DE956644C - Einrichtung und Verfahren zum Zerfasern von Lignocellulose enthaltendem Fasergut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserbreies, ausgehend von Lignocellulose enthaltendem Material, z. B. von Holz und holzigen Materialien, wie Getreidestroh, Gräsern, z. B. Bagassegräsern usw. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Vorliegende Erfindung stellt eine Weiterentwicklung des in den USA.-Patenten 2 008 892 und 2 145 851 beschriebenen Verfahrens sowie der dort beschriebenen Einrichtung dar. Gemäß diesen Patenten* wird faseriges, Lignocellulose enthaltendes Rohmaterial mechanisch in einer Dampf atmosphäre von hohem Druck bei Temperaturen über ioo° C zerfasert, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 130 und i8o° C, und zwar in einer Anlage, die aus einer Zufuhrvorrichtung, einem geschlossenen Vorwärmebehälter zur Erhitzung des Materials vor seiner Zerfaserung, einer mechanischen Zerf aserungseinrichtung und einer Entladevorrichtung besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch eine Weiterentwicklung eines anderen bekannten Verfahrens des Erfinders zum Gegenstand, gemäß dem das Fasergut zunächst einer Behandlung mit Chemikalien enthaltenden Lösungen unter Atmo-Sphären- oder nahezu Atmosphärendruck unterworfen wird, um dieses gleichmäßig zu durchtränken, die überschüssige Lösung aus dem Fasergut entfernt und das Fasergut fortlaufend dem Vorwärmebehälter zugeführt wird, wobei man es im genannten Behälter unter Dampfdruck höheren Temperaturen als ioo° C unterwirft, und gemäß

dem das Fasergut durch den genannten Behälter einem mechanischen Zerfaserer zugeführt wird, in dem man den Dampfdruck aufrechterhält und das Fasergut zerfasert und aus dem das zerfaserte Gut fortlaufend entfernt wird. Während jedoch nach diesem bekannten Verfahren das Lignin im Fasergut verbleiben soll und zur Erleichterung des Zerfaserungsvorganges in erster Linie auf die Hemicellulose des Fasergutes wirkende Chemikalien-ίο zusätze gemacht werden, soll in der erfindungsgemäßen Anlage so gearbeitet werden, daß eine ligninlösende, insbesondere alkalische Tränkflüssigkeit verwendet wird, die im Gegensatz zu dem \^rorerwähnten bekannten Verfahren zu einem von Lignin gänzlich oder teilweise befreitem Stoff führt. Die Behandlung mit der genannten Lösung soll mindestens 1 Stunde, vorzugsweise 1 bis 2 Stunden dauern und die Behandlung des mit der ligninlösenden Flüssigkeit getränkten Fasergutes im genannten Vorwärmer bei Temperaturen zwischen 150 und 2oo° C erfolgen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, welche einen Behälter zur Erhitzung des Materials unter Druck vor der Zerfaserung, ferner Mittel zur mechanisehen Zerfaserung des erhitzten Materials sowie eine Vorrichtung zur Zuführung des zu erhitzenden Materials in die Erhitzungskammer und eine Vorrichtung zur Überführung desselben von der Erhitzungskammer in den Zerfaserer aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß selbsttätig wirkende Mittel vorgesehen sind, welche mindestens eine der genannten Fördervorrichtungen derart steuern, daß das Material in der Erhitzungskammer stets eine konstante, zum voraus festsetzbare Höhe beibehält. Der untere Teil des Aufnahmekessels kann außerdem mit einer Vorrichtung versehen sein, die einen gleichmäßigen Materialfluß nach unten bewirkt.

Die Zeichnung stellt einige Beispiele von Einrichtungen dar, mit welchen das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.

Fig. ι ist ein Grundriß einer Anlage, umfassend eine Erhitzungskammer sowie einen Zerfaserer samt den zugehörigen Fördervorrichtungen;

Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch die in Fig. ι dargestellte Anlage nach den Linien 2-2 und 3-3, wobei der Schnitt längs der Linie 3-3 im Uhrzeigersinn um 90⁰ gedreht ist.

Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Einrichtung längs der Linie 4-4 der Fig. 1; Fig. 4 ist eine senkrechte Ansicht, die eine Reguliervorrichtung zeigt, welche den Betrieb der Anlage selbsttätig reguliert;

Fig. 5, 6 und 7 zeigen Vorrichtungen zur Übertragung von Impulsen, welche ein die Höhe des Materials in einer Erhitzerkammer kontrollierendes Organ abgibt; dabei ist Fig. 6 ein Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5;

Fig. 8 ist ein Schnitt durch eine senkrechte Erhitzungskammer mit einer anderen Reguliervorrichtung ;

Fig. 9 und 10 sind verschiedene Ansichten eines Abtastorgans der in Fig. 8 gezeigten Reguliervorrichtung ;

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer vollständigen Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie aus diesen Zeichnungen zu ersehen ist, stimmen diese Einrichtungen in gewissen konstruktiven Elementen mit der in Fig. 1 der Zeichnungen vom USA.-Patent 2 008 892 gezeigten Einrichtung überein. Die Kolbenzufuhreinrichtung ist in der vorliegenden Einrichtung durch eine Schraubenfördervorrichtung ersetzt. In den Fig. 1, 2 und 3 ist der Erhitzungskessel 22 im Vergleich zum entsprechenden Erhitzungskessel in dem erwähnten USA.-Patent beträchtlich vergrößert. Die im USA.-Patent 2 008 892 beschriebene Einrichtung weist aber keine Regelungsvorrichtung mit selbsttätig wirkenden Mitteln auf.

Die Schraube 12 der Fördervorrichtung 10 in Fig. ι und 2 wird mittels eines Mechanismus 11 von einem Motor n_a angetrieben. Als Antriebsmotor ii„ wird vorzugsweise ein solcher mit einem Kommutator für Geschwindigkeitsänderung verwendet. Es kann aber auch ein Motor mit gleichbleibender Geschwindigkeit vorgesehen sein, der mit der Schraube 12 durch eine verstellbare mechanische Geschwindigkeitsübersetzungseinrichtung verbunden ist.

Zwischen der Schraubenzuführeinrichtung 10 und dem Kessel 22 ist ein Verbindungsrohr 21 eingefügt. Die Klappe 23 (Fig. 2) dient zur Regulierung der Ausflußöffnung der Leitung, die durch die beiden Rohre 14 und 15 gebildet wird und demnach zur Veränderung der Dichte des austretenden Materialpfropfens.

Gegenüber der Verbindungsstelle der Kammer 21 und der Erhitzungskammer 22 ist eine Klappe 24 vorgesehen. Diese Klappe ist auf einer Welle 24„ (Fig· 3) angebracht, welche die Bewegungen der Klappe auf einen Gegengewichtshebel 25 außerhalb der senkrechten Erhitzungskammer überträgt. Der mit der Kammer 22 fest verbundene und auf Schienen verschiebbare Wagen 20 dient dazu, die Wärmeausdehnung der horizontalen Kammer 21 auszugleichen, damit die senkrechte Erhitzungskammer 22 nicht unzulässigen Druckspannungen von außen ausgesetzt wird.

Die Erhitzungskammer 22 ist in ihrem unteren Teil mit einer Vorrichtung 50 versehen (Fig. 2 und 3). Diese Vorrichtung weist eine Scheibe 51 auf, die an einer drehbaren, die Wand der Kammer 22 durchdringenden Welle 52 angebracht ist und durch die miteinander verbundenen Kettenräder 53 und 57 (Fig. 3) mittels eines in den Zeichnungen nicht gezeigten Motorantriebes angetrieben wird, wobei das Kettenrad 57 von der Schnecke 57_a getrieben wird. Die Scheibe 51 kann mit Vorsprüngen 54 versehen werden, doch sind diese in den meisten Fällen unnötig.

Der Zweck dieser Vorrichtung ist, eine Brückenbildung zwischen den schiefen Seiten 22_a und 22_& (Fig. 3) im unteren Teil der Kammer 22 zu verhindern, um so einen kontinuierlichen Materialfluß zur Förderschraube 26 aufrechtzuerhalten.

Die Scheibe 51 ist an der Welle 52 in senkrechter oder nahezu senkrechter Stellung in bezug auf letztere angebracht. Wenn die Scheibe 51 in genau senkrechter Stellung angebracht ist, bietet sie bei der Drehung im Material in der Kammer 22 den geringsten Widerstand. Wenn das Material starke Neigung zur Brückenbildung hat, ist es vorteilhaft, die Scheibe 51 schräg mit einem Winkel"-von beispielsweise 3 bis 8° zu der Drehachse der Welle 52 anzubringen. Der Drehwiderstand ist dann etwas größer, doch wird das Material infolge der eigentümlichen Wirkung der schlenkernden Scheibe sehr wirksam nach unten fortgetrieben.

Wenn der Durchmesser der Kammer 22 auf 800 bis 900 mm begrenzt wird, genügt es, wenn nur eine Scheibe 51 vorhanden ist. Wenn der Durchmesser größer ist, ist es zweckmäßiger, je nach Durchmesser zwei oder mehr derartiger Scheiben zu verwenden. Wenn zwei oder mehrere Scheiben verwendet werden, können diese auf einzeln angetriebenen Wellen angebracht werden. Diese Wellen können mit verschiedenen Geschwindigkeiten laufen. Bei einer solchen Anordnung wird eine sehr wirksame Abwärtsbewegung des Materials erreicht.

Durch Rühren mit gewöhnlichen Rührarmen wurde die gewünschte Wirkung nur erreicht, wenn diese Arme bis in die Nähe der Zufuhrschraube reichten. Unter solchen Bedingungen war jedoch der Widerstand so groß, daß der Rührer nur mit großem Kraftaufwand bewegt werden konnte. Durch die Wirkung der langen Rührarme wurde auch das Material auf dem Boden der Kammer 22 auf und ab bewegt, wodurch ein gleichmäßiger Strom des Materials nach unten verunmöglicht wurde. Die Scheibe 51 kann mit sehr geringem Kraftaufwand im Material gedreht werden. Eine Geschwindigkeit von 5 bis 20 Umdrehungen in der Minute wurde für die meisten Zwecke als genügend gefunden.

Die Schraube 26 (Fig. 2 und 3), die auf dem Boden der Kammer 22 angeordnet ist, steht mit einem Antriebsorgan 27 in Verbindung, das durch eine Stopfbüchse 28 hindurchgeht und mittels eines Getriebes 29 und eines Motors 29_a mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden kann. Durch Veränderung der Geschwindigkeit des Motors kann die in die mechanische Zerfaserungsvorrichtung 30 geförderte Materialmenge den gewünschten Bedingungen angepaßt werden.

Die Kammer 22 ist durch ein Rohr 31 mit der mechanischen Zerfaserungsvorrichtung 30 (Fig. 1 und 2) verbunden. Die Zerfaserungsvorrichtung 30 ist mit einer feststehenden Mahlscheibe 32 (Fig. 2) versehen, die auf einem abnehmbaren Deckel 33 des Gehäuses 34 angebracht ist. Eine drehbare Mahlscheibe 35 ist auf dem von der Welle 37 angetriebenen Rotor 36 angebracht.

Das Innere des Zerfaserers 30 ist mit dem oberen Teil der Kammer 22 mittels eines Dampfdruckausgleichrohres 38 verbunden, mittels welchem der Dampfdruck auf der Außenseite der Mahlzone gegenüber dem Dampfdruck im oberen Teil der Kammer 22 ausgeglichen wird.

Das Auslaßrohr 39 (Fig. 1) des Zerfaserergehäuses 34 ist mit der dampfdichten Entladeeinrichtung 40 verbunden.

Die Fördervorrichtung 10, welche ebenfalls dampfdicht ist, die Rohre 14 und 15, die Kammern 21 und 22, das Verbindungsrohr 31, der Zerfaserer 30 und die Entladeeinrichtung 40 bilden zusammen ein geschlossenes System, das unter Dampfdruck gesetzt werden kann. Der Dampf wird vorzugsweise durch ein Dampfrohr und ein Dampfventil 2i_a in die Kammer 21 eingelassen.

Im USA.-Patent 2 008 892 ist angegeben, daß bei ziemlich trockenem Material die Erhitzung in 20 bis 40 Sekunden vollendet werden kann, daß aber unter gewissen Bedingungen eine längere Erhitzungsdauer nötig ist. Im deutschen Patent 668 687 werden Erhitzungszeiten bis zu 10 Minuten angegeben. Im vorliegenden Fall wird gewöhnlich ein Dampfdruck von ungefähr 10 Atmosphären angewendet, doch kann dieser von 2 oder 3 bis 20 Atmosphären verändert werden, je nach den Bedingungen.

Die beschriebene Vorrichtung, welche insbesondere dank den weiter unten zu erläuternden Reguliervorrichtungen eine gute Anpassung der einzelnen Vorgänge aneinander und an das zu erzielende Resultat gestattet, kann beispielsweise wie folgt betrieben werden:

Wenn die Zerfaserungsanlage in Betrieb gesetzt wird, wird zuerst der Zufuhrmechanismus 10 angelassen und so eingestellt, daß der Erhitzungskammer ungefähr die gewünschte Materialmenge zugeführt wird. Das Material wird durch die Kammer 21 vorwärts gestoßen und erreicht die Kammer 22, die nach und nach mit Material gefüllt wird.

Nun wird das Dampfventil 2i_a geöffnet und das Innere der Zerfaserungsanlage unter den gewünschten Dampfdruck gesetzt, der zwischen 7 und 20 Atmosphären schwanken kann, je nach der Natur des zu behandelnden Materials und der gewünschten Behandlung.

Der Zerfaserer wird zweckmäßig vor der Förderschraube 26 in Betrieb gesetzt.

Wenn die Schraube 26 zur gleichen Zeit wie die Zufuhreinrichtung 10 in Gang gesetzt wird und außerdem mit gleicher oder größerer Förderleistung, so· gelangt das Material unmittelbar in den Zerfaserer, wodurch die Erhitzungsdauer auf ein Minimum reduziert wird.

Wenn man eine längere Erhitzung durchführen will, läßt man die Schraube 26 erst laufen, wenn das Material in der Kammer 22 eine gewisse Höhe erreicht hat, beispielsweise bis zum unteren Ende der Klappe 24, welche dann durch die Wirkung des von der Kammer 21 kommenden Materials nach oben gestoßen wird. Die Bewegung der Klappe 24 kann bequem an der Stellung des in Fig. 3 gezeigten Hebelarmes beobachtet werden. Die Schraube 26 kann z.B. erst 10 oder 20 Minuten oder sogar bis zu 60 Minuten oder mehr nach Beginn der Erhitzung in Betrieb gesetzt werden, je nach der Größe der Kammer 22,

Um eine gleichmäßige Erhitzungsdauer aufrechtzuerhalten, d. h. um die Kammer 22 bis zu einer gleichbleibenden Höhe gefüllt zu erhalten, ist es nötig, der Kammer 22 das Material in gleicher Menge zuzuführen, wie es an ihrem unteren Ende durch die Förderschraube 26 weggeschafft wird. Es ist möglich, die Geschwindigkeit der Zufuhrschraube 12 so von Hand einzustellen, daß ihre Zufuhrgeschwindigkeit nahezu mit der Geschwindigkeit übereinstimmt, mit der das Material durch die Förderschraube 26 aus der Kammer 22 weggeschafft wird. Es wurde jedoch gefunden, daß selbst kleine Schwankungen der Dichte des Materials, des Feuchtigkeitsgehaltes, des Dampfdruckes in der Zerfaserungsafilage usw. das Gleichgewicht stören können. Dies gibt unerwünschte Änderungen der Höhe des Materials in der Kammer 22, welche ihrerseits Schwankungen der Erhitzungsdauer verursachen und daher auch die Eigenschaf- ten des Endproduktes verändern.

Um dies zu vermeiden, ist die Zerf aserungsanlage mit einer selbsttätig wirkenden Steuervorrichtung versehen. Die Hauptteile der in der Zeichnung dargestellten Steuervorrichtung sind Impulsorgane, die auf einen Zweiwegumschalter 90 (Fig. 4) wirken, ein Reguliermotor 6o,_a und Übertragungsorgane 68 und 69, die die Bewegungen des Reguliermotors 69,, auf die Steuerorgane für die Regulierung der Geschwindigkeit des Antriebs 11 und ii_ä der Zuführung 10 übertragen.

Die Geschwindigkeit des Motors H₀ (Fig. 1) mit veränderlicher Geschwindigkeit wird durch Drehen der in Fig. 4 gezeigten Regulierwelle 61 geregelt, welche die Stellung seiner in der Zeichnung nicht dargestellten Kollektorringe verändert. Auf die Welle 61 ist eine Scheibe 62, die eine Meßskala 63 besitzt, aufgekeilt. Die Skala kann auf die Geschwindigkeit der Förderschraube 12 (Fig. 1) geeicht sein. Auf dem Kommutatormotorrahmen ist ein Zeiger 64 angebracht. Hinter der Scheibe 62 ist auf der Welle 61 ein Winkelhebelsystem 65 mit zwei Armen 66 und 67 angebracht. Das Hebelsystem kann an der Scheibe 62 mittels einer Klemmvorrichtung 60 in jeder gewünschten Stellung gesichert werden.

Der waagerechte Hebel 66 ist mit einem Gegengewicht 66_a versehen, welches die Kommutatorreguliierwelle 61 im Gegenzeigersinne zu drehen versucht. Der senkrechte Hebel 67 des Hebelsystems 65 ist mittels einer Klemmvorrichtung 68_C mit einer Kette 68 verbunden, die sich über das Kettenrad 69 des Reguliermotors 69_a und von hier senkrecht abwärts erstreckt. Die Kette 68 endigt in einer Stange 68_a mit Gegengewicht 68₆, das die Kette anstreckt. Die Stange 68_K ist mit zwei senkrecht verstellbaren Anschlägen 71 und 72 versehen, die auf den Hebelarm 73 des Grenzschalters 70 wirken. Der Motor 69,, dreht sich je nach der Stellung des Grenzschalters 90 in der einen oder anderen Richtung.

Auf dem äußeren Teil der Welle 24_a der Klappe 24 sind zwei in den Fig. 4 bis 7 gezeigte Scheiben 74 und 79 angebracht.

Die Scheibe 74 ist mit einer Nut 74_a versehen. In dieser Nut ist ein Hebelarm 75 mittels eines Bolzens 76 zwischen Flanschen in einem solchen Abstand von der Scheibenachse befestigt, daß er, wie aus Fig. 5 ersichtlich, infolge der Schwerkraft im Punkt 76_a auf der Grundfläche der Nut aufliegt.

Auf der Welle 24,, und anliegend an die Scheibe 74 ist eine andere gleiche Scheibe 79 (Fig. 7) angebracht, die mit einer Nut 79_a versehen ist. An ihrer unteren Seite ist ein Hebel 80 mittels eines Bolzens 76 an der Scheibe 79 befestigt. Der Hebel 80 weist eine Verlängerung 83 auf, die mit einem Gegengewicht 82 versehen ist. Das Gegengewicht hält den Hebel in der gezeichneten Lage in bezug auf die Scheibe, wobei der Hebel im Punkt 8i_a auf der Grundfläche der Nut anschlägt.

Wenn die Welle 24_a und infolgedessen die Scheibe 74 durch die Wirkung des der Kammer 22 zugeführten Materials auf die Klappe 24 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht wird, bewegt sich der Hebelarm 75 in dieser Richtung mit, wobei er auf den Impulsarm 91 des Impulsschalters 90 drückt. Der Arm 91 wird normalerweise von der Feder 95 in mittlerer Stellung 92 gehalten. Wenn der Arm 91 in die untere, mit strichpunktierten Linien gezeigte Lage 93 bewegt wird, wird der Reguliermotor 6g_a angelassen, und zwar bewegt er dann das Kettenrad 69 entgegen dem Uhrzeigersinne. Diese Bewegung dreht dann die Regulierwelle 61 in die gleiche Richtung und vermindert die Geschwindigkeit des Motors n_a. Damit die Leistung der Zuführungseinrichtung 10 sich nur zwischen gewissen mehr oder weniger engen Grenzen verändert, kann sich der Reguliermotor 69,, nur so lange drehen, bis der Vorsprung 72 den Hebelarm 73 des Grenzschalters 70 in eine solche Stellung bewegt, daß der den Reguliermotor 69,, antreibende Strom unterbrochen wird.

Wenn die Scheibe 79 sich im Uhrzeigersinne bewegt, was dann der Fall ist, wenn die Materialhöhe abnimmt, bewegt der Hebel 80 den Kontakthebel 91 des Impulsschalters 90 gegen die obere Stellung 94. Der Reguliermotor 69_a dreht nun das Kettenrad 69 im Uhrzeigersinn, wobei dieses daher die Regulierwelle 61 des Motors ii_a SO' dreht, daß die Geschwindigkeit des Motors n_a zunimmt. Die Geschwindigkeit, mit der das Material der Zerfaserungsanlage zugeführt wird, wird dadurch erhöht. Der Reguliermotor 69_a wird abgestellt, wenn der Vorsprung 71 den Hebel 73 des Grenzschalters 70 erreicht. -

Die auf die Welle 61 übertragenen Regulierbewegungen können den gewünschten Geschwindigkeiten durchAuswechselung des zwischen-dem.Reguliermotor 69_a und der Welle, die das Kettenrad 69 trägt, eingefügten Getriebes sowie auch durch Auf- oder Abwärtsbewegung der Klemmvorrichtung 68_C auf dem Hebelarm 67 angepaßt werden, wodurch die wirksame Länge des Hebelarmes 67 vergrößert oder verkleinert wird.

In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, Veränderungen der Materialhöhe in. der Kammer 22

innerhalb weiterer Grenzen¹ zu ermöglichen·. In diesem Fall kann eine Steuereinrichtung, wie sie in den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt wird, verwendet werden.

Eine senkrechte drehbare Welle 102 (Fig. 8) geht durch das senkrechte Rohr 101 hindurch, das im Zentrum des Deckels der senkrechten Erhitzungskammer 22 angebracht ist und von der Außenluft mittels der Stopfbuchse 103 und der Brille 104 abgeschlossen ist. Die Welle wird von oben mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 20 Umdrehungen je Minute mittels eines Getriebemotors

105 angetrieben. Der Motor ist auf dem Gestell

106 angebracht, welches auf den Gleitschienen 107 und io7_a verstellbar angeordnet ist. Die Gleitschienen ruhen auf dem Deckel der Kammer 22. Die Welle 102 ist an ihrem unteren Ende mit zwei gleichartig wirkenden Organen 120 und i20_ff versehen. Diese Organe, von denen eine vorteilhafte

so Ausführungsform später beschrieben werden soll, sind elektrisch mit einer selbsttätigen Steuereinrichtung ähnlich derjenigen, die für die Steuerung der Materialhöhe mittels der Klappe 24 in der Kammer 22 verwendet wird, verbunden.

Wenn sich die Welle 102 dreht, übermitteln die Impulsorgane dem Reguliermotor 6o._a Impulse, vorzugsweise mittels elektrischer Mittel. Wenn die Materialhöhe die Höhe, auf welche das untere Organ eingestellt ist, erreicht, wird ein elektrischer Stromkreis geschlossen, was mittels einer elektrischen Lampe sichtbar gemacht werden kann. Die Förderschraube 26 wird dadurch in Gang gesetzt.
Wenn die Förderschraube 12 mit zu, kleinem' Fassungsvermögen im Vergleich zur Schraube 26 läuft, sinkt die Materialhöhe, und das Organ Ι2θ_α unterbricht den elektrischen Stromkreis. Mittels eines Relais wird dadurch der Reguliermotor 6g_a in Gang gesetzt, welcher die Geschwindigkeit der Schraube 12 der Fördervorrichtung 10 etwas vergrößert. Wenn die Höhe des Materials weiter bis zum Impulsorgan 120 zunimmt, vermindert ein zweites Relais mittels des Reguliermotors 6o._e (Fig. 4) die Geschwindigkeit der Schraube 12. Die Höhe des der Kammer 22 zugeführten Materials schwankt also im gewünschten Maße zwischen den Impulsorganen 120 und Ι2θ_α.

Durch Verstellen der Höhe der Welle 102 ist es daher möglich, die Erhitzungsdauer des Materials vor der Überführung von der Kammer 22 in die mechanische Zerfaserungsvorrichtung 30 zu regeln.

In den Fig. 9 und 10 sind Einzelheiten der

Organe 120 und I2o_a gezeigt. Ein solches Organ weist eine Scheibe 122 auf, die mittels biegsamer Speichen 124 an einer Nabe 123 befestigt ist. Die Scheibe ist mit einer Anzahl von Vorsprüngen 125 versehen. Wenn sich das Organ, ohne in Berührung mit dem Material in der Kammer 22 zu sein, dreht, sind die Speichen 124 in ihrer normalen Stellung. Wenn jedoch das Organ in Berührung mit dem Material kommt, wird die Bewegung der Scheibe 122 etwas verzögert, wodurch eine Biegung der Speichen 124 verursacht wird. Wenn die Speichen sich biegen, wird mittels des Vorsprunges 131 eine Kraft auf den Pflock 130 ausgeübt.

Der Pflock 130 besteht aus einem äußeren, biegsamen Rohr und einer inneren, konischen Stange 133, die in ihrem inneren Teil mit einem elektrischen Kontakt 134 versehen ist.

Wenn sich der Pflock 130 biegt, kommt der Kontakt 134 in Berührung mit dem Kontaktorgan 135, das von seiner Einstellschraube 136 elektrisch isoliert ist. Jedes der Kontaktorgane 120 und i20_ß ist mit einem der außerhalb der Kammer 22 liegenden Schleifringe 137 und 138 (Fig. 8) mittels in den Zeichnungen nicht gezeigter isolierter elektrischer Leitungen, die in der hohlen Welle 102 untergebracht sind, verbunden.

Die Welle 102 ist noch mit einem weiteren Schleifring 139 versehen, wodurch die Spannungsquelle mit den Kontakten 135 verbunden ist. Der Pflock 130 und die hohle Welle 102 sind mit dampfdichten Kupplungen miteinander verbunden, um zu verhüten, daß Dampf und Feuchtigkeit aus der Kammer 22 in den Raum, der die elektrischen Kontakte und Leitungen der Impulsorgane umgibt, eintritt.

In Fig. 11 ist die gesamte Anlage, dargestellt.

Der Pfeil 142 zeigt den Zufluß des zu behandelnden Rohmaterials, das von irgendwelchen Lagerbehältern herkommen kann, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Das Material wird in Pfeilrichtung dem oberen Teil eines Kratzförderers 143 zugeführt. An seinem anderen Ende fällt das Material in den unteren Teil der Zufuhrvorrichtung und wird dem Ausflußrohr 144 zugeführt, von wo es in den Behandlungsbehälter 146 hinunterfällt. Wenn dieser Behälter bis zum Rohr 144 mit Material gefüllt ist, wird das überschüssige Material der Öffnung 145 der Zufuhrvorrichtung 143 zügeführt und kehrt in den Lagerbehälter zurück. Hierdurch wird erreicht, daß der Behandlungsbehälter 146 stets mit Material gefüllt ist, selbst wenn die Entladung des Behälters 146 ungleich ist.

Der Behandlungsbehälter 146 ist in seinem unteren Teil mit einer Förderschraube 151 versehen, die dem Becherwerk 152 dauernd Material zuführt. Die Förderschraube 151 wird durch einen Antrieb mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben, womit ihre Leistung gesteuert werden kann. Die Becher 153 sind vorzugsweise aus Stahlblech hergestellt und durchlöchert, um ein Ablaufen der Behandlungslösung zu erlauben. Der Elevator 152 ist in einem wasserdichten Gehäuse 154 eingeschlossen.

Die Behandlungslösung wird dem Material beispielsweise durch das mit dem Ausflußrohr 144 durch die Verbindung 150 verbundene Rohr 149 zugefügt. Die Lösung fließt daher über das Material, während dieses sich im Behälter 146 befindet.

Die Lösung kann im Flüssigkeitslagerbehäliter 147 hergestellt und mittels der Pumpe 148 dauernd zum Ausflußrohr 144 hinaufgepumpt werden.

Das Elevatorgehäuse 154 ist auf passender Höhe, z. B. in ungefähr zwei Drittel der Höhe des Behandlungsbehälters 146, mit einer Abflußvorrichtung 155 versehen, durch die die Behandlungsflüs-

sigkeit durch eine Rohrleitung 156 in den Lagerbehälter 147 zurückfließt, versehen. Da das Lignocellulose enthaltende Material auf der Lösung schwimmt, wenigstens bevor es vollständig eingeweicht ist, ist es nötig, den Behandlungsbehälter 146 stets mit Material gut gefüllt zu halten. Der Elevator 152 gibt das Material dem Förderer 157 ab, von wo es durch ein Ausflußrohr 158 zur Entwässerungspresse 159 fließt. Das entwässerte Material wird durch die Entladungsöffnung 160 dem Trichter rohr 162 zugeführt, und die ausgepreßte Flüssigkeit fließt durch die Rohrleitung 161 in den Lagerbehälter 147 zurück. Das Material wird durch das Trichterrohr 162 der Zerfaserungsanlage 163, die der in Fig. 2 gezeigten Zerfaserungsanlage entspricht, abgegeben. Wenn noch etwas überschüssige Lösung im Material vorhanden ist, wird diese zum größten Teil in der Zufuhreinrichtung 164 ausgetrieben und kehrt durch die Rohrleitung 165 in den Lagerbehälter 147 zurück.

Nach der Einführung des Materials in die Zerfaserungsanlage wird dasselbe, wie vorstehend beschrieben, zerfasert. Die Erhitzungsdauer wird der Art der chemischen Behandlung und den gewünschten Ergebnissen angepaßt. Wenn z. B. Faserbrei aus Holz für die Herstellung von Wellkarton für Behälter und ähnliche Artikel herzustellen ist, werden gute Ergebnisse erzielt, wenn das Material ungefähr 2 Stunden mit einer Lösung, die 2 °/o Natriumhydroxyd und 0,4 % Natriumsulfat enthält, imprägniert wird. Der Chemikalienverbrauch sollte so eingestellt werden, daß er ungefähr

2 bis 5 °/o des Trockengewichts des Materials entspricht. Nachher wird das Material der Erhitzungskammer und schließlich der Zerfaserungsanlage zugeführt. Die Dauer der Erhitzung beträgt zweckmäßig 10 bis 30 Minuten, vorzugsweise 12 bis 18 Minuten, und der Dampfdruck ungefähr 9 bis 10 kg/cm².

Durch die oben beschriebene Behandlung wird mit niedrigerem Chemikalienverbrauch ein Faserbrei mit besseren Eigenschaften erhalten, als wenn die Behandlungslösung während des Erhitzens zugefügt wird.

Bei der Behandlung von schwach verholztem Material, wie z. B. von Getreidestroh, anderen einjährigen Pflanzen, von Stengeln von gewöhnlichem Zuckerrohr oder von chinesischen Bagassezuckerrohr, Schilfrohr, Bambus usw., kann die Erhitzungsdauer vor der Zerfaserung sehr klein sein, im Falle von Getreidestroh beispielsweise nur 1 bis

3 Minuten. In dieser Weise wurde Weizenstroh bei einer vorausgehenden Einweichungszeit von 2 Stunden mit einer i°/oigen Natriumhydroxydlösung der Zerfaserungsanlage zugeführt, wo es während ungefähr 1 bis 3 Minuten der Hitze ausgesetzt wurde, bevor es zerfasert wurde. Der in dieser Weise hergestellte Brei war ebensogut und gleichmäßiger wie ein Brei, der durch eine Er-

öo hitzung von 10 bis 15 Minuten Dauer während der Mischung des Strohes mit der Natriumhydroxydlösung im Vorwärmer einer Zerfaserungsanlage erhalten wurde. Die Oesche Chlorzahl, ein Maß für die Bleichbarkeit, lag zwischen 3 und 4, der Brei ließ sich leicht bleichen und hatte sehr gute Eigenschäften in bezug auf die Papiererzeugung. Aus solchem Strohbrei hergestelltes Papier ist sehr stark und zäh. Es kann eine Reißlänge zwischen 8000 und 9000 m und ein Mullentest (Berstdruckbestimmung) von 120 % erzielt werden. Die beiden letzteren Werte sind ein in der Papierindustrie gebräuchliches Maß für die Festigkeit.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird lediglich die Zufuhrvorrichtung 10 zur Erhitzungskammer 22 automatisch in Abhängigkeit von der Höhe des Materials in der Kammer gesteuert. In ähnlicher Weise kann man natürlich auch die Fördervorrichtung 26, welche das Material von der Kammer 22 in den Zerfaserer 30 fördert, oder beide Fördervorrichtungen gleichzeitig von der Materialhöhe in der Kammer 22 abhängig machen.

Beispiel

Späne von Nadelholz werden mit einer Lösung von Natriumhydroxyd von 1 bis 3 °/o oder mehr, je nach dem gewünschten Grad der Auflösung, imprägniert. Die Späne werden in einem offenen Behälter während 1 bis 8 Stunden, vorzugsweise ι oder 2 Stunden, bei einer Temperatur von 20 bis 30⁰ C eingeweicht. Wenn höhere Temperaturen, z. B. 60 bis 8o° C, angewendet werden, ist die Imprägnierung in weniger als 1 Stunde beendet. Die Imprägnierung kann auch kontinuierlich durchgeführt werden. Die Späne können hierauf der beschriebenen Vorrichtung zugeführt werden, wo sie einer Temperatur von ungefähr 170 bis i8o° C während einer Zeitspanne, die von 10 bis 30 Minuten schwankt, ausgesetzt werden, bevor sie mechanisch bei hohen Temperaturen zerfasert werden.

Bevor die Späne der Erhitzungskammer zugeführt werden, läßt man zuerst den Überschuß der Lauge ablaufen, worauf in einer Schrauben- oder Kolbenpresse ein weiterer Anteil an Lauge entfernt wird. Der Feuchtigkeitsgehalt der Holzspäne wird auf diese Weise von 65 bis 85 % auf 40 bis 60 °/o oder weniger, berechnet auf das Gesamtnaßgewicht der Späne, herabgesetzt.

Eine vergleichsweise lange Einweichungszeit hat den Vorteil gleichmäßiger Verteilung der Chemikalien im dem Lignocellulose enthal'tendien Material· und in dem ursprünglich darin enthaltenen Wasser. Zugleich wird eine milde Lösewirkung auf die Ligninsubstanzen erreicht. Durch geeignete Wahl der Konzentration der den Spänen zugefügten Lösungen und durch Anpassung des Entwässerungsgrades nach dem Einweichen ist es möglich, die im Verhältnis zum Trockengewicht des Holzes zugeführte Chemikalienmenge scharf zu überwachen. Dadurch kann die Einwirkung der Chemikalien auf das Holz genau kontrolliert werden. Sehr gute Resultate wurden durch Verwendung einer 2%igen Lösung von Natriumhydroxyd erhalten, die in solcher Menge zugefügt wurde, daß der Gesamtverbrauch an Natriumhydroxyd 3 °/o des

ursprünglichen Trockengewichts des Holzes entsprach. Für gewisse Zwecke ist es vorteilhaft, der Lösung ίο bis 25 °/o Natriumsulfit, berechnet auf die verwendete Natriumhydroxydmenge, zuzufügen.

Claims (13)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung »um Zerfasern von Lignocellulose enthaltendem Fasergut bei Temperaturen über ioo° C unter Dampfdruck, die einen Behälter zur Wärmebehandlung des Fasergutes unter Dampfdruck vor der Zerfaserung, Mittel zur mechanischen Zerfaserung des erhitzten Fasergutes und Mittel zur Zuführung des zu erhitzenden Fasergutes in den Behälter und zur Überführung desselben vom Behälter in den Zerfaserer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit selbsttätig wirkenden Mitteln (24 bzw. 102, 120, Ι2θ_α) zur Anpassung der Leistung der Mittel (12, 26) zur Zu- und Überführung versehen ist, um eine im voraus festgesetzte Höhe des Fasergutes im genannten Behälter (22) aufrechtzuerhalten.
2. 2. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (12, 26) zur Zu- und/oder Überführung so ausgebildet sind, daß, wenn die Leistung vom einen oder anderen dieser Mittel (12 oder 26) verändert wird, die Leistung der anderen Mittel (26 oder 12) entsprechend und unabhängig von den genannten selbsttätig wirkenden Mitteln zur Anpassung verändert werden kann, wodurch Schwankungen in der Zuführung entgegengewirkt wird.
3. 3- Einrichtung gemäß. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (22) zur Wärmebehandlung in seinem unteren Teil mit einer abwärts gerichteten Zuführungsvorrichtung (50) für das im genannten Behälter ent-

   haltene Fasergut versehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abwärts gerichtete Zufuhrvorrichtung (50) eine waagerechte, von außen drehbare Welle (52) enthält und mit mindestens einer senkrechten oder zur genannten Welle fast senkrecht angebrachten Scheibe (51) ausgerüstet ist, wobei sich letztere damit dreht.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Scheibe (51) schräg auf ihrer Welle (52) angebracht ist, so daß sie während der gemeinsamen Drehung eine taumelnde Bewegung ausführt.
6. 6. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätig wirkenden Reguliermittel ein Klappenventil (24), das im Innern der Öffnung zur Einführung des Fasergutes in den Behälter (22) zur Wärmebehandlung angebracht ist, aufweisen, so daß das genannte Fasergut darauf einwirken kann.
7. 7. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätig wirkenden Reguliermittel eine senkrechte, drehbare, im genannten Behälter (22) angebrachte Welle (102) und darauf gelagerte Impulsorgane (120, I2o_ß) aufweisen, so daß das Fasergut im Behälter durch Berührung auf diese einwirkt.
8. 8. Einrichtung gemäß Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Welle (102) zwei Impulsorgane (120, I2o_a) trägt, wovon mindestens eines der Vorrichtung (69J für die Geschwindigkeitsregulierung Impulse an wenigstens eines der Zuführungs- und Überführungsmittel (12, 26) für die selbsttätige Anpassung ihrer Zufuhrleitung in Übereinstimmung mit der Höhe des Fasergutes im genannten Behälter (22) übermittelt.
9. 9. Einrichtung gemäß Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsorgane (120, i20_ß) so· angeordnet sind, daß sie von der Außenseite des Behälters (22) aus senkrecht verstellt werden können.
10. 10. Verfahren zum Zerfasern von Lignocellulose enthaltendem Fasermaterial unter Benutzung einer Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, gemäß dem: das Fasergut zunächst einer Behandlung mit Chemikalien enthaltenden Lösungen unter Atmosphären- oder nahezu Atmosphärendruck unterworfen wird, um dieses gleichmäßig zu durchtränken, die überschüssige Lösung aus dem Fasergut entfernt und das Fasergut fortlaufend dem Vorwärmebehälter zugeführt wird, wobei man es im genannten Behälter unter Dampfdruck höheren Temperaturen als ioo° C unterwirft, und gemäß dem das Fasergut durch den genannten Behälter einem mechanischen Zerfaserer zugeführt wird, in dem man den Dampfdruck aufrechterhält und das Fasergut zerfasert und aus dem das zerfaserte Gut fortlaufend entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine ligninlösende Tränkflüssigkeit verwendet wird.
11. 11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Tränkflüssigkeit eine alkalische Lösung verwendet wird.
12. 12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung mit der genannten Lösung mindestens 1 Stunde, vorzugsweise ι bis 2 Stunden, dauert.
13. 13. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des mit der ligninlösenden Flüssigkeit getränkten Fasergutes im genannten Vorwärmer bei Temperaturen zwischen 150 und 200⁰ C erfolgt.

    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 828 345, 668 687, 309259., 304214, 235852;

    französische Patentschrift Nr. 885 301; 26. Auf lage der »Hütte IV«, S. 628.

    Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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