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Verfahren der Holzverzuckerung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
der Holzverzuckerung durch Behandeln von Holzteilchen in einer Diffusionsbatterie
im Gegenstrom mit wäßriger Säure, z. B. Salzsäure, und bezweckt die Erhöhung des
Durchsatzes und mithin Steigerung der Produktion einer derartigen Anlage.
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Eine solche Anlage .arbeitet derart, daß das ruhende Holz von einer
sich kontinuierlich vorwärts bewegenden Aufschluß.flüssi,gkeit durchströmt wird,
wobei einerseits die Salzsäure zuckerreicher und andererseits das Holz immer celluloseärmer
wird. Hierbei findet bekanntlich eine Umwandlung der Holzteilchen in hochkäpillares
Lgnin von außen nach innen unter Erhaltung ihrer äußeren Form statt. Es war daher
zu erwarten, daß die Geschwindigkeit des Aufschlusses ausschließlich durch die in
jenen Kapillaren stattfindende Diffusion der Säure nach innen und des entstehenden
Zuckers nach außen bestimmt wird. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, daß
diese Erwartung nicht zutrifft.
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Die zwischen der Säure und dem Holz stattfindenden Diffusionsvorgänge
werden vielmehr dadurch wesentlich beschleunigt, daß der gebildete Zucker möglichst
rasch aus dem Holz abgeführt und frische Salzsäure an das Holz herangeführt wird.
Es müssen also die Flüssigkeitsmengen, in denen sich Zucker angesammelt hat und
die das Holz umgeben, schnell durch solche Flüssigkeitsmengen ersetzt werden, isi
die der Zucker noch nicht eingedrungen ist, die ,also _ salzsäurereicher und dadurch
hydrolysierfähiger sind. Außerdem ist es nötig, den sich bildenden Zucker, der sich
in dem Gefüge des Holzes absetzt, wegzudrängen, das Holz auszuwaschen und dadurch
für erneute Hydrolyse freizulegen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß neben der Hauptbewegung
der
Flüssigkeit eine zusätzliche Relativbewegung zwischen Aufschlußgut
und der säurehaltigen Flüssigkeit erzeugt wird, indem ein Teil des Flüssigkeitsinhalts
aus einer Zone abgezogen und in die gleiche oder in eine andere Zone im Kreislauf
rückgeführt wird.
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Die bisher bekannten Verfahren kennen demgegenüber nur immer eine
einzige Bewegung der Säure, sei es die Durchflußbewegung durch eine Reihe von Diffuseuren,
sei es eine kreisförmige Bewegung derselben Säuremenge in einem einzigen Behälter.
Zwar wird in einem solchen Behälter bei der sog. Standverzuckerung durch einen Zwangsumlauf
der Säure eine raschere Verzuckerung erreicht: es fehlen hierbei jedoch die Vorteile,
die dem Gegenstromverfahren eigen sind und die durch Hintereinanderschaltung mehrerer
Diffuseure und durch den Fluß der Säure im Gegenstrom bedingt sind.
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Die vorliegende Erfindung verbindet die Vorteile dieser an sich bekannten
Einzelmaßnahmen miteinander dadurch, daß ein Teil des Flüssigkeitsinhalts aus einer
Zone eines Diluseurs abgezogen und in die gleiche oder eine andere Zone des nämlichen
DiiTuseurs im Irreislauf rückgeführt wird. Durch die Rückführung der Aufschlußflüssigkeit
in die gleiche Zone wird noch eine zusätzliche Querbewegung der Säure erzielt, wodurch
die auswaschende Wirkung der Flüssigkeit noch vergrößert wird. Beim Verfahren gemäß
der Eri.tidung wird also dein kontinuierlich strömenden Fluß der Salzsäureflüssigkeit
eine in einem Kreislauf sich vollziehende zweite Bew-egtnig überlagert, so daß trotz
des Vorhandenseins eines Hauptstromes mit einer bestimmten Geschwindigkeit auch
die Geschwindigkeit der Säure innerhalb dieses Haupt ilusses in gewünschter Weise
gesteigert werden kann.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal t"-ird die im Kreislauf geführte
Flüssigkeit außerhalb des Diffuseurs auf für diesen günstigste Temperaturen gebracht
bzw. gehalten. Man vermeidet so den die Füllung und Entleerung erschwerenden Einbau
von Wärmeaustauschern in die Diffuseure selbst.
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Bei Verwendung von Salzsäure als Aufschlußmittel wird ferner vorteilhaft
erfindungsgemäß der im Kreislauf geführten Flüssigkeit gasförmige Salzsäure zugeführt.
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Auch ist es möglich, nur in bestimmten Dißtiseuren, unbeschadet der
Hauptbewegung der Flüssigkeit, die Geschwindigkeit zu erhöhen, z. B. da, wo sich
die Steigerung der Geschwindigkeit als besonders zweckmäßig Herausgestellt hat.
Dies ist z. B. der Fall, wenn die Geschwindigkeit in den sog. Kopfdiffuseuren, d.
h. den Diftuseuren, _ die finit frischem Holz gefüllt sind, gesteigert wird. Hier
kann durch Geschwindigkeitserhöhung erreicht werden, daß die Ausbeute an verzuckertem
Holz in der gleichen Zeit bis etwa 700,%o größer wird als diejenige ohne zusätzlichen
Flüssigkeitsumlauf.
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Das Abziehen und das Wiederzurückführen der Säure kann auf einander
gegenüberliegenden Seiten geschehen. Ebenso ist es möglich, die Säure in einer Zone
von rechts nach links und in der nächsten Zone von- links nach rechts fliefäen zu
lassen.
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Zur Ausführung des Verfahrcns wird jeder mit Aufschlußgut beladene
Diffuseur mit einer Kreislaufleitung ausgerüstet, so daß z. B. die Flüssigkeit im
oberen Teil des Diffuseurs mit Hilfe einer Pumpe durch einen Wärmeaustauscher in
den unteren Teil des Dilfuseurs wieder zurückgeleitet wird. Z%%ischen dem Wärmeaustauscher
und dem Diffuseur kann z. B. eine Frischsäureleitung oder eine Salzsäuregasieitung
eingeschaltet sein, wenn mit Salzsäure gearbeitet wird.
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In der Abbildung ist beispielsweise eine Ausführungsmöglichkeit des
Verfahrens gemäß der Erfindung dargestellt. Die z. B. drei Diffuseure Dt, D., D3
werden von der Säureflüssigkeit in einem kontinuierlichen Flusse durchströmt.
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In dem Diffuseur D, befindet sich das celluloseärmste, d. h. das am
meisten verzuckerte Holz, während sich in dem Diffuseur D3 das frischeste Holz befindet.
Die frische Säure hießt bei t zu und die zuckerreichste Lösung bei 2 ab. Normalerweise
wird die Bewegung der Flüssigkeit durch die Pumpen 3, ;f und 5 besorgt, die die
Flüssigkeit aus dem Dittuseur oben abnehmen und in den nächstfolgenden Diffuseur
unten eindrükken. Erfindungsgemäß sind nun Umlaufleitungen 6, 1, 8 vorgesehen, die
es ermöglichen, die aus dem Diffuseur durch die Pumpen abgeführte Flüssigkeit wieder
in denselben Diffuseur einzuführen, so daß die Aufschlußflüssigkeit einen Kreislauf
innerhalb eines jeden Diffuseurs machen kann.
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Die Abzweigleitungen sind mit Ventilen 9, i o, t i versehen, die gegenüber
den Ventilen 25, 2G, 27 so eingestellt werden, daß die gewünschte Menge von Flüssigkeit
sich im Kreislauf bewegt, während der übrige Teil in den folgenden Diffuseur hinübergepumpt
wird.
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Die Leitung 2.1 ist eine Säureleitung, mit der z. B. frisches Salzsäuregas
in den Kreislauf eingeführt werden kann, wenn die entsprechenden Ventile 21, 22
oder 23 geöffnet werden.
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In das Rohrsystem für den Kreislauf sind Kühler 1(t, K2, K3 eingebaut,
womit die Säureflüssigkeit auf die entsprechende Temperatur gekühlt werden kann.
Eine Querbewegung der Säure kann z. B. dadurch erfolgen, daß
die
zurückgeführte Säure nicht unten in jeden Diffuseur eingefährt wird, sondern in
- dieselbe Zone, aus der die Flüssigkeit abgeführt wurde. Dies kann durch die öffnung
der Ventile erreicht werden, die in verschiedenen Höhen an gegenüberliegenden Stellen
eines jeden Diffuseurs angeordnet sind, z. B. bei Diffuseur D, die Ventile 15, 16,
17 gegenüber den Ventilen 18, 19, 20.
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Selbstverständlich kann der Kreislauf auch innerhalb einer Gruppe
von jeweils mehreren Diffuseuren stattfinden, wobei die Diffuseure in dieser Gruppe
ohne Kreislauf hintereinandergeschaltet sind. In einer Batterie von sechs Diffuseuren
können also z. B. drei Gruppen zu je zwei Diffuseuren gebildet werden. Diese beiden
Diffuseure sind dann immer unmittelbar hintereinandergeschaltet. Von dem einen dieser
beiden fließt also die Flüssigkeit oben ab und tritt unten in den zweiten ein. Im
übrigen wirken beide wie ein Diffuseur und sind an Stelle von den Diffuseuren Dl"
D2, D3 in das Leitungsschema gemäß der Zeichnung eingeschaltet.
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Beispiel i In drei hintereinandergeschalteten sog. Schwanzdiffuseuren,
d. h. solchen, in denen die frischeste Säure wirkt, von je 2o m3 Inhalt wurden 3
X 5ooo kg Holzteilchen von durchschnittlich 5 mm 0 bei 12' 6 Stunden lang mit einer
sich langsam bewegenden Salzsäurelösung von 40,2% H Cl behandelt. Die Durchflußgeschwindigkeit
beträgt hierbeietwa o,4 mm pro Sekunde. Wurde unter sonst gleichen Bedingungen die
Relativbewegung zwischen Holzteilchen und Salzsäure in jedem Diffuseur durch rasches
Umpumpen auf 3 mm pro Sekunde erhöht, dann erzielte man in der gleichen Zeit eine
um --o% höhere Verzuckerung als bei der bisher angewandten Arbeitsweise.
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Beispiel 2 In drei sog. Kopfdiffuseuren einer Batterie, d. h. solchen,
die mit dem frischesten Holz beladen sind, von je 2o m3 Inhalt wurden 3 X 500o kg
Holzteilchen von durchschnittlich 5 mm 0 und mit einem Anfangsfeuchtigkeitsgehalt
des Holzes von 5% bei 12' 6 Stunden lang mit einer sich langsam bewegenden Salzsäurezuckerlösung
von 300;o HCl und 2ooio Zucker behandelt. Diese Lösung war durch Einwirkung von
frischer Salzsäure auf schon zum Teil verzuckertes Holz in den Schwanzdiffuseuren
der Batterie erhalten worden. Die Durchflußgeschwindigkeit beträgt (bezogen auf
den Diffuseurquerschnitt: wie in Beispiel i o,4. mm pro Sekunde. Wurde nun auch
hier die Relativbewegung in jedem der drei Diffuseure zwischen Holzteilchen und
Salzsäurezuckerlösung auf 3 mm pro Sekunde erhöht, dann erzielte man in der gleichen
Zeit eine um 6o% höhere Verzuckerung als bei der bisherigen Arbeitsweise. Hierbei
«,-aren bei jedem Diffuseur nur die Ventile 15 und 18 geöffnet, die Ventile
16, 17, i9 und 2o dagegen geschlossen.