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Verfahren zur Vermeidung von Explosionsgefahren bei der Dampftrocknung
und konservierenden Behandlung von Holz Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Vermeidung von Explosionsgefahren bei der Dampftrocknung und konservierenden Behandlung
von Holz.
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In der USA.-Patentschrift 2 435 2I$ ist ein Verfahren zum Trocknen
von Holz beschrieben, welches darin besteht, daß das Holz in einem Kessel mit einem
hoch erhitzten organischen Dampf behandelt wird, der gegenüber dem Holz inert ist
und mittels dessen die im Holz befindliche Feuchtigkeit als Dampf ausgetrieben wird.
Die Temperatur des Dampfes. des organischen Mittels ist so hoch, daß das Austreten
der Feuchtigkeit rasch erfolgt. Der Wasserdampf und der verbrauchte organische Dampf
werden kontinuierlich aus dem Kessel entfernt. Der bei der Ausführung des Verfahrens
verwendete organische Dampf kann aus einer großen Gruppe von Kohlenwasserstoffen
und Kohlenwasserstoffderivaten ausgewählt werden. Vorzugsweise werden Kreosot, Petroleumdestillate,
Teer, Holzteer bzw. Holzteerdestillate, Xylole, höhere Alkohole, wie Amylalkohol,
Isopropylalkohol usw., Diäthylenglykol, Aldehyde, Anilin, Dimethylanilin und andere
Amine, Pyridin, Essigsäurebutylester und andere Ester, Benzol, Toluol und andere
aromatische Verbindungen verwendet, welche alle in charakteristischer Weise explosionsfähig
sind.
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Um einen Teil des in das Holz hineindestillierten Dampftrocknungsmittels
zurückzugewinnen und so das Holz in den äußeren Schichten von überschüssigem
Trocknungsmittel
zu befreien, wird nach Beendigung der oben beschriebenen Dampftrocknungsbehandlung
eine geeignete Vakuumbehandlung angeschlossen. Während dieser Vakuumperiode sinkt
die Temperatur in der Trockenkammer etwas von den während des Trocknungsveriahrens
einzuhaltenden und von der Art des angewandten organischen Mittels abhängigen charakteristischen
hohen Temperaturen ab; sie liegt am Ende der Vakuumperiode gewöhnlich noch bei 115
bis 116° oder höher; normalerweise etwa 1o° unter dem Siedepunkt des Trocknungsmittels.
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Wenn das getrocknete Holz im Anschluß an die Dampftrocknungsbehandlung
mit Konservierungsmitteln imprägniert.werden soll, wird diese konservierende Behandlung
zweckmäßigerweise -in dem bereits für die Vakuumtrocknung verwendeten Kessel ausgeführt,
Dies erfordert eine zu der konservierenden Behandlung gehörende Einführung von Luft
unter Druck in den Kessel, wie dies bei dem bekannten Rüping-Verfahren der Fall
ist. Bei diesem werden die Zellen und Hohlräume des Holzes mit Luft unter Druck
gefüllt, worauf das Imprägniermittel zunächst unter gleichem, später unter höherem
Druck eingeführt wird. Nach einiger Zeit wird unter Erniedrigung des Druckes die
Imprägnierflüssigkeit wieder entfernt: Dabei tritt die im Holz zusainmengepreßte
Luft wieder aus. Hierbei kann auch eine Vakuumbehandlung angewendet werden. Diese
Einführung von Druckluft ist aber mit der Gefahr verbunden; daß eine bis in den
Explosionsbereich führende Verdünnung des im Kessel befindlichen .organischen Dampfes
eintritt und eine Explosion ausgelöst wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Gefahr. dadurch vermieden, daß vor Einlassen
der Luft in den Kessel und vor Einstellung des Luftdruckes für die Imprägnierbehandlung
Wasserdampf in den Kessel eingeführt wird, mit dem in diesem ein Anfangsdruck von
nicht mehr als 2,44 kg/cm2 erzeugt wird und wobei der Partialdruck des eingeführten
Dampfes mindestens gleich dem Pärtialdruck des im Kessel verbliebenen, , Dampfes
der organischen Flüssigkeit ist. Durch die Einführung des Wasserdampfes wird gleichzeitig
das gegen Ende des Trocknungsprozesses angewendete Vakuum aufgehoben, Jedoch kann
dies, wenn etwa ein verhältnismäßig hoher Trocknungsgrad erzielt wurde, die Aufnahme
einer nicht wünschenswerten Menge von Wasserdampf im Holz zur Folge haben. In solchem
Falle kann das Vakuum dadurch aufgehoben werden, daß der Kessel zuerst gegen die
Atmosphäre geöffnet wird und dann der Wasserdampf eingeführt wird. Y , Wenn auch
nicht völlig klar ist, in welcher Weise die Anwesenheit des Wasserdampfes- gemäß
der vorliegenden Erfindung die Vermeidung von Explosionsgefahren bewirkt,. und eine
Beschränkung auf irgendeine besondere Theorie nicht beabsichtigt ist, scheint es;
daß dieser Effekt von der hohen Wärmekapazität des Wasserdampfes herrührt: Anscheinend-
ist der Wasserdampf wegen dieser hohen Wärmekapazität fähig, Verbrennungswärme aufzun=ehmen
und so deren Anstieg bis zur explosiven Stufe zu hemmen. Auf jeden Fall sei bemerkt,
daß der Wasserdampf bei erfindungsgemäßer Anwendung offenbar nicht als, Verdünnungsmittel
dient, -um die Anwesenheit von Luft in solchen Mengen, welche die Verbrennung unterstützen,
auszuschließen. Die Verwendung von inerten Dämpfen öder Gasen als Verdünnungsmittel
zur Vermeidung von Explosionsgefahren ist bekannt. Tatsächlich kann Luft selbst
als Verdünnungsmittel verwendet werden, denn eine Verbrennung kann nicht eintreten,
wenn Luft in zu geringem oder zu hohem Prozentsatz zugegen ist; jedoch ist die derartige
Verwendung von Luft nicht ein praktisches Hilfsmittel, denn sie erfordert die Verwendung
von unverhältnismäßig großen Luftmengen. Derselbe Nachteil ist mit den häufiger
verwendeten inerten Verdünnungsmitteln, wie Kohlendioxyd und Stickstoff, verbunden,
welche in gleicher Weise in verhältnismäßig. großen Volumina zur Vermeidung von
Explosionsgefärzen verwendet werden müssen, und diese Tatsache illustriert sehr
treffend die andersartige Weise, in welcher der Dampf gemäß der Erfindung verwendet
wird.
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Quantitative Angaben über die Verwendung von Kohlendioxyd und Stickstoff
als Verdünnungsmittel, um verschiedene brennbare Gase und Dämpfe nicht entflammbar
zu machen, sind in einem Bericht Prevention of Benzene-Air Explosions by Addition
of Nitrogen and Carbon Dioxide« (R. I. 3787, Dezember 1944) des Bureau of Mines
of the U.S. Department of Interior mitgeteilt- Hinsichtlich der Dampftrocknungsmittel,
die, wie Toluol und Xylol, häufiger zum Trocknen von Holz gemäß dem oben beschriebenen
Verfahren der USA.-Patentschrift 2 q.35 218, auf welches die vorliegende Erfindung
besonders abgestellt ist, verwendet-werden, sind in diesem Bericht .keine Daten
gegeben, noch sind solche anderweitig in der Literatur verfügbar; indessen ist Benzol
eines der Trocknuugsmittel, .die nach jener Patentschrift verwendet werden können,
so daß die Daten für Benzol aus dem erwähnten Bericht des Bureau of Mines eine gute
Vergleichsbasis bilden, welche in ähnlicher Weise auch für andere Trocknungsmittel
gelten kann, um zu -zeigen; daß der erfindungsgemäß gegen Explosionen verwendete
Wasserdampf in vielmals größeren Mengen angewendet werden müßte, wenn seine Wirkung
nur die eines Verdünnungsmittels wäre. -Um ein Volumen Benzol unter allen Verhältnissen
der Verdiinnung mit Luft nicht entflammbar zu machen, ist nach den Daten des Berichtes
des Bureau of Mines ein Zusatz von 12,9 Volumina Kohlendioxyd oder 21,2 Volumina
Stickstoff erforderlich. Nun ist es üblich, an das Ende des Dampftrockenprozesses
des Holzes eine abschließende Vakuumperiode zu legen, um die in das Holz hineindestillierten
Dampftrocknungsmittel zurückzugewinnen. Nach dieser abschließenden Vakuumperiode
befindet-sich die Trockenkammer unter etwa 5o8 rum Hg Vakuum. Soll eine konservierende
Imprägnierung auf den Trockenprozeß folgen, so muß zunächst Druckluft in :die Behandlungskammer
eingelassen werden, wogegen, wenn das getrocknete Holz zur anderweitigen Verwendung
herausgenommen weiden soll, notwendigerweise atmosphärische Luft beim Herausnehmen
des Holzes. ein- i gelassen werden muß. " -
Wenn unter diesen Umständen
ein Schutz gegen Explosionsgefahren dadurch erreicht werden soll, daß vor dem Einlassen
der Luft zunächst Kohlendioxyd oder Stickstoff der organischen Dampfatmosphäre zugesetzt
wird, so können die einzuhaltenden Bedingungen aus den obenerwähnten Daten des Bureau
of Mines folgendermaßen berechnet werden 508 mm Hg Vakuum entsprechen .252
mm Druck. Wie bereits oben erwähnt wurde, benötigt 3 Volumen Benzol 12,9 Volumina
Kohlendioxyd. Daher beträgt der Druck, welcher zum Zusatz von 12,9 Volumina Kohlendioxyd
zu 3 Volumen Benzol erforderlich ist
Da, wie oben erwähnt wurde, 21,2 Volumina Stickstoff für 3 Volumen Benzol erforderlich
sind, beträgt der zum Zusatz von 21,2 Volumina Stickstoff zu 3 Volumen Benzol erforderliche
Druck
Erfindungsgemäß wird zur Vermeidung von Explosionsgefahren jedoch Wasserdampf mit
einem Druck von nur Io2o bis 328o oder höchstens 1790 mm Quecksilber verwendet,
während nach den vorstehenden Daten dieser Wasserdampf sogar weniger wirksam sein
würde als Kohlendioxyd, weil seine Wärmekapazität geringer ist; dies ist ein klarer
Hinweis darauf, daß die Wirkung des Wasserdampfes nicht auf Verdünnung beruht. Das
Einführen von Wasserdampf in den Kessel erniedrigt jedoch nicht die Temperatur in
dem Kessel, und der Wasserdampf kondensiert sich auch nicht, so daß das getrocknete
Holz durch das erfindungsgemäße Verfahren weder feucht noch hydrolysiert wird. Folgende
Beispiele erläutern das Verfahren: i. In einer typischen, gemäß dem eingangs beschriebenen
Verfahren ausgeführten Dampftrocknungsbehandlung wurde Holz bei etwa 163° 12 Stunden
lang getrocknet, worauf eine Vakuumperiode von 21(2 Stunden bei 635 mm Quecksilber
folgte. Am Ende der Vakuumperiode betrug die Temperatur im Kessel etwa 32o°. Diese
Temperatur liegt über dem Punkt, bei welchem es normalerweise für ungefährlich gehalten
wird, Luft in den evakuierten Trockenraum einzulassen. Das Vakuum wurde infolgedessen
durch Einführung von Wasserdampf verringert und so viel Dampf in den Kessel gelassen,
bis ein Druck von 328o mm Quecksilber erreicht war. Dann wurde Luft bis zu einem
Druck von 5930 mm Quecksilber zur Einleitung einer konservierenden Behandlung
eingeführt, wobei während des Einlassens der Luft der Druckanstieg regelmäßig und
normal war.
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2. Dieselbe Arbeitsweise wurde angewendet, wobei die Temperatur am
Ende der Vakuumperiode etwa 132° betrug. Soll eine nachfolgende konservierende Behandlung
durchgeführt werden, so ist es zweckmäßig, das Einlassen von Wasserdampf so zu regulieren,
daß sich innerhalb des Kessels ein Druck von nicht mehr als etwa io2o bis 328o mm
Quecksilber einstellt und das mit dem Konservierungsmittel verbundene Einlassen
von Luft nicht gehemmt wird. Auf jeden Fall soll der angewendete Druck des Wasserdampfes
mindestens so groß sein., daß im Kessel ein Partialdruck von Wasserdampf vorhanden
ist, der dem Partialdruck des organischen Dampfes gleich ist. Dadurch wird erreicht,
daß Wasserdampf wenigstens in einem dem Volumen des organischen Dampfes gleichen
Volumen vorhanden ist; den Druck des Wasserdampfes soll man keinesfalls 379o mm
Quecksilber übersteigen lassen, weil oberhalb dieses Druckes das Holz in Gegenwart
von Wasserdampf ungünstig beeinflußt wird. Innerhalb dieser Grenzen wird empfohlen,
sich der Höchstgrenze von 1790 mm Quecksilber soweit als möglich oder bei besonderen
Umständen soweit als zweckmäßig zu nähern, so daß die Wirkung von Wasserdampf mit
dem größten praktischen Sicherheitsfaktor verwendet werden kann. Wenn Luft unter
Druck eingeblasen wird, ist der Druck in dem Kessel sorgfältig zu überwachen, und
es kann, wenn ein unregelmäßiger Druckanstieg beobachtet wird, die Luftzufuhr abgesperrt
und zusätzlicher Wasserdampf eingelassen werden. Wenn der Druck nicht mehr steigt,
kann die Zufuhr von Wasserdampf abgesperrt und nach Abblasenlassen des Druckes in
dem Kessel bis herunter auf ioao bis 128o mm Quecksilber oder einen anderen Anfangsdruck
die Zufuhr von Luft für die konservierende Behandlung wiederholt werden.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise ist vorstehend in Verbindung mit
dem Verfahren zur Durchführung einer auf eine Dampftrocknungsbehandlung folgenden
konservierenden Behandlung beschrieben worden, weil die zu der konservierenden Behandlung
gehörende Zufuhr von Luft unter Druck zu einer deutlichen Verdünnung des organischen
Dampfes in dem Kessel führt, so daß die daraus folgenden Explosionsgefahren bekämpft
werden müssen. Wo lediglich ein Öffnen des Kessels gegen die Atmosphäre beabsichtigt
ist, ist es gewöhnlich nicht notwendig, einen Dampfdruck von mehr als etwa io2o
mm Quecksilber anzuwenden, weil der Grad der Verdünnung mit Luft in solchem Falle
gewöhnlich nicht ausreicht, um den organischen Dampf unmittelbar in den Explosionsbereich
zu bringen, es sei denn, daß die Temperatur in dem Kessel sehr hoch ist oder daß
im Anschluß an die Trocknungsbehandlung ein sehr hohes Vakuum angewendet wurde.
Es ist jedoch klar, daß dies auch von dem angewendeten besonderen organischen Dampf
abhängt und daß das erfindungsgemäße Verfahren immer anwendbar ist, sobald eine
Explosionsgefahr möglich ist.