DE1517162A1

DE1517162A1 - Verfahren und Anlage zum kontinuierlichen Aufschliessen von Zellstoff

Info

Publication number: DE1517162A1
Application number: DE1965B0080896
Authority: DE
Inventors: Hart Robert H
Original assignee: Beloit Corp
Current assignee: Beloit Corp
Priority date: 1964-03-11
Filing date: 1965-03-10
Publication date: 1969-08-07
Also published as: NO119622B; GB1107465A; GB1107464A; US3298903A; SE220049C1; FR1434436A

Description

Verfahren und Anlage zum kontinuierlichen Aufschließen von Zellstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage für einen kontinuierlichen chemischen Aufschluß von aur Zeilstoffgewinnung dienenden Ausgangsstoffen und betrifft im einzelnen Verbesserungen in kontinuierlichen chemischen Aufschlußverfahren und -anlagen, etwa in derart, daß zwischen dem Vorgang des eigentlichen Aufschließens und der Abtrennung des Zellstoffes aufgrund eines gesteuerten Koch- und Aufschlußvorganges eine bessere Stetigkeit des Betriebes gewährleistet ist, die sich auch darin bemerkbar macht, daß die in dem Verfahren schließlich freigesetzten einzelnen Zellstoff-Fasern einer insgesamt genaueren bzw. besser dosierten chemischen Behandlung und/oder einer daraus resultierenden genauer abgestimmten Entholzung unterworfen werden können.

Bei einem chemischen Aufschlußverfahren dieser Art, beispielsweise bei dem sogenannten Kraft-Verfahren, dienen die aktiven Lösungsmittel wie Natrium-Hydroxyd und Natrium-Sulfid zur Behandlung von Holzschnitzeln oder anderen Ausgangsstoffen. Die in der verbrauchten Lösungsflüssigkeit enthaltenen herausgelösten organischen Bestand- ' teile werden zur Dampferzeugung verbrannt, während die anorganischen Lösungschemikalien zurückgewonnen und wieder verwendet werden. Obwohl die mechanischen Vorgänge eines chemischen Aufschlußverfahrens relativ einfach verständlich sind, hat es bisher wegen der Extrem-; bedingungen für die Behandlung von Holzschnitzel oder ähnlichen ,Ausr-

gangsmaterialien Schwierigkeiten bereitet ein geeignetes kontimrberliches Aufschließungsverfahren anzugeben. Obgleich nachfolgend iLäufig auf das Kraftverfahren Bezug genommen wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Verfahren beschränkt sondern läßt sich

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bei jedem chemischen Aufschlußverfahren (im Gegensatz zu mechanischen Aufschlußverfahren) anwenden.

Mit der Erfindung wird eine verbesserte Kontinuität des Gesamtverfahrens durch eine zweckmäßige Bemessung der chemischen Konzentration, des angewendeten Druckes, der Temperatur und der Einwirkungszeit in der Weise erreicht, daß eine vorbestimmte Geschwindigkeit oder Geschwindigkeitsänderung in der chemischen Reaktion entsteht, wobei die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion vom äußeren Umfang nach innen zu für jeden Holzschnitzel, jedes Faserbündel oder sonstigen Stoffpartikel für das Zellstoffherstellungsverfahren abnimmt. Die Fachwelt, war bisher der Annahme, daß der einzig mögliche praktische Weg zur Erzielung gleichmäßiger Koch- und Aufschlußbedingungen eine vollständige anfängliche Sättigung oder Durchtränkung der Holzschnitzel mit der Lösungsflüssigkeit notwendig sei, wodurch eher ein Geschwindigkeitsgradient bezüglich der chemischen Reaktion von der Außenseite der Holzschnitzel nach innen eher vermieden als erzeugt wird. Bevorzugt wurde vielmehr die Auffassung, daiJ eine gleichmäßige Geschwindigkeit der chemischen Reaktion über die gesamte Dicke der Holzschnitzel zweckmäßig sei. Fachleute auf dem Gebiet der Zellstoffherstellung stehen diesen Theorien teilweise kritisch gegenüber. Obwohl durchaus wünschenswert ist, einen gleichzeitigen und im wesentlichen gleichmäßigen Aufschlußvorgang über den gesamten Körper jedes Holzschnitzels zu erreichen, ist andererseits zu berücksichtigen, daß bereits bei einem Versuch eines kontinuierlichen Aufschließens und/oder Herauslösens des Zellstoffes im eigentlichen Sinne des Wortes von dieser gegebenen Theorie abgegangen wird und daß dabei notwendigerweise Schwierigkeiten auftreten.

Die vorliegende Erfindung basiert jedoch nicht nur auf der entge- ' gengesetzten Theorie sondern gibt ein praktisches Verfahren und eine Anlage zur Anwendung einer solchen entgegengesetzten Theorie ah. Die der Erfindung zugrunde liegende Überlegung besteht darin, daß ein Gradient für die chemische Reaktion von dem Äußeren zum Inneren der Holzschnitzel erzeugt werden muß und daß dieses Reaktionsgefälle zur schnellen Freisetzung der einzelnen Fasern an der Außenseite

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des Holzschnitzels unter gesteuerten Bedingungen für ein schnelles Kochen verwendet wird, derart, daß (1) die anfänglich der wirksamsten chemischen Reaktion am Umfang der Holzschnitzel aufgesetzten Fasern sehr schnell aus dem Bereich der aktiven chemischen Reaktion abgeführt werden und (2) die anschließend darunter liegende Schicht von Fasern, welche dann die Außenseite der Holzschnitzel bildet, in der gleichen Weise wie unter (l) beschrieben behandelt wird. Zur praktischen Durchführung dieser Theorie sind Betriebsbedingungen notwendig, die man bisher als zu hart bzw. weitgehend angesehen hat, indem man annahm, daß sie von vornherein zu einem Zerkochen der zuallererst chemisch angegriffenen Fasern am Umfang der Λ Holzschnitzel führen würden. Bei der Ausführung der Erfindung besteht der Kochvorgang zusätzlich aus einer bestimmten Bewegung und/ oder zwangsläufigen Durchrührung der Schnitzel in der Weise, daß die zuerst chemischen angegriffenen Fasern in ihren Bindungen an den Schnitzel geschwächt und dann im Gegensatz zu der mechanischen Fasertrennung leicht geschüttelt werden, worauf dann die auf diese Weise freigesetzten Fasern sehr schnell aus dem aktiven Bereich des Kochers durch eine Flüssigkeitsströmung entfernt werden, die sie durch einen verengten Bereich treibt, durch den im wesentlichen nur freie Fasern hindurchgehen. Die freigesetzten Fasern werden somit aus dem Bereich der stärksten chemischen Reaktion herausgebracht, durch die Verengung herausgeführt und dann körperlich von der Hauptmenge der Strömungsflüssigkeit getrennt, so daß nachfolgende Koch- " vorgänge, sofern sie bei derartigen Fasern noch angewendet werden, leicht steuerbar sind und die Fasern bei einer derartigen nachträglichen Verarbeitung etwa die gleiche Größe, chemische Zusammensetzung und das gleiche Verhalten zeigen. Die Holzschnitzel oder anderen Ausgangsstoffe, von denen noch keine Fasern herausgelöst werden konnten, werden schnell dem Bereich der größten chemischen Aktivität zugeführt, so daß die außensitzenden Fasern wiederholt kurz dem chemischen Angriff ausgesetzt sind, der die Bindung schwächt und dann das Freisetzen der Fasern ermöglicht, die dann aus dem chemischen Wirkungsbereich oder wenigstens aus dem Bereich der größten chemischen Reaktion herausgeführt werden, während in dem Bereich

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der größten chemischen Wirkung aus den Schnitzeln oder anderem Ausgangsmaterial ständig neue fest an den Schnitzeln anhaftende Fasern herausgelöst werden. Die Schnitzel verbleiben in diesem Aktionsbereich oder werden immer wieder durch ihn hindurahgeführt in der Weise, daß am Umfang der Schnitzel eine mehr oder weniger kontinuierliche Folge maximaler chemischer Reaktion stattfindet, der eine schnei-Ie Freisetzung der herausgelösten Fasern folgt, worauf wieder die nächste Faserschicht dem chemischen Angriff ausgesetzt wird. Der Ablauf dieses kontinuierlichen Verfahrens wird so beeinflußt, daß jede Faser in ihrem ursprünglichen an einem Faserbündel oder am Umfang eines Holzschnitzels anhaftenden Zustand etwa der gleichen chemischen Wirkung unterworfen wird, jedoch für eine relativ kürzere Zeitdauer als bei den meisten bekannten Vorschlägen für kontinuierliche Verfahren und selbstverständlich auch für eine wesentlich kürzere Zeitdauer als bei den bekannten nicht kontinuierlichen Verfahren.

Ein Hauptziel der Erfindung wird somit darin gesehen, ein verbessertes, kontinuierliches Verfahren zum chemischen Aufschließen und Freisetzen von Zellstoff und eine entsprechende Anlage dafür anzugeben. Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Übersicht einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Anlage.

Fig. 2 und 3 sind schematische Darstellungen von weiteren Ausführungsformen des in Fig. 1 gezeigten Zellstoffkochers.

Fig. 4 ist eine geschnittene Teildarstellung einer Ausführungsform einer Durchflußverengung in der Größe freigesetzter Fasern, die schematisch in Fig. 1, 2 und 3 mit R bezeichnet ist; die Darstellung in Fig. 4 entspricht einem senkrechten Schnitt durch die Antriebswelle der in Fig. 2 bei R. gezeigten Einrichtung.

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Die in Fig. 1 gezeigte Gesamtanlage 10 enthält einen Zellstoffkocher 11, Entnahmebereiche oder -einrichtungen R,R sowie eine Einrichtung 12 zur körperlichen Trennung, die hier nur schematisch . dargestellt ist, jedoch aus einer üblichen Konstruktion einer bekannten Laugenpresse bestehen kann. Zur Konstruktion der einzelnen Elemente der Anlage wird auf verschiedene Vorveröffentlichungen verwiesen, wie US-Patentschriften 2 466 290, 2 789 052 und 3 096 234, in denen jeweils einzelne oder mehrere Elemente bzw. Apparate beschrieben sind, die für die praktische Ausführung der Erfindung verwendet werden können. Soweit für die Anlage gemäß der Erfindung diese an sich bekannten Einrichtungen und Apparate benutzt werden kön- ™ nen, sind diese in den Zeichnungen nur schematisch angedeutet.

Verfolgt man den Weg der Zellstoff enthaltenden Komponenten durch die Anlage nach Fig. 1, so erkennt man, daß das zu Schnitzeln 0 verarbeitete Ausgangsmaterial oben in den Zellstoffkocher 11 über einen üblichen rotierenden Druckzuführungsapparat 21 eingeführt wird. Die Schnitzel fallen von dem Zuführungsapparat in die Lösungsflüssigkeit oder -lauge, deren Spiegel L-I mit gestrichelten Linien in dem Kocher 11 eingezeichnet ist. Sobald die Schnitzel bei der gezeigten Ausführungsform der Anlage 10 genug Lauge aufgesaugt haben und absinken wird die Lauge innerhalb des Kochers 11 ständig umgewälzt. Dabei tritt die erste chemische Reaktion ä auf, bei der die äußeren Fasern schnell und fortlaufend von dem jeweiligen Schnitzel allein durch die geringe Ruhewirkung entfernt werden, d.h. die Schnitzel werden in oder zusammen mit der Laugenflüssigkeit durch die Rotation der Abzugseinrichtungen R bewegt. Diese Abzugseinrichtungen R,R sind sämtlich gleich ausgeführt und entsprechend der in Fig. 4 gezeigten Konstruktion. Die Einrichtungen R sind jeweils auf einer Antriebswelle 30 befestigt, die ihrerseits in Lagern 31 und 32 fliegend gelagert ist·. Die Welle verläuft konzentrisch innerhalb eines Laugenabzugsgehäuse 33 zylindrischer Form mit einer Entnahmeleitung 34, die schließlich zu einer Hauptsammelleitung 35a in Fig. 1,35b in Fig. 2 und 35c in Fig. 3 führt, welche in die physikalische Trennvorrichtung 12 mündet. Die An-

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triebswelle 30 der Abzugseinrichtung R. trägt ein Kreiselpumpen-Lauf rad 36 mit Schaufeln 36a, 36b, 36c, die auf einem flachen scheibenförmigen Bodenteil 36x stehen und im vorliegenden Beispiel zusammen mit der Bodenscheibe einen gemeinsamen Gußbauteil 36 bilden. Das Kreiselpumpenrad 36 erteilt den Schnitzeln, Paserbündeln oder ähnlichen in der Lauge innerhalb des Kochers in Suspension befindlichen Festkörpern eine Zentrifugalkraft, wenn diese suspendierten Körper sich der verengten Abzugsöffnung 37 nähern. Diese'Öffnung ist ein Ringraum zwischen der Unterseite der Bodenscheibe 36x und einer ringförmigen Rippe 38 (Pig. 4) welche auf der Wandung des Kochergehäuses 39 befestigt ist, derart, daß die entstehende Öffnung gerade den freigesetzten bzw. freigelegten Zellstoff-Pasern entspricht. Die Ringrippe 38 kann auch auf einer Zwischenscheibe befestigt oder in anderer Weise verschiebbar angeordnet sein, um den Spalt 37 genau auf die Größe der freigesetzten Zellstoff-Pasern einstellbar zu machen. "Vorzugsweise ist die Ringrippe 38 fest angeordnet und geht an ihrsn Seiten in den Verlauf der Kocherwandung 39 über, um Toträume zu vermeiden, während sich die Scheibe 36x relativ zur Ringrippe 38 kontinuierlich bewegt und dadurch eine fortlaufende Selbstreinigung dca Spaltes 37 gewährleistet. Die Schaufeln 36a, 36b, _>6c usw. dienen zum Antrieb der Pestkörper im G-egenstrom zu der durch den Spalt 37 austretenden Strömung, wobei die Partikel oder die noch nicht aufgeschlossenen Schnitzel von der Abzugaöffnung 37 weggetrieben werden, so daß auch duroh diesen Vorgang der Spalt 37 freigehalten wird. Die Pumpenräder 36 können entsprechend Pig. 1 als die einzige Antriebsquelle für den Umlauf der Lösungalauge im Kocher dienen. Man erkennt, daß unter den im Kocher 11, 11b oder Ho (Pig. 2 oder 3) herrschenden relativ hohen Drücken die Laugenflüssigkeit unter den Laufrädern 36 in die verengten Abzugsöffnungen und in die Leitungen 34 zu den Sammelleitungen 35a, b oder c herauszufließen versucht. Diese ziemlich erhebliche Strömung der Lauge führt die freigelegten Pasern schnell aus dem Inneren des Kochers und somit schnell aus dessen Bereich der maximalen ohemiBchen Aktivität heraus, während gleichzeitig die rotierenden Pumpenräder die Schnitzel in der Lauge aufrühren und die Lauge um-

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wälzen und darüber hinaus weitere Punktionen übernehmen, wie bei •dem vorliegenden Verfahren und der Anlage erwünscht wind. Bei dem in Pig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bleiben die Schnitzel oder Faserbündel und andere Partikel innerhalb des Kochers 11, bis sie auf die Größe entsprechend den freigelegten Pasern während der kontinuierliohen Umwälzung im Bereich der maximalen chemischen Einwirkung reduziert sind. Nach dem Herauslösen der Zellstoff-Pasern gelangen diese durch die ihrer Größe entsprechenden Abzugsöffnungen 37 (Pig. 4), in die Sammelleitung 35a und dann in den Separator 12. In dem Separator 12, der aus einem üblichen Schneckenförderer bestehen kann und innerhalb eines Filters oder eines Siebes arbeitet, wird die Zellstoffpulpe gepreßt und die freie Flüssigkeit aus der Pulpe herausgedrückt und gelangt über den Filter zurück in die Rücklaufleitung 40 gemäß Fig. 1. Aus der Pulpe sind dann 10 i» bis 95 9^ der freien Lauge physikalisch herausgetrennt, die aus der Presse oder einem anderen Separator 12 durch eine Leitung 41 immer noch unter Druck in den Abscheider 42 fließt, der ebenfalls unter Druck steht. Der Abscheider 42 besitzt eine Belüftungsleitung 43» clie an eine Hauptbelüftungsleitung 44 angeschlossen ist, wobei an letzterer außerdem eine Leitung 45 von der Oberseite des Kochers 11 her mündet, wobei über diese Leitung Luft, flüchtige Stoffe wie Terpentin usw. abgezogen werden, die zusammen mit den Schnitzeln in die Anlage gelangen, welche periodisch zur Gewährleistung des kontinuierlichen Verfahrens belüftet werden muß. Die Verbindung zur Sammelbelüftungsleitung 44 kann jedoch gesteuert werden, beispielsweise durch ein Ventil 46, so daß bei einer Belüftung nicht ein totaler Druckabfall in dem Kocher 11 oder vom Kooher über den Abscheider 42 auftritt; denn es ist wünschenswert, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stets einen erheblichen Druck aufrechtzuerhalten. Der in den Abscheider gelangende Zellstoff liegt in Form einer ziemlich konzentrierten Pulpe vor, d.h. mit einer relativ hohen Dichte. Da sich der Zellstoff jedoch auch auf einer relativ hohen Temperatur befindet würde eine plötzliche Belüftung wegen der auftretenden Verdampfung des in den Pasern enthaltenen Wassers zu einem Bersten od^er Aufplatzen der fasern führen. Bei der praktieohen Ausführung

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der Erfindung sind deshalb an verschiedenen Stellen Einrichtungen vorgesehen, damit der Druck am Umfang der Pasern sowie auch am Umfang der Schnitzel oder anderen Partikeln jederzeit ausreichend hoch ist, um ein Aufplatzen der Fasern durch einen inneren Druckabfall zu verhindern. Das bedeutet, daß der Druck innerhalb des Kochers ausreichend hoch gehalten wird, um ein Bntstehen eines Vakuums oder eines verringerten Druckes unterhalb des Sättigungsdruckes der Lauge innerhalb der Partikeln beispielsweise an den Ablaufseiten der Pumpenschaufeln 36a, 36b usw. zu verhindern. Zu diesem Zweck reicht es aus, einen ausreichend großen vorbestimmten Gesamtdruck inner- ψ halb des Kochers aufrechtzuerhalten, um örtlich auftretenden Druckabfällen entgegenzuwirken, die aufgrund der Umwälz- oder Rühreinrichtungen usw. entstehen könnten. Die Steuerung die in dieser Hinsicht auftretenden nachteiligen Einflüsse läßt sich leicht durchführen, zumal das Verhältnis von Trockensubstanz zu Flüssigkeit innerhalb des Kochers ziemlich klein ist, etwa im Bereich zwischen 1:100 bis 1:8. Die Suspension in dem Kocher ist somit sehr flüssig und kann ohne Schwierigkeiten der gemäßigten Ruhewirkung der Kreiselpumpen auch bei höheren Drehzahlen der Kreiselpumpen aussetzen, ohne daß irgendwelche Unterdruckzonen von Bedeutung innerhalb des Koohers entstehen. Die Temperatur innerhalb des Kochers befindet sich erheblich über der Umgebungstemperatur, in den meisten Fällen . oberhalb des Wassersiedepunktes, so daß bei einer atmosphärischen " Belüftung des Kocherinhaltes das Wasser, innerhalb der Fasern verdampfen und zu einem Aufplatzen der Fasern führen würde. Man erkennt daraus, daß die Suspension in dem Kocher und auch die die freigesetzten Fasern führende Strömung in den Leitungen 34 und in der Sammelleitung 35a bis zum Separator und durch die Zellstoffausgangsleitung 41 in den Abscheider 42 unter einem Überdruck gehalten werden ijuß, wobei die Pulpe in dem Abscheider 42 mit kaltem Wasser gewaschen wird, das über die Leitung 49 herangeführt wird. ■Das kalte Waschwasser verringert die Temperatur in den Fasern bis unter die Siedetemperatur der Lauge (wobei das Ausgangsventil 50 geschlossen ist) worauf dann die Fasern von der Unterseite des Abscheiders durch das Ventil 50 abgezogen werden und in eine Leitung

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51 gelangen, die zu der Waschanlage für die Fasern führt. Das Steuerventil 50 wird durch einen vom Laugenspiegel "beeinflußten Fühler LLG betätigt, der schematisch dargestellt ist und den Laugenspiegel in dem Abscheider abfühlt und ihn auf einem im wesentlichen konstanten Wert während des normalen Arbeitsablaufes hält. Auf diese Weise wird innerhalb des Abscheiders der Druck und der Abfluß der Flüssigkeit gesteuert, die aus der der Leitung 51 zufließenden Pulpe besteht und durch das Waschwasser aus der Leitung 49 soweit abgekühlt ist, daß ein Platzen der Fasern vermieden wird.

Vorstehend ist im wesentlichen der Vorlauf des Zellstoffes in der Λ Anlage 10 beschrieben worden. Der Vorlauf aus dem Kocher heraus findet nicht statt, wenn keine Fasern freigesetzt werden; in diesem Fall werden die Schnitzel und anderen Zellstoff enthaltenen Partikeln in dem Kocher umgewälzt.

Die auf die Größe der freigesetzten Fasern bemessenen Abzugseinrichtungen R,R, welche die Umwälzeinrichtungen darstellen und eine konzentrisch zur Antriebswelle verlaufende Abzugsleitung aufweisen, sind anhand von Fig. 4 erläutert. Für sich genommen entsprechen sie in ihren Eigenschaften handelsüblichen Einheiten, bei denen der Austrittsspalt unter dem Pumpenrad eingestellt werden kann.

Der Kreislauf der Lauge bzw. der Lösungsflüssigkeit beginnt unter f den Pumpenrädern R,R in den Abzugsleitungen 34,34 und in den Sammelleitungen 35a, in denen hauptsächlich freigelegte Fasern befördert werden. Der Kreislauf setzt sich weiter fort in dem Separator 12, wo die Hauptmenge der Lösungsflüssigkeit aus der Pumpe getrennt wird und die Pulpe mit erhöhter Konsistenz über die Leitung 41 in den Abscheider 42 gelangt, während die abgetrennte Lauge aus dem Separator über die Rücklauf leitung 40 in eine Rückläu^Ü^ung 60 gelangt, an die eine Umwälzpumpe 61 angeschlossen ist. An eine übliche pH-Wert-Meßvorrichtung ist schematisch angedeutet, die den pH-Wert in der zur Pumpe 61 führenden Saugleitung 60 mißt und ein Ventil 63 steuert, über das frische Lauge von einer Laugenzuführungsleitung 64 je nach Bedarf beigegeben wird. Es ist klar, daß sämtli-

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-lO-che in der frisch aufbereiteten Lösungsflüssigkeit enthaltenen Chemikalien während des Kooh- und Aufschließvorganges verbraucht werden. Dieser Verbrauch beträgt beispielsweise bezüglich des gesamten Fasertrockengewichtes annähernd 14 bis 18 Gewichtsprozente des verwendeten aktiven Alkali (d.h. das entsprechende Gewicht von Natriumoxyd im Fall der Verwendung von Natriumhydroxyd). Die verbrauchten Chemikalien müssen dem System über die Umwälzpumpe 61 wieder zugeführt werden. Vorzugsweise werden die Chemikalien zunächst verdünnt bzw. in dem Behälter 64 gelöst, während der Hauptanteil der umlaufenden Lösungsflüssigkeit sich in der Sammelleitung 60 befindet, so daß eine örtliche höhere Konzentration von Chemikalien nicht innerhalb des Kochers vorhanden ist.

Die Flüssigkeit wird von der Auslaßseite der Umwälzpumpe 61 über ein Regelventil 65 und eine übliche Heizvorrichtung 66 weiterbefördert, die im vorliegenden Fall ein mit Dampf gespeister Wärmeaustauscher ist. Der Dampf wird der äußeren Phase des Wärmeaustauschers zugeführt und das Kondensat in üblicher Weise abgeführt. Eine direkte Dampfheizung findet keine Anwendung, da die Flüssigkeit durch die innere Phase oder den Durch.ga.r~ dj& Wärmeaustauschers 66 hindurchströmt. Eine Hei ^⁷""ng dieser λ. . ist nicht absolut notwendig, doch wird die Vielse: üigkeit der Erfindung dadurch gezeigt, daß die Wärme dem System auf diese Weise wieder zugeführt werden kann, ohne daß Wasser zugeführt wird. Die Umwälzpumpe 61 speist somit die Leitung 68, die über das Steuerventil 65 zum Wärmeaustauscher 66 und in den Verdampfer 11 führt, womit der Laugenkreislauf geschlossen ist. Für praktische Zwecke ist dieser Kreislauf adiabatisch, da möglichst sämtliche Wärmeflüssigkeit innerhalb des Kochers erhalten werden

soll, wenigstens innerhalb der Grenzen der praktischen Ausführbaraus

keit. Nachteiliger wäre es Flüssigkeit/dem Kocher abzuziehen, diese abzukühlen und nachträglich wieder aufbeizen zu müssen. Selbstverständlich übt die zugesetzte frisch aufbereitete Lauge eine kühlende Wirkung aus, weshalb beispielsweise über den Wärmeaustauscher 66 zusätzliche Wärme zugeführt werden muß. Außerdem entstehen unvermeidbare Wärmeverluste in dem Rücklaufsystem, unabhängig davon, wie

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wirksam die Isolation der Leitungen 40, 60, 68 usw. ist. Der Hauptzweck der verschiedenen WärmeZuführungseinrichtungen besteht jedoch in der Aufheizung der zugeführten Schnitzel, um den erforderlichen Kochvorgang innerhalb des Zellstoffkochers aufrechtzuerhalten. Es können jedoch auch andere Wärmerückgewinnungsanlagen Verwendung finden.

Bine an sich bekannte Steuereinrichtung findet im vorliegenden Pail Anwendung als Meßgerät 69 für das Flottenverhältnis in der Sammelleitung 35 und gibt dem Steuerventil 65 über die gestrichelte Linie 69a ein Signal zur Beeinflussung der rücklaufenden Laugenmenge in der Weise, daß die Gesamtmenge der zurücklaufenden Lauge innerhalb der Sammelleitung 35a ein vorbestimmtes Flottenverhältnis aufrechterhält. Dieses Verhältnis von Zellstoff zu Lauge kann den jeweiligen Anforderungen und Bedingungen angepaßt sein und liegt vorzugsweise innerhalb der weiter oben angegebenen Bereiche mit niedrigem Flottenverhältnis, das für den Kocher selbst vorgeschlagen wurde. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß eine wesentliche Menge der Flüssigkeit in der Rücklaufströmung durch die Sammelleitung 35a fließt und die freigesetzten Fasern mit sich führt, so daß in der Sammelleitung 35a selbst niedrigere Flottenverhältnisse als zuvor für den Kocher angegeben auftreten können. Das Verhältnis von Festkörper zu Flüssigkeit wird deshalb den jeweiligen Umständen anzupassen sein, insbesondere im Hinblick auf die Freihaltung der Abeugsöffnungen 37, damit die freigesetzten Fasern so schnell wie möglichaus dem Kocher herausgeführt werden. Um dieser Forderung in jeder beliebigen Anlage zu genügen, muß eine bestimmte Flüssigkeitsmenge als Träger vorhanden sein; diese Menge läßt sich leicht für jede gegebene Bedingung von der Bedienungsperson bestimmen und danach ebenso leicht durch die Steuersysteme 69, 69a, 65 aufrechterhalten.

In dem Kocher 11 befindet eich ebenfalls eine den Flüssigkeitsstand steuernd· Einrichtung LLO, die den Flüssigkeitsspiegel L-1 im Kocher über die tohematisch bei 71 angedeutete Leitung abfühlt und über

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die Leitung 72 ein Steuerventil 73-beeinflußt, um Flüssigkeit aus dem Umlaufsystem über die Leitung 74 von der Auslaßleitung 40 des Separators 12 abzuziehen. Man erkennt, daß eine kontinuierliche Einregelung der Laugenkonzentration bzw. des Wassergehaltes im Kocher nicht möglich ist und daß eine bestimmte Menge verbrauchter Lauge durch die Leitung 74 über das Steuerventil 73 kontinuierlich während der Verarbeitung abgezogen werden muß, als Kompensation für die Zuführung frischer Lauge aus der Zubereitungsquelle 64 und zur Aufrechterhaltung des Flüssigkeitspegels L-1 im Kocher 11. Das Laugenaufbereitungssystem, zu dem die Leitung 64 führt, ist üblicher Bauart und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden. Die Rückleitung 75 von den nicht dargestellten üblichen Zellstoff-Waschanlagen kann eine bestimmte Menge verbrauchter Lauge in die Sammelleitung 74, ebenfalls zur Wiederaufbereitung, zurückführen.

Im Zusammenhang mit dem Wärmeausgleich der Anlage wurde schon weiter oben ausgeführt, daß ein erheblich größeres Laugenvolumen mit einem beträchtlichen Wärmeinhalt in dem Kocher 11 vorhanden ist, wobei diese in dem Kocher 11 befindliche Hauptmenge der Lauge zur Erzielung der erwünschten Beweglichkeit bzw. schnellen Umwälzung notwendiger Weise durch den Kreislauf 35a, 40, 60, 68 und zurück zum Kocher 11 fließen muß. Dabei entstehen bestimmte Wärmeverluste, die zwar innerhalb der Grenzen des vertretbaren Aufwandes vermieden werden, damit ein adiabatischer Arbeitsablauf für die wirklich zurückgeführte Lauge bzw. Lösungsflüssigkeit gewährleistet ist. Wärmeverluste entstehen aufgrund der aus dem Separator 12 über die Leitung 41 abgezogenen Zellstoffpulpe, ferner in der dem Wiederaufbereitungssystem über die Sammelleitung 74 zugeführten Flüssigkeit und aufgrund der Zugabe frischer Lauge über das Steuerventil 63, (wobei es sich hierbei nicht um einen echten Wärmeverlust, sondern um eine ungenügende V/ärme zufuhr bei nicht ausreichend erwärmten Material handelt). Die Wärmezufuhr für das Flüssigkeitssystem kann auf verschiedene Weise erfolgen. Einmal handelt es sich um das sog. Trocken-Erwärmungssystem 66, bei den Frischdampf nicht direkt in'dem Wärmeaustauscher 66 in die Laugenflüssigkeit gelangt, zum

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anderen erfolgt die Wärmezufuhr über die Leitung 75» bei der Frischdampf von der DampfSammelleitung 76 über ein Steuerventil 77 direkt dem Kocher 11 zugeführt wird, und zwar in Abhängigkeit von den über die Leitung 78a abgenommenen Temperatursteuersignalen, welche dem Empfänger 78 zulaufen, der seinerseits das Ventil 77 über die Signalleitung 78b steuert. Diese Temperatursteuerung ist üblicher Bauart und daher nur schematisch in der Zeichnung dargestellt. Jeder bestimmte Zustand der Anlage führt jeweils zu Veränderungen in der Gesamtarbeitsweise, die von dem Bedienungspersonal beherrscht werden können. Ein diesbezüglich typischer Zustand der Anlage sei nachfolgend beschrieben:

Da die Zellstoff enthaltenden Schnitzel G über den Druckförderer 21 direkt in den Kocher 11 gelangen, entsteht eine unbekannte Größe für die durch die Zeit, Temperatur und chemische Reaktion beeinflußte Aufschließung, wenn die Schnitzel Feuchtigkeit aufsaugen und in den Verarbeitungskreislauf eintreten. Diese unbekannte Größe für die Beeinflussung des Arbeitsablaufes ergibt sich jedoch tatsächlich als eine Zeitdauer von 5 Minuten im Durchschnitt. Die verwendeten Holzschnitzel besitzen übliche Größe und einen üblichen Aufbau, wenn man von der vorausgesetzten Kraftzellstoffherstellung aufgeht. Die mitgeführte Luft und die eintretenden nicht kondensierbaren Gase werden ziemlich schnell beim Eintritt in die heiße Lauge innerhalb des Kochers verdampft, wobei diese Verdampfung einen Überdruck an dem Belüftungsventil 46 erzeugt, der bei etwa 9,9 atü innerhalb des Kochers, an dem Abscheider 42 und somit auch an den Leitungen zwischen diesen Apparaten vorhanden ist. Bei einem Faser/Flüssigkeitsverhältnis von 1:20 innerhalb des Kochers wird der Temperaturregler auf ca. 170° 0 eingestellt. Der ankommende Frischdampf aus dem Steuerventil 77 dient zur Aufrechterhaltung dieser Temperatur. Das Abfühlgerät 69 für die Konsistenz bzw. das Flottenverhältnis wird so eingestellt, daß das Rücklaufventil 55 diesen angegebenen Konsistenzwert im Inneren des Kochers im wesentlichen aufrechterhält, und zwar im Zusammenhang mit einem vorbestimmten Laugenpegel, der durch das Steuergerät LLO beeinflußt wird. Der Alkali-Verbrauch für die jeweilige Anlage berechnet sich

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auf 16 fo des Trockenfasergewichtes und der Schwefelgehalt (Sulfidität) in der Kochflüssigkeit im Kocher 11 liegt bei 25 # im vorliegenden Beispiel, wozu hauptsächlich die Zugabe frischer Lösungsflüssigkeit über den pH-Wert-Messer 62 gesteuert wird. Die frisch aufbereitete Lösungsflüssigkeit in dem Behälter 64 enthält eine Konzentration von Natriumsulfid und Lauge, so daß nicht nur der vorgegebene Schwefelgehalt (Sulfidität) in dem Kocher 11 aufrechterhalten wird, sondern auch der Bereich der maximalen chemischen Aktivität eine effektive Laugenkonzentration von-. 30 Gramm pro Liter aufweist. Diese Konzentrationsverhältnisse in dem Kocher werden über den pH-Wert-Messer 62 aufrechterhalten. Die über das Steuerventil 63 zufließende erforderliche frische Lösungsflüssigkeit erfordert eine zusätzliche Aufheizung in der Rücklaufleitung 68, wozu der dem Wärmeaustauscher 66 zugeführte Dampf von Hand entsprechend gesteuert werden kann, während der Temperaturregler 78 automatisch die erforderliche Temperatur im Kocher aufrechterhält.

Die Drehzahl der Kreiselpumpenräder an den Abzugsöffnungen R,R beeinflußt die Umwälzgeschwindigkeit in dem Kocher selbst, wobei das Zellstoffausgangsmaterial ebenfalls kontinuierlich umgewälzt wird und die äußeren Fasern fortlaufend in den Bereich der maximalen chemischen Einwirkung gelangen, so daß ihre Bindung gelockert wird und sie schließlich befreit werden und nach einer minimalen durchschnittlichen Verweilzeit in dem Kocher über die verengten Abzugsöffnungen R,R in die Sammelleitung 35a gelangen. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Presse in dem Separator 12 wird so gesteuert, daß noch ein gewisser zusätzlicher Koch- oder Aufschlußvorgang in dem unter Druck befindlichen Trennbereich bestehen bleibt. Druck und Temperatur sind in dem Separator etwa gleich wie im Kocher, um die Wärmeverluste im Rücklauf gering zu halten.

Der chemische Aufschluß der freigesetzten Fasern wird durch die Zugabe von Waschwasser über die Leitung 49 in den Abscheiderbehälter sowie durch die nachfolgenden Zellstoff-Waschanlagen schnell verlangsamt, so daß die tatsächliche Koch- oder Aufschlußzeit etwa

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der Verweilzeit im Kocher 11, in der Sammelleitung 35a sowie in dem Separator 12 entspricht, während noch eine kurze Nachkochzeit in dem Abscheider gegeben ist, bis die Fasern durch die Zugabe von Wasch- wasser abgekühlt werden. Die im vorliegenden Beispiel verwendeten Holzschnitzel behalten während der fortlaufenden Umwälzung innerhalb des Kochers durch den Bereich der maximalen chemischen Reaktion (bevor sie in freie Fasern zerfallen) bei dem beschriebenen Aufschlußvorgang etwa 15 Minuten lang ihre Form. Die Verweilzeit der freigesetzten Fasern in dem Bereich zwischen den verengten Abaugsöffnungen bis zum Abscheider 42 beträgt ca. 5 Minuten, so daß die Koch- und Aufschlußzeit insgesamt höchstens 20 Minuten ausmacht.

Bei theoretischer Betrachtung erfahren die äußeren Fasern eines Schnitzels eine bestimmte chemische Einwirkung im Bereich der maximalen chemischen Reaktion im Kocher 11, wenn man allein die theoretisch freigelegte äußere Faser im Bereich der maximalen chemischen Reaktion sowie den innen befindlichen Bindungsstoff, das Lignin berücksichtigt, das die Rückseite der Faser umgibt und festhält, so daß, wiederum bei theoretischer Betrachtung des hier zugrunde gelegten chemischen Aufschlußgradienten das Äußere der Faser tatsächlich schneller als der weiter innen liegende Bereich aufgeschlossen bzw. gelöst wird. Letztlich bewirkt jedoch der Lösungsvorgang an der Innenseite der Faser die Entholzung, welche die Bindung schwächt und bei einer leichten Ruhewirkung zu einer Freisetzung der Faser führt. Ist die Faser frei, so befindet sie sich kurzzeitig im Bereich der maximalen chemischen Wirkung innerhalb des Kochers und wird mit der gleichen chemischen Kraft/die noch nicht zerfallenen Holzschnitzel angegriffen. Diese Zeitdauer wird durch den Umwälzvorgang innerhalb des Kochers auf einem Kleinstwert gehalten, derart, daß bei einer theoretisch betrachteten Umwälzung die Verweilzeit einer freigesetzten Faser bis zum Ausfluß aus den Entnahmeöffnungen R ca. eine Minute beträgt. Dieser Berechnung liegen hauptsächlich theoretische Überlegungen zugrunde, doch sie führt zu einer Annäherung an die wirklichen Verhältnisse und dient zum Verständnis des Vorganges bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Erfindung liegt die Überlegung zu-

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gründe, daß die sogenannte mit Lignin gefüllte Paser an dem Schnitzel haften bleibt und somit zum Teil gegen den stärksten chemischen Angriff geschützt wird, bis der Abbau oder die Lösung des Lignins der einzelnen Paser soweit vorangeschritten ist, daß sie leicht von dem Schnitzel abfällt. Bis zu diesem Zeitpunkt erfährt nur ein Teil der freigelegten Seite der Paser den stärksten chemischen Angriff; tatsächlich wird aber ein noch kleinerer Bereich der eigentlichen inneren Paser direkt chemisch angegriffen. Hat sich die Paser einmal abgetrennt, so befindet sie sich als Ganzes in der Umgebung maximaler chemischer Einwirkung, welche zur Herbeiführung des erwünschten chemischen Wirkungsgradienten von der Außenseite zum Inneren der Schnitzel stärker sein kann als bei einem Chargen-Kocher oder bei anderen mit niedriger Lösungsgeschwindigkeit arbeitenden Aufschlußverfahren. Aus diesen Überlegungen ergibt sich zwingend, die Umwälzgeschwindigkeit so zu bemessen, daß die Verweilzeit im Kocher für die freigesetzten Pasern so gering wie möglich gemacht wird bzw. daß diese Pasern möglichst schnell durch die Abzugsöffnungen R in den Separator gelangen. Die in der Aufschließungsflüssigkeit freien Pasern können innerhalb weniger Sekunden durch die Sammelleitung 35a hindurchgeführt werden, so daß der in diesem Bereich erfolgende chemische Angriff theoretisch vernachlässigbar ist. In der Trennzone im Separator 12 ist die Verweildauer wieder etwas größer, wobei der Zellstoff dann wenigstens anfänglich der gleichen chemischen Konzentration, Temperatur und dem gleichen Druck wie im Kocher ausgesetzt ist.

Bei der physikalischen Trennung mit einer die Flüssigkeit abführenden Presse oder einem ähnlichen Gerät wird relativ schnell eine erhebliche Plüssigkeitsmenge aus den Pasern entfernt und somit sofort die maximale chemische Einwirkung dadurch verzögert, daß die relative chemieche Konzentration bezüglich der Trockenfaser abnimmt, wenn auch der Druck und die Temperatur sich zu diesem Zeitpunkt noch nicht wesentlich ändern. Die relative Abnahme der chemischen Konzentration bezüglich der Trockenfaser geht gesteuert vor sich. Es handelt sich dabei um eine recht einfach durchzuführende

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Steuerung des Betriebs der Pressen oder anderer druckbetätigter Separatoren. Das Verhältnis zwischen den vorhandenen Chemikalien und der gegenwärtigen Trockenfaser kann unter gesteuerten Bedingungen über eine vorbestimmte Zeitdauer verändert werden, beiapiels-. weise über 5 Minuten, so daß der genaue Wert des eigentlichen chemischen Aufschlusses in dieser Trennzone auf dieser Basis berechnet werden kann, wenn man annimmt, daß für die einzelnen Pasern in dieser Zeit gleiche Temperatur und Druckbedingungen herrschen. Ferner ist zu berücksichtigen, daß sich in der Trennzone eine bestimmte Anzahl von Pasern befinden, die wahrscheinlich chemisch überbehandelt worden sind, und andere Pasern, die in dem Kocher nur oberflächlich aufgeschlossen worden sind. Der Hauptanteil der in den Separator 12 gelangenden Pasern wird sich jedoch im Zustand der Aufschlußtoleranz befinden, der sich aus dem Ligningehalt bestimmt. Unter gesteuerten Bedingungen liegt der Ligningehalt des in die Trennzone kommenden Zellstoffes bei etwa 18 # plus oder minus 1 i» für etwa 90 $> der Pasern.

Ein Merkmal der Erfindung besteht somit darin, daß die durchschnitt« liehe Verweildauer der freigesetzten Pasern im Bereich maximaler chemischer Einwirkung durch einen raschen Flüssigkeitsumlauf und durch die Abzugsöffnungen für die freigesetzten Imaem reistir steuerbar ist. Besteht der Wunsch, den Ligningehalt von etwa 18 i» für die durchschnittlichen 90 fi der fasern in der Trennzone 12 zu verringern, so kann die Geschwindigkeit dtr Separatorprtsttn odtr ähnlicher Einrichtungen entsprechend beeinflußt werden. Soll beispielsweise dtr Ligningehalt um 2 0 in Burohaohnitt verringert werden, dann kann die Verweildauer in dtr Trennsone etwa 5 Miaut tu betregen. Soll dtr Ligningehalt beispielsweise u> 5 # vtrriigtrk werden, so wird dit Verweildauer in den 8eparatoreinriohtunfsa entsprechend verlängert. GHeiohzeitig ait dtr physikalischen Trennung in der Stparatorsont geht tint Ausgleiehswirkung einher, dlt darin besteht, daß die Fasern mit einem größeren Ligningehalt tine r stärkeren ohemisehen Einwirkung unterliegen als Fasern mit einem geringeren Ligningehalt; dies schon deshalb, da viele der Bin-

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flußgrößen ausgeschaltet sind, welche der Tendenz entgegenstehen könnten, daß größere Ligninkonzentrationen einer größeren chemischen Einwirkung ausgesetzt sind. In der physikalischen Trennzone sind im wesentlichen keine örtlichen Überdrücke oder Übertem-

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peraturstellen vorhanden, daß das wirkliche Verhältnis von chemischer Konzentration zu Trockenfaser ohne Schwierigkeiten beeinflußbar ist. Das wesentliche Kennzeichen der Fasertrennung über die verengten Abzugsöffnungen aus dem Kocher hat die Wirkung, daß nur freigesetzte Fasern in einem gleichmäßigen physikalischen Zustand, von Größe, Faserstruktur, Sättigung usw. in die Trennzone gelangen, so daß die Bedingungen für eine chemische Ausgleichswirkung mit Bezug auf den noch vorhandenen Ligningehalt äußerst günstig sind.

Für das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel seien die gleichen Betriebsbedingungen im Hinblick auf Zeit, Temperatur, Konzentration, Druck usw. für den Kocher 11a angenommen, der dem Kocher 11 mit der Ausnahme entspricht, daß die Abzugsvorrichtungen Β,,Β.. in der Nähe des Koehersodens angeordnet sind, derart, daß keine örtlichen StrömungBBchatten der Umwälsung auftreten. Die verengten Abzugsöffnungen ι'egen direkt In der Bahn einer beträchtlichen Strömung dtr uc j«älzten Flüssigkeit, die an den Umwälzrorriohtungen vorbei aus dem Kooherboden heraus durch eine 8augleitung 80 in eine Umwälzpumpe 81 strömt, welohe die Flüssigkeit über einen tehr kurzen Kreislauf 82 in den Kocher 11a «urüokführt. Diese Rückführung mündet unterhalb dtt Flüstigktitsspitgtle bei 82», to daß tint lusatilioht leeinflussungsgröle dtr Anlagt eingefügt ist. Bit Tier Atsugsöffnungen B₁I₄ siehen tint betriehtlieme Flüssigkeitsströmung einsonlieslioh frtigtsetster Fmsera in iit faamelleitung 33b at, dit in den separator 12 enttprtthend flg. 1 einmündet, währemd das lüeklaufsjstem 80, 81, 82 tint weitergehende Beeinflussung dtr Ttrvtilitit dtr frsigttttittn Fseerm inatraals dtt loohers lla gewährleistet.

Ss ist lu berücksichtigen, daß die Wirkungsweise der Kocher 11, 11»

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oder lib nicht allein darin besteht, Zellstoff enthaltende Schnitzel mit einer relativ genau bemessenen Flüssigkeitsmenge aufzuschließen, so daß die freigesetzten Fasern weggespült werden können und ihre Verweilzeit im Kocher genau unter Berücksichtigung der umgewälzten Flüssigkeit berechnet werden könnte. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung wird eine beträchtliche Menge Flüssigkeit verwendet, so daß eine kontinuierliche Flüssigkeits^ase mit einer dispergierten ^jase von Schnitzeln vorliegt und die erwünschte Dünnflüssigkeit gegeben ist. Unter diesen Voraussetzungen ist immer die Möglichkeit vorhanden, daß eine bestimmte Anzahl freigesetzter Fasern in die Umwälzströmung gelangt und nicht abgezogen wird. Andererseits kann durch sorgsame Beeinflussung des Umwälzsystems und der Umwälzgeschwindigkeit im Kocher bei einem oder mehreren Umwälzströmungen eine ausreichend schnelle Abzugsbewegung einer beträchtlichen Flüssigkeitsmenge durch die verengten Abzugsöffnungen R₁R₄ bewirkt werden, so daß der größte Anteil der freigesetzten Fasern nur kurze Zeit im Kocher verweilt. Ein wesentliches Prinzip der Erfindung umfaßt nicht nur die Erzeugung eines Reaktionsgradienten von der Außenfläche nach innen für einen gegebenen Holzschnitzel im Bereich der maximalen chemisohen Einwirkung sondern auch die Verringerung der Verweilzeit der freigesetzten Fasern im Bereich dieser maximalen chemischen Einwirkung auf einem Kleinstwert zu halten. Dies wird in einfacher Weise durch die steuerbaren Strömungsgeschwindigkeiten der umgewälzten Lösungsflüssigkeit erreicht.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung unterscheidet sich etwas von den Vorhergehenden. Der Kocher 11b mit den an seinem Boden angeordneten Abzugsvorrichtungen R,R entspricht denjenigen der anderen Ausführungsbeispiele. Die,Abzugseinrichtungen münden in eine Sammelleitung 80b, an die eine Umwälzpumpe 81b angeschlossen ist, die wiederum über eine kurze Rückleitung 82b in den Kocher 11b mündet. Auch hier findet eine erhebliche Flüssigkeitsrückführung aus der Trennzone 12 über ein Rücklaufaystem 40, 60, 68 usw. entsprechend Fig. 1 Verwendung. Während die Anlagen gemäß Fig. 2 und 3 eine

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zusätzliche Steuerung der Laugengeschwindigkeit innerhalb der Kooher 11a bzw. 11b enthalten.

Ein zusätzliches Merkmal der in Fig. 3 gezeigten Anlage besteht aus einer Vorbefeuchtung der bei 90 eingeführten Schnitzel 0. Die Vorbefeuchtung erfolgt mit weißer Lösungsflüssigkeit, die bei 91 zugeführt wird. Die befeuchtete Mischung wird.unter Druck gesetzt und über eine Presse 92 der Umwälzpumpe 81b zugeleitet, so daß ein

Saugdruck bei 80a über eine übliche Schnecke 92a in der Presse entsteht, die durch einen Motor 92b betätigt wird unä ein übliches ^ zylinderförmiges Sieb 93 zum Abpressen der Flüssigkeit enthält. Dadurch wird die überschüssige weiße Flüssigkeit freigesetzt und über die Leitung 91 zur weiteren Aufbereitung der Holzschnitzel zur Verfügung gestellt. Diese Anlage bietet dadurch gewisse Vorteile, daß die Holzschnitzel direkt in die kurze Umwälzleitung 80b, 81b, 82b zu einem Zeitpunkt eingeführt werden, nachdem ihre äußere Faserschicht abgelöst worden ist. Die Schnitzel gelangen über die Leitung 82b in den unteren Kocherbereich unmittelbar in der Nähe der Abzugseinrichtungen R,R. Somit werden die Holzschnitzel oder anderen Partikel, an denen gerade weitere Fasern am Umfang freigesetzt worden sind mit vorbefeuchteten Schnitzeln vermischt, die ebenfalls Fasern abgeben und mit den Fasern verglichen werden können, die bei der Umwälzung im Kocher selbst ständig von neuem herausgelöst werfe den.

Verfahrensmäßig betrachtet ergibt sich, daß die Anlage 10 mit oder ohne die Merkmale der Fig. 2 und 3 ein kontinuierliches Koch- und Aufschließungsverfahren für Zellstoff ermöglicht. Dieses Verfahren umfaßt (1) die kontinuierliche Umwälzung einer Zellstoff-Flüssigkeitsströmung bei einem vorbestimmten Drue]: und einer Kochtemperatur durch einen Kreislauf, der aus der AufSchließungszone, aus dem Abzugsbereich, einer physikalischen Trennzone und einer Rückführung in die AufSchließungszone besteht. Das Verfahren umfaßt (2) das Einführen der Lösungsflüssigkeit und der Holzzellstoff-Faserpartikel in den Kocher bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer

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dünnflüssigen Suspension innerhalb des Kochers mit einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit wie Ii100 bis 1:8. Bei diesem Verfahren wird (3) kontinuierlich in dem Aufschließungabereich ein chemisches Herauslösen und eine Entholzung durch eine Beziehung von chemischer Konzentration, temperatur und Druck so aufrechterhalten, daß die chemische Entholzung zu einer Schwächung des Verbandes der äußeren Fasern der Schnitzel^irheblich größerer Geschwindigkeit als bei den weiter innen liegenden Fasern führt. Ein weiteres Merkmal des Verfahrens (4) besteht darin, daß die Suspension kontinuierlich leicht durchrührt bzw. umgewälzt wird, um so kontinuierlich von den Schnitzeln äußere Fasern abzulösen, deren Bindung entsprechend geschwächt ist, wobei neue äußere Fasern den Bedingungen entsprechend (3) ausgesetzt werden. Ein weiterer Vorgang (5) besteht darin, daß die gemäß (4) freigesetzten Fasern enthaltende Strömung kontinuierlich durch die der Fasergröße entsprechende Abzugsöffnung des Kochers herausgeführt und in die Trennzone überführt werden, wo ein erheblicher Anteil im Bereich von 10 $ bis 95 "fa der freien Flüssigkeit von den Zellstoff-Fasern getrennt und von neuem dem Aufschließungsbereich durch den unter (1) beschriebenen Kreislauf zurückgeleitet wird. Ein weiteres Merkmal (6) des Verfahrens besteht darin, daß die dispergierten Schnitzel oder anderen Partikel in unmittelbarer Nähe der Eintrit"teseite der Abzugsöffnungen kontinuierlich einer Bewegung innerhalb der Flüssigkeit unterworfen werden, und zwar im Gegenstrom zu der in die Abzugsöffnung eintretenden freie Fasern enthaltenden Strömung. Während der vorgenannten Stufen (1) bis (6) wird dauernd ein Druck aufrechterhalten, der verhindert, daß die Fasern aufgrund einer Verdampfung der enthaltenen Flüssigkeit platzen; gleichzeitig wird kontinuierlich eine mechanische Umwälzung bzw. Durchrührung so aufrechterhalten, daß eine mechanische Beschädigung der Fasern verhindert wird. (7) Die physikalisch getrennten freien Zellstoff-Fasern und die abgepreßte Flüssigkeit werden weiterhin unter einem vorbestimmten Druck und unter der Wirkung eines fortgesetzten chemischen Aufschlusses gehalten, um den Ligningehalt unter den durchschnittlichen Ligningehalt der die Aufschlußzone verlassenden Fasern abzu-

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senken. Die gemäß (7) ausgepreßten Zellstoff-Fasern werden (8) gewaschen, wobei die innere Fasertemperatur unter 100° C absinkt und gleichzeitig der Druck auf den umgebenen Atmosphärendruck absinkt.

Bei einer für die Erfindung typischen Ausführungsform liegen die Temperaturen gemäß Merkmal (3) im Bereich zwischen 100 und 200° 0, während der Überdruck 1,41 bis 17,6 kg/cm beträgt. In dem beschrie benen Kraftverfahren liegen die Alkalikonzentfationen bei 5 bis 25 des Trockenfasergewichtes auf der Basis von 100 % Natriumhydroxyd-Konzentration, während der Schwefelgehalt (Sulfiditat) im Kocher fe seibat 10 $ bis 50 fo beträgt. In anderen Verfahren gemäß der angegebenen Lehre liegt, die Temperatur und der Druck innerhalb der gleichen oben angegebenen Bereiche. Auch andere Chemikalien, wie eine Kombination Alkali-S0₂ werden in relativ hohen Konzentrationen ange wendet; es braucht auch nur das Alkali in dem angegebenen Bereich angewendet zu werden.

Die Kombination der Beziehung von Temperatur, Druck und chemischer Konzentration sollte so gewählt sein, daß der erwünschte Reaktionsgradient von der Außenseite der einzelnen Schnitzel und/oder anderen Partikel zum Inneren hin entsteht. Dazu ist in den meisten Fällen eine Reaktionsbeziehung zwischen diesen veränderlichen notwendig, bei der die Aufschließmngsgeschwindigkeit eines Aufschlußver- W fahrens mit abgeschlossener Kocherfüllung wenigstens um 25 i° vorzugsweise jedoch wenigstens um mehrere 100 $ bezüglich der chemischen Einwirkung erhöht wird, so daß die gesamte Verweildauer der freigesetzten Fasern im Bereich der maximalen chemischen Einwirkung auf einen geringen Bruchteil des Wertes absinkt, der bei bekannten Verfahren als üblich angesehen wurde. Gemäß der Erfindung ist es somit möglich, den Kochvorgang oder die Entholzung mit einer solchen Geschwindigkeit durchzuführen, daß die Schwächung des Verbunds der äußeren Fasern beträchtlich beschleunigt wird und zwar deutlich schneller als die Schwächung des Verbunds der weiter innen liegenden Fasern. Es ist schwer, diese Wirkung numerisch auszudrücken, wenngleich sie der Fachmann ohne weiteres erkennt, zumal es sich

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um eine Intensivierung des chemischen Koch- bzw. Aufschließungsvorganges handelt, die man bisher zu vermeiden versuchte. Die Grundidee der Erfindung besteht auch darin, daß nach dem Stand der Technik überflüssige oder überschüssige Flüssigkeitsmengen durch eine verengte Fangzone umgewälzt werden, wobei noch nicht freigesetzte Fasern zurückgehalten werden, jedoch freigelegte Zellstoff-Fasern sehr schnell aus dem Bereich der maximalen chemischen Einwirkung herauskommen. Die zurückgehaltenen Partikel werden im Kocher vorzugsweise sehr schnell umgewälzt, da die abgestufte ehemische Einwirkung ebenfalls sehr schnell eine weitere Faserlage am Umfang der Partikel freilegt, wobei diese Fasern ebenfalls wieder aus dem Bereich der maximalen chemischen Wirkung nach einer kurzen Verweildauer abgeführt werden müssen.

)ie Erfindung umfaßt eine Kombination von Apparaten, die vorstehend 'a einzelnen beschrieben worden sind. Allgemein gesprochen handelt s sich um eine Anlage zum Kochen und chemischen Aufschluß von ZeIlßtoff, bestehend aus (1) Einrichtungen zum kontinuierlichen Umwälzen einer aus Zellstoffausgangematerial und Lösungsflüssigkeit bestehenden Strömung bei überatmosphärischem Druck und Kochtemperatur durch eine AufSchlußζone, durch eine Entnahmezone in einen physikalischen Trennbereich und dann zurück in die Aufschlußzone; (2) Einx'ichtungen zur kontinuierlichen Zuführung von Lösungsflüssigkeit und Holzzellstoff-Faserpartikeln in den Kocher, um kontinuierlich eine dünnflüssige Suspension in dem mit einem Verhältnis von Trokkensubstanz zu Flüssigkeit im Bereich von 1:100 bis 1:8 aufrechtzuerhalten; (3) Einrichtungen zur Aufrechterhaltung einer chemischen Aufschlußwirkung und einer ausreichenden Beziehung zwischen chemischer Konzentration, Temperatur und Druck zur chemischen Entfcalzung mit daraus resultierender Schwächung des Verbundes der äußeren Fasern der Partikel mit einer größeren Geschwindigkeit als Sahwächung des Verbundes der weiter innen liegenden Fasern; (4) Mittel, um die Suspension kontinuierlich einer leichten Rühr bzw. Umwälzwirkung zu unterwerfen, die ausreicht, um einzelne äußere Fa-

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sern Yon den Schnitzeln oder Partikeln zu befreien, deren Verbund bereits geschwächt ist, so daß neue äußere Pasern den bei (3) beschriebenen Bedingungen unterworfen werden; (5) Einrichtungen, die in dem Abzugsbereich eine im wesentlichen der freigesetzten Fasergröße entsprechende Verengung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Flächen bilden, um die Flüssigkeitsströmung in eine erste und eine zweite Strömung aufzuteilen; (6)'Einrichtungen, welche die freigesetzten Faserfi^af4) führende erste Strömung durch die Verengung und in die physikalische Trennzone treiben, wo ein wesentlicher Anteil im Bereich zwischen 10 $ bis 95 $> der vorhande- nen Flüssigkeit von den freien Fasern abgetrennt und der Aufschließungszone im Kreislauf nach (1) unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen zurückgeleitet wird; (7) Einrichtungen, um die noch nicht auf die freie Fasergröße abgebauten Partikel von der Verengungsstelle in der zweiten Strömung wegzutreiben, dadurch kontinuierlich die Verengung frei zu halten und die Partikel in den Kreislauf nach (1) ebenfalls unter adiabatischen Bedingungen zurückzuführen; und (8) Einrichtungen, die wirkungsmäßig mit sämtlichen vorgenannten Einrichtungen verbunden sind, um dauernd eine Druck-Temperatur-Beziehung am Umfang der Partikeln und Fasern aufrechtzuerhalten, so daß jederzeit und an allen Stellen der Anlage der Minimaldruck oberhalb des Sättigungsdruckes der in den Partikeln und Fasern enthaltenen Flüssigkeit liegt, um ein mechanisches Aufplatzen der Fasern durch Absinken des inneren Druckes zu verhindern.

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Claims

■45 Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Kochen und chemischen Aufschließen von Zellstoff» gekennzeichnet durch folgende Stufen :

1) kontinuierliches Umwälzen einer Aufschlußflüssigkeitsströmung unter vorbestirarateiJi Druck und Kochtemperatur in einem Kreislauf, der im wesentlichen aus einem Aufschlußbereioh, einem damit in Verbindung stehenden Abzugsbereich sowie einer physikalischen Trennzone und dem Rücklauf in den Aufschlußbereich besteht;

2) Zuführung von Wasser und Aufschlußchemikalien zur Herstellung einer Aufachlußflüssigkeit bzw. -lauge sowie Zuführung von Holzzellstoffpartikeln in den Kocher zur Aufrechterhaltung einer dünnflüssigen Suspension mit einem Verhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit zwischen Is100 bis 1:8;

3) kontinuierliche Aufrechterhaltung einer Beziehung zwischen chemischer Konzentration, Temperatur und Brück innerhalb de» Aufschlußbereiches, die ausreicht, um eine chemische Entholzung mit daraus folgender Schwächung des Verbundes der äußeren Pasern der Partikel mit einer wesentlich größeren Geschwindigkeit als bei den weiter innen liegenden Pasern solcher Partikel zu erzielen;

4) fortlaufendes leichtes Umrühren bzw. Umwälzen der Suspension zur kontinuierlichen Freisetzung einzelner Fasern, deren Verbund geschwächt ist, um dadurch neue äußere Fasern den Bedingungen des Aufschlußbereiches zuzuführen;

5) kontinuierlicher Antrieb der die freigesetzten Fasern tragenden Flüssigkeitsströmung durch eine im wesentlichen der freigesetzten Fasergröße entsprechenden verengten Öffnung im Abzugsbereich des Kochers, in einen physikalischen Trennbereich, wo ein erheblicher Anteil im Bereich zwischen 10 # bie 95 ?ί

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der freien Flüssigkeit physikalisch von den freigesetzten Fasern getrennt und von neuem der Aufachluflione zugeführt wird;

6) kontinuierliches Herbeiführen einer Bewegung der Partikel innerhalb der Suspension in unmittelbarer Iahe der Eintritteseite der verengten Öffnung, um eine gegenläufige Strömung der Partikel bezüglich der die freigesetzten Fasern enthaltenen Strömung zu erzielen, welche in die verengte Abzugsöffnung eintritt, und um dadurch die Abzugsöffnung fortlau·»

_ fend freizulialten;

* 7) Aufrechterhaltung eines ausreichend hohen Druckes am Umfang der Partikel und Fasern während der Verfahrensstufen (1) bie (6), um ein mechanisches Aufplatzen der Fasern durch Nachlassen des inneren Druckes zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine genügend leichte mechanische Umwälzung oder Durchrührung in der Suspension erzeugt wird, um eine mechanische Faserbeschädigung zu verhindern.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf der Flüssigkeitsströmung von der Aufsohlußzone

fc durch den Abzugebereich in den physikalischen Trennbereich und zurück zum Aufachlußbereich ein überatmosphäriacher Druck aufrechterhalten wird und daß die Druck-Temperaturbeziehung unmittelbar am Umfang der Faserpartikeln innerhalb der Aufsohlußzone im Kocher der Abzugszone und der Trennzone auf einem Wert gehalten wird, daß zu jeder Zeit und an allen Stellen der auftretende Minimaldruck oberhalb des Sättigungedruckes der Flüssigkeit Hegt

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufachlußflüeeigkeita-Strömung in dem Kreislauf von der Aufschlußzone durch die Abzugszone in den physikalischen Trennbe-

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wich und surüok «ur Aufochlußsone unter im wesentlichen adiabatlsohen Bedingungen erzeugt wird.

5· Verfahren nach Aneprüohen 1 bis 4« dadurch gekennzeichnet, daß durch die kontinuierliche Kntholauig der Ligningehalt der einseinen Fasern auf 15 bis 20 # verringert wird.

6» Verfahren nach Ansprüchen 1 bie 5, daduroh gekennzeichnet, daß die noch nicht auf die Größe der freien Faser serlcleinerten Partikel fortlaufend in der Dispersion Zentrifugalkräften ausgesetzt werden, welche etwa radial ron der Verengungeöffnung in dem Absugsbereioh weggeriohtet 1st, wobei die öffnung der freigeaetsten FftsergruS* entspricht.

?· Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, daduroh gekennzeichnet» daß die physikalisch getrennten freigesetzten Fasern und die dabei Ton ihnen zurückgehaltene Lösungsflüseigkeit fortgesetztem Druck und chemischer Coohwirkung ausgesetzt werden, um den Ligningehalt unter den durchschnittlichen Ligningehalt der die aufschluS-sone rerlassenden freien Fasern herabzusetzen« und daß anschließend die freien Fasern und die τοη diesen zurückgehaltene Flüssigkeit gewaschen werden, um die innere Fasertemperatur unter 100° C herabzusetzen und gleichzeitig den Druck schnell auf den umgebenen Atmosphärendruck eu verringern.

8. Verfahren naoh Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufschlußsone die Temperatur im Bereich τοη 100 bis 200° C, der Druck im Bereich τοη 1,4 bis 17,6 atü sowie die chemischen Eooh- bzw. Aufsohlußbedingungen zur beschleunigten Freisetzung äußerer Fasern der Holzpartikel aufrechterhalten werden.

9. Verfahren nach Anspruch Θ, dadurch gekennzeichnet, daß kombinierte Alkali-Schwefeldioxyd-Kochlaugen sun Aufschluß der äußeren Fasern rerwendet werden·

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10. Verfahren nach Ansprüchen β und 9» dadurch gekennzeichnet, daß in der Aufschlußzone im Kocher die Oewichtakonzentration Ton Natriumhydroxyd im Bereich von 5 Mo 25 ⁰^ dee trockenen Fasergewichtes aufrechterhalten wird.

11. Verfahren nach Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der üchwefelgehalt (Sulfidit&t) im Bereich von 15 bis 50 + aufrechterhalten wird.

12. Verfahren nach Ana]Tuchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Anteil der Flüssigkeitsströmung kontinuierlich mit den noch nicht au freien Faoern aufgelösten Partikeln direkt in die Aufachlußzone getrieben wird, und daß ein zweiter Anteil der Flüssigkeitsströmung fortlaufend die freigesetzten Fasern durch die Abzugs öffnungen im Entnahmebereich abführt.

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Anteil der Flüsoigkeitsströmung unter im wesentlichen adiabatischen Bedingungen in die AufschluQzone im Kocher zurückgeführt werden.

14. Anlage zum kontinuierlichen chemischen Aufschluß von Zellstoff zur Ausführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch:

1) Einrichtungen zur kontinuierlichen "Beförderung einer Pulpenetrümung bei vorbestimmten Druck und Kochtemperatur durch einen Kreislauf, in wesentlichen bestellend aus einer Aufschlußzone, durch einen Abzugabereich (37) in einen physikalischen Trennbereich (12) und zurück zur Aufachlußzone;

2) Einrichtungen zur kontinuierlichen Zuführung von Lösungeflüssigkeit und Holzzellstoffpartlkeln zum. Kocher (11), um fortlaufend eine dünnflüssige Suspension in Kocher nit eine« Verhältnis von Trockensubstanz zu Plüswi^keit zwischen 1:100 bis 1:8 aufrechtzuerhalten:

3) Einrichtungen zur Aufrecht erhaltung »»iner genügenden Bezie-

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hung zwischen chemischer Konzentration, Temperatur und Druck innerhalb des Kochers, um eine kontinuierliche chemische Entholzung mit daraus folgender Schwächung des Verbundes der äußeren Fasern der Partikel bei einer wesentlich größeren Geschwindigkeit alo bei den inneren Pasern dieser Partikel aufrechtzuerhalten;

4) Einrichtungen, welche die suspension dauernd in leichter Umwälzung bzw. Durchrührung halten, die ausreicht, um kontinuierlich einzelne äußere Fasern freizusetzen, deren Verbund entsprechend geschwächt iat und im dadurch neue äußere Faourn an den Partikeln für den chemischen Angriff freizuse*- z en;

5) einrichtungen zur kontinuierlichen Beförderung der nach (4) freigesetzten Fasern enthaltenen Flüssigkeitsströmung durch eine der Größe der freigesetzten Pasern entsprechende Abzugsöffnung (37) in der Abzug3sone und in einen physikalischen 'irennbereich (12) wo ein weyentIieher Anteil im Bereich zwischen IO >"> bis 95 $' der freien Flüssigkeit von den Fasern abgetrennt und in die Aufaohlußzone zurückgeleitet wird;

G) Einrichtungen, um die Partikel kontinuierlich in der Dispersion in unmittelbarer Nähe der Eintrittsseite der verengten /ibautjsoffnung derart in Bewegung au halten, daß eine Gegenströmung zu der "freie Pasern enthaltenden in die Abzugeüffriun^ eintretenden strömung erzeugt und die Abzugsöffnung dauernd freigehalten wird;

/; .einrichtungen, die wirkun^amäßir; mit den Einrichtungen (1 Ma 6) verbunden sind, um unmittelbar am Umfang der Partikel und Fasern fortlaufend eine Druck-Temperatur-Beziehung aufrechtzuerhalten, boi der zu jederzeit und an allen Stellen innerhalb der Anlage die auftretenden Minimaldrücke oberhalb des Gättigungudruckes der in den .Partikeln und Pasern enthaltenen Flüssigkeit liegt.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die verengte Abaugsöffnung in der Größe der freigesetzten Fasern in

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der Abzugszone ein Durchgang zwischen eich relativ zueinander bewegenden Oberflächen ist, der die Flüssigkeitsströmung in eine ernte und eine zweite Teilströmung unterteilt, wobei in der ersten Strömung die noch nicht aufgeschlossenen Partikel und in der zweiten Strömung die freigesetzten Fasern enthalten sind.

16. Anlage nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugssone eine Leitung umfaßt, welche die verengte Abzugsöffnung mit einem Separator verbindet, daß der physikalische Trennbereich ein Zellstoff-FlÜssigkeits-Separator ist, in welchem die Flüssigkeit aus der Pulpe ausgepreßt wird.

17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die im Separator (12) ausgepreßte Flüssigkeit der Aufachlußzone durch eine Leitung wieder zugeführt wird, in der ein Heizgerät vorgesehen ist.

18. Anlage nach Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzugssone am Boden eines Kochers liegt, und daß zwischen dem Boden und dem Oberteil des Kochers eine Verbindungsleitung zur Rückführung der ersten Teilatrömung verläuft, welche die noch nicht aufgeschlossenen Partikel mit sich führt.

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