DE2135217C3

DE2135217C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Bleichen von Fasermaterial, insbesondere von Zellstoffpulpe

Info

Publication number: DE2135217C3
Application number: DE2135217A
Authority: DE
Inventors: Hans-Erik Rye Engstroem; Bengt Edvard Pattersson
Original assignee: Sunds AB
Current assignee: Valmet AB
Priority date: 1970-07-24
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1974-10-31
Also published as: GB1360839A; CA980062A; FR2099568A1; US4022654A; AT316301B; FR2099568B1; DE2135217B2; DE2135217A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bleichen von Faserm-terial, insbesondere von Zellstoffpulpe, mit einem gasförmigen Bleichmittel und ist insbesondere auf die Verwendung in solchen Systemen gerichtet, bei denen das Fasermaterial in feinzerkleinertem Zustand in eine Gaskammer eingebracht wird, die sich im oberen Teil eines vertikalen Bleichturmes befindet, der wenigstens im wesentlichen glatte Wände hat, wobei das Fasermaterial frei unter seinem Eigengewicht fallen kann, um eine ni«ammenhängende, hochkonzentrierte Säule von Material in der Gaskammer zu bilden. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Anlage, in der dieses Verfahren wirkungsvoll durchgeführt werden kann.

Beim Bleichen von Pulpe mit einem gasförmigen Bleichmittel in einem Turn der beschriebenen Art ist die gewünschte Reaktionszeit normalerweise langer als die Dauer des freien Falles der Pulpe durch den Turm und im allgemeinen langer als 5 Minuten, demzufolge wird eine Säule von Pulpe in dem Turm gebildet, und auf Grund des Gewichts der übereinanderliegenden Pulpelagen in der Säule wird das spezifische Gewicht der Pulpe am Boden der Säule größer als an ihrer Oberseite. Wenn die Pulpe am unteren Ende der Säule in einem starken Maß zusammengepreßt wird, entstellen Schwierigkeiten beim Zuführen der erforderlichen Menge von Gas zu diesem Teil der Pulpe, und es wird unmöglich, die Reaktion in einer vernünftigen Zeitdauer zu beenden. Die Pulpe, die sich am uni.eren Ende der Säule befindet, ist nämlich einem Druck von einer solchen Größe unterworfen, daß Wasser aus der Pulpe ausgepreßt wird, wodurch sit: nur schwach durchgängig für das Gas wird, wodurch die einzige Art, in der das Gas die Pulpe erreichen kann, die Diffusion in der flüssigen Phase ist. Dieses Problem kann natürlich durch die Verwendung von Bleichtürmcn mit großem Durchmesser gelöst werden. Solche Türme erfordern jedoch sehr viel Platz und verwenden aufwendigere Konstruktionen bezüglich der Vorrichtung, die nötig ist, um die Pulpe von dem Turm abzuführen. Es wurde versucht, dieses Problem zu lösen, indem der Turm mit nach innen vorspringenden Absätzen ausgestattet wurde, welche den Durchgang der Pulpe nach unten aufhalten und von welchen die Pulpe nach einer geeigneten Reaktionsdauer abgeschabt wird. Dies erfordert einen zusätzlichen Aufwand für die verwendeten mechanischen Einrichtungen, wodurch der wirtschaftliche Vorteil verringert wird, der durch dar Bleichverfahren in der Gasphase erzielt wird.

Es hat sich nun gezeigt, daß eine kontinuierliche, gasdurchlässige Pulpcnsäulc mit üblicher Höhe bei wirtschaftlichem Turmdurchmesscr in dem Turm aufrechterhalten werden kann, wen die Pulpe eine feinzerkleinerte Pulpe mit sehr geringer Dichte und hoher Konzentralion ist.

Beim erfindungsgemäßen Bleichen von Zellstoffpulpe mit gasförmigen Bleichmitteln sollte die Pulpe locker gepackt sein und eine Konzentration von 18 bis 40°.o haben. Eine geeignete Konzentration ist eine zwischen 25 und 35 %, auch wenn eine Konzentration von 30 "/0 bevorzugt ist. Es ist klar, daß, um optimale Bleichergebnisse zu erhalten, die Berührungsfläche zwischen der Pulpe und dem gasförmigen Bleichmittel ausreichend groß sein sollte und daß die Pulpe ausreichend »flockig« sein sollte, um zu ermöglichen, daß frisches, gasförmiges Bleichmittel in die Pulpe diffundiert und das verbrauchte Bleichmittel ersetzt. Die Mehrzahl der Bleichschritte, die während des Bleichverfahrens angewendet werden, können in vorteilhafter Weise in dem obengenannten Konzentrationsbereich ausgeführt werden.

Die untere Grenze des Konzentrationsbereiches ist durch konstruktive Gründe bestimmt, da bei Konzentrationen unter 18 °» Türme mit sehr großen Durchmessern verwendet werden müssen, während die obere Grenze aus Gründen nicht überschritten werden sollte, die da- V<"ri_ahr_en betreffen. Beim Bleichen mit Chlor oder seinen Verbindungen als Gasphase wird die höchste Pulpenquaütät und der höchste Grad der Lignin-Lösung mit Pulpenkonzentraiionen im Bereich von 30 bis 40 °/o erhalten. Wenn das gasförmige Bleichmittel Sauerstoff ist, bilden jedoch Trockengutbestandteile über 35 "/0 eine große Feuergefahr und neigen zur Entzündung, wenn aus dem einen oder anderen Grund die Pulpe überhitzt ist oder wenn Funken auftreten. Pulpenkonzentrationen über 35 %> sind sehr entflammbar und ergeben, wenn sie entzündet sind, in kurzer Zeit einen explosiven Charakter, während Pulpen von geringeren Konzentrationen weniger entflammbar sind und infolge ihres hohen Feuchtigkeitsgehaltes selbstlo.chcnd sind, wenn sie entzündet werden. Eine große Zahl von Untersuchungen wurden durchgeführt in einem Turm, der mit Bruchplatten und Druck- und Temperaturmeßgeräten ausgestattet war, und es wurde dabei gefunden, daß die gefährliche Grenze bezüglich des Trockengutgehalts des Pulpenschlammes zwischen 33 und 35 %> liegt, wobei sie je nach dem Partialdruck des Sauerstoffgases leicht verschieden ist. Die Grenzen, die in der Praxis beim Bleichen der Pulpe mit Sauerstoffgas in einem senkrechten Reaktionsturm unter Berücksichtigung von wirtschaftlichen Turmdurchmessern und der Ausschaltung einer Feuergefahr verwendet werden können, liegen zwischen 25 und 35 °/o. Eine geeignete Konzentration ist 30 °/o.

Die obengenannten Untersuchungen haben ebenfalls gezeigt, daß, um ein ausreichendes Eindiffundieren des Gases in die Bodenschicht der Pulpe zu ermöglichen, die maximale Höhe, bis zu der sich die Pulpe aufbauen darf, in einer etwa geradlinigen Beziehung zu der Pulpenkonzentration in dem Bereich von 18 bis 40 »/0 stehen sollte. Diese funktionale Abhängigkeit ist in F i g. 3 dargestellt, welche die maximale Höhe der Pulpensäule in Metern bei verschiedenen Pulpenkonzentrationen zeigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein System zu schaffen, mit deren Hilfe die Pulpe gleichmäßig und schnell mit einem gasförmigen Bleichmittel gebleicht werden kann, wobei eine relativ wenig aufwendige Vorrichtung für dieses Ver-

fahren verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe in dem oberen Teil eines innen glatten oder im allgemeinen glatten Reaktionsturmes, d. h. eines Turmes, der keine innen angebrachten Ansätze oder ähnliches zum Sammeln und Zurückhalten der Pulpe für eine gewünschte Reaktionsdauer hat, zugeführt wird, daß in diesem oberen Teil ein gasgefüllter Raum geschaffen und aufrechterhalten wird und daß in dem Turm eine kontinuierliche Säule von feinzerkleinerter Pulpe bei einer Konzentration zwischen 18 und 4O°/o und einer maximalen Höhe in Metern, die sich zu etwa Vm bis ⁷mo, vorteilhafttrwcisi: ⁽ⁱ/io der Gewichtsprozente der Pulpe in der zusammenhängenden Säule berechnet, aufrechterhalten wird.

Im folgenden soll die Erfindung in Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung weiter erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen geschlossenen Bleichturm;

F i g. 2 zeigt im senkrechten Schnitt und vergrößert den oberen Teil des Turms;

F i g. 3 zeigt die Abhängigkeit zwischen der maximalen Höhe der Pulpensäule und der Pulpenkonzentration;

F i g. 4 zeigt die Abhängigkeit zwischen der Schüttdichte und dem angewendeten Druck in zwei veischiedenen Zylindern;

F i g. 5 zeigt die Schüttdichte der flockigen Pulpe als Funktion der Tiefe der Pulpensäule;

F i g. 6 zeigt das relative Gasvolumen in einer Pulpensäule als Funktion der Tiefe;

F i g. 7 zeigt den Auslaßstrom der Pulpe von der Bleichzone in die Verdünnungszone als Funktion der Drehgeschwindigkeit der Lockerungsbodenplatte;

Fig. 8, 9 und" 10 zeigen den Druck in einem Tank als Funktion der Zeit nach dem Zünden einer Verbrennung;

Fig. 11 ist ein Flußschema eines Systems zum Wiedergewinnen der gelösten Feststoffe aus dem Sauerstoffbleichmittel;

Fig. 12 zeigt die Verdünnungszone im vergrößerten Maßstab.

Der gezeigte Bleichbehälter 1 ist ein Abstromturm. der an seinem oberen Ende eine Zuführleitung 2 hat, welche, wie in Fig. 2 gezeigt ist, mit einer Förderschraube 3 versehen sein kann, um sicherzustellen, daß die Pulpe gleichmäßig in eine Vorrichtung 4 hinabgefördert wird, welche die Pulpe endgültig zerkleinert. Der Schraubenförderer 3 und die Pulpenzerkleinerungsvorrichtung 4 können in günstiger Weise an der gleichen Welle angebracht sein, so daß sie mit der gleichen Geschwindigkeit in Drehung versetzt werden. Sie können jedoch auch an verschiedenen Wellen angeordnet sein, und die Schraube 3 kann mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die Vorrichtung 4 gedreht werden. Die Pulpe wird in die Leitung 2 mit Hilfe einer geeigneten waagerecht angeordneten Förderschraube 5 zugeführt, die einen Einlaß 6 hat. Der Schraubenförderer 5 ist so gebaut, daß ein Pulpenpfropfen in ihm ausgebildet wird, wodurch verhindert wird, daß das gasförmige Bleichmittel m der der Zuführrichtung der Pulpe entgegengesetzten Richtung entweicht. Die Schraube 5 und ihr Gehäuse 7 sind konisch in der Form und haben einen abnehmenden Querschnitt in der Zuführrichtung der Pulpe. Das Schraubenförderersystem wird durch einen Teil 8 abgeschlossen, der sich dicht an der Leitung 2 befindet. Dieser Teil des Schraubensyslems kann zylindrisch sein oder einen zunehmenden Querschnitt haben.

Die Pulpe wird schließlich mit Hilfe von zylindrischen rotierenden Zapfen 9 oder ähnlichen stabförmigen Teilen zerkleinert, von denen wenigstens eine Anzahl mit ortsfesten Teilen 10 zusammenwirken, die etwa die gleiche Gestalt haben. Eine Platte U und, falls erwünscht, auch ein Träger- oder

ίο Schieberteil 12 sind angeordnet, um die Pulpe zu führen und die Pulpe radial nach außen auf die Teile 9 und 10 zuzuschieben. Es kann auch geeignet sein, die im allgemeinen radial gerichtete Bewegung der Pulpe in eine schräg nach unten gerichtete Bewegung um-

zulenken. In der dargestellten Ausführungsform wird dies mit Hilfe einer ortsfesten konischen Lenkplatte 13 bewirkt. Natürlich ist das erfindungsgemäße System nicht auf die Verwendung mit der gezeigten Pulpenzerkleinerungs- und -lockerungsvorrichtung be-

ao schränkt, sondern es können andere im Fachgebiet bekannte Vorrichtungen ebenfalls verwendet werden.

Die Pulpe kann unmittelbar nach dem Eintreten in den Turm oder während ihres Durchganges durch

diesen behandelt werden. Die Einrichtung, welche die Pulpe endgültig zerkleinert, kann sich ebenfalls außerhalb des Turms befinden, obwohl dies erforderlich macht, daß eine Vorrichtung vorgesehen wird, welche sicherstellt, daß die Pulpe in den Turm eingebracht wird, ohne daß sie in einem merklichen Grad ihre »Flockigkeit« verliert. Falls es erforderlich ist, können bestimmte Sicherheitseinrichtungen am oberen Teil des Turms angebracht sein, wie z. B. Düsen 14 für Wasser oder andere geeignete feucilöschende Mittel und Platzplatten 15. Wenn PIaU-platten verwendet werden, sollten es wenigstens zwei sein, und sie sollten symmetrisch angeordnet sein, um zu verhindern, daß gefährliche Reaktionskräfte auftreten, falls diese Platten springen. Die Zuführleitung für die Sprühdüsen ist mit 32 bezeichnet.

Die Pulpe im unteren Teil des Turms kann mit einer Flüssigkeit verdünnt werden, die von einei Anzahl von ringsum liegenden Verdünnungssprühdüsen austritt, und die Pulpe kann mit Hilfe vor einem oder mehreren Propellen ührern bewegt werden, um eine gleichmäßige Verringerung der Pulpenkonzent ration auf eine gewünschte pumpbare Konsistenz zu liefern. Die Einrichtungen, die erforderlich sind, um dies zu bewirken, müssen nicht irr Detail beschrieben werden, da sie bei den herkömmlichen Abstrombleichtürmen gut bekannt sind. Di< in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform hat ein Pulpen abführsystem, welches die Vorteile verstärkt, wo durch die Gefahr ausgeschaltet wird, daß die Pulpen verdünnungszone in dem Turm nach oben wandert In dem Ausführungsbeispiel ist der Turm in ein« Bleichzone 16, welche den Gasraum 30 einschließt und eine Verdünnungszone 17 geteilt, wobei di< Zonen durch eine Gaszone 18 getrennt sind. Di« Pulpe sitzt in der Bleichzone auf einer drehbarei Lockerungsbodenplatte 19, welche die Bleichzoni von der Gaszone 18 trennt und welche Abführstoß teile 20 hat, um die Pulpe durch einen Schlitz 21 aus zulassen, der zwischen der Lockcrungsbodenplatte 1!

und den Wänden des Bleichturms ausgebildet ist Die Pulpe fällt dann durch die Gaszone 18, welchi unmittelbar unter der Lockerungsbodenplatte 19 auf rechterhalten wird, in die Verdünnungszone 17 hin

unter. Die Aufschlämmung wird mit Wasser (Rücklaufwasser) verdünnt, welches durch ein oder mehrere Rohre 22 zugeführt wird, und wird mit Hilfe eines Propelleriührers 23 umgerührt, wonach die Aufschlämmung mit einer geeigneten Pumpkonsistenz, z. B. etwa 4¹Vu, durch das Rohr 24 abgeführt wird. In der dargestellten Ausführungsform wird die Lockerungsplatte 19 durch einen hydraulischen Motor 25 angetrieben und durch eine Welle 26, die während der Reaktionsdauer verbrauchten Sauerstoff halten können. Wenn dieses Ziel nicht erreicht werden könnte, wäre es erforderlich, die Pulpe wenigstens während eines Teils der Reaktionszeit umzurühren oder zu bewegen, wodurch sich ein komplizierter und aufwendiger Reaktor ergeben würde, der möglicherweise hohe Betriebskosten verursachen würde.
Durch Laboratoriumsexperimente mit flockiger

in zwei Lagern 27 und 28 gehalten wird, getragen. io Pulpe von verschiedener Konsistenz wurde die Ab-Die Verdünnungszone kann sich nach oben bis in die hängigkeit zwischen der Schüttdichte der Pulpe und

dem auf die Pulpe angewendeten Druck bei jeder Konsistenz festgestellt.

Ein Bett von geflockter Pulpe wurde in einen verti-

Höhe der Lockerungsplatte 19 oder bis auf dieselbe Höhe wie die Platte erstrecken. Das gasförmige Bleichmittel wird in die Bleich

zone durch eine oder mehrere Leitungen 29 züge- 15 kalen Zylinder eingegeben, dessen Innenwände mit führt, in vorteilhafter Weise am unteren Teil der Teflon beschichtet waren, um die Wandreibung gleichzeitig an verschiedenen Höhen

Zone oder gleichzeitig an verschiedenen unterhalb des Spiegels der Pulpe in der Bleichzone. Die Zufuhr zu den gasgefüllten Räumen 30 und 18 kann ebenfalls gleichzeitig oder abwechselnd zu einem oder beiden dieser gasgefüllten Räume ausgeführt werden. Im letzteren Fall kann die direkte Zufuhr des gasförmigen Bleichmittels zu der Pulpe vermieden werden. Im oberen Teil des Turms ist eine Auslaßleitung 31 angeordnet, um kontinuierlich oder intermittierend gasförmiges Bleichmittel zu entfernen, um zu verhindern, daß das Bleichmittel mit Gas angereichert wird, welches nicht mit der Pulpe minimal zu machen. Eine perforierte Platte wurde oben auf das Pulpenbett gebracht, und das Volumen des Bettes wurde gemessen, während verschiedene ao Gewichte auf die perforierte Platte aufgebracht wurden. Zwei verschiedene Zylinder mit 10 und 34 cm Durchmesser wurden verwendet. Die Pulpe wurde mit 3,5 % NaOH gemischt, berechnet auf der Basis der trockenen Pulpe vor dem Experiment.

F i g. 4 zeigt ein typisches Ergebnis mit einer ungebleichten Packpapierpulpe (Pinus Sylvestris) von einer Konsistenz von 19 °/o. Es wurde gefunden, daß die Abhängigkeit von Schüttdichte und Druck für jede Konsistenz über etwa 0,07 kg/cm² (1 psig) an

reagieren kann. Wenn z. B. Sauerstoffgas verwendet

wird, obwohl das gleiche auch bei anderen gasförmi- 30 gewandten Druck näherungsweise durch den Ausgen Bleichmitteln auftreten kann, können Schwierig- druck beschrieben werden kann:

keiten dabei auftreten, die Luft daran zu hindern, die Pulpe zu begleiten. Eine Anreicherung an Stickstoffgas kann durch Abführen durch die Leitung 31 vermieden werden. Eine gewisse Menge von gasförmigem Bleichmittel wird auf diese Weise verloren.

Versuche und Ergebnisse

Sauerstoffbleichen wird gewöhnlich bei den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Temperatur 80 bis 120° C

Sauerstoffpartialdruck 2 bis 8 kg/cm²

Aufenthaltsdauer weniger als 1 Stunde.

Die ursprünglichen Laboratorien-Bleichuntersuchungen wurden bei einer Pulpenkonsistenz von 8 bis 16 °/o durchgeführt. Später wurden Daten an-

wobei

;.' = die Schüttdichte in g/cm³ ist und P — der angewendete Druck in psig (= 0,07 kg/cm²).

Der Koeffizient ή und der Exponent K variieren mit der Konsistenz der Pulpe.

Mit dieser festgestellten Abhängigkeit und den allgemeinen physikalisch-mathematischen Rechnungen wurde die Schüttdichte der flockigen Pulpe als Funktion der Tiefe des Bettes abgeleitet, wie F i g. 5 zeigt. Wie zu sehen ist, wächst die Schüttdichte beträchtlich mit der Tiefe an. Bei einer Konsistenz von 25 % ist die Schüttdichte 6 m unter der Oberfläche auf diese Weise beinahe zweimal so hoch wie 1 bis 1,3 m unter der Oberfläche, da die Pulpe durch ihr eigenes Gewicht zusammengepreßt wird. Die ge

gegeben, die zeigen, daß gute Bleichergebnisse im 50 strichelte Linie stellt die Grenze dar, wo das Faser

netzwerk zusammenbricht und Entwässerung auftritt, wie ebenfalls in den Experimenten festgestellt wurde. Unter der Annahme, daß die Dichte der Fasern 1,6 und die Dichte des Wassers 1,0 ist, wurde wei-

Laboratorium auch im Konsistenzbereich von 3 bis 6 °/o erhalten werden können.

Vom Standpunkt des Konstrukteurs der Anlage
bietet der angegebene Temperaturbereich keine besonderen Probleme. Dies ist auch beim Druck oder 55 ter das relative Gasvolumen in einem Pulpenbett als der Aufenthaltsdauer der Fall. Der niedrigere Kon- Funktion der Tiefe in dem Bett berechnet, wie in sistenzbereich von 3 bis 6% würde dagegen eine Fig. 6 dargestellt ist.

hohe Leistung für die Bewegung erfordern, um Aus diesen graphischen Darstellungen kann gesicherzustellen, daß der Sauerstoff über die ganze schlossen werden, daß das Gasphasen-Bleichen, wel-Reaktionszeit ausreichend und gleichmäßig verteilt 60 ches eine merkliche Aufenthaltsdauer oder Zurückwird. Auch der Bereich von 8 bis 16 °/o wurde aus aaltedauer erfordert, bei hohen Konsistenzen durchähnlichen Gründen für unpraktisch angesehen. Es geführt werden muß, um ein vernünftig gutes Durchbestand die Ansicht, daß der ideale Konsistenz- dringen des Gases durch das Pulpenbett zu erreichen, bereich der wäre, bei dem die Pulpe in einem sol- wenn mechanische Mittel zum Mischen des Gases chen porösen Zustand geflockt werden kann, daß das 65 mit der Pulpe während der Reaktionszeit vermieden Gas durch die Pulpensäule in einem Reaktor längs werden sollen.

seiner gesamten Länge durchdringen kann oder daß Es bestand der Eindruck, daß die geeignete Kon-

wenigstens die Hohlräume zwischen den Fasern den sistenz in dem Reaktor mit dieser speziellen HoIz-

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sorte im Bereich von 25 bis 30 °/o liegen würde. Wei- Faden wurde geheizt, um den Inhalt zu entzünden,

ter zeigten die Ergebnisse deutlich, daß es möglich Behälter von verschiedenen Größen wurden verwen-

sein würde, Sauerstoffbleichen in nichtbewegten Bet- det, von einem 0,3-I-Autoklav bis zu einem 10-m^:l-

ten auch bei solch hohen Produktionsraten wie 800 Drucktank,

bis 1000 t pro Tag durchzuführen. 5 Zusammenfassend stellte sich heraus, daß es sehr

Mit Birkenpackpapierpulpe (Betula Pubescens) schwierig ist, die Pulpe bei einer Konsistenz von oder wurden Ergebnisse erhalten, die nahe bei den er- unter 30 ⁰Zo auch in reinem Sauerstoff bei 10 kg/cm² wähnten lagen. Mit anderen Holzarten können ver- zu entzünden. Eine Verbrennung konnte jedoch geschiedene Schüttdichten erhalten werden. In solchen zündet werden, indem eine kleine Menge von Pulpe Fällen kann daher eine zufriedenstellende Gasdurch- xo von einer Konsistenz von 38 bis 40 ⁿ/o rings um den dringung einen etwas verschiedenen Konsistenz- Faden gebracht wurde. F i g. 8 zeigt eine typische bereich erfordern. Druck-gegen-Zeit-Kurve, wenn diese Technik in

Ein anderes Problem, das beachtet werden mußte, einem 10-m^;1-Tank verwendet wurde,

war, wie ein übermäßiges Gasentweichen (Sauerstoff- In diesem Versuch wurden 30 kg absolut trockene

entweichen) von den Zufuhr- und Auslaßenden des 15 Pulpe mit einer Konsistenz von 30 %> in den Tank

unter Druck stehenden Reaktors zu vermeiden war. gebracht, wobei gleichzeitig 5,5 kg Pulpe mit einer

Für das Zufuhrende wurde ein Schraubenförderer Konsistenz von 38 % rings um den Faden gebracht (F i g. 2) so konstruiert, daß er die Pulpe zu einem wurden, welcher an der Oberfläche des Bettes angegasdichten Stopfen in der Reaktorzufuhrrohrleitung bracht war. Der Anfangsdruck war 5 kg/cm². Der zusammenpreßt. Ein Prototyp wurde im halben 20 Zündpunkt in der graphischen Darstellung ist bei Großversuchsmaßstab getestet. Nach einigen Ab- der Zeit Null. Wie zu sehen ist, wächst der Druck Wandlungen stellte es sich als möglich heraus, Pulpe sehr langsam während der ersten 35 Sekunden. Wenn von hoher Konsistenz in einen unter Druck stehen- keine Anstrengungen unternommen wurden, eine den Tank von 10m^:1 zuzuführen, den Schrauben- weitere Verbrennung zu verhindern, gab die Platzförderer zu stoppen, ihn so zu lassen, wie er war, 25 scheibe schließlich nach etwa 3 Minuten bei und festzustellen, daß am nächsten Tag der Druck 10,5 kg/cm² nach.

in dem Tank genau derselbe war wie der, als der F i g. 9 zeigt das Ergebnis eines anderen Tests, bei

Förderer am Tag zuvor abgestoppt wurde. dem 15 kg absolut trockene Pulpe mit einer Kon-

Der naheliegende Weg, übermäßige Gasverluste sistenz von 39 %> in demselben Behälter gezündet am Auslaßende zu verhindern, ist der, mit einer Ver- 30 wurden. Auch hier war der Druckanstieg während dünnungszonc im Bodenteil des Reaktors zu arbei- der ersten 30 Sekunden verhältnismäßig langsam, inten. Theoretisch würde bei 100 C, 6 kg/cm³ und dem er von 5 auf etwa 6 kg/cm² anstieg. Bei 4 ⁰Zo Ablaßkonsistenz der Sauerstoffverlust mit der 12,5 kg/cm² wurde ein Abblasventil von 10 cm Ablaßflüssigkeit 0,4% erreichen, berechnet auf der Durchmesser geöffnet, welches den Druck in 17 Se-Basis der Pulpe, und 0,25 % bei einer Ablaßkon- 35 künden auf Null verringerte und das Feuer löschte, sistenz von 6 °/o, vorausgesetzt, daß Gleichgewicht Bei allen Untersuchungen wurde festgestellt, daß zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase be- die Verbrennung nur an der Oberfläche des Pulpensteht. bettes auftrat. Es entstand daher der Eindruck, daß

Es wurde daher entschieden, den Bodenteil des es möglich wäre, ein Feuer, welches einmal begon-

Reaktors so zu konstruieren, wie in F i g. 2 gezeigt 40 nen hat, eher mit einer Sprühdusche zu löschen, als

ist. Eine rotierende Zufuhrplatte führt die Pulpe durch Öffnen eines Sicherheitsventils oder durch

hoher Konsistenz in eine Verdünnungszone. Mit die- Abblasen mit einer Platzscheibe. Fig. 10 zeigt die

ser Anordnung wird eine sehr genaue Steuerung des Wirkung einer Dusche in dem 10-m³-Tank. Bei die-

Auslaßstroms von der Zone hoher Konsistenz er- ser Untersuchung wurden 20 kg absolut trockene

reicht, wie in F i g. 7 gezeigt ist. Durch Einhalten 45 Pulpe mit einer Konsistenz von 42 ⁿ/o bei einem An-

einer gesteuerten Höhe in der Verdünnungszone fangsdruck von 5 kg/cm² gezündet. Nach 40 Sekun-

wird die Abführgenauigkeit auf die Ablaßleitung den, bei 8 kg/cm², wurde das Sprühventil geöffnet,

übertragen. und der Druck nahm in 10 bis 15 Sekunden auf

Jeder Betrieb, bei dem reiner Sauerstoff verwen- 6 kg/cm² ab, als das Feuer gelöscht war.
det wird, bietet gewisse Gefahren. Deswegen wurde 50 Als Ergebnis dieser Sicherheitsuntersuchungen eine Untersuchung der Sicherheitsaspekte des Sauer- wurde der Reaktor mit drei unabhängigen Sicherstoffbleichens in einem frühen Stadium der Entwick- heitssystemen ausgestattet. Eins wird durch einen lungsarbeit begonnen. Ausgiebige Untersuchungen Druckumwandler und/oder einen Temperaturumwurden daher sowohl im Laboratorium als auch im wandler in dem Reaktor betätigt. Eins öffnet ein halbtechnischen Maßstab durchgeführt, um die 55 Ventil in der Zuführleitung für eine Wassersprüh-Grenzbedingungen für die Zündung und Verbren- anlage am oberen Ende des Reaktors, öffnet ein Abnung der Pulpe bei verschiedenen Kombinationen blasventil für eine schnelle Druckverringerung und von Pulpenkonsistenz und Sauerstoffpartialdruck zu schließt ein Ventil in der Sauerstoffzufuhrleitung, finden. Eine ziemlich ausgeklügelte Anlage wurde falls ein Feuer beginnt. Das zweite System ist einverwendet, um plötzliche Druck- und Temperatur- 60 fach ein herkömmliches mechanisches Sicherheitsänderungen kontinuierlich zu messen und aufzuzeich- ventil, und das dritte besteht aus zwei Platzscheiben, nen. Bei allen Experimenten wurde die folgende Die drei Sicherheitssysteme beginnen nacheinander Technik verwendet: bei höheren Drücken zu wirken. Jedes System be-

Em Bett von geflockter Pulpe wurde in einen endet ein Feuer und verringert den Druck und die

Druckbehälter gegeben, der mit einem elektrischen 65 Temperatur, bevor sie irgendwo in die Nähe einer

Heizfaden ausgestattet war, welcher zum Starten der gefährlichen Höhe geraten.

Zündung verwendet wurde. Sauerstoff wurde bis zu Sauerstoffbleichen allein verringert die Verunrei-

dem gewünschten Anfangsdruck zugeführt, und der nigung nicht bis zu einem beträchtlichen Ausmaß,

wenn nicht die gelösten Feststoffe von der Sauerstoffstufe auf die eine oder andere Weise wiedergewonnen werden. Es ist möglich, das Sauersto!^Tbleichen durchzuführen, wobei eine gewisse Menge der Feststoffe der schwarzen Flüssigkeit in der Pulpe vorhanden sind. Dies führt zu dem Gedanken eines eichten Umlaufwiedergewinnungssystems, bei dem die wiedergewonnene Flüssigkeil von der Sauerstoffstufe in dem letzten Braunstoffwäschcr zum Waschen verwendet wird.

In Fig. 11 ist eine solche Anordnung in drei Alternativen gezeigt. Zur Vereinfachung sind die inneren Verdünnungskreisläufe nicht gezeigt. Das Flußschema zeigt jedoch die Wiedergewinnungsbedingungen, welche ein vollständig ausgeglichenes Flüssigkeitssystem ermöglichen, d. h., kein Flüssigkeitsstrom wird in das Abwasser oder sonst wohin abgelassen. In der Alternative I ist das Siebsystem offen. Alle überschüssige Flüssigkeit von dem Wäscher nach dem Sauerstoflreaktor wird als Waschflüssigkeit in dem letzten Wäscher für den Braunstoff verwendet. Das Sieben wird nach der Sauerstoffstufe durchgeführt (das Entfernen der Äste ist nicht eingeschlossen). Auf diese Weise wird die Sauerstoffstufe ein integraler Bestandteil eines Braunstoffwaschsyslems, bei dem der letzte Wäscher der nach dem Sauerstoffreaktor ist.

In der Alternative II ist das Siebsystem geschlossen, was bedeutet, daß das Filtrat von dem Rost für das gesiebte Material nicht nur für die Verdünnung im Inneren des Siebsystems verwendet wird, sondern auch zum Waschen im Wäscher nach dem Sauerstoffreaktor. Demzufolge wird Frischwasser für das Waschen auf dem Rost für das gesiebte Material verwendet, welcher dann praktisch der letzte Wäscher in einem Braunstoffwaschsystem wird, das die Sauerstoff stufe und das Siebsystem als integrale Bestandteile enthält.

In der Alternative 111 wird schließlich auch das ausgesiebte Material in dem System zurückgehalten, in dem es wieder aufbereitet und zu den ersten Sieben zurückgeführt wird. Die überschüssige Flüssigkeit von dem Behandlungssystem für das ausgesiebte Material wird in dem Siebraum wieder verwendet.

Der Grad der Rüchgewinnung der gelösten Feststoffe von der Sauerstoffstufe wurde für die verschiedenen Alternativen berechnet. Die Berechnungen wurden bei Wäscherverschiebungsverhältnissen von 0,70 und 0,85 durchgeführt, um den Einfluß dieser Variablen zu zeigen. In allen Fällen beruhten die Berechnungen auf einen Verdünnungsfaktor von 3. Die Ergebnisse sind die folgenden:

°/o wiedergewonnene Feststoffe bei einem

Verdünnungsfaktor 3

»5	Alterna tive I	Alterna tive II	Alterna tive III
Verschiebungs verhältnis 0,70 Verschiebungs- no verhältnis 0,85	64 77	83 90	88 95

Es ist auf diese Weise möglich, 80 bis 9O°/o der gelösten Feststoffe von der Sauerstoffstufe wiederzugewinnen, ohne irgendeine zusätzliche Verdünnung der schwarzen Flüssigkeit zu den Verdampfern, wie es bisher bei den meisten Braunstoffwaschsystemen der Fall war. Das bedeutet, daß der biologische Sauerstofffbedarf und der chemische Sauerstoffbedarf des Abflusses von einer Bleichanlage entsprechend verringert wird. Ebenso wird auch die Färbung des Abwassers verringert. Das bedeutet auch weiter, daß Natriumhydroxid entsprechend 38 bis 43 kg Natriumsulfatkuchen pro Tonne Pulpe aus der Sauerstoffbleiche wiedergewonnen wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen eingeschränkt, so kann z. B. die Pulpe von unten nach oben durch den Turm mit Hilfe geeigneter Einrichtungen bewegt werden. Weiter können andere Einrichtungen zum Zuführen und Entfernen der Pulpe aus dem Turm verwendet werden, die sicherstellen, daß die maximale Höhe der Pulpensäule in den erfindungsgemäßen Bereich fällt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bleichen von Fasermaterial von hoher Konzentration, insbesondere von ZpII-stoffpulpe, mit einem gasförmigen Bleichmittel, bei dem die Pulpe in einen Raum im oberen Teil eines im Inneren im wesentlichen glatten Reaktionsturmes eingeführt wird, bei dem das gasförmige Bleichmittel in den Turm eingeleitet wird und bei dem eine Säule von feinzerkleinerter Pulpe unterhalb dieses Raumes bei einer Konzentration von 18 bis 40 Gewichtsprozent aufrechterhalten wird, dadurchgekennzeichnet, daß die Höhe der Säule, gemessen in Metem, auf maximal ⁶Ao der in der zusammenhängenden Säule von feinzerkleinerter Pulpe vorliegenden, in Gewichtsprozenten gemessenen Konzentration gehalten wird, und daß die Höhe der Säule größer als ihr Durchmesser ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Säule von feinzerkleinerter Pulpe auf einem Wert zwischen 25 und 35 Gewichtsprozent gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Pulpensäule von hoher Konzentration bis zum Boden des Turmes erstreckt und die gebleichte Pulpe vom Bodenteil des Turmes im wesentlichen in unverdünntem Zustand abgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Pulpensäule von hoher Konzentration bis zu einem Bodenelement (19) erstreckt, das über dem Boden des Turmes angeordnet ist, und die gebleichte Pulpe von diesem Bodenelement in im wesentlichen unverdünntem Zustand abgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Pulpensäule von hoher Konzentration bis zu einer Verdünnungszone (17) am Boden des Turmes erstreckt und verdünnte, gebleichte Pulpe von dieser Verdünnungszone (17) abgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe vom Bodenelement (19) in eine Verdünnungszone (17) am Boden des Turmes unter dem Bodenelement verbracht und verdünnte, gebleichte Pulpe von dieser Verdünnungszone (17) abgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bodenelement (19) und der Oberfläche der verdünnten Pulpe eine Gaszone (18) aufrechterhalten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff, dessen Druck über dem der freien Atmosphäre liegt, als gasförmiges Bleichmittel verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe dem oberen Teil des Turmes in einem kompakten Zustand so zugeführt wird, daß das Entweichen des gasförmigen Bleichmittels durch die Pulpenzufuhr (S, 6, 7, 8) hindurch verhindert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Bleichmittel unter Druck derart direkt in die Pulpensäule eingeleitet wird, daß es d»e Pulpensäule bis zum oberen Bereich des Turmes

durchdringt , _

11 Vorrichtung zur Durchführung des Gasbleichverfahrens von Fasermaterial, insbesondere von Zellstoffpulpe, nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem senkrechten Reaktionsturm mit glatten oder im wesentlichen glatten Innenwänden, mit einer Pulpeneinlaßleitung (5 6 7, 8) die mit dem oberen Teil des Turmes in Verbindung steht, mit wenigstens einer Gaseinlaßleitung (29), mit einer Einrichtung (4) zum feinen Zerkleinern der Pulpe und mit wenigstens einer Auslaßöffnung (24) im unteren Teil des Turmes dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Höhe in Metern des Teiles des Turmes, welcher eine Säule von feinzerkJeinerter Pulpe mit einer Konzentration von 18 bis 40 Gewichtsprozent einschließt, ⁶<ιβ der Konzentration, in Gewichtsprozent gerechnet, beträgt, und daß die Höhe der Säule größer ist als ihr Durchmesser.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Einlaßlei-H-ng (22) und das Rührwerk (23) am Boden des Turmes so angeordnet sind, daß eine Verdünnungszone (17) gebildet wird, von welcher die gebleichte Pulpe über eine Auslaßöffnung (24) abgeführt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12. dadurch gekennzeichnet, daß über dem Boden des Turmes eine drehbare Platte (19) angeordnet ist, die mit Abführstoßteilen (20) versehen ist, die so angeordnet sind, daß sie die Pulpe durch einen Schlitz (21) befördern.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verdünnungszone (17) unterhalb der Platte (19) befindet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßleitungen in dem Turm derart angeordnet sind, daß eine Gaszone (18) zwischen der Platte (19) und der Verdünnungszone (17) gebildet wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Puipeneinlaßleitung (2, 7, 8) ein Schraubenförderer (S) angeordnet ist, wobei die Schraube und ihr Gehäuse (7) eine konische Gestalt mit abnehmendem Querschnitt in Zufuhrrichtung der Pulpe haben.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) zum feinen Zerkleinern der Pulpe unmittelbar vor oder in der Öffnung der Puipeneinlaßleitung (2) des Turmes angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) zum feinen Zerkleinern der Pulpe unmittelbar hinter der öffnung der Puipeneinlaßleitung (2) in dem Turm angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßleitungen (29) in dem unteren Teil des Turmes unterhalb der Oberfläche der Pulpe in diesem angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasein-

laßleitungen (29) in dem oberen Teil des Turmes über der Oberfläche der Pulpe in diesem angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßleitungen (29) oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Pulpe in dem Turm angeordnet sind.