Titel: Johnson, über die Verdampfungskraft verschiedener Steinkohlenarten.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1845, Band 98, Nr. XXXVII. (S. 132–140)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj098/ar098037

XXXVII. Ueber die Verdampfungskraft verschiedener Steinkohlenarten und deren relativen Werth; Versuche, welche von Prof. Johnson in Auftrag des Marine-Departements der Vereinigten Staaten angestellt wurden.

Aus dem Civil Engineer and Architects' Journal, August 1845, S. 242.

Durch einen Act des amerikanischen Congresses vom 11. Sept. 1841 wurde die Anstellung von Versuchen über die Eigenschaften und den relativen Werth verschiedener Steinkohlenarten beschlossen. Professor Johnson zu Philadelphia unternahm in Folge hievon eine Untersuchung, womit er sich lange Zeit eifrig beschäftigte. Die Resultate derselben sind in einem umfangreichen Band mitgetheilt, dessen Druk (in 11,000 Exemplaren) zum Gebrauche des Senats angeordnet wurde; es ist dieß ein Band in groß Octav von mehr als 600 enggedrukten Seiten. Mit jeder Kohlenart wurden mehrere Versuche angestellt, aus welchen die allgemeinen Durchschnittszahlen abgeleitet wurden. Von den vielen dem Werke beigegebenen Tabellen heben wir nur die lezte aus, welche die Endresultate enthält, und unter diesen auch nur diejenigen, welche die brittischen und vorzüglichsten amerikanischen Steinkohlen betreffen.

Zwek der Untersuchung.

Die nun bald ganz beendigte Untersuchung wurde ursprünglich durch die Schwierigkeiten, welche sich hinsichtlich der Qualität der zum Seedienst verwendeten Steinkohlen zeigten und die darüber geführten Klagen veranlaßt. Man hatte gefunden, daß die der Regierung zu hohen Preisen gelieferte Waare den Erwartungen der bei ihrem |133| Verbrauch Beschäftigten nicht entsprach. Während für das Brennmaterial die höchsten Preise gezahlt wurden, konnten zuweilen unsere Dampfschiffe wegen der schlechten Beschaffenheit der Kohlen ihre volle Kraft nicht entwikeln.

Auf das Ausbringen und den Transport der Steinkohle wird so viel Arbeit und Capital verwendet, so viele Industriezweige hängen in ihrem gedeihlichen Fortbetrieb von ihr ab; so viele häusliche Bequemlichkeiten und ein so großer Theil des Nationalwohls beruhen eben jezt, wo unsere Steinkohlenausbeute sich noch in der Kindheit befindet, auf diesem Material; endlich ist die Dampfschifffahrt auf dem Ocean, sogar die auf unsern Binnenwässern so abhängig davon, daß nicht leicht ein Gegenstand ein größeres Interesse für das Publicum darbieten kann.

Verschiedene Maaßstäbe für die Heizkraft.

Die Heizkraft der Brennmaterialien wurde bisher mittelst verschiedener Methoden bestimmt.

1) Der von Lavoisier vorgeschlagene und von andern Chemikern angenommene Maaßstab war das Gewicht Eis, welches durch die Verbrennung eines bestimmten Gewichts Brennmaterial in der atmosphärischen Luft oder in reinem Sauerstoffgas geschmolzen werden konnte.

2) Der von Hrn. Bull, welcher im Jahr 1827 eine schäzbare Reihe von Versuchen über die Heizkraft des Holzes und der Steinkohle lieferte28), angenommene Maaßstab war die Länge der Zeit, während welcher durch die Verbrennung eines gegebenen Gewichtes jeder Art von Brennmaterial ein bestimmter Temperatur-Unterschied zwischen einem innern Raum, worin die Verbrennung vorgenommen wurde, und einem äußern, der abkühlenden Einwirkung der umgebenden Luft ausgesezten, unterhalten werden konnte.

3) Die Bergwerks-Ingenieure in Cornwallis und andern Theilen Großbritanniens benuzten früher als Maaßstab der Heizkraft das Gewicht Wasser, welches durch die Verbrennung eines gegebenen Volums Steinkohle unter den Dampfkesseln (der Pumpmaschinen in den Gruben) einen Fuß hoch gehoben werden konnte.

4) Berthier in Paris benuzt das Bleioxyd, um den Brennmaterialien den zu ihrer Verbrennung erforderlichen Sauerstoff zu liefern; das Gewicht des durch ein bestimmtes Gewicht |134| jedes Brennmaterials reducirten Bleies ist der Maaßstab feiner Heizkraft.

5) Die deutschen und andere europäische Chemiker suchten die Heizkraft jedes Brennmaterials durch genaue Bestimmung der chemischen Zusammensezung seines brennbaren Antheiles und nachherige Berechnung des Sauerstoffs, welcher sich mit ihm während der Verbrennung verbinden muß, zu ermitteln.

Hier angewandtes Verfahren.

Keine dieser Methoden schien den Anforderungen einer praktischen Bestimmung der Verdampfungskraft verschiedener Steinkohlenarten zu entsprechen; es wurde daher jener der Vorzug gegeben, deren sich früher schon Fyfe, Schafhäutl, Parkes und Manby etc. bedient haben. Dieses Verfahren besteht im Verbrennen der Steinkohle unter einem Dampfkessel, der so ausgerüstet ist, daß er vollkommen regulirt werden kann. Das den Kessel speisende Wasser und die in den Ofen kommenden Steinkohlen werden sowohl dem Gewicht als dem Maaß nach bestimmt.

Der Luftzutritt, die Geschwindigkeit der Verbrennung, Druk und Temperatur des Dampfs, die Quantitäten und Eigenschaften der Verbrennungsproducte, sowohl der fixen als flüchtigen, der auf dem Roste verbleibenden oder durch die Feuercanäle abziehenden, alles dieß ist genau zu beobachten und zu bestimmen. Hier ist der Maaßstab, womit die Heizkraft der verschiedenen Steinkohlenarten gemessen wird, das Gewicht Wasser von 212° F. (80° R.) Temperatur, welches ein gewisses Gewicht Brennmaterial in Dampf zu verwandeln vermag. Wahrscheinlich ist dieß ein so constanter Maaßstab, als es nur einen geben kann. Mit den nach diesem Principe angestellten Experimenten wird man die Resultate der Erfahrung auf Dampfschiffen und bei vielen andern Anwendungen der Brennmaterialien in allen Hauptpunkten übereinstimmend finden.

Verzeichniß der angewandten Steinkohlenproben.

Die Anzahl der Steinkohlenproben, mit welchen Versuche über die Heizkraft angestellt wurden, war 41.

Hievon waren 9 Anthracite aus Pennsylvanien.

Von den sogenannten halb-bituminösen (free-burning) Steinkohlen wurden 12 Proben auf ihre Heizkraft untersucht.

Die nächste Classe von Steinkohlen ist die von dem bituminösen Steinkohlenlager in der Nähe von Richmond und Petersburg in Virginia, von welchen 11 Muster untersucht wurden.

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Von fremden bituminösen Kohlen wurden 6 Varietäten untersucht, und zwar 1 von Sydney, Neuscotland, eingesandt von der Cunard Kohlengruben-Compagnie; 1 von der Pictou-Kohle, von derselben eingesandt; ferner 1 von Schottland, 1 von Newcastle, 1 von Liverpool und 1 von Pictou.

2) Gemenge von Anthracit und bituminöser Kohle in gewissen Verhältnissen und 2 Sorten Kohks (eine von der Midlothian Steinkohle von Virginia und die andere von der Neff's Cumberland Steinkohle) wurden ebenfalls untersucht.

Das mittlere Gewicht des Kubikfußes dieser künstlichen Kohks ergab sich zu 32,57 Pfd.

Die Reihe der Verdampfungs-Versuche wurde mit einem Versuch über den Effect trokenen Fichtenholzes beschlossen, von welchem täglich eine Quantität zum Anheizen des Apparats und Vorbereiten desselben zur Aufnahme der Steinkohle angewandt wurde.

Art der Versuche.

Mit jedem Steinkohlenmuster wurden 1 bis 6 Versuche je nach der disponiblen Menge angestellt. Die bei einem Versuche verbrannte Steinkohle betrug nie über 1567 Pfd., die größte Quantität, welche der Apparat aufnehmen konnte in der für jeden Versuch verwendeten Zeit, einschließlich derjenigen zum Ausräumen der Rükstände und Zurichten zu einem neuen Versuche. Das Gesammtgewicht aller bei den Versuchen verbrannten Steinkohle beträgt 62½ Tonnen und das im Durchschnitt verbrauchte Gewicht war 978 Pfd. bei jedem Versuch. Diese Angabe ist hinreichend, um diese Versuche hinsichtlich des Maaßstabs, in welchem sie angestellt wurden, gegen Einwürfe zu sichern.

Die Versuche mit Holz eingeschlossen, erforderten sämmtliche Versuche 144 Tage Zeit. Jeden Tag wurden ungefähr 12 bis 14 Stunden lang unausgesezte Beobachtungen angestellt.

Allgemeiner Charakter der Anthracite.

Das specifische Gewicht der Anthracite variirt von 1,39 bis 1,61; sie behalten, der Glühhize ausgesezt, ihre Form bei und zeigen während des Entweichens der kleinen Menge flüchtiger Substanz, die in ihnen enthalten ist, keine eigentliche Anschwellung, oder sie zerfallen bloß, wenn sie ja eine Veränderung erleiden, in ekige Bruchstüke. Ihre Flamme ist in der Regel kurz, blau von Farbe und folglich von geringer Leuchtkraft. Sie kommen schwer zum Glühen, geben eine intensive concentrirte Hize, erlöschen aber in der Regel, während noch eine beträchtliche Menge unverbrannt auf dem Roste bleibt.

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Es erhellt aus Obigem, daß das Gewicht eines Kubikfußes von Anthraciten im Durchschnitt 53,35 Pfd. beträgt, daß also 42 Kubikfuß Raum erforderlich sind, um eine Tonne zu stauen. Von den natürlichen Kohls aus Virginia braucht man 48 und von den künstlichen Kohks aus Midlothian und Cumberland-Steinkohlen im Durchschnitt 69,7 Kubikfuß, um dieses Gewicht zu schlichten. Im Durchschnitt kann man mit einem Pfund Anthracit 9,565 Pfd. siedendheißes Wasser in Dampf verwandeln.

Gewicht der Kohks in Vergleich mit den Steinkohlen.

Der Gewichtsverlust beim Verkohken der Steinkohlen ist nach den verschiedenen Methoden, wie es bewerkstelligt wird, verschieden.

Die vorzüglichsten Verfahrungsweisen sind folgende.

1) Beim Verkohken roher Klumpen in unbedekten Haufen (wie in vielen Eisenwerken Großbritanniens, Frankreichs und anderer Länder), wobei die in Gluth befindliche Masse erst dann bedekt wird, wenn keine Flamme mehr entweicht, wird der Verlust zu Plymouth zu 17, zu Penn-y-darran zu 20 und zu Dowlais zu 34 Proc, angegeben; lezterer ist ohne Zweifel viel größer als nöthig wäre. Die Steinkohlen von Dowlais und Penn-y-darran sind jenen von Cumberland sehr ähnlich, enthalten jedoch viel weniger flüchtige Substanzen. Sehr bituminöse Steinkohlen verlieren, in unbedekten Haufen verkohkt, 55 bis 60 Proc. an Gewicht, die mittlern 45 bis 50, und die noch weniger bituminösen 30 bis 40 Proc. In allen diesen Fällen geht durch Verbrennung eines Theils des festen Kohlenstoffs an der Außenseite des Haufens, ehe sich noch Kohlengestübe und Asche auf die Kohks lagern und das Feuer auslöschen, sehr viel verloren.

2) Das Verkohken in Meilern (stacks, d. h. in wohl bedekten Steinkohlenhaufen von 10 bis 15 Fuß Durchmesser) ist in Staffordshire üblich; sehr bituminöse Steinkohlen verlieren dabei 50 bis 55 und die von troknerer Beschaffenheit 35 bis 40 Proc.

3) Beim Verkohken in geschlossenen Oefen gibt die Steinkohle von Rive-de-Giers 69 Proc. Kohks (und nimmt dabei um 22 bis 23 Proc. an Volum zu), während sie beim Verkohlen in unbedekten Haufen nur 45 bis 50 Proc. liefert. Im geschlossenen Ofen liefert sehr bituminöse Kohle 65 bis 66 Proc. Kohks, im offenen Haufen nur 40 bis 45 Proc. und zwar mit einer wirklichen Verminderung des Volums.

4) Beim Verkohken in Gasretorten nimmt die Deane-Steinkohle von Cumberland (England) beinahe um 30 Proc. an Volum zu, verliert dagegen 25 Proc. an Gewicht; Carlisle-Steinkohle beinahe eben so; während die Cannel- und Cardiff-Steinkohlen an Volum |137| um 30 Proc. zunehmen, an Gewicht aber um 36,5 Proc. abnehmen. Bewick's Wallsend-Steinkohle verliert 30, und Russell's Wallsend 30,7 Proc. an Gewicht durch denselben Proceß.

Allgemeiner Charakter der bituminösen Steinkohlen.

Das specifische Gewicht dieser Steinkohlen ist etwas geringer als das der Anthracite, nämlich 1,28 bis 1,44. Das mittlere Gewicht eines Kubikfußes beträgt jedoch nur ⅔ Pfd. weniger als bei anderen. Da sie nur wenig flüchtige Substanzen enthalten, so kommen sie bald in volle Glühhize; ihre bedeutende Zunahme an Volum beim Verkohken begünstigt die darauf folgende schnelle und wirkliche Verbrennung ihres festen Kohlenstoffs. In einigen Fällen, namentlich wenn sie sehr allmählich zum Glühen gebracht werden, hängen ihre Kohksmassen kaum zusammen und die ursprüngliche Form der Stüke wird nur einigermaßen beibehalten. Sehr leichtes Erglühen und sehr lebhaftes Verbrennen ihrer flüchtigen Bestandtheile sind allgemeine Eigenschaften dieser Kohlen. Ihr großer Gehalt an flüchtigen brennbaren Substanzen macht sie, wenn sie wenig Schwefel enthalten, sehr geeignet zur Leuchtgas-Fabrication.

Tabellen

über den relativen Werth der Steinkohlen nach ihren verschiedenen Eigenschaften.

Textabbildung Bd. 98, S. 137
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Textabbildung Bd. 98, S. 138
Textabbildung Bd. 98, S. 138

Uebersicht.

Obige Tabellen werden, wie ich hoffe, allen denjenigen gute Dienste leisten, welche für die Schifffahrt oder zu irgend anderm Gebrauche das Brennmaterial zu wählen haben.

So ist, wo die Kohlen dem Gewichte nach verkauft und an der Küste verbraucht werden, das in der ersten Rubrik angegebene Gewicht des Kubikfußes ein Gegenstand von geringem Belang, weil es in diesem Fall nicht an Raum zur Lagerung der Kohlen fehlt; bei der Dampfschifffahrt aber muß das Volum der Kohlen eben so wohl berüksichtigt werden als ihr Gewicht, und ein Unterschied von 20 Procent, |139| wie er zwischen dem höchsten und dem geringsten durchschnittlichen Gewicht eines Kubikfußes verschiedener Steinkohlenarten stattfindet, ist von Bedeutung. Für den Zwek der Dampfschifffahrt ist daher die Rubrik zu beachten, in welcher die Steinkohlenarten nach der Verdampfungskraft unter gegebenem Volum geordnet sind.

Vergleichung mit den brittischen Steinkohlen.

Die Bemerkung dürfte am rechten Orte seyn, daß die mit Recht gerühmten brittischen bituminösen Steinkohlen von Newcastle, Liverpool, Schottland, Pictou und Sidney — welche gegenwärtig auf den atlantischen Dampfschiffen gebraucht werden — an Güte von den entsprechenden Steinkohlen Ostvirginiens vollkommen erreicht, eher noch übertroffen werden; daß sie entschieden übertroffen werden von allen halb-bituminösen Kohlen Marylands und Pennsylvaniens und daß der Vergleich der Anthracite mit den brittischen Steinkohlen hinsichtlich ihrer Verdampfungskraft, gleichviel ob dem Gewicht oder dem Volum nach, sich ebenso vortheilhaft herausstellt.

Die Versuche beweisen daß, in Bezug auf schnelle Dampferzeugung und die Erzeugung von Leuchtgas, die Indiana-Steinkohle, obwohl sie weder sehr schwer, noch sehr dauerhaft ist, keiner der stark bituminösen Gattung, welcher sie angehört, nachsteht; während sie an Heizkraft und Freiheit von Verunreinigungen die Splint-(Splitter-) Kohle und schottische Cannelkohle übertrifft.

Nothwendigkeit weiterer Versuche.

Ich kann die Untersuchung der amerikanischen Steinkohlen hiemit keineswegs als erschöpft betrachten.

Ein Blik auf eine geologische Karte der Vereinigten Staaten, welche die Kohlenlager angibt, zeigt, wie eng begränzt der von den verschiedenen isolirten Kohlenlagern, von welchen die untersuchten Proben herrühren, bedekte Flächenraum ist im Vergleich mit der unermeßlichen Ausdehnung der Westpennsylvanien und Virginien, das östliche Ohio, den östlichen Theil von Kentucky, einen Theil von Mittel-Tennessee und einen noch unbestimmten Theil von Alabama bedekenden Formation; noch vielmehr aber im Vergleich mit den weithin sich erstrekenden Steinkohlenlagern in Illinois, Jowa, Missouri, Arkansas und einem bedeutenden Theil von Michigan. Die wunderbar zunehmende Dampfschifffahrt auf den westlichen Flüssen und in den nordwestlichen Seen, so wie auch im mexicanischen Meerbusen und den angränzenden Seen, ferner die Zunahme der Bevölkerung und daraus folgende Lichtung der Waldungen, weisen auf die Nothwendigkeit hin, zur mineralischen Feuerung seine Zuflucht |140| zu nehmen. Um die relative Güte der Steinkohlen aus den verschiedenen Theilen der drei großen westlichen Steinkohlengegenden würdigen zu können, müssen sie mit nicht geringerer Sorgfalt untersucht werden, als dem begränzten Flächenraum gewidmet wurde, aus welchem die zu diesen Versuchen angewandten Kohlen kamen. Auch die Kohlen vieler Districte im Osten der Allegany-Gebirge wurden noch nicht untersucht.

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Polytechn. Journal Bd. XXIV S. 251 und 336.

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