DEP0009961MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 16. Juni 1953 Bekanntgemacht am: 8. September 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Einführung kontinuierlicher Arbeitsweisen in die großtechnische Zellstoffgewinnung aus Holz, Maisstengeln, Esparto, Stroh od. dgl. hat bisher nmr bei der Herstellung von Halbstoff und Papierzellstoff Erfolg gehabt. Dagegen stieß die vollkontinuierliche Herstellung von Edelzellstoff für die Textilfaserindustrie auf erhebliche Schwierigkeiten, welche im wesentlichen auf der langen Zeitdauer beruhten, die zu einem gleichmäßigen Ankochen und Fertigkochen bei der Vor'hydrolyse und dem Aufschluß des cellulosehaltigen Materials nötig war.

Es bestehen schon zahlreiche 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 Be'handlungszeiten und mit langsamem Durchgang des Gutes, so daß stets die Gefahr eines ungleichmäßigen Aufschlusses besteht (da der Heizdampf sich feste Wege durch das Kochgut bahnt) und

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verhältnismäßig große Apparaturen erforderlich sind.

Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung von I lalbzellstoff odor Papierzellstoff worden I hackschnitzel mit AlkalisuHiten, allenfalls unter Zusatz gerillter Mengen Alkalihydroxyd, geträukl, vorzugsweise in der siedenden Sulfitlösiuig, um anschließend in einem Bad tieferer Temperatur abgekühlt zu werden, worauf man die

ίο so durehlränklcn Schnitzel 30 Sekunden mittels Dampf von 42 al behandelt und dann 5 Sekunden lang einem Dampfdruck von 70 at aussetzt. Ansc! 11 i<-I.U-iif 1 wird der Druck durch Ausblasen entspannt, wodurch die durch eine enge Öffnung ge-Γι prcl.iten Schnitzel gewissermaßen zu einzelnen Käsern explodieren, die gesammelt wurden. Bei dieser Arbeitsweise 'handelt es sich um ein halbkontinuicrliehes Verfahren, zu dessen Durchführung eine Mehrzahl von nacheinander in Wirk- samkeit tretenden Apparaturen und ferner äußerst hohe Drucke erforderlich sind.

Kin älterer, nicht zum Stande der Technik gehörender Vorschlag, der auf eine kontinuierliche Durchführung des Aufschlusses von pflanzlichen Rohstoffen zwecks Herstellung von I lalbzellstofien und Zellstoffen abzielt, besteht darin, daß der zerkleinerte Rohstoff im laufenden Strom zunächst mit der Aufschlußllüssigkcit, vorzugsweise Sulfatlauge, bei einer Temperatur von über 100 ' bzw.

3" unler Druck durchtränkt und anschließend, allenfalls nach Abpressen, innerhalb von 10 Minuten auf die für den gewünschten Aufsclilul.igrad erforderliche Kochtemperatur gebracht wird, so daß der Aufschluß augenblicklich vor sich gellt.

Die KiTindiing betrifft ein kontinuierliches Verfall reu zur I lerstfllung von Textilfaserzellstoft. (kis mil saurer \ orhvdrolyse und nachfolgender alkalischer Koehung arbeitet.

Krfindungsgeiiiäß wird so vorgegangen, daß das

•l» zerkleinerte Rohmaterial nach vollständigem Durchtränken bei Temperaturen kurz unterhalb 100" und Abziehen der jeweils überschüssigen sauren oder alkalischen Kochflüssigkeit kontinuierlich mit Direktdampf von 10 bis 15 atü möglichisi rasch hocherhitzt und 40 bis 100 Sekunden auf kcaktionstemperatur gehalten wird, wonach die Temperatur außerhalb des Reaktionsraunies durch Abkühlen des 'hocherhitzten (iutes mittels der abgezogenen überschüssigen Durchtränkungsllüssigkeil bzw. bei der alkalischen Koehung mit abgepreßter Schwarzlauge unter die Reaktionsleniperatur gesenkt wird.

Der Vorschlag nach der Krfmdung ful.it auf der Krkonnluis, daß mehrere Bedingungen iiinegehalten werden müssen, damit bei kürzester Arbeitszeil ein hochwertiger und gleichmäßig aufgeschlossener Zcllsioll erhalten wird.

Die erste Bedingung ist, wie bereits bekannt ist, eine völlige Durchtränkung des Materials mit der

fio Bchandlungsllüssigkoit. Trotzdem ist es erforderlich, die Nüssigkoitsmenge 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 gleichmäßigen Aufschluß garantierenden Flüssigkeitsgehaltcs ist für die einzelnen Rohstoffe sowie Träiikungsflüssigkeiten verschieden und liegt bei der Abtropfgrenze, die bei normaler Temperatur nach mehrstündigem Abtropfen, bei höherer Temperatur (80 bis ioo°) bereits innerhalb von wenigen Minuten erreicht wird. Diese Grenze liegt für verdünnte Schwefelsäure (0,4 bis 0,8%) z. B. bei Stroll bei etwa dem 3,3- bis 3,5faehen, bei Buchenholz bei dem 1,0- bis i,2fachen des Trockengewichtes.

Das in dieser Weise gleichmäßig mit einem .Mindestmaß an Kochflüssigkeit durchtränkte Material muß dann innerhalb von wenigen Sekunden auf die erforderliche Reaktionstemperatur (175 ° und mehr) gebracht werden. Das ist nur möglich durch Einwirkung von Direktdampf mit 10 bis 15 atü auf relativ kleine Portionen¹ des Materials. Unter diesen Bedingungen vollzieht sich innerhalb von etwa 40 bis 100 Sekunden die gewünschte Umsetzung, also die Vor'liydrolysc oder der Aufsc'hluß. 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 'herunter- gekühlt wird, was z. B. durch Besprühen mit Wasser, welches dabei verdampft wird, geschehen kann.

Hierbei ist eine weitere Maßnahme wichtig: Bei der Vorhydrolysc unter den vorstellend genannten Bedingungen werden die Pentosanc nicht restlos in eine wasserlösliche Form gebracht. Dagegen genügt eine kurze Nachbehandlung mit verdünnter Säure bei Temperaturen von etwa 70 bis 100 ° 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 hydrolysieren 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 Koehung abgepreßte Schwarzlauge verwenden, um deren Konzentration an Feststoffen zu erhöhen. Nach Abzug der so gewonnenen Hydrolysate bzw. der Schwarzlaugc kann das Gut dann in üblicher Weise gewaschen und nachbehandelt werden.

Diese Arbeitsweise ist sowohl für die Vorhydrolyse als auch für den eigentlichen Aufschluß 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

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Aufsdhktß Defibratoren verwendet, wie sie bereits zur Herstellung von Faserplattenstoff oder Halbstoff üblich sind, z. B. einen Asplund-Defibrator mit Kolbenfüller, jedoch ohne Mahlscheiben.
Das aus der Hackmaschine ι kommende zerkleinerte Material wird' mittels Transportband 2 kontinuierlich in einen Tränkkessel 3, z. B. nach Boja-Jung, eingebracht. Der Tränkkessel ist mit 0,5- bis o,8°/oiger Schwefelsäure beschickt und wird auf etwa 90 ° gehalten. Die Holzstücke sinken, sobald sie sidh voll Flüssigkeit gesaugt haben, unter und werden am Boden kontinuierlich mittels einer Förderschnecke 4 entnommen; der Stand der Flüssigkeit in der Förderschnecke korrespondiert mit dem Flüssigkeitsspiegel in dem Durcbtränkungsgefäß und kann durch Verändern des Zuflusses aus dem Vorratsgefäß 5 variiert werden. Am oberen Ende der Förderschnecke 4 befindet sieh ein Siebteil 6, durch welches die überschüssige Durchtränkungsflüssigkeit in den Sammler 7 abläuft, aus dem sie durch die Rohrleitung 8 in einer durdh das Ventil 9 regelbaren Weise abgezogen werden kann.

Von der Transportschnecke 4 gelangt das getränkte Material, bei Versorgung mehrerer Aufschliußaggregate gegebenenfalls über einen Verteiler, in den Trogförderer 10, welcher die Schnitzel dem Kolbenfüller 11 des Defibrators zuführt, wobei unter Abpressung von Imprägnierflüssigkeit, die durch das Rohr 12 abgeleitet wird, ein fester als Verschluß dienender Propfen entsteht. Der Kolbenfüller 11 stößt das Material durch die Rückschlagkappe 13 in den Vorwärmer 14, der mit Direktdampf von 10 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 Ausschleuseinridhtung 17 transportiert. Das durchgeschleuste Materiad expandiert in den Fliehkraftscheider 18. In dem Fliehkraftscheider 18 wird das 180 bis 200° heiße Gut mit der aus den Rohrleitungen 8 und 12 kommenden, in dem Vorratsbehälter 19 gesammelten Abtropfflüssigkeit besprüht, wodurch die Aufschlußreaktion auf die etwa 40 bis 100 Sekunden währende Zeit des Durchganges durdh 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 Zuckerin bei der Vorhydrolyse) unnötig herabgesetzt würde. Innerhalb der so gesetzten Grenzen wird die Sprühflüssigkeitsmenge durch Verdünnen der Abtropfsäuxe mit Wasser, das gegebenenfalls dem Brüdenkondensator 20 des Fliehkraftscheiders 18 entnommen wird, geregelt. Aus dem Fliehkraftscheider gelangt das feste Gut auf ein Rüttelsieb 21, 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.

In derselben Weise kann der alkalische Aufschluß des hydrolysieren und gewaschenen Gutes kontinuierlich durdhgeführt werden, indem man es in einem Tränkkessel mit der Lauge durchtränkt, mittels einer Transportschnecke mit Siebteil einem Defibrator zuführt, in weldhem es mittels Direktdampf von 10 bis 15 atü innerhalb von 40 bis 100 Sekunden aufgeschlossen wird, und dann in einem Fliehkraftscheider mit Ablauge nachbehandelt und schließlich wäscht und evtl. bleicht.

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 Temperatur abzukühlen. Wesentlich ist hierbei auch, daß ein Zermahlen des spröden, vorhydrolysierten Gutes vermieden wird, um die Fasern zu schonen und Substanzveiiuste infolge Schlammbildung zu vermeiden. ,

Im folgenden ist ein Versuch mit einer derartigen Vorrichtung beschrieben:

Beispiel

Eukalyptus Saligna wird in normaler Hackspangröße (etwa 3 cm) im Flottenverhältnis 1 : S mit o,4°/oiger Schwefelsäure, entsprechend einem Säureverhältnis von 1 : 0,02 (bezogen, auf atro Holz) kontinuierlich bei einer Temperatur von 90 ° 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 40 bis 60 Sekunden kontinuierlich ausgestoßen. Das so erhaltene Hydrolysegut wird sofort beim Verlassen ' des Defibrators im Fliehkraftscheider mit einem Teil der abgetropften Durehtränkungsflüissigkeit zusammengebracht. Hierbei erhält man einen Restpentosengehalt im vorhydrolysierten Material von 7 bis 8% und eine Ausbeute an vorhydrolysiertem Material von 67 bis 70%, 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/l. 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 Alkailiverhältnis von

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ι : ο,22 (bezogen auf Trockengewicht des hydrolysieren (iutes) und ein Laugenverhältnis von 1 : 3,5 bis 4,0 eingestellt wird. Der alkalische Aufsc'lilul.l erfolgt unter ähnlichen Verhältnissen wie bei der Yorhydrolyse im Defibrator mittels Direktdampf von i.jatii innerhalb von 40 bis 100 Sekunden. Der ausgestoßeue Stoff trifft mit den kmi/.eiitriertesteii Wasch wässern zunächst zusammen und gelangt dann nach Durchlaufen eines kontinuierlichen Waschsysfenis mit einem Aufschlul.igrad (JN-Zahl) -' 21,0 zur Bleiche. Der gebleichte Stoff weist nachstehende Kemiza'hlen auf:

Aiisb. an Zellstoff 30 bis 31 %

Alpha-Cellulosegehalt 92.0%

I lolzgummi 2 bis 3%

Viskosität el' 15,1

I'olymerisationsgrad 663

KVV (Kilterverstopfungszahl) . 50 bis 70

Claims (3)

1. PAT E N TA N S P Il Oc HK:

   ι. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Textilfaser/.ellstoff aus cellulosehaltigen Rohstoffen durch saure Vorhydrolyse mit nachfolgender alkalischer Kochung, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Rohmaterial nach vollständigem Durchtränken bei Temperaturen kurz unterhalb ioo° und Abziehen der jeweils überschüssigen sauren oder alkalischen Kochflüssigkeit kontinuierlich mit Direktdampf von 10 bis I5atü möglichst rasch hocherhitzt und 40 bis 100 Sekunden auf Reaktionstemperatur gehalten wird, wonach die Temperatur außerhalb des Reaktionsraumes durch Abkühlen des 'hocherhitzten Gutes mittels der abgezogenen überschüssigen Durchtränkungsflüssigkeit bzw. bei der alkalischen Kochung mit abgepreßter Schwarzlaiuge unter die Reaktionstemperatur gesenkt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch, 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die plötzliche Druckerhitzung kleine Reaktionsräume, insbesondere unter 1 cbm, mit an sich bekannten Schleusenvorrichtungen für das kontinuierliche Füllen und Entleeren, jedoch ohne mechanische Mahlorgane, z. \i. Defibratoren ohne RaffuicurscheilKMi, verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Reaktion des Kochgutes nach Verlassen des Reaktionsraumes mit solchen Mengen an überschüssiger Durchtränkungsflüssigkeit bzw. an abgepreßter Schwarzlauge, gegebenenfalls unter Zusatz von Wasser, erfolgt, daß einerseits eine spontane Verdampfung des ausgestoßenen Kochgutes vermieden, andererseits eine technisch gut verwertbare Ablauge erfüllten wird.

   Angezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 234 188.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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