DE288019C

DE288019C -

Info

Publication number: DE288019C
Application number: DENDAT288019D
Authority: DE
Priority date: 1913-12-15
Also published as: GB191328929A; FR471620A

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Zur Herstellung von Zellstoff aus Holz oder anderen Faserstoffen, hauptsächlich zur Papierbereitung, werden verschiedene Verfahren angewendet. Die Pflanzenfaserstoffe werden mit verschiedenen Laugen unter Atmosphärendruck oder höherem Druck unter Wasserdampf oder Kohlensäure gekocht, und die durch Verdampfung und Kondensation während dieses Kochprozesses sich absondernden

ίο Nebenstoffe werden gewonnen.

Das neue Verfahren- soll eine wesentliche Verbesserung solcher Verfahren sowohl in bezug auf Ausbeute als auch auf die Beschaffenheit des erhaltenen Zellstoffes bringen. Das neue Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß das Holz in einer Atmosphäre von Wasserstoff unter Druck mit Lauge von verschiedener Konzentration behandelt wird. Der Wasserstoff wirkt reduzierend und ist infolge seines geringeren spezifischen Gewichtes befähigt, in die kleinsten Poren des Holzes einzudringen und den darin befindlichen Sauerstoff zu verdrängen. Es werden dabei die flüchtigen Stoffe abdestilliert und durch Konzentration gewonnen.

Kennzeichnend für das neue Verfahren ist ferner die Anwendung von Lösungen verschiedener Konzentration. Es wurde gefunden, daß bei den bisher bekannten Verfahren die Harze und Öle des Holzes durch das im Kochen zugesetzte Alkali Seifen von mehr oder weniger kolloidalem Charakter bildeten, die das Bestreben haben, die Hohlräume in dem Holz zu verschließen, wodurch die Weiterbehandlung verhindert und das Eindringen und die Extraktiveigenschaften der Extraktionsflüssigkeit vernichtet oder verlangsamt werden. Nach der Erfindung wird das Holz zuerst während zwei Stunden mit einer ganz schwachen Lauge gekocht. Diese, schwache Lösung entfernt praktisch alle Öle, Harze. Gummis, vegetabilischen Balsame, Stärken, Säuren und viele von den färbenden Stoffen durch Umwandlung der wasserunlöslichen Bestandteile in eine lösliche Form durch Schmelzen und Verdampfen. Es ist ersichtlich, daß hierbei auch die zur Verseifung der Harze usw. benötigte Menge Alkali der alten Verfahren erspart wird.

Ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Ausführung des neuen Verfahrens ist auf den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. ι eine schematische Übersicht der ganzen Anlage, Fig. 2 den Schlammfänger, der in Fig. ι mit 16 bezeichnet ist, im Grundriß.

Fig. 3 stellt die Abfallskurve der Ätzwirkung in der Lösung bei dem bisher angewendeten \?"erfahren der Sodaextraktion dar.

Fig. 4 zeigt die Abfallskurve bei der Anwendung des neuen Verfahrens, wobei drei Lösungen von verschiedener Stärke nacheinander angewendet werden.

Fig. 5 zeigt ein. Diagramm des Kochprozesses von dem Holz der Kiefer, wobei dieselbe Flüssigkeit mit wechselnder Stärke während des ganzen Verfahrens verwendet worden ist.

Der Kocher 1 (Fig. 1) ist von zylindrischer

Form und hat Öffnungen 2 und 3 zum Beschicken und Entleeren. 4 ist ein Sicherheitsventil gegen Überdruck, 4" ein Wasserbad. 5 ein Thermometer, 6 ist ein Dampfzuleitungsrohr für den Heizdampf, der in einen Heizmantel oder in Heizrohre innerhalb des Kochers 1 eingeleitet werden kann. Das Dampfaustrittsrohr ist mit 17 bezeichnet. Der Behälter 7 enthält Wasserstoff unter Druck und steht durch eine Röhrenleitung, die mit dem Ventil I2^a und 12¹ versehen ist, mit dem Kocher 1 in Verbindung. Man kann den Wasserstoffbehälter 7 auch auf die Rohre 8 am oberen Teil des Kochers 1 aufsetzen. In diescm Fall dringt der Wasserstoff von oben in den Kocher 1 ein. Ein etwaiger Überschuß von Wasserstoff kann dann am unteren Ende des Behälters austreten und durch eine Röhre 22, die in diesem Fall angebracht wird und auf der Zeichnung punktiert angedeutet ist, ent-Aveichen und durch die Rohrleitungen durch das Rohr 26 aus einem Kondensator austreten.

Das am oberen Ende des Kochers 1 angeschlossene Rohr 8 führt zu dem Kondensator 9, der, von Kühlwasser umgeben, eine Kühlschlange enthält. Zum Kondensator 9 ist ein Kondensator 10 parallel geschaltet, und zwar durch die Rohrverbindungen 11 und 11¹. Die Anschlußstücke 12 und 13 dienen zur Zuführung und Ableitung des Kühlwassers in die Kondensatoren. 14 ist ein Flüssigkeitsverschluß, bei dem ein in dem Rohr 8 herrschender Überdruck an Gasen austreten kann. Das Zuleitungsrohr 22 hat ein Ventil 15. Mit 15* ist das Austrittsrohr für die Gase, mit 23 ein .AVasserstandsrohr bezeichnet. Durch diese Vorrichtung wird die Entzündung \^οη Wasserstoffgas durch eindringenden Luftsaucrstoff verhindert.

Das untere Ende des Kochers 1 ist durch ein Rohr 18 mit Ventil 18" mit der Pumpe 25 verbunden. Auf der anderen Seite der Pumpe 25 ist der Schlammfänger 16 durch die Rohrverbindung 14 und den Hahn 14" angeschlossen. Weiter schließt sich der Ölabscheider 19 mittels der Rohrverbindung 2i^ct an. Der Abscheider 19 steht in unmittelbarer Verbindung mit den beiden Kondensatoren 9 und 10.

In dem Ölabscheider 19 befindet sich das Zuleitungsrohr 20, aus dem das Kondensat aus den Kühlrohren eintritt, und ein Rohr ii°. das die Verbindung mit dem Rohr 21 herstellt Das Rohr ii" reicht bis an den Boden des Abscheiders 19. Ein Überlaufrohr 20« mit Hahn 24 ist so angebracht, daß die sich an der Oberfläche des Abscheiders 19 abscheidenden leichten, meist ölhaltigen Bestandteile, abscheiden können; sie fließen durch das Rohr 20" in den Behälter 27 über.

Der Schlammfänger 16 hat in seinem Innercn mehrere senkrechte Wände und an seiner unteren -Seite mehrere Ablaßhähne 26. Im Schlammfänger 16 setzen sich die Sinkstoffe am Boden ab und können durch die Hähne 26 abgelassen werden.

Der in Fig. 2 gesondert dargestellte Schlammfänger 16, hier von oben gesehen, besteht aus mehreren Behältern, in dem Beispiel vier, die mit 16¹, 16-, 16³ und 16⁴ bezeichnet sind. Diese Behälter sind alle an die Rohre 14¹ und 15¹ angeschlossen. Jeder Behälter hat an beiden Seiten Ventile, so daß man die Behälter abwechselnd einschalten und in dem Arbeitsgang verwenden kann.

Zur Ausführung des Verfahrens wird das vorher in kleine Stücke zerschnittene Holz in den Kocher 1 gebracht. Sodann werden die Laugen von verschiedener Konzentration durch die Pumpe 25 ebenfalls in den Kocher 1 eingelassen. Man kann entweder neue Lauge durch das Rohr 28 einpumpen, oder man kann eine Lauge aus den Behältern 16¹, 16², 16³ oder 16⁴ verwenden. Sodann wird Wasserstoff aus dem Behälter 7 in den Kocher 1 hineingelassen, bis die darin befindliche Luft vollständig verdrängt und ein Gasdruck von etwa 2 Atm. erzeugt ist. Sodann wird der Kocher 1 durch Dampf erhitzt.

Durch die heiße Lauge wird das Holz aufgeschlossen, und zwar nach dem später noch besonders zu beschreibenden Verfahren, während ein Teil der in dem Holz befindlichen, nicht aus Holzfaserstoff bestehenden Substanzen gasförmig wird und durch das Rohr 8 in die Kühler 9 und 10 gelangt, wo die Dämpfe niedergeschlagen werden. λ'Όη den beiden Kühlern dient 10 als Sicherheitskühler. Die Dämpfe treten zunächst in den Kühler 9 ein. Sollten sie hier noch nicht vollständig niedergeschlagen sein, so gelangen sie durch die Rohrverbindungen am unteren Ende der beiden Kühler in den Kühler 10, wo sie sicher auf die Temperatur des Kühlwassers gebracht werden. Nicht kondensierbare Gase und überschüssiger Wasserstoff können durch das Rohr 26 am oberen Ende des Kühlers 10 entweichen. Die Kondensate aus den Kühlern 9 und 10 fließen in den Ölabscheider 19. In demselben scheiden sich die leichteren Bestandteile an der Flüssigkeitsoberfläche ab, während die schwereren Flüssigkeiten durch das Rohr 21 in die Schlammfänger 16 zurückgelangen. Durch langsames Arbeiten der Pumpe 25 wird immer so viel Flüssigkeit in dem Ölabscheider ,19 abgezogen, als neue Flüssigkeit hinzukommt, und sie gelangt durch die Rohrleitung in der Richtung der Pfeile zu den Behältern ro und durch Rohr 18 wieder in den Kocher 1 zurück. Die Anwendung der Laugen von verschiedener Konzentration gestaltet sich folgendermaßen :

Das zu kochende Holz wird zunächst mit einer Lauge von geringer Konzentration in dem Kocher ι behandelt. Diese Lauge wird einem der Behälter 16¹, 16², 16³, i-6⁴ -entnommen und ist eine solche, welche schon öfters zur Behandlung von Holz gedient und dadurch an Stärke verloren hat. Hierbei wird eine verhältnismäßig hohe Temperatur angewendet. Diese Lauge wird nun gekocht, während gleichzeitig die Dämpfe in dem Kondensator 9 'und 10 abgekühlt werden. Das Kondensat fließt in den Abscheider 19, in welchem die öligen oder sonstigen leichteren Bestandteile an der Oberfläche abgezogen und in den Behälter 27 gebracht werden. Die schweren Bestandteile treten durch einen der Behälter 16¹. 16-, 16³, 16⁴ hindurch und durch die langsam laufende Pumpe 25 wieder in den Kocher 1 zurück. Hierauf wird die erste Laugenlösung in einen freien Behälter des Schlammfängers 16 gebracht, indem man die Pumpe 25 rückwärts laufen läßt. Darauf wird einem anderen Behälter 16¹, 16², 16³, 16⁴ des Schlammfängers 16 durch die Pumpe 25 wieder Lauge von höherer Konzentration entnommen, welche ebenfalls schon einmal zur Behandlung von Holz gedient hat, aber noch eine höhere Konzentration aufweist. Nachdem das Holz mit dieser Lauge behandelt ist, wird sie wieder abgezogen und das Holz einer dritten Behandlung mit ganz frischer Lauge unterworfen. Diese frische Lauge \vird schließlich ebenso wie die vorhergehende in einem Behälter 16¹. 16², 16³, 16⁴ des Schlammfängers 16 aufbewahrt und später nochmals verwendet.

Fig. 3 stellt ein Schaubild dar, auf dem die Kurve 30 den außerordentlich starken und raschen Konzentrationsabfall der üblichen Lösung von kaustischer Soda zeigt, wie sie zur Zeit meistens zum Extrahieren von Spänen benutzt wird. Die senkrechte Zahlenreihe an der linken Seite stellt Grade nach der Beaumereihe der Konzentration von Lösungen dar, während die wagerechte Reihe unten Zeiteinheiten festlegt, z. B. Stunden. Das Kochen wird beispielsweise unter einem Druck von ungefähr 5 Atmosphären und bei einer Temperatur von 175⁰C durchgeführt, wobei mit einer Lösung von einem spez. Gew. von ungefähr 1,093 angefangen wird. Wie ersichtlich, nimmt die Stärke der Lösung schon nach etwa 40 Minuten so stark ab, daß sie sich bald der unteren Grenze nähert.

Fig. 4 und 5 zeigen die entsprechenden Kurven nach dem neuen Verfahren, und zwar zeigt Fig. 4 ein hypothetisches Schaubild. Die zuerst auf die Späne während beispielsweise zwei Stunden einwirkende Lösung hat eine Konzentration vom spez. Gew. ungefähr 1,012 bis 1,014. Nach gesammelten Erfahrungen ist eine derartige Lösung die für den Zweck riii meisten geeignete. Die .Konzentration dieser Lösung fällt während des Verfahrens bis auf das spez. Gew. von ungefähr 1,002 herab. Sogar reines Wasser ist in diesem Zeitpunkt des Verfahrens ziemlich wirksam. Der Zweck dieser ersten Einwirkung (vgl. Kurve 40) besteht darin, die schmelzenden oder gummiartigen Bestandteile der interzellularen Masse des Holzes, die das Bestreben haben, das Alkali zu neutralisieren, aufzuweichen oder flüssig zu machen. Am Ende dieser Behandlung wird die Flüssigkeit abgezogen und kann dann später zur Wiedergewinnung der Nebenprodukte benutzt werden. Da die Lösung sehr stark verdünnt ist, kann der Wasserstoff in die Poren und Fasern eindringen und bis zu einem vollständigen Maß einwirken. Nachdem die bei 40 auf dem Schaubild gezeigte Lösung abgezogen ist, wird der Kocher mit der zweiten Lösung gefüllt, deren Wirkungsweise bei 41 dargestellt ist. Dieselbe wirkt ebenfalls zwei Stunden auf die Holzspäne ein und hat ein spez. Gew. von beinahe 1,074. Nach gesammelten Erfahrungen zieht sie sämtliche noch verbleibenden interzellularen Stoffe aus, die man unter dem Namen Pektosen zusammenfaßt. Da Gummi, Harz usw. bereits durch das erste Kochen entfernt sind, sind diese zurückbleibenden interzellularen Stoffe für das stärkere Alkali leicht zugänglich. Diese Flüssigkeit kann dann abgezogen und verdampft werden, um das Alkali auf eine höhere Konzentration zu bringen und um dasselbe nochmals verwenden zu können.

Eine dritte Behandlung erfährt das Holz noch einmal durch eine schwache Lösung, deren Ätzfähigkeitskurven bei 42 angezeigt sind. Die Wirkung dieser Lauge ist im wesentlichen eine reinigende und eine bleichende. Die erste Kurve 40 zeigt jedoch manchmal auch einen schärferen Abfall nach der Konzentration. Die Kurve 50 in Fig. 5 zeigt die Ätzfähigkeit bei einer Behandlung von Spänen der Kiefer. Bei dieser Bearbeitungsart wurde eine Lauge, nachdem sie ungefähr zwei Stunden auf Holz eingewirkt hat, ■nicht vollständig abgelassen und hierauf durch eine neue ersetzt, sondern es wurde die vorgehende Lauge durch Nachpumpen einer neuen Lauge möglichst schnell ersetzt. Die Wirkung ist eine gleiche wie bei dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren. Wesentlich für das neue Verfahren ist die Konzentration und die Aufeinanderfolge der angewendeten Laugen. Die Nebenstoffe werden teils, soweit sie sich in dem Abscheider 19 absondern, in dem Behälter 27 gesammelt, zum anderen Teil werden sie aus denjenigen Laugen gewonnen, welche sich in einem der Behälter 16¹ bis 16⁴ befinden, und welche schon so oft zur Behandlung des Holzes in dem Kocher 1 verwendet

worden sind, daß sie nunmehr eine ganz sclwache Konzentration an Lauge aufweisen.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Verfahren zur Ge\vinnung von Faserstoff aus Holz oder anderen pflanzlichen Stoffen durch Alkalilauge unter gleichzeitiger Abdestillierung der flüchtigen Stoffe, dadurch gekennzeichnet, daß das

ίο Kochen mit Alkali in Gegenwart von Wasserstoff unter Druck vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch i. dadurch gekennzeichnet, daß das Holz im Kocher zunächst zwei Stunden lang mit einer schwachen Lösung, z. B.' einer Sodalösung vom spez. Gew. 1,014, hierauf mit einer alkalischen Lösung vom spez. Gew. 1,074 ebenfalls zwei Stunden lang und schließlich mit einer reinigenden und bleichenden Lösung aus Salz oder Soda ebensolange gekocht wird.
3·

fahrens nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

Anlage zur Ausführung des Ver-Kocher (1), die Kondensatoren (9, 10), Abscheider (19) und Schlammfänger (16) in einer Rohrleitung mit einer Pumpe (25) eingeschaltet sind, so daß die zum Kochen verwendeten Laugen während des Arbeitsganges vom Kocher zu den Sammelbehältern gepumpt werden können, und umgekehrt.
4. Anlage nach Patentanspruch 2, gekennzeichnet durch einen Abscheider (19), in welchem sich Öl und leichte Stoffe aus dem Kondensat der Dämpfe des Kochers (1) abscheiden, während das Kondensat wieder dem Kocher zugeführt wird.
5. Anlage nach Patentanspruch 2, gekennzeichnet durch einen hinter dem ersten Kondensator (9) geschalteten zweiten Kondensator (10), der mit dem Kondensator (9) an seinem unteren Ende durch ' eine Rohrleitung verbunden ist, um die im ersten Kondensator (9) nicht verflüssigten Gase zu verflüssigen und nicht kondensierbare Gase durch ein oben angebrachtes Rohr (26) zu entfernen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.