DE46032C - Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff mit Hilfe des elektrischen Stromes - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 65: Papierfabrikation.

Das in der Folge beschriebene Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff (Cellulose) aus hierzu geeigneten Pflanzenstoffen (Hölzern, Gräsern, Stengeln u. s. w.) beruht auf der Anwendung des elektrischen Stromes zur Erzeugung und beständigen Wiederbelebung der auf die inkrustirenden Bestandteile des Holzes u. s. w. zersetzend wirkenden Stoffe während des Kochens. Die Pflanzenstoffe werden mit solchen Flüssigkeiten bezw. Lösungen unter gleichzeitigem Durchleiten des elektrischen Stromes erhitzt, welche unter der- Einwirkung des letzteren diejenigen Stoffe liefern, die auf die inkrustirenden Bestandtheile zersetzend einwirken.

Hierzu eignen sich besonders Metallchlorid- und namentlich Chlornatriumlösungen, da die inkrustirenden Substanzen des Holzes, Strohes, Espartos u. s. w. durch Chlor, sowie durch gewisse Sauerstoffverbindungen desselben, wie unterchlorige Säure, zersetzt werden.

Werden die aufzuschliefsenden Pflanzenstoffe in zerkleinertem Zustande mit Chlornatriumlösungen in geschlossenen Gefä'fsen erhitzt und gleichzeitig ein elektrischer Strom durch die Lösung geleitet, so entstehen Chlor bezw. unterchlorige Säure einerseits und Natronhydrat andererseits, indem die Zersetzungsergebnisse an den Polen (Jonen) Chlor und Natrium, mit dem Wasser unterchlorige Säure und Natronhydrat geben.

Bei der Zersetzung der inkrustirenden Bestandtheile durch Chlor und unterchlorige Säure, sowie auch infolge des Erhitzern der unterchlorigen Säure für sich wird Salzsäure gebildet, welche mit dem Natronhydrat zusammen wieder Chlornatrium entstehen läfst, so dafs ein Kreislauf stattfindet und dieselbe Flüssigkeit ungeschwächt das ganze Verfahren durchmacht. Dasselbe verläuft bei 128⁰ C. glatt, und wird bei dieser Temperatur aus Holz eine schneeweifse, seidenglänzende, ungeschwächte Faser erhalten.

Zur Ausführung dieses Verfahrens dient mit Vortheil eine Einrichtung, die aus drei senkrechten, oben und unten verbundenen Röhren besteht, die in einer Ebene liegen. In die äufseren Röhren münden unten die beiden Elektroden und in diejenige seitliche Röhre, in welcher die beiden elektronegativen Jonen (Chlor, unterchlorige Säure) beim Erwärmen aufwärts steigen, kommen die betreffenden Pflanzenstoffe. Die beim Erhitzen des unteren Theiles derselben aufwärts gehenden, die Jonen bezw. deren Ergebnisse enthaltenden Flüssigkeiten treffen oben zusammen, worauf die Flüssigkeit durch die mittlere Röhre wieder abwärts geht. Beim Vorüberfliefsen an den Elektroden findet dann abermals eine Zersetzung des Chlorides statt. Sehr gute Erfolge lassen sich bei dieser Einrichtung durch Stromwechsel erzielen, wobei dann auch der zweite seitliche Schenkel mit Holz u. s. w. gefüllt wird. Die Pflanzenstoffe unterliegen dann abwechselnd der Behandlung mit alkalischen und sauren Mitteln. Die gebildete Natronlauge wirkt hierbei auf die inkrustirenden Bestandtheile derart zersetzend ein, dafs dieselben beim Stromwechsel schnell gelöst werden.

Um beispielsweise aus Nadelholz weifsen Zellstoff für die Papiererzeugung zu erhalten, wird das in den bekannten Holzschneidern zerkleinerte Holz in die Kocher gebracht und

letztere geschlossen, worauf man Kochsalzlösung zufiiefsen lä'fst. Im Allgemeinen genügt eine 5 procentige Lösung, und ist eine Zeit von ungefähr 3 Y₂ Stunden bei einer Temperatur von etwa 126⁰ C. erforderlich (von dem Zeitpunkt der erreichten Temperatur an gerechnet), um aus Fichtenholz festen, weifsen, für feinere Papiere verwendbaren Zellstoff darzustellen.

Das Kochen selbst geschieht in einem Kessel, dessen Innenseiten mit einem Mittel ausgekleidet sind, welches durch die auftretenden Zersetzungsproducte nicht angegriffen wird, also: Blei, säurebeständige Glasur oder Email, säurebeständige Kitte, Ausmauerung mit säurefesten Steinen u. s. w. Die als bewährt befundene Einrichtung besteht aus den beiden feststehenden Kochern A und A', welche unten mit den Rohren r und r', oben mit den Rohren 5 und s¹ verbunden sind. Diese Kocher haben oben bei M und M" Füll- und bei M' und M"' Entleerungsöffnungen. Durchlöcherte Platten b b' b" b'" verhindern, dafs Faser- oder Pflanzentheile vom Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden und die Rohre verstopfen. Ferner vermitteln die beiden Rohre s und s' die Verbindung, mit einem kleineren Zwischenkessel -B. Derselbe trägt ein Wasserstandsglas, Manometer, Sicherheits- und Entlüftungsventil, ferner einen Rohrstutzen η, der durch Ventil ν abgesperrt werden kann. Die Verlängerung dieses Rohres η bildet die im Kühlbottich S liegende Kühlschlange «', deren Fortsetzung n" in das Absorptionsgefäfs K als seitlich durchlöcherte Schlange am Boden ausmündet. Ein weiteres, vom Deckel des Absorptionsgefäfses K abgehendes Rohr η'" leitet die in K nicht absorbirten Gase entweder in einen oder mehrere weitere Bottiche von ähnlicher Anordnung.

Der Kessel B trägt an seinem spitz zulaufenden Boden das Rohr C, welches bis unter die Böden der Kocher führt und dann in die gabelförmigen Abzweigungen r und r' ausläuft, welche, seitlich ansteigend, in die Böden der Kocher münden. In diese Röhren r und r' sind die beiden Kohle-Elektroden e und e' isolirt eingeführt.

Nachdem A und A' mit dem Holz gefüllt sind und so viel Kochsalzlösung eingelassen wurde, dafs dieselbe im Wasserstandszeiger des

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Gefäfses B sichtbar wird, dann Ventil ν und alle Oeffnungen verschlossen sind, wird in die Heizrohre d und d' durch die Ventile v' und v" möglichst trockener Dampf eingelassen.

Da der Inhalt von A und A' sich nun durch die Wärme ausdehnt, so steigt er durch s und s' nach B, was weiter eine absteigende Strömung durch das kalte Rohr C zur Folge hat. Beim Austritt aus C theilt sich die Flüssigkeit in dem Gabelrohr r und r' und steigt daher wieder in der Pfeilrichtung aufwärts, um von neuem in die Kocher A und A' einzutreten und diesen Kreislauf während des ganzen Kochens zu wiederholen. Beim Vorüberfliefsen der Flüssigkeit an den Elektroden e und e' tritt bei geschlossenem Strom die Zersetzung ein und vollziehen sich die früher erwähnten Nebenvorgänge. Tritt bei e der positive, bei e' der negative Strom ein, so unterliegt die inkrustirende Substanz des in A befindlichen Holzes infolge der Einwirkung des Chlors bezw. seiner Derivate einer starken Oxydation, während in A' durch das aufwärts gehende Natron die in dem dort befindlichen Holz vorhandenen Harze u. s. w. verseift werden.

Die Ergebnisse der Zersetzung treffen sich (soweit sie löslich sind) im Hülfskessel B und wirken so auf einander, dafs als Enderzeugnifs, welches hier in Betracht zu ziehen ist, wieder Chlornatrium gebildet wird, indem die von der Anode gebildete Chlorwasserstoffsäure die von der Kathodenseite kommenden organischen Natronverbindungen zersetzt und so unter Ausscheidung der organischen Stoffe die ursprüngliche Kochsalzlösung zurückbildet, während die ausgeschiedenen organischen Stoffe durch den nun immer wieder sich erneuernden Einflufs des Chlors und seiner Verbindungen in solche Bestandteile zersetzt werden, welche entweder in Lösung bleiben oder gasförmig entweichen.

Nachdem das Verfahren auf die beschriebene Weise Y₄ bis Y₂ Stunde geführt wurde, wird der Strom gewechselt. Die hierbei erzielte Wirkung ist aufserordentlich, indem durch eine abwechselnde Einwirkung von Chlor und von Natron auf das Holz die Aufschliefsung desselben ungemein beschleunigt wird. Man wiederholt daher den Stromwechsel öfter, bis der Zellstoff blofsgelegt ist, was bei einer Temperatur der Kochflüssigkeit von ca. 126⁰ C. in den Kochern nach 3 bis 3Y₂ Stunden eintritt. Als nothwendig erweist sich, dafs der Strom der Flüssigkeiten kein zu langsamer ist. Es dürfen daher die Kessel A und A' nicht zu grofs genommen werden, oder es mufs der beschriebene Kreislauf entweder durch eine bei ρ in das Rohr C eingeschaltete Pumpe, oder durch Abkühlung des Rohres C mittelst eines Wassermantels unterstützt werden.

Die während des Kochens entwickelten, nicht wirksamen Gase, welche sich im Zwischenkessel B ansammeln, werden durch zeitweiliges Oeffnen des Ventils ν am Rohr η in die Kühlbezw. Verdichtungsvorrichtung getrieben.

An jedem Kocher befinden sich Manometer und Thermometer, um den herrschenden Druck und die gleichzeitige Temperatur ablesen zu können. Für den Fall, dafs Verstopfungen irgendwo durch mitgerissene Fasertheilchen entstanden sind, werden die an s und s' befindlichen Ventile geschlossen und durch das Sieb b und b" Dampf nach abwärts geblasen.

Wird in vorstehend beschriebener Weise gearbeitet, so gewinnt man aus dem Kessel, der zum Schlufs des Vorganges die Anode unter sich hatte, schneeweifsen, für die feinsten Papierarten ohne Bleiche verwendbaren Zellstoff, während das Erzeugmfs aus dem Kathionkessel durch das am Schlufs des Verfahrens gebildete Alkali etwas gelblich gefärbt ist und mit einer sehr schwachen Chlorkalklösung (i pCt. auf die Substanz gerechnet) nach dem Auswaschen behandelt werden mufs. Bei weit geführtem Kochvorgang genügt schon ein Ansäuern des gewaschenen Stoffes mit Salzsäure, um ihn dem Anodenstoff gleichwerthig zu machen.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Das Verfahren zur Herstellung von Zellstoff aus rohen Pflanzentheilen dadurch, dafs man dieselben in geschlossenen Gefäfsen mit Metallchloridlösungen erhitzt, während diese Lösungen durch Durchleitung eines elektrischen Stromes elektrolytisch zersetzt werden.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.