DE941529C

DE941529C - Verfahren und Vorrichtung zum Aufschliessen von Fasermaterial unter Druck

Info

Publication number: DE941529C
Application number: DEA1943D
Authority: DE
Inventors: Johan Richter
Original assignee: Kamyr AB
Current assignee: Metso Fiber Karlstad AB
Priority date: 1942-10-15
Filing date: 1943-10-10
Publication date: 1956-04-12

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 12. APRIL 1956

Aip43 IVa155b

unter Druck

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschließen von Fasermaterial unter Druck, z. B. zur Erzeugung von Holzzellstoff oder zur Verzuckerung zellstoffhaltigen Materials, wobei das Rohmaterial in einem fortlaufenden Strom unter gleichzeitiger Zuführung von Aufschlußflüssigkeit, z. B. vom SO₂ oder anderen Chemikalien, ein Aufschließgefäß durchläuft, in welchem ein den normalen Dampfdruck bei der maximalen Kochtemperatur übersteigender Druck aufrechterhalten wird, und eine Vorrichtung, mit der sich das neue Verfahren zweckmäßig durchführen läßt.

Das Aufschließen oder Kochen von Holz oder ähnlichem Fasermaterial für die Zellstoffherstellung oder für die Verzuckerung von Holz findet bisher unter Überdruck und erhöhter Temperatur (130 bis i8o° ader mehr) statt, je nachdem das Aufschließen mit BAsulfit, Sulfat oder schwefeliger Säure oder nach einem anderen Verfahren ausgeführt wird. Kochprozesse dieser Art werden in der Praxis ausschließlich unterbrochen ausgeführt, d.h. der Kocher wird mit Rohmaterial (Spänen) gefüllt, wonach die Füllöffnung geschlossen und die Aufschließflüssigkeit zugeführt wird; danach werden Temperatur und Druck in Übereinstimmung mit Erfahrungskurven gesteigert, wobei der Druck bestimmt durch die Summe aus Dampfdruck und Partialdiruck der entwickelten Gase wird. Während der Anfahr- und Kochzeit wird im allgemeinen Gas abgeblasen, entweder um den Druck zu erniedrigen (Auslaß von Luft und SO₂) oder auch, um gewisse Nebenprodukte zu gewinnen (Terpentin).

Es sind schon viele Versuche ausgeführt worden, um auch ein fortlaufendes Aufschließen in praktisch brauchbarer Weise zu ermöglichen; hierbei soll der Rohstoff (Späne) fortlaufend an dem einen Ende des Behandlungsaggregates eingeführt wer-

den, um' 'danach den Apparat unter Zufuhr von Kochfiüssigkeit, Dampf usw. durchzulaufen und schließlich an dem anderen Ende des Apparates in Form eines fertig aufgeschlossenen Produktes ausgetragen zu· werden. Die verschiedensten Verfahren und Anordnungen sind vorgeschlagen und versucht worden, ohne daß bis jetzt eine in der Praxis befriedigende Lösung gefunden, wurde.

Bisher beruhten fast alle vorgeschlagenen Lösungen auf dem gleichen Grundprinzip, das auch bei 'den bekannten periodischen Kochern benutzt wind uind bei dem der Kochdruck durch die Summe aus dem der Kochtemperatur entsprechenden' Dampfdruck und dem Partialdruck der amwesen-

den Gase bestimmt wird. . .

Hierbei ergaben sich in der Praxis Schwierigkeiten, dadurch, daß die Koohfiüssigkeit auf dem Siedepunkt das Bestreben hat, sich im Verhältnis zur Masse in Richtung gegen die Abnahmestelle zu bewegen. Diese Erscheinung ist beim Ausblasen gewöhnlicher Kocher wohlbekannt, bei denen die Lauge vorausgeht und die Zellstoffmasse zurückbleibt und aus dem Kocher durch Spülung oder drurch mechanische Mittel entfernt werden muß. Diese Erscheinung ist die Ursache dafür, daß - praktisch sämtliche bisher angestellten Versuche mit fortlaufendem Aufschließen mißlungen sind.

Man kann zwar den erwähnten Nachteil dadurch vermeiden, daß die Späne am Kocherboden eingeführt, dagegen die fertige Masse und die Lauge über einen Überlauf am oberen Ende des Kochers entfernt werden, wobei der Kocher also immer bis oben ,gefüllt bleibt.

Eine solche Lösung hat indessen gewisse Nachteile, da es aus mehreren Gründen wünschenswert ist, die Masse am oberen Ende eines· stehenden Kochers einzuführen und das fertige Produkt am Boden des Kochers auszutragen.

Aus praktischen Rücksichten sollte beispielsweise der Kocher stehend angeordnet sein, wobei die Zuführung oben und die: Entnahme unten erfolgt, weil sich die spezifisch schwerere Masse am leichtesten nach abwärts bewegt, die Einfuhirungsapparatur am oberen Ende 'des Kochers leichter zugänglich ist und. der Kocher am ,einfachsten unten entleert wird.

Nach den Erfahrungen mit periodischen Kochern sollte der Kbchprozeß Zonen mit verschiedenen Temperaturen derart durchlaufen, daß das Material zuerst eine relativ kältere Zone zwecks Imprägnierung, danach die eigentliche Aufschließzone unter voller Kochtemperatur und schließlich eine etwas kältere Abnahmezone durchläuft.

Ferner muß die Bewegung der Lauge iSo gesteuert werden, daß sie sich nicht im Verhältnis zu dem'Material bew'egt. Die Bewegung der Flüssigkeit durch den Kocher soll ausschließlich durch die - eingeführte Flüssigkeitsmenge bestimmt werden. Hauptbedingung für den voraussetzunigsgemäßen Verlauf des Verfahrens ist, daß der Kocher vollständig mit Flüssigkeit gefüllt wird und keinen oberen Dampf raum aufweist. Falls. die Flüssigkeit sich auf dem Siedepurilit befindet, wird nämlich der Dampfdruck -die Wanderung der Lauge verursachen.

Der Kocher muß also unter Kompression gehalten werden, d. h. unter einem Flüssigkeitsdruck, der den Dampfdruck der Behandlungsflüssigkeit bei der höchsten auftretenden Kochtemperatur übersteigt. Wenn der Kocher durch Pumpendruck unter Kornpression gehalten wird, dann kann auch der Bedingung genügt werden, in verschiedenen Zonen ver-. schliedene Temperaturen aufrechtzuerhalten, solange man nicht an irgendeiner Stelle auf die Siedetemperatur bei dem herrschenden Druck kommt. Es besteht dann kein Hindernis dafür, eine kältere Imprägnierungszone oben im Kocher und eine heißere Aufschließzone weiter unten aufrechtzuerhalten.

Durch die Erfindung gelingt es, alle die obenerwähnten Schwierigkeiten zu überwinden und ein Verfahren· zum kontinuierlichen Aufsehließen von Fasermaterial unter Druck so zu gestalten, daß die erwähnten Bedingungen erfüllt werden. Die Erfindung schlägt vor, das Verfahren so durchzuführen, daß nahe der Auslaßstelle des Behälters eine Komp.ressionsflüssigkeit unabhängig von der Zufuhr des Rohmaterials und der Behandlungsflüssigkeit in den Behälter eingepumpt wird.

Die Notwendigkeit, mit erhöhtem Druck zu arbeiten, ist selbstverständlich auch schon früher erkannt worden, jedoch wurde bei allen bisher vorgeschlagenen Verfahren dieser erhöhte Druck durch entsprechende Beeinflussung des Speisekreislaufes erzielt. Man setzte also in allen bekannten Fällen ■die Behandlungsflüssigkeit selbst 'dem gewünschten Druck aus. Auch bei dem ernaidungsgemäßen Verfahren wird der Druck im Kocher auf einem solchen Wert gehalten, daß eine Gasentwicklung verhindert wird. Der Erfindungsgedainke sowie der grundlegende Unterschied zu allen bisher bekannten Verfahren bestehen in dem Vorschlag, zusätzlich eine Kompressionsflüssigkeit in der Nähe des Austragendes des Kochers in diesen einzuleiten. Auf diese Weise gelingt es, durch geeignete Beeinfhissung der Kompressionsflüssigkeit den Druck im Kocher* zu regeln, ohne das Verhältnis von flüssigem Material zu "der Behandluiugsflüssigkeit, d. h. ohne die Konsistenz der Masse zu verändern. Die Menge der Kompressionsflüssigkeit kann nach Belieben so gewählt werden, wie es im Hinblick auf die gewünschte Durchführung des Kochverfahrens am zweckmäßigsten erscheint. Der Vorschlag, die Druckeinstellung im Kocher durch eine zusätzliche Komptessionsflüssi'gkeit herbeizuführen und diese Kompressionsflüssigkeit nahe der Auslaßstelle des Kochers im diesen einzuleiten, ist bei den bisher bekannten Verfahren nicht angewendet worden. Im Gegensatz zu der Erfindung gelingt es mit den bekannten Verfahren nicht, die oben dargelegten Bedingungen zu erfüllen, so 'daß den bekannten Verfahren eine praktische Bedeutung nicht zukommt.

Die Menge Kompressionsflüssigkeit, die an sich von untergeordneter Bedeutung ist, wird automatisch gleich dem Unterschied zwischen der' ausge-

frragenen Menge und der Summe eingeführter Roh·- materialmengen (Flüssigkeit einschließlich Chemikalien und gegebenenfalls Dampf). Durch eine zweckmäßige Änderung der ausgetragenen Menge kann man somit eine geeignete Menge Kompressionsflüssigkeit einführen.

Hinsichtlich der Art der Kompressionsflüssigkeit selbst liegt praktisch nur die Möglichkeit vor, Ablauge oder sogenannte Schwarzlauge zu verwenden, um den Gehalt an Chemikalien und gelöster Substanz in der Lauge, die zur Rückgewinnungsanlage geführt wird, nicht herabzusetzen. Wasser als Kompressionsflüssigkeit zu benutzen, ist aus wirtschaftlichen Gründen nicht so günstig.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird am besten in einer Vorrichtung durchgeführt, die aus einem senkrechten, verhältnismäßig schlanken und hohen Kocher mit Eintragung der Späne und etwaiger Kocherlauge von oben und mit Heizung, gegebenenfalls im Zusammenhang mit der Zufuhr weiterer Chemikalien mittels eines oder gegebenenfalls mehrerer weiter unten liegender Systeme zur Laugeniumwälzung in waagerechter Ebene und mit einer Entleerungseinriflhtung am unteren Ende be-

ag steht. Diese Vorrichtung ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit der Austragung eine druckregulierte Zuleitung für. Ablauge oder eine andere Kompressionsflüssigkeit im Kocherboden oder in der Nähe des Kocherbodens angeordnet ist. In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens veranschaulicht.

Dem stehenden Kocher 1 wird Rohmaterial und Aufschlußflüssigkeit, iz. B. Lauge, fortlaufend zugeführt, und zwar wird das mit Lauge eingetränkte Spänematerial mittels einer Pumpe durch die Leitung 13· nach der Innenseite des Siebes 6 geführt, wobei die Späne mittels der Schnecke 7 abwärts in den Kocher gefördert werden, während die Lauge teilweiise durch das Sieb 6 und die Leitung 14 abgeht, um in einem geschlossenen! Kreislauf zu zirkulieren und wiederum zum Einbringen einer neuen Menge von Spänen durch die Leitung 13 zu dienen. Am oberen Teil des Kochers befindet sich bei 10 eine Anordnung für den Auslaß von z. B. Luft. Die Imprägnierungs- oder Aufschließflüssigkeit kann entweder dem Kocher bei 28 oder zusammen mit den Spänen zugeführt werden. Frischlauge, SO₂, oder andere Chemikalien können auch ganz oder teilweise später zugeführt werden, z. B. bei 2'8_& oder bei 28_C, vorzugsweise in Verbindung mit örtlichem Laugenumlauf und Dampfheizung, wie bei 17 angedeutet. Im oberen Teil des Kochers findet das Imprägnieren bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, 60 bis 120°, statt, wonach Wärme bei 17 entweder unmittelbar in der Form von Dampf oder mittelbar durch örtlichen Umlauf der Lauge über eine Heizvorrichtung in an sich bekannter Weise zugeführt wird. Da es sich hier um bekannte Einrichtungen handelt, sind diese in der Zeichnung nicht näher angedeutet. Die Aufschließtemperatur kann z. B. 140 bis ι8ό° oder höher sein. Gase, die gegebenenfalls durch die Heizung frei gemacht werden, steigen im Gegenstrom zu dem eingeführten Material in die Höhe und verursachen somit eine gewisse Vorheizung in der ImprägniierungS'Zone, während das Gas gleichzeitig wegen der sinkenden Temperatur wieder in Lösung geht und an der Imprägnierung teilnimmt. In der gleichen Weise kann weitere Wärme bei iy_a zugeführt werden, oder die Temperatur kann hier, wenn erwünscht, herabgesetzt werden.

Die fertige, aufgeschlossene Masse, d. h. die Mischung von Fasern und Ablauge, wird am Boden des Kochers entleert, wobei Dampf und Gas in an sich bekannter Weise bei 18 und Lauge bei 20 abgeleitet werden, während das fertige Faserprodukt bei 21 zur Aufbereitungsanlage weitergeführt und die Ablauge bei 19 zur Rückgewinnungsanlage geleitet wird. Die Entleerung selbst kann z. B. mittels einer Schabervorrichtung 22 und Schleusenanilage bei 23 in Verbindung mit einem selbsttätigen Relais 24 durchgeführt werden.

Ein Teil der bei 20 abgetrennten Lauge wird mittels der Pumpe 25 zur Stelle 26 zurückgeführt, um in Verbindung mit der Kocherentleerung eine Verdünnung des Zellstoffbreies herbeizuführen. Dabei wird der Pumpendruck mit Hilfe eines Druckrelais 27 derart herabgesetzt, daß er dem im Kocher gewünschten Kompressionsdruck entspricht. Der Druck der Kompressionislauge ist festgelegt, während die Menge dieser Lauge sich selbsttätig derart einstellt, daß sie gleich dem Unterschied zwischen der Ableitung bei- 23 und der Einführung von Rohmaterial, Flüssigkeit und Chemikalien, bei 13, 28 und 17 wird.

Selbstverständlich muß die Ableitung bei 23 immer größer sein als die Einführung bei 13, 28 und 17, um für die Kompressionslauge Platz zu 1°° machen. Die Menge der Kompressionslauge kann demgemäß beispielsweise mit Hilfe eines Relais 24 derart überwacht werden, daß der genannte Unterschied gerade so groß wird, daß bei 26 eine so große Menge Kompressionslauge mit einer Temperatur von z. B. 8o° eingeführt wird, daß die Aufschliießtemperatur im Kocher von beispielsweise 170 auf beispielsweise 120⁰ an der Ableitungsstelle herabgesetzt wird, wo· das Temperaturrelais 24 seine Impulse erhält. Sollte man an der Ableitungsstelle eine Temperatur von 130 anstatt 120⁰ wünschen:, so wird das Relais für 130⁰ eingestellt (unter Berücksichtigung der Zeit des Temperaturausgleichs, mit dem man rechnen muß). Die Geschwindigkeit des Ausschleusens bei 23 wird sich dann selbsttätig so einstellen, daß die Menge der Kompressionslauge bei 26 mit einer Temperatur von 8o° genauso herabgesetzt wird, daß die Temperatur der Masse von 170 auf 130⁰ (anstatt früher 120°) herabgesetzt wird. Sinkt die Temperatur der Kornpressionslauge bei 26, so verzögert das Temperaturrelais das Ausschleusen bei 23 derart, daß .genau die notwendige Menge Kompressionslauge zugeführt wird, um die Temperatur beim Ausschleusen unverändert auf 120 bzw. 130⁰ zu halten. Steigt die Temperatur der Kompressionslauge bei 26, so

wird die Ausschleusegeschwmdigkeit bei" 23 und damit auch die Menge der Kompressionslauge gesteigert, wodurch die Temperatur- der Masse von 170° dauernd auf 120 bzw. 130° herabgesetzt wird. Eine Hauptbedingung ist, daß die Kapazität der Schleusvorrichtung 23 so groß ist,- daß sie außer den bei 13, 28 und 17 eingeführten Stoffen auch für die Kompressionslauge Platz macht. Solange die Ableitungstemperatur niedriger ist als die Temperatur im Boden des Kochers, wird diese Hauptbedingung zufriedenstellend erfüllt.

In dieser Weise kann der ganze Verlauf selbsttätig gesteuert und geregelt werden.

Das oben beschriebene Verfahren bzw. die beschriebene Anordnung kann im Prinzip unabhängig davon benutzt werden, ob die Behandlung mit Bisulfit, Sulfat, SO₂-Wasser oder einer anderen Kombination stattfindet. Die Zufuhr von Chemikalien und Wärme kann gemäß an sich bekannter Verfahren stattfinden, die deshalb nicht näher beschrieben werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zum Aufschließen von Fasermaterial unter Druck, z. B. zur Erzeugung von Holzzellstoff oder zur Verzuckerung zellstoffhaltigen Materials, wobei das Rohmaterial in .· einem fortlaufenden Strom unter gleichzeitiger Zuführung von Aufsehlußnüssigkeit, z, B. von SO₂ oder anderen Chemikalien, ein Aufschließgefäß durchläuft, in welchem ein den normalen Dampfdruck bei 'der maximalen Kochtemperatur übersteigender Druck aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Auslaßstelle des Behälters eine Kompressionsflüssigkeit unabhängig von der Zufuhr des Rohmaterials und der Behandlungsflüssigkeit in den Behälter eingepumpt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompressionsflüssigkeit Ablauge oder sogenannte Schwarzlauge benutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsflüssig- - köit unter einem bestimmten Druck in die Entleerungsvorrichtung des Behälters eingeführt wird und dabei gleichzeitig zur Verdünnung und Entleerung des fertigen Produktes dient.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerung so geregelt wird, daß die ausgeführte Menge sowohl den eingeführten Mengen von Rohmaterial, Flüssigkeit, Chemikalien und gegebenenfalls kondensiertem Dampf als auch einer gewissen Menge Flüssigkeit, die unter einem bestimmten Druck zugeführt wird, entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturerniedrigung, die an der Entleerungsvorrichtung des Behälters durch· das Einpumpen einer kälteren Kompressionsflüssigkeit erzielt wird, als Impuls für selbsttätige Regelung der Entleerung in einer solchen Weise ausgenutzt wird, daß eine zweckmäßige Menge Kompressionsflüssigkeit im unteren Teil des Behälters eingeführt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, bestehend aus einem senkrechten, verhältnismäßig schlanken und hohen Kocher mit Eintragung der Späne und etwaiger Kocherlauge von oben und mit Heizung, gegebenenfalls im Zusammenhang mit der Zufuhr weiterer Chemikalien mittels eines oder .gegebenenfalls mehrerer weiter unten liegender Systeme zur Laugenumwälzung in waagerechter Ebene und mit einer Entleerungseinrichtung am unteren Ende", dadurch gekennzeichnet, daß im Zusammenhang mit der Aus- tragung eine druckregulierte Zuleitung (26) für Ablauge oder eine andere Kompressionsflüssigkeit im Kocherboden oder in der Nähe des Kocherbodens angeordnet ist.
7. Vorrichtung naoh Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Entleerungseinrichtung mit veränderlicher Kapazität, z. B. eine Schleuse mit regelbarer Drehzahl oder eine Düse mit regelbarem Querschnitt zur selbsttätigen Regelung der Menge der einzuführenden Kompressionslauge, wobei die selbsttätige Regelung ihre go Impulse z. B. von der Temperatur des ausgetragenen Gutes mittels eines Relais (24) erhält.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 592 332;
französische Patentschrift Nr. 852 892;
USA.-Patentschrift Nr. 2 008 635.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 509 688 4.56