DE3034042C2

DE3034042C2 - Verfahren zur Reduzierung des Harzgehalts bei der Herstellung von Zellulosepulpe aus Lignozellulose-Material

Info

Publication number: DE3034042C2
Application number: DE3034042A
Authority: DE
Inventors: Jonas Arne Ingvar Domsjö Lindahl
Original assignee: Mo och Domsjo AB
Current assignee: Mo och Domsjo AB
Priority date: 1979-09-12
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1985-08-22
Also published as: JPS5643496A; FI68680C; NO802658L; FR2465026B1; ATA457680A; AU6219580A; FI68680B; NO155498C; AT374512B; FI802742A; DE3034042A1; FR2465026A1; CA1157209A; AU524841B2; SE7907557L; SE418628B; CH651083A5; BR8005524A; NO155498B; JPH0114357B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion des Harzgehaltes von Zellulosepulpe bei der Ϊ 55 Herstellung dieser Pulpe (Halbstoff) aus Lignozellulose-Materialien. Die Bezeichnung »Zellulosepulpe« wie sie

in dieser Beschreibung verwendet wird, bezieht sich vorzugsweise auf chemische Halbstoffe, d. h. Halbstoffe, die

nach chemischen Aufschlußverfahren hergestellt werden. Die Erfindung findet hauptsächlich bei der Herstellung von Sulfit-Pulpe Anwendung, aber auch die Herstellung von »Kraft«-Pulpe aus Hartholz wie z. B. Birke ist ein wichtiges Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung.

Das Ausgangsmaterial zur Herstellung von Zellulosepulpe ist Lignozellulose, z. B. in Form von Holz, und dieses enthält stets kleinere oder größere Mengen an Harz. Es ist zweckmäßig, während des Verfahrens der Herstellung der Pulpe das Harz in größtmöglichem Umfang zu entfernen, so daß die völlig behandelte Pulpe einen geringen Harzgehalt aufweist. Hoher Harzgehalt in der fertigen Pulpe kann Probleme bei der Verwendung der Pulpe verursachen (z. B. bei der Papierherstellung) und kann die Qualität des Endproduktes beeinträchtigen. Hinzu kommt, daß das Harz tatsächlich das Verfahren der Pulpeherstellung kompliziert.

Bei der Herstellung der Pulpe nach dem Sulfitverfahren wird daher das Holz immer eine gewisse Zeit gelagert, ehe es in den Kocher gegeben und zu Zellulosehalbstoff verarbeitet wird. Während der Lagerung, auch Alterung (»Seasoning«) genannt, tritt eine Veränderung des physikalischen Charakters des Harzes auf, weiche zu einer

etwas verminderten Harzmenge im Holz und auch zu Veränderungen im Harz selbst führt, so daß es während des Pulpeherstellungsverfahrens leichter löslich wird. Die Lagerung des Holzes kann auf verschiedene Arten erfolgen. Zum Beispiel kann das Holz in Form von unbearbeiteten Stämmen zuerst in Wasser gelagert werden (schwimmend und zusammengebunden), wonach die Stämme in Form von Bündeln auf einem Holzlagerplatz an Land gelagert werden. Nach einer Lagerzeit von etwa 1 Jahr werden die Stämme in einer Pulpenmühle zu Schnitzeln (Hackspänen) gemahlen und weiterbehandelt Nach einem anderen Verfahren werden die Stämme bereits zu Schnitzeln vermählen, wenn sie an der Mühle ankommen, und die Schnitzel werden dann auf einem Haufen gelagert. Bei einer derartigen Behandlung kann die Lagerzeit auf etwa 3 Monate verkürzt werden. Abgesehen von der Lagerungsmethode ist die Behandlung immer mit Kosten verbunden. Dazu kommt die Tatsache, daß gleichzeitig ein gewisser Verlust an Holz auftritt und beträchtliche Kapitalmengen gebunden sind.

Trotz der Lagerung enthält das Holz noch immer beträchtliche Mengen an Harz, obwohl in etwas veränderter Form im Vergleich zu dem Harz im Frischholz. Der größere Teil des verbleibenden Harzgehaltes wird in verschiedenen Schritten während des Pulpeherstellungsverfahrens entfernt Das gesamte Harz aus der Pulpe zu entfernen ist schwierig und darüberhinaus kostenaufwendig. Daher endiält fertige Pulpe fast ausnahmslos eine gewisse Menge an Harz. Während des eigentlichen Aufschlusses des Holzes wird ein Teil des Harzes gelöst und beim Waschen und Sieben der Pulpe entfernt.

Die endgültige Regelung des Harzgehaltes der Pulpe geschieht beim Bleichen. Das Harz wird hauptsächlich während der alkalischen Stufe des Bleichzyklus entfernt. Es ist jedoch möglich und auch nicht üblich, die endgüitige Regelung in einer Chlordioxid-Stufe vorzunehmen. Bei den Sulfitmühlen ist der folgende Bleichzyklus üblich: Chlor (C), Alkali (E), Hypochlorit (H) und Chlordioxid (D), d. h. also: C-E-H-D. Durch Veränderung der Alkalimenge, gewöhnlich Natriumhydroxid, in der Stufe E können kleinere oder größere Mengen Harz extrahiert werden. Zusammen rr.it Natriumhydroxid werden in der Ε-Stufe oft Dispergierungsi« rtel zugegeben, um das Harz in dispergierter Form zu halte'- (und nicht in agglomeriertem Zustand), so daß dieses in größtmöglichem Ausmaß bei der Waschstufe, die dem Schritt E folgt aus der Pulpe ausgewaschen werden kann. Die endgültige Regelung des Harzgehaltes erfolgt gewöhnlich in der D-Stufe, d. h. durch Variieren der Zugabenisnge an Chlordioxid. Das Harz wird von der Pulpe in der Waschstufe, die der D-Stufe folgt, abgetrennt. Wenn in der Mühle Probleme mit dem Harz auftreten (z. B. Schäumen und Klumpenbildung), kann es erforderlich werden, die Chlormenge in der C-Stufe zu verringern und entsprechend die Menge an Chlordioxid zu erhöhen. Es ist nach dem Stand der Technik bekannt, daß die Chlorierung von Harz bedeutet, daß dieses schwieriger zu behandeln ist Der große Nachteil bei der Verwendung beträchtlicher Mengen von Chlordioxid, um Harzprobleme zu lösen, ist der hohe Preis dieser Chemikalie.

Bei der Herstellung von Pulpe nach dem Kraft-Verfahren wird das Holz in keinem wesentlichen Ausmaß gelagert. Um Harzprobleme bei der Herstellung von z. B. Birkenholzpulpe zu lösen ist es wichtig, daß die Stämme sorgfältig von der Rinde befreit wurden, da die Rinde und darüberhinaus die Kambiumschicht zwischen Rinde und Holz große Mengen an Harz enthält. V/ie auch beim Sulfitaufschluß tritt im Kraft-Kocher eine Lösung des Harzes auf. Um das Harz während des Aufschlusses in dispergierter Form zu halten (um Klumpenbildung zu vermeiden), wird Tallöl in den Kocher zugefügt Das während des Kochens extrahierte Harz wird von der Pulpe bei der nachfolgenden Waschstufe abgetrennt und zusammen mit der Schwarzlauge verdampft, worauf es im Soda-Wiedergewinnungskocher verbrannt wird.

Bei der Herstellung von Kraft-Holzstoff ist es nicht möglich, den Harzgehalt durch Zugabe verschiedener Mengen von Alkali in der Alkali-Stufe des Bleichzyklus zu regeln. Man muß sich vielmehr ganz auf die teure Bleichchemikalie Chlordioxid zur endgültigen Regelung des K Erzgehaltes beschränken.

Bei der Herstellung von Birken-Kraftpulpe ist es daher erforderlich, teure Investitionen an hochqualitativen Schäleinrichtungen vorzunehmen und/oder große Mengen der teuren Chemikalie Chlordioxid beim Bleichen zuzugeben, um die Harzprobleme auszuschalten. Selbst wenn diese kostspieligen Maßnahmen vorgenommen werden ist es schwierig, einen so geringen Harzgehalt zu erreichen, wie er wünschenswert wä.e. Pulpe: mit geringem Harzgehalt ist — wie begannt — auf dem Markt sehr begehrt.

Zusätzlich zu den obigen Ausführungen ist es möglich, den Harzgehalt der Zellulosepulpe in gewissem Maße durch Zugabe verschiedener oberflächenaktiver Mittel, sogen. Netzmittel, zu verschiedenen Zeitpunkten des Herstellungsverfahrens zu senken.

Die oben beschriebenen Verfahren sind die am häufigsten praktizierten Verfahren, um die Harzprobleme während der Herstellung von Zellulosepulpe zu meistern.

In de; Literatur sind auch andere Verfahren beschrieben werden. In der schwedischen PS 1 50 651 zum Beispiel ist ausgeführt worden, daß es beim Umgang mit gewissen Pulpearten, die besonders schwierig zu entharzen sind, zweckmäßig sein kann, die Pulpe in bekannter Weise in Verbindung mit der alkalischen Behändlung mechanisch zu behandeln. Es ist jedoch nicht klar dargelegt worden, was man mit mechanischer Behandlung meint, und es ist auch nicht im einzelnen beschrieben worden, wie man dabei vorzugehen hat. Vielmehr ist vorgeschlagen worden, die Alkalibehandlung in Abwesenheit eines nicht-ionischen Netzmittels durchzuführen, um den Harzgehalt der Pulpe zu reduzieren.

In der finnischen PS 28 621 ist ein Verfahren zur Verwendung ungeschälte . Hartholzes und von Sägemühlenabfällen zur Herstellung von Zellulosepulpe beschrieben worden. Da·; Verfahren besteht aus einem kombinierten mechanisch-chemischen Verfahren zur Behandlung der Zellulosepulpe nach dem Kochen (Aufschluß), Waschen und Sieben. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die ungebleichte Pulpe bei einer Temperatur von zwischen 10—6O⁰C in einer alkalischen Suspension mechanisch behandelt wird, und zwar in bekannten »Holländer«- bzw. Mahlapparaten, worauf die Pulpe dann mit alkalischen und oxidierenden Chemikalien bei einer Temperatur zwischen 10 und 80°C behandelt und dann schließlich nochmals in der vorher beschriebenen Weise mechanisch behandelt wird.

Entsprechend dem fveispiel in der finnischen PS wird die Pulpe in einer geeigneten »Holländer«-Mahlvorrich-

tung bei einem pH-Wert von etwa 8 behandelt. Das heißt, daß der mechanische Mahlprozeß bei geringer Pulpekonsistenz erfolgt (nicht über 6%), da die Mahlvorrichtungen inur bei geringer Pulpekonzentration arbei-) ten können.

■ Es hat sich jedoch erwiesen, daß eine solche Behandlung der Pulpe bei der Lösung des Entharzungsproblems

nicht erfolgreich ist, d. h. daß dabei der Harzgehalt der Pulpe nicht merklich verringert wird. Einer der Gründe hierfür scheint der zu sein, daß die mechanische Behandlung, d. h. da« Mahlen, bei relativ geringer Pulpekonzentration erfolgt. Die geringe Pulpekonzentration wird auch von dem Nachteil begleitet, daß das Verfahren viel Energie verbraucht. Es besteht weiterhin der Nachteil, daß die Hblländerbehandlung bzw. das Mahlen ein Zerschneiden der Fasern verursacht, was in vielen Fällen nicht erwünscht ist.

Auch aus der schwedischen PS 3 41 323 ist es bekannt, die Zellulosepulpe nach dem Kochen, Waschen und gegebenenfalls Sieben einer mechanischen Behandlung zu unterziehen. Es ist charakteristisch für das dort beschriebene Verfahren, daß die Pulpe vor der Bleichbehandlur.g einer Knet- und Scherbehandlung mit nachfolgendem Temperaturanstieg bei einer Konzentration von 10—50%, vorzugsweise 25—35%, unterworfen wird, wobei man die erwünschte Strukturänderung der Fasern mit einer möglichen Vergrößerung der Drainageresistenz von höchstens 4"SR erhält; die so behandelte Pulpe, die einer Bleiche oder fortgesetzten Bleiche unterworfen wird, wird sofort auf eine Konzentration von maxima¹ 6% verdünnt, worauf die Pulpe gebleicht und getrocknet wird, und zwar vorzugsweise auf einen Trockengehalt von 90—95%. Aufgabe dieses Verfahrens ist die Verbesserung der papiertechnischen Eigenschaften der Pulpe. In dieser Beschreibung wird nicht festgestellt, daß das Verfahren eine Lösung des Harzproblems bei der Herstellung von Zellulosepulpe schafft. Daß dies auch in der Praxis der Fall ist. svurde durch Tests nachgewiesen, die an späterer Stelle in der vorliegenden Beschreibung diskutiert werden.

Um bei der Herstellung von Zellulosepulpe ein Endprodukt von hoher Qualität zu erhalten, muß angestrebt werden, das in der ursprünglichen Lignozellulose (wie z. B. Holz) vorhandene Harz in größtmöglichem Umfang zu entfernen. Die bis dato verfügbaren Verfahren zur Entfernung des Harzes sind sehr teuer und in einigen Fällen nicht zufriedenstellend, d. h. man erreicht nicht die Senkung des Harzgehaites auf das wünschenswerte niedrige Niveau.

Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme und betrifft ein Verfahren zur Reduzierung des Harzgehaltcs bei der Herstellung gebleichter oder ungebleichter Zellulosepulp«; aus Lignozellulose-Sloffen. Bei diesem Verfahren wird das Lignozellulose-Material einer Fasertrennung, Waschen und Sieben (sofern erwünscht) sowie (gegebenenfalls) Delignifizierungsbleiche unterworfen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Lignozellulose-Material nach diesen Verfahrensschritten in Form von Zellulosepulpe einer Behandlung in einer oder mehreren Konzentrierungsvorrichtungen unterworfen wird, um die Pulpekonzentration auf einen Wert von 15 — 35%, vorzugsweise 19—29% zu bringen; danach wird die Zellulosepulpe mit Alkali in einer solchen Menge gemischt, daß das Alkali — berechnet als NaOH — in der Pulpe bis zu 2—17 g pro kg Wasser der Pulpe beträgt, worauf diese einer milden, mechanischen Behandlung in einer Vorrichtung zur Behandlung bei hoher Konsistenz unterworfen wird. Diese Vorrichtung ist mit Schnecke« bzw. Schrauben ausgestattet, die relativ _ zueinander rotieren und zwar unter einer Energiezufuhr von 8—100 kWh pro t an Pulpe, vorzugsweise von

j 10—75 kWh pro t Pulpe. Dieses Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnes, daS die Zeüüiosepü'pe nach

der milden, mechanischen Behandlung und bei im wesentlichen unveränderter Pulpekonsnstenz mit dem zugcgebenen Alkali während einer Zeitspanne von 0,1—5 Stunden in einem separaten Behälter zur Umsetzung gebracht wird.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden vorzugsweise mit ungebleichter Zellulosepulpe durchgeführt, d. h., nachdem das Lignozellulose-Material zu Zellulosepulpe in einem Kocher mit Aufschlußchemikalien aufgeschlossen wurde, die von verbrauchter Aufschlußlauge in einer Waschzone befreit wurde. Wenn die Pulpe die Waschzone verlassen hat, besitzt sie gewöhnlich eine Konzentration von 4—6%. Gewöhnlich wird die Pulpe auch gesiebt, ehe sie den erfindungsgemäßen Maßnahmen unterzogen wird. Vor dem Sieben wird die Pulpe verdünnt, so daß sie während des Siebens eine Konzentration von 0,5—3% besitzt. In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Pulpe einer milden Delignifizierungsbleiche mit etwas Bleichmittel, z. B. Chlor und/oder Chlordioxid zu unterziehen, ehe sie erfindungsgemäß behandelt wird.

so Erfindungsgemäß wird die Ausgangspulpe in einem oder mehreren Schritten entwässert, so daß man eine Konzentration von 15—35%, vorzugsweise 19—29% erhält. Gewöhnlich erfolgt die Konzentrierung der P'ilpe in einer Stufe. Geeignete Entwässerungsvorrichtungen sind Trommelwäscher, Bandwäi.cher, Preßwalzen und Preßschnecken. Ob das Konzentrieren der Pulpe in einem oder mehreren Schritten erfolgt (z. B. zwei) hängt in gewissem Maße davon ab, ob das erfindungsgemäße Verfahren in einer bereits existierenden Mühle angewendet

wird, oder ob das Verfahren in einer neuen oder umgebauten Vorrichtung durchgeführt wird. j

Bei bereits existierenden Mühlen sind gewöhnlich Trommelwäscher oder Absetzbehälter nach der Siebzone |

installiert, die die Pulpenkonzentration von einem Bereich von 0,5 bii; 3% — wie er in der Siebzone üblich ist — i

auf einen Bereich von 10—13% erhöhen. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß der Trommelwäscher eine §

derartige Entwässerungskapazität aufweist; auch ein ganz einfacher Trommelwäscher, die die Pulpekonzentra- |

tion auf 4% oder mehr anhebt, reicht aus. Nach dem Durchlauf durch den Trommelwäscher oder Verdicker wird *

die Pulpe zu einer Vorrichtung geleitet in welcher die entgültige Entwässerung auf eine Pulpekonzentration von |

15—35% stattfindet Eine bevorzugte Vorrichtung ist eine Schneckenpresse. Um das Entwässern der Pulpe zu

erleichtern, kann der pH-Wert der einkommenden Pulpe durch Zugabe von Alkali auf 7—9 eingestellt werden.

Nach dem Entwässerungsschritt wird Alkali zu der Pulpe in einer solchen Menge zugegeben, daß deren |

pH-Wert etwa 11 übersteigt Um diesen pH-Wert zu erreichen, muß die Alkaiizugabe 0,5—5%, bezogen auf |; absoiut trockene Pulpe, betragen. Das bevorzugte Aikaii ist Natriumhydroxid. Es ist jedoch möglich, andere Alkaliverbindungen wie z. B. Kaliumhydroxid, oxidierte Weißlauge. Grünlauge oder Natriumcarbonat in Mischung mit Natriumhydroxid zu/ugcben. Die Alkalimcnge — berechnet als NaOH — beträgt erfindungsgemäß

2— 17 g pro kg Wasser der Pulpe.

Danach wird die Pulpe einer milden mechanischen Behandlung in einer Vorrichtung unterzogen, die zur Behandlung bei hoher Konsistenz geeignet ist. Diese Vorrichtung ist mit Schnecken ausgestattet, die relativ zueinander rotieren, und zwar unter solchen Bedingungen, daß die Energiezufuhr zwischen etwa 8—100 kWh pro t Pulpe beträgt. Eine für eine solche Behandlung geeignete Vorrichtung ist ein Schnecken-Defibrator (Schncckcnrefiner). Dieser Schnecken-Defibrator besteht grundsätzlich aus zwei rotierenden Schnecken, die parallel zueinander in einem Gehäuse angebracht sind, das einen Eingang und einen Ausgang besitzt. Die Schicken greifen ineinander zum Zwecke des Knetens des Beschickungsmaterials und die Gewindegänge sind mit Einkerbungen am äußeren Umfang von wenigstens einigen Gewindegängen versehen, so daß zwischen den Einkerbungen Zähne gebildet werdem Ein solcher Schnecken-Defibrator ist in US-PS 30 64 908 beschrieben worden. Die mit Chemikalien vermischte. Pulpe wird in dem Schnecken-Defibrator Scher- und Knetkräften in Form von pulsierenden Druckstößen unterworfen. Das Ergebnis dieser Behandlung ist eine sehr wirksame Imprägnierung der Pulpe mit den zugefügten Chemikalien. Für die Pulpe-Fasern stellt dies eine milde Behandlung dar, da die Fasern nicht gekürzt (wie es bei der Holländer-Behandlung oder beim Mahlen der Fall ist) und auch nicht in anderer Weise negativ beeinflußt wurden. Die Behandlung in dem Schnecken-Defibrator erfolgt gewöhnlich bei atmosphärischem Druck, kann jedoch auch bei überatmosphärischem Druck bis zu 500 kPa durchgeführt werden. Während der mechanischen Behandlung wird die Temperatur der Pulpe erhöht, bis zumindest 60% der Energiezufuhr in Wärme umgesetzt ist. Je höher die Energiezufuhr, desto größer ist der Temperaturanstieg während der Behandlung.

Nach der milden mechanischen Behandlung wird die Pulpe mittels einer geeigneten Vorrichtung, wie z. B. einer Pumpe, einer Schneckenfördervorrichtung oder einem Förderband in einen Turm oder einen ähnlichen Behälter zur kontinuierlichen Reaktion mit den zugefügten Chemikalien (hauptsächlich Alkali) bei der gewünschten Temperatur geleitet. Die Verweilzeit der Pulpe in dieser Stufe kann zwischen 6 Minuten bis zu 5 Stunden variieren.

Danach wird die Pulpe in bekannten Waschapparaten gewaschen, damit das aus der Pulpe extrahierte Harz 2s aus dieser entfernt wird. Danach ist keine weitere Behandlung für die Pulpe erforderlich, sondern diese kann direkt getrocknet oder der Endbehandlung unterzogen werden. In den meisten Fällen jedoch wird die Pulpe nach der erfindungsgemäßen Behandlung in eine Bleichvorrichtung zum fortgesetzten Bleichen geleitet.

Was den Wärmeverbrauch bei diesem Verfahren betrifft, kann man ökonomisch günstige Verhältnisse schaffen, indem die Einheit der mechanischen Behandlung, die Transportvorrichtung zum Turm und der Turm selbst isoliert werden. Die Wärme kann in einem nachfolgenden Bleichschritt verwendet werden, so daß der Energiebedarf zum Erhitzen der Pulpe auf eine zum Bleichen geeignete Temperatur vermindert wird. Wenn die Energiezufuhr bei der mechanischen Behandlung hoch ist oder die mechanische Behandlung bei überatmosphärischem Druck durchgeführt wird, kann die Entleerung der Pulpe aus diesem Verfahrensschritt mittels eines Cyclons, und zwar zur Abtrennung des Dampfs von der Pulpe, erfolgen. Wird die Behandlung bei überatmosphärischem Druck vorgenommen, besteht auch die Möglichkeit, auch die weitere Behandlung unter überatmosphärischem Druck durchzuführen, d. h. den Transport der Pulpe zum Verweilturm, wo dieser überatmosphärische Druck aufrecht erhalten wird.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine kurze Verweilzeit zwischen dem Entwässerungsschritt und dem der milden mechanischen Behandlung eingelegt. Diese kurze Verweilzeit erreicht man zweckmäßigerweise durch den Transport der Pulpe mittels einer Schneckenfördervorrichtung. Die Verweilzeit sollte zwischen etwa 2—10 Sekunden betragen. Außer der Verwendung einer Schneckenfördervorrichtung ist es auch möglich, die Pulpe durch einen sogen. Mischer für Chemikalien zu leiten, welcher eine Vorrichtung zum Vermischen von Chemikalien mi! der Pulpe ist. Was die Zugabe von Alkali betrifft, ist es vorteilhaft, daß wenigstens ein Teil des Alkalis der Pulpe während der kurzen Verweilzeit zugegeben wird, z. B. in der Schneckenfördervorrichtung. Daneben kann Alkali auch zugegeben werden, nachdem die Pulpe entwässert wurde, d. h. wenn diese die Schneckenpresse verläßt. Es ist jedoch auch möglich, das Alkali auf einmal zuzugeben, und zwar entweder, wenn die Pulpe die Schneckenpresse verläßt oder in der Schneckenfördervorrichtung. Manchmal ist es vorteilhaft, andere Chemikalien außer Alkali der Pulpe zuzugeben, wie z. B. oberflächenaktive Mittel (sogen. Netzmittel) und Komplex-bildende Substanzen. Die Zugabe dieser Chemikalien erfolgt in ähnlieher Weise wie die Alkali-Zugabe. Bei der Behandlung bestimmter Pulpenarten ist es notwendig, die Reaktionstemperatur der Pulpe sowie auch bei der nachfolgenden Reiktion mit dem Alkali in dem Verweilturm über jene Temperatur hinaus zu erhöhen, die durch die Scher- und Knetbehandlung verursacht wird, um die erwünschte Entfernung des Harzes zu erzielen. In derartigen Fällen wird der Pulpe Dampf zugesetzt. Die Dampfzugabe sollte während der kurzen Verweilzeit erfolgen.

Die Zugabe von Dampf und Chemikalien zu der Pulpe vermindert die Pulpenkonzentration. Diese Konzentration sollte jedoch während der milden mechanischen Behandlung der Pulpe nicht weniger als etwa 15% betragen.

Bei der erfindungsgemäßen Behandlung der Zellulosepulpe und Regelung der Alkalizugabemenge, der Temperatur und der Energiezufuhr ist es möglich, den Harzgehalt der fertigen Pulpe auf das gewünschte Niveau einzustellen. Ein Anheben der Menge des zugegebenen Alkalis, erhöhte Temperatur und erhöhte Energiezufuhr führen sowohl jeweils für sich als auch besonders in Kombination zu einem verstärkten Herauslösen des Harzes aus der Pulpe, was bedeutet das der Harzgehalt der Pulpe entsprechend verringert wird.

Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen angewendet werden. Bei Verwendung einer Sulfitmühle wurde gefunden, daß es erfindungsgemäß möglich ist, auf die Lagerung des Holzes zu verzichten und frisches Hoiz direkt in die Mühie, d h. in die Fabrik, zu bringen. Dadurch sind die Herstellungskosten von Sulfitpulpe beträchtlich geringer, selbst wenn man die Kosten für die erforderlichen Ausrüstungen für das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt Selbst wenn man die Holzlagerung bei einer Sulfitmühle aufrecht

erhält, ist das erfindungsgemäße Verfahren von großem Nutzen, da es die Möglichkeit der Regelung des Harzgehaltes der fertigen Pulpe in gänzlich anderer und besserer Weise schafft, als dies früher möglich war. Zum Beispiel ist der Bedarf an chlorhaltigen Bleichmitteln beträchtlich geringer, was vom Standpunkt der Reinhaltung der Umwelt außerordentlich wünschenswert ist.

In einer Kraftmühle ist es zum Beispiel erfindungsgemäß möglich, Birken-Kraft-Pulpe von gleichmäßigem und geringem Harzgehalt herzustellen, was bis dato nicht immer möglich war. Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Herstellung solcher Pulpe das Erfordernis des Schälens von Birkenholz reduziert und die Zugabe von teurem Oj'ordioxid verringert werden, was ebenfalls vom Standpunkt der Reinhaltung der Umwelt vorteilhaft ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auch in den folgenden Beispielen näher beschrieben.

Fi g. 1 zeigt eine geeignete Vorrichtung für eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Es wurden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl von Versuchen durchgeführt. Die folgenden Beispiele zeigen die Durchführung sowie die Ergebnisse dieser Versuche.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurde gesiebte Sulfitpulpe aus Fichte, die für die Produktion von Zcllulosedcrivatcn hergestellt wurde und die die folgenden Eigenschaften aufwies, verwendet.

Kappazahl R18-Wert.% Viskosität, dm-Vkg Extraktgehalt Dichlormethan, % Ausmaß des Mahlens, "SR

(nach SCAN-C 1 : 59) 7,5

(nach SCAN-C 2:61) 89.7

(nach SCAN-C 15 :62) 700

(nach SCAN-C 7 :62) 1,70

(nach SCAN-C 19: 65) 13.0

Für diesen erfindungsgemäßen Versuch wurde die Vorrichtung nach F i g. 1 verwendet.

Die gesiebte Pulpe mit einer Konzentration von 10% und einer Temperatur von 23° C wurde durch Leitung 1 zu einer Schneckenpresse 2 geleitet, in welcher diese auf eine Konzentration von 28% entwässert wurde. Das ausgepreßte Wasser wurde durch Leitung 3 entfernt. Am Auslaß der Schneckenpresse 2 wurde Alkali in Form von NaOH in einer Menge von 3% (bezogen auf absolut trockene Pulpe) der Pulpe zugegeben, so daß der pH-Wert der Pulpe 12,8 betrug. Das Alkali, das in dem Behälter 4 gelagert wurde, wurde durch die Leitung 5 und 6 zu der Schneckenpresse 2 geleitet. Von der Schneckenpresse wurde die Pulpe durch Leitung 7 und die Schneckenbeförderungsvorrichtung 8 geleitet. Durch Leitung 9 wurde der Pulpe in der Schneckenbeförderungsvorrichtung 8 Dampf in solchen Mengen zugefügt, daß die Temperatur der Pulpe auf 85° C anstieg. Die Dampfzufuhr entsprach 260 kWh Wärmeenergie pro t Pulpe. Die Pulpe wurde mittels der Schneckentransportvorrichtung 8 in den Schneckendefibrator 10 geleitet. In diesen Schneckendefibrator wurde die Pulpe einer Scher- und Knetbehandluiig entsprechend einer elektrischen Energiezufuhr von 23 kWh pro t Pulpe unterzogen. Dies ergab einen Temparaturanstieg der Pulpe auf 90⁰C Danach führte man die Pulpe aufgrund ihrer Schwerkraft durch einen vertikalen Schacht und zu der Leitung 11, die zu dem Turm 12 führt. In diesem Turm wurde die Pulpe 2 Stunden bei 90⁰C gelagert. In dem Turm 12 erfolgte die vollständige Reaktion von Natriumhydroxid und der Pulpe. Nach 2 Stunden wurde eine Pulpenprobe entnommen, gewaschen, getrocknet und nach den oben genannten Meßverfahren untersucht.

Zum Vergleich wurde ein Versuch nach dem in der schwedischen PS 3 41 323 beschriebenen Verfahren durchgeführt. Bei diesem Versuch wurden einige Teile der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendet. Die gesiebte Pulpe mit einer Konzentration von 10% und einer Temperatur von 23° C wurde durch Leitung 1 zu der Schneckenpresse 2 geleitet, in welcher die Pulpe auf eine Konzentration von 30% entwässert wurde. Dann wurde die Pulpe direkt zu dem Schnpckendefibrator 10 geleitet, wo sie einer Scher- und Knetbehandlung unterworfen wurde, und zwar entsprechend einem elektrischen Energieverbrauch von 100 kWh pro t Pulpe. Dabei stieg die Temperatur der Pulpe auf 73° C an. Dann wurde diese zu dem Turm 12 geleitet, in welchem sie auf eine Konzentration von 6% unter Verwendung von Wasser aus dem Verfahren verdünnt wurde, wobei die Wassertemperatur 58°C betrug. Die Temperatur der Pulpensuspension betrug danach 61°C Aus dem Turm wurde eine gewisse Pulpemenge entnommen und in einem Glasbehälter gegeben, wo sie mit Dampf auf 90⁰C erhitzt wurde. Dann wurde Natriumhydroxid in Mengen von 3% — bezogen auf die Pulpe — zugegeben. Die Pulpeprobe wurde 2 Stunden bei 90⁰C in einem Wasserbad gehalten. Der Energieverbrauch zum Erhitzen der Probe von 61° auf 90⁰C mit Dampf wurde errechnet und entsprach 560 kWh pro t Pulpe. Nach 2 Stunden wurde die Behandlung unterbrochen, indem die Pulpeprobe mit reinem Wasser gewaschen wurde. Nach dem Trocknen wurde die Pulpeprobe entsprechend der obigen Meßverfahren untersucht Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.

Tabelle 1

Eigenschaften der Pulpe nach der schwcd. erfindungsgeniäß

PS 3 41 323

Kappazahl	7,0	5,6
R 18-Wert. %	91,5	92,8
Viskosität, dni^J/kg	715	750
Extrakt Dichlormethan, %	0,35	0,12
Mahlgrad, ⁰SR	13,0	12,5
Anzahl von Faserbündeln pro	500	100
100 g der Probe
Gesamtenergieverbrauch,	660	283
kWh pro t Pulpe

Wie aus 1 abelle 1 zu ersehen ist, v/urden bei der erfindungsgemäßen Behandlung sämtliche Eigenschaften der Pulpe gegenüber der Pulpe, die nach dem Verfahren der schwedischen PS 3 41 323 behandelt wurde, verbessert

Der markanteste Unterschied besteht in dem Harzgehalt, der bei der erfindungsgemäßen Behandlung 0,12% — gegenüber 0,35% — betrug.

Auch die Anzahl von Faserbündel ist bei der erfindnngsgemäß behandelten Pulpe überraschend geringer als bei der anderen Pulpe. Für die Bestimmung der letztgenannten Pulpeeigenschaft existiert kein allgemeingültiges Verfahren, die Anzahl der Bündel ist entsprechend dem Verfahren nach dem Artikel in »Svensk Papperstidning 71, 15. März 1968 Nr. 5 S. 189—194« bestimmt worden. Ein Vergleich der Eigenschaften der ursprünglichen Pulpe mit den Eigenschaften der entsprechend der Versuche behandelten Pulpe zeigt, daß die Behandlungen zu einer Reinigung der Pulpe geführt haben. Die Kappazahl, die den Ligningehalt der Pulpe angibt, wurde reduziert und der R 18-Wert wurde erhöht. Die Veredelung der Pulpe tritt sehr viel stärker bei der erfindungsgemäß behandelten Pulpe als bei dem Verfahren entsprechend der schwedischen PS 3 41 323 hervor. Die Tatsache, daß die Pulpenviskosität nach der Behandlung anwächst, scheint überraschend zu sein. Sie erklärt sich jedoch daraus, daß eine gewisse Menge an Heimzellulose (die aus relativ kurzen Molekülketten aufgebaut ist) durch das Alkali aufgelöst wird. Der Mahlgrai¹ ist im wesentlichen unverändert Dies zeigt, daß die Knet- und Scherbehandlung nicht zu einer Verkürzung der Pulpefasern führt.

Tabelle 1 zeigt auch, daß die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Pulpe denen der Vergleichspulpe überlegen sind, obwohl erfindungsgemäß nur die Hälfte der Energie verbraucht wurde, die das Vergleichsverfahren erfordert.

Es kann im Augenblick keine exakte Erklärung für die beobachtete Wirkung gegeben werden. Es ist möglich, daß einer der Gründe dafür ist, daß das Alkali, d.h. das Natriumhydroxid, zu der Pulpe in solcher Weise zugegeben wird, daß der Kontakt zwischen dem Alkali und jeder einzelnen Pulpefaser maximal ist. Erfindungsgemäß wird das Alkali mit der Puipe vor der Knet- und Scherbehandlung vermischt Die Durchdringung der Pulpe mit Alkali könnte durch die Tatsache erleichtert werden, daß zu der Beförderungsschnecke Dampf zugegeben wird, der sowohl das Wasser in der Pulpe als auch die Alkalilösung erhitzt, wobei die Viskosität dieser Flüssigkeiten reduziert wird. Ein wichtiger Grund für den intensiven Kontakt zwischen Alkali und Pulpefasern kann auch die Knet- und Scherbehandlung selbst sein, d.h. die pulsierenden Druckstöße, denen die Pulpe ausgesetzt wird.

B e i s ρ i e 1 2

Es wurden die Versuche nach Beispiel 1 wiederholt, wobei jedoch die Sulfitpulpe aus Fichte durch Kraftpulpe aus Birke ersetzt wurde. Diese Pulpe besaß einen Dichlormethanextraktgehalt von 0,44% und eine Viskosität von 900 dmVkg.

Die Pulpe wurde in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise behandelt, zum Teil erfindungsgemäß, zum Tei! entsprechend der schwedischen PS 3 41 323.
' I Die Ergebnisse dieser Versuche wurden in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle 2

.

Eigenschaften der Pulpe nach der schwed. erfindungsgemäß

PS 3 41 323

Extraktgehalt Dichlormethan, % 033 0,14

Viskosität, dm³/kg 915 910

Die Tabelle zeigt daß das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Pulpe mit einem überraschend geringen Harzgehalt führt Der Harzgehalt der Vergleichspulpe beträgt das Zwei- bis Dreifache.

Kaopazahl	5,6
R IS-Wert, %	92,8
Viskosität, dm³/kg	750

Beispiel 3

Es wurde der erfindungsgemäße Versuch nach Beispiel 1 wiederholt mit dem Unterschied, daß zusätzlich zu

dem Natriumhydroxid noch ein oberflächenaktives Mittel und ein komplexbildendes Mittel der Sulfitpulpe zugegeben wurde. Bei diesem Versuch wurden durch die Leitung 5 und 6 0,05% Na3PÜ4 zugeführt, während aus dem Behälter 14 durch die Leitung 15 3% Natriumhydroxid sowie ein oberflächenaktives Mittel in einer Menge von 0,05% zugegeben wurde.

Die Ergebnisse der obigen Versuche und des Versuchs nach Beispiel 1 werden in der folgerden Tabelle angegeben.

Tabelle 3

Eigenschaften der Pulpe ohne Zugabe von Mit Zugabe von

oberflächenaktiven und oberflächenaktiven und

Komplex-bildenden Mitteln Komplex-bildenden Mitteln

53
92,7
710
Extrakt Dichlormcthan. % 0,12 0,08

Dieser Versuch zeigt, daß es erfindungsgemäb möglich ist, durch Zugabe eines oberflächenaktiven Mittels und eines Komplex-bildenden Mittels den Harzgehalt der Pulpe in gewissem Umfang noch weiter zu reduzieren.

Beispiel 4

Der nachstehende Versuch wurde durchgeführt, um zu zeigen, daß das erfindungsgernäße Verfahren mit Erfolg direkt mit einer Sauerstoff-Bleichstufe gekoppelt werden kann. Der Versuch wurde mit gesiebter Birken-Kraftpulpe durchgeführt. Es wurden bestimmte Teile der Vorrichtung nach Fi g. 1 verwendet. Eine Pulpensuspension mit einer Konzentration von 3% und einer Temperatur von 50° C wurde in der Schneckenpresse 2 auf eine Konzentration von 29% eingedickt. Am Auslaß der Schneckenpresse wurden durch die Leitungen 5' und 6 0,2% MgSOWH₂O und 2% Natriumhydroxid der Pulpe ^igegeben, so daß ein pH-Wert von 11,2 gemessen wurde. In der Schneckenfördervorrichtung 8 wurde Dampf zugefügt, so daß die Temperatur auf 95° C anstieg. Die Pulpe wurde einer Knet- und Scherbehandlung bei einer Energiezufuhr von 17 kWh pro t Pulpe in dem Sehr.eekendeHbrator 10 unterzogen. Dies erhöhte die Temperatur auf 97° C. Danach wurde nicht die Vorrichtung nach F i g. 1 verwendet, sondern die Pulpe wurde mittels einer Schneckenfördervorrichtung zu einem Turm geleitet, in welchem Sauerstoff bei einem überatmosphärischen Druck von 1,0 MPa anwesend war. Die Pulpe wurde weiterhin mit Dampf auf eine Temperatur von 115°C erhitzt und 45 Minuten mit dem Alkali und dem gasförmigen Sauerstoff umgesetzt. Danach wurde die Pulpe aus dem Sauerstoffreaktor abgezogen, einer Waschstufe unterzogen und getrocknet. Zur Untersuchung wurden Proben entnommen, die die folgenden Ergebnisse zeigten.

Tabelle 4	ursprüngliche Pulpe	Pulpe, die erfindungs- gemäß mit Anwesenheit von Sauerstoff in der letzten Stufe behandelt wurde
Eigenschaften der Pulpe	21,0 998 0.43 32.0	8.5 890 0.17 43.8
Kappazahl Viskosität. dmVkg Extrakt Dichlormethan, % Helligkeit ISO. %

Die Helligkeit wurde nach SCAN-C mit 11 : 75 bestimmt. Wie ersichtlich, führt das in der letzten BeKiandlungsstufe mit Sauerstoff modifizierte, erfindungsgemäße Verfahren zu einer erheblichen Reduzierung des Ligningehalts der Pulpe mit gleichzeitiger Zunahme an Helligkeit. Auch der Harzgehalt der Pulpe wurde erheblich reduziert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

l.Verfahren zur Reduzierung des Harzgehalts bei der Hersteilung von gebleichter oder ungebleichter Zellulosepulpe aus Lignozellulose-Material, bei welchem das Lignozellulose-Material einer Trennung der ä Fasern (Freilegung), Waschen, gegebenenfalls Sieben und gegebenenfalls einer Delignifizierungsbleiche unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach diesen Verfahrensschritten das Lignozellulose-Material in Form von Zellulosepulpe in einer oder mehreren Entwässerungsvorrichtungen auf einer Pulpenkonzentration von 15—35%, vorzugsweise 19—29% gebracht wird, der Zellulosepulpe Alkali in solchen Mengen zugegeben wird, daß das Alkali — berechnet als NaOH — in der Pulpe bis zu 2 τ-17 g pro kg die Pulpe begleitendes Wasser beträgt, worauf die Pulpe einer milden, mechanischen Behandlung bei > üier Energiezufuhr zwischen 8 bis 100 kWh pro t Pulpe, vorzugsweise 10 bis 75 kWh pro t Pulpe, in einer Vorrichtung zur Behandlung bei hoher Konsistenz unterzogen wird, wobei die Vorrichtung mit Schnecken ausgestattet ist, die relativ zueinander rotieren, und wobei nach der milden, mechanischen Behandlung die Zellulosepulpe bei im wesentlichen unveränderter Pulpekonsistenz in einem separaten Behälter mit dem Alkali für eine Zeitspanne von 0,1 —5 Stunden umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicl.net, daß zwischen der Entwässerungsstufe und der milden mechanischen Behandlung eine kurze Verweilzeit eingeschaltet wird, während welcher die Alkali-Zugabe erfolgt, und zwar nach und in Verbindung mit der Entwässerung der Pulpe und/oder zumindest zu einem Zeitpunkt während der kurzen VerweüzeiL
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der kurzen Verweilzeit Dampf zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2—3, dadurch gekennzeichnet, daß die kurze Verweilzeit nach der Entwässerungsstufe durch die Beförderung der Zellulosepulpe mittels einer Schneckenfördervorrichtung geschaffen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2—4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit etwa 2—10 Sekunden beträgt
6. Verfahren nach Anspruch 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkali Natriumhydroxid verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Alkali oberflächenaktive und Komplex-bildende Mittel zugegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 —7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulpe zusätzlich zu der Umsetzung mit Alkali in e^em separaten Behälter mit gasförmigem Sauerstoff umgesetzt wird.
9. Verfahren zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Entwässerungsvorrichtung (2), die mit Zuleitungen für Chemikalien (6) ausgestattet ist, einen Schnekkendefibrator (10), einer; Bebälter für die Pulpe (12), Vorrichtungen zur Weiterleitung der Pulpe von der Entwässerungsvorrichtung (2i zum Schneckendefibrator (10) sowie Vorrichtungen (11) zur Weiterleitung der Pulpe von dem Schneckendefibrator (i0) zu dem Behälter (12) umfaßt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Weiterleitung der Pulpe von der Entwässerungsvorrichtung (2) zu dem Schneckendefibrator (10) eine Schneckenfördervorrichtung (8) ist, welche mit Zuleitungen (13,15) für Chemikaiien und einer Zuleitung (9) für D=mpf ausgestattet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9—10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerungsverrichtung (2) eine Schneckenpresse ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9—11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckendefibrator (10) zwei « rotierende Schnecken umfaßt weiche parallel zueinander in einem Gehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß angeordnet sind und die ineinandergreifen, um das Material einer mechanischen Behandlung zu unterziehen, wobei die Schnecken mit Gewindegängen mit Einkerbungen an deren äußeren Umfang an wenigstens einigen Gewindegängen der Schnecken ausgestattet sind, und zwischen den Einkerbungen Zähne bilden.