DE1049220B

DE1049220B - Verfahren zum Durchtraenken von Holzschnitzeln fuer die Sulfitzellstoffkochung

Info

Publication number: DE1049220B
Application number: DEA22802A
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Hoepner
Original assignee: Aschaffenburger Zellstoffwerke AG
Current assignee: Aschaffenburger Zellstoffwerke AG
Priority date: 1955-06-03
Filing date: 1955-06-03
Publication date: 1959-01-22

Description

Verfahren zum Durchtränken von Holzschnitzeln für die Sulfitzellstoffkochung Es ist allgemein ,bekannt, daß die Qualität von Sulfitzellstoffen beeinträchtigt wird, wenn beim Kochprozeß die Aufschlußtemperatur erreicht wird, bevor die Hackschnitzel vollständig durchtränkt sind. Der Durchtränkungsvorgang erfolgt nur langsam, weil in den Faserlumina und Intercellularräumen Luft enthalten ist, die beim Belaugen unter Druck zwar kompremiert wird, aber nur allmählich entweichen kann. Bei einem Fichtenholz vom spezifischen Gewicht 0,45 beträgt in trockenem Zustand. der Luftraum insgesamt rund 70°/o des Volumens, bei feuchtem Holz entsprechend weniger. Sind alle Hohlräume mit Wasser gefüllt, so können die in .der Kochlauge gelösten Aufschlußchemikalien in: die Schnitzel hineindiffundieren, ein Vorgang, der sich in der Wärme verhältnismäßig leicht vollzieht. Sind die Hohlräume dagegen mit Luft gefüllt, so dringen in diese Räume zunächst nur gasförmige Stoffe leicht ein, im Falle der Sulfitablauge also das freie SO.. Du dieses nun außerdem vorn Luftsauerstoff leicht zu S O, oxydiert wird, so entsteht im Inneren der Hackschnitzel eine stark. säure Reaktion. In leichten Fällen erleidet die Holzsubstanz eine Vorhydrolyse unter entsprechendem Ausbeuteverfust, in schweren setzt eine Kondensation. des Lignins ein., durch die dessen Aufschlußfähigkeit leidet. Die Schnitzel haben; nach dem Kochen braune und harte Kerne. Am unangenehmsten wirken sich. diese Verhältnisse aus, wenn eine Mischung von trockenem und nassem Holz vorliegt, weil dann die Laugenko,nzentratio.n ungleichmäßig und die Kocherführung unsicher wird. Bei frischem Fichtenholz ist dies sogar der normale Fall, weil die Fichte (im Gegensatz zur Tanne) einen sogenannten Trockenkern bat.
Aus all diesen Gründen ist man gezwungen, .die bis etwa 110° C gerechnete Ankochzeit auf 3 bis, 4 Stunden auszudehnen, wodurch natürlich die Gesamtproduktion eine entsprechende Verzögerung bzw. Beschränkung erfährt. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, um diese Schwierigkeiten zu beseitigen und die Durchtränkung der Hackschnitzel zu beschleunigen. Die eingeschlagenen Wege brachten aber zumeist neue Schwierigkeiten mit sich oder kosteten doch so viel Zeit, daß kein Vorteil erzielt wurde.
Ezwähnt seien folgende Verfahren: 1. Anwendung möglichst kleiner Hackschnitzel. Dieses Mittel wird man stets mit Erfolg anwenden,. Es ist aber eine Grenze gegeben, da der Materialverlust durch Bildung von Staub und sogenann:ten Stiften entspredhend ansteigt. Außerdem nimmt die Zahl der mechanisch verletzten Fasern auch in den guten Schnitzeln zu, die beim sauren Aufschluß erfahrungsgemäß stark geschädigt werden.
2. Entfernung der Luft durch Evakuieren.
Diese Methode ist an den Besitz von sehr kräftigen Injektoren oder Kompressoren gebunden; aber selbst wenn man in kürzester Zeit im Kocher ein gutes Vakuum :erzeugt, geben die Hackschnitzel doch die Luft nur sehr langsam ab, so daß keine Zeit gewonnen wird oder der erzielte Zeitgewinn deshalb nicht den Erwartungen entspricht. Diese Schwierigkeit ist wohl dadurch bedingt, daß die die Faserlumina verbindenden Hoftüpfel im trokkenem Holz vielfach geschlossen sind, daß an.dererseits# im feuchten Holz die Kapillarwege durch die Quellung noch besonders verengt sind, d,aß endlich die Intercellularräume stellenweise durch Harzfluß verstopft sind. Der Gedanke, .die Evakuierung und Durchtränkung aus dem Kocher heraus und in ein besonderes Gefäß zu verlegen, ist durchaus abwegig, weil dieses Gefäß ebenfalls säurebeständig und druckfest sein müßte, das Verfahren also viel zu teuer würde.
Wasserdurchtränkung vor der Kochung.
Wie schon erwähnt, dringen die Kochchemikalien in. feuchtes Holz .durch Diffusion verhältnismäßig leicht ein. Es wurde auch schon festgestellt, daß frisches Fichtenholz nicht gleichbedeutend ist mit nassem Holz, weil der Kern von Natur sehr viel trockener ist als der Splint. Normale Hackschnitzel benötigen aber, um sich mit Wasser vollzusaugen, sehr lange Zeit (etwa 3 Wochen), so daß man, sofern man nicht besondere Maßnahmen wie Evakuieren und Aufpressen von Druck anwendet, sehr große Silos braucht. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Kochlauge stark verdünnt wird. Im übrigen wirkt sich eine solche Vorbehandlung günstig aus, besonders wenn man an Stelle von Wasser eine sehr verdünnte Natronlauge benutzt, die noch leichter eindringt und natürlich eine saure Reaktion im Innern der Schnitzel am wirksamsten verhindert. 4. Dämpfen der Hackschnitzel beim Füllen oder im Kocher.
Dieses Verfahren, das neuerdings besonders in der Form intermittierender Dampfstöße durchgeführt wird, beseitigt die Luft allerdings sehr wirksam. Durch Kondensatbi:ldung in den Kapillarräumen des Holzes wird die verbrauchte Dampfmenge aber sehr groß, und die Kochlauge wird entsprechend verdünnt. Es müssen--sehr große Dampfmengen in kurzer Zeit zur Verfügung stehen, wenn tatsächlich ein Zeitgewinn- erreicht werden soll.
5. Luftverdrängung drch S 02 Gas.
Dieser an, sich sehr nahe liegende Weg ist wirtschaftlich nicht tragbar. Erstens benötigt man 100°/oiges oder nahezu 100°/oiges S 02, das in Form von Übertriebgasen nur in bestimmten Perioden aus anderen Kochern -zur Verfügung steht. Der Bedarf ist aber, weil S 02 von der Holzsubstanz äußerst begierig adsorbiert wird, ganz unverhältnismäßig groß, und bei Zufuhr ungenügender Mengen wird wiederum-der Erfolg unbefriedigend, weil SO, sich nicht gleichmäßig durch die ganzen Hackschnitzel verteilt:-6. Luftverdrängung durch-Ammoniak.
Es ist allerdings bekannt, Hackschnitzel beim Einfüllen in den Kocher dadurch mit Ammoniak zu behandeln, daß beim Füllen mit Druckluft durch eine Düse in: diese Ammoniakwass:er versprüht wird. Es handelt sich -hier also um eine wäßrige Lösung von Ammoniak und außerdem wird Ammoniak ähnlich wie das unter 5 genannte S 02 vom Holz in ganz unverhältnismäßig großen Mengen aufgenommenen.
7. Verwendung von Wasserstoff, wie sie in der Patentliteratur bereits beschrieben worden ist, kommt erfindungsgemäß nicht in Betracht, weil Wasserstoff nicht in genügendem Maße die von dem benötigten Gas verlangte Löslichkeit in Wasser besitzt und deshalb keinen Vorteil bietet.
Es wurde nun gefunden, daß die unter 5, 6 und 7 beabsichtigten Wirkungen ohne die mit ider Anwendung von SO, oder N H3 verbundenen Nachteile erzielt werden können, wenn man als Verdrängungsgas die billige Kohlensäure verwendet, die vom Holz nur schwach adsorbiert wird, die Luft aber ebenso wirksam verdrängt. (Wasserstoff kommt wegen seiner geringen Löslichkeit in Wasser für den vorliegenden Zweck überhaupt nicht in Frage.) Kohlensäure steht in d°n meisten Zellstoffabriken aus der Ablaugenvergärung in nahezu beliebiger Menge zur Verfügung. Da sie ferner keine Geruchsbelästigung herbeiführt, kann der ganze Vorgang aus dem Kocher herausverlegt werden, sofern man dafür sorgt, daß bei Überführung der Schnitzel in den Kocher keine zu lange Berührung mit Luft erfolgt. Die Kochlauge dringt dann unter Lösung der Kohlensäure leicht in die Schnitzel ein, besonders wenn unter Druck belaugt wird. Anschließend kann man beinahe beliebig schnell ankochen. Die Methode eignet sich besonders zur Vorbereitung der Hackschnitzel bei einem kantinuierlich.en Kochverfahren.
In 100°/oiger Kohlensäure sind für einen genügenden Gasaustausch 1 bis 2 Stuniden erforderlich. Diese Zeit -steht in Kochern leider meistens nicht zur Verfügung, und bei zu kurzer -Einwirkung wird der Erfolg natürlich unvollständig: Es ist deshalb. von Vorteil, die Begasung außerhalb' des Kochers im Hackschnitzelsilo voarzunehmen ünd die Schnitzel dann in C02 Atmosphäre in den-.'Köcher hzw. in die Aufschlußapparatur zu überführen. Dies setzt natürlich technische Ansagen voraus, die sich für ein kontinui-erliches Verfahren einfacher gestalten werden als für chargenweise Kochurig. Es ist aber :auch noch eine andere Lösung möglich: Da sich gleichmäßig nasse, also vollständig mit Wasser durchtränkte Hackschnitzel sehr gut aufschließen, kann man im Anschluß an die C 02 Begas.ung im Silo auch eine gründliche Durchtränkung mit Wasser vornehmen und dann die vollgesogenen Schnitzel in den Kocher überführen. Für die Durchtränkung steht zweckmäßigerweise eine Kocherumtriebszeit zur Verfügung, der Vorgang wird aber bei längerer Dauer noch vollständiger. Voraussetzung ist natürlich, @daß man über eine Kochsäure verfügt, .die die unvermeidliche Verdünnung verträgt. Evakuieren vor der Begasung ist natürlich möglich; doch entspricht der Erfolg nicht dem Aufwand.
Erwähnt sei noch, daß sich die nötige Kohlensäure in einer feuchtwarmen Atmosphäre im Silo auch durch Gärung ohne Zufuhr besonderer Nährstoffe entwickeln läßt. Die Kohlensäure braucht dann. nicht von außen zugeführt werden. Besonders geeignete Kleinlebewesen zur Erzeugung dieser Kohlensäure sind an an sich bekannter Weise Colibakterien oder daneben auch Heferassen.
Das ganze Verfahren ist sowohl im sauren wie im neutralen Sulfitprozeß anwendbar, während im Natron- und Sulfatverfahren natürlich alles Ätznatron in Karbonat verwandelt würde.
Zum Stand der Technik sei noch auf folgendes hingewiesen: Es ist zwar bereits Kohlensäure in wäßriger Lösung in Wechselwirkung mit Basenlösunben als Aufschlußreagen.z verwendet worden, wobei aber keine Verbesserung der Dunchtränkung beabsichtigt war und in Anbetracht des, angewandten Verfahrens auch nicht in der gewünschten Weise erreicht werden konnte. Zur weiteren Abgrenzung .des Verfahrens wird deshalb nochmals hervorgehoben, daß nur die Verwendung von gasförmiger Kohlensäure Gegenstand des Patentes ist, nicht die Verwendung wäßriger Lösungen. Überraschenderweise hat sich dabei noch herausgestellt, daß der volle Erfolg schon dann eintritt, wenn die im Holz vorhandene Gasmenge erst zu etwa zwei Drittel aus Kohlensäure und zu einem Drittel aus. Luft besteht. Die anschließende Durchtränkung erfolgt aber natürlich um so rascher, je vollständiger der Gasaustauscherfolgt ist.

Beispiele Als Beispiel seien folgende Versuche angeführt, bei denen normale Hackschnitzel verschieden lang unter Kohlensäure gehalten und dann unter Wasser bzw. Kochlauge gesetztwurden. Es ist jeweils der Trockengehalt vor und nach der Behandlung angegeben.

Trockengehalt Zeit unter Trockengehalt

am Anfang . c02 - nach Behandlung

88,4% I 1.. Stunde 38,-9%

88;2°/o 2 Stunden 36,5°/o

88,0°/o 3 Stunden 36,5°/o- mit Wasser

91,90/0 2 Stunden 36,9%

79,80/ 0 2 Stunden 36,0°/ö l

86,3 °/0 2 Stunden I 37,3% mit Kochlauge

Der Einfluß der Wasserdurchtränkung auf die Kochurig sei durch die folgenden zwei Kochversuche veranschaulicht, bei denen in nur - 11/2 Stunden von 20 bis auf '1.30° C angekocht:. urid bei- dieser Temperatur fertig aufgeschlossen wurde. Das Kochgut wurde anschließend in drei Fraktionen zerlegt. Als a-Stoff wird der gut aufgeschlossene Anteil bezeichnet, der keiner besonderen Auflösung bedarf, als b-Stoff ein weiterer Anteil von Halbzellstoffcharakter. Der Rest sind harte Splitter.

Versuch

Luft- Luft-

trocken na ß trocken na ß

Trockengehalt

der Schnitzel 81,7

37,6 80,5

42,3

Kochlauge . . . . . 4,1% S 02 5,7% S 02

0,68% Ca 0 0,8 % Ca 0

Ankochzeit

bis 130° C ... 11/2 Stunden 11/2 Stunden

Kochzeit

bei 130° C . . . 91/2 Stunden 43/4 Stunden

a-Stoff, 0/0 ..... 35,1 45,3 24,3 37,8

b-Stoff, 0/0 ..... 4,8 2,0 7,4 4,9

Splitter, 0% . ... 11,1 0,9 18,8 1,6

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Durchtränken von Hackschnitzeln als Vorbereitung für die Sulfitzells.toffkochung, wobei zuvor die Luft aus den Schnitzeln durch ein gegen letztere inertes Gas verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas gasförmige Kohlensäure verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasung außerhalb des. Kochers in einem besonderen Silo erfolgt und die Überführung der Schnitzel in. den Kocher bzw. die kontinuierliche Aufschlußapparatur in einer Kohlensäureatmosphäre erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das im Silo begaste Kochgut dort unter Wasser gesetzt und so lange darin belassen wird, bis die Späne sich mit Wasser vollgesogen haben.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch: gekennzeichnet, daß die Kohlensäure nicht von außen zugeführt, sondern durch einen. Gärungsvorgang in den Hackschnitzeln selbst, nötigenfalls unter Zuführung von Feuchtigkeit und Wärme, erzeugt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 331950; Patentschrift Nr. 1689 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; USA.-Patentschrift Nr. 1 169 325.