DE28219C - Verfahren zur Gewinnung von Zellstoff und Glycose aus Holz und anderen Pflanzenstoffen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

KLASSE 55: Papierfabrikation.

Zur Ausführung dieses Verfahrens wird da: Kernholz der Stämme von Mark und Rind' sorgfältig gereinigt, gespalten und im Hobeljt raum A von einer Hobelmaschine in möglichst feine und gleichmäfsige Scheibchen zertheilt.

Holz enthält ca. 20 pCt. Wasser und mufs das letztere vor allem entfernt werden. Es geschieht dies gewöhnlich in dem unter A liegenden Darrraum B B₁.

Die Holzspänehen werden durch eine FaIlthür α auf die Darrhorden b b und, wenn dort genügend vorgetrocknet, durch die Klappe c in den eigentlichen Darrraum B₁ gebracht. Die Sohle d desselben besteht aus perforirten Eisenplatten.

Durch Kanäle e tritt frische Luft in den Raum unter der Darrsohle, welche dort durch ein System von mit Condensationswasser geheizten Rohren // erhitzt wird. Die heifse Luft dringt durch die lockeren Holzmassen in die Räume Bi und B, wobei sie die Holzmassen trocknet, und entweicht mit dem Wasserdampf durch Kanäle g g nach dem Schornstein.

Soll das Holz später mit Alkoholen behandelt werden, so mufs z. B. bei Kiefernholz auch das in diesem enthaltene Terpentinöl zuvörderst aus demselben entfernt werden, was durch Abdestilliren bei i6o° C. erreicht wird; hierzu dient der unter dem Holzbearbeitungsraum befindliche Apparat C.

Mittelst eines Schlotes h werden die Holzscheibchen durch das Mannloch i in den mit Rührwerk versehenen eisernen Cylinder einge-

iri JgiBßr HHiteren Hälfte itEHimgeben, und es circulirt in zwischen Cylinder und Mantel beim Abdestilliren des Terpentinöls directer Dampf von 6 Atmosphären Spannung; zum nachherigen Trocknen des Holzes aber wird das sehr heifse Condensationswasser aus den Kochschlangen u. s. w. benutzt. Der Eintritt des Dampfes oder Wassers erfolgt durch Hahn /, der Austritt durch Hahn m.

Nachdem das Mannloch und die Hähne η geschlossen sind, werden die Hähne ο geöffnet, bis die nöthige Menge Dampf durch die Rohre// eingetreten ist. Diese Rohre legen sich flach an den Cylinder an, und das Rührwerk bewirkt, dafs der aus demselben strömende Dampf von 6 Atmosphären sich innig mit dem Holze mischt und in dasselbe eindringt. Hierbei verflüchtigt sich das Terpentinöl des Holzes (Siedepunkt 156,8° C.) und entweicht mit den Wasserdämpfen durch Helm q, Hahn r und Rohr s nach dem Kühler /, wo sich die Terpentinöl- und Wasserdämpfe condensiren, um alsdann durch den Auffang u nach Bassin ,S¹ zu fliefsen.

Der Auffang u, sowie auch die weiter unten erwähnten Auffänge e_x und I₁ sind mit einer halbkugeligen Glasglocke dicht verschlossene Gefäfse. Sie dienen dem Apparatführer als Regulator, da sie ihn an der Menge und dem Aussehen des den Auffang passirenden Destillates den Gang der Operation erkennen lassen.

Sieht man, dafs kein Terpentinöl mehr, sondern nur Wasser den Auffang u durchfliefst,

so werden der directe Dampfzuflufs nach dem Mantel und die Hähne ο abgeschlossen und die Hähne η und Hahn ν geöffnet. Es wird nun durch die Hähne η und die flachen Rohre pp frische Luft einströmen, welche mit Hülfe des Rührwerkes mit allen Holztheilchen in Berührung kommt und, mit Wasser gesättigt, durch Hahn ν und Rohr w nach dem Schornstein entweicht. Die Entleerung des Cylinders findet durch eine schmale, mittelst Schiebers verschliefsbare Oeffnung χ statt. Der kleine Schieber y dient zum Herausnehmen von Proben während der Operation.

Ist das Holz getrocknet, so wird es mittelst des Aufzuges D nach dem ersten Stockwerk befördert und bei Bedarf durch den Schlot a_L und ein Mannloch in den Holzkocher £ gegeben, wo ihm das Harz entzogen werden soll.

Zur Lösung des Harzes können sowohl Kohlenwasserstoffe als Alkohole angewendet werden; doch empfiehlt es sich, von denselben nur diejenigen zu wählen, deren Siedepunkt ein möglichst hoher und deren Preis zugleich ein möglichst niedriger ist. Diese Bedingungen erfüllt von den Kohlenwasserstoffen das Terpentinöl (Siedepunkt bei 156,8⁰C.) von den Alkoholen besonders das Fuselöl, ein Gemisch von Propyl-, Butyl- und Amylalkohol; letzterer ist Hauptbestandtheil des Fuselöles (Siedepunkt des Fuselöles zwischen 128 und 132⁰C, spec. Gewicht 0,811).

Der Holzkocher wird zu ²/₃ mit den ganz trockenen Holzspänehen und hierauf mittelst der Pumpe a₂ des Pumpwerkes F aus dem Bassin G mit Terpentinöl bezw. Fuselöl so weit gefüllt, dafs die Flüssigkeit das Holz gerade bedeckt.

Durch die mit directem Dampf gespeiste Kochschlange O₁ wird in dem Kocher eine Temperatur erzeugt, die etwas höher als der Siedepunkt der betreffenden Extractionsflüssigkeit ist, wobei eine übermäfsige Spannung im Cylinder, sowie ein Entweichen des Oeles in Dampfform durch den über dem Kocher angebrachten Condensationskasten C₁ verhindert wird. Der Oeldampf dringt in die von kaltem Wasser umspülten Rohre ein, condensirt sich und tropft wieder in die Holzmasse zurück, um von neuem Harz zu lösen.

Der etwa noch aus dem Condensationskasten entweichende Oeldampf wird in dem Kühler d_y vollends verdichtet und fliefst durch den Auffang e-i in das Bassin G zurück. Geht zu viel OeI durch den Auffang e_lt so wird die Temperatur im Kocher durch Vermindern des Dampfzuflusses in die Kochschlange O₁ des Holzkochers erniedrigt.

Ist das im Holzgewebe abgelagerte Harz vollständig in Lösung übergegangen, so wird die breiartige Masse mittelst des Hahnes /, und des Rohres ^₁ in den Extractionscylinder H übergeleitet.

Etwas oberhalb des Bodens dieses Cylinders befindet sich eine mit Drahtgeflecht bedeckte Siebplatte A₁, durch welche die Harzlösung abläuft. Was nicht von selbst aus dem Gewebe herausläuft, wird durch Dampf, der wenigstens die Temperatur der Holzmasse haben mufs, aus dem Gewebe herausgeprefst. Ist alles Harz und OeI aus dem Gewebe heraus und in das Klärbassin J geflossen und fliefst nur noch wässerige Flüssigkeit durch das Sieb, was sich durch eine Probe aus dem kleinen Probekühler i_x erkennen läfst, so wird die Holzmasse noch einige Zeit der Wirkung von Dampf bezw. Wasser ausgesetzt, wodurch auch die im Wasser löslichen Extractivstoffe des Holzes aufgelöst werden und nach dem Klärbassin J abfliefsen.

Wenn die sehr heifse Harzlösung mit Dampfwasser aus dem Harzkocher in das Klärbassin gelangt, so würde durch die derselben entsteigenden OeI- und Wasserdämpfe im Klärbassin eine bedeutende Spannung entstehen, wenn nicht die Dämpfe, durch Helm z_a aufgefangen, nach Kühler k₂ entweichen könnten. Aus letzterem gelangen sie tropfbar flüssig in das Sammelbassin L.

In dem Klärbassin J wird sich die Harzlösung oben und das Wasser mit den Extractivstoffen unten lagern; erstere, deren Stand man am Wasserstandsglas H₁ ersehen kann, wird durch Oeffnen der oberhalb der wässerigen Schicht befindlichen Schnabelhähne I₁ in das Saugrohr Vi₁ abfliefsen und von dort durch Pumpe d₂ nach dem Destillationsapparat K geschafft.

Derselbe besteht aus dem Cylinder O₁ mit Dampfkochschlange P₁, Helm g_t , Kühler S₁ mit Kühlschlange r, und dem Auffange f_u von welchem aus das reine Destillat in das Bassin G zurückfliefst. Der Rückstand in K, hellfarbiges Colophonium, wird bei U₁ abgezogen und in Formen gegossen.

Die im Klärbassin ^/zurückgebliebene wässerige Schicht wird bei /₂ ^m das Sammelbassin L abgezogen. Sie enthält in den Extractivstoffen hauptsächlich Kohlenhydrate (eventuell auch etwas Terpentinöl, wenn mit solchem gearbeitet wurde).

Das Sammelbassin dient dazu, das noch vorhandene OeI von der wässerigen Schicht gänzlich zu trennen. Ist diese Trennung vollständig erfolgt, so wird durch die Schnabelhähne V₁ und das Rohr W₁ das OeI in das Bassin G übergeführt und die wässerige Schicht, um später zu Glycose verarbeitet zu werden, nach Bassin P und durch Pumpe <r₂ in das Bassin M über dem Glycosekocher befördert. Die auf

dem Sieb Ji₁ des Extractionscylinders H zurückgebliebene Cellulose enthält noch im Wasser unlösliche Kohlehydrate und Salze; wenn Kiefernholz verarbeitet wurde, enthält sie besonders auch Eisensalze, welche später den Bleichprocefs sehr erschweren, würden. Alle diese Substanzen werden durch verdünnte Schwefelsäure gelöst. Die Cellulose wird zu diesem Zweck aus dem Extractionscylinder H herausgezogen, mittelst des Aufzuges N nach dem ersten Stockwerk geschafft und durch Schlot tf₂ in den Glycosekocher O eingefüllt. Durch Rohr P wird die nöthige Menge sehr verdünnter Schwefelsäure zugegossen, worauf das Rührwerk £₂ in Bewegung gesetzt und in den Raum zwischen dem Cylinder und dem äufseren Mantel m₂ so viel Dampf eingelassen wird, dafs die ganze Masse gelinde kocht. Das Rührwerk bleibt während der ganzen Dauer der Operation unausgesetzt in Bewegung.

Es soll diese Operation das Gewebe so weit als irgend möglich von den noch vorhandenen Inkrustationen reinigen, auf keinen Fall aber die Cellulose selbst hierdurch verletzen oder gar auflösen, und ist deshalb der Säurezusatz genau zu controliren.

Die Dauer des Kochens hängt von dem Alter des Holzes ab. Ist genügend gekocht, so wird die Cellulose durch Rohr h₂ wieder in den Extractionscylinder H zurückgeführt, wo die saure Flüssigkeit abläuft und durch Hahn X₁ in Bassin P geleitet wird. Die Cellulose wird nun noch so lange mit Dampf ausgewaschen, bis das abfliefsende Wasser säurefrei ist, was wiederum durch den Kühler Z₁ erprobt wird.

Die ablaufende saure Flüssigkeit enthält merkliche Mengen von Glycose und wird später beim Glycosekochen zugleich mit der unter der Harzlösung gebliebenen wässerigen Schicht verwendet, weshalb sie aus Bassin P durch Pumpe C₂ ebenfalls nach Bassin M befördert wird.

Die Cellulose ist alsdann fertig. Sie kommt entweder so, wie sie ist, nach dem Bleichraum, oder sie wird ausgepreist und getrocknet.

Sämmtliche Kühlvorrichtungen werden von einem hoch liegenden Wasserreservoir JR. gespeist und letzteres selbst von der Pumpe £₂.

Für gewisse Sorten Papier kann man sehr wohl Cellulose verwenden, welche nicht von so hochgradiger Reinheit, wie die durch das vorstehend geschilderte Verfahren erzielte ist. Solche minderwerthige Cellulose soll in folgender Weise dargestellt werden.

Das von Rinde, Mark etc. befreite Holz wird in dem Hobelraum A in äufserst feine Spänchen verwandelt, welche ohne weitere Vorbereitung direct in den Extractionscylinder H geschafft werden, der zu diesem Behuf auch oben mit einem Mannloch versehen ist. Nachdem der Cylinder geschlossen ist, wird hochgespannter Wasserdampf (von etwa 8 Atmosphären Ueberdruck) von oben in den Apparat geleitet und durch die Späne gedruckt, wobei jedes Kochen zu vermeiden ist.

Durch die hohe Temperatur des Dampfes wird das vorhandene Terpentinöl (bei 156,8⁰C.) flüchtig, während das Harz, welches schon bei 135⁰C. schmilzt, hierbei sehr dünnflüssig wird. Der Dampf sucht die Wandungen der Spänchen zu durchdringen und reifst das in denselben enthaltene Harz, OeI und andere durch Dampf von so hoher Spannung entfernbare Stoffe mit sich nach dem Klärbassin J, in welchem das Harz bezw. die nicht flüchtigen Stoffe zurückbleiben, während der gröfsere Theil der Wasser- und Oeldämpfe im Sammelbassin L zur Condensation gelangt. Nach Beendigung des Processes wird der Dampf abgestellt, die Masse aus dem Extractionscylinder H entfernt und direct zum Glycosekocher O geschafft, in welchem sie mit Wasser, dem etwas Schwefelsäure zugesetzt worden, bei etwa 130⁰C. in ganz derselben Weise, wie schon früher beschrieben, von Kohlehydraten, Eisen etc. befreit wird.

Um den hierbei verwendeten Dampf möglichst auszunutzen, werden eine Anzahl von Extractionscylindern H neben einander aufgestellt, so dafs der Dampf dieselben der Reihe nach passirt. Der Dampf gelangt zuerst nach dem Extractionscylinder, welcher die am meisten vorgereinigte Holzmasse enthält. Dieser Cylinder führt die Zahl 1 und den Namen Fertigmacher, weil in ihm die Holzmasse so weit gereinigt wird, wie es bei diesem Verfahren überhaupt möglich ist. Der folgende Cylinder, dessen Inhalt in Betreff der Reinheit dem des Fertigmachers zunächst kommt, führt die Zahl 2 u. s. f. Die Reinheit der Holzmasse verringert sich demnach mit der Höhe der Zahl und nimmt entsprechend der niedrigeren Zahl zu. Nach Entleerung von Nq 1 wird Nq 2 zum Fertigmacher.

Jeder Extractionscylinder H ist mit einem Miniaturkühler i versehen, um das abgekühlte Destillat prüfen zu können; ebenso besitzt jeder dieser Cylinder an seiner Basis einen Ablagerungsraum, in welchem sich die schweren bezw. unreinen Theile so viel als möglich absetzen, während der hiervon befreite, noch actionsfähige Dampf durch ein an der Decke des Ablagerungsraumes befindliches Rohr in die Höhe steigt, vom ersten zum zweiten, dritten, vierten u. s. w. bis zum letzten Extractionscylinder, und aus diesem endlich, mit Harz, OeI und Kohlehydraten beladen, nach dem Klärbassin J gelangt, in welchem sich die nicht flüchtigen Stoffe absetzen. Ist ätherisches OeI nicht vorhanden, so wird der gespannte Dampf sofort

aus J abgeleitet und, ohne dafs er Z passirt, anderweitig verwendet; für' diesen Fall mufs J entsprechend stark construirt und mit Sicherheitsventil und Manometer versehen sein, während bei Vorhandensein ätherischer OeIe in J die hier befindlichen gespannten OeI- und AVasserdämpfe, den Kühler K₂ passirend, nach dem Sammelbassin L gelangen, um eine Condensation des ätherischen Oeles zu bewirken.

Es braucht demnach zu diesem Verfahren nur ein Klär- und ein Sammelbassin vorhanden zu sein.

Der oben beschriebene, an der Basis des Extractionscylinders H befindliche Ablagerungsraum ist ganz unten mit einem Hahn oder Ventil und einem Rohr versehen, welch letzteres mit / und L in Verbindung steht; durch zeitweises Oeffnen des Hahnes oder Ventiles werden die im Ablagerungsraum vorhandenen schwereren Stoffe nach / und L, je nach Bedürfnifs, abgeleitet.

Wie anfangs erwähnt, mufs das Holz vor seiner Verarbeitung auf Cellulose von Aesten, Rinde, Mark etc. befreit werden. Diese Abfälle, sowie Nadeln, dünne Zweige etc. werden möglichst fein zerkleinert in den Glycosekocher O gebracht. Enthalten sie ätherisches OeI in lohnender Menge, so wird dasselbe zuerst durch Apparat C abdestillirt.

Wie schon oben bemerkt, ist der Glycosekocher ein starker stehender, eiserner Cylinder, der bis zu ³/₄ seiner Höhe mit einem eisernen Mantel umgeben und mit einem Rührwerk versehen ist. Die verticale Rührwelle c₂ dieses Rührwerkes trägt mehrere Armsysteme, deren jedes aus drei horizontalen Armen o_% besteht. An diesen flachen Armen o.₂ O₂ sind verticale Stangen Jr₂ /2 befestigt, welche bis dicht an das untere Armsystem bezw. bis dicht an den Boden des Kochers reichen. Die Stangen p₂ sind so angeordnet, dafs keine Stange sich in demselben Abstande um die Welle dreht, wie irgend eine Stange eines anderen Armes desselben Systems. Diese Stangen tragen an ihren unteren Enden Rührschaufeln, welche aus je zwei dreieckigen Blechstücken, die, mit ihren längsten Seiten senkrecht zu einander stehend, zusammengenietet werden. Es bilden diese Rührschaufeln hinten und unten offene'Tetraeder, welche die Masse, schneepflugartig durchfurchend, mischen. Die einen Rührschaufeln sind überdies mit der Spitze nach links, andere mit der Spitze nach rechts gebogen, so dafs je eine Seitenfläche concav, die andere convex wird, und trägt je ein Arm eines Systems nur gerade Schaufeln, ein anderer nach rechts gekrümmte und der dritte nach links gekrümmte Schaufeln. Die Rührwelle trägt ferner noch oberhalb dieser Armsysteme einen langen Rührarm s₂, der sich von der Welle an radial nach aufsen und dann dicht längs der Cylinderwand hinunter bis zum Boden erstreckt; er löst die an der Wand hängenden Theilchen der Kochmasse ab. Dieses Rührwerk bestreicht jeden Punkt innerhalb des Cylinders und schleudert die Masse unablässig durch einander und mischt so die zugegossene Flüssigkeit innig mit den Holztheilchen. Der Hahn d₂ dient zur directen Speisung des inneren Cylinders mit Dampf, e₂ speist ,den Raum zwischen Cylinder und Mantel. Das sehr weite Wasserstandsglas f₂ ist verschliefsbar und es können die Zuleitungen zu demselben mit Dampf gereinigt werden.

Durch Helm g₂ entweichen nur Wasserdämpfe, da die Temperatur im Kocher nicht den Siedepunkt der Schwefelsäure erreichen kann. Der Glycosekocher, wie auch alle übrigen Apparate und Rohre, welche mit Säure oder saurem Wasser in Berührung kommen, ist inwendig in allen Theilen mit einer von Schwefelsäure nicht angreifbaren Schicht, z. B. mit Blei, überzogen, und es sind alle geschlossenen Gefäfse, in welche heifse Substanzen kommen, mit Sicherheitsventilen, Manometern und Thermometern versehen. Der Glycose- und der Holzkocher haben ferner noch Dampfausspritzhähne n₂ zum Ausspülen der Cylinder nach dem Entleeren. Aufser im Extractionscylinder wird wegen der überall angebrachten Condensationsapparate in keinem Apparate hoher Druck vorhanden sein können.

Die in den Glycosekocher geschafften Holzabfälle werden dort mit verdünnter Schwefelsäure und dem Inhalte des Bassins M Übergossen, und dieses Gemisch, welches stets denselben Consistenzgrad besitzen mufs, wird unter beständigem Umrühren bei ca. 130⁰C. mehrere Stunden lang gekocht.

Ist der Glycoseprocefs vollendet, so wird die Masse mit Dampf und Wasser so weit verdünnt, dafs sie durch Rohr Ji₂ nach dem Extractionscylinder H übergeführt werden kann. Die Glycoselösung läuft von H durch Hahn Z₁ nach einem Bottich Q.

Die noch in dem Rückstande befindliche Glycose wird durch Dampf und Wasser ausgesüfst und fliefst ebenfalls in den Bottich Q, um nachher weiter verarbeitet zu werden. Die Rückstände im Extractionscylinder bestehen aus unzersetzter Cellulose.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Die Anwendung von Fuselöl zur Darstellung von Cellulose und Glycose aus Holz und anderen Pflanzenproducten durch Kochen mittelst Wasserdampfes als Heizungsmittel.

2. Die Anwendung nachstehend aufgeführter, aus der Zeichnung ersichtlichen Apparate:

a) des Dampfentölungs-und Entwässerungsapparates C;

b) des Holzkochers Έ;

c) des Extractionscylinders H;

d) des 'Klärbassins _/;

e) des Sammelbassins Z;

f) des Destillationsapparates K und

g) des Glycosekochers O

in ihrer Vereinigung und in der aufgeführten Reihenfolge zum Zwecke der Darstellung von Cellulose und Glycose aus Holz und anderen Pflanzenproducten.

Die Anwendung eines mit Dampfmantel, Rührwerk und Helm versehenen cylindrischen Kessels C zum Zwecke der Entölung und Entwässerung von Holz und anderen Pflanzenproducten.

Die Herstellung minderwerthiger Cellulose aus feinen Holzspänehen in Extractionscylindern mittelst durchgeführten Wasserdampfes von hoher Spannung.

Hierzu I Blatt Zeichnungen.