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Verfahren zum Durchtränken von Holzschnitzeln für die Sulfitzellstoffkochung
Es ist allgemein ,bekannt, daß die Qualität von Sulfitzellstoffen beeinträchtigt
wird, wenn beim Kochprozeß die Aufschlußtemperatur erreicht wird, bevor die Hackschnitzel
vollständig durchtränkt sind. Der Durchtränkungsvorgang erfolgt nur langsam, weil
in den Faserlumina und Intercellularräumen Luft enthalten ist, die beim Belaugen
unter Druck zwar kompremiert wird, aber nur allmählich entweichen kann. Bei einem
Fichtenholz vom spezifischen Gewicht 0,45 beträgt in trockenem Zustand. der Luftraum
insgesamt rund 70°/o des Volumens, bei feuchtem Holz entsprechend weniger. Sind
alle Hohlräume mit Wasser gefüllt, so können die in .der Kochlauge gelösten Aufschlußchemikalien
in: die Schnitzel hineindiffundieren, ein Vorgang, der sich in der Wärme verhältnismäßig
leicht vollzieht. Sind die Hohlräume dagegen mit Luft gefüllt, so dringen in diese
Räume zunächst nur gasförmige Stoffe leicht ein, im Falle der Sulfitablauge also
das freie SO.. Du dieses nun außerdem vorn Luftsauerstoff leicht zu S O,
oxydiert wird, so entsteht im Inneren der Hackschnitzel eine stark. säure Reaktion.
In leichten Fällen erleidet die Holzsubstanz eine Vorhydrolyse unter entsprechendem
Ausbeuteverfust, in schweren setzt eine Kondensation. des Lignins ein., durch die
dessen Aufschlußfähigkeit leidet. Die Schnitzel haben; nach dem Kochen braune und
harte Kerne. Am unangenehmsten wirken sich. diese Verhältnisse aus, wenn eine Mischung
von trockenem und nassem Holz vorliegt, weil dann die Laugenko,nzentratio.n ungleichmäßig
und die Kocherführung unsicher wird. Bei frischem Fichtenholz ist dies sogar der
normale Fall, weil die Fichte (im Gegensatz zur Tanne) einen sogenannten Trockenkern
bat.
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Aus all diesen Gründen ist man gezwungen, .die bis etwa 110° C gerechnete
Ankochzeit auf 3 bis, 4 Stunden auszudehnen, wodurch natürlich die Gesamtproduktion
eine entsprechende Verzögerung bzw. Beschränkung erfährt. Es hat nicht an Versuchen
gefehlt, um diese Schwierigkeiten zu beseitigen und die Durchtränkung der Hackschnitzel
zu beschleunigen. Die eingeschlagenen Wege brachten aber zumeist neue Schwierigkeiten
mit sich oder kosteten doch so viel Zeit, daß kein Vorteil erzielt wurde.
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Ezwähnt seien folgende Verfahren: 1. Anwendung möglichst kleiner Hackschnitzel.
Dieses Mittel wird man stets mit Erfolg anwenden,. Es ist aber eine Grenze gegeben,
da der Materialverlust durch Bildung von Staub und sogenann:ten Stiften entspredhend
ansteigt. Außerdem nimmt die Zahl der mechanisch verletzten Fasern auch in den guten
Schnitzeln zu, die beim sauren Aufschluß erfahrungsgemäß stark geschädigt werden.
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2. Entfernung der Luft durch Evakuieren.
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Diese Methode ist an den Besitz von sehr kräftigen Injektoren oder
Kompressoren gebunden; aber selbst wenn man in kürzester Zeit im Kocher ein gutes
Vakuum :erzeugt, geben die Hackschnitzel doch die Luft nur sehr langsam ab, so daß
keine Zeit gewonnen wird oder der erzielte Zeitgewinn deshalb nicht den Erwartungen
entspricht. Diese Schwierigkeit ist wohl dadurch bedingt, daß die die Faserlumina
verbindenden Hoftüpfel im trokkenem Holz vielfach geschlossen sind, daß an.dererseits#
im feuchten Holz die Kapillarwege durch die Quellung noch besonders verengt sind,
d,aß endlich die Intercellularräume stellenweise durch Harzfluß verstopft sind.
Der Gedanke, .die Evakuierung und Durchtränkung aus dem Kocher heraus und in ein
besonderes Gefäß zu verlegen, ist durchaus abwegig, weil dieses Gefäß ebenfalls
säurebeständig und druckfest sein müßte, das Verfahren also viel zu teuer würde.
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Wasserdurchtränkung vor der Kochung.
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Wie schon erwähnt, dringen die Kochchemikalien in. feuchtes Holz .durch
Diffusion verhältnismäßig leicht ein. Es wurde auch schon festgestellt, daß frisches
Fichtenholz nicht gleichbedeutend ist mit nassem Holz, weil der Kern von Natur sehr
viel trockener ist als der Splint. Normale Hackschnitzel benötigen aber, um sich
mit Wasser vollzusaugen, sehr lange Zeit (etwa 3 Wochen), so daß man, sofern man
nicht besondere Maßnahmen wie Evakuieren und Aufpressen von Druck anwendet, sehr
große Silos braucht. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Kochlauge stark
verdünnt wird. Im übrigen wirkt sich eine solche Vorbehandlung günstig aus, besonders
wenn man an Stelle von Wasser eine sehr verdünnte Natronlauge benutzt, die noch
leichter eindringt und natürlich eine saure Reaktion im Innern der Schnitzel am
wirksamsten verhindert.
4. Dämpfen der Hackschnitzel beim Füllen
oder im Kocher.
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Dieses Verfahren, das neuerdings besonders in der Form intermittierender
Dampfstöße durchgeführt wird, beseitigt die Luft allerdings sehr wirksam. Durch
Kondensatbi:ldung in den Kapillarräumen des Holzes wird die verbrauchte Dampfmenge
aber sehr groß, und die Kochlauge wird entsprechend verdünnt. Es müssen--sehr große
Dampfmengen in kurzer Zeit zur Verfügung stehen, wenn tatsächlich ein Zeitgewinn-
erreicht werden soll.
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5. Luftverdrängung drch S 02 Gas.
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Dieser an, sich sehr nahe liegende Weg ist wirtschaftlich nicht tragbar.
Erstens benötigt man 100°/oiges oder nahezu 100°/oiges S 02, das in Form von Übertriebgasen
nur in bestimmten Perioden aus anderen Kochern -zur Verfügung steht. Der Bedarf
ist aber, weil S 02 von der Holzsubstanz äußerst begierig adsorbiert wird, ganz
unverhältnismäßig groß, und bei Zufuhr ungenügender Mengen wird wiederum-der Erfolg
unbefriedigend, weil SO, sich nicht gleichmäßig durch die ganzen Hackschnitzel
verteilt:-6. Luftverdrängung durch-Ammoniak.
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Es ist allerdings bekannt, Hackschnitzel beim Einfüllen in den Kocher
dadurch mit Ammoniak zu behandeln, daß beim Füllen mit Druckluft durch eine Düse
in: diese Ammoniakwass:er versprüht wird. Es handelt sich -hier also um eine wäßrige
Lösung von Ammoniak und außerdem wird Ammoniak ähnlich wie das unter 5 genannte
S 02 vom Holz in ganz unverhältnismäßig großen Mengen aufgenommenen.
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7. Verwendung von Wasserstoff, wie sie in der Patentliteratur bereits
beschrieben worden ist, kommt erfindungsgemäß nicht in Betracht, weil Wasserstoff
nicht in genügendem Maße die von dem benötigten Gas verlangte Löslichkeit in Wasser
besitzt und deshalb keinen Vorteil bietet.
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Es wurde nun gefunden, daß die unter 5, 6 und 7 beabsichtigten Wirkungen
ohne die mit ider Anwendung von SO, oder N H3 verbundenen Nachteile erzielt
werden können, wenn man als Verdrängungsgas die billige Kohlensäure verwendet, die
vom Holz nur schwach adsorbiert wird, die Luft aber ebenso wirksam verdrängt. (Wasserstoff
kommt wegen seiner geringen Löslichkeit in Wasser für den vorliegenden Zweck überhaupt
nicht in Frage.) Kohlensäure steht in d°n meisten Zellstoffabriken aus der Ablaugenvergärung
in nahezu beliebiger Menge zur Verfügung. Da sie ferner keine Geruchsbelästigung
herbeiführt, kann der ganze Vorgang aus dem Kocher herausverlegt werden, sofern
man dafür sorgt, daß bei Überführung der Schnitzel in den Kocher keine zu lange
Berührung mit Luft erfolgt. Die Kochlauge dringt dann unter Lösung der Kohlensäure
leicht in die Schnitzel ein, besonders wenn unter Druck belaugt wird. Anschließend
kann man beinahe beliebig schnell ankochen. Die Methode eignet sich besonders zur
Vorbereitung der Hackschnitzel bei einem kantinuierlich.en Kochverfahren.
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In 100°/oiger Kohlensäure sind für einen genügenden Gasaustausch 1
bis 2 Stuniden erforderlich. Diese Zeit -steht in Kochern leider meistens nicht
zur Verfügung, und bei zu kurzer -Einwirkung wird der Erfolg natürlich unvollständig:
Es ist deshalb. von Vorteil, die Begasung außerhalb' des Kochers im Hackschnitzelsilo
voarzunehmen ünd die Schnitzel dann in C02 Atmosphäre in den-.'Köcher hzw. in die
Aufschlußapparatur zu überführen. Dies setzt natürlich technische Ansagen voraus,
die sich für ein kontinui-erliches Verfahren einfacher gestalten werden als für
chargenweise Kochurig. Es ist aber :auch noch eine andere Lösung möglich: Da sich
gleichmäßig nasse, also vollständig mit Wasser durchtränkte Hackschnitzel sehr gut
aufschließen, kann man im Anschluß an die C 02 Begas.ung im Silo auch eine gründliche
Durchtränkung mit Wasser vornehmen und dann die vollgesogenen Schnitzel in den Kocher
überführen. Für die Durchtränkung steht zweckmäßigerweise eine Kocherumtriebszeit
zur Verfügung, der Vorgang wird aber bei längerer Dauer noch vollständiger. Voraussetzung
ist natürlich, @daß man über eine Kochsäure verfügt, .die die unvermeidliche Verdünnung
verträgt. Evakuieren vor der Begasung ist natürlich möglich; doch entspricht der
Erfolg nicht dem Aufwand.
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Erwähnt sei noch, daß sich die nötige Kohlensäure in einer feuchtwarmen
Atmosphäre im Silo auch durch Gärung ohne Zufuhr besonderer Nährstoffe entwickeln
läßt. Die Kohlensäure braucht dann. nicht von außen zugeführt werden. Besonders
geeignete Kleinlebewesen zur Erzeugung dieser Kohlensäure sind an an sich bekannter
Weise Colibakterien oder daneben auch Heferassen.
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Das ganze Verfahren ist sowohl im sauren wie im neutralen Sulfitprozeß
anwendbar, während im Natron- und Sulfatverfahren natürlich alles Ätznatron in Karbonat
verwandelt würde.
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Zum Stand der Technik sei noch auf folgendes hingewiesen: Es ist zwar
bereits Kohlensäure in wäßriger Lösung in Wechselwirkung mit Basenlösunben als Aufschlußreagen.z
verwendet worden, wobei aber keine Verbesserung der Dunchtränkung beabsichtigt war
und in Anbetracht des, angewandten Verfahrens auch nicht in der gewünschten Weise
erreicht werden konnte. Zur weiteren Abgrenzung .des Verfahrens wird deshalb nochmals
hervorgehoben, daß nur die Verwendung von gasförmiger Kohlensäure Gegenstand des
Patentes ist, nicht die Verwendung wäßriger Lösungen. Überraschenderweise hat sich
dabei noch herausgestellt, daß der volle Erfolg schon dann eintritt, wenn die im
Holz vorhandene Gasmenge erst zu etwa zwei Drittel aus Kohlensäure und zu einem
Drittel aus. Luft besteht. Die anschließende Durchtränkung erfolgt aber natürlich
um so rascher, je vollständiger der Gasaustauscherfolgt ist.
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Beispiele Als Beispiel seien folgende Versuche angeführt, bei denen
normale Hackschnitzel verschieden lang unter Kohlensäure gehalten und dann unter
Wasser bzw. Kochlauge gesetztwurden. Es ist jeweils der Trockengehalt vor und nach
der Behandlung angegeben.
| Trockengehalt Zeit unter Trockengehalt |
| am Anfang . c02 - nach Behandlung |
| 88,4% I 1.. Stunde 38,-9% |
| 88;2°/o 2 Stunden 36,5°/o |
| 88,0°/o 3 Stunden 36,5°/o- mit Wasser |
| 91,90/0 2 Stunden 36,9% |
| 79,80/ 0 2 Stunden 36,0°/ö l |
| 86,3 °/0 2 Stunden I 37,3% mit Kochlauge |
Der Einfluß der Wasserdurchtränkung auf die Kochurig sei durch die folgenden zwei
Kochversuche veranschaulicht, bei denen in nur - 11/2 Stunden von 20 bis auf '1.30°
C angekocht:. urid bei- dieser Temperatur
fertig aufgeschlossen
wurde. Das Kochgut wurde anschließend in drei Fraktionen zerlegt. Als a-Stoff wird
der gut aufgeschlossene Anteil bezeichnet, der keiner besonderen Auflösung bedarf,
als b-Stoff ein weiterer Anteil von Halbzellstoffcharakter. Der Rest sind harte
Splitter.
| Versuch |
| Luft- Luft- |
| trocken na ß trocken na ß |
| Trockengehalt |
| der Schnitzel 81,7 |
| 37,6 80,5 |
| 42,3 |
| Kochlauge . . . . . 4,1% S 02 5,7% S 02 |
| 0,68% Ca 0 0,8 % Ca 0 |
| Ankochzeit |
| bis 130° C ... 11/2 Stunden 11/2 Stunden |
| Kochzeit |
| bei 130° C . . . 91/2 Stunden 43/4 Stunden |
| a-Stoff, 0/0 ..... 35,1 45,3 24,3 37,8 |
| b-Stoff, 0/0 ..... 4,8 2,0 7,4 4,9 |
| Splitter, 0% . ... 11,1 0,9 18,8 1,6 |