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Verfahren zum Zerkleinern lignin- und cellulosehaltiger Stoffe (wie
z. B. Holzschnitzel) Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, um lignin- und
cellulosehaltige Stoffe, wie z. B. Holz (in Form von Spänen usw.), so zu zerfasern,
daß ein Holzstoff entsteht, welcher ohne Zwischenbehandlung den üblichen Verfeinerungsvorrichtungen
(Holländern us,#v.l zur Gewinnung eines Papierstoffes, Pappenstoffes u. dgl. zugeführt
werden kann.
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Die bisher üblichen Vorbehandlungsverfahren bestehen im Zerkochen
des Holzes meistens unter gleichzeitiger Einwirkung chemischer Stoffe oder aber
in der Gewinnung der Holzfasern durch Schleifen des Holzes.
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Das Zerkochen des Holzes weist zwei wesentliche Mängel auf. Das Kochverfahren
dauert sehr lange, und der Ligningehalt des Rohgutes wird bei dieser Art der Behandlung
zu einem sehr großen Teil zerstört. Beim Schleifen des Holzes bleibt zwar der Ligningehalt
im Holzschliff erhalten, aber stark harzhaltige Hölzer eignen sich für diese Behandlung
nicht, weil die Schleifsteine sich verschmieren. Außerdem fallen beim Schleifen
die Fasern sehr kurz aus. Daher mischt man dem Holzschliff häufig Sulfitstoff bei.
Schließlich sind beide älteren Verfahren verhältnismäßig kostspielig.
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Das neue Verfahren soll die erwähnten Mängel beseitigen. Es unterwirft
das Rohgut ohne vorherige chemische Zerkochung und ohne Überflutung mit Flüssigkeit
in einer Druckkammer der Einwirkung eines elastischen Druckmittels (z. B. Dampf
oder Luft) bei einem verhältnismäßig sehr hohen überdruck und schleudert es dann
fortschreitend mit Hilfe dieses hohen Lberdruckes und unter weitestgehender Aufrechterhaltung
desselben durch eine enge öffnung heraus, wobei der Rohstoff zu Fasern zerrissen
wird, welche ohne weiteres zur Weiterbehandlung in den Holländer gegeben werden
können.
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Im Anschluß an ein vorheriges Zerkochen des Rohgutes hat man bereits
die Masse unter überdruck durch eine Düse aus denn Kocher herausgeschleudert und
hierbei ebenfalls eine Zerkleinerungswirkung erzielt. Die älteren Arbeitsweisen
unterscheiden sich aber vom Gegenstand der Erfindung in wesentlichen Punkten.
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Bisher bestand der wesentlichste Teil der Behandlung in der Zerkochung,
welche mit chemischen Mitteln oder mindestens unter Lberflutung der Beschickung
mit Flüssigkeit, z. B. Wasser, erfolgte. Dieses Zerkochen hatte in erster Linie
den Zerfall des Rohgutes herbeizuführen und erforderte eine entsprechend lange Zeit,
bis zu etwa 16 Stunden. Wie schon erwähnt, geht dabei der größte Teil des Lignins
zu Verlust. Das an die Zerkochung bisher angefügte Herausschleudern des Holzstoffes
mit der im Kocher enthaltenen Flüssigkeit durch eine Düse war dem= gegenüber von
untergeordneter Wirkung, was schon daraus erhellt, daß man die Kochung wiederholen
oder fortsetzen mußte, wenn das Gut zum Ausschleudern noch nicht genügend
vorbereitet
war. Man hat auch versucht, den Stoff aus dem Kocher in .einen luftverdünnten Raum
auszuschleudern, ohne jedoch dadurch einen Fortschritt, wie ,etwa eine Verminderung
der Kochzeit, zu erzielen. Die Zerkleinerungswirkung mittels Herausschleuderns ist
bis heute eine Nebenwirkung ohne praktische Bedeutung geblieben.
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Das neue Verfahren weicht zunächst dadurch vom Bekannten ab, daß es
überhaupt keine Zerkochung des Gutes zur Anwendung bringt. Es werden weder Chemikalien
benutzt, noch wird überhaupt das Gut mit irgendeiner Flüssigkeit, wie z. B. Wasser,
überflutet. Während die bisherigen Verfahren immer mit beträchtlichen Flüssigkeitsmengen,
also »naß« arbeiten, läßt sich das neue Verfahren als ein »trockenes« Arbeitsverfahren
ansprechen, denn es sind nur unbeachtliche Mengen, von durch Abkühlung entstandenem
Wasser vorhanden, welches überdies rechtzeitig vor dein Ausschleudern entfernt ,werden
kann.
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Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht in der Höhe des zur
Anwendung kommenden Überdruckes. Gegenüber ungefähr 7 atü Höchstspannung, mit welcher
bei den erwähnten älteren Kochverfahren gearbeitet wurde, kommen beim Gegenstand
der Erfindung für die Stoffzerkleinerung mindestens 18 atü zur Anwendung. Auch dieser
Druck wird dann vorteilhaft noch erheblich 0'
steigert, und zwar auf :i8 bis
42 atü, um einerseits eine zuverlässige Durchdringung des Gutes in der unten näher
bezeichneten Weise zu erreichen und anderseits die Zerkleinerungswirkung zu erhöhen,
welche beim Ausschleudern des Gutes eintreten soll.
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Das Rohgut wird gemäß Erfindung in eine Druckkammer eingefüllt, in
welcher der gewünschte Überdruck. durch ein elastisches Druckmittel, wie Dampf oder
Luft oder ein sonstiges geeignetes Gas, erzeugt wird. Wenigstens bei Beginn der
Behandlung wird zweckmäßig Dampf angewendet, da dessen erweichende Wirkung auf das
Holz vorteilhaft ist. Der Druck wird so lange aufrechterhalten, daß die Gase unter
Druck in das Holz eindringen. Dadurch wird .ein ausreichendes Gleichgewicht in bezug
auf Druck und Temperatur innerhalb und außerhalb des Holzes herbeigeführt. Zugleich
wird die Feuchtigkeit im Holz so hoch .erhitzt, daß sie sich bei Aufhebung oder
Verminderung des Druckes in Dampf verwandelt. Nun wird bei sehr hohem Druck und
unter möglichst weitgehender Aufrechterhaltung desselben ein enger Auslaß geöffnet,
welcher zweckmäßig wenigstens in einer Richtung schmaler als die Länge der behandelten
Holzstücke ist. Der große Überdruck in der Kammer treibt das Gut explosionsartig
durch die öffnung heraus, und dieses wird so weitgehend zertrümmert oder. zerrissen,
infolge der Expansion der darin enthaltenen Flüssigkeit, daß es holländerfertig
anfällt.
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Der technische Fortschritt ist folgender: Das neue Verfahren ermöglicht
als erstes die vollkommene Zerfaserung des Gutes mit Hilfe von Druckgefäßen ohne
chemische Vorbehandlung oder Zerkochung. Es ist ohne weiteres auch auf stark harzhaltige
Hölzer anwendbar und bietet dem Holzschliff gegenüber ferner den Vorteil,- daß die
Fasern praktisch ihre natürliche Länge behalten. Während man bisher viele Stunden
zum Zerkochen des Gutes brauchte, recluzet die Dauer der Aufschließung jetzt nur
nach Sekunden (im ganzen etwa eine Minute oder weniger), was eine Leistungssteigerung
der Menge nach von ganz ungewöhnlichem Ausmaß bedeutet. Hierzu tritt eine ebenfalls
außergewöhnliche Steigerung der Güte des Erzeugnisses dadurch, daß praktisch kein
Ligninverlust mehr eintritt. Endlich ist das neue Arbeitsverfahren billiger als
das Zerkochen oder Schleifen des Rohgutes.
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Um das Verfahren auch in seinen Einzelheiten verständlich zu machen,
ist auf der Zeichnung eine Vorrichtung dargestellt, in welcher das neue Verfahren
ausgeführt werden kann.
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Abb. i zeigt die Hauptteile der Gesamteinrichtung.
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Abb. z und 3 stellen die Einzelheiten dar. Das Druckgefäß io möge
wegen der Eigenart des Herausschleuderns der aufgeschlossenen Masse als Kanone bezeichnet
werden. Sie wird zweckmäßig senkrecht angeordnet und besteht aus dem inneren Druckgefäß
12 mit Wärmeschutzhülleiq.. Die Einlaßöffnung 16 ist durch ein Ventil 18
geschlossen, welches mittels eines Dampfzylinders 2o mit Kolben a2 und Ventilen
24, 26 bewegt werden kann. Zur Zuführung der Holzspäne 28 dient ein Trichter 3o
mit Schieber 32. Zweckmäßig werden die Holzspäne ebenso gleichmäßig hergestellt,
wie es bei den bisherigen Kochverfahren üblich ist.
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Die Hochdruckdampfleitung 34. mündet mit Abzweigen 36, 38 (mit je
einem Ventil) oben und unten in die Kanone. Ein Rohr 4o kann zur Preßluftzufuhr
dienen, wenn solche oder ein anderes unter Überdruck stehendes Gas verwendet werden
soll. Ein unten an der Kanone angebrachter Hahn 41 dient zur Beseitigung der geringen,
Menge Kondenswasser.
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Im Boden 44 der Kanone befindet sich der Auslaß 4.2 zum Herausschleudern
der Masse. Er besteht aus einem. Schlitz von gleichbleibender Breite, der sich längs
keilförmig verengt (s. 46 in Abb. 3). Sein Querschnitt ist zweckmäßig kleiner als
1/1,, des
lichten Querschnittes der Kanone, und seine Breite wird
geringer als die Länge der zu \,erarbeitenden Holzspäne gemacht.
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Zur Steuerung des Auslasses .12 dient ein Kolbenschieber 52, der innerhalb
des Zylinders .18 sitzt. Er enthält zwei Nuten 6.1, in welche man Kolbenringe einsetzen
kann oder in welche sich die Holzfasern als Dichtungsmittel einbetten. Die Verschiebung
des Kolbens52 erfolgt mittels eines Dampfkolbens 56 in einem Zylinder 58, der mittels
Ventilen 6o und 62 von Hand gesteuert wird. Anschlagmuttern 66 und 68 begrenzen
den Hub. Bei der Stellung nach den vollen Linien in Abb. i ist der Auslaß :4z frei.
Ein auf der Kolbenstange 5o sitzender Gegenkolben 5¢ steht unter demselben Druck
wie der Absperrkolben 52. Letzterer ist also ausgeglichen und bleibt in jeder Stellung
stehen. Steuert man die Kolben 52 und 5,1 in die durch punktierte Linien angedeutete
Stellung, so befindet sich auf jeder Seite des Schlitzes .12 je eine der Kolbennuten
6.1; der Schlitz ist also nach beiden Seiten hin abgedichtet.
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Der Raum 7_o zwischen den Kolben 52 und 5.1 sowie die daran anschließende
Leitung 2 sind so weit, daß reichlicher Raum zur Ausdehnung der aus dem Schlitz
,4z austretenden Fasermasse zur Verfügung steht. Letztere wird infolge der Umwandlung
der Druckenergie in Geschwindigkeit rasch abgeführt und gelangt z. B. in einen Zentrifugalabscheider
7.1. Aus ihm ziehen Dampf, Gas usw. bei 76 ab, während das Gut in das Fallrohr 78
gelangt, um durch ein Förderwerk 8o in den Holländer gebracht zu werden.
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Gewünschtenfalls kann - namentlich bei der Druckerzeugung in der Kanone
durch Dampf - die Leitung 72 (Abb.2) in einen Wasserzuleitungskanal82 münden,
so daß die Fasermasse mit dem Wasser zusammen in einen Behälter 84 gelangt. Da hierbei
der Dampf von dem Wasser niedergeschlagen wird, brauchen die festen Teile nicht
von den Gasen getrennt zu werden. Die in der herausgeschleuderten Masse aufgespeicherte
Energie wird im Wasser vernichtet; infolgedessen ergibt sich auch noch eine nachträgliche
Verfeinerung der Masse.
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Bei harzigen Hölzern gestattet die Vorrichtung nach Abb. i es, die
bei 76 abziehenden Dämpfe in einem besonderen Kondensator zu verdichten, um den
Gehalt an Terpentin- und Kienöl zu gewinnen., oder sie können mit der Vorrichtung
nach Abb. 2 aus (lern Wasser abgeschieden werden.
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Mehrere Kanonen können eine Batterie bilden, um praktisch ununterbrochen
arbeiten zu können, oder jede Kanone kann nacheinander benutzt werden, um eine stufenweise
Zerfaserung zu ermöglichen. Soll beispielsweise ein weißes unverfärbtes Erzeugnis
gewonnen werden, so verwendet man in der Kanone zunächst Dampf von genügend geringer
Temperatur für so kurze Zeit, daß keine Verfärbung des Holzes eintreten kann. Man
behandelt die Beschickung z. B. etwa 1/2 bis t Minute 'mit Dampf von ungefähr 2o
Atm. Dann läßt man den Druch für einige Sekunden (z. B. 5 Sekunden) auf 27 bis .4o
Atm. steigen und öffnet darauf sofort den Auslaia 4.2- Das Erzeugnis hat dann nicht
durch Verfärbung gelitten. Zweckmäßig wird der Dampf in einem besonderen Kessel
frei von Unreinigkeiten erzeugt. Statt des Dampfes kann auch Druckluft mit verhältnismäßig
niedriger Temperatur zur Er-- eügung von zusätzlichem Druck angewandt werden.
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Vor dem Herausschleudern der aufgeschlossenen Masse kann mittels des
Hahnes 41 etwaiges Kondenswasser aus der Kanone entfernt werden, so daß die Zertrümmerung
praktisch trocken vor sich geht. Das Herausschleudern erzeugt ein einem raschen
Maschinengewehrfeuer ähnliches Geräusch, welches bei Beendigung der Zertrümmerung
durch das Geräusch austretenden Dampfes oder Gases abgelöst wird. Während des allmählichen
Herausschleuderns der Masse wird der Druck in der Kanone aufrechterhalten, so daß
sich die Zerfaserung von Anfang bis zu Ende praktisch gleichmäßig vollzieht.
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Verarbeitet man stark harzige Hölzer, wie z. B. die sogenannten Südlandsfichten,
nach dem neuen Verfahren, so bleiben die harzigen Bestandteile bei der Faser zurück,
während die flüchtigen Öle abgeführt werden. Aus diesem Grunde und wegen der Erhaltung
des Lignins erhält man wasserfeste und tintenfeste Papierstoffe, bei denen die sonst
erforderliche Leimung ganz oder teilweise entbehrlich ist.