Titel: Michiel's, über die Erzeugung und Anwendung der brennbaren Gase als Heizmaterial für industrielle Zwecke.
Autor: Michiels, G.
Fundstelle: 1847, Band 103, Nr. XLII. (S. 190–206)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj103/ar103042

XLII. Ueber die Erzeugung und Anwendung der brennbaren Gase als Heizmaterial für industrielle Zwecke; von G. Michiels.

Aus dem Recueil de la Société polytechnique, 1846 No. 16 bis 21.

Mit Abbildungen auf Tab. IV und V.

(Fortsetzung von S. 142 des vorigen Heftes.)

I. Anwendung der brennbaren Gase zum Heizen der Wohnungen etc.

Die Erzeugung der brennbaren Gase zu diesem Zweck kann an irgend einem Punkte einer Stadt ohne Nachtheil für die Nachbarschaft stattfinden; derselbe ist nach der zweckmäßigsten Anlage der Röhrenleitungen zu wählen. Es kann in manchen Gegenden sogar dahin kommen, daß man ein kolossales Etablissement im Mittelpunkt von Steinkohlenlagern anlegt, um die Producte derselben im Gaszustande unter dem Drucke mehrerer Atmosphären weithin fortzuleiten.

Das Gasgemenge kann in großen Reservoirs aufbewahrt und von da aus regelmäßig vertheilt und den Consumenten zugeführt werden, wie gegenwärtig das Leuchtgas. Um das neue Heizsystem auf einen offenen Herd anzuwenden, wird demselben eine Röhre zugeführt, durch welche das Gasgemenge in eine Gruppe gußeiserner hohler Stabe tritt, die mit einer Menge kleiner Löcher oder Spalten zum Auslassen des Gases versehen sind; ein bequem für die Hand an der Röhre angebrachter Hahn gestattet den Zutritt der Gase zu reguliren. Man braucht den austretenden Gasen nur einen glühenden Körper, z.B. ein Zündhölzchen, darzubieten, damit das Feuer augenblicklich in volle Thätigkeit kommt. Für einen geschlossenen Stubenofen benutzt man einen runden Brenner; die Flamme streicht längs der Innenwände des Ofens hinauf und die Verbrennungsproducte treten durch die gewöhnliche Leitung in den Kamin aus. Diese Beispiele zeigen schon, daß die Anwendung dieses Brennmaterials keinerlei Veränderung in den gegenwärtigen Heizapparaten der Privatwohnungen erheischt. Diese Gase können auf angegebene Weise sowohl bei gemauerten als metallenen Küchenherden benutzt werden, sowie auch unter Badewannen, wenn man letzteren einen doppelten Boden gibt. Man kann in allen Fällen den die Vertheilung des Wärmestoffs regulirenden Brennern die zur Erzielung des größten Nutzeffects geeignetste Anordnung geben. Es bedarf wohl kaum der Erwähnung, |191| daß bei diesem neuen Heizverfahren keine Funkenbildung stattfinden kann, wodurch die meisten Feuersbrünste mittelbar veranlaßt werden; daß ferner das leichte Anzünden dieses Feuers ohne Beihülfe eines Dienstboten, das Nichtvorhandenseyn von Rauch und Staub und die Schnelligkeit, mit welcher man es wieder auslöschen kann, in den Haushaltungen eine bedeutende Ersparung an Arbeitslohn, eine leicht zu erhaltende Reinlichkeit, eine viel längere Dauer der Tapeten, Teppiche, Möbel etc., endlich eine bedeutende Ersparung an Kosten für Brennmaterial zur Folge haben muß. Bei der allgemeinen Anwendung dieses Heizsystems würden die Rauchwolken verschwinden, welche die volkreichen Städte beständig bedecken, was zu ihrer Gesundmachung bedeutend beitragen würde.

II. Ueber ihre Anwendung in den Gewerbszweigen, welche in den Städten betrieben werden, z.B. der Schlosserei, Färberei, Bäckerei, Branntweinbrennerei etc.

Hiebei erfordert die Anwendung der Gase anstatt des natürlichen Brennmaterials andere Einrichtungen. So bringe ich, um die Esse eines Hufschmieds, Nagelschmieds zu speisen, oder sonst eines Arbeiters, der sich eines durch ein Gebläse angefachten Feuers bedient, als Brenner einen gußeisernen Kasten im Mauerwerk des obern Theils der Esse an. Dieser Kasten wird in hermetisch getrennte Theile abgetheilt, die wechselweise mit der Gasleitung und der Leitung der eingeblasenen Luft communiciren. Jede dieser Abtheilungen hat einen Schlitz, der einem bandförmigen Strom Gas oder Luft den Durchgang gestattet, so daß die Mischung derselben in solchem Mengenverhältniß geschieht, daß eine vollkommene Verbrennung stattfindet. Die Luft liefert ein Blasebalg, welchen die Esse ohnedieß schon hatte und das Gasgemenge wird dem Arbeiter zu einem nach dem Volum bestimmten Preis geliefert; seine Consumtion wird durch einen Zähler registrirt. Diese Vorrichtung (welche in der Beschreibung der Abbildungen näher erklärt ist) verschafft dem Arbeiter große Erleichterung; sein Metall kömmt bald zur Schweißhitze und bleibt in der es umgebenden desoxydirenden Flamme vollkommen rein. Die Schweißöfen der Kupferschmiede And Eisenblecharbeiter können nach demselben Princip construirt werden.

Alle Industriezweige, welche sich der Schmelztiegel bedienen, vom Verfertiger des Kupferloths bis zum Krystallglasfabrikant, werden durch Anwendung dieser neuen Heizmethode an Brennstoff und Material sehr viel ersparen. Ein Glashafen, der sonst selten 40 Tage aushält, dauert wenigstens noch einmal so lang; man brauchte nur den Gasverbrennern |192| eine den angewandten Häfen entsprechende Gestalt zu geben und die Häfen sowie die sie umhüllenden Gasverbrenner vor der umgebenden Luft zu schützen.

Alle Flammöfen könnten mit einem ihren Dimensionen angemessenen Verbrenner versehen werden, welcher an die für den Herd, bestimmte Stelle käme (man sehe z.B. den Röstofen in Fig. 12 und 13 Tab. V und die unten folgende Erklärung derselben).

Die Bäcker können von diesem neuen Heizverfahren großen Nutzen ziehen; sie brauchen sich keinen Brennmaterial-Vorrath mehr zuhalten, dessen Placirung in großen Städten kostspielig ist; es setzt sie in den Stand, jederzeit die Hitze ihrer Backöfen zu reguliren, unausgesetzt zu backen, eine große Reinlichkeit bei ihrer Arbeit zu unterhalten und ihr Feuer augenblicklich zu löschen.

Die Zuckerraffinerien, Runkelrüben- und Rohrzuckersiedereien, werden bei der Einführung dieses neuen Heizverfahrens große Ersparungen machen. In der Beschreibung der Abbildungen Fig. 1, 2 und 3 Tab. IV und Fig. 5 Tab. V zeige ich die Anwendung, welche ich von meinem Verfahren zur Concentration des Zuckersafts machte.

Eine ähnliche und dieselben Vortheile gewährende Anwendung läßt sich von den brennbaren Gasen bei jeder Abdampfung und Concentrirung von Flüssigkeiten machen; so werden die Destillateurs, die Fabrikanten chemischer Producte, die Münzanstalten welche auf nassem Wege scheiden, nicht nur viel Brennmaterial ersparen, sondern ihre Geräthschaften werden auch weniger abgenützt werden. Die in diesen Industriezweigen gebräuchlichen Platingefäße werden keine ungleiche Ausdehnung mehr erfahren, beim Heizen keine Stöße mehr erleiden oder durch die Einwirkung der Asche Löcher bekommen, was lauter Ursachen ihrer baldigen Zerstörung sind.

Die Färbekunst darf ich nicht mit Stillschweigen übergehen; der Färber muß die Temperatur seiner Kessel in der Gewalt haben, wozu ihn mein Verfahren vollkommen befähigt. Seine Kessel werden eingesetzt wie in Fig. 1 und 3 Tab. IV bei J gezeigt ist.

Die Bleigießer, überhaupt alle Arbeiter, die sich eines beweglichen Feuerraums oder des Löthrohrs bedienen, werden in den Fig. 6 und 7 Tab. V abgebildeten Vorrichtungen eine hinlänglich intensive und leicht bewegliche Wärmequelle finden.

Es lassen sich innerhalb der Gränzen dieser Abhandlung nicht alle Industriezweige besprechen, welche sich mit Vortheil dieser neuen Anwendungsweise der Brennstoffe bedienen würden; ich wähle die Zuckerfabrication, die Erzeugung des Wasserdampfs und die Behandlung der |193| Zinkerze, um durch diese Beispiele die Anwendung des neuen Heizsystems zu erläutern.

III. Anwendung der brennbaren Gase zur Fabrication des Rohr- und Runkelrübenzuckers und zur Zuckerraffinerie.

Die Behandlung der Zuckergewächse hat zum Zweck, allen darin enthaltenen Zucker auszuziehen; diese Arbeit unterliegt Schwierigkeiten, welche bisher noch nicht vollständig besiegt wurden.

Die erste und wichtigste ist, die zuckerhaltige Flüssigkeit rasch auf den zu ihrer Krystallisation erforderlichen Concentrationsgrad zu bringen unter Vermeidung von Schwankungen in der Temperatur, wodurch der krystallisirbare Zucker leicht in unkrystallisirbaren Zucker verwandelt wird. Dieses Gleichbleiben der Temperatur vom ersten bis zum letzten Stadium der Fabrication und die Raschheit der Abdampfung machen zum großen Theil die Kunst aus, das größtmögliche Ergebniß an krystallisirtem Zucker zu erhalten und die Anwendung der brennbaren Gase entspricht diesen Anforderungen auf eine eben so wirksame als ökonomische Weise.

Die gegenwärtige Zuckerfabrication auf den Colonien beruht auf einem groben Irrthum, nämlich dem, die Verdampfung mittelst der im Zuckerrohr enthaltenen Holzfaser bewerkstelligen zu wollen. Die gewöhnliche Zusammensetzung des Zuckerrohrs ist sehr nahe

Zucker 18
Holzfaser 10
Wasser 72
––––
100

Um allen Zucker zu erhalten, müßten also 10 Kilogr. Holzfaser 72 Kilogr. Wasser in Dampf verwandeln oder 46,800 Wärme-Einheiten entwickeln können. Nun wissen wir aber, daß 1 Kilogr. an der Luft getrockneter Holzfaser, welche noch 20 Proc. Wasser enthält, nur 2,945 Wärme-Einheiten entwickeln kann; folglich können die 10 Kilogr. ausgepreßten Zuckerrohrs, welche aus Holzfaser bestehen, auch der Theorie nach nur eine 29,450 Wärme-Einheiten oder 45 Kilogr. entsprechende Quantität Wassers verdampfen, die ihren verhältnißmäßigen Antheil, nämlich 6 Kilogr. Zuckers liefern werden. Anzunehmen, daß 29,450 Wärme-Einheiten ihren theoretischen Nutzeffect hervorbringen, ist aber eine ganz willkürliche Voraussetzung; denn wir sahen oben, daß derjenige Wärmeverlust in den gewöhnlichen Oefen, welcher durch Einführung |194| unnützer Luft verursacht wird, allein schon über 21/45. der theoretischen Ziffer beträgt. Diese Thatsache auf das ausgepreßte Zuckerrohr angewandt, ergibt als Anschlag des Verlustes 13,743 Wärme-Einheiten; sonach bleiben uns als nutzbringend 15,707 Wärme-Einheiten übrig, die 24 Kilogr. Wasser verdampfen könnten, wodurch 3,33 Kilogr. Zuckers erhalten würden. Nun ist aber bekannt, daß die Pflanzer 5 bis 6 Kilogr. Zucker erhalten; sie haben demnach in dem ausgepreßten Zuckerrohr noch andere Brennstoffe als die Holzfaser, welche 13,743 Wärme-Einheiten entsprechen; dieser Mehrbetrag kann nur das Product von Kohlenwasserstoffen seyn, welche durch Zersetzung des Zuckers entstehen, der im ausgepreßten Rohr zurückbleibt. Diese Betrachtungen zeigen klar, daß die Holzfaser des Zuckerrohrs selbst nach der Theorie nur 29/46 des zur Behandlung des Saftes nothwendigen Wärmestoffs zu liefern vermag. Von der größten Wichtigkeit ist daher für die Colonien ein wohlfeiles Heizsystem, welches ich in der Anwendung der Gase nach meiner Methode gefunden habe, denn die Kosten des Brennmaterials belaufen sich bei demselben für das Kilogramm Zucker nur auf 3 Centimes.

Die zweite Schwierigkeit, welche sich bei der Behandlung der zuckerhaltigen Gewächse ergibt, ist, allen Zucker auszuziehen, ohne daß er von stickstoffhaltigen Materien, wie Caseïn und Albumin, oder von stickstofffreien, wie Cerasin, Pectin und andern fremdartigen Körpern begleitet ist, welche außerdem von ihm durch die sogenannte Läuterung getrennt werden müssen – eine Operation, die unvermeidlich mit einem nicht unbeträchtlichen Zuckerverlust verbunden ist. Die dritte Schwierigkeit, auf welche der Fabrikant sein Augenmerk haben muß, ist, die in dem Organismus des Zuckerrohrs enthaltenen Wanzensäuren zu neutralisiren, ehe sie noch auf den krystallisirbaren Zucker einwirken und seine Verwandlung in Traubenzucker bewirken können.

Die unmittelbare Neutralisation der Säuren im Saft ist eine unerläßliche Bedingung jeder rationellen Behandlung des Zuckerrohrs; wenn man in eine Lösung reinen Zuckers eine äußerst kleine Quantität einer starken Säure, z.B. Schwefelsäure, bringt und die Flüssigkeit erhitzt, wie dieß mit dem aus dem Rohr gezogenen Saft geschieht, so verwandelt sich der aufgelöste krystallisirbare Zucker in Traubenzucker; nun zersetzen bekanntlich die Wanzensäuren die schwefelsauren Salze; daraus können wir folgern, daß in dem Organismus des Zuckerrohrs die Wanzensäuren eine von der Zuckersubstanz getrennte Stelle einnehmen, und wir müssen also den Satz aufstellen, daß jedes Fabricationsverfahren, wobei das Rohr zerquetscht, zerbrochen, plattgeschlagen, oder auf irgend eine Weise zerrissen wird, ein unvollkommenes ist, indem es |195| die Veränderung eines mehr oder weniger beträchtlichen Antheils krytallisirbaren Zuckers durch die Ergießung der Pflanzensäuren veranlaßt.

Das von den Wanzensamen Gesagte gilt auch von den stickstoffhaltigen Materien; ihre in den tropischen Gegenden rasche Zersetzung theilt sich dem krystallisirbaren Zucker, diesem höchst unbeständigen Körper, mit, welcher unter dem Einfluß der geringsten chemischen Kraft eine andere Anordnung der Molecule erfährt.

Die stickstofffreien nähern Bestandtheile des Zuckerrohrs müssen ebenfalls ausgeschieden werden, wenn die Krystallisation des Zuckers durch ihre Klebrigkeit nicht behindert werden soll.

Der Schluß, zu welchem ich durch diese Betrachtungen gelangte, wird durch eine auffallende Thatsache bestätigt. Auf Lousiana befallen frühe Fröste manchmal den letzten Theil der Ernte; dieß hat aber keinen Einfluß auf das Ergebniß, sofern es gelingt, die Campagne vor dem Thauwetter zu beendigen; tritt hingegen während der Fabrication eine Temperatur-Veränderung ein, so erleidet der Fabrikant namhafte Verluste. Da nun die unmittelbare Einwirkung des Frostes ohne Einfluß auf den Zucker bleibt, so muß die erwähnte Erscheinung ihre Erklärung in einem mittelbaren Einfluß finden. Dieser besteht darin, daß das Wasser durch den Frost sich ausdehnt; das die Zellen des faserigen Gefäßgewebes erfüllende Wasser nimmt bei seiner Ausdehnung plötzlich einen größern Raum ein und bricht folglich die Zellen durch, aus welchen das innere Gefüge des Zuckerrohrs besteht; so lange der feste Zustand dieser Körper fortdauert, hat dieses Durchbrechen keine Folge; sobald aber die Temperatur-Veränderung sie in ihren vorigen Zustand zurückversetzt, findet sogleich eine Ergießung durch die desorganisirten Gewebe hindurch statt und sofort beginnt die nachtheilige Veränderung des Zuckers, deren traurige Folgen der Pflanzer erfahren muß. Die gegenwärtigen Fabricationsmethoden wirken aber gerade so wie der Frost; sie vermengen, was die Natur sorgfältig trennte, sie machen complicirt, was ursprünglich einfach ist; man kommt dabei auf den Ausgangspunkt, das zuckerhaltige Wasser, erst dann zurück, wenn der größte Theil des Zuckers durch eine Reihe übelverstandener Operationen schon zerstört ist. Wegen des Vorhandenseyns dieser heterogenen Substanzen im Saft des Zuckerrohrs und der Runkelrübe glaubte man einen kostspieligen Apparat anwenden, ein besser unterrichtetes, und folglich auch zu größern Ansprüchen berechtigtes Personal unterhalten zu müssen; endlich haben nach großen Opfern diese complicirten Siede-Einrichtungen den Pflanzer dahin gebracht, daß er nicht die Hälfte des Zuckers gewinnt, welchen die Natur im Zuckerrohr uns zu Gebote stellt.

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Der Pflanzer kann mit seinen alten Geräthschaften dasselbe Product erhalten, vorausgesetzt daß er dieselbe Sorgfalt dabei anwendet, welche die neuen Apparate erheischen. Nach meiner Ueberzeugung sind eine Veränderung der Geräthschaften und große Ausgaben nur dann zu rechtfertigen, wenn aller oder beinahe aller in der Pflanze enthaltene Zucker dadurch gewonnen wird, dessen Quantität aber je nach der Beschaffenheit des Bodens und der Sorgfalt, die der Cultur gewidmet wird, verschieden ist.

Dieses wichtige Resultat kann aber nimmer durch die Verbesserung eines im Sinne der gegenwärtigen Fabrication construirten Apparats erhalten werden, indem, wie ich oben bewies, dieses Verfahren in seiner Wesenheit fehlerhaft ist. Ich hütete mich also wohl, diesen Weg einzuschlagen; dagegen bemühe ich mich, den von der Natur eingeführten Haushalt unter den nähern Bestandtheilen des Zuckerrohrs zu beachten; ich lasse dieselben in ihren respectiven Lagerungen im Gefäßgewebe, wo ich sie mittelst einer Wärme von 100° C. und Aetzkalks oder einer sehr kleinen Menge basisch-essigsauren Bleies den Reactionen unterziehe, die erforderlich sind, um alle, den Zucker im Rohr umlagernden fremdartigen Körper unauflöslich und unwirksam zu machen. Die Anwendung des Kalks zu dieser Einwirkung nöthigt mich später Knochenkohle zu benutzen, um die Flüssigkeit von dem Ueberschuß an dieser Basis wieder zu befreien, während die Anwendung des basisch-essigsauren Bleies, welche die gewünschten Wirkungen kräftiger und vollkommener hervorruft, die nachherige Behandlung der Flüssigkeiten mit Schwefelwasserstoff erheischt, um sie von dem in Ueberschuß zugesetzten Bleisalz zu reinigen. Diese vorgängige Einwirkung auf äußerst dünne Rohrscheiben angewandt, läßt allen Zucker unversehrt zu meiner Disposition, insofern ich das Rohr zertheilte, ohne es zu zerreißen oder zu beschmutzen. Es bleibt nun nichts mehr zu thun übrig, als die Auflösung des Zuckers durch jedes Mittel, welches seine Krystallisirbarkeit nicht aufhebt, zu beschleunigen, dann die Abdampfung bis zur Kochprobe zu beschleunigen, um hierauf die Syrupe einer regelmäßigen Krystallisation zu unterwerfen.

Der Zucker kann natürlich bei diesem Verfahren seine kleinen Behälter durch die Wirkung der Endosmose und Erosmose nicht verlassen, weil jede Durchdringlichkeit und Zusammenziehbarkeit der Gewebe durch den ersten Act der Fabrication, das Coaguliren der fremdartigen näheren Bestandteile des Zuckerrohrs, paralysirt wird. Er kann daher nicht anders ausgezogen werden, als auf dem Wege der Auflösung, wozu die Zertheilung des Rohrs in möglichst dünne Scheiben vortheilhaft ist, |197| indem dadurch das Eindringen des Wassers in die zahlreichen in den Zellen hervorgebrachten Oeffnungen erleichtert wird.

Ich habe noch zu bemerken, daß dieselben Verfahrungsweisen auch bei der Runkelrübe anwendbar sind, um allen in ihr enthaltenen Zucker zu gewinnen.

Hiemit beschließe ich die Auseinandersetzung der mich leitenden Grundsätze und verweise hinsichtlich der Details der Ausführung auf die am Schlusse folgende Erklärung der Abbildungen.

IV. Anwendung der brennbaren Gase zur Erzeugung von Wasserdampf für Dampfmaschinen mit Niederdruck oder Hochdruck.

Drei Bedingungen müssen bei dem neuen System zur Erzeugung von Wasserdampf erfüllt werden:

1) die 1,598 Wärme-Einheiten, welche sich aus 1,077 Kilogr. Kohlenstoff bei seinem Uebergang in Kohlenoxyd entwickeln, müssen vom Wasser absorbirt werden;

2) das gebildete Kohlenoxydgas muß mittelst der erforderlichen Menge Luft, nämlich 2 Kubikmeter Sauerstoff und 7,615 Meter Stickstoff vollkommen verbrannt werden, so daß die 6,150 Wärme-Einheiten, welche sich bei seiner Verwandlung in Kohlensäure entwickeln, den größtmöglichen Nutzeffect auf das umgebende Wasser hervorbringen, und

3) dürfen die Verbrennungsproducte nicht früher entweichen als bis sie die Gebläseluft erwärmt haben.

Fig. 8, 9 und 10 auf Tab. V zeigen die Einrichtung eines diesen Bedingungen entsprechenden Dampferzeugers.

Der Brennstoff kommt in den Beschickungstrichter A und gelangt in den Körper des Dampferzeugers B hinab; der Trichter communicirt mit diesem innern Raume durch ein Schiebersystem, welches in der Erklärung der Abbildungen Fig. 4 Tab. IV und Fig. 11, 12 und 13 Tab. V beschrieben ist. Das Brennmaterial ist bei seiner Ankunft in C der Einwirkung der durch die Formen einblasenen Luft ausgesetzt; es verwandelt sich in Kohlenoxydgas und Wasserstoffgas, welche mit dem Stickstoff durch den röhrenförmigen Canal D streichen, der sie in den Körper des zweiten Theils des Dampferzeugers in E überführt. Der Raum B kann Brennmaterial in jedem Zustand der Feinheit aufnehmen; den Raum E aber darf man nur mit Brennmaterial in großen Stücken und im verkohlten Zustand beschicken. Die Stellung, welche die Röhre D bezüglich B und E einnimmt, hält sie immer mit Brennmaterial gefüllt. Der Raum E erhält seine Beschickung ebenfalls durch ein Schiebersystem. Das in E |198| ankommende Gasgemenge ist von den Producten der trockenen Destillation des Brennmaterials in B schon gereinigt, weil dieselben auf ihrem Weg nach E in der weißglühenden Region C verbrannt wurden. Am obern Theil von E tritt das Gemenge durch die Röhre F in den Reinigungs-Apparat G über, welcher in der Beschreibung der Abbildung Fig. 4 Tab. IV erklärt ist; es macht sich hier von dem Kohlenstaub frei, welchen es mitgerissen hatte; von da geht es durch H hinaus, um sich in die Verbrenner I zu begeben, wo das Kohlenoxyd – und Wasserstoffgas durch ihre innige Vermengung mit eingeblasener warmer Luft einer vollkommenen Verbrennung unterliegen.

Die durch die Röhren K austretenden Verbrennungsproducte vereinigen sich in dem gemeinschaftlichen Kasten L, L, wo sie durch die Tubulatur M einen Ausgang finden, um durch einen Vorstoß (in der Zeichnung nicht angegeben) in eine Schlangenröhre N, N... N oder in sonst eine Leitung mit großer Oberfläche geführt zu werden, welche zum Erwärmen eingeblasener Luft dienen kann.

Die Reinigung kann mittelst der eingeschobenen Tubulaturen R, R vorgenommen werden.

Die Verbrenner I erhalten die warme Luft durch die Leitung J, das brennbare Gas durch die Leitung H, welche von dem Reinigungs-Apparat ausgeht; ihre Construction ist auf das Princip der innigen Vermengung des Gases und der Luft mittelst Zertheilung und ihres Austritts in dünnen Schichten basirt. Die Details dieses Verbrenners sind in der Erklärung der Abbildungen Fig. 1, 2, 3 und 4 Tab. IV beschrieben. Das Wasser der beiden verbundenen Dampferzeuger B und E communicirt frei im untern Theil von einem zum andern (diese Communication ist in den Abbildungen nicht angedeutet) und durch die Röhren O, O im obern Theil von E. Zwei Röhren Q, Q setzen die Wasserhülle des Reinigers G in Communication mit derjenigen des Dampferzeugers B.

Der beschriebene Apparat kann auf verschiedene Weise abgeändert werden, ohne deßwegen den drei aufgestellten Bedingungen weniger zu entsprechen; so können die Röhren K horizontal in übereinanderliegenden Schichten angebracht werden, welche unter sich durch verticale Röhrenverbindungen communiciren; die Enden der horizontalen Röhren münden in die äußere Oberfläche des Dampferzeugers aus und werden mit aufgeschraubten Deckeln verschlossen, damit man die Röhren gut reinigen kann.

Der Reinigungs-Apparat G und die zweite Abtheilung des Apparats E werden weggelassen, wenn man als Brennmaterial einen kohlenstoffhaltigen |199| Körper benutzt, welcher bei der trockenen Destillation keine bituminösen Producte gibt, wie z.B. der Anthracit; in diesem Fall haben D und H direct miteinander zu communiciren und der Apparat wäre auf seinen einfachsten Ausdruck reducirt.

Man begreift leicht, daß bei diesem Dampferzeuger der Brennstoff den größten Nutzeffect hervorbringt; dieß geht schon daraus hervor, daß das Wasser die Media, in welchen der Brennstoff unvermeidlich einer vollkommenen Verbrennung unterliegt, von allen Seiten umhüllt, wozu noch die nützliche Anwendung der Verbrennungsproducte kommt. Bekanntlich ist die mittelbare Heizung der Seitenwand der gewöhnlichen Dampfkessel bei weitem nicht so wirksam als die unmittelbare Heizung durch die strahlende Wärme des Feuerraums und die Berührung der Flamme; betrachtet man den von mir vorgeschlagenen Apparat unter diesem Gesichtspunkte näher, so wird man finden, daß die indirecte Heizung auf ihr Minimum reducirt ist, die directe hingegen ihr Maximum erreicht.

Ich muß noch bemerken, daß das Erkalten durch die äußere Wand mittelst eines Mantels von gestoßener Kohle, der von einer hölzernen Hülle gehalten wird, unmerklich gemacht werden kann.

Die Verbrenner I dienen nach Art eines Rosts, um den Apparat in Thätigkeit zu sehen.

V. Anwendung der brennbaren Gase zur Behandlung gewisser Erze.

a) Zinkerze.

Jedermann kennt den Hohofen, worin die Eisenerze reducirt werden, um geschmolzenes Roheisen zu erhalten. Wenn diese Erze Zink, sey es im oxydirten oder im geschwefelten Zustand, enthalten, so kommt in das gewonnene Roheisen keine Spur dieses Metalls, sondern das Zink wird verflüchtigt. Ein Theil desselben zieht mit den gasförmigen Verbrennungsproducten durch die Gicht ab; ein anderer Theil desselben verdichtet sich, durch die letzten Beschickungen erkaltet, an den Ofenwänden, in der Höhe dieser Beschickung. Dieser zweite Theil oxydirt sich an der Luft, seine ringförmigen Ablagerungen nehmen zu und würden, wenn man sie nicht zu gehöriger Zeit entfernte, am Ende den Ofen verstopfen. Diese Ablagerungen werden unter der Benennung Ofengalmei (zinkischer Ofenbruch) in den Handel geliefert.

Nach Erwähnung dieser Thatsachen kann ich sogleich zur Beschreibung einer neuen Behandlung der Zinkerze mittelst der brennbaren Gase |200| schreiten, welche auf die einfachste und wohlfeilste Weise das größtmögliche Ergebniß liefert. Bringt man in den Hohofen Kohle, kohlensauren Kalk (Kalkstein) und solche Eisenerze, welche Zinkoxyd und Schwefelzink mit sich führen, so liefert er durch seinen Herd – Roheisen und Schlaken, und durch seine Gicht-Zinkdämpfe, die von der umgebenden Luft fortgeführt und verdichtet werden, ferner Gase, welche wenigstens noch 30 Proc. brennbarer Stoffe enthalten. Diese Producte entstehen durch die Einwirkung des eingeblasenen Sauerstoffs auf den Kohlenstoff, des Kohlenoxyds auf den Sauerstoff des Erzes und des Kalks, des Schwefels auf das Calcium, und endlich des bei der Oxydation des Kohlenstoffs frei werdenden Wärmestoffs, welcher bei allen diesen Reactionen energisch einwirkt. Die Erze anbelangend, so haben die relativen Mengenverhältnisse des Zinkoxyds oder Schwefelzinks und des Eisenerzes auf den Proceß im allgemeinen keinen Einfluß; sie bedingen lediglich das Quantum des Roheisens auf dem Herde und der in die Gicht aufsteigenden Zinkdämpfe. Wir können daher diese respectiven Quantitäten bis auf ihre äußersten Gränzen abändern und den Hohofen mit einem Gemenge beschicken, welches uns wenig Roheisen auf dem Herde, dagegen die größtmögliche Menge Zinkdämpfe in die Gicht liefert.

Wenn es mir daher gelingt, diese Zinkdämpfe durch eine die Oxydation verhindernde Anordnung direct in Platten oder Zainen aufzusammeln, so ist das Problem der ununterbrochenen Destillation der Zinkerze mit unmittelbarer Gewinnung des Metalls gelöst. – Nur ist die erste hiebei zu erfüllende Bedingung, die Gicht durch ein Schiebersystem zu verschließen, welches die Beschickung gestattet, ohne Gas austreten zu lassen. Ist diesem Erforderniß genügt, so hat man zweitens zu verhindern, daß die Zinkdämpfe bis an die Region der neuen Beschickungen gelangen, weil sie, wie gesagt, bei deren Berührung abgekühlt und verdichtet würden, was bald eine so bedeutende Ablagerung derselben zur Folge hätte, daß der Gang des Ofens gehemmt wäre. Diese Dämpfe müssen daher nothwendig in den untern Theilen gesammelt werden; da es mir nun frei steht, die Destillation des Zinks, die Schlackenbildung, das Schmelzen des Roheisens, die Erzeugung der Kohlensäure und des Kohlenoxyds in den Regionen zwischen den Formen und der obern Gränze der Rast zu concentriren, und es sogar von Nutzen ist, wenn die Zinkdämpfe nicht in den Schacht gelangen, so ist es sachgemäß, diesen Dämpfen da einen Ausgang zu verschaffen, wo die Rast aufhört und der Schacht anfängt. Zu diesem Behufe verengere ich den Schacht an seinem unteren Theil plötzlich in der Art, daß seine erste Steinschicht gegen die Rast bedeutend hervorspringt. Die |201| den Schacht anfüllenden Beschickungen werden folglich auf ihrem Weg durch diese Verengung dichter zusammentreten und ihn hinreichend verschließen, daß die Zinkdämpfe nicht hindurchtreten können; ferner bildet sich durch diese Construction ein von Beschickung leerer Raum im obern Theile der Rast, in welchem die Zinkdämpfe und brennbaren Gase sich um ihre Austrittsöffnung herum ansammeln können. Sie sehen dann ihren Weg durch eine gußeiserne Röhre fort, die mittelst eines Wasserstroms abgekühlt wird, welcher so schwach gewählt werden kann, daß er das Zink nur auf den flüssigen Zustand condensirt, so daß man den mit einem Abstichloch versehenen Recipient desselben mit einer Zainform in Verbindung setzen kann.

Auf diese Weise erhalte ich direct Zink in metallischem Zustande. Die Gasproducte begleiten das Zink bis in seinen Recipient, wo sie keinen andern Ausgang finden, als eine Röhre, die sie in den Verbrenner eines Röstofens leitet. Die in dem Verbrenner ankommenden brennbaren Gase dürfen nicht mit Zinkdämpfen beladen seyn; sie müssen daher unter 360° C. abgekühlt worden seyn; im Verbrenner zertheilen sie sich in dünne Gasschichten, deren jede eine Schicht eingeblasener Luft erhält; es bildet sich ein inniges Gemenge, was eine vollständige Verbrennung alles brennbaren Gases zur Folge hat.

Da das Quantum des von dem Apparat gelieferten Gases den Bedarf des Röstofens weit übersteigt, so kann man einen Theil desselben ableiten, um damit einen Dampfkessel zu heizen, wenn man keine Wasserkraft zu Gebote hat.

Der Röstofen und der Zinkofen müssen vor jeder Feuchtigkeit gesichert werden. Der zu meinem Apparat gehörige Röstofen besteht aus vier Herden und einer gußeisernen Platte; die Flamme und die Verbrennungsproducte erhitzen diese fünf Flächen hinlänglich, ehe sie durch den Kamin entweichen; das Erz gelangt von der einen zur andern in der umgekehrten Richtung, damit auch die letzten Antheile von Schwefel noch ausgetrieben werden müssen.

Mit dem Zinkerz (Galmei oder Blende), welches in diesem Ofen gehörig geröstet worden ist, setzt man eine Beschickung zusammen, welche besteht aus:

1) geröstetem Zinkerz;

2) so viel Eisenerz als erforderlich ist, um ein Einfach-Schwefeleisen mit jenem Theil des Schwefels zu bilden, der nach dem Rösten im Erze vorhanden ist;

3) den erforderlichen Quantitäten Kalksteins, Kieselerde und Thonerde, um ein leicht schmelzbares Doppelsilicat zu bilden; dabei müssen |202| die in den Erzen und den Brennmaterialien schon enthaltenen erdigen Materien berücksichtigt werden;

4) ferner wird die erforderliche Menge Kalkstein zugesetzt, um wenigstens theilweise das erwähnte Einfach-Schwefeleisen zu entschwefeln, damit man im Herde eine bessere Qualität Roheisen erhält;

5) zwei Gewichtstheilen Kohlenstoff auf drei Gewichtstheile Erz; man nimmt hiezu Kohks, Holzkohlen oder anthracitartige Steinkohlen.

Vorstehende Betrachtungen genügen, um die neue Behandlung, welche ich einzuführen gedenke, verständlich zu machen. Durch die beigegebenen Abbildungen Fig. 11, 12 und 13 auf Tab. V, deren Erklärung am Schlusse dieser Abhandlung folgt, glaube ich aller weiteren Erläuterungen enthoben zu seyn. Ich überlasse es bei diesem Industriezweig Betheiligten Vergleiche zwischen dem alten Fabrications-Verfahren und diesem anzustellen und beschränke mich auf eine Bemerkung, welche mit der Chemie nicht vertrauten Hüttenmännern entgehen könnte. Bei dem gegenwärtig gebräuchlichen Verfahren erhält man bei weitem nicht alles Zink, welches das verarbeitete Erz enthält; erstens weil die Zinkdämpfe, welche sich an der freien Luft verdichten, zum Theil in Oxyd übergehen, welches bei feiner außerordentlichen Leichtigkeit sich in der Luft zerstreut; dann weil bei den jetzigen Methoden nur das als freies Oxyd im gerösteten Erze enthaltene Metall gewonnen wird, das als Zinksilicat vorhandene aber und das beim Rösten nicht entschwefelte Metall in den erdigen Rückständen am Boden der Retorten zurückbleiben. Der aus diesen zwei Ursachen entstehende bedeutende Verlust ist bei meinem System vermieden.

b) Eisenerze.

Vor 10 Jahren wurde ich beauftragt, zwei Kohks-Hohöfen in großen Dimensionen von 16,45 Meter (54 engl. Fuß) Höhe und 4,87 Meter (16 engl. Fuß) innerm Durchmesser (am Anfang des Schachts gemessen) zu erbauen. Ich beobachtete ihren Gang mehrere Jahre, wobei ich mich zum Ueberfluß überzeugte, daß die Hohöfen ihren erlangten Ruf bei weitem nicht verdienen. Ich erwähne nur des Verlustes in Folge der Entweichung des Brennstoffs im Gaszustand durch die Gicht; man nimmt heutzutage diesen Verlust, je nach dem Gange des Ofens, zu 60–80 Procent an. Ich habe aber diesem Apparat noch andere Vorwürfe zu machen, die nicht minder erheblich sind.

Erstens gibt er nur dann nervige Producte, wenn er mit Eisenerzen und Kohlenstoff bester Qualität gespeist wird; da aber diese Erz- und Brennstoffsorten nicht sehr verbreitet sind, und nur ausnahmsweise |203| zugleich an demselben Ort vorkommen, so kann das von den Hohöfen gelieferte Roheisen in der Regel nur von mittelmäßiger Güte seyn.

Dieses unvortheilhafte Resultat ist unvermeidlich bei einem Apparat, welcher eine unveränderliche Höhe hat, eine Rast mit fixer Neigung und einen constanten Wind, so daß also das Erz, in welcher Verbindung sich auch das Eisenoxyd darin befinden mag, denselben Raum in derselben Zeit durchläuft. Nun weiß man aber sehr wohl, daß die Reduction eine Temperatur und Zeit erfordert, welche der Verwandtschaft zwischen dem Eisen und den damit verbundenen, es vererzenden Körpern proportional sind; es tritt daher unaufhörlich der Fall ein, daß von dem eisenhaltigen Material ein Theil auf seinem Wege durch den Apparat sich zu früh, und ein anderer zu spät reducirt, um sich hierauf gehörig mit Kohlenstoff verbinden zu können; aus diesem Grunde erzeugt sich graues, halbirtes und weißes Roheisen. Diese Producte sind geschwefelt, arsen- oder phosphorhaltig, je nachdem eben einer oder der andere dieser Körper in die Zusammensetzung der Beschickung einging; denn ein Hohofen bewerkstelligt nicht alle Reactionen, die man gemeinschaftlich in der Absicht eintreten lassen will, um diese fremdartigen Körper sämmtlich in die Schlacken übergehen zu machen. Der Hüttenmeister verlangt vom Hohofen nichts, als daß er sich nicht verstopfen möge; er begnügt sich mit dem aus dem Herde kommenden Roheisen, wenn es auch schlecht, d.h. ohne Cohäsionskraft ist, falls sein Material Schwefel, Arsenik oder Phosphor enthält. Diese Betrachtungen berechtigen mich, einen Hohofen für eine barbarische, sogar unter geschickten Händen und ungeachtet des Opfers von 80 Proc. Kohlenstoff völlig ungeeignete Vorrichtung zu betrachten.

Ich schlage eine ganz andere Eintheilung der Arbeit bei Behandlung der Eisenerze vor. Ich setze voraus, daß die Eisenfabriken nicht etwa Roheisen, sondern rohe Eisenerze erhalten; diese werden in einem mehrfach zusammengesetzten Apparat behandelt, welcher aus einem Gaserzeuger besteht, wie sie schon beschrieben wurden, und aus einem Calcinir- und Röstofen, welcher nach Art des in Fig. 12 und 13 Tab. V gezeichneten construirt ist, endlich aus einem Flammofen, dessen Herd mit Kohle gefüttert ist. Alle diese Oefen müßten in entsprechender Anzahl vorhanden seyn; jeder dient zur Behandlung von Eisenerzen von einer gewissen Zusammensetzung. Der Gaserzeugungsapparat hätte die brennbaren Gase den Röstöfen, so wie den jetzt schon üblichen Puddelöfen zu liefern, welche Gase unter Druck durch eingeblasene Luft heiß darin verbrannt würden, indem die Gas und Luft zuführenden Röhren durch die von den Flammöfen entweichenden Verbrennungsproducte |204| erhitzt würden. Auf diese Weise wäre der zur Erzeugung der Wärme dienende Kohlenstoff von dem zur Reduction und Kohlenstoffung erforderlichen reinen Kohlenstoff getrennt; demnach kann ich als Heizmittel irgend einen Brennstoff ohne Rücksicht auf seine Beschaffenheit anwenden, und das bessere Brennmaterial zur Reduction und Kohlung versparen. Der Hüttenmeister ist also bei der Wahl des Brennmaterials durch die Natur und Menge der den Kohlenstoff begleitenden fremdartigen Substanzen nicht mehr behindert; sondern gibt derjenigen Sorte den Vorzug, die ihm für die geringsten Anschaffungskosten am meisten Wärmestoff liefert. Das Vorkommen von Schwefel, selbst als Schwefelkies, im Brennmaterial, ist auch kein Hinderniß mehr, denn die Beschickungen des Gaserzeugers brauchen dann nur mit fein gepulvertem kohlensaurem Kalk bestreut zu werden, damit der Schwefel als Schwefelcalcium in die Asche übergeht. Von reinem Kohlenstoff zur Reduction und Kohlenstoffung braucht man aber so wenig, daß man sich denselben leicht verschaffen kann, ohne auf die Marktpreise einzuwirken.

Ich komme nun an die Anwendung der beiden andern Oefen, an den Röstofen und den Flammofen.

Die eisenhaltigen Körper werden nach ihrer Zusammensetzung eingetheilt, um das Schmelzen des Eisens und eine schmelzbare Verbindung zwischen allen Substanzen zu erhalten, welche das Erz chemisch gebunden oder bloß beigemengt enthält. Diese Classification der Eisenerze nach den anzuwendenden Flüssen (Schmelzmitteln) ist in der Metallurgie wohlbekannt; ich brauche daher nicht näher darauf einzugehen. Die eisenhaltigen Körper werden zu einem unfühlbaren Pulver gestoßen und kommen sodann in den Calcinir- und Röstofen; dieser (nach den bezüglich Fig. 12 und 13 Tab. V gegebenen Erläuterungen construirte) Ofen besteht aus einer Reihe großer Muffeln, die übereinander aufgestellt werden. Diese Construction entspricht den verschiedenen Zwecken, die man beim Calciniren und Rösten zu erreichen beabsichtigt, wozu auch das Austreiben des chemisch gebundenen Wassers gehört; der Luftzutritt findet dabei leicht statt, ohne brennbare Dämpfe, weil man die Thätigkeit des Verbrenners zu reguliren, folglich die Gase mit Ueberschuß an atmosphärischem Sauerstoff zu verbrennen im Stande ist; alle kleinsten Theilchen (Molecüle) kommen nach und nach mit der atmosphärischen Luft in Berührung, weil das Erz beständig umgerührt werden muß, damit es die verschiedenen Herde in der umgekehrten Richtung der Verbrennungsproducte durchläuft; diese Construction gestattet die Hitze am Anfang der Röstung nach Belieben zu sparen und in |205| dem Maaße zu erhöhen, als die Entwickelung von Dämpfen bei niederer Temperatur nachläßt. Deßhalb eignet sie sich auch besonders zum Rösten der Schwefelmetalle; denn nachdem aller Schwefel, welcher unter dem Einfluß einer allmählich bis zum Rothglühen gesteigerten Temperatur verjagt werden kann, ausgetrieben ist, kann die Schwefelsäure des entstandenen schwefelsauren Eisens durch Anwendung kohlensauren Ammoniaks auf dem letzten Herd als schwefelsaures Ammoniak ausgetrieben werden. Die ammoniakalischen Producte sind gegenwärtig im Handel so verbreitet und so wohlfeil, daß man sich wundern muß daß dieses kräftige Entschwefelungsmittel noch nicht angewandt worden ist. Auch eignet sich diese Construction eben so gut zur Behandlung der Arsen- und Schwefelarsenverbindungen, indem sie den Zusatz von Kohle in Pulverform behufs der Reduction der arseniksauren Salze, die innige Vermengung des Kohlenpulvers mit dem Erze, die darauffolgende Röstung, und endlich die Wiederholung aller dieser Operationen erleichtert. Die so behandelten arsenhaltigen Erze können eine gute Qualität Stab- und Roheisen liefern, während man in einem Hohofen nur sehr mittelmäßiges Roheisen aus ihnen gewinnen kann, weil der Arsenik im Hohofen gänzlich in das Roheisen übergeht, ohne daß Spuren davon in den Schlacken zurückbleiben.

Nach dieser vorläufigen Behandlung versetzt man die Erze mit dem ihrer Zusammensetzung entsprechenden Fluß (in Pulverform) und mit dem zur Reduction des rothen Eisenoxyds erforderlichen Kohlenpulver. Diese wohlgemengten Substanzen werden, in nacheinanderfolgender regelmäßiger Beschickung, in den Flammofen gebracht, auf dessen mit Kohle gefütterten Herd sie durch einen in der Kuppel angebrachten Trichter herabfallen. Das Eisenoxyd wird auf demselben durch die Einwirkung der Kohle und der Hitze mittelst Cementation reducirt und die fremdartigen Substanzen, mit welchen es chemisch verbunden oder bloß vermengt ist, gehen mit den Flußmitteln eine schmelzbare Verbindung ein, weil man die zur Erreichung dieses Zwecks dienlichste Mischung gewählt hat.

Hinsichtlich der Eisenerze, welche phosphorsaure Salze enthalten, muß ich bemerken daß, da man keine Verstopfungen zu befürchten hat, dieses Verfahren die Kieselerde des beschickten Erzes genau auf ihr Minimum zu beschränken gestattet; man kann daher den alkalischen Basen, welche zur Schlackenbildung dienen, eine sehr thätige Rolle zuwenden, damit sie sich aller Phosphorsäure bemächtigen, ehe noch die Wirkung der Cementation einen Theil dieser Säure reducirt hat; sie geht daher gänzlich in die Schlacken über und wird auf die Qualität |206| des Eisens nicht den geringsten nachtheiligen Einfluß ausüben – ein Resultat, welches in einem Hohofen nicht erreicht werden kann.

Das Eisen wird in Luppen gesammelt und wenn es aus dem mit Kohlen gefütterten Ofen kommt, der gewöhnlichen mechanischen Behandlung unterworfen. Will man Roheisen erzeugen, welches sich zum Formenguß eignet, so verstärkt man das Quantum des Kohlenstoffs in der Möllerung und setzt die Operation so lange fort, bis die Kohlenstoffung unter dem doppelten Einfluß des Kohlengestiebes und des beigemengten Kohlenstoffs vollkommen bewerkstelligt ist; hierauf läßt man das Roheisen durch einen im Herd angebrachten Abzug auslaufen.

Ich weiß wohl daß man an verschiedenen Plätzen des Continents Untersuchungen über die Anwendung der Gichtgase von mit Holzkohle oder Kohks betriebenen Hohofen angestellt hat, sowie mit den Gasen welche aus den Kaminen der mit Steinkohlen geheizten Puddelöfen entweichen; ich habe aber nirgends gelesen, daß man die Unzweckmäßigkeit der Hohöfen zum Ausschmelzen der Eisenerze erkannt und ein dem meinigen analoges Verfahren eingeschlagen hat.

c) Kupfererze.

Die Kupfererze können auf ähnliche Weise wie die Eisenerze vortheilhaft und mit der Gewißheit, das größtmögliche Ergebniß zu erhalten, behandelt werden.

Die Reinigungs- und Reductionsmittel müssen der Zusammensetzung der Gangart und der Verbindung, in welcher sich das Kupfer befindet, entsprechend gewählt werden.

(Der Beschluß folgt im nächsten Heft.)

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