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Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von faserigem Zellulosematerial
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Behandeln von
faserigem Zellulosematerial mit einem Kocher, einem Raffineur und einer den Kocher
mit dem Raffineur verbindenden Fördereinrichtung.
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Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ist die Fördereinrichtung lediglich
eine Förderschnecke, die das Material von dem Kocher zu dem Raffineur fördert, wobei
in manchen Fällen der im Kocher bestehende Druck in der Förderschnecke aufrechterhalten
wird und die Förderschnecke eine teilweise Entwässerung des aus dem Kocher kommenden
Materials bewirkt.
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Bei diesen bekannten Vorrichtungen bewirkt jedoch die Förderschnecke
keine zusätzliche Auffaserung des Materials. Das aus dem Raffineur kommende Produkt
hat daher nach dem Kochen nur eine mechanische Auffaserungsstufe durchlaufen und
ist für die meisten Verwendungszwecke zu grob. Deshalb müssen sich an den Raffineur
weitere mechanische Auffaserungsvorrichtungen anschließen.
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Es ist andrerseits ein Verfahren bekannt, bei dem das Material nach
dem Kochen zunächst für einige Zeit mit einer mechanischen Aufschlußflüssigkeit
getränkt und dann durch die Förderschnecke zu einer oder mehreren Schneckenpressen
gefördert wird, die eine Mahlwirkung ausüben. Am Ausgang der Schnekkenpresse wird
das Material gewaschen und gesiebt, worauf es gegebenenfalls noch einem Raffineur
zugeführt wird. Dieses Verfahren arbeitet nicht kontinuierlich, und es ist nicht
möglich, den im Kocher herrschenden Druck in der Förderschnecke und in den Schneckenpressen
aufrechtzLierhalten.
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Das Ziel der Erfindung besteht darin, bei einer Vorrichtung der eingangs
angegebenen Art ohne weitere Bearbeitungsstufen eine zusätzliche mechanische Auffaserung
des aus dem Kocher kommenden Materials zu ermöglichen, so daß das vom Raffineur
abgegebene Produkt wesentlich feiner als bei den bisher bekannten Vorrichtungen
dieser Art ist und im allgemeinen keine weitere Bearbeitung mehr erfordert.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Kocher mit
dem Raffineur durch eine Schnekkenpresse verbunden ist, daß die Schneckenpresse
einen koaxial zur Welle der Presse liegenden zylindrisehen Käfig enthält,
daß auf der Schneckenwelle in der Längsrichtung im Abstand voneinander kegelstumpfförmige
Abschnitte angebracht sind, zwischen denen zylindrische Abschnitte von kleinerem
Durchmesser liegen, welche Schneckenabschnitte tragen, und daß auf der Höhe der
kegelstumpfförmigen Abschnitte feststehende, nach innen in den Käfig ragende
Vorsprünge angebracht sind. Der Erfindungsgedanke besteht darin, die bei den bekannten
Vorrichtungen vorhandene Förderschnecke durch eine Schneckenpresse besonderer Bauart
zu ersetzen. Diese Schneckenpresse übernimmt die Förderung des Materials von dem
Kocher zu dem Raffineur und ermöglicht es, den im Kocher herrschenden Druck während
dieser Förderung aufrechtzuerhalten; darüber hinaus bewirkt die Schneckenpresse
eine zusätzliche Auffaserung des Materials. Dies beruht darauf, daß das Material
in den sich verengenden Abschnitten hohen Drücken und Scherkräften ausgesetzt wird,
die in Verbindung mit den nach innen ragenden Vorsprüngen eine mechanische Zerkleinerung
verursachen. Außerdem tritt eine zusätzliche Erwärinung des Materials ein, die den
Kochvorgang fortsetzt. Zugleich wird die Flüssigkeit ausgepreßt, die durch den zylindrischen
Käfig abgezogen wird. In dem sich anschließenden zylindrischen Abschnitt
kann sich das Material wieder ausdehnen, worauf es den gleichen Wirkungen erneut
ausgesetzt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrmals in der Schneckenpresse,
so daß schließlich dem Raffineur ein bereits weitgehend aufgefasertes und nahezu
trockenes Material zugeführt wird, das von diesem in einem einzigen Arbeitsgang
zu einem fertigen Holzstoff verarbeitet werden kann.
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Dieses vorteilhafte Ergebnis wird praktisch ohne zusätzlichen Aufwand
erzielt, weil die Schneckenpresse an die Stelle der sonst vorhandenen Förderschnecke
tritt. Diese Schneckenpresse besonderer Bauart übernimmt zusätzlich zu den Aufgaben
der Förderung und des Auspressens der Flüssigkeit die Wirkung
mehrerer
mechanischer Zerkleinerungsstufen sowie in gewissem Sinne die Wirkung zusätzlicher
Kochstufen. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß das Verfahren vollkontinuierlich
abläuft.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Darin zeigt # Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung, Fig.
2 einen Längsschnitt durch die Schneckenpresse und Fig. 3 einen Querschnitt
entlang der Linie 3-3 von Fig. 2.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird das zu behandelnde
Material in den Einlaß 11 einer Fördervorrichtung 12 eingeführt, die es zu
einem Kocher 13 fördert. Das Material gelangt in den oberen Teil dieses Kochers
durch eine Schleuse 14 mit Steuerventilen 15 und 16. -
Dem Kocher
13 werden durch eine Leitung 17
Wasserdampf und durch eine Leitung
18 Chemikalien zugeführt. Eine Druckablaßleitung 19 mit einem Ventil
21 steht über die Schleuse 14 mit dem Kocher 13
in Verbindung, An das untere
Ende des Kochers 13 ist über ein Verbindungsrohr 22 das Einlaßende einer
Schneckenpresse 23 angeschlossen, deren Auslaßende das Material über eine
Leitung 24 zu einem Raffineur 25 abgibt. Das Verbindungsrohr 22 ist flüssigkeitsdicht
mit dem Kocher und der Schneckenpresse verbunden, und der Inhalt des Kochers gelangt
unmittelbar in die Schneckenpresse.
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In dem Kocher wird das Faserinaterial bei einer Temperatur von etwa
100' C und mehrund bei einem Druck von etwa 10 kg/cm2 und mehr gekocht.
Dabei findet eine Hydrolyse statt, bei welcher Säuren frei werden. Zur Regelung
der Reaktionsgeschwindigkeit und zur Verhinderung einer Korrosion werden verschiedene
Chemikalien zugesetzt.
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Man läßt den Faserbrei und die Kochlauge am Boden des Kochers in die
Schneckenpresse 23 eintreten, während sie noch heiß sind, wobei der im Kocher
bestehende überdruck erhalten bleibt. Innerhalb der Schneckenpresse wird das Material
auf später zu beschreibende Weise noch höheren Drücken und Scherungskräften ausgesetzt,
was eine Auspressung der Flüssigkeit und eine teilweise Auffaserung des Materials
bewirkt.
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Der Raffineur 25 kann eine übliche Scheibenmühle sein. Die
Schneckenpresse 23 dient nicht nur zur Förderung des Materials mit geregelter
Geschwindigkeit zu dem Raffineur 25, sondern bewirkt auch durch die auf das
Material ausgeübten hohen Drücke und Scherungskräfte eine mechanische Zerkleinerung
und eine Aufweichung des Lignins in dem Fasermaterial.
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Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Schneckenpresse 23
besteht
aus einem Gehäuse 26, in dem ein zylindrischer Käfig 27 aus einer
Vielzahl von Stangen 28 angebracht ist. Zwischen den Stangen des Käfigs kann
Flüssigkeit aus der Presse entweichen. Der zylindrische Käfig 27 und dazu
gleichachsige Hohlräume in den sich daran anschließenden Gehäuseteilen bilden einen
durchgehenden Längsdurchlaß 29, dessen eines Ende mit einer radialen Einlaßöffnung
31 in Verbindung steht und dessen anderes Ende in eine Auslaßöffnung
32 mündet. Die Auslaßströmung wird durch eine Muffe 33 geregelt, welche
in einem an dem Auslaßende der Presse festgeschraubten Gehäuse 34 in der Längsrichtung
verstellbar ist. An eine öffnung 35 in dem Gehäuse 34 ist die Leitung 24
(Fig. 1) angeschlossen, durch welche das abgeführte Material in den Raffineur
25 geführt wird.
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An Stelle des in Fig. 1 gezeigten Verbindungsstücks 22 ist
in Fig. 2 an dem Gehäuse 26 in Verlängerung des Einlasses 31 ein Verbindungsstück
36 angebracht, welches ein Förderflügelrad 37 enthält. Eine Schnekkenwelle
43 erstreckt sich durch den Durchlaß 29 und ragt an beiden Enden'darüber
hinaus. Sie ist am einen Ende in der Muffe 33 und am anderen Ende in einem
an dem Einlaßende der Presse befestigten Gehäuse 44 gelagert. Eine mit einem Schraubengewinde
versehene Muffe 38 ist auf der Höhe des Einlasses 31 drehbar auf der
Welle 43 gelagert. Daran schließt sich die gleichfalls mit Schraubengewinde versehene
Schnecke 39 an, die drehfest mit der Welle verbunden ist. Die Schneckenwelle
43 kann über eine Kerbverzahnung mit einer Antriebsvorrichtung verbunden werden.
Eine Riemenscheibe 45 ermöglicht den Antrieb der Muffe 38 unabhängig von
der Welle. Der Antrieb erfolgt so, daß sich die Muffe 38 schneller als die
Schnecke 39 dreht, so daß der hinter der Muffe 38
Regende Abschnitt
der,Schneckenpresse mit Sicherheit ausreichend mit Fasennaterial versorgt wird.
Die Muffe 38 ist kurz gegen die Gesamtlänge der Schnecke 39.
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Die Schnecke 39 besteht aus mehreren zylindrischen Abschnitten,
die -voneinander durch kegelstumpfförmige Abschnitte 46 getrennt sind, welche kein
Schraubengewinde tragen. Diese kegelstumpfförmigen Abschnitte liegen etwa in gleichen
Abständen voneinander und erweitern sich nach hinten. Dadurch entstehen in dem Durchlaß
29 ringförmige Räume 47 mit sich nach hinten verengendem Querschnitt, zwischen
denen ringförinige Räume 48 mit gleichformigem größerem Querschnitt liegen.
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An dem Käfig 27 sind an diametral gegenüberliegenden Stellen
auf der Höhe der kegelstumpfförmigen Abschnitte 46 Vorsprünge 49 angebracht, die
in das Innere des Käfigs ragen. Ähnliche Vorsprünge 52
sind auf der Höhe des
ersten zylindrischen Abschnitts der Schnecke 39 angebracht.
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Das eintretende Fasermaterial wird durch die Muffe 38 in den
Durchlaß 29 gefördert und wird dabei auf die zunächst liegenden Schraubenwindungen
der Schnecke 39 unter ansteigendem Druck geschoben. Das Material läuft mit
der Schnecke 39 um, doch wird dies zum Teil durch die Vorsprünge
52 verhindert, was zur Folge hat, daß an dieser Stelle auf das Material Scherungskräfte
ausgeübt werden. Gleichzeitig wird das Material nach vorn in den ersten Raum 47
mit sich verengendem Querschnitt bewegt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit verzögert
wird und der Druck, welchem das Material ausgesetzt ist, abermals beträchtlich ansteigt.
Dabei treten in der Schneckenpresse Drücke in der Größenordnung von 400 bis
700 kg/CM2 auf. -Unter diesen Beding Üngen wird das Material in dem
Raum 47 verdichtet und bildet eine Art Pfropfen, dessen Neigung, mit der Schnecke
39
zu rotieren, durch die Vorsprünge 49 verhindert wird. Das Schraubengewinde
42 trägt weiter Faserinaterial auf einen solchen Pfropfen auf, und in dem Maße,
in welchem die Vorwärtsbewegung des Materials verlangsamt wird, bewirkt das Gewinde
eine Verdrillung und teilweise Auffaserung des Materials. Die ausgeübten Kräfte
treiben dann das verdichtete Material aus dem verengten Raum in den sich anschließenden
weiteren Raum 48, in dem sich der hohe Druck bis
zu einem bestimmten
Grad entspannen kann, worauf der Vorgang erneut beginnt, wenn das Material von dem
Gewinde 42 aufgegriffen und in dem nächsten verengten Raum 47 wieder verdichtet
wird. Dieser Wechsel von zu- und abnehmendem Druck wiederholt sich bei jedem kegelstumpfförmigen
Abschnitt 46 mit dem Ergebnis, daß aus der Presse ein trockenes, bereits teilweise
aufgefasertes Material austritt, welches dann dem Raffineur 25 zugeführt
wird. Es eignet sich in der Form, in welcher es aus der Schneckenpresse austritt,
auch unmittelbar zur Herstellung von Holzfaserplatten u. dgl. Natürlich bewirkt
die Schnekkenpresse, daß ein wesentlicher Teil der Flüssigkeit (etwa 70 ()/o)
aus dem Fasermaterial herausgepreßt wird, und daß auch zusätzlich Wärme erzeugt
wird, welche eine weichmachende Wirkung auf das Material ausübt.