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Verfahren zum Aufschließen von Pflanzenfaserstoffen Durch die Patentschrift
647 025 ist ein Verfahren zum Aufschließen von Holz bekanntgeworden, demzufolge
dieses nach Einbringen in ein Druckgefäß mit oder ohne Zuhilfenahme einer Evakuierung
mit einer schwachen Salpetersäure von mindestens q. Volumprozent überschichtet wird,
wobei eine Anfangstemperatur von höchstens 6o° herrschen soll. Nach Verschließen
des Gefäßes wird unter ständigem Umpumpen der Säure die Temperatur während einiger
Stunden auf 7o bis go° gesteigert und der sich bildendq Überdruck unter etwaigem
Abblasen bis zur Reaktionsbeendigung auf einer Höhe von mehreren Atmosphären gehalten.
Auf diese einstufige Arbeitsweise folgt die beim Salpetersäureaufschluß übliche
alkalische Nachbehandlung und Auswaschung. Das Verfahren zeichnet sich infolge seines
sparsamen Verbrauchs an Salpetersäure durch besondere Wirtschaftlichkeit aus.
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Es wurde nun gefunden, daß man unter noch wirtschaftlicherem Verbrauch
an Salpetersäure arbeiten und infolge der Verwendung größerer Hackschnitzel bei
geringerem Splitteranfall bessere Ausbeuten an Cellulose erhalten kann, wenn man
sich folgender zweistufigen Arbeitsweise bedient. Das Verfahren ist bei den verschiedensten
Pflanzenfaserstoffen, wie Holz, Stroh, Gräsern usw., anwendbar; es soll hier an
der Behandlung von Holz im einzelnen beschrieben werden.
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Das in Form von Hackspänen in ein säurefestes Druckgefäß eingebrachte
Holz wird nach Evakuieren des Kessels mit einem überschuß der zum Aufschließen notwendigen
Menge einer i o- bis i 5volumprozentigen Salpetersäure überschichtet. Nach Einführung
der. gesamten Salpetersäure wird durch Einleiten von Druckluft oder nach Aufheben
des Vakuums durch den bei der Reaktion sich bildenden Druck ein Überdruck von mehreren,
etwa 5 Atmosphären herbeigeführt. Hierbei dringt die Säure energisch in das Holz
ein. Während anfangs durch entsprechende Temperierung der Säure eine Temperatur
von 30 dis q.o° eingehalten wird, läßt man diese alsbald unter Ausnutzung der Reaktionswärme
innerhalb weniger Stunden langsam auf etwa q.o bis 50° steigen, wobei man durch
entsprechendes Abblasen der sich bildenden Kohlensäure den gleichen Druck in der
ersten Phase aufrechterhält. Das Holz ist nunmehr mit der für den Aufschluß notwendigen
Menge Salpetersäure innig durchtränkt, und derAufschluß ist, wie die Reaktionswärme
zeigt, bereits eingeleitet. Jetzt wird die nicht von den Holzspänen aufgenommene
Säure, die nach
Auffrischung sofort wieder für den nächsten Aufschluß
verwendet werden kann, abgelassen und so viel heißes Wasser von etwa 8o bis 85°
eingeführt, daß sich eine Temperatur von ungefähr 70° im Aufschlußgefäß einstellt.
h):, Verlaufe von 6 bis 8 Stunden wird die Tem-`@ peratur stufenweise bis auf etwa
9o bis 95'' gesteigert. In dieser zweiten Phase geht der eigentliche Aufschluß vor
sich. Will man einen mittel- bis hochviscosen Stoff gewinnen, so werden in diesem
Stadium des Verfahrens die sich bildenden Gase restlos abgeblasen, so daß kein Druck
im Kessel herrscht. Bei der Herstellung tief- bis mittelviscoser Stoffe wird auch
in der zweiten Phase ein Überdruck aufrechterhalten, dessen Höhe sich nach der verlangten
Viscosität des Stoffes richtet.
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Hierauf wird das schwach salpetersaure Wasser abgelassen und die Holzmasse
durch eine Waschung mit heißem Wasser oder heißer Ablauge möglichst vollständig
von der anhaftenden Säure befreit. Durch die übliche Nachbehandlung mit einer schwachen
Natronlauge in der Wärme werden die oxydierten Ligninanteile herausgelöst. Die Schnitzel
werden dann laugenfrei ,gewaschen und liegen nun in leicht defibrierbarer Form vor,
die eine Weiterverarbeitung zu reiner Cellulose gestattet.
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Der Salpetersäureverbrauch kann durch die Imprägnierungsweise in der
ersten Stufe des Verfahrens auf die für den Aufschluß notwendige Mindestmenge beschränkt
werden. Beispiel Einmit iookglufttrockenenBuchenhol.zhacl,:-spänen. beschicktes
säurebeständiges Druckgefäß aus Kruppschem Edelstahl wird 3o Minuten lang auf etwa
6o mm evakuiert und dann mit 3001 einer i3volumprozentigen Salpetersäure beschickt.
Ist die gesamte Säure zugegeben, so wird durch Einleiten von Druckluft das Vakuum
aufgehoben und gleichzeitig ein überdruck von etwa 5 Atmosphären hergestellt. Die
Temperatur der eingeführten Säure wird so bemessen, daß nach dem Beschicken im Aufschlußgefäß
eine Anfangstemperatur von etwa 35° herrscht. Innerhalb 3 Stunden wird die Temperatur
unter Ausnutzung der sich bildenden Reaktionswärme und unter ständigem Umpumpen
der Säure gleichmäßig bis auf q.5° gesteigert. Dabei wird durch Abblasen von Kohlensäure
der Druck im Kessel ständig auf der Höhe von etwa 5 Atmosphären gehalten. Das Holz
ist nunmehr mit der für den Aufschluß nötigen Menge Salpetersäure vollkommen getränkt,
so daß die überschüssige Säure abgelassen werden kann. Alsdann werden
1701 Wasser von 85° zugegeben, wodurch sich im Kocher eine Anfangstemperatur
von 70° einstellt. Diese wird im Verlaufe von etwa 7 Stunden, gegebenenfalls unter
Zuführung der Wärme, stufenweise bis auf 9o° gesteigert, wobei der sich 'bildende
Druck dauernd abgelassen wird, so däß der sich jetzt vollziehende eigentlicheAufschluß
des Holzes ohne Druck vonstatten geht.
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Das schwach salpetersaure Wasser (etwa 0,7 Volumprozent HN03) wird
jetzt entfernt und das Holz durch eine Waschung mit heißem Wasser oder heißer Ablauge
soweit wie möglich von anhaftenden Säureresten befreit. Es schließt sich alsdann
eine übliche Nachbehandlung mit einer 3volumprozentigen Natronlauge an, die bei
8o° etwa 2 Stunden lang durchgeführt wird; durch sie werden die oxydierten Ligninanteile
herausgelöst. Man wäscht die Schnitzel laugenfrei, worauf sie in einer defibrierbaren,
für eine Weiterverarbeitung auf reine hochviscose Cellulose ge. eigneten Form vorliegen.
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Zur Gewinnung einer tief- bis mittelviscosen Cellulose wird auch nach
dem Zugeben des heißen Wassers, also in der zweiten Phase, ein Überdruck von einer
oder mehreren Atmosphären aufrechterhalten. Die Nachbehandlung bleibt die gleiche.
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Es ist bereits bekannt, Pflanzenfaserstoffe mit verdünnter Salpetersäure
zu durchtränken, bei gewöhnlichem Druck und bei Temperaturen unter 6o° stehen zu
lassen und dann durch Nachbehandlung mit Wasser in der Wärme den Aufschluß zu Ende
zu führen. Fernerhin wurde auch vorgeschlagen, den Salpetersäureaufschluß von Holz
im Druckkessel in einem Einstufenverfahren durchzuführen.
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Abgesehen davon, daß nachdem Zweistufenverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung eine wesentliche Abkürzung der Aufschlußzeit und damit eine bessere Ausnutzung
der Apparatur erzielt wird, tritt selbst bei Verwendung gröberer Holzschnitzel ein
geringerer Anfall von unverwertbaren Stoffen bei gleichzeitiger Ersparnis an Salpetersäure
ein unter Bildung eines besonders hochwertigen Zellstoffs.