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Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Zellstoff.
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Kondensatpumpe führt. 23 bezeichnet eine Dampfkammer, in welche das Rohr 24 Dampf einführt und Abdampf durch das Einlaufrohr 25 eingeleitet wird. 26 bezeichnet eine Bedienungsluke.
Im Bodenteil des Verdampfers ist eine Anzahl sternförmig angeordneter Scheidewände 27 vorgesehen, um die vom Kocher zugeführte Lauge zu zwingen, einen verlängerten Weg quer zu den Heizrohren zum Ablaufstutzen 9 während der Konzentrierungseinwirkung des Dampfes in den Rohren zu passieren. Die Verdampfer dienen gleichzeitig als Vorerwärmer für die Lauge, je nachdem diese auf ihre bestimmte Temperatur gebracht und weiter unter Verdampfung der Kochlauge bis zumErreichen desAbblas- druckes erhitzt wird.
Der Abdampf von der Lauge entweicht durch den im oberen Teil des Verdampfers angebrachten Ablaufstutzen 28 und das Rohr 29, gelangt in die von der Dampfkammer umgebene Kammer 30 derart, dass eine Kreisbewegung bewirkt wird und ein entsprechendes Schleudern der Flüssigkeitsteilchen im Fliehkraftscheider und eine Überführung derselben in Dampfform durch Wärme von der Dampfkammer 23 hervorgerufen wird. Gegebenenfalls unverdampfte Flüssigkeit passiert durch die Öffnung 32 wieder in den Verdampfer. Der Abdampf vom Scheider 30 entweicht durch das Rohr und gelangt durch ein Ventil. M und einen Stutzen 25 in die Dampfkammer 23 des nächsten Verdampfers B. Die Kreisbewegung des Dampfes in der Kammer 30 wird dadurch bewirkt, dass der Abdampf im Dampfraum 33 durch die Röhre 28 und 29 tangential in 30 oben eingeleitet wird.
Die Öffnung 32 soll in der Tat kleiner sein als in Fig. 1 gezeigt und nur dazu dienen, die in 29 mitgerissenen Laugentropfen, die in 30 ausgeschleudert werden, in 33 zurückzuleiten. In 30 herrscht wegen des Ablaufrohres 31 niedrigerer Druck als in 33. Der Abdampf aus 29 strömt deshalb mit Geschwindigkeit in 30 hinein und wird darin kreisen.
Bei zwangläufiger Kreisführung der Kochflüssigkeit muss für jeden Verdampfer eine Zirkulationspumpe angeordnet sein. Jede Pumpe ist mit ihrem Kocher durch ein Bodensieb y und Ventil 13 verbunden.
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sechs Kocher und drei Verdampfer voraus, so wird jeder der letzteren abwechselnd mit zwei Kochern mittels einer Zweigleitung für die Zirkulationspumpe und Zweigleitungen vom Rohre 12 an die Kocher verbunden. In dieser werden die Verdampfer je mit seinem Kocher reiheverbunden und jeder Verdampfer erhält seine Wärme von demjenigen Verdampfer, der : den höchsten Druck hat.
Wenn derjenige Kocher, . der seinen grössten Druck und seine grösste Temperatur hat, auf Blasendruck heruntergebracht ist, erfolgt ein Umschalten dieser Verdampfer und des Kochers, indem die Ventile 13 und 14 geschlossen und die entsprechenden Ventile für den zweiten Kocher geöffnet werden.
Beim Kochen von Sulfatzellulose oder Sodazellulose geht man in der folgenden Weise vor :
Setzt man z. B. sechs Kocher voraus, welche mit einer Zirkulationsleitung vom Boden des Kochers verbunden sind, so können drei Verdampfer A, Bund a vorhanden sein, welche je eine Zirkulationspumpe. haben oder für natürliche Zirkulation eingerichtet sind. Die Koehlauge wird so von einem Kocher durch das Sieb 7, das Ventil 13 und die Zirkulationspumpe in den Verdampfer geführt, weiter im Zickzaek zum Ablaufstutzen 9 durch das Zirkulationsrohr 12 und durch das Ventil 14 in den oberen Teil des Kochers hinein. Im Kocher wird die Lauge gleichmässig durch das Material passieren und weiter wiederum durch das Sieb 7, zur Pumpe und in den Verdampfer gelangen.
Während dieses Kochens wird der Abdampf von jedem der Verdampfer A, Bund C mittels der Ventile 15 geregelt, indem man die Verdampfung reguliert, je nachdem jede Füllung auf die bestimmte Temperatur gebracht ist, u. zw. unter Berücksichtigung des Zusammensinkens des Materials im Kocher.
Es müssen dabei während der Inbetriebsetzung dieses Reihenkochers immer zwei Kocher fertig gefüllt Rein,, ehe der erste Kocher seine Höchsttemperatur erreicht hat, d. h. etwa eine Stunde nach dem Inbetriebsetzen des ersten Kochers, wenn dieser eine Temperatur von 100 C erreicht hat. Etwa, 20 Minuten nach dem Inbetriebsetzen-oder früher wird das Ventil 15 des Verdampfers B geöffnet und die Zirkulationspumpe für diesen Verdampfer tritt in derselben Weise in Tätigkeit wie bei dem Verdampfer A. Der Abdampf von A passiert nunmehr durch die Rohre 28, 29 in den Fliehkraftseheider 30 hinein, gelangt durch das Abdampfrohr 31 und ein Ventil 25 in den Heizraum 23 von B, weiter durch
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kann nunmehr. abgeblasen werden.
D. er. direkte Dampf wird dann in den Verdampfer B an 24 geschickt und der zweite Kocher wird'auf volle Temperatur gebracht, gleichzeitig wie der dritte Kocher durch den Verdampfer C : auf. die frühere Temperatur des zweiten Kochers und so fort gebracht wird.
Ehe der dritte Kocher seinen Koehpunkt err. eicht hat, muss ein neuer Kocher eingeschaltet werden.
Der Verdampfer A enhält somit Abdampf von dem Verdampfer a und so fort.
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In dieser Weise werden immer drei Kocher im Betriebe sein.
Die Heizrohre 16 der Verdampfer sind zickzackförmig auf-und ansteigend angeordnet, um sie
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als reduzierender Wärmetransmissionsfaktor.
Dabei wird mit einer Kondensatpumpe übFeher Abmessungen gearbeitet, dagegen dmreh die besondere Ausbildung der Heizrohre das Pulsieren des Kondensates bewirkt, wodurch eine rationelle und billige Warmetransmission bei einer gegebenen Koehflüssigkeit erreicht wird.
Bei dem gezeigten Verdampfer ist der Rohrsatz in der Längsrichtung mit Rücksicht auf die durch Temperaturunterschiede eintretende Verlängerung und Zusammenziehung frei beweglich angeordnet.
In der vorbeschriebenen Weise erfolgt das Kochen in einer bestimmten Reihenfolge, indem jede Füllung durch die vorhergehende geheizt wird. Es wird so der Verbrauch an Frischdampf praktisch unverändert gehalten, ist das System einmal in Betrieb gesetzt. Beispielsweise erzielt man bei Verdampfen
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während des Kochens wird das wirkende Alkali in dem Masse, wie es verbraucht wird, angereichert und geht in Natriumkarbonat über. Das Lösen der inkrustierenden Teile des Holzes erfolgt bei diesem System rascher und vollkommener, weil das Kondensat einerseits die Lauge nicht verdünnt, anderseits ein Teil des Wassers im Material verdampft, so dass die Kochlauge während des Kochens konzentriert gehalten wird.
Bei dieser Arbeitsweise wird auch ein wechselnder Wassergehalt des Ausgangsgutes ohne Nachteil sein, da das Eindampfen entsprechend geregelt wird. Durch das System wird der weitere Vorteil erreicht, dass das Rohmaterial ohne vorherige Lagerung benutzt werden kann.
Die grosse Wärmemenge, welche während des Abblasens des Kochers verlorengeht, wird in demselben Verhältnis reduziert, wie das Eindampfen der Lauge erfolgt. Die Erhöhung des Brennwertes der Lauge bedeutet einmal eine Vermeidung eines Nachverdampfens, anderseits eine Ausnutzung der Wärmemenge, welche aus dem Trockenstoff der Sehwarzlauge im Schmelzofen erhalten wird, u. zw. dadurch, dass ein Dampfkessel eingeschaltet wird, genügend gross, um die Wärme der Schmelzofengase auszunutzen.
Die höhere Konzentration der Schwarzlauge, welche durch dieses System erreicht wird, bedeutet einen grossen Schritt dem Ziele der Zellulosehersteller näher, durch die brennbaren Stoffe der Inkrusten des Rohstoffes von der Zufuhr von Brennstoff unabhängig zu werden.
Nach der Erfindung wird man vorteilhaft die Verdampfung der Kochflüssigkeit während des Kochprozesses derart regeln, dass das Volumen der Kochflüssigkeit in demselben Verhältnis reduziert wird, wie die Masse im Kocher zusammensinkt und das wirkende Alkali oder die Säure abnimmt. Dadurch wird erreicht, dass die Lösung der Inkrusten des Holzes schneller stattfindet, je nachdem die Koehflüssigkeit durch das Abdampfen konzentriert wird. Wie die Praxis bereits gezeigt hat, wird dadurch die Kochzeit selbst ganz erheblich verkürzt. Gleichzeitig wird die Festigkeit der Fasern, deren Bleichbarkeit usw. erhöht und die notwendige Alkalisäuremenge herabgesetzt. Die äusserste Grenze der zulässigen Verdampfung während des Kochens ist bestimmt durch das Zusammensinken der Holzmasse im Kocher.
Es sackt nicht nur die Masse als solche allmählich zusammen, sondern deren wirkliches Volumen nimmt ab, u. zw. in dem Masse, wie die Inkrusten gelöst und mit der Flüssigkeit entfernt werden.
Wird diese Grenze der Abdampfung nicht überschritten, so wird mit Sicherheit gewährleistet, dass die Holzmasse stets von Flüssigkeit umspült wird und ein Verkohlen nicht eintreten kann. Durch die Grenze wird auch die höchste Konzentration definiert, welche bei rein indirektem Kochen praktisch erreichbar ist.
Während der fortschreitenden Verdampfung der Kochflüssigkeit, u. zw. während des ganzen
Kochens, wird ein allmähliches Abgasen vorgenommen, so lange, bis der Kochdruck auf den Blasedruck herabgesetzt ist. Die abgezapften Gase werden zur indirekten Erwärmung von Verdampfern und Kochern verwendet, welche sich bei tieferer Temperatur und unter geringerem Druck befinden. Infolge der reihenweisen Verkupplung der Verdampfer mit den zugehörigen Kochern, die auf verschiedenen Temperaturund Druckstufen liegen, ist es möglich, die Abgase kontinuierlich in wirtschaftlicher Weise auszunutzen, u. zw. vom Anfang des Koches bis zu dessen Beendigung bzw. Niedergasen. Das Kochen spielt sich so bei kontinuierlich ansteigender und dann abfallender Kochtemperaturkurve ab.
Beim Dauerbetrieb der Anlage wird immer dem einen der Verdampfer A, B, C Frischdampf zugeführt, u. zw. demjenigen, der einen Kocher (bei Sulfatzellulose) die höehste Stufe von 130 bis 170 erhitzt, um dadurch einen raseheren Aufgang auf volle Temperatur zu erreichen.
Das Verfahren kann auch bei direktem Sulfitkochen in einer etwas abgeänderten Form benutzt werden. Ein übliches Verfahren besteht darin, dass das Kochen durch direkte Dampfzufuhr am Boden des Kochers geschieht. Schon vom Anfang an muss dann so viel Säure im Kocher eingelassen sein, dass das Holz darin ganz niedergetaucht ist. Sonst wird das Holz oben brennen, sobald etwa 85-90 C erreicht ist. Der Kocher ist also voll. Der eingeführte Dampf lässt jedoch hinter sich eine Kondensatmenge,
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die nicht nur die Säure verdünnt, sondern auch keinen Platz im vollen Kocher findet. Man pflegt deshalb von Zeit zu Zeit Säure in dem Masse abzuzapfen, wie der direkte Dampf Kondensat im Kocher bildet.
Ersichtlich ist jedoch, dass-von der genannten Verdünnung abgesehen-durch die abgezapfte Säuremenge auch eine bedeutende Wärmemenge verlorengeht. Wenn man nun die oben beschriebene Konzentrationsanlage verwendet und die Säure gleichzeitig zirkuliert, so geschieht natürlich einerseits eine Verdampfung der Säure des Kochers im Verdampfer (A, B oder 0), und eine Konzentrierung würde eintreten, wenn direkter Dampf im Kocher gleichzeitig nicht eingeleitet würde, aber da dies geschieht, findet anderseits wieder durch das Dampfkondensat eine Verdünnung statt. Dagegen wird man unter Anwendung der Verdampfer A, B, 0 und durch entsprechende Regelung der Verdampfung erreichen, dass in der Tat keine endliche Verdünnung der Säure stattfindet, und da keine Abzapfung nötig ist, wird auch keine Wärmemenge mit sonst abgezapfter Säure verlorengehen.
Ferner geschieht, wie im Falle einer Konzentration, unverändert im Eindampfen des Kondensates in den Verdampfern A, B, C, wobei die Abdampfwärme z. B. aus A zum Eindampfen des im nächsten Kocher hineinkommenden Dampfkondensates in B ausgenutzt wird, dessen Abdampf wieder das Eindampfen in 0 bewirkt, alles der Reihe nach übereinstimmend mit der Temperaturstufe der verschiedenen Kocher. Es kann übrigens auch während des Kochens kontinuierlich oder periodisch starke Lauge oder Säure in den Kocher gespeist werden, um Kochflüssigkeits- verdünnung zu kompensieren, die durch die Zufuhr von direktem Dampf eintreten würde.
Fig. 5 zeigt die Anordnung von sechs Kochern a in Verbindung mit drei Verdampfern b. Nach Fig. 6 kann man vorhandene Vorerwärmer b einer alten Anlage ausnutzen. Diese Vorerwärmer können als einen Teil der Heizfläche der Verdampfer c (entsprechend den Verdampfern A, B, 0) nützlich gemacht werden, indem man die Heizfläche von c entsprechend kleiner nimmt. Die Lauge zirkuliert dann vom Boden des Kochers a zum Vorerwärmer b, weiter in den Verdampfer c und von dessen Stutzen 9 zum Gipfel des Kochers a.
In der Anlage nach Fig. 7 wird die Lauge der Kocher a in den Apparaten b konzentriert, z. B. bei Sulfatkochern bis 240 Bé bei 90 C. Die Lauge hat z. B. zwei Stunden zirkuliert. Die Inkrusten sind gelöst worden. Aber die Schwarzlauge sollte am liebsten bis 30-38 Bé bei 90 C konzentriert werden, ehe sie in die bekannten umlaufenden Eindampföfen gesandt wird. Falls jedoch die ganze Menge Schwarzlauge in der vorliegenden Anlage weiter von 24 bis 320 Bé konzentriert werden sollte, so würde das bei mässiger Kapazität der Verdampfer A, B, 0 zu lange Zeit erfordern.
Statt dann ihre Kapazität zu erhöhen zeigt es sich mehr wirtschaftlich, auf dieser Stufe des Kochens einen Teil (gewöhnlich etwa ein Viertel) der Schwarzlauge abzuzapfen und sie in andern Apparaten (c in Fig. 7) bis 320 Bé zu konzentrieren, wogegen die restliche Schwarzlauge auf kurze Zeit in den Verdampfern A, B, 0 auf 32 Bé konzentriert wird. Dann erst geschieht das Abgasen.
Fig. 8 zeigt eine Abänderung der Fig. 6 mit sechs Kochern a und drei Verdampfern b und nach Fig. 9 werden drei Verdampfer b für je zwei Kocher a benutzt.
Wendet man Hochdruckvorwärmer als kombinierte Vorerwärmer und Verdampfer an, so muss die Lauge ausserhalb des Heizrohres zirkulieren. Die Kochflüssigkeit für die Erwärmung wird in der Mitte der Heizungsfläche durch einen zu diesem Zwecke angeordneten Ablaufstutzen entnommen. Bei senkrechten Verdampfern werden besondere Oberteile zur Entfernung von direktem Dampf und Abdampf angeordnet.
Ein derartiger Hochdruckvorerwärmer bzw. Verdampfer ist in Fig. 10 veranschaulicht. Hier bezeichnet 41 eine Rohrheizkammer, in welche Dampf und Kondensat durch das innere der Rohre eingeleitet werden, während die Ablauge aussen zirkuliert. 42 bezeichnet den Einlauf der Lauge vom Kocher, 43 den Ablauf der Lauge zu dem nächsten Kocher, 44 den Abdampfablauf, 45 das Kopfstück, das in zwei Kammern geteilt ist, woraus die untere die Kopfkammer für die Heizkammer 41 bildet und Einläufe 46,47 für direkten Dampf bzw. Abdampf des vorhergehenden Verdampfers besitzt. Die obere Kammer ist durch das Rohr 48 mit der Heizkammer verbunden und durch die Öffnung 49 mit einem Separator, welcher einen Ablauf 51 für abgetrennten Abdampf besitzt.
Die Vorrichtung nach Fig. 10 bezweckt besonders die Anwendung von schon vorhandenen Verdampfern 41 mit Rohrsatz. Diese schon vorhandenen Heizrohre können nicht in Schlangenform gelegt werden wie die Rohre 16 der Fig. 1. Aber um dieselben Vorteile zu erreichen, kann man das Kondensat aus den Heizröhren in 41 durch ein Schlangenrohr (Wasserschloss) abziehen, u. zw. periodisch mittels der direkt angeschlossenen Kondensatpumpe. Dann wird das Kondensat in den Heizrohren pulsieren, so dass eine wechselnde Wärmeübertragung stattfindet, die eine Ablagerung von Inkrusten auf den Heizrohren in 41 verhindert.
Die Anzahl der reihengeschalteten Verdampfer hängt von der Grösse der vorhandenen Apparate und des Kochers ab. Das Ablaufrohr für das Kondensat ist ausserhalb der Vorrichtung S-förmig gebogen, um ein Pulsieren in den Heizrohren zu bewirken.
Als kombinierte Vorerwärmungs-bzw. Verdampfungsapparate können sie gemäss Fig. 8 oder 9 in anderer Weise angeordnet sein.
Bei diesen Anlagen wird die Ablauge zweckmässig bis zu 450 Bé bei 1300 C konzentriert, ohne kristallisiert zu werden. Dies bedeutet den Vorteil, dass rotierende Öfen im Sodahaus vermieden werden können, weil die Ablauge bei dieser Konzentration bei atmosphärischem Druck kristallisiert. Der
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Trockenstoff von den Verdampfern kann hiebei direkt in die Schmelzöfen gebracht werden, von welchem die Abgase direkt in den Dampfkessel geleitet werden können. Man erreicht in dieser Weise ausser Wärmeersparnis, dass schlecht riechende Gase entfernt werden. Die Ablauge wird in den Verdampfern konzentriert, nachdem sie die Hilfsbehälter hindurch unter möglichst hoher Konzentration und Temperatur passiert hat.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Zellstoff durch Kochen von Holz oder andern Rohstoffen, bei dem die in Umlauf gehaltene Kochlauge ausserhalb des Kochers indirekt erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauge während der Kochung fortlaufend konzentriert wird in an jedem der in Reihe geschalteten Kocher angeschlossenen, von der Lauge im Kreislauf durchströmten Verdampfern, die in der Weise miteinander verbunden sind, dass ihr Abdampf den jeweils nächsten unter niedrigerem Druck und niedrigerer Temperatur stehenden Verdampfer erhitzt.