EP0054015A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Zellstoff - Google Patents

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EP0054015A1
EP0054015A1 EP81890189A EP81890189A EP0054015A1 EP 0054015 A1 EP0054015 A1 EP 0054015A1 EP 81890189 A EP81890189 A EP 81890189A EP 81890189 A EP81890189 A EP 81890189A EP 0054015 A1 EP0054015 A1 EP 0054015A1
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EP
European Patent Office
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press
piston
press jacket
digestion
pistons
Prior art date
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Application number
EP81890189A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0054015B1 (de
Inventor
Augustin Dipl.-Ing. Dr. Raggam
Hermann Dipl.-Ing. Dr. Rabitsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Simmering Graz Pauker AG
Original Assignee
Simmering Graz Pauker AG
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Publication date
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Priority claimed from AT456481A external-priority patent/AT375561B/de
Application filed by Simmering Graz Pauker AG filed Critical Simmering Graz Pauker AG
Publication of EP0054015A1 publication Critical patent/EP0054015A1/de
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Publication of EP0054015B1 publication Critical patent/EP0054015B1/de
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C3/00—Pulping cellulose-containing materials
    • D21C3/22—Other features of pulping processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/34—Heating or cooling presses or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/04—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using press rams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B9/00—Presses specially adapted for particular purposes
    • B30B9/02—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material
    • B30B9/12—Presses specially adapted for particular purposes for squeezing-out liquid from liquid-containing material, e.g. juice from fruits, oil from oil-containing material using pressing worms or screws co-operating with a permeable casing
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21C—PRODUCTION OF CELLULOSE BY REMOVING NON-CELLULOSE SUBSTANCES FROM CELLULOSE-CONTAINING MATERIALS; REGENERATION OF PULPING LIQUORS; APPARATUS THEREFOR
    • D21C7/00—Digesters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S162/00—Paper making and fiber liberation
    • Y10S162/02—Chip soaking

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of pulp from impregnated cellulose-containing starting materials, such as wood, straw, grass, waste, etc., by digestion under elevated temperature and pressure, and to a device for carrying out this process.
  • the impregnated raw materials such as wood chips
  • the impregnated raw materials are impregnated in a conventional manner by mixing the chips with a basic or acidic digestion liquid and slowly bringing them to a temperature of 80 ° to 105 ° C in large pressure vessels.
  • the slow heating and a residence time of 0.5 to 2 hours at this temperature and the resulting pressure of up to 10 bar are necessary to ensure sufficient penetration (impregnation) of the wood chips with digestion solution.
  • Sulfate or sulfite compounds with a chemical concentration of approximately 5 to 10% are currently preferably used as digestion solutions.
  • the ratio of the mass of digested liquid taken up to the mass of dry wood chips in the cooker is referred to as hydromodule H and is about 3 to 5 in the current cooking processes.
  • the impregnation can also be carried out outside the cooker in a separate apparatus.
  • a pressure chamber is provided in DE-AS 1 132 423 in which the chips With. Expose the digestion solution to a hydrostatic pressure of approximately 7 bar for a few minutes.
  • Another method for impregnation is described in DE-AS 1 101 126, according to which the starting materials for expelling air and liquid are progressively compressed, expanded in a chamber sealed from the atmosphere, and introduced into an impregnating solution, the starting materials being immediately added to the Expansion in contact with the impregnation solution.
  • a type of screw press is used for this purpose, which enables continuous impregnation. With repeated compression and relaxation, excess liquid or impregnation material is removed during the pressing process.
  • a continuously operating system is described in US Pat. No. 2,771,361, wherein a mixture of hot (87 ° C) digestion liquid and impregnated wood chips are brought into a heated digestion zone or digestion line by means of a pump.
  • the digestion temperature in this zone is 170 C (steam pressure about 8 bar) with a cycle time of 60 min.
  • the digestion temperature is 198 ° C (steam pressure about 16 bar) and the throughput time is 10 minutes.
  • the screw press provided at the end of the digestion zone, the digestion liquid with the dissolved lignin is pressed off, the wood chips also being defibrated by the frictional forces of the screw press. The subsequent expansion causes the wood chips under liquid pressure to burst.
  • US Pat. No. 1,991,243 describes an elongated cooking vessel for a continuous cooking process, in which the general problem of introducing or removing the cookware into or out of the pressure vessel is.
  • the known method of plug formation in the inlet part by means of a piston is proposed, the use of electricity for heating being indicated in a vague manner, without specifying specific technical means for this.
  • the stated "fill densities" of 9, 12, 15, 20 and 30 pounds per cubic foot would correspond to a hydromodule of approx.
  • BOUCHAYER points out that 50 to 90% of the total energy requirement in the pulp production is used for heating the diluted substance masses to the reaction temperature in the up or decanting process. Other experts have also pointed out the high thermal energy and water consumption of the previous methods of pulp production due to the strong dilution.
  • the object of the invention is to create a method which is characterized by minimal energy, water and chemical consumption.
  • the methods used can be viewed as the maximum possible internal measures of a pulp mill to solve their environmental problems, in addition to the energy saving primarily of the wastewater problems. Since wastewater from pulp mills is currently the most difficult to treat, wastewater minimization is essential of highest importance.
  • the method according to the invention is intended to make it possible to reduce the volume of the apparatus, so that even smaller systems which can be adapted to the respective amount of wood can be operated in an economical manner.
  • An additional object of the invention is to increase the quality of the pulp produced.
  • the electrical heating is advantageously carried out by resistance heating with direct or alternating current.
  • the main advantages of the process according to the invention are: short digestion times, reduced energy consumption, reduced chemical consumption, small amounts of liquid, and, as tests have shown, improved pulp quality and increased wood utilization, which means that the otherwise usual grinding process, which requires additional energy expenditure, may be dispensed with can be.
  • the improved pulp quality results primarily from the favorable location of the residual lignins and hemicelluloses, which results in a special ability to bind and bleach.
  • the cellulose chains important for the basic strength of the fibers
  • the hemicelluloses important for the binding ability in the finished paper sheet
  • the impregnation is advantageously carried out in the same pressing device with impregnation liquid in chemical concentrations necessary for the digestion of preferably 5 to 50%, for example 10 to 20%, and at constant pressure or in the form of pressure surges, preferably above 1 bar, for example 10 to 50 bar and 2 to 10 pressure surges, to reduce the unwetted capillary length of the starting material, the impregnation time being kept short by the applied pressure, preferably less than 10 min, expediently less than 1 min, so that it can also be cold and without prior venting can be impregnated.
  • This impregnation process can also be used advantageously in the case of mixtures of dry and wet starting materials.
  • the entire inner and outer The surface of the wood chips is adequately and evenly wetted with less concentrated digestion solutions than the pore volume of the wood chips. This is achieved by initially filling the entire pore volume of the wood chips as in conventional plants, but with more concentrated digestion solutions, by applying pressure in the press device mentioned (definition of the impregnation).
  • the kidney hydromodule used according to the invention since for filling the pore volume and for wetting the surfaces, e.g. 2.5 l of digestion solution is necessary from 1 kg of spruce wood chips, the kidney hydromodule used according to the invention must be adjusted. According to the invention, the impregnated starting materials are pressed in order to adjust the hydromodule H in the same press device mentioned.
  • impregnation itself can optionally be carried out by conventional methods in a separate plant.
  • hydromodule H 0.5, corresponding waste liquor concentration 61%
  • the evaporation plant can be dispensed with or the waste liquor can be burned directly.
  • Chemical cycle closing processes are known in which waste liquors with a dry content of 35% are burned in boilers, but the energy use is correspondingly lower.
  • the measure of lowering the hydromodule H also results in a lowering of the energy consumption when digesting and during evaporation the waste liquor is achieved.
  • more concentrated digestion solutions and a lower amount per batch are used, which means that a smaller amount of concentrated fresh or leaching liquor has to be processed, so that the total number of auxiliary systems and their extent can be reduced and the theoretical chemical consumption per kg of pulp can also be reduced to about half of the usual consumption due to the increased concentration.
  • the pressure when adjusting the hydromodule H can be lower if more time is available or if the temperature of the wood chips is increased, so that they become more elastic and the structural resistance decreases. Temperatures up to 130 ° C. have proven advantageous, at which no appreciable digestion reactions take place yet and a hydromodule H of approx. 1 is reached in approx. 30 s with mechanical pressures around 50 bar.
  • a customary with conventional digestion processes filling density of eg 160 to 220 kg / m 3 is softwood at a mechanical pressure of for example 50 bar and a temperature of 130 o C according to the setting of the hydraulic module an increased bulk density of 800 kg / m against. With this measure, the volume of the pressing device can be reduced to one third to one fifth of the previous volume of the pressure vessels.
  • a further embodiment of the method according to the invention provides that in the case of wet starting materials, the moisture (water content) is brought to a value of below 50%, for example 20 to 40%, preferably 30%, by pressing off the wet starting materials in the same pressing device, whereby the majority of the capillaries of the starting material for the impregnation liquid becomes removable.
  • the direct introduction of heat into the impregnated starting materials can also take place, for example, by capacitive or inductive high-frequency heating or by microwave heating.
  • the digestion can also take place as a continuous process step.
  • the invention is basically suitable for all digestion processes (acidic to alkaline).
  • a pressing device according to the invention for carrying out the method is characterized in that two opposing pistons are arranged in a press jacket, between which the compact is located as an electrical resistance load, both the pistons relative to one another and the press jacket being relatively movable relative to the pistons.
  • FIG. 1 to 5 each show different exemplary embodiments of discontinuously operating pressing devices according to the invention in cross section
  • FIG. 6 shows the schematic structure of a continuously operating screw press in cross section according to the invention
  • FIG. 7 shows a largely simplified vertical section through a further embodiment leadership form of the pressing device.
  • a pressing device of a basic type is shown.
  • a cylindrically shaped press jacket 1 is lined with electrical insulation 2, which also extends over the lower edge of the press jacket 1 and thus also insulates the bottom cover 3.
  • a piston 4 is pressurized in the press jacket 1 as required e.g. hydraulically moved up and down and is provided with a seal 5.
  • a drain opening 6 for the waste liquor, which sits in a pipe with a valve 7.
  • the bottom cover 3 and the piston 4 are provided with electrically conductive contacts which are connected to the poles of a power source.
  • AC sources are preferably used, but DC sources can also be used if necessary.
  • the mechanical pressure of the piston is superimposed on the vapor pressure which arises during the development of heat when the current passes through the compact 8.
  • Fig. 2 shows a second embodiment, similar to that of FIG. 1, but with the piston 4a is offset, and the seal is laid in the upper part of the press casing 1a.
  • a measuring opening 9 for the connection of a steam pressure meter 10 is laid in the upper third of the press casing 1a.
  • the gap formed between the piston 4a and the press jacket 1a enables the steam produced to escape upwards, as a result of which steam pressure and mechanically applied pressure can be metered separately and also measured.
  • the power is supplied as shown in Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a third embodiment in which the electrical insulation can be made simpler.
  • a central opening is provided in the bottom cover 3a, in which an electrode 11 projects into the press jacket 1.
  • Insulation 2a insulates the bottom cover 3a from the press casing 1 and the electrode 11.
  • a cover 12 closes the press casing 1 at the top.
  • a linkage 13 leads via seals 14 into the interior of the press jacket and is connected to a piston ring 4b.
  • the mechanical pressure is transferred via the linkage 13 to the piston ring 4b, and from this to the. Pressed piece 8.
  • a gap is provided between the piston ring 4b and the press jacket 1, and between the electrode 11 and the piston ring 4b, so that a vapor space is created above the pressed piece 8.
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment in which the electrode 11a has been enlarged in diameter and at the same time acts as a piston for the mechanical pressure.
  • This version proves to be advantageous due to the omission of seals; only the insulation 2a assumes a sealing function at the same time.
  • the compact is heated under mechanical pressure by heat, preferably electrical heat, ie the electric current is conducted over the compact.
  • the electrodes are the pistons and the press jacket and their possible combinations, the electrical insulation being attached to those points in the region of the press chamber which otherwise cause the current to flow would bridge the compact.
  • This measure is also used for heating by inductive or capacitive HF heating or microwave heating, and is a problem that can be solved by a person skilled in the art when specifying this criterion.
  • FIG. 5 shows an inventive P reßvor- direction as an embodiment in cross section.
  • 1b denotes a hydraulically liftable and lowerable press jacket, in which a movable, likewise hydraulically liftable and lowerable upper piston 4 and a lower piston 4 'rigidly connected to a base plate 3b are arranged.
  • the cloth cake or compact 8 is located between the two pistons 4 and 4 ', which are each equipped with seals 5b.
  • the two pistons are electrically connected to the poles of a power source via contacts.
  • Insulation 2b is provided in the press jacket 1b in order to prevent current flow through the press jacket.
  • the press jacket 1b is raised and lowered via auxiliary devices, for example hydraulic or pneumatic cylinders 15, mounted on the base plate 3, whereby the compact is carried out easily or the wood chips are introduced via a funnel 16 arranged around the upper piston 2, which is carried by a rod 17 mounted on the press jacket 16.
  • the auxiliary device can also be of a mechanical type, for example a spindle drive.
  • the upper piston 4 is provided with a bore 18, which serves for the supply of liquid or gaseous treatment media, and in many small holes on the end face of the piston 4 ends, whereby the compact 8, the liquids can be supplied.
  • a bore 19 is provided in the lower piston 4, which is used to discharge the treatment media from the press chamber and opens into many small bores on the end face of the piston 4 '. Treatment media can also be fed in and out via bores in the press jacket 1b (not shown).
  • the treatment media can also be distributed within the press space by sieve or perforated plates, etc. (not shown).
  • insulation 20 is provided between each control cylinder and a flange rigidly arranged on the press jacket 1, so that the entire current flow is conducted over the compact 8 and heats it directly.
  • resistance heating is used, but, as mentioned, high-frequency heating of an inductive or capacitive type and microwave heating can also be used for the press jacket 1 and the two pistons 4 and 4 'if the material is selected accordingly.
  • the press jacket 1 can e.g. be made of high-strength ceramic insulating material.
  • a movable lower piston 4 'could also be implemented in order to expose the compact to a pressure on both sides, which would also make it easier to remove the compact from the press space by the piston ben 4 and 4 'are lowered simultaneously.
  • a feed screw 23 conveys the pressed material (pre-impregnated wood chips) into the cooking area, which is formed between a screw electrode 24 as the first electrode and the cooker housing 25 as the second electrode.
  • the lye escaping from the compression of the wood chips on a particular hydromodule can escape from the screw press 22 via a sieve 26 and is returned to a separate impregnation plant (not shown).
  • the feed screw 23 is connected to the screw electrode 24 via an insulating coupling 27.
  • the cooker housing 25 and the screw electrode 24 are connected to a power source via contacts.
  • the current flows via the screw electrode 24 to the cooker housing 25 and heats the wood chip mass lying in between. If, for example, the consistency (solid material concentration) of the wood chips mass can be assumed to be 50%, this consistency drops to about 30% due to the increasing dissolution of the lignin against the discharge.
  • the pulp is again concentrated to about 55% in the discharge screw 28, as a result of which a large part of the primary liquor is separated off in a hot state (low viscosity) and a concentration of about 60% via a sieve 29.
  • the dwell time in the cooking area and the mechanical pressure on the wood chips can be set as desired by varying the speed between the feed and discharge screws.
  • the press jacket 1 consists essentially of the press jacket 1, the lower piston 4 ' and the upper piston 4.
  • the press jacket 1 is provided with three or more arms 21, each of which rests on a working cylinder 15.
  • the rod 36 of each piston 37, which is displaceable in the cylinder 15, projects downward from the cylinder 15 and is anchored to the foundation 3b.
  • the two connections of the double-acting cylinders are labeled 49 and 30.
  • the press jacket 1 can be raised and lowered by appropriately loading the cylinder 15 with pressure oil or the like pressure medium. In its highest position, the press jacket 1 is at a sufficient distance from the piston 4 ', so that the previously pressed material can be removed from the press jacket 1 laterally between the cylinders 15.
  • the cylinders 15 stand on a circle concentric to the press jacket 1 and have a lateral distance from one another which is greater than the inside diameter of the press jacket 1.
  • the lower piston 4 ' is attached to the foundation 3b. It is penetrated in the axial direction by a tube 31 which is connected to a steam line 34 via a valve 32 and a valve 33. An additional valve 63 may be present.
  • the tube 31 opens at the piston head 35.
  • a filter plate or perforated plate 46 is held at a distance from the piston head 35 and has a multiplicity of small bores 47. These holes can be tapered towards the top to avoid clogging and to facilitate cleaning.
  • the sieve plate can be supported on the piston head by strips or similar stiffeners (not shown). Between the perforated plate 46 and the piston head 35, a distributor and collecting space 48 is created. Between the piston 4 'and the valve 32, a branch 59 with a valve 40 is provided on the pipe 31, which leads to a liquid supply and discharge pipe 41 leads.
  • annular seal 5b is provided, which is inserted into a circumferential groove near the piston head 35 or into the press jacket 1 near its end.
  • the upper piston 4 can be moved up and down by a hydraulic or mechanical device, not shown. It is penetrated by an axial line 43 which opens at the piston crown 44 and is led out of the piston at its other end in a manner not shown further and is connected to a liquid supply and discharge line 57, for example via a hose 45 and a valve 42 .
  • the upper piston 4 like the lower one, is provided with a filter plate 46 with conical bores 47 see, so that a distribution and collection space 48 is also formed on the upper piston 4 between the piston crown 44 and the filter plate.
  • An annular seal 5b provided in a circumferential groove provided near the piston crown 44 or in the press jacket 1 near its end effects the seal between the press jacket 1 and the upper piston 4.
  • the press jacket 1 In its upper part, the press jacket 1 is provided with a number of radial passages 52, which are closed at their inner mouth with sieve plates 38. In order to avoid damage to the ring seal 5b by the sieve plates 38, the sieve plates are set back somewhat in relation to the inner wall of the press jacket 1.
  • a ring line 51 On the outside of the press casing 1, a ring line 51 is provided, into which all radial passages 52 open.
  • a circulation line 53 extends from the ring line 51 via a valve 62 and contains a flexible or length-variable connection (here a telescopic tube 54) and a blower 55.
  • the other end of the circulation line 53 is connected via the valve 32 and optionally valve 63 to the pipe 31 leading into the lower piston 4 '.
  • the upper end face of the press jacket 1 can carry a hopper 56 which concentrically surrounds the upper piston 4. Supports 67 serve to hold the funnel.
  • the upper piston 4 can be lifted out of the press jacket 1, so that the press jacket 1 can be filled with solid material through the annular gap between the upper piston 4 and the press jacket edge.
  • the upper piston 4 is moved into its highest possible position and the press jacket 1 is brought into its lowermost position by appropriately loading the working cylinder 15. This creates a sufficiently large space between the perforated plates 46 of the piston 4 and the upper edge of the press casing 1, through which wood chips, which could have previously been introduced into the hopper 56, can fall into the interior of the press cylinder.
  • the upper piston 4 is brought into the position shown, i.e. it penetrates into the press jacket 1 to such an extent that the ring seal 5b seals the press jacket 1, but the radial passages 52 remain free.
  • valves 32 and 33 By opening the valves 32 and 33, but with the valves 40 and 62 and possibly 63 closed, steam can be brought into the interior of the press casing 1 in order to pre-dampen the wood chips.
  • the wood chips filled in the press are very moist, they can be pressed to a desired degree of dryness. After opening the valve 40 and closing all other valves, the upper piston 4 can be lowered. Due to the resulting high pressure (e.g. 100 to 200 bar), the liquid squeezed out of them penetrates through the bores 47 in the lower perforated plate 46 and flows out via the line 41.
  • the resulting high pressure e.g. 100 to 200 bar
  • valves After pretreatment, the valves are closed again. Via the line 41, which is now connected to storage containers, 40 different impregnation liquids can be brought into the press jacket 1 and thus to the chips after opening the valve. By using hot impregnation liquids or by subsequent heating with steam through line 34 via valves 33 and 32, a high percentage of the air contained in the pores of the wood chips can be expelled via open valve 42 and line 57.
  • valves 32, 33 all other valves closed. This heats the impregnation liquid (also in the wood chips) above its boiling point.
  • the valves 32, 33 are closed and by opening the valve 46 (the line 57 can now lead, for example, to FreiXe), the excess pressure is released and the impregnation liquid evaporates. This evaporation also takes place inside the wood chips, the air contained therein being displaced by steam. This procedure can be repeated several times; it is possible to completely remove the air from the wood chips, which corresponds to a "perfect impregnation".
  • any hydromodule After reaching the desired degree of impregnation, if necessary perfect impregnation, it can be pressed onto any hydromodule. Generally, a hydromodule of about 0.5 to 2, but preferably about 1 is pressed, i.e. the ratio between the mass of dry wood chips and the mass of the impregnating liquid they absorb is then approximately equal to one. The pressing is carried out by lowering the upper piston 4, the resulting, pressed liquid, as already mentioned, being able to drain the line 41 through the valve 40, for example.
  • the press jacket 1 can, for example, be filled approximately halfway with wood chips already pressed, over which there is a steam-air mixture.
  • the temperature of this steam is, for example, 10 to 50 ° above the desired final digestion temperature, which can be approximately 170 ° to 220 °.
  • the pressure of the steam preferably corresponds to the equilibrium pressure at the selected maximum soleplate temperature. So it is superheated steam; when the temperature of the sole is reached, the steam supply stops automatically.
  • the steam supplied condenses on the relatively cold wood chips and heats them both by the heat of condensation and by conduction.
  • the excess steam can be circulated by opening the valve 62 and starting the fan 55: sieves 38, passages 52, ring line 51, valve 62, circulation line 53, valves 63 and 32, pipe 31.
  • a swirling or intensive mixing and flow around the impregnated wood chip particles - now to be referred to as "pulping material" - is achieved.
  • This swirling of the material does not have to correspond to the ideal fluidized bed process, but only takes place turbulently, so that the heat transfer takes place quickly and homogeneously from a statistical point of view. With a low filling quantity, the vortex will be strong, with a larger filling quantity it may be slight or only a certain movement.
  • the circulation of the steam or steam-air mixture is interrupted.
  • the digestion material remains at the maximum temperature for a short time - for example about 10 seconds to about six minutes.
  • the upper piston 4 is lowered, the digestion material is pressed out by exerting the highest possible pressure.
  • the resulting caustic flows through the correspondingly switched lines 41 and 57. The more this pressing takes place, the lower the water consumption in the subsequent washing processes.
  • the pressing takes place approximately on hydromodule 1, if possible lower than 1, based on the cellulose produced. Since approximately 50% yield is achieved, half of the wood is dissolved, half of the original impregnating liquid is squeezed out and the press in this example is therefore a quarter full.
  • the shear forces applied at the digestion temperature support the rapid separation of the individual fibers.
  • the upper piston can be raised to the position shown.
  • Any amount of washing or bleaching liquid can now be introduced into the press jacket via the valve 42 and or the valve 40, so that e.g. Liquid is above the compact digestion mass and displacement washing can be carried out.
  • the liquid is e.g. of the upper piston 4 pressed through the digestion material, the primary liquor being replaced by the fresh liquid.
  • the so-called dilution wash can also be carried out, e.g. the piston 4 is lowered from its drawn position until it covers the sieves 38, the valve 42 is opened and air is introduced intermittently through the line 34 via the valves 32, 33, which air after the penetration of the digestion mass and the liquid and thus whose mixture can escape through line 57. Then it can be pressed repeatedly.
  • the piston 4 is lowered to the digestion mass without exerting any particular pressure when the valve 40 and / or the valve 42 is open.
  • the press jacket is then brought into its uppermost position with the aid of the working cylinder and the digesting mass is discharged laterally through the space between the lower piston 4 '(its sieve plate 46) and the lower edge of the press jacket 1.
  • the upper piston 4 can also be provided with an axial tube corresponding to the tube 31 in the lower piston 4 ', which passes directly into the circulation line 53 via a valve, corresponding to the valve 62.
  • the passages 52 together with sieves 38 and ring line 51 are then omitted.
  • the lower piston 4 ' can also be moved vertically, the press jacket 1 being held stationary. The operation of the press takes place as described above, ie the working movements are made by the upper piston, the lower piston remains at rest.
  • both pistons, holding the digestion mass between them are moved downwards until the upper piston with its perforated plate is flush with the lower edge of the press jacket 1.
  • the blower 55 can be reversible in its direction of action, ie it can be switched over To blow air through the valve 62 and the ring line 51 from the outside through the sieves 38 or through the axial tube of the modified embodiment and thus through the bores 47 in order to clean them.
  • the inner diameter of the press jacket 1 can be slightly enlarged in the case of a continuous transition in order to enable the ring seal 5b to slide more easily over the sieve region.
  • a cyclone or the like can also be located in the circulation line. (indicated at 38) can be provided in order to remove any entrained material from the steam or steam-air mixture flowing in the circulation pipe 53.
  • a heat exchanger for reheating the circulating steam or the steam / air mixture can also be arranged in the circulation pipe 53 (not shown).
  • the device can be filled in another way, for example by means of a corresponding tube in the upper piston or in the press jacket, for example by gravity or pneumatically, or in another way.
  • a particular advantage of the press according to the invention is that all common types of wood chips or cellulose-containing materials can be processed.
  • wood chips typical in discontinuous sulfate pulp plants mean values are around 16-18 mm long, 10-17 mm wide and about 3 mm thick.
  • mean values of 38 mm in length and width and 6 mm in thickness are more common, although the distribution around these values can be very wide in both cases.
  • a homogeneous wood chip material offers advantages in terms of a uniform impregnation and heating and thus a higher quality pulp with a lower proportion of chips and undigested.
  • turbulent heating up Final mass with steam or a steam-air mixture can be achieved more easily by a narrow spectrum that the flow rate is not greater than the sinking rate of the small particles and less than the loosening rate of the largest particles.
  • the shape of the bores 47 in the sieve plates 46 is arbitrary, but is generally round.
  • the hole size must meet two conditions. First, optimal squeezing of liquids, second, optimal introduction of gases for whirling or heating must be ensured. It is preferred both f done by the same holes can be well separated in principle.
  • the gaseous heating medium could be blown in through several larger, separately closable openings.
  • the hole diameter will be in the range of 0.2 to 10 mm, preferably 0.5 to 6 mm, and in particular 1 to 3 mm. This can also be achieved through larger holes that are covered with a sieve of appropriate hole size.
  • the spacing between the holes will preferably be chosen such that free surfaces of 1 to 90%, preferably 3 to 80%, even more preferably 10 to 70% and particularly 20 to 50% are achieved with the hole sizes indicated.
  • a pitch of 4 mm could be used, which results in a free surface area of about 23%.
  • the sieve plates 46 can both be self-supporting with a pressure occurring in the press speaking thickness, but they can also consist of perforated plates, which rest on webs on a thicker, load-bearing plate with larger holes.
  • the holes which have the above-described diameter on the inside of the press of the pistons can increase in cross section in the piston towards the outside of the press in order to achieve an easier drainage of liquids and to avoid possible blockages.
  • All or some of the bores can be inclined with respect to the press axis in order to achieve additional movement and mixing of the digestion material.
  • one or more, optionally also separately switchable, openings of larger diameter than the normal bores in the end face of the pistons, possibly arranged eccentrically, may be present in order to improve the mixing when gaseous media are introduced.
  • the type of steam or steam / air mixture supply can offer possibilities for a different inflow speed for different sections of the sieve plate 46 of the lower piston.
  • the Moeller-Scherström method, the Polysius or the Fuller-Peters quadrant method are known for this purpose.
  • the inflow floor (the sieve plate) is divided into four circular sectors (quadrants) of the same size, whereby one quadrant can be alternately ventilated more than the other. This requires four connections and a corresponding control.
  • a gaseous medium through parts of the piston cross section (e.g. single quadrants) may be required in order to loosen up the material.
  • the speeds of the gaseous medium will depend on the digestion material, its size and moisture (hydromodule), the layer thickness, the temperature and the desired rate of temperature increase and generally range from 0.5 to 20 m / s, preferably from 1 to 15 m / s, in particular from 3 to 10 m / s. With intermittent or pulsating operation, these speeds can also be exceeded for a short time.

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Abstract

Gewinnung von Zellstoff durch chemischen Aufschluss zellulosehaltiger Ausgangsstoffe, wie Holz, Stroh, Gras, Abfälle usw., bei einem vergleichsweise niedrigen Hydromodul von 0,5 bis 2 und durch direkte Wärmeeinbringung in die imprägnierten Ausgangsstoffe z.B. mittels Dampf oder mit den zusammengepressten Ausgangsstoffe als elektrische Widerstandslast, wobei der Aufschluss in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Weise in Abhängigkeit von der Aufschlusstemperatur von 160° bis 300°C in kurzer Zeit, vorzugsweise innerhalb 10 Min. stattfindet. Eine Vorrichtung zur dikontinuierlichen Ausführung des Verfahrens besteht aus einer Presse mit einem Pressmantel (1) und zwei darin einander gegenüberliegenden Kolben (4,4'), zwischen welchen sich der Pressling befindet, wobei sowohl die Kolben (4,4') zueinander als auch der Pressmantel (1) zu den Kolben (4,4') relativ beweglich sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff aus imprägnierten zellulosehältigen Ausgangsstoffen, wie Holz, Stroh, Gras, Abfälle usw., durch Aufschließen unter erhöhter Temperatur und Druck, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Das Imprägnieren der vorzerkleinerten Ausgangsstoffe, z.B. Holzhackschnitzel, erfolgt in herkömmlicher Weise dadurch, daß die Hackschnitzel mit einer basischen oder sauren Aufschlußflüssigkeit vermengt und vorerst in großen Druckgefäßen langsam auf eine Temperatur von 80° bis 105°C gebracht werden. Das langsame Aufheizen und eine Verweilzeit von 0,5 bis 2 Stunden bei dieser Temperatur und der sich dabei einstellende Druck bis zu 10 bar sind notwendig, um eine ausreichende Durchdringung (Imprägnierung) der Hackschnitzel mit Aufschlußlösung zu gwährleisten. Als Aufschlußlösungen werden gegenwärtig bevorzugt Sulfat bzw. Sulfitverbindungen mit einer Chemikalienkonzentration von ca. 5 bis 10% verwendet. Das Verhältnis der Masse aufgenommenen Aufschlußflüssigkeit zur Masse der trockenen Hackschnitzel im Kocher wird als Hydromodul H bezeichnet und beträgt bei den gegenwärtigen Kochverfahren etwa 3 bis 5. Die Imprägnierung kann auch außerhalb des Kochers in einer eigenen Apparatur er- folgen. In der DE-AS 1 132 423 ist zu diesem Zweck eine Druckkammer vorgesehen, in welcher die Schnitzel mit. der Aufschlußlösung einige Minuten lang einem hydrostatischen Druck von etwa 7 bar ausgesetzt werden. Ein weiteres Verfahren zum Imprägnieren wird in der DE-AS 1 101 126 beschrieben, wonach die Ausgangsstoffe zum Austreiben von Luft und Flüssigkeit fortschreitend komprimiert, in einer von der Atmosphäre abgedichteten Kammer expandiert, und in eine Imprägnierlösong eingeführt werden, wobei die Ausgangsstoffe unmittelbar bei der Expansion mit der Imprägnierlösung in Berührung gebracht werden. Zu diesem Zwecke wird eine Art Schneckenpresse verwendet, welche ein kontinuierliches Imprägnieren ermöglicht. Bei mehrmaligem Komprimieren und Entspannen wird überschüssige Flüssigkeit oder Imprägniermaterial beim Preßvorgang entfernt.
  • Erfolgt das Imprägnieren wie oben erwähnt in Druckgefäßen, so wird das anschließende Aufschließen durch weitere Wärmezufuhr eingeleitet, bis die zur Lösung des Lignins erforderliche Reaktionstemperatur von 120° bis 1950C erreicht ist, wobei der Dampfdruck auf maximal 14 bar ansteigt. Ca. die Hälfte der Holzsubstanz geht in Lösung, sodaß im Endeffekt pro 1 kg Zellstoff 6 bis 10 1 verbrauchte Aufschlußflüssigkeit vorliegen, in welcher neben den Aufschlußchemikalien 1 kg organische Holzsubstanz (vorwiegend Lignin) gelöst ist (Urlauge). Je nach Verfahren (Temperatur und ph-Wert) ergeben sich Aufschlußzeiten zwischen 2 bis 20 h.
  • Eine kontinuierlich arbeitende Anlage wird in der US-PS 2 771 361 beschrieben, wobei ein Gemisch aus heißer (87°C) Aufschlußflüssigkeit und imprägnierten Holzschnitzel mittels einer Pumpe in eine geheizte Aufschlußzone bzw. Aufschlußleitung gebracht wird. Bei einem angeführten Beispiel beträgt die Aufschlußtemperatur in dieser Zone 170 C (Dampfdruck etwa 8 bar) bei einer Durchlaufzeit von 60 min. Im zweiten angeführten Beispiel (für Halbzellstoffe) beträgt die Aufschlußtemperatur 198°C (Dampfdruck etwa 16 bar), und die Durchlaufzeit 10 min. In der am Ende der Aufschlußzone vorgesehenen Schneckenpresse erfolgt ein Abpressen der Aufschlußflüssigkeit mit dem gelösten Lignin, wobei gleichzeitig die Hackschnitzel durch die Reibkräfte der Schneckenpresse auch defibriert werden. Durch die anschließende Expansion zerplatzen die unter Flüssigkeitsdruck stehenden Hackschnitzel.
  • Die US-PS 1 991 243 beschreibt ein längliches Kochgefäß für einen kontinuierlichen Kochvorgang, bei welchem das allgemeine Problem des Ein- bzw. Austragens des Kochgutes in beziehungsweise aus dem Druckgefäß besteht. Zur Lösung dieses Problems wird die bekannte Methode der Propfenbildung beim Einlaßteil mittels eines Kolbens vorgeschlagen, wobei in vager Weise die Verwendung von Elektrizität zur Heizung angedeutet wird, ohne daß konkrete technische Mittel dafür angegeben werden. Die angeführten "Fülldichten" von 9, 12, 15, 20 und 30 pounds per cubicfoot würden einem Hydromodul von ca. 6, 4.2, 3.2, 2.1 und 1.1 entsprechen, wenn eine Dichte von 1 g/ cm3 der Aufschlußflüssigkeit angenommen wird, wobei der Hydromodul von 2.1 der maximal erreichten Fülldichte im Aufschlußbehälter, und der Hydromodul von 1.1 der maximalen Fülldichte beim Einlaß entsprechen würde. Aus obiger Definition des Hydromoduls wird dieser jedoch wegen der dabei nicht berücksichtigten höheren Dichte der Aufschlußflüssigkeit beim Aufschlußvorgang im Behälter wesentlich größer als 2 sein, und liegt daher außerhalb des Bereichs, welcher erfindungsgemäß vorgeschlagen wird. Was den Hydromodul von 1.1 beim Einlaß betrifft, so muß festgestellt werden, daß eine homogene und effektvolle Imprägnierung nur dann möglich ist, wenn vorerst mit einem wesentlich höheren Hydromodul imprägniert, und dann auf 1.1 abgepreßt wird. Die Praktikabilität der US-Patentschrift ist daher diesbezüglich sehr in Frage zu stellen, wenn dabei nur das dem Hydromodul von 1.1 entsprechende Flüssigkeitsgemisch eingepreßt wird. Das aufgeschlossene Material wird daher bestenfalls nur Halbzellstoff-Qualität aufweisen können. Sollten im Aufschlußbehälter zur Erzielung einer besseren Zellstoffqualität weitere Lauge zugesetzt werden, so sind die angegebenen Fülldichten bzw. Hydromodule nicht mehr eingehalten.
  • An die Schritte Imprägnieren, Abpressen und Aufschließen werden üblicherweise die Arbeitsvorgänge Waschen, Sortieren, Bleichen und Trocknen angeschlossen. Trotz starker Bemühungen auf dem Umweltsektor sind moderne Zellstoffanlagen noch immer durch einen hohen Energie- und Wasserverbrauch gekennzeichnet. Der hohe Energieverbrauch result-brt im wesentlichen aus der Erwärmung großer Flüssigkeitsmengen, vor allem bei Aufschluß und Bleiche, den langen Verweilzeiten, und aus dem schlechten Wirkungsgrad der Wärmerückgewinnungsanlagen.
  • Bei der Verwendung der in der Ablauge enthaltenen organischen Substanzen zur Deckung des Energiebedarfs einer Zellstoffabrik muß die durch die gegebenen Prozesse verursachte dünne Ablauge für die nachfolgende Verbrennung auf einen Trookengehalt von 55 bis 65% eingedickt werden, wozu wiederum ein beträchtlicher Energieaufwand notwendig ist. Der Energieaufwand einer Zellstoffabrik resultiert etwa zu gleichen Teilen aus Aufschluß-, Bleiche, Laugeneindampfung und Zellstofftrocknung. Schließlich lassen sich in modernsten Fabriken derzeit bei der Verbrennung der eingedickten Ablauge aber Energiemengen erzielen, die eine Zellstoffabrik nahezu energieautark werden lassen. Man vergleiche hiezu BOUCHAYER, H.: Neue technologische Tendenzen für die Europäische Papierindustrie. "Das Papier", 1974, Heft 10A, S. V125 bis V129. BOUCHAYER weist darauf hin, daß 50 bis 90% des gesamten Energiebedarfs bei der Zellstofferzeugung für das Aufheizen der verdünnten Stoffmassen auf die Reaktionstemperatur im Hoch- bzw. Beichprozeß verwendet werden. Auch andere Fachleute haben auf den hohen Wärmeenergie- und Wasserverbrauch der bisherigen Verfahren der Zellstofferzeugung auf Grund der starken Verdünnung hingewiesen.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, welches durch einen minimalen Energie-, Wasser-und Chemikalienverbrauch gekennzeichnet ist. Die dabei angewendeten Methoden können als maximal mögliche interne Maßnahmen einer Zellstoffabrik zur Lösung ihrer Umweltprobleme, neben der Energieeinsparung vorwiegend der Abwasserprobleme, angesehen werden. Da die Abwässer von Zellstoffabriken derzeit die am schwierigsten zu behandelnden Abwässer sind, ist eine Minimierung der Abwassermenge von größter Bedeutung. Weiters soll durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduzierung des Apparatevolumens ermöglicht werden, sodaß auch kleinere, dem jeweiligen Holzanfall anpaßbare Anlagen in ökonomischer Weise betrieben werden können.
  • Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es, die Qualität des erzeugten Zellstoffes zu erhöhen.
  • Dies wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Aufschließen der imprägnierten Ausgangsstoffe bei einem vergleichsweise niedrigen Hydromodul von 0,5 bis 2, vorzugweise 1, durch direkte Wärmeeinbringung in die imprägnierten Ausgangsstoffe, vorzugsweise durch elektrische Erwärmung der imprägnierten Ausgangsstoffe innerhalb einer Preßvorrichtung bei einer Aufschlußtemperatur von 160° bis 300°C, vorzugsweise 180° bis 200°C erfolgt, wobei der Aufschluß in Abhängigkeit von der Aufschlußtemperatur in kurzer Zeit, vorzugsweise unter 10 min, beispielsweise in 10 bis 60 s, stattfindet. Die elektrische Erwärmung erfolgt in vorteilhafter Weise durch Widerstandsheizung mit Gleich- oder Wechselstrom.
  • Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind: kurze Aufschlußzeiten, reduzierter Energiebedarf, reduzierter Chemikalienbedarf, geringe Flüssigkeitsmengen, und, wie Versuche ergeben haben, eine verbesserte Zellstoffqualität und ein erhöhter Holznutzungsgrad, wodurch gegebenenfalls auf den ansonsten üblichen Mahlvorgang, welcher einen zusätzlichen Energieaufwand erfordert, verzichtet werden kann. Die verbesserte Zellstoffqualität resultiert in erster Linie aus der günstigen Lage der Restlignine und Hemizellulosen, wodurch sich eine besondere Binde- und Bleichfähtigkeit ergibt.
  • Auf Grund der kurzen Reaktionszeiten allgemein und der raschen Trennung der Fasern voneinander zum Zeitpunkt der Ligninerweichung durch die von der Preßvorrichtung mechanisch aufgebrachten Scherkräfte (Zusammenbrechen des Strukturwiderstandes) sowie der Möglichkeit der raschen Unterbrechung von Reaktionen, z.B. durch Unterbrechung der Energiezufuhr, bleiben die Zelluloseketten (wichtig für die Grundfestigkeit der Fasern) sowie die Hemizellulosen (wichtig für die Bindefähigkeit im fertigen Papierblatt) weitgehend erhalten. Auf diese Weise erfolgt eine bewußte Anlagerung bzw. Konzentration der Hemizellulosen an der Faseroberfläche.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt beim Verfahren gemäß der Erfindung das Imprägnieren in der gleichen Preßvorrichtung mit Imprägnierflüssigkeit in für den Aufschluß notwendigen chemischen Konzentrationen von vorzugsweise 5 bis 50%, beispielsweise 10 bis 20%, und bei konstantem Druck oder in Form von Druckstößen, vorzugsweise über 1 bar, beispielsweise 10 bis 50 bar und 2 bis 10 Druckstößen, zur Herabsetzung der unbenetzten Kapillarlänge des Ausgangsstoffes, wobei die Imprägnierdauer durch den aufgebrachten Druck klein gehalten werden kann, vorzugsweise unter 10 min, zweckmäßigerweise unter 1 min, sodaß auch kalt und ohne vorausgehende Entlüftung imprägniert werden kann. Dieses Imprägnierverfahren kann in vorteilhafter Weise auch bei Gemischen aus trockenen und nassen Ausgangsstoffen angewendet werden. Wesentlich ist, daß beim Imprägnieren die gesamte innere und äußere Oberfläche der Haokschnitzel ausreichend und gleichmäßig mit weniger dafür konzentrierteren Aufschlußlösungen benetzt wird, als dem Porenvolumen der Hackschnitzel entspricht. Dies wird erreicht, indem das gesamte Porenvolumen der Hackschnitzel vorerst wie bei konventionellen Anlagen, allerdings mit höher konzentrierten Aufschlußlösungen, durch Anwendung von Druck in der genannten Preßvorrichtung voll gefüllt wird (Definition der Imprägnierung).
  • Da jedoch zum Füllen des Porenvolumens und zum Benetzen der Oberflächen, z.B. von 1 kg Fichtenholzhackschnitzel ca. 2,5 1 Aufschlußlösung notwendig ist, muß eine Einstellung des erfindungsgemäß verwendeten nierigen Hydromoduls er-folgen. Erfindungsgemäß erfolgt das Abpressen der imprägnierten Ausgangsstoffe zur Einstellung des Hydromoduls H in der gleichen genannten Preßvorrichtung.
  • Die Imprägnierung selbst kann jedoch gegebenenfalls nach herkömmlichen Verfahren in einer getrennten Anlage erfolgen.
  • Im Extremfall (Hydromodul H = 0,5, entsprechendeAblaugenkonzentration 61%) kann auf die Eindampfanlage verzichtet werden, bzw. die Ablauge direkt verbrannt werden. Es sind Chemikalienkreislaufschließungsverfahren bekannt, in denen Ablaugen mit einem Trockengehalt von 35% in Kesseln zur Verbrennung kommen, wobei jedoch die Energienutzung entsprechend geringer ist.
  • Durch die Maßnahme der Senkung des Hydromoduls H wird in gleicher Weise auch eine Senkung des Energieverbrauches beim Aufschließen sowie beim Eindampfen der Ablauge erzielt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird, im Vergleich zu üblichen Verfahren, entsprechend dem verringerten Hydromodul H, mit konzentrierteren Aufschlußlösungen und geringerer Menge pro Charge gearbeitet, wodurch eine geringere Menge an konzentrierten Frisch- bzw. Ablaugen zu verarbeiten sind, sodaß die gesamten Nebenanlagen in Anzahl und Ausmaß reduziert werden und auch der theoretische Chemikalienverbrauch pro kg Zellstoff aufgrund der erhöhten Konzentration auf ca. die Hälfte des üblichen Verbrauches gesenkt werden kann.
  • Der Druck bei der Einstellung des Hydromoduls H kann geringer sein, wenn mehr Zeit zur Verfügung steht bzw. wenn die Temperatur der Hackschnitzel erhöht wird, sodaß diese elastischer werden und der Strukturwiderstand sinkt. Vorteilhaft erweisen sich Temperaturen bis zu 130°C, bei denen noch keine nennenswerten Aufschlußreaktionen stattfinden und mit mechanischem Preßdrücken um 50 bar ein Hydromodul H von ca. 1 in ca. 30 s erreicht wird. Einer bei herkömmlichen Aufschlußverfahren üblichen Fülldichte von z.B. 160 bis 220 kg/m3 bei Weichholz steht bei einem mechanischen Druck von z.B. 50 bar und einer Temperatur von 130oC nach der Einstellung des Hydromoduls eine erhöhte Fülldichte von 800 kg/m gegenüber. Durch diese Maßnahme kann das Volumen der Preßvorrichtung auf ein Drittel bis ein Fünftel des bisherigen Volumens der Druckgefäße gesenkt werden.
  • Die Hydromoduleinstellung außerhalb der Preßvorrichtung ist auch möglich, sie gestaltet sich jedoch wesentlich komplizierter. Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß bei nassen Ausgangsstoffen vor dem Imprägnieren die Feuchtigkeit (Wässergehalt) auf einen Wert von unter 50%, beispielsweise 20 bis 40%, vorzugsweise 30%, durch Abpressen der nassen Ausgangsstoffe in der gleichen Preßvorrichtung gebracht wird, wodurch der Großteil der Kapillaren des Ausgangsstoffes für die Imprägnierflüssigkeit wegbar wird.
  • Die direkte Wärmeeinbringung in die imprägnierten Ausgangsstoffe kann beispielsweise auch durch kapazitive oder induktive Hochfrequenzerwärmung oder durch Mikrowellenerwärmung erfolgen.
  • Erfindungsgemäß kann das Aufschließen auch als kontinuierlicher Verfahrensschritt erfolgen. Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für alle Aufschlußverfahren (sauer bis alkalisch). Eine erfindungsgemäße Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Preßmantel zwei einander gegenüberliegende Kolben angeordnet sind, zwischen welchen sich der Preßling als elektrische Widerstandslast befindet, wobei sowohl die Kolben zueinander, als auch der Preßmantel zu den Kolben relativ beweglich sind.
  • Nachfolgend werden Vorrichtungen zur Durchführung des neuen Verfahrens beschrieben.
  • Es zeigen Fig. 1 bis 5 jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele von diskontinuierlich arbeitenden Preßvorrichtungen gemäß der Erfindung im Querschnitt, die Fig. 6 den schematischen Aufbau einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse im Querschnitt gemäß der Erfindung und Fig. 7 einen weitgehend vereinfachten Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Preßvorrichtung.
  • In Fig. 1 ist eine Preßvorrichtung von prinzipieller Art dargestellt. Ein zylindrisch geformter Preßmantel 1 ist mit einer elektrischen Isolierung 2 ausgekleidet, welche auch über den unteren Rand des Preßmantels 1 reicht und somit auch den Bodendeckel 3 isoliert. Ein Kolben 4 wird unter Druck im Preßmantel 1 nach Bedarf z.B. hydraulisch auf- und abbewegt und ist mit einer Dichtung 5 versehen. Im unteren Teil des Preßmantels 1 befindet sich eine Abflußöffnung 6 für die Ablauge, die sich in einer Rohrleitung mit einem Ventil 7 foitsetzt. Der Bodendeckel 3 und der Kolben 4 sind mit elektrisch leitenden Kontakten versehen, welche mit den Polen einer Stromquelle verbunden sind. Vorzugsweise werden Wechselstromquellen verwendet, es können aber auch gegebenenfalls Gleichstromquellen eingesetzt werden. Bei dieser Anordnung überlagert sich dem mechanischen Druck des Kolbens der Dampfdruck, welcher bei der Wärmeentwicklung beim Durchgang des Stromes durch den Preßling 8 entsteht.
  • Die Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, ähnlich dem nach Fig. 1, wobei jedoch der Kolben 4a abgesetzt ist, und die Dichtung in den Oberteil des Preßmantels 1a verlegt ist. Eine Meßöffnung 9 für den Anschluß eines Dampfdruckmessers 10 ist in das obere Drittel des Preßmantels 1a verlegt. Der zwischen dem Kolben 4a und dem Preßmantel 1a ausgebildete Spalt ermöglicht dem entstehenden Dampf nach oben auszuweichen, wodurch Dampfdruck und mechanisch applizierter Druck getrennt dosiert und auch gemessen werden können. Die Stromzufuhr erfolgt wie in Fig. 1 gezeigt.
  • Die Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei welchem die elektrische Isolierung einfacher gestaltet werden kann. Im Bodendeckel 3a ist eine mittige Öffnung vorgesehen, in welcher eine Elektrode 11 in den Preßmantel 1 hineinragt. Eine Isolierung 2a isoliert den Bodendeckel 3a gegen den .Preßmantel 1 und die Elektrode 11. Ein Deckel 12 schließt den Preßmantel 1 oben ab. Im Deckel 12 führt ein Gestänge 13 über Dichtungen 14 in den Preßmantelinnenraum und ist mit einem Kolbenring 4b verbunden. Der mechanische Druck überträgt sich über das Gestänge 13 auf den Kolbenring 4b, und von diesem auf den . Preßling 8. Auch in diesem Beispiel ist ein Spalt zwischen dem Kolbenring 4b und dem Preßmantel 1, sowie zwischen der Elektrode 11 und dem Kolbenring 4b vorgesehen, sodaß ein Dampfraum oberhalb des Preßlings 8 entsteht.
  • Die Fig. 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei welchem die Elektrode 11a im Durchmesser vergrößert wurde und gleichzeitig als Kolben für den mechanischen Druck fungiert. Diese Ausführung erweist sich wegen des Fortfalls von Dichtungen als vorteilhaft; lediglich die Isolierung 2a übernimmt gleichzeitig eine Dichtfunktion.
  • Erfindungsgemäß wird der Preßling unter mechanischem Druck stehend durch Wärme, vorzugsweise Elektrowärme erhitzt, d.h. der elektrische Strom wird über den Preßling geleitet. Als Elektroden kommen, wie bereits in den Beispielen beschrieben, die Kolben und der Preßmantel und deren Kombinationsmöglichkeiten in Betracht, wobei die elektrische Isolierung an denjenigen Stellen im Bereich des Preßraumes angebracht ist, welche ansonsten den Stromfluß über den.Preßling überbrücken würden. Diese Maßnahme wird auch bei Erwärmung durch induktive oder kapazitive HF-Erwärmung, bzw. Mikrowellenerwärmung zur Anwendung gebracht, und ist bei der Angabe dieses Kriteriums eine für den Fachmann lösbare Aufgabenstellung.
  • Die Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Preßvor- richtung als Ausführungsbeispiel im Querschnitt. In der Fig. 5 ist mit 1b ein hydraulisch heb- und senkbarer Preßmantel bezeichnet, in welchem ein beweglicher, ebenfalls hydraulisch heb- und senkbarer oberer Kolben 4 und ein starr mit einer Bodenplatte 3b verbundener unterer Kolben 4' angeordnet sind. Der Stoffkuchen oder Preßling 8 befindet sich zwischen den beiden Kolben 4 und 4', welche jeweils mit Dichtungen 5b ausgestattet sind. Die beiden Kolben sind über Kontakte elektrisch leitend mit den Polen einer Stromquelle verbunden. Im Preßmantel 1b ist eine Isolierung 2b vorgesehen, um einen Stromfluß über den Preßmantel zu verhindern. Der Preßmantel 1b wird über an der Bodenplatte 3 montierte Hilfseinrichtungen, z.B. hydraulische oder pneumatische Zylinder 15 gehoben und gesenkt, wodurch ein leichtes Austragen des Preßlings bewerkstelligt bzw. das Einbringen der Holzhackschnitzel über einen rund um den oberen Kolben 2 angeordneten Trichter 16 ermöglicht wird, welcher von einem auf dem Preßmantel 16 montierten Gestänge 17 getragen wird. Die Hilfseinrichtung kann auch von mechanischer Art, z.B. ein Spindelantrieb sein. Der obere Kolben 4 ist mit einer Bohrung 18 versehen, welche zum Zuführen von flüssigen oder gasförmigen Behandlungsmedien dient, und in vielen kleinen Bohrungen an der Stirnfläche des Kolbens 4 endet, wodurch dem Preßling 8 die Flüssigkeiten zugeführt werden können. Desgleichen ist im unteren Kolben 4 eine Bohrung 19 vorgesehen, welche zum Ableiten der Behandlungsmedien aus dem Preßraum dient und in vielen kleinen Bohrungen an der Stirnfläche des Kolbens 4' mündet. Das Zu- und Ableiten von Behandlungsmedien kann auch über Bohrungen im Preßmantel 1b erfolgen (nicht dargestellt).
  • Die Verteilung der Behandlungsmedien innerhalb des Preßraumes kann außerdem durch Sieb- oder Lochplatten etc. erfolgen (nicht dargestellt).
  • Weiters ist eine isolierung 20 zwischen jedem Steuerzylinder und einem am Preßmantel 1 starr angeordneten Flansch vorgesehen, sodaß der gesamte Stromfluß über den Preßling 8 geleitet wird und diesen direkt erwärmt. In diesem Beispiel wird die Widerstandserwärmung verwendet, es kann jedoch, wie ervähnt, auch Hochfrequenzerwärmung induktiver oder kapazitiver Art sowie Mikrowellenerwärmung bei entsprechender Materialwahl für den Preßmantel 1 und die beiden Kolben 4 und 4' angewendet werden. Der Preßmantel 1 kann z.B. aus hochfestem keramischen Isoliermaterial sein.
  • Aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel lassen sich zahlreiche Varianten in puncto kontruktiver Ausgestaltung ableiten. So wäre z.B. auch ein beweglicher unterer Kolben 4' ausführbar, um den Preßling einem beidseitigen Druck auszusetzen, wodurch auch gleichzeitig die leichtere Entnahme des Preßlings aus dem Preßraum gegeben wäre, indem die Kolben 4 und 4' gleichzeitig abgesenkt werden.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wäre eine Anordnung mehrerer Preßvorrichtungen gemäß der Erfindung nebeneinander oder aber in Kreisform möglich, wobei entweder jeder der Preßvorrichtungen der gleiche Arbeitsprc eß abläuft oder die Prozesse in der Reihenfolge Imprägnieren in der ersten Presse, Aufschließen in der zweiten Presse ... usw. ablaufen.
  • Für die kontinuierliche Erzeugung von Zellstoff mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Schneckenpresse 22 nach Fig. 6 vorgeschlagen, in welcher der Aufschluß der imprägnierten Hackschnitzel in optimaler Weise erfolgt.
  • Eine Einzugsschnecke 23 fördert das Preßgut (vorimprägnierte Hackschnitzel) in den Kochbereich, welcher zwischen einer Schneckenelektrode 24 als erste Elektrode und dem Kochergehäuse 25 als zweite Elektrode ausgebildet ist.
  • Die durch die Kompression der Hackschnitzel auf einem bestimmten Hydromodul austretende Lauge kann aus der Schneckenpresse 22 über ein Sieb 26 entweichen und wird zu einer separaten Imprägnierungsanlage (nicht dargestellt) zurückgeleitet. Die Einzugsschnecke 23 ist mit der Schneckerelektrode 24 über eine Isolierkupplung 27 verbunden. Das Kochergehäuse 25 und die Schneckenelektrode 24 sind über Kontakte mit einer Stromquelle verbunden. Der Strom fließt über die Schneckenelektrode 24 zum Kochergehäuse 25 und erwärmt dabei die dazwischenliegende Hackschnitzelmasse. Wenn beispielsweise im Einlauf bei einem Hydromodul von 1 die Konsistenz (Feststoffkonzentration) der Hackschnitzelmasse mit 50% angenommen werden kann, so sinkt diese Konsistenz durch die zunehmende Lösung des Lignins gegen den Auslauf auf etwa 30% ab. In der Austragschnecke 28 wird der Zellstoff wieder auf etwa 55% konzentriert, wodurch ein Großteil der Urlauge in heißem Zustand (niedrige Viskosität) und einer Konzentration von etwa 60% über ein Sieb 29 abgetrennt wird.
  • Durch variierende Geschwindigkeit zwischen der Ein-und Austragsschnecke kann die Verweilzeit im Kochbereich so wie der mechanische Druck auf die Hackschnitzel beliebig eingestellt werden.
  • Die Preßvorrichtung nach Fig. 7 besteht im wesentlichen aus dem Preßmantel 1, dem unteren Kolben 4' und dem oberen Kolben 4. Der Preßmantel 1 ist mit drei oder mehreren Armen 21 versehen, deren jeder auf einem Arbeitszylinder 15 ruht. Die Stange 36 jedes Kolbens 37 der im Zylinder 15 verschiebbar ist, ragt nach unten aus dem Zylinder 15 heraus und ist am Fundament 3b verankert. Die beiden Anschlüsse der doppeltwirkenden Zylinder sind mit 49 und 30 bezeichnet. Der Preßmantel 1 kann durch entsprechendes Beaufschlagen der Zylinder 15 mit Drucköl oder dergleichen Druckmedium gehoben und gesenkt werden. In seiner höchsten Stellung steht der preßmantel 1 in reichlichem Abstand vom Kolben 4', sodaß das zuvor gepreßte Gut dem Preßmantel 1 seitlich zwischen den Zylindern 15 entnommen werden kann. Die Zylinder 15 stehen dabei auf einem zum Preßmantel 1 konzentrischen Kreis und haben einen seitlichen Abstand voneinander, der größer ist als der Innendurchmesser des Preßmantels 1.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform ist der untere Kolben 4' am Fundament 3b befestigt. Er ist in axialer Richtung von einem Rohr 31 durchsetzt, das über ein Ventil 32 sowie ein Ventil 33 an eine Dampfleitung 34 angeschlossen ist. Ein zusätzliches Ventil 63 kann vorhanden sein. Das Rohr 31 mündet am Kolbenboden 35. Im Abstand von Kolbenboden 35 ist eine Filterplatte oder Lochplatte 46 gehalten, die eine Vielzahl kleiner Bohrungen 47 aufweist. Diese Bohrungen können sich zum Vermeiden von Verstopfungen sowie zur Erleichterung des Reinigens nach oben hin konisch verengen. Die Siebplatte kann durch Leisten oder dergleichen Versteifungen (nicht gezeigt) am Kolbenboden abgestützt sein. Zwischen der Lochplatte 46 und dem Kolbenboden 35 entsteht ein Verteiler-und Sammelraum 48. Zwischen dem Kolben 4' und dem Ventil 32 ist am Rohr 31 eine Abzweigung 59 mit einem Ventil 40 vorgesehen, die zu einem Flüssigkeits- Zu-und Ableitungs-rohr 41 führt.
  • Zur Abdichtung des Kolbens 4' gegenüber dem Preßmantel 1 ist eine Ringdichtung 5b vorgesehen, die in eine Umfangsnut nahe dem Kolbenboden 35 oder in den Preßmantel 1 nahe seinem Ende eingelegt ist.
  • Der obere Kolben 4 ist durch eine nicht gezeigte hydraulische oder mechanische Einrichtung auf- und abbewegbar. Er ist von einer axialen Leitung 43 durchsetzt, die am Kolbenboden 44 mündet und mit ihrem ändern Ende in weiter nicht gezeigter Weise aus dem Kolben herausgeführt und z.B. über einen Schlauch 45.und ein Ventil 42 an eine Flüssigkeits-Zu- und Ableitung 57 angeschlossen ist. Auch der obere Kolben 4 ist, so wie der untere, mit einer Filterplatte 46 mit gegebenenfalls konischen Bohrungen 47 versehen, sodaß auch am oberen Kolben 4 zwischen Kolbenboden 44 und Filterplatte ein Verteiler- und Sammelraum 48 entsteht. Eine in eine nahe dem Kolbenboden 44 vorgesehene umlaufende Nut oder in den Preßmantel 1 nahe seinem Ende eingelegte Ringdichtung 5b bewirkt die Abdichtung zwischen Preßmantel 1 und oberem Kolben 4.
  • In seinem oberen Teil ist der Preßmantel 1 mit einer Anzahl von radialen Durchlässen 52 versehen, welche an ihrer inneren Mündung mit Siebplatten 38 abgeschlossen sind. Um Beschädigungen der Ringdichtung 5b durch die Siebplatten 38 zu vermeiden, sind die Siebplatten gegenüber der Innenwand des Preßmantels 1 etwas zurückgesetzt. An der Außenseite des Preßmantels 1 ist eine Ringleitung 51 vorgesehen, in welche alle radialen Durchlässe 52 einmünden.
  • Von der Ringleitung 51 geht über ein Ventil 62 eine Umlaufleitung 53 aus, welche eine biegsame oder in der Länge variable Verbindung (hier ein Teleskoprohr 54) und ein Gebläse 55 enthält. Das andere Ende der Umlaufleitung 53 ist über das Ventil 32 und gegebenenfalls Ventil 63 an das in den unteren Kolben 4' führende Rohr 31 angeschlossen.
  • Die obere Stirnseite des Preßmantels 1 kann einen Fülltrichter 56 tragen, der den oberen Kolben 4 konzentrisch umgibt. Stützen 67 dienen zur Halterung des Trichters. Der obere Kolben 4 kann aus dem Preßmantel 1 angehoben werden, sodaß der Preßmantel 1 durch den Ringspalt zwischen oberen Kolben 4 und preßmantelrand mit festem Gut gefüllt werden kann.
  • Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Presse wird im folgenden im Zusammenhang mit der Zellulosegewinnung aus Holzschnitzeln beschrieben.
  • Zum Füllen der Presse wird der obere Kolben 4 in seine höchstmögliche Stellung gefahren und der Preßmantel 1 wird durch entsprechendes Beaufschlagen der Arbeitszylinder 15 in seine unterste Stellung gebracht. Dadurch entsteht zwischen den Lochplatten 46 des Kolbens 4 und dem oberen Rand des Preßmantels 1 ein ausreichend großer Zwischenraum, durch welchen Hackschnitzel, die schon vorher in den Trichter 56 eingebracht worden sein konnten, ins Innere des Preßzylinders fallen können. Nach dem Erreichen der gewünschten Füllmenge (falls gewünscht mit Zwischenkomprimieren durch den Kolben 4) wird der obere Kolben 4 in die gezeigte Stellung gebracht, d.h. er dringt soweit in den Preßmantel 1 ein, daß die Ring- dichtung 5b die Abdichtung des Preßmantels 1 bewirkt, die radialen Durchlässe 52 aber frei bleiben.
  • Durch Öffnen der Ventile 32 und 33, jedoch bei geschlossenen Ventilen 40 und 62 und gegebenenfalls 63, kann Dampf ins Innere des Preßmantels 1 gebracht werden, um eine Vordämpfung der Hackschnitzel durchzuführen.
  • Im Falle die in die Presse eingefüllten Hackschnitzel sehr feucht sind, so können sie auf einen gewünschten Trockengrad abgepreßt werden. Nach Öffnen des Ventils 40 und Schließen aller andern Ventile kann der obere Kolben 4 abgesenkt werden. Durch den dabei entstehenden hohen Druck (z.B. 100 bis 200 bar) dringt die aus ihnen ausgepreßte Flüssigkeit durch die Bohrungen 47 in der unteren Lochplatte 46 und fließt über die Leitung 41 ab.
  • Nach einer Vorbehandlung werden die Ventile wieder geschlossen. Über die inzwischen mit Vorratsbehältern verbundene Leitung 41 können nach Öffnen des Ventils 40 verschiedene Imprägnierflüssigkeiten in den Preßmantel 1 und damit zu den Hackschnitzeln gebracht werden. Durch Verwendung heißer Imprägnierflüssigkeiten oder durch nachträgliches Beheizen mit Dampf durch die Leitung 34 über die Ventile 33 und 32 kann ein hoher Prozentsatz der in den Poren der Hackschnitzel enthaltenen Luft über das offene Ventil 42 und die Leitung 57 ausgetrieben werden.
  • Ist eine weitergehende Entfernung der Luft aus den Hackschnitzeln erforderlich, dann wird über die Ventile 32, 33 (alle andern Ventile geschlossen) Dampf von über 100° liegender Temperatur ins Presseninnere eingebracht. Dadurch wird die Imprägnierflüssigkeit (auch in den Hackschnitzeln) über ihren Siedepunkt erhitzt. Nach kurzer Zeit werden die Ventile 32, 33 geschlossen und durch Öffnen des Ventils 46 (die Leitung 57 kann jetzt beispielsweise ins FreiXe führen) wird der Überdruck abgelassen und es tritt Verdampfung der Imprägnierflüssigkeit ein. Dieses Verdampfen erfolgt auch im Inneren der Hackschnitzel, wobei die in diesen enthaltene Luft durch Dampf verdrängt wird. Diese Vorgangsweise kann mehrmals wiederholt werden; es ist möglich, hiedurch die Luft aus den Hackschnitzeln zur Gänze zu entfernen, was einer'Terfekt-Imprägnierung" entspricht.
  • Anderseits kann von dem mit der Presse erreichbaren hohen Druck (z.B. 100 bis 200 bar) zum Imprägnieren Gebrauch gemacht werden, indem durch Betätigen des oberen Kolbens 4 (alle Ventile geschlossen) die Imprägnierflüssigkeit einfach mechanisch in die Poren des Holzes (der Hackschnitzel eingepreßt wird.
  • Es ist aber selbstverständlich, daß diese rein mechanische Penetrationsimprägnierung der Hackschnitzel mit einer oder mit beiden der zuvor geschilderten Vorgangsarten kombiniert werden kann, da unter Umständen bei nicht genügend aus den Hackschnitzeln entfernter Luft diese sich bei Wegnahme oder Reduzierung des Druckes wieder ausdehnen und die Imprägnierflüssigkeit, zumindest teilweise, verdrängen kann.
  • Nach dem Erreichen des gewünschten Imprägnierungsgrades, gegebenenfalls Perfekt-Imprägnierung, kann auf einen beliebigen Hydromodul gepreßt werden. Im allgemeinen wird auf einen Hydromodul von etwa 0,5 bis 2, vorzugsweise jedoch etwa 1 gepreßt, d.h. das Verhältnis zwischen der Masse der trockenen Hackschnitzel und der Masse der von ihnen aufgenommenen Imprägnier lüssigkeit ist dann etwa gleich Eins. Das Abpressen erfolgt durch Absenken des oberen Kolbens 4, wobei die anfallende, abgepreßte Flüssigkeit, wie schon erwähnt, etwa durch das Ventil 40 ih die Leitung 41 abfließen kann.
  • Zum Erreichen des End-Aufschlusses der Hackschnitzel wird der obere Kolben 4 wieder in die in der Zeichnung ersichtliche Stellung hochgefahren. Der Preßmantel 1 kann dabei z.B. etwa zur Hälfte mit bereits abgepreßten Hackschnitzeln gefüllt sein, über diesen befindet sich ein Dampf-Luftgemisch. Durch Öffnen der Ventile 32, 33 wird wieder Dampf ins Presseninnere eingeblasen. Die Temperatur dieses Dampfes liegt beispielsweise 10 bis 50° über der gewünschten Endaufschlußtemperatur, die etwa 170° bis 220° betragen kann. Der Druck des Dampfes entspricht vorzugsweise dem Gleichgewichtsdruok bei der gewählten maximalen Aufsohlußtemperatur. Es handelt sich also um überhitzten Dampf; bei Erreichen der Aufsohlußtemperatur hört daher die Dampfzufuhr von selbst auf.
  • Der zugeführte Dampf kondensiert an den relativ kalten Hackschnitzeln und erwärmt diese dabei sowohl durch die Kondensationswärme als auch durch Wärmeleitung.
  • Der überschüssige Dampf kann durch Öffnen des Ventils 62 und Ingangsetzen des Gebläses 55 im Kreislauf geführt werden: Siebe 38, Durchlässe 52, Ringleitung 51, Ventil 62, Umlaufleitung 53, Ventile 63 und 32, Rohr 31. Durch entsprechende Dimensionierung der Bohrungen 47 in der Siebplatte 46 des unteren Kolbens 4' und durch entsprechend hohe Geschwindigkeit des Dampfes oder Dampf-Luft-Gemisches wird eine Durchwirbelung bzw. intensive Durchmisohung und Umströmung der imprägnierten Hackschnitzelteilchen - jetzt bereits als "Aufschlußgut" zu bezeichnen - erreicht. Diese Durchwirbelung des Gutes muß aber nicht dem idealen Wirbelschichtverfahren entsprechen, sondern bloß turbulent erfolgen, sodaß die Wärmeübertragung rasch und in statistischer Hinsicht gesehen homogen erfolgt. Bei niederer Füllmenge wird die Durchwirbelung stark, bei größerer Füllmenge unter Umständen gering oder nur eine gewisse Bewegung sein.
  • Sobald die gewünschte Aufschlußhöchsttemperatur erreicht ist, wird das Umwälzen des Dampfes oder Dampf-Luftgemisches unterbrochen. Das Aufschlußmaterial bleibt kurze Zeit - beispielsweise etwa 10 Sekunden bis etwa sechs Minuten - auf der Höchsttemperatur. Sodann wird nach Öffnen der Ventile 40 und 42 und Schließen aller andern Ventile der obere Kolben 4 abgesenkt, das Aufschlußgut wird durch Ausüben des höchstmöglichen Druckes abgepreßt. Die dabei anfallende Urlauge fließt durch die entsprechend umgeschalteten Leitungen 41 und 57 ab. Je stärker dieses Abpressen erfolgt, desto geringer wird der Wasserverbrauch bei den sodann folgenden Waschvorgängen.
  • In diesem Stadium wird der Druck im allgemeinen nicht schlagartig abgebaut, denn die beim plötzlichen Entspannen der gesamten Aufschlußmasse erfolgende starke Dampfentwicklung kann unter Umständen zu Faserschädigungen führen. Es kann jedoch manchmal erwünscht sein, die Ablauge dadurch etwas weiter zu konzentrieren.
  • Das Abpressen erfolgt etwa auf Hydromodul 1, falls möglich niedriger als 1, bezogen auf den hergestellten Zellstoff. Da ungefähr 50% Ausbeute erzielt werden, wird die Hälfte des Holzes in Lösung gegangen, mit der Hälfte der ursprünglichen Imprägnierflüssigkeit abgepreßt worden und die Presse daher in diesem Beispiel zu einem Viertel gefüllt sein. Die bei der Aufschlußtemperatur aufgebrachten Scherkräfte unterstützen die rasche Trennung der Einzelfasern.
  • In Fortsetzung zur bisher beschriebenen Behandlung kann der obere Kolben bis in die gezeigte Stellung hochgefahren werden. Über das Ventil 42 und oder das Ventil 40 können nun Wasch- oder Bleichflüssigkeiten in den Preßmantel in beliebiger Menge eingebracht werden, sodaß z.B. Flüssigkeit über der kompakten Aufschlußmasse steht und eine Verdrängungswäsche durchgeführt werden kann. Hiezu wird die Flüssigkeit durch die Wirkung z.B. des oberen Kolbens 4 durch das Aufschlußmaterial gedrückt, wobei die Urlauge durch die frische Flüssigkeit ersetzt wird. Auch die sogenannte Verdünnungswäsche kann durchgeführt werden, indem z.B. der Kolben 4 aus seiner gezeichneten Stellung soweit abgesenkt wird, bis er die Siebe 38 abdeckt, das Ventil 42 geöffnet wird und durch die Leitung 34 über die Ventile 32, 33 Luft stoßweise eingeführt wird, welche nach dem Durchsetzen der Aufschlußmasse und der Flüssigkeit und somit deren Mischung durch die Leitung 57 entweichen kann. Anschließend kann wiederholt abgepreßt werden.
  • Zum Ausbringen der abgepreßten Aufschlußmasse wird der Kolben 4 bei offenem Ventil 40 und bzw. oder geöffnetem Ventil 42 auf die Aufschlußmasse ohne Ausüben besonderen Druckes abgesenkt. Sodann wird der Preßmantel mit Hilfe der Arbeitszylinder in seine oberste Lage gebracht und die Aufschlußmasse wird seitlich durch den Zwischenraum zwischen unterem Kolben 4' (dessen Siebplatte 46) und dem unteren Rand des Preßmantels 1 ausgetragen.
  • Verschiedene Abänderungen der beschriebenen Ausführungsform sind möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • So kann auch der obere Kolben 4 mit einem dem Rohr 31 im unteren Kolben 4' entsprechenden axialen Rohr versehen sein, welches über ein Ventil, entsprechend dem Ventil 62, unmittelbar in die Umlaufleitung 53 übergeht. Die Durchlässe 52 samt Sieben 38 und Ringleitung 51 entfallen sodann. Des weiteren kann auch der untere Kolben 4' vertikal bewegbar sein, wobei der Preßmantel 1 ortsfest gehalten ist. Der Betrieb der Presse geht dabei wie zuvor beschrieben vor sich, d.h. die Arbeitsbewegungen macht der obere Kolben, der untere Kolben.bleibt in Ruhe. Zum Austragen der Aufschlußmasse werden beide Kolben, zwischen einander die Aufschlußmasse haltend, nach unten bewegt, bis der obere Kolben mit seiner Lochplatte bündig ist mit dem unteren Rand des Preßmantels 1. Das Gebläse 55 kann in seiner Wirkungsrichtung umkehrbar sein, d.h. es vermag nach Umschaltung Luft über das Ventil 62 und die Ringleitung 51 von außen her durch die Siebe 38 bzw. durch das axiale Rohr der geänderten Ausführungsform und damit durch die Bohrungen 47 zu blasen, um diese zu reinigen. Im Bereich der Siebe 38 kann der Innendurchmesser des Preßmantels 1 bei kontinuierlichem Übergang etwas vergrößert sein, um ein leichteres Hinweggleiten der Ringdichtung 5b über den Siebbereich zu ermöglichen.Des weiteren kann in der Umlaufleitung ein Zyklon od.dgl. (bei 38 angedeutet) vorgesehen sein, um gegebenenfalls mitgerissenes Material aus dem im Umlaufrohr 53 strömenden Dampf oder Dampf-Luftgemisch zu entfernen. Im Umlaufrohr 53 kann auch ein Wärmetauscher zum Wiedererhitzen des zirkulierenden Dampfes bzw. des Dampf- luft-Gemisches angeordnet sein (nicht gezeigt). Die Befüllung der Vorrichtung kann auf andere Weise, z.B. durch ein entsprechendes Rohr im oberen Kolben oder im Preßmantel, etwa durch Schwerkraft oder pneumatisch, oder auf andere Weise erfolgen.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Presse besteht darin, daß alle gebräuchlichen Hackschnitzelarten bzw. zellulosehaltigen Materialien verarbeitet werden können. Beispielsweise für in diskontinuierlichen Sulfatzellstoffanlagen typische Hackschnitzel sind Mittelwerte um 16 - 18 mm Länge, 10 - 17 mm Breite und etwa 3 mm Dicke. In modernen kontinuierlichen Sulfatzellstoffanlagen sind eher Mittelwerte um 38 mm Länge und Breite und 6 mm Dicke üblich, wobei die Verteilung um diese Werte in beiden Fällen sehr breit sein kann.
  • Bestrebungen, eine genauer definierte Hackschnitzelgröße einzusetzen, haben in jüngster Zeit zugenommen. Neue Hackschnitzelsortierer, die sowohl Über- als auch UntergrößLn wirkungsvoll entfernen, sind bekannt. Ideal wären Hackschnitzel, deren Dicke (radial, bezogen auf den Stamm) 2 bis 4 mm, deren Länge 15 - 30 mm (Faserlängsrichtung) beträgt und deren Breite beliebig, jedoch weitgehend homogen, und beispielsweise 10 - 20 mm ist. Dies kann mit einem effektvollen Sortierer zu einem sehr großen Prozentsatz erreicht werden. Wichtiger als die absolute Größe der Schnitzel ist dabei eine relativ scharfe Verteilung und eine weitgehend homogene Dicke.
  • Ein homogenes Hackschnitzelmaterial bietet Vorteile im Hinblick auf eine gleichmäßige Imprägnierung und Erwärmung und damit einen höherwertigen Zellstoff mit geringerem Anteil an Splittern und Unaufgeschlossenem. Beim turbulenten Beheizen der Aufschlußmasse mit Dampf oder einem Dampf-Luftgemisch kann durch ein enges Spektrum leichter erreicht werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit nicht größer als die Sinkgeschwindigkeit der kleinen Teilchen und kleiner als die Lockerungsgeschwindigkeit der größten Teilchen ist.
  • Die Form der Bohrungen 47 in den Siebplatten 46 ist beliebig, im allgemeinen aber rund. Die Lochgröße muß zwei Bedingungen entsprechen. Erstens muß optimales Abpressen von Flüssigkeiten, zweitens optimales Einleiten von Gasen zur Durchwirbelung bzw. zum Beheizen gewährleistet sein. Dabei wird bevorzugt beides durch die gleichen Bohrungen erfolgenfkann aber im Prinzip auch getrennt werden. Das gasförmige Beheizungsmedium könnte dabei durch mehrere größere, getrennt verschließbare Öffnungen eingeblasen werden. Der Lochdurchmesser wird im Bereich von 0,2 bis 10 mm, vorzugsweise 0,5 bis 6 mm, und insbesondere 1 bis 3 mm liegen. Dies kann auch durch größere Löcher, die mit einem Sieb entsprechender Lochgröße abgedeckt sind, erreicht werden.
  • Der Lochabstand (die Teilung) wird bevorzugt so gewählt werden, daß bei den angegebenen Lochgrößen freie Oberflächen von 1 bis 90%, vorzugsweise 3 bis 80%, noch mehr bevorzugt 10 bis 70% und besonders 20 bis 50% erreicht werden. Für zum Beispiel 2 mm Lochgröße (rund) könnte eine Teilung von 4 mm verwendet werden, was eine freie Oberfläche von etwa 23% ergibt.
  • Die Siebplatten 46 können sowohl selbsttragend mit einer dem in der Presse auftretenden Druck entsprechenden Dicke sein, sie können aber auch aus Lochblechen, die auf Stegen auf einer dickeren, tragenden, mit größeren Bohrungen versehenen Platte ruhen, bestehen. Die Löcher, die den oben beschriebenen Durchmesser an der Presseninnenseite der Kolben aufweisen, können im Kolben zur Pressenaußenseite zu im Querschnitt zunehmen, um ein leichteres Ableiten von Flüssigkeiten zu erreichen und mögliche Verstopfungen zu vermeiden.
  • Die Bohrungen können alle oder teilweise gegenüber der Pressenachse geneigt sein, um eine zusätzliche Bewegung und Durchmischung des Aufschlußgutes zu erreichen. Ebenso können eine oder mehrere, wahlweise auch getrennt schaltbare Öffnungen von größerem Durchmesser als die normalen Bohrungen in der Stirnfläche der Kolben, unter Umständen exzentrisch angeordnet, vorhanden sein, um die Durchmischung beim Einleiten gasförmiger Medien zu verbessern.
  • Die Art der Dampf bzw. Dampf/Luft-Gemischzufuhr kann Möglichkeiten für eine unterschiedliche Anströmgeschwindigkeit für verschiedene Abschnitte der Siebplatte 46 des unteren Kolbens bieten. Dazu sind z.B. das Moeller-Scherströmverfahren, das Polysius- oder das Fuller-Peters-Quadrantenverfahren bekannt. Bei letzterem ist der Anströmboden (die Siebplatte) in vier gleichgroße Kreissektoren (Quadranten) unterteilt, wobei je ein Quadrant abwechselnd stärker belüftet werden kann als die anderen. Dies erfordert vier Anschlüsse und eine entsprechende Steuerung. Unmittelbar nach der Imprägnierung, d.h. nach dem Abpressen auf den gewählten Hydromodul, wird im allgemeinen ein starker Durchsatz eines gasförmigen Mediums durch Teile des Kolbenquerschnittes (z.B. einzelne Quadranten) nacheinander erforderlich sein, um eine Auflockerung des Materials zu erzielen.
  • Es ist möglich, das Einblasen des Dampfes, der Luft oder des Dampf-Luft-Gemisches stoßweise oder pulsierend vorzunehmen, sodaß das Material unregelmäßig aufgeworfen wird und intensiv durchmischt zurücksinkt.
  • Die Geschwindigkeiten des gasförmigen Mediums, gemessen im freien Querschnitt des Preßmantels (in den Bohrungen abhängig von der freien Oberfläche der Siebplatte), werden vom Aufschlußmaterial, seiner Größe und Feuchtigkeit (Hydromodul), der Schichtdicke, der Temperatur und der gewünschten Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung abhängen und sich im allgemeinen von 0,5 bis 20 m/s, vorzugsweise von 1 bis 15 m/s, insbesonders von 3 bis 10 m/s bewegen. Bei stoßweisem oder pulsierendem Betrieb können diese Geschwindigkeiten auch kurzzeitig überschritten werden.
  • Es kann erwünscht sein, stoßweise Dampf in die geschlossene Presse einzublasen. Dieser kondensiert am relativ kühlen Aufschlußgut, worauf erneut, und zur Durchwirbelung wieder entsprechend -rasch, eingeblasen wird. Dabei kann unter Umständen sogar auf die Ringleitung 53 (zwischen 38 und 63) verzichtet werden und bis zum Erreichen der Aufschlußtemperatur stoßweise eingeblasen und erwärmt werden. Alternativ wird bei offener Umlaufleitung 53 Dampf-Luftgemisch über das Gebläse 55 konstant umgepumpt und es wird stoßweise oder kontinuierlich Dampf dazugeblasen. Auch eine Aufeinanderfolge der beiden Methoden ist denkbar.

Claims (12)

1. Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff aus imprägnierten, zellulosehältigen Ausgangsstoffen, wie Holz, Stroh, Gras, Abfälle usw. durch Aufschließen unter erhöhter Temperatur und Druck, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschließen der imprägnierten Ausgangsstoffe bei einem vergleichsweise niedrigen Hydromodul von 0,5 bis 2, vorzugsweise 1, durch direkte Wärmeeinbringung in die imprägnierten Ausgangsstoffe, vorzugsweise durch elektrische Erwärmung der imprägnierten Ausgangsstoffe innerhalb einer Preßvorrichtung bei einer Aufschlußtemperatur von 160° bis 300°C, vorzugsweise 180° bis 220°C erfolgt, wobei der Aufschluß in Abhängigkeit von der Aufschlußtemperatur in kurzer Zeit, vorzugsweise unter 10 min, beispielsweise in 10 bis 60 s, stattfindet.
20 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Erwärmung durch Widerstandsheizung mit Gleich- oder Wechselstrom oder eine direkte Wärmeeinbringung in die imprägnierten Ausgangsstoffe durch kapazitive oder induktive Hochfrequenzerwärmung, oder durch Mikrowellenerwärmung erfolgt, wobei die Innenseite des Preßmantels (1, 1a, 1b) vorzugsweise ganz oder teilweise mit einer elektrischen Isolierung (2, 2a, 2b) ausgekleidet ist, sodaß der gesamte zugeführte Strom über den Preßling (8) fließt und zur ZuLhr von elektrischer Energie zweckmäßig Kontakte am oberen und unteren Kolben (4, 4') angebracht sind, welche mit einer Stromquelle verbunden sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Imprägnieren mit Imprägnierflüssigkeit unter Druck stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnieren in der gleichen Preßvorrichtung mit Imprägnierflüssigkeit in für den Aufschluß notwendigen chemischen Konzentration von vorzugsweise 5 bis 50%, beispielsweise 10 bis 20%, und bei konstantem Druck oder in Form von Druckstößen, vorzugsweise über 1 bar, beispielsweise 10 bis 50 bar und 2 bis 10 Druckstößen, zur Herabsetzung der unbenetzten Kapillarlänge des Ausgangsstoffes erfolgt, wobei die Imprägnierdauer durch den aufgebrachten Druck klein gehalten werden kann, vorzugsweise unter 10 min, zweckmäßig unter 1 min, sodaß auch kalt und ohne vorausgehende Entlüftung imprägniert werden kann, wobei bei nassen Ausgangsstoffen vor dem Imprägnieren die Feuchtigkeit auf einen Wert von unter 50%, beispielsweise 20 bis 40%, vorzugsweise 30%, durch Abpressen der nassen Ausgangsstoffe in der gleichen Preßvorrichtung gebracht wird, sodaß die Imprägnierflüssigkeit wegbar ist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, wobei ein Abpressen der überschüssigen Imprägnierflüssigkeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abpressen der imprägnierten Ausgangsstoffe zur Einstellung des Hydromoduls in der gleichen Preßvorrichtung erfolgt, wobei das Aufschließen vorzugsweise als kontinuierlicher Verfahrensschritt erfolgt.
5. Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Preßmantel (.1, 1a, 1b) zwei einander gegenüberliegende Kolben (4, 4', 4a, 4b) angeordnet sind, zwischen welchen sich der Preßling (8) gegebenenfalls als elektrische Widerstandslast befindet, wobei sowohl die Kolben zueinander, als auch der Preßmantel zu den Kolben relativ beweglich sind.
6. Preßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (4', 4) im Abstand von seinem Boden eine Filterplatte (46) mit kleinen Bohrungen (47) trägt, daß in den Raum zwischen Kolbenboden und Filterplatte (46) jedes Kolbens (4', 4) ein axiales Rohr (31, 32) mündet und daß die Bohrung des einen und/oder anderen Kolbens (4', 4) mit Ventilen (32, 33, 40) zum wahlweisen Anschluß an Dampf und Behandlungsflüssigkeiten versehen ist.
7. Preßvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im längs der Mittelachse des Preßmantels (1, 1a, 1b) die Kolben (4, 4', 4a, 4b) gleitend vorgesehen sind, zwischen deren einander zugekehrten Stirnfläche sich der Preßling (8) im dadurch gebildeten Preßraum befindet, wobei die Zufuhr und Ableitung von Behandlungsmedieh zum und vom Preßraum über Bohrungen (6, 18, 19), Siebplatten oder dergleichen in den Kolben oder im Preßmantel erfolgt und das zweckmäßig der obere Kolben (4) hydraulisch gehoben und gesenkt ist, und der untere Kolben (4') starr auf einer Bodenplatte (3b) montiert ist.
8. Preßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- .zeichnet, daß der Preßmantel (1) seitliche, durch Siebe (38) abgeschlossene Durchlässe (52) aufweist und daß eine mit einem Gebläse (55) versehene Umlaufleitung (53) vorgesehen ist, die einerends an das Rohr (31) des einen Kolbens (4') und andernends entweder an seitliche durch Siebe abgeschlossene die Durchlässe (52) oder an das Rohr des anderen Kolbens bzw. Endes angeschlossen ist und vorzugsweise an jedem Ende mit einem Ventil (32; 62) versehen ist und daß gegebenenfalls einer der beiden Kolben ortsfest ist.
9. Preßvorriohtung nach Anspruch 1, und gegebenenfalls Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßmantel (1) axial bewegbar ist und über die dem Preßmantel zugewandte Seite des einen Kolbens (4') hinaus anhebbar ist und daß vorzugsweise zum axialen Bewegen des Preßmantels (1) auf einem zum Preßmantel konzentrischen Kreis liegende Arbeitszylinder (15) vorgesehen sind und daß der lichte Abstand zwischen je zwei Zylindern (15)pumindest gleich ist dem Innendurchmesser des Preßmantels (1), wobei gegebenenfalls der Preßmantel (1) so angeordnet ist, daß er von seinem oberen Ende einen den oberen Kolben (4) umgebenden Fülltrichter (56) trägt, und der obere Kolben (4) bei abgesenktem Preßmantel (1) zumindest bis ins Innere des Fülltrichters (56) zweckmäßig anhebbar ist, oder beide Kolben (4', 4) gegenüber dem Preßmantel (1) gegenläufig sowie gleichläufig bewegbar sind.
10. Preßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Bohrung (18) in einem oberen Kolben (4) vorgesehen ist, welche in zahlreichen kleineren Bohrungen an der unteren Stirnfläche des Kolbens (4) endet, und daß mindestens eine Bohrung (19) in einem unteren Kolben (4') vorgesehen ist, welche in zahlreichen kleineren Bohrungen an der oberen Stirnfläche des Kolbens (4') endet.
11. Preßvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßmantel (1b) mittels Hilfseinrichtungen, z.B. hydraulisch oder pneumatisch betätigte Zylinder (15) oder Spindelantrieb gehoben und gesenkt ist und eine elektrische Isolierung (20) zwischen Preßmantel (1b) und den Hilfseinrichtungen angeordnet ist.
12. Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrstufige Schneckenpresse (22) vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Schnecke (24) isoliert gelagert ist, und die Stromzufuhr zum Preßgut über Kontakte am Gehäuse (25) und an der Schnecke (24) erfolgt, sodaß der gesamte zugeführte Strom über das Preßgut fließt.
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