um 35
bis 40°C beträgt, während entsprechend den Versuchen es
nicht so günstig ist, das Material auf sehr hohe
Temperaturen zu erhöhen, weil die Penetration nicht
wesentlich verbessert wird. Durch das Erwärmen ist es jedoch
möglich, die Penetration entscheidend zu intensivieren.
Aus Fig. 3 ergibt sich, wie der Wassergehalt der Schnitzel
den Anteil der Lösung, der penetriert wird, beeinflußt. Die
horizontale Achse stellt den Wassergehalt der Schnitzel dar;
die vertikale Achse stellt die Größe der penetrierten Lösung
und die Menge an Schnitzel dar, die in die Lösung absinken,
sämtlich als prozentualer Anteil des Trockenmaterials der
Schnitzel. In der Reihe von Versuchen lag die Konzentration
der Lösung der Chemikalien bei 5% und die Temperatur bei
65°C. Die Linien 1 und 3 illustrieren die
Penetrationen von Nadelholzschnitzeln
- 1. mit Sulphatlösung,
- 2. mit NSSC Lösung und
- 3. mit NaHSO3 Lösung;
Die strichpunktierte Linie 4 gibt Birkenschnitzel, die mit
NSSC Lösung behandelt wurden, wieder. Aus den
Linien 1 bis 3 ergibt sich, daß im
wesentlichen voneinander sich unterscheidende Lösungen in
etwa der gleichen Weise unabhängig von dem
Feuchtigkeitsgehalt der Schnitzel penetriert werden.
Mit der gleichen Schnitzelsorte wird die Penetration einer
Lösung von Chemikalien in fast linearer Weise durch die Menge
an in den Schnitzeln enthaltenem Wasser bestimmt. Am
besten zeigt dies eine Prüfung an verschiedenen Testpunkten
der gemeinsamen Effekte der Veränderungen im als
Feuchtigkeit in den Schnitzeln enthaltenen Wasser und in der
Menge an Wasser, die in der Lösung enthalten ist, welche in
die Schnitzel eindrang. Bei Nadelholzschnitzeln
lag die gesamte Wassermenge innerhalb eines Bereiches von
164 bis 177% und bei Birkenschnitzeln innerhalb eines
Bereichs von 143 bis 145% jeweils. Die Streuung gegenüber
dem Mittelwert lag bei Nadelholzschnitzeln bei ±4%, bei
Birkenschnitzeln bei ±1%.
Der Anteil der absinkenden Schnitzel, der mittels einer
Verfolgung des Penetrationsniveaus bestimmt wurde, lag bei
Fichtenschnitzeln bei 88 bis 89% und bei
Birkenschnitzeln bei 100% unabhängig von der Feuchtigkeit
der Schnitzel (Linien 5 und 6).
Die klare Differenz im Penetrationsniveau zwischen Fichten-
und Birkenschnitzeln - wie in Fig. 3 zu sehen - ist
hauptsächlich auf die unterschiedlichen Dichten der
Schnitzel zurückzuführen; die Dichte von Fichte liegt im
Mittel bei 0,4, die von Birke bei 0,5. Hier wird unter
Dichte die Nenndichte der Holzsorte als voll
trocken verstanden.
Da im Falle der unterschiedlichen Holzsorten, die gewöhnlich
für die Faserproduktion verwendet werden, die eigentliche
Dichte des Holzmaterials die gleiche ist, 1,32 bis 1,35,
bedeutet die höhere Dichte von Birke, die im Mittel um ein
Viertel höher als die Dichte von Fichte liegt, daß ein
entsprechend geringerer Raum von Faserhohlräumen gegeben
ist, der sich auch in der entsprechenden Veränderung in den
penetrierten Mengen von NSSC-Lösung, wie Fig. 3 zeigt,
manifestiert.
In einem an Fichtenschnitzeln durchgeführten
Vergleichsversuch und mit der in Fig. 3 verwendeten
NSSC-Lösungsqualität wurde die Imprägnierung mittels
Bedampfung studiert. Nach einer Bedampfungszeit von 5
Minuten waren etwa vier Fünftel der Menge an Lösung, die
unter Vakuum in fünf Minuten penetriert wurden, am besten in
den trockenen Schnitzeln absorbiert, anfänglich schnell und
insgesamt in zwei Stunden. Das Penetrationsniveau war
gering, insbesondere in Trockenschnitzeln nach der
Bedampfung; nur eine kleine Fraktion der Menge, die in die
Lösung bei Vakuumpenetration absank, sank jetzt in die
Lösung ab. Die Lösung von Chemikalien war offensichtlich in
den Oberflächenteilen der Schnitzel konzentriert, die mit
dem aus dem Wasserdampf kondensierten Wasser verdünnt waren.
Andererseits wurden mit der gleichen Holzsorte jegliche
Veränderungen in der Menge an Holzmaterial in den
Zellwandungen und gleichzeitig Veränderungen in der Dichte
gemessen als Veränderungen in der Menge an penetrierter
Lösung wie oben bei variierendem Wassergehalt der Schnitzel.
Insgesamt, verglichen mit Veränderungen in den
Wassergehalten, sind die Veränderungen in der Dichte so
gering, daß für praktische Zwecke es fast ausreicht, wenn
der gemeinsame Einfluß des Wassergehalts und der Dichte der
Schnitzel berücksichtigt wird.
Ein charakteristisches Merkmal von Koniferenholz ist die
Abhängigkeit der Dichte von den Unterschieden zwischen
Frühlingsholz und Sommerholz. Die Wandungen der
Sommerholzfasern sind beachtlich dicker und die Durchmesser
der Zellhohlraumkapillaren sind nur gleich einem Bruchteil
der entsprechenden Abmessungen der Frühlingsholzfasern. Es
ist zu beachten, daß die Kapillarwirkung einen beachtlichen
Anteil in der Penetration hat. Da die Hubkraft der Lösung in
einer Kapillare umgekehrt proportional der zweiten Potenz
des Radius der Kapillare ist, beginnt die Kapillarenfüllung
des Faserzellsystems am stärksten und schnellsten in dem
Teil des Sommerholzes, vorausgesetzt, daß eine ausreichende
Menge Lösung in den Faserhohlräumen zur Verfügung steht. Es
zeigt sich, daß der gebildete Lösungsdruck die verbleibende
Luft entfernt und daß die Sommerholzfasern als erste gefüllt
werden. Dies ist beachtlich in dem Hinblick auf die
Initiierung der Diffusion und des Ausgleichs der Chemikalien
in dickwandigen Fasern im Sommerholz. Diese Annahme wird
gestützt beispielsweise durch den die Penetration
begünstigenden Effekt eines Vakuums, das während des Füllens
der Lösung aufrecht erhalten wird, was aus den Tests
hervorgeht.
Birke hat keine entsprechenden Unterschiede in der Struktur
der Zellsysteme von Sommerholz und Frühlingsholz. In den
Tests kam dies klar als ein besseres Niveau und eine bessere
Penetrationsgeschwindigkeit von Birke verglichen mit
Fichtenschnitzeln heraus.
Gelegentliche Strukturdifferenzen im Holz wie Knoten und
Einschlüsse, hervorgerufen durch Harz, haben quantitativ
keine größere Bedeutung. Die nicht penetrierten Teile in den
Zellsystemen sind in gewisser Weise ähnlich dem
Zellwandmaterial berücksichtigt, d. h. sie haben den gleichen
Effekt wie es eine zunehmende Dichte hat.
Die schematisch in Fig. 4 gezeigte
Vakuumpenetrationsvorrichtung 10 besteht aus einem
Penetrationstank 11, in dem die Schnitzel durch die
Zuführöffnung 12 eingeführt werden, an der entweder ein
Ventil 13, das für die Zuführung der Chips verwendet wird,
sitzt, oder es kann eine Speisekammer oder ein
Hochdruckfeeder angeschlossen sein. Am unteren Ende des
Tanks 11 befindet sich eine Auslaßöffnung 14 für das
Material und hierin ein Ventil 15. Der Vakuumdruck wird im
Tank 11 vermittels einer Verbindungsleitung 16 erzeugt, die
vermittels eines Ventils 17 entweder direkt mit einer
Vakuumpumpe oder einem zwischengeschalteten Vakuumtank
verbunden ist, der vorgesehen ist, um die Entfernung von
Luft zu beschleunigen. Der Tank ist weiterhin mit einer
Verbindungsleitung 18 versehen, durch welche die
Penetrationslösung in den Tank 11 vermittels eines Ventils
19, beispielsweise von einem Drucksammler, gegeben werden
kann.
Die Ausrüstung gemäß Fig. 4 wird verwendet, so daß der Tank
11 durch die Speiseöffnung 12 gefüllt wird, woraufhin das
Ventil 13 geschlossen wird und das Ventil 17 geöffnet wird
und Luft aus den im Tank 11 vorhandenen Schnitzeln gesaugt
wird. Der Vakuumdruck darf auf einen Wert absinken, bei dem
die in die nächste Stufe zu gebende Penetrationslösung noch
nicht mit dem Verdampfen beginnt. Beim Füllen stellt sich
der Vakuumdruck abhängig von der Holzsorte und von der
Anordnung der Ausrüstung in 0,5 bis 5 Minuten ein, woraufhin
das Ventil 17 geschlossen wird und das Ventil 19 geöffnet
wird, wobei das letztgenannte Ventil die Penetrationslösung
in den Tank so schnell wie möglich einläßt. Es ist auch
möglich, das Ventil 17 offen zu lassen und es dem
Vakuumdruck zu ermöglichen in einer Weise zu wirken, wodurch
die Penetration während des Füllens der Lösung intensiviert
wird. In Tests wurde festgestellt, daß solch eine Füllung
schnell und gleichförmig in wenigen Minuten penetriert wird.
Ist eine gesteigerte Kapazität der Vorrichtung oder Anlage
gewünscht, dann ist es möglich, die Füllung mittels eines
Überdrucks in einen unter Druck stehenden Aufnehmertank
auszutragen, in dem die Penetration vervollständigt wird und
die Diffusion von Chemikalien durch Erhöhen der Temperatur
gestartet werden kann.
Die schematisch in Fig. 5 gezeigte Anlage 20 ist zur
Penetration von beispielsweise Birkenschnitzeln und von
anderen Hartholzschnitzeln der entsprechenden Zellsysteme
bestimmt, die als kontinuierliche Strömungsbehandlung
stattfindet. Der Penetrationsteil besteht aus einer
bogenförmigen Überführungsleitung 21, die in den oberen Teil
als eine Vakuumkammer 22 reicht. Die unteren Enden der
Überführungsleitung, die als barometrische Vakuumsperren
dienen, sind im Tank 23 für die Kochflüssigkeit angeordnet.
Das Niveau der Flüssigkeit wird konstant gehalten und,
aufgrund des in der Vakuumkammer 22 erzeugten Vakuumdrucks
steigt die Kochflüssigkeit in den Enden der
Überführungskammer 21, die im Einweichbecken 23 vorhanden
ist, auf die Höhe h entsprechend dem Vakuumdruck und bildet
Vakuumsperren. Die Schnitzel werden mittels eines
Schneckenförderers 24, an dem das umgebende Rohr 25
perforiert ist, gefördert, damit die die Schnitzel umgebende
Luft in die Lage versetzt wird, zu entweichen, bevor die
Schnitzel auf den Endlosförderer in der Überführungsleitung
21 übergeben werden. Vom ansteigenden Teil des Förderers 21
werden die Schnitzel auf den Schneckenförderer 26 in der
Vakuumkammer 22 ausgetragen. Durch Einstellen der
Überführungsgeschwindigkeit des Förderers 26 kann den
Schnitzeln die gewünschte Verweilzeit in der Kammer 22
verliehen werden, von der der Endlosförderer 21 wieder die
Schnitzel nach unten in das Kochflüssigkeitsbecken 23
überführt. An der Umlenkung des Förderers 21 ist es
vorteilhaft, eine Trennung von Sand entsprechend den
Verunreinigungen von den Schnitzeln vorzunehmen. An der
Umlenkstelle 28 wird der Anteil der Schnitzel, der in die
Lösung sinkt, aus der Transportleitung 21 auf den Boden des
Beckens 23 ausgetragen, so daß ein Ausschieben zum nächsten
Verfahren möglich wird. Der Teil, der in die Lösung nicht
absinkt, der hauptsächlich aus mit Borken bedeckten, knotigen,
schlecht penetrierten Schnitzeln besteht, wird von der
Oberfläche des Beckens 23 entfernt. Indem man den
Schnitzelteil weiter aufbricht, läßt sich brauchbares
Rohmaterial hiervon gewinnen. Was Aufbau und Wirkungsweise
betrifft, so ist die vorbeschriebene Ausrüstung einfacher
als die Lösung der Fig. 4 mit ihren zahlreichen Ventilen.
Darüber hinaus sind die Produktionskosten des Vakuums in
diesem Fall geringer, weil der größte Teil der mit den
Schnitzeln mitgerissenen Luft bereits im Schneckenförderer
24 abgetrennt ist und in das Vakuumsystem nicht eintritt.
Tatsächlich ist der einzige Nachteil der Ausrüstung gemäß
dieser Ausführungsform der Erfindung in der Tatsache zu
sehen, daß die Schnitzel bereits in Kontakt mit der
Kochflüssigkeit vor der Vakuumbehandlung im
Schneckenförderer 24 und dem unteren Ende der
Transportleitung 21 sind. Es wurde jedoch beobachtet,
daß, bei korrekter Dimensionierung die Fördererteile
innerhalb der Flüssigkeit so kurz sind, daß die Verweilzeit
der Schnitzel in der Lösung auf einem Niveau von 5 bis 15
Sekunden verbleibt. Eine große Bedeutung bei der Behandlung
von Schnitzeln aus leicht penetrierbarem Holz stellt sich
noch nicht ein. Das Naßmachen der Schnitzel wird weiter
durch die Luft reduziert, die die Schnitzelpartikel umgibt
und die im Förderer 24 sowie durch das Vakuum ausgetragen
wird, was schnell zunehmend vom unteren Ende der Transportleitung
21 aus beginnt.
Nach der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform wurde der
Nachteil des mit Bezug auf die Fig. 5 gezeigten Prinzips
eliminiert. Die Schnitzel werden abwechselnd von zwei
Zwischentanks 41 entnommen, die einem Vakuumdruck ausgesetzt
werden können, gelangen in eine Vakuumkammer 42, aus der ein
Spiralförderer 43 die unter Vakuumdruck stehenden Schnitzel
in einen Förderer 45 gibt, der gleichzeitig als
barometrische Vakuumsperre zwischen Vakuumkammer und
Schnitzelaufnehmertank 46 wirkt. Die Konstruktion des
Förderers 45 ist derart, daß er die Schnitzel schnell aus
dem Vakuum in den unter Druck stehenden Beckenraum zieht.
Sand, der schwerer als die Schnitzel ist und andere
Verunreinigungen werden an der Stelle 47 abgetrennt. Mittels
einer Spiralförderers 48, der bei einer einstellbaren
Geschwindigkeit arbeitet, wird die Verweilzeit der Schnitzel
so gesteuert, daß die Penetration vervollständigt wird. Am
Punkt 49 läßt sich der Teil der Schnitzel, der in die Lösung
nicht absinkt, beispielsweise durch Quetschen oder Mahlen
abtrennen. Die penetrierten Chips werden in den Prozeß
vermittels des Förderers 50 transportiert. Im
Aufnehmerbecken 46 wird das Oberflächenniveau der Lösung
unverändert gehalten. Wenn eine gewisse Dosierung von
Chemikalien in die Chips penetriert ist, wird die Lösung an
dem Oberflächenniveau, das durch den Vakuumeinfluß gebildet
wird und an der barometrischen Sperre zum Punkt 51 geführt,
d. h. die Differenz in der Höhe h zwischen den
Lösungsoberflächen entspricht dem Vakuumdruck in der
Vakuumkammer 43. Beim Schleusen 52 der Schnitzel ist es
möglich, Ventile oder Scheibenventile zu verwenden,
Schleusenfeeder oder Hahnschnecken, die für die Behandlung
von Schnitzeln geeignet sind und zum Anlegen von Vakuum 53
können übliche Sperreinrichtungen verwendet werden.
Es läßt sich vorstellen, daß die Vorrichtungskomponenten 41, 52 und 53 nach Fig. 6 ersetzt werden beispielsweise zur Penetration von Birkenschnitzeln durch eine Hahnschneckenpresse, die die Schnitzel in die Vakuumkammer 42 fördert. Die vorbeschriebenen Vorrichtungen sind geeignet für die kontinuierliche Penetration von Schnitzeln, insbesondere wenn eine gewisse gleichförmige Dosierung von Chemikalien angestrebt wird. Was die Penetration mit Wasser betrifft, so wird der variierenden Anforderung nach Wasser durch Regelung des Wasserniveaus im Aufnehmertank begegnet.
Die Fig. 7 und 8 sind schematische Darstellungen von zwei Arbeitsstellungen einer Vakuumpenetrationsvorrichtung, deren Arbeitsprinzip das gleiche wie bei der Vorrichtung nach Fig. 4 ist, bei der jedoch der Schnitzelbehandlungsraum ein umlaufender Rotor ist.
Es läßt sich vorstellen, daß die Vorrichtungskomponenten 41, 52 und 53 nach Fig. 6 ersetzt werden beispielsweise zur Penetration von Birkenschnitzeln durch eine Hahnschneckenpresse, die die Schnitzel in die Vakuumkammer 42 fördert. Die vorbeschriebenen Vorrichtungen sind geeignet für die kontinuierliche Penetration von Schnitzeln, insbesondere wenn eine gewisse gleichförmige Dosierung von Chemikalien angestrebt wird. Was die Penetration mit Wasser betrifft, so wird der variierenden Anforderung nach Wasser durch Regelung des Wasserniveaus im Aufnehmertank begegnet.
Die Fig. 7 und 8 sind schematische Darstellungen von zwei Arbeitsstellungen einer Vakuumpenetrationsvorrichtung, deren Arbeitsprinzip das gleiche wie bei der Vorrichtung nach Fig. 4 ist, bei der jedoch der Schnitzelbehandlungsraum ein umlaufender Rotor ist.
Fig. 7 zeigt die Startposition, in der jede Transferlösung,
die im Rotor nach dem vorhergehenden Prozeßeinsatz
verbleibt, durch die Leitung 61 entfernt wird und in der die
Schnitzel durch die Füllöffnung 62 eingefüllt werden, während
die am anderen Ende des Rotors angeordnete Lochplatte sich
in der Stellung S befindet. Nach Fig. 8 wirkt in der
Position S der Siebplatte des Rotors auf die Schnitzel
zunächst das Vakuum durch die Leitung 63. Die
Penetrationslösung oder das Wasser wird durch die Leitung 64
eingeführt und nach dem Füllen entweder sofort oder nach
einer gewissen Inkubationszeit werden die behandelten
Schnitzel vermittels einer Lösung überführt, die vom
Aufnehmertank durch die Leitung 65, durch die Leitung 66 in
den Aufnehmertank geht. Im Aufnehmerbecken ist zu
bevorzugen, daß, obwohl nicht notwendig, ein
Flüssigkeitsdruck von einigen bar aufrechterhalten wird.
Statt des Aufnehmertanks kann die Weiterbehandlung der
Schnitzel durchgeführt werden durch die barometrische
Vakuumsperre der Ausführungsform der Vorrichtungen gemäß den
Fig. 5 und 6. Was die Penetration mit Wasser betrifft, so
ist die Leitung 64 nicht notwendig.
Die Anordnung der oben beschriebenen Vorrichtung oder Anlage
ist geeignet beispielsweise für die Behandlung von
Schnitzeln zur Herstellung von Refinermechanischenfasern
oder Refinerholzfasern mit Wasser, denen dieses Wasser
gegebenenfalls vorzugsweise zugegeben wird, um die
Chemikalien zu lösen, die die Regelung des pH-Wertes, der
Faserausbeute oder der Farbe verbessern.
Bei diesen mit einem Rotor versehenen Vorrichtungen muß der
Penetrationsraum relativ klein aus Konstruktionsgründen
gehalten werden. Andererseits sind Vorteile, die erhalten
werden, in der kurzen und raschen Vakuumbehandlung oder den
Lösungs-Füllzeiten und daher in der guten
Handhabungskapazität zu sehen. Schnelle und intensive
Druckveränderungen bei Entfernung der Luft und bei der
Penetration der Lösung an ihren Ort begünstigen ein öffnen
der Ringporen zwischen den Fasern, wodurch das Niveau und
die Geschwindigkeit der Penetration verbessert werden.
Falls notwendig, gibt das Verfahren nach der Erfindung die
Möglichkeit, die Dosierung der Chemikalien in den
Schnitzeln, bestimmt in bezug auf das Trockenmaterial, und
auf das gewünschte Niveau einzustellen, indem die
Konzentration der Chemikalien in der zu penetrierenden
Lösung eingestellt wird. Im Folgenden werden einige
Beispiele für Meßvorrichtungen und Hilfsvorrichtungen, die
in diesem Zusammenhang notwendig sind, gegeben, die geeignet
sind zur Verwendung in Verbindung mit sämtlichen der oben
beschriebenen Ausführungsformen der Anlage für
Vakuumpenetration, wobei der Zweck dieser Beispiele darin
besteht, die bei diesen Ausführungsformen notwendigen
Erfordernisse zu erläutern.
Zur Messung von Wassergehalt und Dichte der Schnitzel sowie
für die Überführung und Umwandlung der Meßergebnisse auf die
Regelung der chemischen Konzentration der zu penetrierenden
Lösung sind in der Regel für diesen Zweck verwendete
Vorrichtungen geeignet.
Die Speicherzirkulationszeit der Schnitzel beträgt
normalerweise einige Wochen. Hierbei werden extreme
Bedingungen des Wassergehaltes ausgeglichen und die
Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt in den zu verwendenden
Schnitzeln stellen sich als wellenartige Veränderungen dar.
Da die Dichte des Holzmaterials in den Faserwandungen mit
sämtlichen der in Frage kommenden Holzsorten praktisch die
gleiche, nämlich 1,32 bis 1,35 ist, ist es mit der gleichen
Vereinfachung möglich, von der Annahme auszugehen, daß ein
Strom oder ein diskontinuierlicher Einsatz von Chips, der
die gleiche Holzsorte darstellt und von der gleichen Dichte
ist und der mit standardisiertem Volumen behandelt wurde,
immer die gleiche Gewichtsmenge an Trockenmaterial Holz pro
Einheitsvolumen enthält. Hierbei kann man annehmen, daß das
Gesamtvolumen der Zellhohlräume und Poren auf dem gleichen
Niveau verbleibt. Hieraus folgt, daß diese Gewichtsdifferenz
zwischen dem Gewicht der Schnitzel, die in jedem besonderen
Fall gemessen wird und dem Gewicht des Trockenmaterials der
Schnitzel als invariabel angesehen werden kann, wobei das
letztgenannte Gewicht auch die Veränderungen in der Dichte
des Holzmaterials umfaßt und eingesetzt werden kann als
gemeinsame Menge von in den Schnitzeln enthaltenem Wasser
und der gegenüber dem Mittel sich unterscheidenden Dichte,
wobei dieser gemeinsame Wert, wenn er vom Gesamtvolumen der
Zellhohlräume abgezogen wird, das von Wasser freie und von
Änderungen in der Holzdichte freie Hohlraumvolumen gibt,
d. h. das Lösungsvolumen, in dem die gewünschte chemische
Dosierung im gelösten Zustand vorhanden sein muß.
Unter den oben genannten Voraussetzungen wird die
Konzentration der Chemikalien lk (%) in der zu
penetrierenden Lösung bestimmt auf der Basis der gewünschten
chemischen Dosierung b (% Trockenmaterial) und dem
gemeinsamen Effekt a (% Trockenmaterial) des Wassergehalts
sowie der Dichte der Schnitzel aus der Formel
lk = 100 . b/n - a, wobei der Wert des Faktors n ein Faktor
ist, der aus der Dichte des betrachteten Holzmaterials
abgeleitet ist.
Auf Erfahrungswerten beruhend kann der Faktor n eine
vorrichtungsspezifische Korrektur oder eine Korrektur
umfassen, die aus einem gewünschten Sicherheitsfaktor oder
ähnlichem Faktor abgeleitet wird.
Beispielsweise ist für Koniferenholz bei einer Dichte von
0,4 der Wert des Faktors n ohne Korrekturen 176 und bei
Birke bei einer Dichte von 0,6 entsprechend 93. In der
Formel ist es wesentlich, daß die Menge oder die Fülldichte
der Schnitzel keinen Effekt auf das Ergebnis hat.
Für eine konstante Überwachung des Wassergehaltes und des
Gewichts der Schnitzel beispielsweise ist eine
Meßvorrichtung geeignet, bei der der Wassergehalt bestimmt
wird vermittels Neutronenstrahlung und das Gewicht mittels
Gammastrahlen. Wenn eine konstante Überwachung der
Veränderungen in der Dichte der Chips notwendig ist, muß im
Meßbereich des Bandförderers der Schnitzelfluß von
invariablem Volumen sein oder die Messungen müssen in einem
Meßraum durchgeführt werden, wobei in diesem Fall die
Fülldichte der Schnitzel schneller invariabel gemacht werden
kann. Veränderungen in der Dichte der Schnitzel sind
normalerweise von der Größenordnung von einigen Prozent, so
daß in den meisten Fällen es ausreicht, Korrekturen an der
Dichte erst vorzunehmen, nachdem eine gewisse zeitliche
Grenze überschritten ist oder dann, wenn die Holzsorten oder
die Qualität sich beachtlich verändert hat. Bei den
Ausführungsformen der beschriebenen Anlagen oder
Vorrichtungen ist eine rasche und genaue Behandlung eines
kontinuierlichen Schnitzelstroms möglich.
Eine beachtliche einfachere Ausführungsform der Anlage, die
jedoch mit ausreichender Genauigkeit arbeitet, erhält man,
wenn auf den Schnitzeln nur die Veränderung im Gewicht der
vorhandenen Schnitzel in einem nicht variablen Volumen
gegeben ist und die invariable Fülldichte entweder
kontinuierlich oder durch einsatzweise Behandlung bestimmt
wird. Bei dieser Ausführungsform und auch bei der
Ausführungsform der beschriebenen Anlage oder Vorrichtung
bedeuten gefrorene Schnitzel nicht einen Meßfehler,
Schwierigkeiten in der Behandlung der Schnitzel sowohl in
der Meßstufe wie in der Penetrationsstufe könnten sich aber
am besten vermeiden lassen, indem man die Schnitzel zum
Schmelzen bringt oder indem man teilweise die
Oberflächenfeuchtigkeit, beispielsweise mittels eines
Warmluftstroms trocknet. Wenn die Holzsorten oder
Qualitäten wesentlich verändert werden, wird eine
entsprechende Korrektur am Regelfaktor vorgenommen. Diese
Arbeitsweise ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn Pulpen
hoher Ausbeute vermittels Penetrationseinrichtungen des in
den Fig. 7 und 8 gezeigten Typs erzeugt werden.
Möglich ist es, Meßergebnisse zu nützen, die aus den
Veränderungen in der Menge penetrierbarer Lösung erhalten
werden, wobei diese Veränderungen veranlaßt werden durch
Veränderungen im Wassergehalt und der Dichte der Schnitzel.
Hierbei wird das Lösungsvolumen der penetrierbaren Lösung in
einem Strom oder einem Einsatz von zu behandelnden
Schnitzeln verwendet zur Regelung des chemischen Gehalts der
Penetrationslösung, in der die gewünschte chemische
Dosierung erhalten werden muß. Der durch die Verzögerung bei
diesem Verfahren erzeugte Fehler hat in der Praxis keine
Bedeutung, da in den gelagerten Schnitzeln, bei denen eine
Änderung oder Auswechslung relativ langsam vor sich geht,
die grössten lokalen Differenzen im Feuchtigkeitsgehalt
ausgeglichen werden und bei den in die Produktion genommenen
Schnitzeln der Feuchtigkeitsgehalt charakterisiert werden
kann als in Wellenform variierend anstelle von abrupten
Feuchtigkeitsdifferenzen. Das Verfahren läßt sich mittels
einfacher Vorrichtungsausführungen durchführen und hierbei
wird die Regelung der Steuerung der chemischen
Konzentrationen in der Lösung erhalten aus der Messung des
tatsächlich penetrierbaren Hohlraumvolumens in der zu jedem
besonderen Zeitpunkt behandelten Schnitzelqualität.
Bei den beispielsweise oben beschriebenen Formen der
Vorrichtung wird die chemische Konzentration der Lösung
vermittels Dosiereinrichtungen in einem gesonderten
Lösungsmischer mittels einer Regelung eingestellt, die von
Änderungen in der Menge penetrierbarer Lösung erhalten
wurde, wobei diese
Änderungen veranlaßt sind durch den Wassergehalt, die Dichte
und lokale Blockierungen in den Schnitzeln. Die chemische
Zusammensetzung der zu penetrierenden erforderlichen Lösung
wird in jedem besonderen Fall dadurch erhalten, daß z. B.
konzentrierte chemische Lösung und chemische Lösung aus
einer späteren Stufe im Prozeß oder Abfallflüssigkeit oder
Abwasser in einem Anteil vermischt werden, der zur
gewünschten chemischen Konzentration führt. Die
Konzentration der konzentrierten Lösung wird nahe dem
Sättigungspunkt der betreffenden Chemikalie bei
Behandlungstemperatur, die in jedem besonderen Fall
verwendet wird, eingestellt.
Hohe chemische Konzentrationen sind notwendig, wenn ein
höherer Wassergehalt in den Schnitzeln den "freien"
Faserhohlraum vermindert. In diesem Fall ist eine
verbesserte Löslichkeit der Chemikalien bei relativ hohen
Penetrationstemperaturen von Vorteil. Wenn der "freie"
Hohlraum in nassen Schnitzeln nicht ausreicht, selbst wenn
konzentrierte Lösungen mit einer gleichförmigen und maximal
hohen Konzentration von Chemikalien im Schnitzelzellsystem
verwendet werden, wird eine günstige Ausgangssituation für
die Diffusion erreicht.
Für die Steuer- und Überführungseigenschaften der Lösungen
ist es vorteilhaft möglich, beispielsweise Zumeßpumpen zu
verwenden.
Im Mischer sind Verbindungsleitungen, abgesehen für den
Eintritt dieser Lösungskomponenten wie auch zum Überführen
des Lösungsgemisches in den Penetrationsraum und zur
Rezirkulation der Schnitzeltransferlösung erforderlich.
Die Schnitzeltransfer- oder Überführungslösung wird vom
Aufnehmertank vorteilhaft aus dem das längliche und
perforierte Austragsrohr für die Schnitzel umgebenden
Zylinder genommen, wobei dort die Konzentration der
Überführungslösung die gleiche ist oder, nachdem sie in der
vorhergehenden Penetration verwendet wurde, fast die gleiche
ist. Es ist auch vorteilhaft, diese Transfer- oder
Überführungslösung für die Herstellung der zu penetrierenden
Lösung zu verwenden, wenn mit einem zunehmenden Wassergehalt
in den Schnitzeln die chemische Konzentration erhöht werden
muß. Wenn eine Verdünnung für die Lösungsgemische notwendig
ist, wird es möglich, beispielsweise Waschwasser und
Abwasserlösungen in Anbetracht ihres Gehaltes an Wärme und
Chemikalien und den durch die Rezirkulation im Verfahren
sich ergebenden Vorteilen zu verwenden. Im Aufnehmertank
sind die penetrierten Schnitzel umgeben durch eine warme
Lösung, deren chemische Konzentration dem mittleren Niveau
der Lösungskonzentrationen der vorhergehenden
Penetrationseinsätze entspricht und die Diffusion der
chemischen Ionen in die Wandungen der mit Lösung gefüllten
Schnitzelzellsysteme kann sofort beginnen. Das Ziel der
Imprägnierung, eine gewünschte chemische Dosierung adäquat
und gleichförmig diffundiert im Holzmaterial, wird in einem
Bruchteil der Zeit erreicht, die üblicherweise zur
praktischen Imprägnierung erforderlich ist, wenn der
Hauptteil der Chemikalien aus einer Lösung erhalten werden
muß, die ausserhalb der Schnitzelpartikel vermittels
Diffusion vorgesehen wird.
Eine intensivierte Penetration reduziert die Bildung von
Knoten(fänger)pulpe oder -zellstoff.
Weiterhin kann die Menge und Qualität der
Knotenpulpe beeinflußt werden wie oben beschrieben, indem
teilweise unpenetrierte Schnitzel, die in die Lösung nicht
sinken, getrennt behandelt werden. Die Trennung kann
vorzugsweise im Schnitzelaufnehmertank durchgeführt werden.
Der unvollständig penetrierte Teil der Schnitzel, die vom
Kopfteil des Tanks entfernt werden sollen, wird vorteilhaft
auf Splitter reduziert und nach einer
gesonderten verlängerten Lösungsbehandlung zum Prozeß
rückgeführt oder in einer wiederholten Trennung wird der
knotige oder jeder andere schlecht defibrierbare Teil des
Rohmaterials entfernt.
Die Abtrennung mechanischer Kontaminationen vor der
Vakuumbehandlung der ersten Stufe durch Waschen mit Wasser
kann im Verfahren nach der Erfindung nicht durchgeführt
werden. In den Behandlungsstufen selbst werden die Schnitzel
jedoch Misch- und Druckvariationen, die in der Lösung
stattfinden, ausgesetzt, welche Verunreinigungen lösen, die
an den Chips haften, und zwar recht wirksam. Wenn die an die
Reinheit der Schnitzel zu stellenden Forderungen bei dieser
Behandlung nicht erfüllt werden können, wird eine normale
Reinigungsbehandlung in Verbindung mit einem weiteren
Transport der Schnitzel durchgeführt.
Durch das Verfahren sowie die Vorrichtungsausführungsformen
gemäß der Erfindung, wie sie oben beschrieben werden, wird
eine adäquate Lösungsfüllung, die durch die Schnitzel
hindurch ausgeglichen ist, in die Schnitzel schnell und
unter Regelung penetriert. Vermittels einer vom gemeinsamen
Effekt der Feuchtigkeit und gegebenenfalls der Dichte der
Schnitzel erhaltenen Regelung läßt sich die Konzentration
der Chemikalien gewünschtenfalls steuern, so daß die
Dosierung der Chemikalien in den Schnitzeln, berechnet als
Trockenmaterial, praktisch auf dem gleichen gewünschten
Niveau verbleibt. Hierdurch wird eine günstige
Ausgangssituation zur Vervollständigung gleichförmiger und
vollständiger Imprägnierung der Schnitzel erzeugt, d. h. für
eine langsame Diffusion chemischer Ionen: Maximal hohe
Konzentrationen von Chemikalien und Temperatur in der Lösung
sowie eine kurze Entfernung zu den Reaktionspunkten. Eine
geregelte und sehr schnelle ausgeglichene Imprägnierung der
Schnitzel verbessert die Produktqualität indirekt und sorgt
für Wirtschaftlichkeit hinsichtlich Rohmaterial und Energie.
Gleichzeitig wird die für den Prozeßzyklus benötigte Zeit
wesentlich verkürzt. Auf diese Weise kann beispielsweise die
Kapazität existierender Aufschlußanlagen vorteilhaft
verbessert werden.
Die Prozedur ist geeignet zur Verwendung bei alkalinen und
neutralen Aufschlußprozessen. Besonders geeignet ist sie für
die Produktion chemisch mechanischer Pulpen oder Zellstoffe
mit hoher Ausbeute, wogegen Versuche unternommen werden, um
eine hohe Ausbeute und eine gute Faserqualität vermittels
einer geringen Dosierung von Chemikalien und
Kurzzeiterwärmung, die gegebenenfalls in einer Dampfphase
ausgeführt wird, zu erhalten. Weiterhin ist die Anwendung
dieses Verfahrens vorteilhaft zur Imprägnierung von
Gegenständen, wo geringe Mengen an Chemikalien gleichförmig
im Rohmaterial verteilt werden müssen. Das Ziel kann
beispielsweise eine Stabilisierung der Hemizellulose und die
Verwendung von Katalysatoren oder von Bleichchemikalien
sein. In der mechanischen Produktion von Fasern können die
Schnitzel mit heißem Wasser penetriert werden, denen kleine
Mengen an Chemikalien zugesetzt wurden. Die Prozedur
vergrössert die Möglichkeiten der Verwendung einer Holz-
oder Schnitzelqualität, die geringer als die handelsübliche
Qualität ist, d. h. beispielsweise aufgetrocknete
Sägwerk-Schnitzel in TMP-, CTMP- und CMP-Prozessen.
Abgesehen von der Produktion von Fasern kann die
Vorbehandlung des Rohmaterials gemäß der Erfindung mit den
vorbeschriebenen Anordnungen zur Imprägnierung poröser
zellulosehaltiger Rohmaterialien, beispielsweise in der
Herstellung von Brettern, Anwendung finden oder wenn das
Rohmaterial chemisch modifiziert ist, beispielsweise in der
Umwandlung von Holz in Zucker oder allgemein zur Verwendung
der Bestandteile des Holzes.
Claims (8)
1. Verfahren zur Vorbehandlung von schnitzelförmigem Zellulo
serohmaterial in zwei Stufen, wobei in der ersten Stufe
durch eine Vakuumbehandlung Luft aus dem Rohmaterial ent
fernt wird und in der zweiten Stufe das Rohmaterial in
Kontakt mit einer Penetrationsflüssigkeit gebracht wird,
wobei diese Flüssigkeit aus einer Lösung von Chemikalien
oder aus Wasser besteht und die Temperatur dieser Lösung
geringer als der Siedepunkt der Lösung beim verwendeten
Vakuum gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vaku
umbehandlung ohne eine vorherige wesentliche Befeuchtung
des Rohmaterials durchgeführt wird und in der zweiten Stufe
die Penetrationsflüssigkeit und das Rohmaterial innerhalb
von etwa 5 min, insbesondere 1 min und am zweckmäßigsten
innerhalb von 0,5 min nach der Vakuumbehandlung atmosphäri
schem oder höherem Druck ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zufuhr der Penetrationsflüssigkeit zum Rohmaterial beginnt,
während das Vakuum noch wirksam ist und daß bei Beendigung
der Zufuhr der Flüssigkeit dieser ein Druckstoß erteilt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das verwendete Vakuum 0,1 bis 0,5 bar, insbesondere 0,2
bis 0,4 bar beträgt und die Temperatur der Penetra
tionsflüssigkeit 35 bis 85°C, insbesondere 45 bis 75°C
beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Lösung von Chemikalien in das Rohmateri
al penetriert wird und daß die Konzentration der Chemika
lien in der Lösung entsprechend der Feuchtigkeit oder der
Feuchtigkeit und Dichte oder entsprechend der Menge pene
trierbarer Lösung eingestellt wird, und entsprechend der
Formel
worin
lk die Konzentration der Chemikalien,
a der gemeinsame Einfluß von Feuchtigkeit und Dichte,
b die chemische Dosierung, und
n ein aus Korrekturfaktoren bestehender Faktor ist.
worin
lk die Konzentration der Chemikalien,
a der gemeinsame Einfluß von Feuchtigkeit und Dichte,
b die chemische Dosierung, und
n ein aus Korrekturfaktoren bestehender Faktor ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Penetrationslösung dem Rohmaterial im
gleichen Gefäß, in welchem die Vakuumbehandlung durchge
führt wurde, zugeführt wird, woraufhin das Rohmaterial in
einen Aufnehmertank überführt wird, in dem der atmosphäri
sche oder ein höherer Druck vorherrscht und worin die Pene
tration abgeschlossen wird und daß das Rohmaterial aus dem
Vakuumbehandlungstank an den Aufnehmertank vermittels einer
aus dem Aufnehmertank genommenen Lösung überführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Penetrationsflüssigkeit aus einer gesät
tigten oder fast gesättigten konzentrierten Lösung aus
Chemikalien sowie aus einer Lösung von Chemikalien gemacht
ist, die aus der weiteren Verarbeitung des Rohmaterials
oder aus dem Waschwasser oder anderem Abwasser erhalten
wird.
7. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 6 vorbehandelten
Zelluloseschnitzel in alkalischen oder neutralen Aufschluß
verfahren.
8. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 6 vorbehandelten
Zelluloseschnitzel zur mechanischen Erzeugung von Fasern.
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