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Verfahren zum Aufschließen von Holz und anderem zellstoffhaltigen
Fasergut Einem Hauptvorgang bei der Herstellung von Cellulose aus Holz oder anderem
zellstoffhaltigen Fasergut, nämlich dem .schnellen und gleichmäßigen Tränken des
Holzes mit Aufschlußflüssigkeit, hat man bisher verhältnismäßig wenig Beachtung
geschenkt. Wohl hat man erkannt, daß bei rascher Tränkung des Fasergutes mit Aufschlußflüssigkeit
eine wesentliche Verkürzung des Aufschlusses und die Herstellung sehr gleichmäßiger
Cellulose bester Beschaffenheit bei bedeutend geringerem Verbrauch an Dampf- und
Aufschlußmittel erzielt werden kann, aber bisher keine geeigneten Mittel gefunden,
die rasche Tränkung des Gutes einwandfrei und ohne Benachteiligung der anderen Vorgänge
während des Aufschlusses durchzuführen.
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Bekanntlich besteht das in das Aufschlußgefäß eingefüllte Gut nur
zum geringsten Teil aus Holzmasse selbst und zum weitaus größten Teil aus Lnft,
die sich zwischen und in den Holzzellen befindet, sowie aus der dem jeweiligen Feuchtigkeitsgehalt
des Holzes entsprechenden Wassermenge. Zum Beispiel besteht Holz mit etwa 2o °/o
Feuchtigkeitsgehalt aus io °/o eigentlicher Holzmasse, 20 '/, im Holz befindlichem
Wasser, etwa 7o %
Luft.
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Will man also einen ganz gleichmäßig aufgeschlossenere Zellstoff durch
chemischen Aufschluß erzielen, so muß in erster Linie dafür Sorge getragen werden,
daß alle Zellstofffasern zur gleichen Zeit von Aufschlußflüssigkeit gleicher Konzentration
und gleicher Temperatur umspült werden, damit auch der Aufschluß aller Fasern zu
gleicher Zeit erfolgen kann.
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Um nun das Eindringen der Aufschlußflüssigkeit zeitlich zu begünstigen,
hat man das Holz möglichst fein zerkleinert, d. h. man zerhackte die für die Zellstoffherstellung
gebräuchlichen Rundhölzer zu sogenannten Holzschnitzeln, ,die meist Längen von z5
bis q.o mm, Breiten von 2o bis 35 mm und Stärkere von q. bis 6 mm aufweisen. Mit
dieser Zerkleinerung, besonders hinsichtlich der Längen, konnte man aber nicht weiter
heruntergehen, da um so mehr Zellstoffasern zerstört wurden, je kürzer die Holzschnitzel
zerhackt wurden. Diese Holzschnitzel wurden dann mit ihrem Luft- und Wassergehalt
in den Aufschlußbehälter gefüllt, mit Lauge bedeckt und einer Wärmebehandlung unter
Druck unterworfen. Die Lauge mußte nun langsam in die Holzschnitzel eindringen,
was aber nur möglich war, wenn sie während des Eindringens die Luft verdrängte.
Da aber die Lauge hauptsächlich an den beiden Stirnseiten des Holzschnitzels eindringt
(bekannt-!ich geschieht das Eindringen von der Stirnseite her, also in Richtung
des Faserverlarafs, etwa ioomal schneller als von den Längsseiten
aus,
d. 1i. quer zu den Fasern}, verschließt sie geWissermaßen jedes Holzschnitzel, so
daß die Luft nur :ehr langsam entweichen kann. Durch Erfahrungen und Versuche wurde
festgestellt, daß von der bisher allgemein angewandten Kochzeit von etwa i:2 bis
i j Stunden allein etwa ; o bis So o;o, d. 1i. etwa 9 bis io Standen, nur für die
Tränkung der Holzschnitzel mit Aufschlußflüssigkeit erforderlich sind, während für
den eigentlichen Aufschluß des Holzes zu Cellulose ein nur geringer Zeitraum notwendig
ist.
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Aus dieser Tatsache ergibt sich der Übelstand, daß die in jedes Holzschnitzel
von bei-' den Stirnseiten aus eindringenden Mengen von Aufschlußflüssigkeit sich
erst gegen Ende der Kochung in der INEtte jedes Holzschnitzels treffen und dann
erst die in der Mitte der Holzschnitzel liegenden Zellstoffasern zum Aufschluß herangezogen
werden können. Ferner folgt daraus, daß die von beiden Seiten eindringendeAufschlußflüssigkeit
schon kurz nach Beginn der Kocbung die außenliegenden Zellstoffasern der einzelnen
Holzschnitzel aufschließt, und zwar fortschreitend nach der Mitte zu, im Verhältnis
zur Schnelligkeit des Eindringens der Aufschlußflüssigkeit. Es müssen also die kurz
nach Beginn der Kochung bereits aufgeschlossenen Zellstoffasern noch stundenlang
in der heißen Anischlußflüssigkeit verbleiben, bis auch die letzten im Innern der
Holzschnitzel liegenden Zellstoffasern aufgeschlossen sind. Bekanntlich greift aber
ein längeres Verweilen schon fertig aufgeschlossener Zellstoffasern in heißer, unter
Druck stehender Lauge die Fasern stark an, schwächt sie und verändert ihre physikalischen
Eigenschaften.
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Aus diesen Vorgängen erhellt eindeutig, daß es nach den bisherigen
Verfahren unmöglich war, einen hinsichtlich der Beschaffenheit aller Zellstoffasern
gleichmäßigen Zellstoff zu erzeugen. Wohl hat man versucht, diesen außerordentlichen
Nachteil der Zellstoffherstellung auszumerzen oder zu mildern, aber alle darauf
abzielenden Versuche sind bisher entweder wegen unzureichend angewandter Mittel
oder wegen Univ irtschaftlichkeit der daffr vorgesehenen Einrichtungen, schließlich
aber auch wegen -Nichtbeachtung der gerade während der Zellstoffkochung durch Verwenclung
saurer. gashaltiger Aufschlußflüssigkeiten auftretenden Reaktionen ergebnislos verlaufen.
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Man hat zum Beispiel versucht, das aufzuschließende Holz ini Aufsclilußbehälter
mit kalter oder heißer Anfschlußflüssigkeit gegebenenfalls i:n Vakuum oder unter
Druck zu t ri änk -en. die überschüs-sige Lauge abzulassen und dann erst zu kochen.
Auch hat man schon die Luft aus Kocher und Fasergut vor Einführung der Aufschlußflüssigkeit
abgesaugt. Ferner hat man das im Kocher befindliche Fasergut zur Entfernung der
Luft mehrmal belaugt und nach Steigerung des Kocherdruckes durch Dampfzufuhr einen
Teil der Lauge zwecks Druckverminderung wieder abgelassen sowie das obere Ventil
des Kochers behufs Ablassens der vorhandenen Luft geöffnet.
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Die Erfindung geht nun demgegenüber darauf aus, das Eindringen der
Aufschlußflüssigkeit und der Aufschlußchemikalien in das Holz so zu beschleunigen,
daß in kürzester Zeit eine völlige Tränkung mit den für den Aufschluß erforderlichen
Chemikalien erzielt wird. Durch die nach der Erfindung vorzunehmenden Maßnahmen
ist es möglich, die Tränkung des Holzes so vollständig und rasch zu gestalten, daß
man mit dem Kochgut fast sofort auf die Temperatur .gehen kann, bei der der Aufschluß
bzw. die Auslösung des Lignins beginnt, ohne eine Gefährdung der Fasern hervorzurufen.
"Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der verschließbare Aufschlußbehälter
nach Füllung mit Fasergut und Aufschlußflüssigkeit sowie nach Schließung durch völliges
Abziehen der Aufschlußflüssigkeit derart unter Unterdruck gesetzt wird, daß die
in dem aufzuschließenden Fasergut befindliche Luft zum größten Teil ausgetrieben
wird, worauf Aufschlußflüssigkeit in einer für den Aufschluß erforderlichen Menge
wieder zugeführt und gekocht wird. Bei diesem Verfahren dringt die Aufschlnßflüssigkeit
beim Wiedereinfüllen in den Aufschlußbehälter sofort in die entlüfteter. und entgasten
Holzschnitzel ein und bewirkt eine sofortige vollkommene Tränkung des Holzes mit
dem Aufschlußmittel.
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Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung der Aufschlußbehälter
selbst in Verbindung mit der Aufschlußflüssigkeit wie eine den Unterdruck erzeugende
Pumpe wirkt, bei der der Mantel des Behälters mit dem Zylinder und die abfließende
Aufschlußflüssigkeit mit dem Pumpenkolben zu vergleichen ist, wird ein Entweichen
von den Aufschlußvorgang beschleunigenden Gasen der Aufschlußflüssigkeit aus dein
Behälter durch und während der Unterdruckerzeugung mit Sicherheit vermieden. Eine
weitere Beschleunigung des Tränkungsv organges findet statt, wenn man die Wiedereinfüllung
der Aufschlußflüssigkeit bei höherer Temperatur, z. B. ioo° C, vornimmt.
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Man kann auch die durch den Unterdruck im Aufschlußbehälter aus dem
Fasergut ausgetriebene Luft aus dein Behälter entfernen, und zwar dadurch, daß man
beim «'iederzuführen der Aufschlußflüssigkeit den oberen Teil des Aufschlußbehälters
so lange offen hält, bis die
im@ Behälter als Kolben wirkende Flüssigkeit
die Luft ausgetrieben hat. Da diese im Oberteil des Aufschlußbehälters sich ansammelnde
Luft mit Gasen der Aufschlußflüssigkeit verinischt ist, führt man dieses Gas-Luft-Gemisch
einer Wiedergewinnungsanlage zu, um die Gase zur Absorption zu bringen. Es besteht
auch die vorteilhafte Möglichkeit, während des Abziehens der Aufschlußflüssigkeit
aus dein Fasergut ausgetriebene und im oberen Teil des Aufschlußbehälters aufgespeicherte
Luft gleichzeitig durch einen durch die abziehende Flüssigkeit betriebenen Injektor
abzusaugen. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, die durch den Unterdruck
aus dem Fasergut entfernte und im oberen Teil des Aufschl,ußbehälters angesammelte
Luft abzuführen, weil es sich gezeigt hat, daß das Vorhandensein dieser Luft oberhalb
der wieder eingefüllten Aufschlußflüssigkeit keinen schädigenden Einfluß auf den
Aufschlußvorgang ausübt.
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Wohlbemerkt bezieht sich diese Ausführungsform der Erfindung nicht
auf das Absaugen der im oberen Kocherteil sich ansammelnden Gase und Einführen derselben
in den unteren Teil des Kochers mittels eines Injektors, denn dies ist bekannt,
sondern nur auf das Absaugen von Luft, die während des Abziehens der Aufschlußflüssigkeit
aus dem Fasergut ausgetrieben wurde.
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Selbstverständlich ist es, nachdem das Fasergut bereits vor Beginn
des Aufschlusses mit Aufschlußflüssigkeit getränkt ist, nicht mehr notwendig, den
Behälter wieder ganz mit Aufschlußflüssigkeit vollzufüllen, sondern man braucht
nur so viel Aufschlußflüssigkeit in den Behälter gelangen zu lassen, daß für den
Aufschluß des Holzes zu Cellulose genügend Aufschlußmittel vorhanden sind. Eine
Gefährdung der Holzschnitzel, die nach Wiederzuführen der Aufschlußflüssigkeit nicht
von Flüssigkeit bedeckt bzw. umgeben sind, tritt nicht ein, .da sie durch die Tränkflüssigkeit
vollkommen geschützt sind. Verwendet man also nach der Erzeugung des Unterdruckes
Aufschlußflüssigkeit hoher Konzentration, so braucht man nur eine wesentlich geringere
Flüssigkeitsmenge, als bisher erforderlich, in den Behälter einzubringen -und spart
dadurch nicht nur an Aufschlußmitteln, sondern auch an dem erforderlichen Wärmeaufwand.
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Versuche haben ergeben, daß es bei Anwendung des Verfahrens nach .der
Erfindung möglich ist, sofort nach der Tränkung des Fasergutes .die Kochung bei
einer Temperatur von etwa ioo° C zu beginnen, da die Tränkung so vollkommen ist,
daß eine Gefährdung der Zellstoffasern nicht eintreten kann. Da der Aufschluß des
Fasergutes in allen Teilen fast gleichzeitig stattfindet, wird eine wesentliche
Verkürzung der Kochzeit, eine außerordentliche Schonung der Zellstoffasern und ein
gleichmäßiger Zellstoff unter Anwendung geringster Mengen an Aufschlußmitteln und
Wärme erzielt.
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Wesentlich ist, daß die Aufschlußflüssigkeit vollkommen aus dein Aufschlußbehälter
abgelassen wird, damit jedes Fasergutteilchen dein Unterdruck ausgesetzt wird und
die anschließende Tränkung überall gleichmäßig erfolgt. Das Abziehen der Aufschlußflüssigkeit
aus dem geschlossenen Behälter kann in der Weise erfolgen, daß man sie.bei geeigneter
Lage des die ablaufende Flüssigkeit aufnehmenden Behälters unter dem Einfluß ihrer
eigenen Schwere herauslaufen läßt. In diesem Falle muß der Aufnahmebehälter, in
den die abzuziehende Flüssigkeit geleitet wird, tiefer liegen als der Aufschlußbehälter.
Das Abziehen der Aufschlußflüssigkeit aus dem Aufschlußbehälter kann aber auch durch
besondere Fördereinrichtungen, z. B. Flüssigkeitspumpen, Gebläse, Förderräder u.
dgl., oder durch Druckverminderung in dein die abfließende Aufschlußflüssigkeit
aufnehmenden Behälter erreicht oder begünstigt werden.
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Obgleich sich eine ziemlich gleichbleibende Höhe .des Unterdruckes
im Aufschlußbehälter durch die abfließende Aufschlußflüssigkeit von selbst einstellt,
weil die aus dem Fasergut entfernte Luft sich ausdehnt, und andererseits bei etwa
ansteigendem Unterdruck Gase aus der Aufschlußflüssigkeit entweichen, die von sich
aus einen Ausgleich des Unterdruckes herstellen, kann der Unterdruck durch Einführen
von Aufschlußflüssigkeit, Gasen oder Dämpfen in den Aufschlußbehälter geregelt werden.
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Auf der Zeichnung ist an einem Beispiel veranschaulicht, wie die Erfindung
.ausgeführt werden kann.
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In der Zeichnung bedeutet i einen Zellstoffkocher, der in der üblichen
Weise mit zellstoffhaltigem Fasergut und Aufschlußflüssigkeit gefüllt wird. Die
Flüssigkeit wird durch die Leitung z, Pumpe 3 und die Leitungen ¢ und 5 nach Schließen
der Ventile 1a und 13 in der Leitung 5 bei geöffneten Ventilen 8 und 9 in den Kocher
eingeführt. Nach der Füllung mit Gut und Flüssigkeit wird der Deckel 6 des Kochers
i verschlossen. Die Aufschlußflüssigkeit wird dann über die Leitung 5 nach Öffnen
der Ventile 1a und 13 sowie Schließen der Ventile 8 und 9 mittels der Pumpe 3 aus
dein Behälter q. herausgepumpt. Die abgeführte Flüssigkeit strömt hierbei durch
den Injektor 7, in welchem die im oberen Kocherteil sich sammelnde Luft durch das
Ventil io und die Leitung ii angesaugt und mit der Aufschlußflüssigkeit in die Vorratsbottiche
zwecks
Absorption der mit der Luft aus dem Kocher entwichenen Gase zurückbefördert wird.
Wenn die Aufschlußflüssigkeit auf diese Weise aus dem Kocher i restlos entfernt
ist, werden die Ventile 1a und 13 geschlossen sowie die Ventile S und 9 geöffnet
und Aufschlußflüssigkeit über die Leitung -2, Pumpe 3 und die Leitungen und 3 in
den Kocher i wieder eingeführt. Gegen Ende der Wiederzuführung der Aufschiießflüssigkeit
kann der Deckel 6 so lange geöffnet werden, bis die noch im oberen Kocherteil befindliche,
aus dem Fasergut entfernte Luft ausgetrieben ist.