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Verfahren zur Herstellung von insbesondere zur Papiererzeugung geeigneter Zellulose aus dürren
Maisstengeln und Stroharten.
Es ist bekannt, dass aus Maisstengel (aus von der Frucht befreiten trockenen Maisstielen und Blättern), ferner aus trockenen Stroharten und Gräsern, z. B. aus Espartogras, durch ein auf ein mechanisches Aufschliessen (Zerkleinern, Zupfen, Zerfasern) folgendes chemisches Aufschliessen (Kochen, Anwendung von Chemikalien, unter Druck) und anschliessendes Bleichen eine insbesondere zur Papiererzeugung geeignete Zellulose hergestellt werden kann. Bei den bisherigen Verfahren hat man für den chemischen Aufsehliessprozess meistens Ätzalkali, insbesondere Ätznatron verwendet. Die erhaltene Zellulose war zwar zur Papiererzeugung geeignet, aber infolge der Unvollkommenheit des Aufschliessen nicht genug homogen.
Es ist insbesondere nicht gelungen, die Parenchymzellen in ausreichendem Masse aufzuschliessen und aus den aufgeschlossenen Zellulosefasern zu entfernen. Dies hatte zur Folge, dass die nicht vollständig aufgeschlossenen und von den Zellulosefasern unvollkommen getrennten Parenchymzellen im Papier zu Knoten zusammentraten.
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und chemischen Aufschliessen der Herstellungsprozess wirtschaftlicher gestaltet, anderseits der Ausgangsstoff so vollkommen aufgeschlossen, dass die Parenehymzellen zerpulvert werden und von der Zellulose ohne Schwierigkeit vollständig getrennt werden können. In dieser Weise wird mit einem billigeren Verfahren ein vollkommeneres Endprodukt als das bisherige erhalten.
Das Wesen des Verfahrens besteht darin, dass das zellulosehaltige Gut (im folgenden wird beispielsweise von Maisstengeln gesprochen) gegebenenfalls nach einer ersten Vorzerkleinerung (Zerzupfen) gewaschen und in noch nassem Zustand bis zur Erzielung eines heuartigen Gefüges voraufgeschlossen, anschliessend in einer mit Sieben versehenen Quetschmaschine, z. B. in einem Holländer, so lange weiter zerkleinert und zerfasert wird, bis der Holländer einen grossen Teil der in den Maisstengeln vorhandenen organisehen Stoffe in einer schleimig-kolloiden Form, den Faserstoff hingegen in einer in dieser sehleimig-kolloiden Masse schwimmenden häekselartigen Form enthält. Den sehleimigkolloiden Stoff hebt die Siebtrommel des Holländers heraus. Diese Flüssigkeit wird durch Klären und/oder Zentrifugieren entwässert.
In dem Holländer verbleibt dann ein Gemengsel der Bruchstücke des Faserstoffes sowie der Parenchymzellen, welches in den Kocher befördert wird, in welchem es durch Kochen in der Anwesenheit von schwefliger Säure unter niedrigem Druck (z. B. 1-2 Atm. ) und für kurze Zeit (11/2-3 Stunden) einem chemischen Voraufsehliessen unterworfen wird. Dieses Voraufsehliessen soll so weit gehen, bis die Parenchymzellen von dem Faserstoff leicht getrennt werden können.
Zur Trennung wird beispielsweise so verfahren, dass das in Wasser schwimmende Gemisch der Fasern und der aufgeschlossenen Parenehymzellen über ein bewegliches endloses Sieb geleitet wird, so dass dem die letzte Stufe des Aufsehliessprozesses bildenden, mit Chlor durchgeführten endgültigen Aufsehliessen und Bleichen nur mehr Zellulosefasern unterworfen werden. Nach dem Aufschliessen mit Chlor können die vollständig aufgeschlossenen und sehr feinen Zellulosefasern in an sich bekannter Weise weiter, z. B. zu Pülpe verarbeitet werden und ergeben ein Papier von ausgezeichneter Qualität.
Vom Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit ist das Verfahren aus dem Grunde vorteilhaft, da für das chemische Aufschliessen statt des teueren Ätznatrons schweflige Säure verwendet und dabei aus dieser, auf das Zellulosegewieht gerechnet, eine weitaus geringere Menge als die des Ätznatron benötigt wird. Während für die Herstellung von 100 kg Zellulose etwa 20 kg Ätznatron erforderlich war, genügt 10-12 kg S02, wobei der Preis des S02 viel niedriger als jener des Ätznatrons ist. Vom technischen Gesichtspunkt aus weist die schweflige Säure den Vorteil auf, dass sie sehr leicht durch einfaches Absorbieren und Austreiben regeneriert und ohne jeden Zwischenprozess, z. B. Reinigungsprozess, wieder verwendet werden kann.
Bezüglich des Endproduktes stellt das Aufschliessen der Parenchymzellen bis zur Pulverform und ihre vollständige Trennung von der Zellulose einen wesentlichen Vorteil dar. Der Faserstoff selbst wird in einer weichen, schmiegsamen Form erhalten, welche sich zum späteren Zerfasern (Holländer, Defibreur) ausgezeichnet eignet.
Die von den Fasern getrennten inkrustierenden Stoffe können zu Futter verarbeitet werden und ergeben auf diese Weise ein wertvolles Nebenprodukt des Verfahrens.
Es soll nun das erfindungsgemässe Verfahren an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Die dürren Maisstengel werden in Ballen zu der Verarbeitungsstelle befördert. Es ist zweckmässig, das mechanische Aufschliessen bereits vor dem Verpressen der Ballen an der Sammelstelle der Stengel durch Aufreissen der Stiele und der Blätter zu beginnen.
An der Verarbeitungsstelle kommt das beim Öffnen der Ballen auseinanderfallende zerzupfte Gut zunächst in eine Wasehvorrichtung, in welcher der Stoff in Gegenstrom zum Waschwasser geleitet
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und zugleich z. B. durch gelochte Ausgestaltung des Bodens des Waschkanals od. dgl. dafür Sorge getragen wird, dass die Verunreinigungen von grösserem spezifischem Gewicht (Sand, Kies) entfernt werden. In der Waschvorrichtung können Fördervorrichtungen, z. B. umlaufende Gabeln, arbeiten. welche die Wirksamkeit des Waschens erhöhen, indem sie die zerzupften Stiele befördern, ununterbrochen mischen und aneinander reiben.
Während bei den bekannten Verfahren das aufgerissene und gewaschene Gut unmittelbar in den das mechanische Aufschliessen beendenden Holländer befördert wird, soll erfindungsgemäss ein V orzerkleinerungsprozess zwischengeschaltet werden. Für diesen Zweck wird das gewaschene Gut in feuchtem Zustand in eine sogenannte Hammermühle von an sich bekannter Bauart befördert, in welcher die eigentliche Zerkleinerung begonnen wird. Für das Mass der in der Hammermühle erfolgten Zerkleinerung kann massgebend sein, dass das die Hammermühle verlassende Gut ein heuartiges Aussehen haben soll, wobei in dem Heu kleine Blätterbruchstücke und griessartige kleine Markteile gleichmässig vermischt sind.
Durch die Vorzerkleinerung in der Hammermühle wird die Arbeit des Holländers erleichtert.
Der Holländer ist eine mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitende Maschine, und es ist vorteilhaft, wenn ihm ein bereits nahezu homogener Stoff zugeführt wird, wie es auch für das ganze Verfahren massgebend ist, dass die Maisstengel od. dgl. Rohstoffe in die Kocher, in welchen das chemische Aufschliessen vor sich geht, bereits in einer möglichst homogenen Form gelangen und zugleich auch von organischen Stoffen, welche vom Gesichtspunkt des Kochens grösstenteils schädlich sind, da sie überflüssigerweise Chemikalien verbrauchen würden, anderseits aber für Futterzwecke geeignet sind, nach Möglichkeit befreit sein sollen.
In dem Holländer wird der Stoff weiter zerkleinert und zerfasert. Während der Zerfaserung bersten die Faserbündel und auf diese Weise werden immer grösser werdende Oberflächen freigelegt, mit welchen die Fasern während des Holländerns sich aneinander reiben. Diese Massnahme hat dann zur Folge, dass der ganze Wasserinhalt des Holländers sieh mit fein schwebendem, nahezu kolloidem, schleimigem organischem Stoff füllt, in welchem der Faserstoff in einer häckselartigen Form in gleichmässiger Verteilung schwimmt. Die Siebtrommel des Holländers schöpft die schwebenden organischen Teile und den noch nicht entfernten feinen Sand ununterbrochen heraus, bis schliesslich die Fasern als reiner, goldgelber, häekselartiger Stoff zurückbleiben.
Die mit der Siebtrommel herausgeschöpften organischen Stoffe werden vom Wasser, gegebenenfalls nach vorherigem Klären und gleichfalls, eventuell unter Zwischenschaltung eines Sandfängers, durch Zentrifugieren getrennt. Der in der Zentrifuge verbliebene Stoff, der in der Hauptsache aus Pentosanen und Blätterbruehstücken besteht, ist für Futterzwecke insbesondere deshalb sehr geeignet, da er auf mechanischem Wege nahezu bis zum kolloiden Zustand aufgeschlossen wurde.
Der im Holländer zurückbleibende Stoff besteht zum überwiegenden Teil aus häckselartigen Fasern, mit welchen die gleichfalls zerkleinerten grösseren Parenchymreste, d. h. Markzellenbruchstücke, vermischt sind. Durch die Bemessung der Masehengrösse des Wasehtrommelsiebes kann dafür Sorge getragen werden, dass ausser den Faserstoffen nur grössere Parenchymreste in der Grössenordnung von z. B. mindestens 1 mm zurückbleiben.
Dieses Gut wird in den Kocher befördert, in welchem das chemische Aufschliessen erfolgt. Dabei ist unter dem Auf schliessen durch Kochen nur eine Vorstufe des chemischen Aufscliessens zu verstehen, da das Aufschliessen nicht bis zu einem Grad getrieben wird, bei welchem sämtliche inkrustierenden Stoffe des zellulosehaltigen Stoffes aufgelöst werden und nur eine ungebleichte Zellulosepülpe zurückbleibt, sondern nur so weit, bis der lose Zusammenhang der Parenchymzellen aufgelockert wird und die Parenchymknoten zu Pulver zerfallen, während der Faserstoff, seine ursprüngliche makroskopisch Form beibehaltend, so weit aufgeschlossen wurde, dass das für den späteren letzten Aufschliess- und Bleichprozess verwendete Chlor leicht zwischen die Zellen eindringen kann.
Bei der Untersuchung eines solchen gekochten Stengelteilehens findet man, dass es zwischen den Fingern so auseinandergerieben werden kann wie die Borsten eines Pinsels. Die einzelnen Faserbündel sind im Querschnitt schwammartig geworden ; auseinandergerissen, reissen die elementaren Zellulosefasern nicht, sondern werden nur auseinandergezogen, so dass das ganze Faserbündel faserig reisst. In dem bis zu dieser Stufe aufgeschlossenen Gut kann der faserige Teil von den Parenehymzellen, die vom Gesichtspunkt der Zelluloseerzeugung schädlich sind, aber ein wertvolles Nebenprodukt liefern, ohne Schwierigkeit getrennt werden.
Das Kochen wird in Gegenwart von S02 z. B. in der Weise vorgenommen, dass das aufzuschliessende Gut zuerst bei niedrigem Druck (1-2 Atm. ) 1-11/2 Stunden lang mit Wasser gekocht, hierauf das Wasser vollständig, so dass ein feuchter Stoff zurückbleibt, oder teilweise abgelassen und in den Kochkessel Sagas gedrückt wird. Dann wird das Kochen bei demselben Druck von 1 bis 2 Atm.
1-11/2 Stunden lang fortgesetzt.
Die schweflige Säure kann auch in dem Faserstoff selbst entwickelt werden, so dass ihre Wirkung in statu nascendi zur Geltung kommt. Zu diesem Zweck wird das den Holländer verlassende Gut mit einer Lösung eines S02-Salzes (Kalzium-, Natrium-oder Kaliumsalz) kalt oder warm behandelt.
Das Salz diffundiert in das Gut hinein, insbesondere wenn schon zu Beginn unter einem niedrigen
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Druck (1-2 Atm. ) gearbeitet wird. Bei der einen solchen niedrigen Druck entsprechenden Temperatur setzt das Aufschliessen des Gutes noch nicht ein. Das Sagas wird dann durch Zusatz von Schwefelsäure allmählich in Freiheit gesetzt, wobei zu beachten ist, dass die Schwefelsäure nicht einmal stellenweise, z. B. auch nicht an der Stelle ihrer Zufuhr, jene Konzentration erreicht, bei welcher eine VerI zuckerung der Zellulose beginnen würde. Auch bei der Zersetzung der Salze ist darauf zu achten, dass die Menge der freien Schwefelsäure stets unter der äquivalenten Menge bleibt, d. h. ein Schwefelsäureübersehuss soll niemals vorhanden sein.
Das Kochen wird mit dem in der beschriebenen Weise in Freiheit gesetzten SOl-Gas unter Einhaltung der bei der ersten Ausführungsform angegebenen Bedingungen durchgeführt.
Die in der einen oder andern Weise durchgeführte SO-BehandIung kann gegebenenfalls wiederholt und es können auch die beschriebenen Kocharten miteinander kombiniert werden. Durch Änderung der jeweiligen Betriebsbedingungen (Druck, Temperatur, Koehdauer) in engen Grenzen kann auch die Qualität des gekochten Gutes geändert werden. Der Grad der chemischen Voraufschliessung hängt übrigens auch von der Art der weiteren Verarbeitung ab. Falls z. B. im späteren Verlauf grössere Chlormengen zur Verfügung stehen, so kann das Kochen milder und von kürzerer Dauer sein, d. h. es entfällt ein grösserer Teil des endgültigen Aufschliessen auf die Arbeit des Chlors. Wenn man mit weniger Chlor auskommen will, wird die Voraufschliessung energischer durchgeführt.
Zur Regenierung der schwefligen Säure wird das Gas vor dem Entleeren oder Abblasen des Kochkessels in Wasser oder Alkali absorbiert und wieder verwendet, so dass mit dem SO ; ; in Kreislauf gearbeitet wird.
Das voraufgesehlossene Gut wird zur Entfernung der pulverig gewordenen Parenchymzellen in Wasser schwimmend auf ein bewegtes endloses Siebband gebracht. Die abgesonderten Parenchymzellen werden vom Wasser durch Klären oder Zentrifugieren getrennt und für Futterzwecke verwendet.
Der auf dem Sieb zurückbleibende Faserstoff wird noch vor dem endgültigen Aufschliessen vorteilhaft in einen Defibreur befördert, in welchem er zu einem homogenen, wollartigen Produkt zerfasert wird, bei welchem das endgültige Aufschliessen und Bleichen leicht durchgeführt werden kann.
Das endgültige Aufschliessen und Bleichen wird in an sich bekannter Weise mit Chlor vorgenommen.
Die so erhaltene hochwertige Zellulose wird je nach dem jeweiligen Verwendungszweck nach einem der üblichen Methoden weiterverarbeitet.
Wenn die wirtschaftliche Lage die Steigerung der Menge des zu Futter zu verarbeitenden Nebenproduktes begründet erscheinen lässt, so kann durch energischere Arbeit des Holländers, ferner dadurch, dass in den Holländer Dampf eingeleitet und Ätzalkali oder Kalkmilch in einer solchen Menge zugesetzt wird, welche der Holländerinhalt zu neutralisieren bzw. zu verbrauchen vermag, die Menge des für Futterzweeke geeigneten Produktanteils erhöht werden. In diesem Fall muss der im Holländer verbleibende Faserstoff nach dem Ausschöpfen des auf Futter zu verarbeitenden Produktes bis zur sauren Reaktion, zweckmässig mit der aus dem Chloraufschluss stammenden Salzsäure angesäuert werden.
Die Säure fällt den auf die Wirkung der Lauge in Lösung gegangenen organischen Stoff in kolloider Form aus und dieser Niederschlag kann mit dem durch das mechanische Aufschliessen erhaltenen sehleimig-kolloiden Stoff oder für sich allein zentrifugiert werden.
Die Menge des Nebenproduktes kann auch während des Kochprozesses gesteigert werden. In diesem Fall wird das Voraufsehliessen energischer durchgeführt, das voraufgeschlossene Gut unter milder Anwendung von Ätzalkali oder einer andern Lauge weiter gekocht und schliesslich nach Durchführung der beschriebenen Prozesse schnell gebleicht. Der Nebenproduktenüberschuss ergibt sich daraus, dass die Pentosane aus der durch Kochen mit Alkali erhaltenen Flüssigkeit auf Zusatz von Säure in kolloider Form ausfallen und sie können mit den in der beschriebenen Weise erhaltenen übrigen kolloiden Stoffen oder von diesen getrennt zentrifugiert werden.
Die Menge des zur Steigerung der Menge der Nebenprodukte erforderlichen Ätzalkalis ist so gering, dass von dieser die wirtschaftlichen Vorteile des oben geschilderten Hauptverfahrens nicht berührt werden. Die Laugenmenge beträgt die Hälfte, manchmal ein Drittel der für den üblichen mit Lauge durchgeführten Aufschliessungsprozess verwendeten Menge (beim Aufschluss mit Natron sind für je 100 kg Zellulose 22-23 kg Lauge erforderlich).
Die Einzelheiten des Verfahrens können im Rahmen der Erfindung geändert werden. So kann z. B. das vor dem Waschen vorgenommene Aufzupfen nicht an der Sammelstelle der Stengel, sondern an ihrer Verarbeitungsstelle erfolgen.
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