DE1961455B2

DE1961455B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung gleichmäßig mercerisierter Alkalicellulose

Info

Publication number: DE1961455B2
Application number: DE1961455A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Schminke; Klaus Dipl.-Ing. Stoelting; Klaus Dr. Warzecha
Original assignee: Kalle Ag, 6202 Wiesbaden-Biebrich
Priority date: 1969-12-08
Filing date: 1969-12-08
Publication date: 1974-10-17
Also published as: LU62189A1; FR2073036A5; NL7017385A; GB1331243A; JPS4933109B1; BE759977A; DE1961455A1; US3857833A; CA936860A

Description

_fül , ^{6 &} Zwischenprodukt, beispielsweise bei der Gewinnung

b) nicht oder noch nicht ausreichend benetzte ^{ao v}™ RegeneratceUulosen, Celluloseestern oder Zellstoffteilchen durch die Auftriebs wirkung :^athe.^ra' ^^ ^durch Tauchpressen- oder MischaliD der Wirbelzone gehalten werden, wäh- kahsiening zu erzeugen

rend die in erforderlichem Maße umgesetz- Dabei laßt man verdünnte Natronlauge auf Celluten Zellstoffteilchen auf Grund ihres höhe- ^lose einwirken, entweder durch Einlegen von Zellren spezifischen Gewichts gegen den Gas- »⁵ stoffblättern in em Laugebad oder durch Zerreißen

strom nach unten sinken und
c) die Sprüheinwirkung der Lauge auf die einzelnen Zellstoffteilchen im statistischen Mittel nicht 'anger als 20 Sekunden dauert.

solcher Blätter zu Schnitzeln innerhalb eines solchen Bades. Nachdem der Feststoff sich mit Lauge vollgesaugt hat, wird er auf ein bestimmtes Molverhältnis von Cellulose zu Alkali abgepreßt. Diese Verfahren haben allerdings schwerwiegende Nachteile: Einmal läßt sich der Zellstoff — gleichgültig ob nach oder schon vor der Laugebehandlung — nicht so gleichmäßig zerkleinern, daß nicht auch gröbere Teilchen, sogenannte Stippen, anfallen, die einer

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zellstoff vor dem Mischen bis auf eine Teilch- ngröße unterhalb 300 μ mahlt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 35 nachfolgenden Reaktion schwer zugänglich sind und, gekennzeichnet, daß man als wäßrige Alkali- beispielsweise bei der Veretherung, einen unter Umhydroxidlösung 15- bis 60gewichtsprozentige, vorzugsweise etwa 20- bis SOgewichtsprozentige,

Natronlauge verwendet.

ständen beträchtlichen Anteil unlöslicher Produkte ergeben. Zum anderen isl bei Jieser Art der Zellstoffverarbeitung die Anwendung eines erheblichen

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis ♦<> Überschusses an Mercerisierungsmittel und zugleich 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Zellstoff an Wasser unumgänglich, da nur dann eine einigerund Alkalihydroxidlösung in Mengenverhältnissen zwischen etwa 1 :0,8 und 1 :2 miteinander

mischt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 45 chenspannung nur langsam entgegen dem Kapillarrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn- druck in die Fasern eindringen und führt daher zu zeichnet durch ein Reaktionsgefäß (1). eine daran einer unvollständigen und ungleichmäßigen Quellung seitlich angeordnete Einfüllöffnung (2) für pul- der Cellulosefasern. Verdünnte Lauge ist in dieser verig gemahlenen Zellstoff, eine in das Innere des Beziehung zwar besser, hat aber den Nachteil, über-Reaktionsgefäßes gerichtete, regelbare Gas- 50 schüssiges Wasser mit einzuführen, das sich, beidüse (3) zum Verstäuben des eingebrachten Zeil- spielsweise bei einer späteren Veresterung oder Ver

maßen vollständige Alkalisierung gelingt: Konzentrierte Lauge greift den Zellstoff zwar oberflächlich rasch an, kann jedoch infolge ihrer hohen Oberflä-

itoffs, eine in das Innere des Reaktionsgefäßes gerichtete, regelbare Zweistoffdüse (4) zum Vernebeln von Alkalihydroxidlösung, eine Gasausiöff (5) d i

ätherung der Alkalicellulose, ungünstig auswirken kann.

Etwas günstiger liegen die Verhältnisse bei der fll bk Milklii i id

trittsöffnung (5) und eine Austragsöffnung (6) 55 ebenfalls bekannten Mischalkalisierung. Hier wird zum Entfernen des Reaktionsprodukts, wobei die der Zellstoff zunächst gemahlen und erst dann in Gasdüse unmittelbar unterhalb der Einfüllöff- einer liegenden Trommel durch Schaufeln mit in dünnung angeordnet und steil nach oben gerichtet nem Strahl zugeführter Natronlauge gemischt. Auch und die Zweistoffdüse im oberen Teil des Reak- bei diesem Verfahren ist jedoch die erzielba« Gleichtionsgefäßes angeordnet und im wesentlichen 60 mäßigkeit der Mercerisierung nicht voll befriedigend, senkrecht nach unten gerichtet ist, so daß beide Es ist weiterhin bekannt (GB-PS 434 540), den

Laugeüberschuß zu vermeiden, indem man gemahlenen Zellstoff kontinuierlich mit nebelartig versprühtem Mercerisierungsmittei mischt, also beide Reak-

sekrecht nach unten gerichtet ist, so daß beide Düseflstfählefl im Innern des Reaktionsgefäßes aufeinandertreffen.

6; Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die EinfÜllöffnung (2) unter 6$ tionspartner in feinzerteilter Form und in dosierten einem Winkel von 10 bis 40° gegen die Vertikale Mengen miteinander umsetzt; diese Arbeitsweise

macht es auch möglich, entsprechend dem gewünschten Atkalisierungsgrad Alkalihydroxidlösungen be-

geneigt angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, da

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Hebiger Konzentration zu verwenden; zudem kann Als Alkalislerungsmittel ist etwa 20- bis 50gedie erforderliche Reaktionszelt gegenüber den früher wichtsprozentige wäßrige Natronlauge besonders begenannten Vwfabren stark verkürzt werden. vorzugt. Man kann jedoch auch starker verdünnte

Dennoch laßt sich eine völlig gleichmäßige Mer- oder etwas konzentriertem Natronlauge verwenden, cerisierung hier ebenfalls nicht erreichen, denn wenn g _wobei 15 oder 60 Gewichtsprozent als ungefähre, weh — insgesamt gesehen — die Reaktionspartner praktisch zweckmäßige Konzentrationegrenzen gel· Jn stöcbiometrischen Mengen eingesetzt werden, so ten. Selbstverständlich lassen sich statt Natronlauge jind doch lokale Schwankungen der Mengenverhalt- auch andere Alkalihydroxidlösungeu einsetzen, nisse und damit ein Laugeüber- oder -Unterschuß Das erfindungsgeraäße Verfahren hat sich innerin Teilbereichen nicht auszuschließen. _M halb eines weiten Urasetzungsbereichs, d.h. bei un-

Die vorhegende Erfindung hat sich daher die terschiedlichsten Alkaüsierungsgraden, gletcberraa-Aufgabe gestellt, diese noch immer bestehende ßen gut bewährt. Besonders vorteilhaft arbeitet das Schwierigkeit zu überwinden, d.h. ein Mittel vor- Verfahren, wenn Zellstoff und Alkalihydroxid in zuschlagen, mit dem Cellulose innerhalb möglichst Mengenverhältnissen zwischen etwa 1:0,8 und 1:2 kurzer Zeit und unter Vermeidung eines örtlich und/ 15 zur Reaktion gebracht werden, oder zeitlich schwankenden Laugeangebots mit hoher Wie bereits erwähnt, ist es für die Funktion des

Gleichmäßigkeit und bis zu einem bestimmten vor- Verfahrens gemäß der Erfindung wesentlich, daß die gegebeaen Umsetzungsgrad alkalisiert werden kann. Benetzung des Zellstoffs mit der dem gewünschten

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Umsetzungsgrad entsprechenden Alkalihydroxidein im vorstehenden Anspruch 1 definiertes Verfah- 20 menge rasch erfolgt. Die crfindungsgemäße glcichren rar Herstellung gleichmäßig mercerisierter Alka- mäßige Mercerisierung wird „rreicht, wenn die ZeIllicellulose. Gegenstand der Erfindung ht ferner eine Stoffteilchen im statistischen Mktel nicht länger als in Anspruch 5 definierte Vorrichtung zur Durch- etwa 20 Sekunden innerhalb der freie Lauge enthalführung des gesamten Verfahrens. tenden Mischzone bleiben.

Zellstoffteilchen werden beim Benetzen mit Alkali- 25 Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahhydroxidlösung naturgemäß um das Gewicht der rtns ist in der Figur dargestellt, aufgebrachten Laugemenge schwerer. Alkalihydro- In der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat es sich

xide wirken auf Cellulose zwar auch auellend, doch im Hinblick auf ein möglichst kontinuierliches Einhandelt es sich dabei um einen vergleichsweise lang- bringen pulverförmigen Zellstoffs als zweckmäßig sam ablaufenden Prozeß. Somit ergibt sich zunächst 30 erwiesen, die Einfüllöffnung 2 um 10 bis 40 Grad eine deutliche Zunahme des spezifischen Gewichts gegen die Vertikale geneigt an der Wand des Reakder Zellstoffteilchen, die erst mit einsetzender Quel- tionsgefäßes 1 anzuordnen.

lung allmählich von einer Dichteverringerung über- In besonderer Ausführungsform der erfindungs-

lagert wird. Bei hinreichend kurzer Einwirkungszeit gemäßen Vorrichtung sind mehrere Einfüllöffnunder Lauge sind somit aufgenommene Laugemenge 35 gen 2 an der Außenseite der Wand rings um das und Erhöhung des spezifischen Gewichts eines Zeil- Reaktions^fäß, vorzugsweise in gleicher Höhe, anstoffteilchens einander proportional. Diesen Sachver- gebracht, oder die Einfüllöffnung 2 ist als ringförmihalt ma^.ht sich das Verfahren gemäß der Erfindung ger, unten offener Schacht oder a's ringförmige zunutze, um eine für alle Zellstoffteilchen gleiche, Rinne mit mehreren, separaten öffnungen nach unbei einem variierbar vorbestimmten Umsetzungsgrad 40 ten ausgebildet. Dadurch kann das Zellstoffpulver zuverlässig gestoppte Alkalisierung zn erreichen. Das besonders gleichmäßig in das Reaktionsgefäß eingegeschieht, indem man zerstäubten, flockigen Zeil- speist werden.

stoff und nebelartig zerteilte Alkalihydroxidlösung in In diesem Fall ist es vorteilhaft, nicht nur eine

pro Zeiteinheit konstanten, dem gewünschten Alkali- einzige sondern mehrere Gasdüsen 3 jeweils untersierungsgrad entsprechenden Mengen in den Reak- 45 halb der einzelnen Einfüllöffnungen 2 an der Innentionsraum einspeist und unter intensiver Verwirbe- seite der Gefäßwand, vorzugsweise in gleicher Höhe, lung miteinander umsetzt. Der Gasstrom, der zum zu verteilen oder aber eine ringförmige Gasdüse 3 Aufwirbeln des Zellstoffs dient, wird dabei von zu verwenden. Auf diese Weise wird der puWerföruntcn nach oben geführt und so einreguliert, daß er mige Zellstoff besonders gleichmäßig aufgewirbelt, das Roaktionsgemisch bei einem bestimmten Alkali- 50 Darüber hinaus erreicht man mit dieser Ausführungssierungsgrad gerade in der Schwebe hält. Sobald e«n form ein besonders homogenes Strömungsprofil und Zellstoffteilchen mit mehr Lauge benetzt ist, als dem als Folge davon eine besonders scharfe Einstellung Gleichgewicht zwischen der auf das Teilchen wirken- des Gleichgewichts zwischen Schwerkraft und Aufden Schwerkraft und der Auftriebskraft des Gas- triebskraft. Stroms entspricht, sinkt es gegen den Gasstrom zu 55

Boden. Damit entfernt es sich aus der Mischzone Beispiel

und wird der Sprüheinwirkung weiterer Lauge ent- _Alkaii_ceilulose (AC) wurde in einer Vorrichtung

zogen. Die einsetzende Quellung des Teilchens ist „_{ß d Erfindimg} hergestellt, wobei folgende

danti nicht mehr schädlich, so daß gegebenenfalls ^_ahrensbeding™_ge^Bn vorlagen: sogar eine Nachquellung des Reaktionsprodukts im 60 ^{& 6}

unteren Teil des Reaktionsgefäßes stattfinden kann, . , _nn

bevor es - chargenweise oder kontinuierlich - Hohe der Sprühvorrichtung 5000 mm

aus diesem entfernt wird. Durchmesser der Sprühvorrichtung 800 mm

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße _{Vordfuck der} Zweistoffdüse für die

Verfahren besonders gute Reaktionsprodukte Uetert, 65 NaOH-Sprühung 2,5 atü

wenn der als Ausgangsmaterial verwendete Zellstoff ^v ' '

vor dem Mischen mit dem Alkalisierungsmittel auf Vordruck der Ringdüse für die

eine Teilchengröße unterhalb 300 μχά gemahlen wird. Zellstoffzerstaubung 1 atu

1

Luftmenge für die Zellstoff-Einblasung 120 m³/h

Luftmenge für die NaOH-Versprühung 105 m^s/h

Luftgeschwindigkeit im Zuleitungsrohr für den Zellstoff 26,5 m/sec

Luftgeschwindigkeit im Zuleitungs-

iohr für NaOH 23,5 m/sec

Luftgeschwindigkeit im Sprühturm

für Zellstoff 0,067 m/sec

Luftgeschwindigkeit im Sprühturm füfNaOH 0,059 m/sec

Stündlich wurden in der beschriebenen Vorrichtung 100 kg feingemahlener Zellstoff (Teilchengröße

kleiner 300 μ) mit 82 kg 36gewichtsprozentiger Natronlauge zu Alkalicellulose umgesetzt. Ihre Zusammensetzung betrug 51,8%> Zellstoff, 16,4 °/o NaOH, 31,8°/« Wasser, und sie hatte ein Schüttgewicht von 125 g/l (JEL-Stampfvolumeter nach DIN-Norm 53 194, 200 Schläge). Ihr Gewicht betrug das l,78fache des Zellstoffgewichtes. Die durchschnittliche Dicke der Zellstoffasern betrug 16 μ, die der AC-Fasern ebenfalls 16 μ (keine Quellung der Fa-

sern).

Bei höherem Lauge-Einsatz, beispielsweise 213 kg 24gewichtsprozentige Natronlauge auf 100 kg Zellstoff pro Stunde, erfolgt eine etwa 25prozentige Quellung. Die Zusammensetzung der Alkalicellulose war 30,1«/» Zellstoff, 16,3VeNaOH, 53,6 ^e/c Wasser. Die Dicke der AC-Faser betrug 20 μ.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

durch gekennzeichnet, daß die EinfUllöffmrag (2) in Form mehrerer, am äußeren Umfang des Reaktionsgefäßes, vorzugsweise äquiplanar, verteilter Schächte oder in Form eines ringförmigen Schachts oder in Kombination dieser Merkmale ausgebildet ist 8. Vorrichtung nach einent der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der EtofSJlofraungen (2) mehrere Gasdüsen (3) am inneren Umfang des Reaktionsgefäßes, vorzugsweise äquiplanar, angeordnet sind oder die Gasdüse (3) ringförmig ausgebildet ist Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung gleichmäßig mercerisierter Alkalicellulose durch kontinuierliches Mischen einer dosierten Menge pulverigen Zellstoffes mit einer dem gewünschten Umsetzungsgrad entsprechenden dosierten Menge nebelartig zerteilter wäßriger Alkalibydroxidlösung in einem Reaktionsraum, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zellstoff einem im Reaktionsraum nach oben gerichteten Gasstrom zuführt und ihn darin aufwirbelt die Alkalihydroxidlösung dem Gasstrom entgegensprüht und das Gesacttsystem so einstellt daß

a) unter Vermeidung eines örtlichen und/oder