DE1055931B

DE1055931B - Verfahren zur Herstellung eines Futter-, Beifutter- oder Siliermittels aus cellulosehaltigem Rohmaterial

Info

Publication number: DE1055931B
Application number: DEJ10345A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Flemming Juncker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-07-01
Filing date: 1955-06-22
Publication date: 1959-04-23

Description

Es ist bekannt, den Futterwert des Strohs dadurch zu verbessern, daß man das Stroh 2 bis 24 Stunden mit einer Lösung aus Natriutnhydroxyd im Verhältnis von etwa IOkg Lauge zu Ikg Stroh auslaugt und hierauf mit fließendem Wasser spült. Bei diesem Verfahren, dem sogenannten Beckman-Verfahren, verbraucht das Stroh 5,5 bis 6% NaO H, auf die Strohtrockensu'bstanz berechnet, also etwa 5 kg NaOH pro 100 kg lufttrockenem Stroh. Beim Spülen gehen zusammen mit dem Überschuß an Natriumhydroxyd etwa 20% der ursprünglichen Trockensubstanz des Strohs zusammen mit dem größten Teil des verbrauchten Natriumhydroxyds als Natriumacetat und Verbindungen von Natrium mit Lignin und HemicelMosen verloren. Das erzeugte Futtermittel wird in feuchtem Zustand zur Fütterung von Wiederkäuern oder Pferden verwendet. Da der Verdaulichkeitskoeffizient durch diese Behandlung von 30 bis 40 auf 70 bis 80 steigen kann, hat das ausgelaugte Stroh, auch wenn man den Trockenstoffverlust in Betracht zieht, einen bedeutend höheren Futterwert als das Ausgangsmateriai, berechnet auf die verwendeten Einheiten des letztgenannten.

Dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß das Futtermittel in feuchter Form mit ungefährt 20% Trockenstoff für die Tiere nicht appetitanregend und sehr begrenzt haltbar ist. Der Alkaliverbrauch und d'ie Kosten an Arbeitslöhnen sind hoch, und der Transport des nassen Materials ist verhältnismäßig kostspielig. Etwa 20% der ursprünglichen Trockensubstanz des Strohs gehen beim Ausspülen verloren. Sie enthalten sowohl Rohprotein, Kohlenhydrate und Mineralstoffe, somit die wertvollsten und am leichtesten verdaulichen Teile des Futters. Das Spülwasser führt nicht nur die Nährstoffe fort, sondern auch diejenigen Stoffe, die für die Fruchtbarkeit des Bodens von Wert sind, wenn diese durch die Tiere passieren und in den Stalldünger gelangen.

Dieses bekannte Verfahren zur Herstellung eines Futtermittels durch Alkalibehandlung ist daher bis jetzt ohne wesentliche praktischeBedeutung geblieben.

Es ist bekannt, anstatt einer Natriumhydroxydlösung eine Lösung von Ammoniumhydroxyd zu verwenden, wodurch jedoch keine wesentlichen Vorteile erreicht werden.

Weiter ist bekannt, Stroh mit Ammoniak und Wasser bei 6 bis 8 at zu behandeln und danach eine Behandlung mit Kalkmilch zur Wiedergewinnung des Ammoniaks auszuführen. Das Ammoniak dient also in diesem Verfahren, wie im Beckman-Verfahren, nur zum Aufschluß des Strohs. DieMasse muß jedoch schließlich nochmals mit Dampf erhitzt werden.

Dieses Verfahren ist sehr umständlich und teuer. Außerdem ist nicht bekannt, ob das dabei erhaltene Verfahren
zur Herstellung eines Futter-,
Beifutter- oder Siliermittels
aus cellulos ehaltigem Rohmaterial

Anmelder:
Gunnar Flernrning Juncker,
Overgaard, Havndal, Jutland (Dänemark)

Vertreter: Dipl.-Chem. Dr. A. Ullrich, Patentanwalt,
Heidelberg, Bismarckstr. 17

Beanspruclite Priorität:
Dänemark vom 1. Juli 1954

Gunnar Flemming Juncker,
Overgaard, Havndal, Jutland (Dänemark),
ist als Erfinder genannt worden

Futter von den Tieren angenommen wird und wie es mit seinem wahrscheinlich hohen Gehalt an Kalk auf die Verdauung der Tiere wirkt.

Schließlich ist es bekannt, Halmhäcksel mit 35% Wasser im Drehautoklav mit Ammoniak und Sauerstoff bei 2,5 bis 7 at bei Temperaturen von über 100° C zu behandeln. Nach diesem Verfahren soll man ein Futtermittel mit einem erhöhten Gehalt an organisch gebundenem Stickstoff erhalten. Das Verfahren ist kostspielig; das Erzeugnis ist stark wasserhaltig und muß getrocknet werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Futter-, Beifutter- oder Siliermittels aus cellulosehaltigen! Rohmaterial, das zur Erhöhung der VerdauHchkeit mit gasförmigem Ammoniak in Mengen über 1% des Ausgangsmaterials, als NaOH gerechnet, bei Temperaturen unter 130° C behandelt wird und das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Ausgangsmaterial Stroh oder andere lignocellulosehaltige Stoffe mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 75% verwendet werden.
Die Erhitzung des Gutes kann mit direktem Dampf erfolgen, wobei während der Erwärmung die vom Material aufgenommene Menge an Kondenswasser nicht über 10% seines ursprünglichen Gewichtes bemessen wird. Nach erfolgter Behandlung wird durch

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Absaugen oder Abblasen des Dampfes der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials wieder erreicht.

Der Überschuß an Ammoniak kann durch Absaugen oder Durchblasen von Luft oder durch Neutralisation mit Phosphor-oder schwefliger Säure entfernt werden.

Die Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung bestehen darin, daß nur ein Aufschluß des Ausgangsproduktes wie beimBeckman-Prozeß erfolgt, wodurch das Futtermaterial, insbesondere Stroh, verdaulich gemacht wdrd. so daß es als Kohlenhydratfutter benutzt werden kann. Das Auslaugen unter Verlust von wertvollen Stofren wird vermieden, und ein besonderes Trocknungsverfahren ist entbehrlich. Außerdem ist Ammoniak billiger als Natriumhydroxyd; dazu kommt noch, daß verwendete Ammoniak den Nährwert des Futters erhöht.

Während ein mit Alkali behandeltes Futtermittel, das ohne Auslaugen, nur unter Verwendung von Natriumhydroxyd hergestellt ist, lediglich in sehr begrenzter Menge verfüttert werden kann, ohne bei den Wiederkäuern Alkalose zu verursachen, treten solche Nachteile bei dem Erzeugnis des Verfahrens gemäß der Erfindung nicht auf.

Es ist überraschend, daß trockenes Ammoniak mit den Lignocellulosen des Rohstoffes in Gegenwart so kleiner Wassermengen, wie sie in dem lufttrockenen oder halbtrockenen Rohstoff vorhanden sind, unter Steigerung der Verdaulichkeit des Endproduktes in ähnlicher Weise wie bei dem bekannten Beckman-Verfahren reagiert. In manchen Fällen ist es möglich, eine etwa 5°/o NaOH entsprechende Ammoniakaufnahme zu erreichen, aber auch in Fällen, wo nur eine geringere Ammoniakaufnahme möglich ist, z. B. ungefähr 2,5 °/o, ist das Verfahren wertvoll. Das liegt daran, daß man nicht nur während der NH₃-Behand-Iung den mit dem Beckman-Verfahren verbundenen großen Zusatz von Wasser, sondern auch das darauffolgende Auslaugen unter Verlust von Trockensubstanz vermeidet. Hierzu kommt noch, daß die Aufnahme von NH₃ durch den Rohstoff ohne wesentlichen Überschuß an NH₃ erreicht werden kann.

Als Ausgangsmaterial kann Stroh, Rohr oder Samenschalen, z. B. Baumwollsamen, verwendet werden.

Die Behandlung mit weniger als 1% Alkali entsprechenden NH₃-Mengen bietet keinen besonderen Vorteil. Dagegen kann die NH₃-Menge vorteilhaft wesentlich höher sein. Mengen von 1 bis 2,5°/o NH₃, entsprechend 2,25 bis 6% NaOH, sind im allgemeinen geeignet.

DasErzeiignis des Verfahrens gemäß der Erfindung wird von den Tieren Heber gefressen als die Produkte des Beckman-Prozesses.

Der Ausgangsstoff kann mit anderen Futter- oder Beifuttermitteln, wie z. B. Kochsalz, Ammoniumphosphat, Melasse, Schwermetallsalze, A- und D-Vitaminen usw. vermischt werden. Trockenes, mit NH₃ behandeltes, lignocellulosehaltiges Material eignet sich auch zur Vergrößerung des Trockensubstanzgehaltes einer Ensilagemischung, indem man silierbaren Futtermitteln mit zu geringem Trockensubstanzgehalt, z. B. unter etwa 28°/o, ein gemäß der Erfindung hergestelltes Futtermittel zusetzt, worauf das Silieren in üblicherweise mit wesentlich besserem Ergebnis verläuft als ohne das Beimischen von Futtermittel gemäß der Erfindung.

Die Temperatur während der Behandlung mit NH₃ ist zweckmäßig nicht über 130° C zu erhöhen, da dadurch toxische Produkte entstehen können. Vorzugsweise ist die Temperatur niedriger zu halten, nicht über 100° C

Bei Fütterungsversuchen an Wiederkäuern, die beweisen sollen, daß mit Hilfe der Pansenflora der zugeführte Ammoniakstickstoft ausgenutzt wird, scheinen die besten Ergebnisse oft mit Ammoniumacetat erreicht worden zu sein, woraus hervorgeht, daß mit Ammoniak behandeltes lignocellulosehaltiges Material, in dem unter anderem Bindung der Essigsäure der Verdaulichkeitskoeffizient verbessert wurde, besonders gute Aussichten dafür hat, unter günstigen Bedingungen den Nährwert des Futters zu erhöhen, wenn das Auslaugen des Materials vor dem Füttern vermieden wird.

Dies kann bei Anwendung von wasserfreiem Ammoniak gegebenenfalls unter völliger Vermeidung von Neutralisierungsmitteln erreicht werden, und zwar dadurch, daß der Ammoniaküberschuß mit Hilfe von Luftdurchblasen oder besser noch durch Absaugen ohne Luf tzutritt (Vakuum) vertrieben wird. Das Luftdurchblasen kann leicht einen Verlust an Ammoniakacetat mit sich führen.

Beispiele

1. EinTurm wird mit Strohhäcksel gefüllt und Ammoniak durch Düsen am Boden des Turmes eingeleitet. Nach etwa 6 Stunden Stehenlassen wird das überschüssige Ammoniak abgesaugt. Zum Beispiel kommen 2,5 kg Ammoniak auf IOOkg Stroh zur Anwendung. Bei richtiger Durchführung der Behandlung verläßt das Stroh den Boden des Turmes mit einem Ammoniakgehalt von 1 bis 2% und mit einem PH-Wert nach Befeuchten von 6 bis 7.

2. Ein Behälter^ wird mit Strohhäcksel gefüllt, geschlossen und durch Einblasen von Dampf die Luft bei IOO⁰C ausgetrieben. DerWasserdampf wird unter Vakuum abgesaugt, bis die Temperatur des Strohs auf 70° C gefallen ist. Dann wird wasserfreies Ammoniak in einer Menge von 2 bis 3 °/o, bezogen auf das Materialgewicht, in trockenem Zustand eingeleitet. Nach beendeter Reaktion wird das überschüssige NH₃ in einem Behälter B mit Stroh, das wie oben angegeben vorbehandelt wurde, abgeblasen. Alsdann wird der letzte Überschuß freien Ammoniaks vom ^(-Behälter in den B-Behälter hinübergesaugt, wonach dieser — wie ebenfalls oben beschrieben — mit Ammoniak behandelt wird. Danach wird A entleert, wieder mit frischem Stroh gefüllt usw. Hält man die Wände der Behälter A und B bis auf etwa 100° C erwärmt, so kann man das behandelte Stroh aus den Behältern in ebenso trockenem Zustand herausnehmen wie beim Einlegen, aber mit einer Ammoniakbindung bis zu 2°/o.

3. Das Material wird in einer Anlage behandelt, welche in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Drei vertikale Schächte I, II und III sind am Boden mit Schraubenförderern 1, 2 und 3 versehen. Die Förderer 1 und 2 führen das Material zu Aufzügen 4 und 5, die das Ende des Förderers 1 mit dem Oberteil des Schachtes II bzw. das Ende des Förderers 2 mit dem Oberteil das Schachtes III verbinden. Das Ende des Schraubenförderers 3 ist mit einer Kammer 6 verbunden, die am Boden mit einem Schraubenförderer? zur Abf uhr des fertigbehandelten Materials versehen ist. Jeder der Schächte I, II und III ist thermisch isoliert oder mit einem Dampfmantel ausgestattet. Die Aufzüge 4 und 5 sind in Aufzugrohren luftdicht eingeschlossen, die einem schwachen Überoder Unterdruck ausgesetzt werden können. Jeder der Schraubenförderer endet in einem zugespitzten Rohr, dessen kleinster Durchmesser so bemessen ist, daß das Material darin komprimiert wird und die erforder-

Claims

liehe Sperrung in bezug auf Druckdifferenzen zwischen den Schächten bildet. Das zu behandelnde Material wird kontinuierlich von oben dem Schacht I zugeführt. Dem Schacht Il wird Ammoniak kontinuierlich zugeleitet. Am Boden des Schachtes III wird Dampf zugeführt. Das obere Ende des Schachtes III ist mit dem Boden des Schachtes I durch eine Damipfleitung verbunden. Die Kammer 6 ist über einen Kondensator an eine Vakuumpumpe angeschlossen, mit der die Kammer unter einem möglichst hohen Vakuum gehalten wird. Das dem Schacht I zugeführte Material besteht aus Häcksel, schwach vermahlenem Stroh, Schalen, Laubholzspänen oder ähnlichem lignocellulosehaltigem Material. Der am Boden des Schachtes I aus dem Schacht III zugeleitete Dampf erwärmt das Material in dem unteren Teil des Rohres auf eine Temperatur von 100° C, während die Temperatur in dem oberen Teil des Schachtes gradweise auf ungefähr die Temperatur der Umgebung abfällt. Der SchachtI kann deshalb am oberen Ende offen sein, ohne daß wesentliche Dampfmengen hierdurch verloren gehen. Das im Schacht I so gedämpfte Material, welches — wenn das ursprünglich zugeleitete Material z. B. 15% Feuchtigkeit enthält — etwa 25% Feuchtigkeit enthalten wird, wird durch den Förderer 1 und den Aufzug 4 dem oberen Teil des Schachtes II zugeführt. Hier wird Ammoniak kontinuierlich zugesetzt, z. B. 2V2%, bezogen auf das zugeführte Material. Das Ammoniak wird fast sofort unter mäßiger Wärmeentwicklungabsorbiert, so daß der Druck im SchachtII den atmosphärischen Druck nur wenig übersteigt. Vom Boden des Schachtes II wird das Material durch den Förderer 2 und den Aufzug 5 dem oberen Ende des Schachtes III zugeführt. Das Material hat nunmehr mit dem Hauptteil des Ammoniaks reagiert, so daß es nur einen geringen Überschuß von freiem Ammoniak enthält. Die Hauptmenge dieses Überschusses wird von dem am Boden des Schachtes III eingelassenen Dampf ausgetrieben und vom oberen Ende des Schachtes dem Boden des Schachtes I zugeführt. Die Dampfmenge wird so bemessen, daß sie genügt, das dem Schacht I kontinuierlich zugeführte Material auf etwa IOO0 C zu erhitzen. Dabei ist zu (berücksichtigen, daß die Temperatur des Materials während der Passage durch den Schacht II auf etwas unter 100° C gefallen sein kann, je nach dem Mengenverhältnis zwischen freiem Ammoniak und Wasserdampf in der Atmosphäre des Schachtes. Vom Schacht III wird das ammonisierte Material durch den Schraubenförderer 3 in die Kammer 6 mit einer Temperatur von etwa 100° C befördert. In dieser Kammer wird das Material bei Verdampfen von Feuchtigkeit unter dem dort herrschenden Vakuum auf 30 bis 40° C abgekühlt. Das so gekühlte Material wird mittels des Förderers 7 entnommen und einem nicht dargestellten Mischbehälter zugeführt, wo angemessene Zusätze, z.B. 10% Melasse und 1% Phosphorsäure, zugemischt werden können. PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung eines Futter-, Beifutter- oder Siliermittels aus cellulosehaltigen! Rohmaterial, welches zur Erhöhung der Verdaulichkeit mit gasförmigem Ammoniak in Mengen über 1% des Ausgangsmaterials, als NaOH gerechnet, bei Temperaturen unter 130° C behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Stroh oder andere lignocellulosehaltige Stoffe mit einem Trockensubstanzgehalt von etwa 75% verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erhitzung des Gutes mit direktem Dampf erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß während der Erwärmung die vom Material aufgenommene Menge an Kondenswasser nicht über 10% seines ursprünglichen Gewichtes bemessen wird und nach erfolgter Behandlung durch Absaugen oder Abblasen des Dampfes der Feuchtigkeitsgehalt des Ausgangsmaterials wieder erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ammoniaküberschuß durch Absaugen oder Durchblasen von Luft oder durch Neutralisation mit Phosphor- oder schwefliger Säure entfernt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 742 616, 306 464,
782, 332 363, 597 035, 742 225;
schweizerische Patentschrift Nr. 236 752.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen