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Verfahren zum Herstellen von Textilfaserzellstoff Die Einführung kontinuierlicher
Arbeitsweisen in die großtechnische Zellstoffgewinnung aus Holz, Maisstengeln, Esparto,
Stroh od. dgl. hat bisher nur bei der Herstellung von Halbstoff und Papierzellstoff
Erfolg gehabt. Dagegen stieß die vollkontinuierliche Herstellung von EdelzellAtoff
für die Textilfaserindustrie auf erhebliche Schwierigkeiten, welche im wesentlichen
auf der langen Zeitdauer beruhten, die zu einem gleichmäßigen Ankochen und Ferti.gkochen
bei der Vorhydrolyse und dem Aufschluß des cellulosebaltigen Materials nötig war.
Es bestehen schon zählreiche Vorschläge zur kontinuierlichen Durchführung von Einzelprozessen,
z. B. zum Tränken (mit oder ohne Druck bzw. Vakuum), zum schubweisen, also halbkontinuierlichen,
oder stetigen Durchsatz der Behandlungsflüssigkeit oder des Gutes bei der Vor-'hydrolyse
und beim eigentlichen Aufschluß ; aber diese Verfahren arbeiten stets mit relativ
langen Behandlungszeiten und mit langsamem Durchgang des Gutes, so daß stets die
Gefa4m eines ungleichmäßigen Aufschlusses besteht (da der Heizdampf sich feste Wege
durch das Kochgut bahnt) und
verhältnismäßig große Apparaturen erforderlich
sind.
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Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Halbzellstoff oder
Papierzellstoff werden Hackschnitzel mit Alkaiisulfiten, allenfalls unter Zusatz
geringer Mengen Alkalilhydraxyd, getränkt, vorzugsweise in-,der siedenden Sulfitlösung,
um anschließend in einem Bad tieferer Temperatur abgekühlt zu werden, worauf man
die so durchtränkten Schnitzel 3o Sekunden mittels Dampf von 42 at behandelt und
dann 5 Sekunden lang einem Dampfdruck von 7o at aussetzt. Anschließend wird der
Druck durch Ausblasen entspannt, wodurch die durch eine enge Öffnung gepreßten Schnitzel
gewissermaßen zu einzelnen Fasern explodieren, die gesammelt werden. Bei dieser
Arbeitsweise handelt es sieh um ein halbkontinuierliches Verfahren, zu dessen Durchführung
eine Mehrzahl von nacheinander in Wirksamkeit tretenden Apparaturen und ferner äußerst
hohe Drucke erforderlich sind.
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Ein älterer, nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag, der
auf eine kontinuierliche Durchführung des Aufschlusses von pflanzlichen Rohstoffen
zwecks Herstellung von- Halbzellstoffen und Zellstoffen abzielt, besteht darin,
daß der zerkleinerte Rohstoff im laufenden Strom zunächst mit der Aufsohlußflüssigkeit,
vorzugsweise Sulfatlauge, bei einer Temperatur von über ioo ° bzw. unter Druck durchtränkt
und anschließend, allenfalls nach Abpressen, innerhalb von io Minuten auf die für
den gewünschten Aufschlußgrad erforderliche Kochtemperatur gebracht wird, so daß
der Aufschluß augenblicklich vor sich geht.
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Nach einem anderen bekannten Zellstoffherstellungsverfahren wird das
zerkleinerte cellulosehaltige Ausgangsmaterial mit o,5 bis 3o°/oiger Salpetersäure
unter allmählicher, innerhalb von 15 bis 45 Minuten vorgenommener Temperaturerhöhung
bis auf 45° imprägniert, dann bei Atmesphärendruck auf etwa 8o° erhitzt und io bis
3o Minuten auf dieser Temperatur gehalten, worauf das Material allenfalls nach einer
Wäsche mit kaltem oder warmem Wasser einer alkalischen Kochung unterworfen wird.
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Bei dem bekannten Asplund-Verfahren, welches unter Verwendung des
gleichnamigen. Defibrators arbeitet, wird zur Herstellung von Papierfaserbrei das
zerkleinerte cellulosehaltige Ausgangsmaterial mit Dampf von etwa 9 bis 12 at kurz
erhitzt, dann defibriert und der Stoff anschließend mit Wasser gekühlt.
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Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung
von Textilfaserzellstoff, das mit saurer Vorhydrolyse und nachfolgender alkalischer
Kochung arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird so vorgegangen, daß sowohl die Vorhydrolyse als
auch die darauffolgende alkalische Kochung kontinuierlich in sehr kleinen Anteilen
jeweils innerhalb 4o bis ioo Sek. bei Drükken von 1o bis 15 atü und daran anschließendes
plötzliches Entspannen des behandelten Materials unter Berieselung mit kalter Flüssigkeit,
vorzugsweise mit der überschüssigen Behandlungsflüssigkeit, erfolgt, wobei in der
ersten Stufe das mit verdünnter Säure völlig durchtränkte, jedoch keine überschüssige
Tränklösung enthaltende Material kontinuierlich durch direkten Dampf unter Druck
erhitzt, entspannt, durch Berieseln abgekühlt, gewaschen, in der zweiten Stufe mit
alkalischer Kochflüssigkeit getränkt, in Abwesenheit überschüssiger Behandlungsflüssigkeit
wiederum durch direkten .Dampf unter Druck erhitzt, entspannt, durch Berieseln abgekühlt,
gewaschen und gebleicht wird.
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Der Vorschlag nach der Erfindung fußt auf der Erkenntnis, daß mehrere
Bedingungen innegehalten werden müssen, damit bei kürzester Arbeitszeit einhochwertiger
und gleichmäßig aufgeschlossener Zellstoff erhalten wird.
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Die erste Bedingung ist, wie bereits bekannt ist, eine völlige Durchtränkung
des Materials mit der Behandlungsflüssigkeit. Trotzdem ist es erforderlich, die
Flüssigkeitsmenge während der eigentlichen Behandlung ,so gering wie möglich zu
halten, um unnötige Vergrößerungen von Anheizdauer, Heizenergie und Apparatur zu
vermeiden. Die untere Grenze des einen gleichmäDigen Aufschluß garantierenden Flüssigkeitsgehaltes
ist für die einzelnen Rohstoffe sowie Tränkungsflüs$igkeiten verschieden und liegt
bei der Abtropfgrenze, die bei, normaler Temperatur nach mehrstündigem Abtropfen,
bei höherer Temperatur (8d bis ioo °) bereits innerhalb von wenigen Minuten erreicht
wird. Diese Grenze liegt für verdünnte Schwefelsäure (0,4 bis o,8°%) z. B. bei Stroh
bei etwa dem 3,3- bis 3,Sfachen, bei Buchenholz bei dem i,o- bis i,2fachen des Trockengewichtes.
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Das in dieser Weise gleichmäßig mnit einem Mindestmaß an Kochflüssigkeit
durchtränkte Material muß dann innerhalb von wenigen Sekunden auf die erforderliche
Reaktionrstemperatur (i75 ° und mehr) gebracht werden. Das ist nur möglich durch
Einwirkung von Direktdampf mit io bis 15 atü auf relativ kleine Portionen des Materials.
Unter diesen Bedingungen vollzieht sich -innerhalb von etwa 4o bis ioo Sekunden
die gewünschte Umsetzung, also die Vorhydrolyse oder der Aufschluß. Um nun jede
unnötige und die Faser .schädigende Verlängerung der Reaktion auszuschalten, ist
es erforderlich, daß das hocherhitzte Gut nach der vorgeschriebenen Reaktionsdauer
unter die Reaktionstemperatur heruntergekühlt wird, was z. B. durch Besprühen mit
Wasser, welches dabei verdampft wird, geschehen kann.
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Hierbei ist eine weitere Maßnahme wichtig: Bei der Vorhydrolyse unter
den vorstehend genannten Bedingungen werden die Pentosane nicht restlos in eine
wasserlösliche Form gebracht: Dagegen genügt eine kurze Nachbehandlung mit verdünnter
Säure bei Temperaturen von etwa 7o bis ioo ° zum restlosen Herauslösen und Umwandeln
in Pentosen. Da die Abtropfsäure 'heiß anfällt und bereits einige Extraktstoffe
enthält, also sowieso für weitere Imprägnierungen nicht vorteilhaft ist,
wird
.man für das Abkühlen des heißen hydrolysierten Gutes somit zweckmäßig die abgetropfte
Tauchsäure, gegebenenfalls mit der erforderlichen Wassermenge verdünnt, verwenden.
Das dabei gewonnene Hydrolysat enthält also alle Extraktstoffe in einer gut verwertbaren
Form. In gleicher Weise wird man zweckmäßig zum Abschrecken des 'heißen aufgeschlossenen
Gutes nach der alkalischen Kochurig abgepreßte Schwarzlauge verwenden, um deren
Konzentration an Feststoffen zu erhöhen. Nach Abzug der so gewonnenen Hydrolysate
bzw. der Schwarzlauge kann das Gut dann in üblicher Weise gewaschen und nachbehandelt
werden.
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Diese Arbeitsweise ist sowohl für die Vorhydrolyse als auch für den
eigentlichen AufschluB vorteilhaft und wird zweckmäßig bei beiden Maßnahmen in Kombination
angewandt. Zur Durchführung des Verfahrens können .die in der Zellstoffindustrie
bekannten Vorrichtungen benutzt werden. Nachstehend ist beispielsweise unter Bezugnahme
auf .die Zeichnung eine Anordnung beschrieben, welche für die Hydrolyse und für
den Aufschluß Defibratoren verwendet, wie sie bereits zur Herstellung von Faserplattenstoff
oder Halbstoff üblich sind, z. B. einen Asplund-Defibrator m.it Kolbenfüller, jedoch
ohne Mahlscheiben.
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Das aus der Hackmaschine i kommende zerkleinerte Material wird mittels
Transportband 2 kontinuierlich in einen Tränkkessel 3, z. B. . nach Boja-Jung, eingebracht.
Der Tränkkessel- ist mit o,5- bis o,8o/o.iger Schwefelsäure beschickt und wird auf
etwa 9o ° gehalten. Die Holzstücke sinken, sobald sie sich voll Flüssigkeit gesaugt
haben, unter und werden am Boden kontinuierlich mittels einer Förderschnecke q.
entnommen; der Stand der Flüssigkeit in der Förderschnecke korrespondiert mit dem
Flüssigkeitsspiegel in dem Durchtränkungsgefäß und känn durch Verändern des Zuflusses
aus dem Vorratsgefäß 5 variiert werden. Am oberen Ende der Förderschnecke q. befindet
sich ein Siebteil 6, durch welches die überschüssige Durchtränkungsflüs-sigkeit
in den Sammler 7 abläuft, aus dem sie durch die Rohrleitung 8 in: einer durch das
Ventil 9 regelbaren Weise abgezogen werden kann.
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Von der Transportschnecke q. gelangt das getränkte Material, bei Versorgung
mehrerer Aufschlußaggregate gegebenenfalls über einen Verteiler, in den Trogförderer
io, welcher die Schnitzel dem Kolbenfüller i i des Defibrators zuführt, wobei unter
Abpressung von Imprägnierflüssigkeit, dlie durch das Rohr 12 abgeleitet wird, ein
fester als Verschluß dienender Propfen entsteht. Der Kolbenfüller i i stößt das
Material durch die Rückschlagkappe 13 in den Vorwärmer 1q., der mlit Direktdampf
von io bis 15 atü versorgt wird. Aus dem Vorwärmer 14 fällt das in Sekundenschnelle
hocherhitzte Gut in den Sammler 15 und wird von dessen Boden mittels der Schnecke
16 zur Ausschleuseinrichtung 17 transportiert. Das durchgeschleuste Material expandiert
in den Fliehkraftscheider 18. In dem Fliehkraftscheider 18 wird das i8o bis 2op°
heiße Gut mit der aus den Rohrleitungen 8 und 12 kommenden, in dem Vorratsbehälter
i9 gesammelten Abtropfflüssigkeit besprüht, wodurch die Aufschlußreaktion auf die
etwa q.o bis ioo Sekunden währende Zeit des Durchganges durch den Defibrator begrenzt
wird. Die Menge der Sprühflüssigkeit muß mindestens so groß sein, daß das heiße,
feste Gut rasch genug gekühlt wird, um eine explosionsartige Verdampfung der aufgesaugten
Sprühflüssigkeit und damit ein Ausblasen des zerrissenen Gutes aus dem Schornstein
des Fliehkraftscheiders zu verhindern, andererseits darf die Flüssigkeitsmenge auch
nicht zu groß werden, da dann die Konzentration der Extrakte an verwertbaren Stoffen
(z. B. verhef-oder vergärbaren Zuckern bei der Vorhydrolyse) unnötig herabgesetzt
würde. Innerhalb der so gesetzten Grenzen wird die Sprühflüssigke.itsmenge durch
Verdünnen der Abtropfsäure mit Wasser, das gegebenenfalls dem Brüderkondensator
2o des Fliehkraftscheiders 18 entnommen wird, geregelt. Aus. dem Fliehkraftscheider
gelangt das feste Gut auf ein Rüttelsieb 2i, wo es von dem Hydrolysat befreit wird,
das in den Sammler 22 fließt. Das feste Gut wird; dann durch Transportband 23 der
weiteren Wäsche zugeführt.
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In derselben Weise kann der alkalische Aufschluß des hydrolysierten
und gewaschenen Gutes kontinuierlich durchgeführt werden, indem man es in einem
Tränkkessel mit der Lauge durchtränkt, mittels einer Transportschnecke mit Siebteil
einem Defibrator zuführt, in welchem es mittels Direktdampf von io bis 15 atü innerhalb
von q.o bis ioo Sekunden aufgeschlossen wird, und dann in einem Fliehkraftscheider
mit Ablauge nachbehandelt und schließlich wäscht und evtl. bleicht.
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An Stelle der hier beschriebenen Vorrichtungen können andere Tränk-
und. Fördervorrichtungen benutzt werden, insbesondere kann der Defibrator durch
jede andere Vorrichtung ersetzt werden, die geeignet ist, das zerkleinerte cellulosehaltige
Material in kontinuierlichem Durchfluß einzuschleusen und in kürzester Zeit mittels
Direktdampf auf 175 bis 200 ° zu erhitzen und es danach rasch auf eine unter der
Reaktionsgrenze liegende Temper.artur abzukühlen. Wesentlich ist hierbei auch, daß
ein Zermahlen: des spröden, vorhydrolysierten Gutes vermieden wird, um die Fasern
zu schonen und Substanzverluste infolge Schlammbildung zu vermeiden.
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Im folgenden ist ein Versuch mit einer derartigen Vorrichtung beschrieben:
Beispiel Eukalyptus Saligna wird, in normaler Hackspangröße (etwa 3 cm) im Flottenverhältnis
i : 5 mit o,e%iger Schwefelsäure, entsprechend einem Säureverhältnis von i : o,o2
(bezogen. auf atro Holz) kontinuierlich bei einer Temperatur von 9o ° während etwa
25 Minuten durchtränkt. Auf-. dem Wege zum Defibrator fließt der Großteil der Durchtränkungsflüssigkeit
ab. Das mit dem Kolbenfüller eingeschleuste Material wird im Vorwärmer
einem
Sattdampf von 14 atü ausgesetzt und nach einer Verweilzeit von: 4o bis 6o Sekunden
kontinuierlich ausgestoßen. Das so erhaltene Hydrolysegut wird sofort beim Verlassen
des Defibrators im Fliehkraftscheider mit einem Teil der abgetropften Durchtränkungsflüssigkeit
zusammengebracht. Hierbei erhält man einen Restpentosengeh:alt im voi'hydrolysierten
Material von 7 bis 8% und eine Ausbeute an vorhydrolysiertem Material- von 67 bis
7o-0/0, was einem diskontinuierlichen Prozeß, wie bisher bekannt, vollkommen gleichkommt.
Das abfließende Hydrolysat besitzt eine Pentosenkonzentration von etwa
30 g/l. Die reduzierende Substanz beträgt 36 bis 40 g/1. Die entstehenden
Furfuroldämpfe werden gesondert aufgefangen. Die Trennung des Hydrolysegutes von
der Hydrolyseflüssigkeit erfolgt über ein Schüttelsieb. Die Wäsche des Hydrolysegutes
geht in Türmen nach dem Gegenstromprinzip vor sich. Nach Durchgang einer Siebstrecke
zwecks bestmöglichster Entwässerung wird; das .auf etwa 30% Trockengehalt gebrachte
Material mit Sulfatlauge versetzt, wobei ein Alkaliverhältnis von 1 :0,22 (bezogen
auf Trockengewicht dis hydrolysierten Gutes) und ein Laugenverhältnis von 1 : 3,5
bis 4,0 eingestellt wird. Der alkalische Aufschluß erfolgt unter ähnlichen Verhältnissen
wie bei der Vorhydrolyse im Defibrator mittels Direktdampf von 14 atü innerhaslb
von 4o bis ioo Sekunden. Der ausgestoßene Stoff trifft mit den konzentriertesten.
Waschwässern zunächst zusammen und gelangt dann nach Durchlaufen eines kontinuierlichen
Waschsystems mit einem Aufschlußgrad (JN-Zahl) =-.2i,o zur Bleiche. Der gebleichte
Stoff weist nachstehende Kennzahlen auf:
Ausb. an Zellstoff ....... , . . . 3o bis 310/0 |
Alpha-Cellulosegehalt ....... 92,o% |
Holzgummi ............... . . 2 bis 3'/o |
Viskosität cP ................ # 15,1 |
Polymerisationsgrad ........ 663 |
KW (Fi.lterverstopfungszaahl) So bis 70 |
Der Schutz des- Patentes soll sich hinsichtlich des Hauptanspruchs lediglich auf
die Gesamtkombination der in diesem Anspruch angeführten Einzelmerkmale erstrecken.