DE10119182A1 - Vorrichtung und Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial (1), insbesondere Zellstoffkochvorrichtung, mit einer Imprägniereinrichtung (2) zum Imprägnieren des Rohmaterials (1) und einem röhrenförmigen Kocher (3) mit einer um eine Längsachse (4) des Kochers (3) rotierenden ersten Förderschnecke (5), die das Rohmaterial (1) von einem Einlaß (6) zu einem Auslaß (7) des Kochers (3) befördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (4) des Kochers (3) mit der Horizontalen einen spitzen Winkel zwischen 3 und 40 DEG einschließt und daß der Einlaß (6) an einem unteren Endabschnitt des Kochers (3) und der Auslaß (7) an einem oberen Endabschnitt des Kochers (3) angeordnet ist, sowie ein zugehöriges Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial, insbesondere einen Zellstoffkocher bzw. ein Verfahren zum Zellstoffkochen.

Zellstoffkocher, im Englischen in der Regel als "digester" bezeichnet, können das Rohmaterial entweder chargenweise verarbeiten, sog. "batch digesting", oder kontinuierlich beschickt und dementsprechend kontinuierlich entleert werden. Die sog. "batch digester" verwenden in der Regel als eigentlichen Kocher einen sich in der Vertikalen erstreckenden Hohlkörper, in den das Rohmaterial und die Chemikalien eingefüllt werden und nach Verschließen des Hohlkörpers Temperatur und Druck erhöht werden, um den Zellstoff aus dem Rohmaterial herauszukochen. Auch für "batch digester" wurden erhebliche Anstrengungen zum effektiven Einsatz von Energie und Chemikalien unternommen. So zeigt die US 5,080,757 einen vertikalen "batch digester", bei dem die aus dem Kocher abgeführten, in der Regel anorganischen Chemikalien teilweise in parallelen Prozessen weiterverwendet werden. Die US 5,059,284 zeigt das Entnehmen der Chemikalien aus dem vertikalen Kocher durch gleichzeitiges Einpumpen von Flüssigkeit oben und unten.

Die US 5,059,281 zeigt eine verbesserte Entleerung des vertikalen "batch digester" durch zyklisches Öffnen und Schließen des Auslaßventils. Die US 5,015,333 zeigt die Entnahme von sog. "black liquor" oben am Kocher durch Einpumpen von Flüssigkeit unten in den Kocher. Die US 4,849,052 zeigt ein mehrstufiges Kochen eines vertikalen "batch digester" mit Chemikalienaustausch. Die US 4,601,787 zeigt ein Verfahren zum beschleunigten Aufheizen eines vertikalen "batch digester".

Kontinuierliche Kocher haben den Vorteil eines geringeren Raumbedarfs und einer höheren Effizienz hinsichtlich der eingesetzten Energie und Chemikalien. Bekannt sind vertikale kontinuierliche Kocher, siehe US 5,256,255, und horizontale Kocher, siehe US 2,616,802. Beim letztgenannten Kocher herrscht sowohl in der eigentlichen Kochzone ("intermediate zone B") als auch im Auslaßbereich ("discharge zone") gegenüber der Atmosphäre erhöhte Temperatur und erhöhter Druck. Insbesondere durch den im Kocher herrschenden Überdruck und den damit verbundenen Sicherheitsanforderungen haben auch die kontinuierlichen Kocher noch einen hohen Energie- und Raumbedarf.

Die US 2,821,476 zeigt eine Einrichtung zur Vergleichmäßigung des Materialflusses in einem Kocher. Die US 4,564,443 und US 5,769,243 zeigen an den Kocher anschließende Einrichtungen zur weiteren Behandlung des zelluloseangereicherten Rohmaterialbreis.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem und insbesondere pflanzlichem Rohmaterial mit einer Imprägniereinrichtung zum Imprägnieren des Rohmaterials und einem röhrenförmigen Kocher mit einer um eine Längsachse des Kochers rotierenden ersten Förderschnecke, die das Rohmaterial von einem Einlaß zu einem Auslaß des Kochers befördert, wie er in "Handbook of Pulping and Papermaking, ISBN 0-12-097362-6, Academic Press Ltd., 2. Aufl. 1996, Seite 75 ff unter der Marke PANDIA beschrieben ist. Die jeweils horizontal ausgerichteten Kocherröhren sind nebeneinander oder übereinander angeordnet. Sie sind an ihren Enden miteinander verbunden und bilden eine mäanderartige Kocherstruktur. Der in diesem Dokument ebenfalls beschriebene kontinuierliche Kocher M & D (Messing & Durkee) schließt mit der Horizontalen einen Winkel von 45° ein. Eine mittig angeordnete und sich über die gesamte axiale Länge erstreckende Trennplatte ("midfeather plate") separiert den Kocher in zwei jeweils halbkreiszylindrische Teilräume, durch die in der Art einer Rolltreppe ein Schaufelförderer endlos umlaufend bewegt wird. Das über den obenliegenden Einlaß eingeführte Rohmaterial wird mittels des Schaufelförderers einmal nach unten und anschließend wieder zum ebenfalls obenliegenden Auslaß befördert. Die Kochzeit beträgt etwa 30 Minuten.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial bereitzustellen, das eine hohe Ausbeute bei guter Zellstoffqualität bereitstellt und gleichzeitig eine hohe Effizienz der eingesetzten Energie und Chemikalien sowie einen geringen Raumbedarf hat. Das Problem ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Vorrichtung sowie das im nebengeordneten Anspruch bestimmte Verfahren gelöst. Besondere Ausführungsform der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.

Dadurch, daß die Längsachse des Kochers mit der Horizontalen einen spitzen Winkel zwischen 3° und 40° einschließt und daß der Einlaß an einem unteren Endabschnitt des Kochers und der Auslaß an einem oberen Endabschnitt des Kochers angeordnet ist, ist zum einen eine hohe Effizienz des Kochvorgangs, insbesondere eine hohe Zellstoffausbeute, bei geringem Energie- und Chemikalieneinsatz gewährleistet. Außerdem ist durch den gewählten Winkel gegenüber der Horizontalen der Raumbedarf herabgesetzt, insbesondere in der Vertikalen. Der durch Gravitation verursachte Rücklauf der Chemikalien in Richtung Einlaß führt insbesondere bei gleichzeitigem Betrieb der ersten Förderschnecke zu einer homogenen Durchmischung des Rohmaterialbreis. In der Vorrichtung herrscht im wesentlichen Atmosphären- oder Umgebungsdruck. Die Temperierung des Rohmaterialbreis erfolgt vorzugsweise vor allem oder ausschließlich durch die Temperatur der eingebrachten Chemikalie. Alternativ oder ergänzend hierzu kann der Kocher eine Doppelmantel- Beheizung aufweisen, beispielsweise mittels Heizdampf, Thermalöl und/oder Druckwasser. Die Temperatur und die Konzentration der Chemikalien ist so zu wählen, daß die Ausbeute und/oder Qualität des aus dem zellulosehaltigem Rohmaterial zu gewinnenden Zellstoffs den vorgebbaren Anforderungen genügt, beispielsweise zur weiteren Verarbeitung in der Papierindustrie. Dabei geht es unter anderem darum, Anteile weiterer Stoffe im Rohmaterial, beispielsweise Lignin, zu reduzieren bzw. aus dem Rohmaterial zu extrahieren.

Dadurch, daß die erste Förderschnecke auf einer zur Längsachse koaxialen ersten Hohlwelle angeordnet ist, die erste Injektionsöffnungen aufweist zum Injizieren von Chemikalien in einen radial sich an die Außenfläche der ersten Hohlwelle anschließenden und axial zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordneten Reaktionsraum des Kochers, können die Chemikalien gezielt und mit der jeweils erforderlichen Temperatur an den Stellen in das Rohmaterial eingemischt werden, die eine energieeffiziente hohe Ausbeute von Zellstoff hervorbringen. Insbesondere sind die Injektionsöffnungen nahe dem oberen und/oder unteren axialen Ende des Reaktionsraumes angeordnet oder über die gesamte axiale Länge verteilt. Die am oberen Ende injizierten Chemikalien wandern ebenfalls teilweise unter Wirkung der Gravitationskraft entgegen der Bewegung der ersten Förderschnecke von oben nach unten und durchmischen sich mit dem Rohmaterialbrei. Die am unteren Ende injizierten Chemikalien sorgen für eine frühzeitige chemische Reaktion bereits bei Eintritt des Rohmaterialbreis in den Kocher. Insbesondere ist dadurch die Temperatur des Rohmaterialbreis bereits bei Eintritt in den Kocher einstellbar. Die Hohlwelle ist vorzugsweise kreiszylindrisch. Alternativ hierzu ist die Hohlwelle jedenfalls abschnittsweise konisch.

Dadurch, daß in der ersten Hohlwelle ein Verdrängerkörper angeordnet ist, der vorzugsweise eine axiale Bohrung mit einer Einströmöffnung für die Chemikalien aufweist und radiale Ausströmöffnungen 73 für das Ausströmen der Chemikalien in die erste Hohlwelle hinein, ist der Ort und/oder der Volumenstrom der in den Reaktionsraum injizierten Chemikalien einstellbar. Der Verdrängerkörper stützt sich dabei vorzugsweise über mehrere axial voneinander beabstandete und einstückig ausgebildete Lagerringe an der Innenseite der ersten Hohlwelle ab. Er kann beispielsweise gegenüber der ersten Hohlwelle feststehend sein oder sich zusammen mit dieser um seine Längsachse drehen.

Dadurch, daß der Reaktionsraum im wesentlichen ringzylindrisch ist und radial außen von einem zylindrischen Reaktionsrohr begrenzt ist, das Austrittsöffnungen aufweist für den Austritt der Chemikalien aus dem Reaktionsraum, sind die Chemikalien nach einer vorgebbaren Verweilzeit aus dem Reaktionsraum entnehmbar und nach einer entsprechenden Wiederaufbereitung, insbesondere hinsichtlich Temperatur und chemischer Zusammensetzung, wieder dem Reaktionsraum zuführbar. Die Öffnungen sind vorzugsweise nahe dem unteren und/oder oberen Ende des Reaktionsraums angeordnet. Jedenfalls in diesem Bereich weist ein den Reaktionsraum umgebender Außenmantel, vorzugsweise ein kreiszylindrisches Außenrohr, Abführöffnungen auf, die mit einer Pumpe verbunden sind. Diese ist mit einer am oberen Ende der Hohlwelle angebrachten Anschlußeinrichtung zum Wiedereinführen der Chemikalien in den Reaktionsraum verbunden.

Dadurch, daß am oberen Ende des Reaktionsraumes eine kraftbeaufschlagbare Gegendruckeinrichtung angeordnet ist, die ein überwindbares, aber einen Gegendruck erzeugendes Hindernis zwischen dem Reaktionsraum und dem Auslaß des Kochers bildet, ist im Reaktionsraum ein Staudruck aufbaubar. Die Kraftbeaufschlagung erfolgt vorzugsweise über Pneumatikzylinder, die sich mit einem Ende an einem Flansch des Auslasses abstützen und mit ihrem anderen Ende an der Gegendruckplatte abstützen. Diese Platte kann auch tellerförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist die Gegendruckplatte auf einem Hülsenelement angeordnet, das auf der ersten Hohlwelle gleitend verschiebbar ist.

Vorzugsweise erstreckt sich die erste Förderschnecke vom Einlaß bis in den Reaktionsraum, insbesondere bis an das obere Ende des Reaktionsraums, wobei die Steigung der ersten Förderschnecke im Einlaß größer ist als im Reaktionsraum. Dadurch ergibt sich am einlaßseitigen Ende des Reaktionsraums eine Verdichtung des Rohmaterialbreis.

Zwischen dem Einlaß und der Imprägniereinrichtung ist vorzugsweise eine die Füllung des Kochers mit dem Rohmaterial unterstützende Stopfeinrichtung angeordnet. Einlaß und Imprägniereinrichtung sind über einen sich im wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckenden Fallschacht verbunden, in den die Stopfeinrichtung in Form einer Stopfschnecke am einlaßseitigen Ende eintritt. Die Steigung der Stopfschnecke entspricht im wesentlichen der Steigung der ersten Förderschnecke im Einlaßbereich. Die Längsachse der Stopfschnecke schließt mit der Längsachse der ersten Förderschnecke einen spitzen Winkel ein, insbesondere zwischen 50° und 60°. Die gedachte Verlängerung der Achse der Stopfschnecke schneidet die Achse der ersten Förderschnecke nahe dem Reaktionsraum nahen Ende des Einlasses. Der Einlaß weist an seiner Unterseite zweite Austrittsöffnungen für den Austritt insbesondere der in der Imprägniereinrichtung eingebrachten Chemikalien auf, die in der Regel eine geringere Temperatur und/oder eine andere Zusammensetzung aufweisen als die im Reaktionsraum eingesetzten Chemikalien.

Die Imprägniereinrichtung weist vorzugsweise einen rohrförmigen Schneckenförderer mit einer auf einer zweiten Hohlwelle angeordneten zweiten Förderschnecke auf, der einen Befüllraum über eine Imprägnierraum mit einem Übergaberaum verbindet. Die zweite Förderschnecke ist dabei im wesentlichen horizontal ausgerichtet. Über einen Befüllschacht wird das zellulosehaltige Rohmaterial in den . Befüllraum eingeschüttet. An den Übergaberaum schließt der Fallschacht zum Einlaß des Kochers an.

Die zweite Hohlwelle weist im Abschnitt des Imprägnierraumes zweite Injektionsöffnungen auf zum Injizieren von Chemikalien bzw. zum Imprägnieren des Rohmaterials. Die Chemikalien sind über das befüllraumseitige Ende der zweiten Hohlwelle einleitbar. Weitere Öffnungen zum Einbringen von Chemikalien, gegebenenfalls auch gasförmig oder sprühnebelförmig, sind auf der Oberseite der Imprägniereinrichtung über dem Übergaberaum und/oder an einer Seitenwand des Fallschachtes angeordnet.

Die Steigung der zweiten Förderschnecke ist im Abschnitt des Befüllraumes größer als im Abschnitt des Imprägnierraumes, wodurch sich eine Verdichtung des Rohmaterials bereits zu Beginn des Imprägnierraumes ergibt. Die Vorrichtung ist hinsichtlich der verwendeten Werkstoffe derart ausgelegt, daß zum Kochen des insbesondere aus einjährigen Pflanzen oder pflanzlichen Abfallprodukten bestehenden Rohmaterials Ameisensäure und Wasserstoffperoxyd, gegebenenfalls in wässriger Lösung, einsetzbar sind. Zu diesem Zweck sind die einzelnen mit den Chemikalien in Berührung kommenden Teile der Vorrichtung vorzugsweise aus Stahl oder Edelstahl gefertigt. Soweit Kunststoffteile zum Einsatz kommen, bestehen diese vorzugsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE).

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem ist auch durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial gelöst, bei dem zunächst das Rohmaterial in einer Imprägniereinrichtung imprägniert wird und dann das imprägnierte Rohmaterial in einem röhrenförmigen Kocher mit einer um eine Längsachse des Kochers rotierenden ersten Förderschnecke, die das Rohmaterial von einem Einlaß zu einem Auslaß des Kochers befördert, gekocht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kochens das Rohmaterial von unten, unter einem Winkel zwischen 3° und 40° gegenüber der Horizontalen, nach schräg oben befördert wird. Hinsichtlich der Vorteile gilt das Vorstehend zur Vorrichtung Genannte. Die zum Kochen erforderlichen Chemikalien werden über Öffnungen in einer die erste Förderschnecke tragende ersten Hohlwelle in einen Reaktionsraum des Kochers injiziert. Über entsprechende Auslaßöffnungen und Auffangmittel können die Chemikalien dem Reaktionsraum entnommen werden und wieder aufbereitet werden, insbesondere die Temperatur auf einen vorgebbaren Wert eingestellt. Das Aufbereiten der Chemikalien umfaßt insbesondere ein Abtrennen der löslichen Bestandteile, wie beispielsweise Lignin, Terpene oder Essigsäure. In Abhängigkeit des Anwendungsfalls wird auch die Zusammensetzung der Chemikalien überprüft und neu eingestellt, die anschließend dem Verfahren wieder zugeführt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht einer Anlage zum Herstellen von Zellstoff mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten und detailreicheren Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 im Bereich der Imprägniereinrichtung,

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 im Bereich des Kochers,

Fig. 4 zeigt ein Mittelstück eines in der ersten Hohlwelle angeordneten Verdrängerkörpers,

Fig. 5 zeigt ein Anfangsstück des Verdrängerkörpers mit insgesamt drei Lagerringen und einem dem oberen Ende des Reaktionsraums zugeordneten ersten Lagerzapfen,

Fig. 6 zeigt ein Endstück des Verdrängerkörpers, mit insgesamt zwei Lagerringen und einem dem unteren Ende des Reaktionsraums zugeordneten zweiten Lagerzapfen, und

Fig. 7 zeigt die platzsparende Anordnung von mehreren Kochern hintereinander.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht einer Anlage zum Herstellen von Zellstoff mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial 1, mit einer Imprägniereinrichtung 2 zum Imprägnieren des Rohmaterials 1 und einem röhrenförmigen Kocher 3 mit einer um eine Längsachse 4 des Kochers 3 rotierenden ersten Förderschnecke 5, die das Rohmaterial 1 von einem Einlaß 6 zu einem Auslaß 7 des Kochers 3 befördert. Die Längsachse 4 schließt mit der Horizontalen einen spitzen Winkel ein, im dargestellten Ausführungsbeispiel von etwa 15°. Als Rohmaterial können insbesondere sogenannte Einjahrespflanzen, wie beispielsweise Weizenstroh, Reisstroh, Hanf, Flachs, Bagasse, Kenaf und dergleichen, oder Hölzer, wie beispielsweise Fichte, Kiefer, Tanne, Birke, Buche, Eukalyptus und dergleichen, eingesetzt werden.

Das Rohmaterial 1 ist über einen Befüllschacht 8 in einen Befüllraum 9 der Imprägniereinrichtung 2 einbringbar. Eine zweite Förderschnecke 10 fördert das Rohmaterial 1 in der Imprägniereinrichtung 2 zu einem Übergaberaum 11, an dem ein Fallschacht 12 die Imprägniereinrichtung 2 mit dem Kocher 3 verbindet. An dem kocherseitigen Ende des Fallschachts 2 ist eine Stopfeinrichtung 13 angeordnet. Diese stopft das herunterfallende imprägnierte Rohmaterial in den Einlaß 6 des Kochers 3. Von dort wird es aufwärts durch einen mittleren Reaktionsraum 14 unter Überwindung einer Gegendruckeinrichtung 15 in den oberen Auslaß 7 gefördert. Von dort fällt es über einen weiteren Fallschacht 16 entweder in einen kaskadenförmig nachgeschalteten weiteren Kocher 3a, 3b, . . ., 3y, 32 (Fig. 7) oder in eine erste Weiterbehandlungseinrichtung 17, beispielsweise zum Entwässern, Entsäuern, Entlignifizieren, Reinigen oder dergleichen, an die sich eine zweite Weiterbehandlungseinrichtung 18 und gegebenenfalls weitere anschließen.

Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten und detailreicheren Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 im Bereich der Imprägniereinrichtung 2. Diese weist die in einem Edelstahlrohr 19 des Schneckenförderers angeordnete zweite Förderschnecke 10 auf, die im Abschnitt des Befüllraums 9 eine größere Steigung aufweist als im Abschnitt des Imprägnierraumes 20. Das Verhältnis der Steigungen beträgt vorzugsweise etwa 3 : 2. Die zweite Förderschnecke 10 ist auf einer zweiten Hohlwelle 21 angeordnet, die den Befüllraum 9, den Imprägnierraum 20 und den Übergangsraum 11 durchsetzt. An dem Übergangsraum-nahen Ende ist an das Rohr 19 eine zweite Antriebseinheit 22 angeflanscht, die einen in seiner Drehzahl steuerbaren zweiten Elektromotor 23 und ein zweites Getriebe 24 aufweist.

Die Getriebeuntersetzung ist beispielsweise so gewählt, daß die Geschwindigkeit der zweiten Hohlwelle 21 zwischen 0,1 und 1 Umdrehungen/Minute beträgt, vorzugsweise etwa 0,4 Umdrehungen/Minute. Die Verweildauer des Rohmaterials 1 im Imprägnierraum 20 beträgt beispielsweise zwischen 15 und 90 Minuten, für Einjahrespflanzen vorzugsweise zwischen 15 und 30 Minuten, für Hölzer vorzugsweise zwischen 15 und 45 Minuten.

An dem befüllraumseitigen Ende ist an dem Rohr 19 der Befüllschacht 8 angeordnet, vorzugsweise angeflanscht. Die zweite Hohlwelle 21 tritt an dem der zweiten Antriebseinheit 22 gegenüberliegenden Ende der Imprägniereinrichtung 2 zapfenartig aus und bildet eine zweite Anschlußeinrichtung 25 für in die Imprägniereinrichtung 2 zu injizierende Chemikalien aus. Diese werden in der zweiten Hohlwelle 21 axial geführt und treten über zweite Injektionsöffnungen 26 in den Imprägnierraum 20 ein. Vorzugsweise sind die zweiten Injektionsöffnungen 26 gleichmäßig beabstandet und ihre Zahl entspricht der Zahl der Windungen der zweiten Förderschnecke 10. Im Bereich des Übergangsraumes 11 weist die Imprägniereinrichtung 2 oberhalb des Fallschachtes 12 eine dritte Anschlußeinrichtung 27 zum Injizieren von Chemikalien auf. Weiterhin ist am Umfang des Fallschachtes 12 eine vierte Anschlußeinrichtung 28 zum Injizieren von Chemikalien angeordnet. In die Imprägniereinrichtung 2 werden vorzugsweise Ameisensäuredampf, Wasserdampf und/oder Wasserstoffperoxid injiziert. Über die dritte Anschlußeinrichtung 27 wird vorzugsweise die im Bereich des Einlasses 6 des Kochers 3 entnommene und über eine erste Pumpe 29 (Fig. 1) und einen ersten Wärmetauscher 30 zum Zwecke des Temperierens geführte Chemikalie injiziert, insbesondere das Rohmaterial 1 mit Ameisensäure dampfbesprüht. Das Injizieren der Chemikalie in der Imprägniereinrichtung 2 dient insbesondere einer Benetzung und Befeuchtung des Rohmaterials 1, damit dieses im anschließenden Kocher 3 von den dort eingesetzten Chemikalien effektiver umgewandelt werden kann.

Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Vorrichtung der Fig. 1 im Bereich des Kochers 3. Das aus der Imprägniereinrichtung 2 über den Fallschacht 12 zugeführte eingeweichte Rohmaterial wird mittels einer Stopfeinrichtung 13, die an einer Seitenwand des sich in diesem Bereich aufweitenden Fallschachtes 12 angeordnet ist, in den Kocher 3 eingestopft. Die Stopfeinrichtung 13 weist einen dritten Elektromotor 32, ein drittes Getriebe 33 sowie eine Stopfschnecke 34 auf.

Die Längsachse 4 des Kochers 3 schließt mit der Horizontalen einen spitzen Winkel zwischen 3° und 40° ein, im dargestellten Ausführungsbeispiel von etwa 15°. Mit der Stopfschneckenachse 36 schließt die Längsachse 35 ebenfalls einen spitzen Winkel zwischen 30° und 75° ein, im dargestellten Ausführungsbeispiel von etwa 55°. Im Bereich des dem Fallschacht 12 zugeordneten Einlasses 6 des Kochers 3 besitzt die auf einer ersten Hohlwelle 37 angeordnete erste Förderschnecke 5 eine größere Steigung als in dem sich in Aufwärtsrichtung anschließenden Reaktionsraum 14. Das Verhältnis der Steigung beträgt etwa 2 : 1. Die Steigung der ersten Förderschnecke 5 im Bereich des Einlasses 6 entspricht in etwa der Steigung der Stopfschnecke 34 oder ist geringfügig kleiner. An das untere Ende des Einlasses 6 ist eine erste Antriebseinheit 38 angeflanscht, die einen in seiner Geschwindigkeit regelbaren ersten Elektromotor 39 und ein erstes Getriebe 40 aufweist. Der Antrieb erfolgt über eine zapfenartig aus dem Einlaß 6 herausgeführte Verlängerung der ersten Hohlwelle 37 mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 und 1 Umdrehungen/Minute, vorzugsweise etwa 0,4 Umdrehungen/Minute. Der Einlaß 6 ist im wesentlichen durch ein an seinen Enden Flansche aufweisendes Einlaßrohr 41 gebildet, das an seiner Unterseite Austrittsöffnungen 42 für den Austritt von Chemikalien aufweist. Diese werden in einer Wanne 43 aufgefangen und sind über einen Austrittsstutzen 44 entnehmbar und der Vorrichtung wieder zuführbar, insbesondere der dritten Anschlußeinrichtung 27 der Imprägniereinrichtung 2 (Fig. 2).

Durch Abstrahlen, Konvektion, Verdunsten, Besprühen über die dritte Anschlußeinrichtung 27 und/oder sonstiges aktives Abkühlen wird die Temperatur des bereits mit Chemikalien versetzten Rohmaterials 1 im Bereich des Fallschachtes 12 und/oder des Einlasses 6 herabgesetzt, beispielsweise auf etwa 25°C. Dadurch kommt es zu einem Chemikaliendrift in das Rohmaterial 1 und das Imprägnieren des Rohmaterials 1 mit den Chemikalien wird verbessert, was zu einer höheren Effizienz des anschließenden Zellstoffkochens bewirkt. Am unteren Ende des Einlasses 6 bildet sich ein Chemikaliensumpf, der zusätzlich noch einmal zu einer Benetzung des Rohmaterials 1 mit den Chemikalien führt.

An den Einlaß 6 schließt sich der unter anderem durch das zylindrische Reaktionsrohr 45 aus Edelstahl gebildete Reaktionsraum 14 an. Das Reaktionsrohr 45 weist auf seiner Unterseite am unteren und oberen Ende des Reaktionsraumes 14 Austrittsöffnungen 46 auf. Über diese können Chemikalien aus dem Reaktionsraum 14 austreten und werden durch ein mit dem Reaktionsrohr 45 koaxiales Außenrohr 47 aufgefangen, das nahe seinem unteren Ende einen Anschlußstutzen 48 zur Entnahme der Chemikalien aufweist. Die Verweildauer des zu behandelnden Rohmaterials im Reaktionsraum 14 hängt insbesondere von der Zusammensetzung der Chemikalien, der Temperatur und dem eingesetzten Rohmaterial ab. Typische Verweildauern in der Kochung liegen im Bereich zwischen 15 Minuten und 12 Stunden, für Einjahrespflanzen vorzugsweise zwischen 60 Minuten und 2,5 Stunden, für Hölzer vorzugsweise zwischen 60 Minuten und 6 Stunden.

An den Reaktionsraum 14 schließt sich in Aufwärtsrichtung der Auslaß 7 an, der im wesentlichen aus einem beidseitig einen Flansch aufweisenden Auslaßrohr 49 besteht, das an der Unterseite einen weiteren Fallschacht 16 aufweist. Am oberen axialen Ende ist an das Auslaßrohr 49 eine Gegendruckeinrichtung 50 angeflanscht, die zwei Pneumatikzylinder 51 aufweist, die mit jeweils einem Ende über eine Gabelkopfverbindung 52 an dem axial oberen Flansch des Auslaßrohres 49 festgelegt sind. Das jeweils andere Ende der Pneumatikzylinder 51 ist über eine weitere Gabelkopfverbindung 53 an einem Flansch 54 eines Hülsenelementes 55 festgelegt, das auf der ersten Hohlwelle 37 gleitend verschiebbar ist. An seinem dem Reaktionsraum 14 zugewandten Ende weist das Hülsenelement 55 einen den Reaktionsraum 14 teilweise verschließenden Gegendruckteller 56 auf. Wenngleich das Kochen des Rohmaterialbreis im Reaktionsraum 14 im wesentlichen unter Atmosphärendruck erfolgt, ist durch den Gegendruckteller 56 ein Staudruck aufbaubar, der insgesamt zu einem Auspressen der Chemikalien aus dem Rohmaterialbrei führt, bevor dieses den Kocher 3 über den weiteren Fallschacht 16 verläßt.

Die über den Anschlußstutzen 48 entnommenen Chemikalien sind über eine zweite Pumpe 57 (Fig. 1) und einen zweiten Wärmetauscher 58 dem Reaktionsraum 14 über eine am oberen Ende der ersten Hohlwelle 37 angeordneten fünften Anschlußeinrichtung 59 wieder zuführbar. Hierzu weist die erste Hohlwelle 37 am unteren und oberen Ende oder über die gesamte axiale Länge des Reaktionsraumes 14 verteilt erste Injektionsöffnungen 60 auf. Diese sind vorzugsweise axial gleichmäßig beabstandet, wobei der Abstand im dargestellten Ausführungsbeispiel der Steigung der ersten Förderschnecke 5 entspricht. Vor oder nach der zweiten Pumpe 57 bzw. dem zweiten Wärmetauscher 58 sind dem Chemikalienkreislauf frische, unverbrauchte und/oder wiederaufbereitete Chemikalien aus entsprechenden Vorratsbehältern 61 zuführbar. Das Wiederaufbereiten der Chemikalien umfaßt insbesondere ein Abtrennen der gelösten Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Lignin oder Terpene, die einer Weiterverarbeitung zugeführt werden können.

In der Imprägniereinrichtung 2, im Chemikalienkreislauf und/oder im Kocher 3 sind Temperaturmeß- und/oder Temperaturregeleinrichtungen 62 und/oder Meßeinrichtungen 63 zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der eingesetzten Chemikalien angeordnet. Diese sind mit einer zentralen Prozeßsteuerung verbunden, die unter Berücksichtigung der Art, Feuchte und Größe des eingefüllten Rohmaterials 1, der Steigungen der ersten und zweiten Förderschnecke 5, 10 und den Anforderungen an den herzustellenden Zellstoff den ersten, zweiten und dritten Elektromotor 23, 32, 39 steuern. Außerdem werden durch die zentrale Prozeßsteuerung die mittels der Wärmetauscher 30, 58 vorgebbaren Temperatur der eingesetzten Chemikalien geregelt.

Die Fig. 4 zeigt ein Mittelstück 75 eines in der ersten Hohlwelle 37 angeordneten Verdrängerkörpers, mittels dem der Ort und/oder der Volumenstrom der in den Reaktionsraum 14 injizierten Chemikalien einstellbar ist. Das Mittelstück 75 weist eine durchgehende axiale Bohrung 71 auf, über welches die Chemikalien dem Verdrängerkörper zuführbar sind. Auf seiner Außenumfangsfläche bildet das Mittelstück 75 vorzugsweise einstückig mehrere äquidistante Lagerringe 74 aus, mittels denen sich das Mittelstück 75 an der Innenfläche der ersten Hohlwelle 37 abstützt. Jeweils zwei Lagerringe 74 begrenzen einen im wesentlichen kreisringzylindrischen Hohlraum 76, der über radiale Ausströmöffnungen 73 mit der axialen Bohrung 71 verbunden ist. Im Bereich der radialen Ausströmöffnung 73 weist die Außenumfangsfläche des Verdrängerkörpers eine im Ausführungsbeispiel umlaufende und im Querschnitt eine Krümmung aufweisende Nut 77 auf, die der besseren Verteilung der Chemikalien im kreisringzylindrischen Hohlraum 76 dient. Im übrigen ist der Außenumfang des Verdrängerkörpers im Bereich zwischen zwei Lagerringen 74 im wesentlichen zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch. Alternativ hierzu kann die Außenumfangsfläche auch konisch sein, beispielsweise mit einem Winkel von < 3°. Durch die im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Lagerringe 74 des Mittelstücks 75 sind vier kreisringzylindrische Hohlräume 76 gebildet, über welche die in die Bohrung 71 einströmenden Chemikalien durch jeweils korrespondierende erste Injektionsöffnungen 60 der ersten Hohlwelle 37 in den Reaktionsraum 14 gelangen.

Die Fig. 5 zeigt ein Anfangsstück 78 des Verdrängerkörpers mit insgesamt drei Lagerringen 74 und einem dem oberen Ende des Reaktionsraums 14 zugeordneten ersten Lagerzapfen 79. Auch das Anfangsstück 78 weist eine axial durchgehende Bohrung 71 mit einer endseitigen Einströmöffnung 72 auf, die über entsprechende Ausströmöffnungen 73 mit den kreisringzylindrischen Hohlräumen 76 verbunden ist. Der axiale Abstand der Lagerringe 74 im Anfangsstück 78 ist geringfügig, beispielsweise etwa 10%, größer als der Abstand der Lagerringe 74 im Mittelstück 75. Die axiale Länge des ersten Lagerzapfens 79 entspricht in etwa der axialen Länge eines kreiszylindrischen Hohlraums 76. Der Durchmesser der Ausströmöffnung 73 ist im Anfangsstück 78 geringfügig, beispielsweise etwa 20%, kleiner als im Mittelstück 75. Die axiale Erstreckung der umlaufenden Nut 77 entspricht jeweils in etwa dem Durchmesser der Ausströmöffnung 73.

Die Fig. 6 zeigt ein Endstück 80 des Verdrängerkörpers, mit insgesamt zwei Lagerringen 74 und einem dem unteren Ende des Reaktionsraums 14 zugeordneten zweiten Lagerzapfen 81. Die axiale Bohrung 71, die im Anfangsstück 78, Mittelstück 75 und Endstück 80 vorzugsweise den gleichen Durchmesser aufweist, ist im Endstück 80 als Sacklochbohrung ausgeführt, die im zweiten Lagerzapfen 81 endet. Der Abstand der Lagerringe 74 im Endstück 80 ist gegenüber dem entsprechenden Abstand im Mittelstück 75 reduziert, beispielsweise um etwa 30%. Auch die Breite der Lagerringe 74 ist im Endstück 80 gegenüber dem Mittelstück 75 herabgesetzt, beispielsweise um etwa 25%. Der Durchmesser der Ausströmöffnung 73 ist demgegenüber im Endstück 80 größer als im Mittelstück 75, beispielsweise um etwa 40%. Alternativ hierzu können die axialen Abstände der Lagerringe 74, die Breite der Lagerringe 74 und/oder die Durchmesser der Ausströmöffnungen 73 im Anfangsstück 78, Mittelstück 75 und Endstück 80 identisch sein, insbesondere sind die diesbezüglichen Darstellungen in den Fig. 4 bis 6 nicht maßstäblich.

Der Verdrängerkörper kann auch einstückig ausgeführt sein und besteht vorzugsweise aus einem gegenüber den eingesetzten Chemikalien ausreichend resistenten Kunststoff, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen (PTFE). Mit seinem ersten und zweiten Lagerzapfen 79, 81 ist der Verdrängerkörper in dem Kocher 3 und insbesondere in der ersten Hohlwelle 37 gelagert und kann feststehend sein oder mit einer gegenüber der ersten Hohlwelle 37 geringeren, gleichen oder höheren Geschwindigkeit rotieren. Die für den Verdrängerkörper erforderliche axiale Länge kann bei Bedarf durch Aneinanderreihen von ausreichend vielen Mittelstücken 75 erreicht werden. Der Außendurchmesser des Verdrängerkörpers im Bereich der kreisringzylindrischen Hohlräume 76 kann über die axiale Länge des Verdrängerkörpers konstant sein oder insbesondere in Richtung auf das Endstück 80 bzw. den zweiten Lagerzapfen 81 variieren, insbesondere zunehmen, um die für den jeweiligen Anwendungsfall erforderlichen Strömungsgeschwindigkeiten in den ersten Injektionsöffnungen 60 und damit das Einströmen der Chemikalien in den Reaktionsraum 14 einzustellen. Durch axiales Verschieben des Verdrängerkörpers in der ersten Hohlwelle 37 kann darüber hinaus Ort und Menge der in den Reaktionsraum 14 einströmenden Chemikalien gesteuert werden.

Die Fig. 7 zeigt die platzsparende Anordnung von mehreren Kochern 3, 3a, 3b, . . ., 3y, 32 hintereinander. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Fig. 7 weder eine Imprägniereinrichtung 2 noch eine Weiterbehandlungseinrichtung 17 dargestellt. Jeder der Kocher 3, 3a, 3b, 3y, 32 fördert das Rohmaterial 1 vom tiefer liegenden Einlaß 6, 6a, 6b, 6y, 62 zum höher liegenden Auslaß 7, 7a, 7b, . . ., 7y, 72. Vom Auslaß 7 des ersten Kochers 3 fällt das Rohmaterial 1 in den Einlaß 6a des zweiten Kochers 3a usw. bis es zuletzt aus dem Auslaß 72 des letzten Kochers 32 entnehmbar und gegebenenfalls einer der Weiterbehandlungseinrichtungen 17, 18 der Fig. 1 zuführbar ist. Die Höhe einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial ist im wesentlichen durch die Höhe eines einzelnen Kochers 3 bestimmt und somit gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert. Durch die erfindungsgemäße Zickzack-Anordnung der einzelnen Kocher 3, 3a, 3b, . . ., 3y, 32 ist darüber hinaus auch die Breite und Länge der Anlage verhältnismäßig gering. Der Abstand des Einlasses 6 des ersten Kochers 3 zum Einlaß 6b des übernächsten Kochers 3b ist dabei vorzugsweise geringer als die einfache axiale Länge der vorzugsweise identisch aufgebauten Kocher 3, 3a, 3b, . . ., 3y, 32.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial (1), insbesondere Zellstoffgewinnungsvorrichtung, mit einer Imprägniereinrichtung (2) zum Imprägnieren des Rohmaterials (1) und einem röhrenförmigen Kocher (3) mit einer um eine Längsachse (4) des Kochers (3) rotierenden ersten Förderschnecke (5), die das Rohmaterial (1) von einem Einlaß (6) zu einem Auslaß (7) des Kochers (3) befördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (4) des Kochers (3) mit der Horizontalen einen spitzen Winkel zwischen 3 und 40° einschließt und daß der Einlaß (6) an einem unteren Endabschnitt des Kochers (3) und der Auslaß (7) an einem oberen Endabschnitt des Kochers (3) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Förderschnecke (5) auf einer zur Längsachse (4) koaxialen ersten Hohlwelle (37) angeordnet ist, die erste Injektionsöffnungen (60) aufweist zum Injizieren von Chemikalien in einen radial sich an die Außenfläche der ersten Hohlwelle (37) anschießenden und axial zwischen dem Einlaß (6) und dem Auslaß (7) gebildeten Reaktionsraum (14) des Kochers (3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Hohlwelle (37) ein Verdrängerkörper angeordnet ist, mittels dem der Ort und/oder der Volumenstrom der in den Reaktionsraum (14) injizierten Chemikalien einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper eine axiale Bohrung (71) mit einer Einströmöffnung (72) für die Chemikalien aufweist und radiale Auströmöffnungen (73) für das Ausströmen der Chemikalien in die erste Hohlwelle (37) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper axial voneinander beabstandete Lagerringe (74) aufweist, mit denen der Verdrängerkörper in Anlage an der ersten Hohlwelle (37) ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum (14) im wesentlichen ringzylindrisch ist und radial außen von einem zylindrischen Reaktionsrohr (45) begrenzt ist, das Austrittsöffnungen (46) aufweist für den Austritt der Chemikalien aus dem Reaktionsraum (14).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Reaktionsraums (14) eine kraftbeaufschlagbare Gegendruckeinrichtung (50) angeordnet ist, die ein überwindbares aber einen Gegendruck erzeugendes Hindernis zwischen dem Reaktionsraum (14) und dem Auslaß (7) des Kochers (3) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckeinrichtung (50) eine auf der ersten Hohlwelle (37) gleitend verschiebbare Gegendruckplatte (56) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Förderschnecke (5) sich vom Einlaß (6) bis in den Reaktionsraum (14) erstreckt, und daß die Steigung der ersten Förderschnecke (5) im Einlaß (6) größer ist als im Reaktionsraum (14).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Einlaß (6) und Imprägniereinrichtung (2) eine die Füllung des Kochers (3) unterstützende Stopfeinrichtung (13) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägniereinrichtung (2) einen rohrförmigen Schneckenförderer mit einer auf einer zweiten Hohlwelle (21) angeordneten zweiten Förderschnecke (10) aufweist und daß der Schneckenförderer einen Befüllraum (9) über einen Imprägnierraum (20) mit einem Übergaberaum (11) verbindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hohlwelle (21) im Abschnitt des Imprägnierraums (20) zweite Injektionsöffnungen (26) aufweist zum Injizieren von Chemikalien.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der zweiten Förderschnecke (10) im Abschnitt des Befüllraums (9) größer ist als im Abschnitt des Imprägnierraums (20).

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kochen des Rohmaterials 1 in dem Kocher (3) Ameisensäure und Wasserstoffperoxid einsetzbar sind.

15. Verfahren zum kontinuierlichen Kochen von zellulosehaltigem Rohmaterial (1), insbesondere Zellstoffkochen, bei dem zunächst das Rohmaterial (1) in einer Imprägniereinrichtung (2) imprägniert wird und dann das imprägnierte Rohmaterial in einem röhrenförmigen Kocher (3) mit einer um eine Längsachse (4) des Kochers (3) rotierenden ersten Förderschnecke (5), die das Rohmaterial (1) von einem Einlaß (6) zu einem Auslaß (7) des Kochers (3) befördert, gekocht wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Kochens das Rohmaterial (1) vom unten liegenden Einlaß (6), unter einem Winkel zwischen 3 und 40° gegenüber der Horizontalen, zum oben liegenden Auslaß (7) befördert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kochen erforderlichen Chemikalien über erste Injektionsöffnungen (60) in einer die erste Förderschnecke (5) tragende ersten Hohlwelle (37) in einen Reaktionsraum (14) des Kochers (3) injiziert werden.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kochen erforderlichen Chemikalien aufbereitet werden, insbesondere die Temperatur auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird, und anschließend wieder dem Verfahren zugeführt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der dem Kocher (3) vorgeschalteten Imprägniereinrichtung (2) das Rohmaterial (1) mit Ameisensäure oder Ameisensäuredampf in Kontakt gebracht wird.

19. Verfahren der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das imprägnierte Rohmaterial vor Eintritt in den Reaktionsraum (14) abgekühlt wird.