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Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Zellstoff Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Zellstoff, das es ermöglicht, aus ihm die
Beta- und Gamma-Cellulose so weit zu entfernen, daß der Gehalt an Alpha-Cellulose
bis zu 98 % beträgt, also um einige Prozente mehr, als man bei Anwendung der bisher
bekannten Reinigungsverfahren erzielen konnte. Diese hochprozentige Alpha-Cellulose
ist namentlich dazu geeignet und bestimmt, ,für die Herstellung von Sonderpapieren,
Kunstseide und Celluloseestern aller Art, wie I\Titrocellulose, Celluloseacetat,
Cellulosexanthat usw., benutzt zu werden.
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Das neue Verfahren besteht aus folgenden nacheinander auszuführenden,
in ihren -wesentlichen Zügen bereits bekannten Einzelmaßnahmen, deren Vereinigung
bisher weder vorgeschlagen noch angewendet worden ist und die unerläßliche Vorbedingung
dafür bildet, daß das angestrebte Ziel, nämlich die Gewinnung einer bis zu 98 °lo
aus Alpha-Cellulose bestehenden Cellulose, tatsächlich erreicht wird.
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a) Der Zellstoff wird zunächst, während er in Form eines Breies und
in dünner Schicht über ein schräg stehendes Sieb hinabrinnt, der Wirkung von flächig
ausgebreiteten Wasserstrahlen ausgesetzt, die hinreichend kräftig sind, um ihn nicht
nur von seinen lose beigemengten, sondern auch von den den Fasern fest anhaftenden
Verunreinigungen zu befreien. b) Der Zellstoff wird alsdann ausgewaschen, in eines
einer Mehrzahl von Gefäßen gebracht, die durch Rohrleitungen miteinander verbunden
sind und unter cyclischer Vertauschung nacheinander in Betrieb genommen sowie außer
Betrieb gesetzt werden, und in ihm zwecks Lösung der Beta- und Gamma-Cellulose mit
Alkalilauge behandelt, deren Gehalt an Alkali zunimmt, während zugleich der Gehalt
des Zellstoffes an diesen Cellulosearten abnimmt.
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c) Zum Auswaschen des Zellstoffes vor und nach der Behandlung mit
Alkalilauge gemäß b wird von Erdalkalisalzen freies Wasser benutzt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung der vorstehend
unter b angegebenen Maßnahme besonders geeignete Vorrichtung.
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Das neue Verfahren gestaltet sich im einzelnen wie folgt: Der Zellstoff
wird zunächst, wie unter a angegeben, durch Wasserstrahlen sowohl von seinen lose
beigemengten als auch von den den Fasern fest anhaftenden Verunreinigungen befreit.
Diese sind sehr verschiedener Art und bestehen namentlich aus Markstrahlen, die
viel Lignin enthalten, ferner aus Faserresten mehr oder weniger zerkleinerten Zellstoffes
und endlich aus allerhand Bruchstücken mannigfacher und den Fasern fremder Art,
wie Kieselerde, Kalkresinaten, Kalksulfaten,
Eisenhydraten usw.
Ihre Entfernung ist für das Endergebnis von großer Bedeutung und muß daher möglichst.
restlos durchgeführt werden. Man verwendet zu diesem Zweck so starke Wasserstrahlen,
-daß sie auf die Fasern eine Kraft ausüben, die größer ist als die Anziehungskraft,
die zwischen den Fasern und ihren Verunreinigungen besteht. Eingehende Versuche
haben ergeben, daß Wasserstrahlen, die eine Geschwindigkeit von etwa 2o m/s haben,
diese Bedingung erfüllen, und daß die Behandlung des Zellstoffes mit ihnen eine
beträchtliche Zunahme des Gehaltes an Alpha-Cellulose und eine gleichfalls beträchtliche
Abnahme des Aschengehaltes sowie des Anteiles der Stoffe zur Folge hat, die in alkalischen
Flüssigkeiten, Alkohol und Äther löslich sind.
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Nachdem der Zellstoff in dieser Weise physikalisch gereinigt ist,
wird er zunächst mit Wasser, das keine Erdalkalisalze enthalten darf, gründlich,
und zwar so lange ausgewaschen, bis er von diesen Salzen, insbesondere den Calciumsalzen,
möglichst vollkommen befreit ist. Kommt es darauf an, eine besonders weiße Cellulose
zu erhalten, so kann man diesem Auswaschen eine Behandlung mit stark verdünnter
Schwefel- oder Salzsäure vorangehen lassen.
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Der aus Zellstoff und Wasser bestehende dünne Brei wird nun in Bottichen
auf 4 bis 6 °1o eingedickt, um alsdann der Behandlung mit Alkalilauge in der auf
der Zeichnung dargestellten Vorrichtung unterworfen zu werden.
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Handelt es sich um Sulfitzellstoff, so schließt sich die Behandlung
mit Alkalilauge dem Eindicken unmittelbar an. Handelt es sich dagegen um Natronzellstoff,
so ist erst eine Zwischenbehandlung nötig, um das Lignin vollständig zu oxydieren,
was sich z. B. durch Behandeln des Zellstoffes mittels einer io°/oigen Calciumhypochloritlösung
erzielen läßt. Hierauf wird die Masse ausgewaschen, in beliebiger Weise so weit
eingedickt, daß man in i 1 Flüssigkeit 3oo bis 4oo g Zellstoff hat, und nunmehr
der Behandlung mit Alkalilauge unterworfen.
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Die Vorrichtung zum Behandeln des Zellstoffes mit Alkalilauge besteht
aus einer größeren Anzahl unter sich gleicher Gefäße i, die durch Rohrleitungen
miteinander verbunden sind und unter cyclischer Vertauschung nacheinander in Betrieb
genommen sowie außer Betrieb gesetzt werden.
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Jedes Gefäß i ist mit seinem Boden an ein Rohr 2 angeschlossen, das
bis über den oberen Gefäßrand hinaufgeführt, oben offen sowie unten mit einem Entleerungsstutzen
3 versehen ist. Jedes Gefäß i enthält ferner in einiger Entfernung über seinem Boden
einen Siebboden -., der die Flüssigkeit durchläßt, jedoch den Zellstoff zurückhält.
Über den Siebböden .4 sind mit Deckeln 5 versehene Öffnungen zum Austragen des Zellstoffes
angeordnet.
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Jedem Gefäß i ist eine Pumpe 6 zugeordnet, deren Saugseite mittels
eines Rohres 7 an das Rohr 2 beträchtlich oberhalb des Siebbodens 4, aber unterhalb
der Stelle angeschlossen ist, bis zu der beim gewöhnlichen Betriebe die Flüssigkeit
in dem Gefäß i steht. Das Druckrohr 9 der Pumpe 6 ist durch eine Heizvorrichtung
8 hindurch- und gleichfalls über den oberen Gefäßrand hinaufgeführt. Seine Mündung
kann mittels dreier nicht mitgezeichneter Hähne oder eines Dreiweghahnes wahlweise
über ein Rohr i2 mit dem nächstfolgenden Gefäß i oder über ein zweites Rohr i i
mit dem betreffenden Gefäß i oder über ein drittes Rohr io mit einem nicht gezeichneten
Sammelgefäß verbunden werden. Das Rohr 12 steht ferner mit dem oberen Teil des Saugrohres
2 der an das betreffende Gefäß i angeschlossenen Pumpe 6 an einer Stelle
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in Verbindung, die dem zulässigen höchsten Stande der Flüssigkeit in dem
nächstfolgenden Gefäß i entspricht, so daß die Flüssigkeit in das Gefäß, aus dem
sie jeweils stammt, zurückfließen kann und der Stand der Flüssigkeit in allen Gefäßen
auf gleicher Höhe erhalten wird.
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Über jedem Gefäß i münden mit nicht gezeichneten Hähnen ausgerüstete
Zweigrohre dreier Rohrleitungen 14, 1s, 16, die sich über sämtliche Gefäße erstrecken
und zur Zuführung des Wassers, der Alkalilauge und des zu behandelnden wässerigen
Zellstoffbreies dienen, welch letzterer aus dem oder den bereits erwähnten, nicht
mitgezeichneten Eindickungsbottichen zufließt.
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Als Wasser kommt wieder solches zur Ver-,vendung, das von Erdalkalisalzen
frei ist. Es wird aus Leitungswasser in Bottichen 2o durch Zusetzen von etwa i °/o
Ätznatron hergestellt, das jene Salze ausfällt, und gelangt dann durch Rohre 22,
28 in einen dritten Bottich 23, aus dem es mittels einer z. B. als Paternosterwerk
ausgebildeten Pumpe 24 dem Rohr 1,4 in genau bemessenen Mengen zugeführt wird. Beim
Behandeln von Sulfitzellstoff sind die Bottiche 2o mit Heizschlangen 2,1 zu versehen,
die - ebenso wie die bereits erwähnten Heizkörper 8 - von einer Dampfleitung 30
gespeist werden.
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Als Alkalilauge wird eine Ätznatronlösung benutzt, die in einem vierten
Bottich 25 unter Verwendung des ihm durch das Rohr 22 zuströmenden, von Erdalkalisalzen
befreiten Wassers hergestellt und aus ihm dem Rohr 15
wieder mittels einer
z. B. als Paternoster-`verk ausgebildeten Pumpe 26 in genau bemessenen Mengen zugeführt
wird. Die beiden
Pumpen 2.4, 26 sind miteinander gekuppelt, so daß
das Verhältnis der Menge des Wassers und der Ätznatronlösung, die in der Zeiteinheit
dem Rohre 14 bzw. 15 zugeführt «-erden, dauernd gleichbleibt. Je nachdem Sulfit-
oder Natronzellstoff behandelt werden soll, benutzt man eine auf 5o bis 6o° C erwärmte,
etwa q. obige oder eine kalte, etwa io o/oige Ätznatronlösung. Um in ersterem Falle
diese Temperatur der Lauge auch weiterhin aufrechterhalten zu können, sind, wie
bereits erwähnt, die Druckrohre 9 der Pumpen 6 durch die Heizkörper 8 hindurchgeführt.
Letztere sind nach dem Gesagten beim Behandeln von Natronzellstoff nicht nötig.
In beiden Fällen beträgt die Menge der Frischlauge, die jedem der Gefäße i nacheinander
zugeführt wird, 4. bis 12 % des Gewichtes des in ihm befindlichen Zellstoffes.
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Wie bereits angegeben, werden die Gefäße i unter cyelischer Vertauschung
nacheinander in Betrieb genommen und außer Betrieb gesetzt. Der Zellstoff verbleibt
während der ganzen Dauer der Behandlung mit Lauge jeweils in demselben Gefäß, jedoch
nimmt dabei der Gehalt der Lauge an Natron zu, während zugleich der Gehalt des Zellstoffes
an Beta- und Gamma-Cellulose abnimmt.
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Der Betrieb der Vorrichtung, die bei der gezeichneten Ausführung beispielsweise
sechs mit I bis VI bezeichnete Gefäße i umfaßt, gestaltet sich wie folgt. Dabei
ist zu unterscheiden zwischen zwei im folgenden mit A und B bezeichneten Zuständen,
von denen stets entweder der eine oder der andere vorhanden ist und die sich in
ständigem Wechsel folgen. Zustand A Ein Gefäß, z. B. I, wird mit frischem Zellstoff
aus der Leitung 16 gefüllt. Sein Deckel 5 und sein Ablaßstutzen 3 sind geschlossen,
nachdem sie vorher zwecks Austragens des Zellstoffes und Ausspülens mit gewöhnlichem
Leitungswasser geöffnet «-orden waren. Das nächste Gefäß, z. B. II, wird mit gewöhnlichem
Leitungswasser ausgespült. Sein Ablaßstutzen 3 ist geöffnet, dagegen sein Deckel
5 geschlossen, nachdem er vorher zwecks Austragens des Zellstoffes geöffnet «-orden
war. Aus dem zweitnächsten Gefäß, z: B. 1I1, wird der Zellstoff entfernt. Sein Deckel
5 und sein Ablaßstutzen 3 sind geöffnet. Während diese Verrichtung in den Gefäßen
I, II und III ausgeführt werden, stehen die mit ihnen verbundenen Pumpen 6 still,
und die über ihnen stehenden Zweigrohre der Rohrleitungen 14., 15, 16 sind geschlossen.
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In allen übrigen Gefäßen IV bis VI ist die Behandlung des Zellstoffes
mit Lauge in Gang, und zwar führt sie in ihnen einen Kreislauf aus. Zu diesem Zweck
sind die Ablaßstutzen 3 und Deckel 5 dieser Gefäße geschlossen und die Mündungen
der Druckrohre 9 der Pumpen 6 mit den Rohren i i verbunden, die die Lauge in das
betreffende Gefäß zurückführen. Zustand B In eiri Gefäß, z. B. IV, in dem sich Zellstoff
befindet, dessen Behandlung beendet ist, wird aus der Leitung 1.4 von Erdalkalisalzen
freies Wasser eingelassen, das sich über der in ihm bereits befindlichen Lauge schichtet.
Letztere wird durch die Pumpe 6 abgesaugt und aus deren Druckrohr 9 durch das Rohr
12 dem nächstfolgenden Gefäß V zugeführt. Diese Lauge ist mit Beta- und Gamma-Cellulose
nur wenig angereichert, während die in dem Gefäß V befindliche Lauge mit diesen
Cellulosearten bereits stärker angereichert ist. In das Gefäß V wird aus der Leitung
15 Frischlauge eingelassen, die sich - ebenso wie die Lauge aus dem Gefäß IV - über
der in ihm bereits befindlichen Lauge schichtet. Letztere wird wieder durch die
Pumpe 6 abgesaugt und aus deren Druckrohr 9 nun durch das Rohr 12 dem nächstfolgenden
Gefäß VI zugeführt. Diese Lauge ist mit Beta- und Gamma-Cellulose weniger angereichert
als die in dem Ge-fäß VI bereits hefindliche Lauge, da diese jene Cellulosearten
ja schon vollständig aufgelöst hat. Die aus dein Gefäß V in das Gefäß VI eintretende
Lauge schichtet sich wiederum über der in diesem befindlichen Lauge. Letztere wird
nun durch die Pumpe 6 abgesaugt und aus deren Druckrohr 9 durch das Rohr io dem
nicht gezeichneten Sammelgefäß zugeführt.
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Die Umschaltung der zu den Gefäßen IV bis VI gehörigen Pumpen 6 erfolgt
gleichzeitig. Selbstverständlich sind während des Zustandes B die Deckel 5 und die
Ablaßstutzen 3 aller dieser Gefäße geschlossen zu halten, desgleichen die Zweigrohre
der beiden Rohrleitungen 15, 16 über dem Gefäß IV, ferner die Zweigrohre der beiden
kohrleitungen 1.4, 16 über dem Gefäß V und endlich die Zweigrohre aller drei Rohrleitungen
über dem Gefäß VI.
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In den Gefäßen IV bis VI nimmt somit der Gehalt der Laugen an Natron
allmählich zu, während zugleich der Gehalt des Zellstoffes an Beta- und Gamma-Cellulose
allmählich abnimmt.
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Nachdem der Zustand B während der erforderlichen Zeit angedauert hat,
wird der Zustand A wieder herbeigeführt, jedoch mit dem Unterschied, daß nunmehr
durch cyclische Vertauschung des Gefäßes II das erste, das Gefäß III das zweite
usw. und schließlich das Gefäß I das sechste, d. h. letzte wird und so
fort
in ständigem Wechsel der beiden Zustände.
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Die Anzahl der jeweils benötigten Gefäße I hängt einerseits ab von
der Dauer des Zustandes A, d. h. der Zeit, die die Behandlung des Zellstoffes mit
Lauge in ihnen (wofür man je nach Art des Zellstoffes etwa 45 bis 6o Stunden rechnen
kann) sowie das Entleeren, Ausspülen mit Zellstoff der Gefäße erfordert, andererseits
von der Dauer des Zustandes B, d. h. der Zeit, die das Überpumpen der Lauge aus
einem Gefäß in das nächste sowie das Ablassen der Lauge aus dem jeweils letzten
Gefäßerfordert.
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Nachdem die im vorstehenden beschriebene Behandlung des Zellstoffes
mit Alkalilauge beendet und er aus dem betreffenden Gefäß I herausgenommen worden
ist, wird er in einem anderen Gefäß nochmals mit Wasser ausgewaschen, auf etwa 4
bis 6 °/o eingedickt und mit einer wässerigen Lösung von Chlorkalk, die hiervon
etwa i bis 3 % des Gewichtes des Stoffbreies enthält, gebleicht. Alsdann wird der
Zellstoff nochmals gewaschen, zwecks Entfernung der in ihm enthaltenen Mineralsalze
mit einer schwach sauren Flüssigkeit, z. B. etwa o,i °/oiger Schwefelsäure, behandelt
und abermals ausgewaschen, worauf er schließlich entwässert und getrocknet wird.