DE1901183C3

DE1901183C3 -

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Publication number: DE1901183C3
Application number: DE19691901183
Authority: DE
Priority date: 1968-01-11
Filing date: 1969-01-10
Publication date: 1978-01-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine <*> Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten und Zerfasern von faserhaltigen!, geschnitzeltem Rohmaterial, insbesondere von Holzschnitzeln, unter der Einwirkung eines Aufschlußmediums bei erhöhtem Druck in einer Aufschlußvorrichtung und in einer '<s nachgeschalteten Scheibenmühle, wobei das schnitzeiförmige Rohmaterial zunächst in einer Aufschlußtrommel oder einem Aufschlußkocher über etwa 0,5 bis 40 Minuten bei einer Temperatur zwischen 115 und 200⁰C einem Voraufschluß mit Wasserdampf und/oder Kochlauge so unterworfen wird, daß das Lignin erweicht

Die Aufbereitung von faserhaltigen), geschnitzeltem Rohmaterial, insbesondere Holzschnitzeln, ist ein umfangreiches technisches Gebiet, das ständig weiterentwickelt wird, um aus dem stets knapper werdendeil faserhaltigen Rohmaterial unter möglichst geringen Kosten qualitativ hochwertige Produkte (Zellstoffe) in möglichst hoher Ausbeute zu erhalten. Bekanntlich werden für die Zellstoffgewinnung viele Pflanzen als Rohmaterial herangezogen, sofern sie einen ausreichenden Zellulosegehalt und eine ausreichende Faserlänge besitzen. In der Praxis hat sich Holz als Rohstoffgrundlage für die Zellstoff- bzw. Papierindustrie durchgesetzt Holz ist heute jedoch nicht mehr unbegrenzt verfügbar, weil die natürlichen Vorräte, insbesondere die Bäume in den Wäldern, ständig geringer werden. Andererseits steigt aber der Verbrauch von Zellstoff-Produkten Jahr für Jahr an, so daß man bemüht ist, die Technologie auf diesem Gebiet ständig weiterzuentwickeln und die dabei auftretenden Probleme zu lösen. Zu den wichtigen Problemen auf diesem Gebiet gehören nicht nur die ständig steigenden Kosten für das Rohmaterial wegen der abnehmenden Rohmaterialvorräte, sondern auch die ständig steigenden Kosten für die Arbeit, die für die Aufbereitung und Zerfaserung des Rohmaterials erforderlich ist, sowie die ebenfalls ständig steigenden Investitions- und Betriebskosten für die dafür erforderlichen Vorrichtungen.

Man ist daher ständig auf der Suche nach neuen Verfahren und Vorrichtungen zum Aufarbeiten und Zerfasern von faserhaltigem Rohmaterial, insbesondere Holz, in den verschiedensten Formen, mit deren Hilfe es möglich ist die Faserausbeute und die Qualität des Endproduktes unter Herabsetzung der Aufbereitungsund Bearbeitungszeit und der dafür erforderlichen Kosten zu verbessern.

Zur Aufbereitung und Zerfaserung von Holzschnitzeln werden allgemein Verfahren angewendet, bei denen die Holzschnitze] eingeweicht, anschließend durch Stoffmühien zerfasert und danach weiterverarbeitet werden. So ist aus der US-Patentschrift 28 62 813 ein Verfahren zur Herstellung von pflanzlichem Pulpen-Material bekannt bei dem das Rohmaterial wiederholten Zerreißvorgängen mit dazwischen liegenden Kochbehandlungen in Lösungsmitteln unterworfen wird. Aus der US-Patentschrift 3016 324 ist ein Verfahren zur Herstellung von Holzpulpen bekannt, bei dem das Holz geschnitzelt und diese Schnitzel anschließend durch aufeinanderfolgende Kompressions- und Scherverfahren defibriert werden, wobei die defibrierten Schnitzel zur Schwächung ihrer Stabilität zwischendurch noch mit einer chemischen Lösung getränkt werden. In der Zeitschrift »Zellstoff und Papier«, 1964 (9), Seiten 270 bis 275, sind die bisher üblichen Verfahren zur Gewinnung von Papierfaserstoffen zusammenfassend dargestellt Vorrichtungen, die zum Aufschließen von Holzschnitzeln verwendet werden, sind in »Chemische Technologie der Zellstoff- und Papierherstellung«, Leipzig 1967, VEB- Fachbuchverlag, insbesondere auf den Seiten 234 bis 241, beschrieben.

Aus der US-Patentschrift 20 08 892 ist es ferner bekannt, daß ein lignoze'.lulosehaltiges Material unter Verwendung einer Einscheibenmühle unter der Einwirkung von Wasserdampf bei einer Temperatur von 100 bis 198° C aufgeschlossen werden kann, wobei die aus Lignin gebildete Mittellamelle gerade erweicht wird.

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Die zur Durchführung des bekannten Verfahrens verwendete Einscheibenmühle hat jedoch den Nachteil, daß sie die in dem Rohmaterial enthaltenen Fasern zerschneidet und abreibt, wodurch die Qualität des daraus hergestellten Endproduktes stark beeinträchtigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Wirtschaftlichkeit der Zellstoffgewinnung zu verbessern und ein kostensenkendes Verfahren zu entwickeln, das unter Senkung des zu seiner Durchführung erforderlichen apparativen Aufwandes zu verbesserten Ausbeuten und einer verbesserten Qualität des Endproduktes führt. Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine neue Vorrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe eine einfachere AufbereituHg und Zerfaserung des eingesetzten faserhaltigen Rohmaterials innerhalb einer kürzeren Aufschlußzeit und mit einer höheren Faserausbeute unter geringerer Faserschädigung als es bisher möglich war, erzielt werden kann, ohne daß dazu allzu kostspielige Neuinvestitionen erforderlich sind.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe bei einem Verfahren des eingangs geschilderten Typs dadurch gelöst werden kann, daß die vorbehandeiten Schnitzel frei von etwaigem flüssigem begleitendem Trägermedium durch eine Scheibenmühle, die mit gegenüberliegenden und relativ zueinander umlaufenden Defibrierelementen versehen ist. geführt und anschließend gegebenenfalls einer Nachkochung oder Wäsche unterzogen werden, wobei der Druck im gesamten Aufschlubsystem bei 0,7 bis 10,5 atü gehalten wird.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein System aus Aufschlußvorrichtung, Scheibenmühle und gegebenenfalls Nachkocher oder Wäscher mit gegen Druck abdichtenden Einlaß- und Auslaßventilen versehen ist und keine zwischengeschalteten Ventile aufweist, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Vorrichtung der Einlaß der Scheibenmühle direkt mit dem Auslaß der Aufschlußvorrichtung so verbunden ist, daß praktisch gleicher Druck und gleiche Temperatur in Aufschlußvorrichtung und Scheibenmühle herrschen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht man so vor, daß man in kontinuierlicher Weise Schnitzel aus dem faserhaltigen Rohmaterial ohne Verwendung einer Trägerflüssigkeit in einer Druckapparatur einer begrenzten Einwirkung eines Aufschlußmediums unterwirft, um das Lignin aufzuweichen und die Zwischenfaserebenen zu lockern. Die dabei erhaltenen, in ihrer Struktur geschwächten Schnitzel unterwirft man anschließend entgegengesetzt gerichteten Torsions- und Scherkräften und erhält so bei Abwesenheit von begleitenden Trägerflüssigkeiten eine Aufspaltung in Fasern, die keine merklichen Beschädigungen aufweisen und sich vor allein durch eine besonders große Länge auszeichnen. Es ist überraschend, daß sich hierbei gegenüber den bisher üblichen Verfahren auch große Zeitersparnisse ergeben.

Nach dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, nicht nur Halbstoff, sondern auch mehr oder weniger reinen Zellstoff innerhalb einer kurzen Zeit und unter schonender Behandlung der Fasern herzustellen. Dabei ist es wesentlich, daß das geschnitzelte Rohmaterial vor dem Eintritt in die Scheibenmühle keiner Kochung, sondern lediglich einer Anlösung des Lignins durch Tränken mit dem Aufschlußmedium oder durch Behandlung mit Wasserdampf unterworfen wird und die dabei erhaltenen Schnitzel ohne begleitende flüssige

Phase in die Scheibenmühle eingeführt werden. Die Schnitzel sind beim Eintritt in die Scheibenmühle zwar feucht und durch die Vorbehandlung angequollen, sie enthalten jedoch kein flüssiges Trägermedium mehr, was zur Folge hat, daß das Lignin als feuchter, schmieriger Film auf den Zellulosefasern vorliegt und beim Mahlen als Schmiermittel wirkt Dies führt zu einer äußerst schonenden Mahlung und zu ungewöhnlich langen und guten Zellstoffasern. Die Zeitdauer und die Temperaturbedingungen bei der Vorbehandlung sind verschieden, je nachdem, ob nur eine Tränkung mit einem flüssigen Aufschlußmedium oder eine Behandlung mit gesättigtem Wasserdampf durchgeführt wird. Im ersteren Falle liegt die Temperatur zweckmäßig bei 140 bis 200° C und die Behandlungsdauer bei 3 bis 40 Minuten, während im letzteren Falle die Temperatur zweckmäßig bei 115 bis 185° C liegt und die Behandlungsdauer zweckmäßig 0,5 bis 10 Minuten beträgt

Die Verweilzeit in der Scheibenmühle beträgt stets nur wenige Sekunden. Bei der Nachbehandlung wird eine Zeitspanne von etwa 5 bis 60 Minuten eingehalten und wenn die Nachbehandlung in einem Kocher erfolgt, erhält man einen ausgesprochenen Qualitätszellstoff.

Der Vorteil der Erfindung liegt nicht nur in der schonenden Faserbehandlung und der dabei erhaltenen ungewöhnlich hohen Zellstoffqualität, sondern auch in den extrem großen Gesamtbehandlungszeiten, die zwischen weniger als 20 Minuten und 100 Minuten liegen. Der erfindungsgemäß hergestellte Zellstoff zeichnet sich durch Fasern aus, die eine größere Länge aufweisen als sie üblicherweise erzielbar ist. Diese Fasern weisen keinerlei sichtbare Beschädigungen auf.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten Einrichtungen handelt es sich um im Gleichgewicht befindliche, unter Druck stehende Aufschlußeinrichtungen bzw. Zerfaserungseinrichtungen, die einen minimalen apparativen Aufwand erfordern und im Vergleich zu üblichen Anlagen einen geringen Platzbedarf haben. Erfindungsgemäß wird das eingesetzte Rohmaterial zur Herstellung von hochwertigen Fasern optimal ausgenutzt und die Erfindung schafft die Möglichkeit, die Vorteile des Aufschließens und Zerfaserns eines Zellstoffes mit einer hohen Konsistenz auszunutzen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

F i g. 1 bis 6 unterschiedliche Vorrichtungen, die wahlweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in F i g. 1 dargestellt. Die Vorrichtung weist eine Doppelscheibenmühle 10 auf, die mit einem Gehäuse versehen ist, dessen Umfang derart ausgebildet ist, daß eine Innenkammer entsteht, deren Form etwa der einer abgeflachten Kugel entspricht. Das Gehäuse wird durch ein Mittelstück gebildet, welches Wandteile 11 und 12 aufweist, die in Ebenen, die im wesentlichen parallel zu den dazwischenliegenden Mühlenscheiben liegen, abgeflacht sind. Die Teile 11 und 12 sind durch Mittelteile 13 miteinander verbunden, die so ausgebildet sind, daß sie im wesentlichen konzentrisch und im Abstand von gegenüberliegenden Seiten der Scheibenumfänge liegen. Das Mühlengehäuse wird durch einen oberen und einen unteren Abschnitt 14 vervollständigt, die je etwa die Gestalt eines Segmentes einer Kugelschale haben, welche die Mittelteile 13 ergänzen.

Die Scheibenmühle (gelegentlich auch als »Refiner« bezeichnet) 10 ist so ausgelegt, daß sie voll unter Druck

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betrieben werden kann. Im dargestellten Fall ist der Einlaß 15 dichtend mit einem AnschluQteil verbunden, das den Auslaß einer horizontalen, trornmelförmigen Aufschlußeinrichtung (nachfolgend kurz als »Trommel« bezeichnet) 16 bildet. Der Auslaß der Scheibenmühle s wird durch ein weiteres Anschlußteil gebildet, welches dichtend mit dem Einlaß eines trommeiförmigen Nachkochers 17 verbunden ist. Der Auslaß aus dem Nachkocher 17 wird durch ein rotierendes Auslaßventil 18 üblicher Bauart gebildet, das am Ende der Einrichtung eine druckdichtende Abdichtung aufrechterhält Der Einlaß zur Trommel 16 ist durch ein ähnliches, nicht dargestelltes Ventil dargestellt, durch das unter Aufrechterhaltung der Dichtung das Rohmaterial eingeführt werden kann. ,

Die in Reihe hintereinander geschalteten Elemente (Trommel 16, Scheibenmühle 10 und Nachkocher 17) können voll unter Druck betrieben werden, wobei zwischen den aufeinanderfolgenden Elementen keine Ventile zwischengeschaltet sind. Dadurch wird das Aufrechterhalten eines Gleichgewichts im gesamten System erleichtert, wobei im wesentlichen dieselben Temperatur- und Druckbedingungen im gesamten System erhalten bleiben.

Wenn das Verfahren der Erfindung mit dieser ₂.s Vorrichtung auf Holz als Rohmaterial angewendet wird, wird das Holz in die Trommel 16 im natürlichen, relativ trockenen Zustand in Form von Schnitzeln oder in anderweitig zerkleinerter Form und ohne ein zusätzliches Trägermedium eingeführt. Wie in der Zeichnung zu erkennen ist, weist die Trommel 16 eine Welle mit radialen Flügeln auf, die in geeigneter Weise derart angetrieben wird, daß die Schnitzel vom Einlaß zum Auslaß der Trommel gefördert werden. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform sind die Schnitzel in der _1S Trommel 16 bei ihrer Bewegung und Förderung durch die Flügel nur Dampf ausgesetzt, der zum Einstellen eines Druckes von 0,7 bis 10,5 atü bei Temperaturen von 115 bis 185° C zugeführt wird. Ein Dampfanschluß für die Trommel 16 wird zweckmäßig über ein Anschlußstück 19 vorgesehen. Es ist klar, daß der eingestellte Druck und die Temperatur vom jeweils verwendeten Holz und dem gewünschten Endprodukt abhängig sind.

Weil in der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine zwischengeschalteten Ventile vorgesehen sind, wird die gesamte Vorrichtung in gleicher Weise unter Druck gesetzt, so daß sich eine im Gleichgewicht befindliche Umgebung einstellt, wobei der Dampf nach den Erfordernissen der Trommel 16 zugeführt wird. In der Trommel 16 sind die Schnitzel allein dem Dampf bei Temperaturen von 115 bis 185° C während einer Zeit von etwa 0,5 bis 10 Minuten ausgesetzt und werden dann durch eine geeignete Einrichtung der Scheibenmühle 10 zugeführt. Die Länge der Verweilzeit wird natürlich auch durch das Material und durch das Endprodukt bestimmt und wird durch die Geschwindigkeit der Bewegung der Schnitzel gesteuert Der Dampf wird unter den genannten Bedingungen zugeführt und erzeugt kein zusätzliches Medium, sondern wird durch die Schnitzel absorbiert, wobei soviel Dampf zugeführt wird, damit das Bindemittel, in erster Linie das lignin, zwischen den einzelnen Holzfasern, weich wird.

Die dampfimprägnierten Schnitzel werden dann schnell zur Scheibenmühle 10 und durch diese hindurch bewegt In der Scheibenmühle treten sie zwischen die relctiv gegeneinander umlaufenden und sich gegenüberliegenden Scheiben und werden unter den vorher eingestellten Druck- und Temperaturbedingungen defi-

briert.

Wegen der erläuterten Behandlung in der Tromme 16, bei der das die Fasern verbindende Lignin erweich wird, wird eine Trennung bei den sich zwischen di< Mühlenscheiben bewegenden Schnitzeln in Längsebe nen zwischen den Fasern erreicht. Ein Zerfasern untei diesen Bedingungen, wenn also kein die Schnitze umgebendes Fördermedium vorhanden ist, führt zt Fasern, die zwischen den Mühlenscheiben in länglichei Form und ohne merkliche Beschädigung austreten Weiterhin wird durch die herrschenden Bedingungen erreicht, daß jede Faser mit einem fließenden, erweichten Lignin-Überzug austritt. Die Bedingungen sind dabei so, daß die Fasern im wesentlichen gleichförmig überzogen sind. Es dürfte klar sein, daß dies zu der sich einstellenden, unbeschädigten, länglichen Form beiträgt.

Wenn die Fasern von den Mühlenscheiben nach außen geschleudert werden, führt die kugelige Kontui der Aufprallfläche des Mühlengehäuses dazu, daß die Fasern eine schnelle und freie Bewegung erhalten, se daß sie beschleunigt aus der Scheibenmühle austreten Dann gelangen sie unter dem Einfluß der Schwerkraft schnell zum Nachkocher 17. Es sei festgestellt, daß bis zt dieser Stelle die Schnitzel und dann die Fasern inwesentlichen frei von jedem begleitenden Medium sind Weiterhin ist der Durchtritt des Materials durch die Scheibenmühle wie erläutert frei, so daß eine Aufent haltszeit in der Scheibenmühle 10 von wenig mehr als fünf Sekunden erreicht wird.

In der Scheibenmühle 10 findet wegen der von der Mühlenscheiben an den Fasern ausgeübten Arbeit nui ein vernachlässigbar geringes Kochen statt. In diesem Fall wird das Kochen in erster Linie im Nachkocher 17 bewirkt und schnell abgeschlossen. Bei dieser Ausführungsform wird als Nachkocher ein Behälter benutzt der wie die Trommel 16 ausgebildet ist.

Wenn die mit einem Überzug versehenen, länglichen Fasern durch übliche Antriebseinrichtungen zum Nachkocher 17 hin und durch diesen hindurch bewegt werden, werden sie dort einem Aufschlußmedium ausgesetzt, wie z. B. einer »Kraft-Lauge«, Natriumsulfit und -bisulfit oder einer Bisulfitlösung, je nach Bedarf. Die Art des Aufschlußmediums ist selbstverständlich abhängig von den Hohlfasern und dem gewünschten Endprodukt

In jedem Falle werden je nach Art des Materials und entsprechend dem gewünschten Endprodukt die Fasern im Nachkocher 17 etwa 5 bis 60 Minuten gehalten. Die längere Zeit gilt für solche Produkte, bei denen zur Erzielung des besonderen, im Hinblick auf die besondere Faser gewünschten Kochzustandes eine geringere Ausbeute tolerierbar ist

Die aus dem Nachkocher 17 mittels des Ventils 18 ausgetragenen Fasern stellen ein hochwertiges Produkt dar, welches in einer ungewöhnlich kurzen Zeit erhalten wird, verglichen mit den üblichen Verfahren und Vorrichtungen, die demselben Zweck dienen. Beispielsweise können mit der beschriebenen Vorrichtung »Kraft«-Fasern mit über 80% Ausbeute erhalten werden, die vollständig einzeln und gleichmäßig vorliegen im Gegensatz zu den Faserbündeln bei den bekannten Vorrichtungen. Unter Verwendung der dargestellten Vorrichtung und des Verfahrens der Erfindung werden die Imprägnierungsprobleme, die normalerweise auftreten, im wesentlichen vermieden. DaB dieses Durchdringungsproblem ausgeschaltet ist, ist der Grund dafür, daß das Kochen wesentlich

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abgekürzt werden kann.

Wie oben bereits erwähnt, hängt die Verweilzeit im Nachkocher 17 von der Holzart (Hartholz oder Weichholz) und von der gewünschten Ausbeute ab. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man eine Ausbeute zwischen 50 und 90%. Die erforderliche Leistung beträgt weniger als 40 PS-Tge/Tonne.

Ein weiteres, unter Druck betriebenes System gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist die Scheibenmühle 10 auf ihrer Einlaßseite mit einer Vordämpftrommel 21 verbunden, die in Ausbildung und Arbeitsweise vollkommen der Trommel 16 entspricht, während der Auslaß mit einem Nachkocher 22 verbunden ist. Rotierende Ventile 24, die in ihrer Art dem Ventil 18 entsprechen, sind am Trommeleinlaß und am Kocherauslaß vorgesehen, um das Einbringen und Austragen zu bewirken, wobei sie die Dichtung des Systems aufrechterhalten. Auch diese Einrichtung kann voll unter Druck betrieben werden, wie es bei der ersten Ausführungsform der Fall war, und weist keine zwischengeschalteten Ventile auf.

Im Betrieb wird Holz in Form von Schnitzeln oder in anderweitig zerkleinerter Form der Trommel 21 über ein Dichtventil im natürlichen Rohzustand zugeführt, wie es auch bei der ersten Ausführungsform der Fall war. Auch hier ist keine zusätzliche, begleitende Flüssigkeit vorgesehen. Wieder wird bei der Bewegung der Schnitzel zur Scheibenmühle 10 Dampf aus einer geeigneten Quelle zugeführt, um in der Trommel 21 und der damit in Verbindung stehenden Einrichtung einen Druck zwischen 0,7 und 10,5 atü zu erzeugen, wobei die Höhe des Druckes vom Material und der Anwendung abhängt. Die Schnitzel werden dementsprechend dem Dampf bei einer Temperatur von 115 bis 185°C während einer Zeit von 0,5 bis 10 Minuten ausgesetzt. Aus der Trommel 21 werden die Schnitzel der Scheibenmühle 10 in einem kontinuierlichen Strom zugeführt und treten durch diesen hindurch.

Auch hier sind in der bereits erläuterten Weise die Schnitzel vorgedämpft, um das Lignin zu erweichen. Abgesehen von dem in die Schnitzel eingedrungenen Dampf ist praktisch keine die Schnitzel begleitende Flüssigkeit vorhanden, wenn sie zu bzw. zwischen die Mühlenscheiben gelangen. Die Zerfaserung wird in der oben erläuterten Weise erreicht, wobei die Schnitzel im wesentlichen in eine längliche Faserform überführt werden. Wegen und während der kurzen Zeitdauer, die die Schnitzel zum Durchgang durch die Trommel 21 und die Scheibenmühle benötigen, und die bei etwa 5sekündigem Zerfasern etwa 10 Minuten nicht überschreitet, tritt, wie oben erläutert, keine merkliche Schädigung der Fasern auf. Die Fasern treten daher in relativ langer Form und mit einem gleichmäßigen Überzug aus Lignin in den Nachkocher 22 ein. Beim Durchgang der Fasern durch den Nachkocher 22 kann man in diesem Falle ein vollständig gebleichtes oder voll aufgeschlossenes Faserprodukt erhalten, das zur weiteren Verwendung fertig ist

Der Nachkocher 22, der in F i g. 2 veranschaulicht ist, kann bis zur Höhe 23 mit einer üblichen Aufschluß- oder Bieichlösung gefüllt sein, z. B. mit einer Hydrosulfitlösung. Bei dem dargestellten Nachkocher wird ein schrägliegendes, rohrförmiges Gehäuse verwendet, in dem eine zentrale Trennwand vorgesehen ist, um die sich Flügel an einer endlosen Kette' bewegen. Die imprägnierten Fasern, die in den Kocher eintreten, sind ohne ein zusätzliches Medium und fallen in die obere Seite des Nachkochers 22 durch den Kochereinlaß, so daß sie auf die eine Seite der darin vorgesehenen Trennwand treffen. Die Fasern gelangen dann bis zum Spiegel der Flüssigkeit im Kocher und bewegen sie nach

Ί unten, um die Trennwand herum und auf der unteren Seite der Trennwand wieder nach oben, wobei sie durch das Hydrosulfit oder ein anderes Aufschlußmedium bewegt werden. Die Bewegung durch den Kocher wird in diesem Falle so gesteuert, daß sie in der kurzen Zeit

ίο von etwa 5 Minuten erfolgt. Bei diesem Verfahren erhalten die Fasern die Bleichung und den Weißgrad, die sich bei dem gesteuerten Durchgang durch das Hydrosulfit ergeben.

Die Fasern, die im wesentlichen frei von mitgeführter

j₅ Flüssigkeit sind, werden durch die Flüge! so weit angehoben, daß sie durch das abdichtende Auslaßventil 24 des Nachkochers ausgetragen werden. Auf diese Weise kann ein gebleichtes Produkt, das fertig zur Anwendung ist, in 20 Minuten oder weniger, je nach Material, erhalten werden.

Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung ist in Fig.3 dargestellt. Auch hier wird als zentrales Element der Vorrichtung eine Scheibenmühle 10 wie bei der ersten Ausführungsform verwendet. An den Einlaß dieser Scheibenmühle ist in diesem Fall jedoch das Auslaßanschlußteil eines Nachkochers 32 angeschlossen, der dem Nachkocher 22 entspricht, der in F i g. 2 erläutert wurde. Der Auslaß der Scheibenmühle 10 ist mit dem Einlaß eines senkrechten Waschrohrs 30 verbunden. Das untere Ende des Waschrohrs ist mit einem Auslaß versehen, an dem ein rotierendes Auslaßventil 31, das dem Ventil 18 der ersten Ausführungsform entspricht, als Dichtung zur Aufrechterhaltung des Drucks im System vorgesehen ist. Am Einlaß zum Nachkocher 32 ist ein dem Ventil 31 entsprechendes angeordnet.

Im Betrieb kann bei dieser Einrichtung der Boden des geneigt angeordneten Nachkochers 32 mit einem Kochmedium gefüllt sein, wie z. B. »Kraft«-Lauge. In das obere Ende dieses Kochers kann über einen Anschluß 33 aus einer geeigneten Quelle Dampf eingeführt werden. Auf diese Weise lassen sich Druck und Temperatur im System einstellen. Bei dieser Einrichtung werden Holzschnitzel dem Einlaß im natürlichen Rohzustand ohne zusätzliches Medium zugeführt, so daß sie vor der Zuführung zur Scheibenmühle 10 bei der Bewegung durch das Bad imprägniert und chemisch aufgeschlossen werden. Der Druckbereich, unter dem die Einrichtung in diesem Falle betrieben wird, liegt wieder zwischen 0,7 und 10,5 atü, je nach der Art des Rohmaterials und dem gewünschten Endprodukt, jedoch wird vorzugsweise ein Druck zwischen 5,25 und 10,5 atü gewählt Die Betriebstemperaturen liegen in einem Bereich zwischen etwa 140 und 200⁰C.

In diesem Falle werden die Schnitzel aufgeschlossen und imprägniert und dann der Scheibenmühle 10 zugeführt Die Schnitzel werden zwar imprägniert, sind aber danach frei von dem Aufschlußmedium. Da das Lignin beim Kochen erweicht, erfolgt die Bewegung der Schnitzel der Scheibenmühle 10 und durch diese hindurch in der Art, wie es bei der ersten Ausführungsform erläutert wurde. Die Mühlenscheiben trennen die Schnitzel wieder in den Längsebenen zwischen den

6s Fasern, so daß aus den Mühlenscheiben lange Fasern austreten, die in diesem Falle vorher chemisch aufgeschlossen worden sind. Die Fasern fallen aus der Scheibenmühle 10 oben in

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ίο

das Waschrohr 30 hinein, das sie zur Vervollständigung des Prozesses schnell durchlaufen. Das Rohr 30 steht senkrecht und enthält eine schwache Waschlauge. Das Rohr 30 ist weiterhin am unteren Ende mit einem Einlaß 33 versehen, durch den kontinuierlich die Waschflüssigkeit eintritt, während am oberen Ende ein Auslaß 34 vorgesehen ist, durch den kontinuierlich die Flüssigkeit austritt. Auf diese Weise ist eine vorbestimmte Menge der Waschflüssigkeit im Rohr 30 als Waschmedium für die Fasern enthalten, die sich unter dem Einfluß der Schwerkraft durch das Waschrohr bewegen. Auf diese Weise werden die Fasern dem zusätzlichen Wascheinfluß durch die im Gegenstrom strömende Waschflüssigkeit ausgesetzt. Wenn die Fasern das Rohr 30 verlassen, sind sie im wesentlichen von anhängenden, unerwünschten Teilchen befreit.

Die Bewegung der Fasern durch das Rohr 30 dauert zwischen 5 und 15 Minuten, je nach der gewünschten Abschreck- oder Waschwirkung. Die austretenden Fasern sind fertig zur Anwendung bei der Herstellung von »Kraft«-Produkten. Es sei bemerkt, daß die Zeit, die die Schnitzel für die Bewegung während des Imprägnierens im Nachkocher benötigen, zwischen 3 und 40 Minuten für Kraftprodukte liegt, während die Durchlaufzeit durch die Scheibenmühle 10 nur in der Größenordnung von Sekunden liegt.

Bei der erläuterten kontinuierlichen Vorrichtung kann das Faser-Endprodukt in einer Zeit erhalten werden, die merklich kürzer ist als dies bei einer üblichen Vorrichtung unter Anwendung üblicher Verfahren möglich ist. Für eine hohe Ausbeute kann die Zeit zur Durchführung des gesamten Verfahrens in einigen Fällen weniger als 10 Minuten betragen.

Die Anwendung einer Einrichtung nach Fig. 3 wird besonders deutlich durch die folgenden spezifischen Beispiele:

A) Ein Gemisch aus Fichtenholz und Douglasfichtenschnitzeln (54,4 kg ofentrocken) wird durch ein Bad in einem Kocher ähnlich dem Kocher 22 geschickt. Das Bad ist eine Lösung, die beispielsweise dadurch hergestellt wird, daß 2,05 kg Natriumsulfid und 6,67 kg Ätzalkali (oder Ätzkalk) in 367 Liter Wasser gelöst werden. Der im System erzeugte Druck sollte etwa 10,5 atü betragen, während die Temperatur etwa 180⁰C sein sollte. Die gesteuerte Bewegung der Holzschnitzel durch den Kocher zu den Refinerscheiben hin sollte dann in etwa 14 bis 15 Minuten erfolgen. Die Wirkungsweise der Scheibenmühle 10 und des Wäschers 30 entsprechen den bei der Erläuterung der F i g. 3 beschriebenen Wirkungen. Der gesamte Ablauf beträgt weniger ais 30 Minuten. Das bemerkenswerte Ergebnis dieses Verfahrens ist eine 70%ige Ausbeute an Fasern mit einer K-Zahl von 123. Es sei bemerkt, daß die Menge an zugefügten Chemikalien, ausgedrückt als aktives Alkali, etwa 5,4% Na₂O beträgt Dadurch wird offensichtlich, daß durch die Erfindung eine hohe Ausbeute mit ausgezeichneten Eigenschaften in einer verhältnismäßig kurzen Zeit erzielt wird, wobei eine beträchtliche Verringerung an Einrichtungen und Handhabungskosten erreicht wird, im Vergleich zu den üblichen Verfahren, mit denen die gleichen Ergebnisse erzielt werden sollen.

B) Ein Gemisch der gleichen Schnitzel wie bei »A« wird in gleicher Weise durch ein Bad in einem Kocher 22 der Einrichtung nach F i g. 3 geschickt, wobei das Bad dadurch hergestellt wird, daß 4,08 kg Na₂S und 13,35 kg NaOH in 367 Liter Wasser gelöst werden. Die Durchlaufzeit bis zur Scheibenmühle ist dieselbe wie bei »A«. Weiterhin sind auch Druck und Temperatur wie auch der Ablauf in der Scheibenmühle 10 und im Wäscher 30 genau wie bei »A«. In diesem Falle erhält man eine Ausbeute von 60% und eine K-Zahl von 93,4. Bei den in diesem Falle erhaltenen Fasern ist es von besonderer Bedeutung, daß die Fasern mit 60% ίο Ausbeute Festigkeitseigenschaften aufweisen, die mit denen eines in üblicher Weise hergestellten Kraftzellstoffs vergleichbar sind, der aus den gleichen Schnitzeln hergestellt ist, wobei beim üblichen Verfahren eine Ausbeute von weniger als 50% erreicht wird.

Es sei bemerkt, daß die oben erläuterten Beispiele auch anwendbar sind, wenn bei irgendeiner Einrichtung gemäß der Erfindung das Kochen in einem Nachkocher vorgenommen wird.

Fig.4 zeigt eine weitere Einrichtung gemäß der Erfindung. Bei dieser Einrichtung ist der Einlaß der Scheibenmühle 10 mit einer Vordämpftrommel 21 verbunden, wie es bei Fig. 2 der Fall war. An den Auslaß ist ein Nachkocher 22 angeschlossen, wie er ebenfalls in Fig. 2 zu erkennen ist. Die Abweichung besteht hier darin, daß an den Auslaß des Kochers 22 ein weiteres Kochergehäuse 40 angeschlossen ist, das dem Behälter 10 ähnlich ist, der in der US-Patentschrift 30 85 624 erläutert ist. Am Auslaß des Gehäuses 40 ist ein rotierendes Auslaßventil 41 vorgesehen, das in geeigneter Weise wirksam wird und dabei gleichzeitig den Auslaß des Systems abdichtet. Weiterhin ist ein ähnliches, nicht dargestelltes Ventil am Einlaß der Einrichtung vorgesehen, das die Dichtung aufrechterhält und gleichzeitig das Zuführen von Rohmaterial zur Trommel 21 ermöglicht.

Es sei erneut betont, daß zwischengeschaltete Ventile hierbei vermieden werden.

Beim Betrieb der Einrichtung nach F i g. 4 werden die Teile 21, 10 und 22 in derselben Weise wirksam, wie es bei der Beschreibung der F i g. 2 erläutert wurde. Dampf wird durch geeignete Einrichtungen der Trommel 21 zugeführt, um innerhalb des Systems einen Druck aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Je nach den verwendeten Materialien und Zielen wird der Druck im Bereich von 0,7 bis 10,5 atü eingestellt, während die Temperaturen zwischen 115 und 185°C liegen. In der Trommel 21 liegt das Rohmaterial als Holzschnitzel ohne zusätzliche Flüssigkeit vor. Die Schnitzel werden durch übliche Schnecken oder Flügel weitergefördert und werden während ihrer Bewegung zum Refiner durch den Dampf imprägniert. Die Aufenthaltsdauer der Schnitzel in der Trommel liegt zwischen 0,5 und 10 Minuten, je nach Material und dem gewünschten Ergebnis. Die imprägnierten Schnitzel werden dann durch den Refiner 10 bewegt, der in der oben bereits erläuterten Weise wirksam wird und die Fasern als lange, gleichmäßig überzogene Fasern dem Einlaß des Kochers 22 zuführt. Dabei ist in keinem Falle ein zusätzliches Medium vorhanden. Es ist zu erkennen, daß der Vorgang bei einer optimal hohen Konsistenz abläuft

Die Fasern werden dann zum Kocherbad und durch dieses hindurchbewegt, das durch das erforderliche Kochmedium dargestellt wird, und werden anschließend relativ frei von begleitenden Flüssigkeiten einem zweiten Koch- und Waschprozeß beim Durchgang durch das Gehäuse 40 ausgesetzt. Das Gehäuse 40 ist

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von oben bis unten durchgehend offen und bildet eine Kammer, in der bis zu einem Spiegel 42 eine Flüssigkeit enthalten ist. Die Art der Flüssigkeit wird durch den geforderten Aufschluß der Fasern bestimmt. Selbstverständlich befindet sich oberhalb des Spiegels 42 Dampf, wie es durch das Dampfsystem der Einrichtung festgelegt ist, wenn auch hier ein Anschlußteil 43 zusätzlich vorgesehen ist, mit dem nach Wunsch weiterer Dampf zugeführt werden kann.

Nach dem Eintritt in das Gehäuse 40 fallen die Fasern iiiTolge der Schwerkraft durch den oberen Dampfbereich und dann durch einen Sprühnebel einer Flüssigkeit, die durch einen Anschluß 44 zugeführt wird. Dabei wird gleichzeitig eine Wasch- und Aufschließwirkung erzielt. Falls Teilchen an den Fasern haften geblieben sind, werden sie durch den Spiühnebe! entfernt. Bei der Bewegung der Fasern durch die Flüssigkeit im Gehäuse 40 werden die Fasern durch die Chemikalien entsprechend aufgeschlossen. Es ist zu erkennen, daß der Spiegel der Flüssigkeit im Gehäuse 40 auf der Prozeßtemperatur gehalten wird, weil er unmittelbar an den Dampf im oberen Abschnitt des Gehäuses angrenzt. In den unteren Abschnitt des Gehäuses 40 wird eine schwache und kältere Lösung durch Düsen 45 eingeführt. Hierdurch werden die Fasern nach unten gezogen, wo sie durch einen Auslaß 46 austreten. Falls irgendwelche Teilchen noch an den Fasern verblieben sein sollten, werden sie jetzt abgewaschen, und die Fasern werden in einem gewissen Maß abgekühlt, wenn sie durch das Ventil 41 nach außen austreten. Die Einrichtung nach F i g. 4 stellt also eine Erweiterung der Einrichtung nach Fig. 2 dar, die dann zur Anwendung kommt, wenn ein weitergehender Aufschluß vor der Anwendung der Fasern erforderlich ist.

Es sei jedoch ganz allgemein bemerkt, daß bei jeder der erfindungsgemäßen Einrichtungen und Verfahren das Zerfasern und Aufschließen oder Bleichen mit einem Rohmaterial erreicht wird, welches seine natürliche Form besitzt und daher von relativ hoher Konsistenz ist. Weiterhin wird durch die Verwendung der unter Druck stehenden Aufschließeinrichtung und der Art, wie das Erweichen und Zerfasern vorgenommen wird, erreicht, daß die Einrichtung keine besonderen Anforderungen an Leistung und Dampf stellt, und daß die Fasern in einer außerordentlich schnellen Art und Weise zerfasert werden. Es sei weiterhin bemerkt, daß wegen der geringen Verwendung von Flüssigkeiten bei den erfindungsgemäßen Einrichtungen minimale Anforderungen hinsichtlich der Rohrlegearbeiten gestelltwerden.

In Fig. 5 ist eine Abänderung der Einrichtung nach F i g. 4 dargestellt. Die einzige Änderung besteht darin, daß die Vordämpftrommel 21 durch einen Nachkocher 22 ersetzt ist. In diesem Falle wird ein chemisches Voraufschließen unter den eingestellten Druck- und Temperaturbedingungen, wie sie oben erläutert wurden, vorgenommen, wodurch das Erweichen des Lignins für das Zerfasern bewirkt wird. Sonst ist die Arbeitsweise in den einzelnen Geräten die gleiche. Eine solche Einrichtung wird dann verwendet, wenn das Fasermaterial und das geforderte Endprodukt ein weitergehendes chemisches Aufschließen der Fasern nötig machen. Es ergibt sich jedoch eine Änderung in der gesamten für den Aufschluß erforderlichen Zeit, da die Bewegung des Rohmaterials durch den ersten Kocher 22 etwa 3 bis 40 Minuten je nach den gewünschten Erfolgen erfordert. Auch wird hier der Dampf so zugeführt, daß die Einrichtung vorzugsweise unter einem Druck von 5,25 bis 10,5 atü steht, während die Temperatur zwischen 140 und 200°Cgehälien wird.

Bei den Einrichtungen gemäß den F i g. 4 und 5 kann in einigen Fällen ein zwischengeschaltetes Ventil von der Art des Ventils 41 zwischen dem Gehäuse 40 und dem unmittelbar vorhergehenden Kocher 22 vorgesehen werden. Das geschieht dann, wenn die besonderen verwendeten Chemikalien und die besondere Art der Bewegung der Fasern durch das Gehäuse zu gewissen

ίο Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Druckes und der Temperatur im System führen würden.

Eine weitere Anwendung der Erfindung ist in F i g. 6 der Zeichnung dargestellt. Hier sind eine Vordämpftrommel 21 und eine Scheibenmühle 10 miteinander verbunden und werden so verwendet, wie es bei der Beschreibung der F i g. 2 erläutert wurde. Am Auslaß der Scheibenmühle 10 ist ein rotierendes Ventil 50 vorgesehen, das ähnlich wie Ventile 18 und 41 ausgebildet sein und in entsprechender Weise wirken kann. Das Ventil 50 steht mit dem oberen Ende eines Bleichturms 52 in Verbindung. Dieser Bleichturm ist ebenfalls druckdicht abgedichtet und führt mit seinem Auslaß zu einer unter Druck arbeitenden Presse 53, an deren Auslaßende ein zweites Ventil 50 angeordnet ist.

Weiterhin ist am Einlaß zur Vordämpftrommel 21 ein nicht dargestelltes Ventil 50 vorgesehen.

In diesem Fall werden je nach dem verwendeten Material und dem gewünschten Endprodukt die Trommel 21 und die Scheibenmühle 10 unter einem Druck von 0,7 bis 8,75 atü bei einer Temperatur im Bereich zwischen 110 und 175°C gehalten. Diese Zustände werden dadurch aufrechterhalten, daß der Trommel 21 Dampf zugeführt wird. Außerdem wird Dampf auch den Behältern 52 und 53 zugeführt, um in diesen einen Druck aufrechtzuerhalten, der in der Nähe des Atmosphärendrucks oder darüber liegt. Am Behälter 52 ist ein Anschluß vorgesehen, der einen Wassereinlaß 55 am oberen Ende des Bleichturms darstellt, und einen sich im Behälter ausbreitenden Wasserstrahl liefert.

Diese Einrichtung ist besonders vorteilhaft, wenn gebleichte Fasern erzeugt werden sollen. Holzschnitzel werden in die Trommel 21 eingebracht und zur Scheibenmühle 10 bewegt, wie es oben unter Bezug auf die entsprechende Einrichtung bereits erläutert worden ist. wobei die Schnitzel beim Durchgang durch den Dampf imprägniert werden, und wobei die Verweilzeit 0,5 bis 10 Minuten beträgt. Wenn die Schnitzel, die beträchtlich erweicht sind, in den Einlaß der Scheibenmühle 10 gelangen und zwischen den Refinerscheiben hindurchgetreten sind, werden die voneinander getrennten Fasern gleichzeitig bei der Trennung einem Sprühnebel einer Bleichlösung ausgesetzt. Diese Bleichlösung wird durch geeignete Einrichtungen in den Einlaß der Scheibenmühle eingeführt Auf diese Weise wird der Bleichvorgang in dem Augenblick eingeleitet, in dem die Fasern tatsächlich in die längliche Form gebracht werden. Die dauernd unter dem Einfluß der Bleichlösung stehenden Fasern fallen dann in das Ventil 50 und durch dieses hindurch in den oberen Abschnitt des senkrecht stehenden Bleichturmes 52. Hier wird durch einen durch den Anschluß 55 eintretenden Wasserstrahl ein Abschrecken erreicht, das fortgesetzt wird, wenn die Fasern unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten fallen. Bereits gebleicht verlassen die Fasern den Bleichturm und treten in die unter Druck arbeitende Presse 53 ein, in der begleitende Medien aus dem Bleichturm entfernt und die Fasern

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erneut gewaschen werden. Das Waschen wird durch einen Strahl bewirkt, der auf die Fasern durch Düsen 55 gerichtet wird, die in einem Ring am Auslaßende der Presse angeordnet sind. Von hier aus treten die Fasern durch das Auslaßventil 54 aus. S

Bei der Verwendung der Einrichtung nach Fig.6 kann mittels der Vordämpftrommel und der Scheibenmühle eine gebleichte, längliche Faser hergestellt werden, wobei der Bleichprozeß durch das Weiterbewegen der Fasern durch den Bleichturm und die Presse vervollständigt wird. Dabei wird in einer verhältnismäßig kurzen Zeit ein vollkommen gebleichtes Faserprodukt erzielt, das bei der Herstellung von Qualitätsfaserstoffen verwendet werden kann.

Bei allen Anwendungen der Erfindung wird ein kontrolliertes und begrenztes Aufschließen oder Kochen benutzt, durch das die unerwünschten Oberzüge und der Inhalt des Rohmaterials leicht abgebaut werden können, ohne daß die Fasern merklich beschädigt werden. In allen Fällen wird eine Faser erzielt, die praktisch unmittelbar bei der Papierherstellung und anderen Anwendungen benutzt werden kann. Die den beschriebenen Einrichtungen eigentümliche Arbeitsgeschwindigkeit und der minimale Leistungsverbrauch liegen zum Teil im Verzicht auf die zwischengeschalteten Ventile bei den vorzugsweise anzuwendenden Einrichtungen begründet Wenn Ventile wegen der Notwendigkeiten eines besonderen Materials und Verfahrens verwendet werden, werden sie entweder dazu benutzt, unerwünschte Wirkungen von während des Kochens freigewordenen Gasen durch das Zurückströmen in die vorhergehenden Geräte zu vermeiden oder einen Bereich festzulegen, in dem eine Änderung des Druckes erfolgen muß. Jedoch ist klar, daß bei der vorzugsweisen Ausbildung der Erfindung Ventile im wesentlichen ausgeschaltet sind, wobei gleichzeitig die Probleme vermieden werden, die normalerweise bei der Verwendung einer großen Anzahl von Ventilen auftreten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

!9 Ol Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Aufbereiten und Zerfasern von faserhaltigen^ geschnitzeltem Rohmaterial, insbesondere von Holzschnitzern, unter Einwirkung eines Aufschlußmediums bei erhöhtem Druck in einer Aufschlußvorrichtung und in einer nachgeschalteten Scheibenmühle, wobei das schnitzeiförmige Rohmaterial zunächst in einer ι ο Aufschlußtrommel oder einem Aufschlußkocher über etwa 0,5 bis 40 Minuten bei einer Temperatur zwischen 115 und 200⁰C einem Voraufschluß mit Wasserdampf und/oder Kochlauge so unterworfen wird, daß das Lignin erweicht, dadurch gekennzeichnet, daß diese vorbehandelten Schnitzel dann frei von etwaigem flüssigem begleitendem Trägermedium durch eine Scheibenmühle, welche mit gegenüberliegenden und relativ zueinander umlaufenden Defibrierelementen versehen ist, geführt und anschließend gegebenenfalls einer Nachkochung oder Wäsche unterzogen werden, wobei der Druck im gesamten Aufschlußsystem bei 0,7 bis 10,5 atü gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufschlußmedium Dampf verwendet wird, dessen Druck und Temperatur derart gewählt sind, daß die Bildung von Feuchtigkeit in der Aufschlußtrommel, abgesehen von der in die Holzteilchen als Imprägnierung eindringenden Feuchtigkeit, verhindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Material und gewünschten Endprodukt die Holzteilchen zwischen 0,5 und etwa 10 Minuten bedämpft werden und das is Rohmaterial nach dem Eintreten in die Trommel in einem kontinuierlichen Strom weiterbewegt wird.

4. Vorrichtung zum kontinuierlichen Aufbereiten und Zerfasern von faserhaltigen!, geschnitzeltem Rohmaterial hoher Konsistenz, insbesondere von Holzschnitzeln, unter Einwirkung eines Aufschlußmediums bei erhöhtem Druck in einer Aufschlußvorrichtung und in einer nachgeschalteten Scheibenmühle, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus Aufschlußvorrichtung (16), Scheibenmühle (10) und gegebenenfalls Nachkocher (17) oder Wäscher (30) mit gegen Druck abdichtenden Einlaß- und Auslaßventilen versehen ist und keine zwischengeschalteten Ventile aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Scheibenmühle (10) direkt mit dem Auslaß der Aufschlußvorrichtung (16) so verbunden ist, daß praktisch gleicher Druck und gleiche Temperatur in Aufschlußvorrichtung (16) und Scheibenmühle (10) hergestellt sind.