Titel: Walkhoff's selbstthätiger Glühofen.
Autor: Walkhoff, Louis
Fundstelle: 1861, Band 162, Nr. VIII. (S. 24–31)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj162/ar162008

VIII. Louis Walkhoff's patentirter selbstthätiger Glühofen zum Wiederbeleben der Knochenkohle in Zuckerfabriken.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Die Glühöfen zum Wiederbeleben der Knochenkohle in den Rübenzuckerfabriken bestehen größtentheils aus gußeisernen Röhren (von runder, ovaler oder flachgedrückter Form), die in senkrechter oder mehr oder weniger liegender Stellung der Flamme und der heißen Feuerluft ausgesetzt werden, damit die darin befindliche Knochenkohle durch Einwirkung der Glühhitze und Verkohlung der in ihren Poren aus den Zuckerlösungen aufgenommenen organischen Verbindungen, welche durch den Gährproceß nicht vollständig zerstört wurden, wieder fähig, ähnliche Stoffe zu absorbiren, d.h. „wiederbelebt“ werde. Diese Röhren sind unten mit einer Klappe oder einem Schieber versehen, welchen der Arbeiter zu bestimmten, ihm fixirten Zeiten zu öffnen hat, um einen gewissen Theil Knochenkohle „abzuziehen.“ Dieses „Abziehen“ von gewöhnlich 10 Pfd. Kohle geschieht alle 15 bis 30 Minuten, je nach der Menge Kohle, deren der Fabrikant benöthigt ist und welche der vorhandene Glühapparat liefern muß.

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Es ist einleuchtend, daß wenn der Arbeiter einmal in 15, ein andermal in 30 Minuten Kohle abzieht, ohne dem entsprechend zu feuern, was gar nicht so genau ausführbar ist und auch nicht in der intellectuellen und praktischen Fähigkeit des Heizers liegt, daß dann die Kohle abgezogen werden kann und auch wirklich abgezogen wird, nachdem sie ganz verschiedenen Graden der Glühhitze ausgesetzt war. Ich fand dieselbe zu verschiedenen Zeiten in den jetzt allgemein gebräuchlichen Oefen, unter anscheinend denselben Umständen und in renommirten Zuckerfabriken einmal bei 300° Reaumur (375° C.) und ein andermal wieder bei 200° R. (250° C.) abgelassen, so daß eine Differenz von 100° R. (125° C.) stattfand.

Von diesem factischen Vorgange kann man sich sehr leicht überzeugen, wenn man ein Gauntlett'sches Pyrometer1) zur Controle der Arbeit eines Ofens benützt. Da dieses Pyrometer die wechselnde Temperatur aufschreibt und die Zeit dabei bemerkt, so hat der Zuckerfabrikant, indem er das Pyrometer in ein mit Kohle gefülltes Rohr senkt und während des Glühens darin läßt, eine fortlaufende Controle über den wirklichen Stand der Dinge, die er Schwarz auf Weiß nach 24 Stunden dem Arbeiter vorhalten kann, um ihn zu überführen, daß er schlecht gearbeitet hat.

Ich füge in Fig. 8 eine solche Controle während 24 Stunden bei, aus der deutlich zu ersehen ist, mit welcher Unregelmäßigkeit die Knochenkohlen effectiv geglüht werden. Die Zahlen rechts bedeuten die Stunden von Abends 8 bis Morgens 8 Uhr; die Zahlen unten bedeuten die Temperaturen nach Fahrenheit und Reaumur. Sobald Kohle unten abgezogen wird, geht die Temperatur zurück, da kältere Knochenkohle oben nachsinkt; dann erhöht sich die Temperatur und beim nächsten Ziehen wiederholt sich dasselbe Spiel. Die Temperaturgrade werden nun von einem Bleistift continuirlich aufgezeichnet, daher die Striche hin- und hergehen, was ein jedesmaliges Ziehen andeutet. Hiernach wird die Zeichnung Fig. 8 wohl verständlich seyn.

Aus dieser mechanischen Aufzeichnung ersieht man zugleich, wie oft per Stunde „gezogen“ ist und der betreffende Arbeiter ist daher unter der strengsten Controle. Leider kann dieselbe aber nur in einem Cylinder angebracht werden und der Arbeiter strengt sich dann an, diesen regelmäßig zu bedienen, während die übrigen Cylinder jeder Controle entgehen. Dieß dürfte deutlich erhellen, wenn man die Tabelle Fig. 9 betrachtet, welche im Verhältnis zur ersten schon bedeutend regelmäßiger ist, besonders was die Zeit des Abziehens (dreimal per Stunde) anbelangt. Dasselbe |26| Tableau zeigt aber zugleich, daß beim besten Willen die Temperatur mehr oder weniger verschieden ist und immer noch bedeutenden Schwankungen, hier von 40 Graden Reaumur unterliegt.

So interessant und lehrreich derartige Aufzeichnungen nun aber auch sind, was hilft es dem Fabrikanten, wenn er nach 24 Stunden die Ueberzeugung erhält, daß das Glühen höchst unregelmäßig war? Es ist einleuchtend, daß hier nicht mehr der Arbeiter die Schuld trägt, sondern eine mangelhafte Organisation der Glühapparate: durch die größte Aufmerksamkeit bei Bedienung eines solchen Ofens ist der Arbeiter nicht im Stande, jene Schwankungen zu vermeiden, da einestheils die Kohle nicht stets im vollkommen gleichem Zustande der Trockenheit und Wärme von vorn herein dem Glühapparate übergeben werden kann, anderntheils die Glüh-Röhren mehr oder weniger vom Feuer entfernt stehen, dessen Zug selten so vollkommen gleichmäßig zu vertheilen ist, daß jeder derselben die absolut gleiche Wärmemenge zugeführt werde.

Da nun bei den gewöhnlichen Heizungen die Temperatur der Feuerluft in den verschiedenen Zeiten variirt, je nachdem eben erst gefeuert oder das Meiste niedergebrannt ist, und je nachdem mehr oder weniger Brennstoff in höheren oder niederen Schichten aufgegeben wird, so ist es wohl leicht erklärlich, daß hiebei gar keine Garantie geboten ist stets vollkommen gleichmäßig geglühte Kohle zu erhalten.

Nun hängt aber die Wirkung der Knochenkohle (besonders in Bezug auf Entfärbung) sowohl im Anfang als hauptsächlich später wesentlich von dem Grade ab, bei welchem die Kohle geglüht wurde.

Die Erfahrung lehrt, daß Kohle bei 500° Fahr. (260° C.) geglüht, nur eine höchst mangelhafte Entfärbung bewirkt, während eine Hitze von 650° F. (344° C.) der niedrigste Grad zu seyn scheint, bei dem man ein praktisch zufriedenstellendes Resultat erhält. Eine Temperatur von 700° F. (371° Celsius) gab stets den entschieden besten Effect. Dieß ist wichtig, besonders für Raffinerien und ich rathe daher, gestützt auf vielfältige Erfahrung, diesen Grad der Glühhitze beim Glühen der Knochenkohle anzuwenden.

Nachdem ich zu dieser Ueberzeugung gekommen war und das Mangelhafte der gebräuchlichen Glühöfen hinlänglich erkannt hatte, bemühte ich mich, an derartigen Oefen eine Aenderung dahin zu treffen, daß die Knochenkohle unter allen Umständen die von dem Fabrikanten gewünschte beliebige Temperatur annehmen muß, ehe sie den Glühapparat verläßt und daß der Arbeiter dabei ganz unbetheiligt ist, so daß er beim Ziehen von der unerträglichen |27| Hitze, welche von den Abkühlcylindern ausströmt, nichts mehr zu leiden hat.

Wenn ein Arbeiter „abzieht“ und z.B. alle 15 Minuten dieß zu vollbringen den Auftrag hat, so dauert das Ziehen von 30–50 Cylindern doch immer einige Minuten, welches sich in einer Stunde mehrmals und in einer Tag- und Nachtarbeit sehr oft wiederholt, so daß die Oefen jetzt selten ihre theoretisch mögliche Leistung erfüllen.

Eine dieser Verbesserungen, die auch bei alten Oefen anzubringen ist,2) beruht auf der verschiedenen Ausdehnung der Metalle bei höheren Hitzegraden. Die Röhren oder Cylinder sind von Gußeisen. Bringt man nun inwendig in der Mitte oder gleichweit von den Seiten entfernt, ein dünnes Rohr oder einen Stab von Messing an, wobei es von Kohle ganz umgeben ist (und sich am entferntesten Punkte von den die Hitze transmittirenden Flächen befindet), so muß letzteres ohne Zweifel die Temperatur der Kohle annehmen, die es unmittelbar umgibt, und dabei dehnt es sich aus. Wird dann die Kohle unten abgelassen und sinkt oben kältere Kohle nach, so sinkt die Temperatur, wie aus obigen Aufzeichnungen ersichtlich, um 50° R. und mehr. Diese Temperatur-Differenz, welche auf das Messingrohr zusammenziehend und ausdehnend wirkt, steht uns also zu Gebote, um damit zu operiren. Bringt man nämlich dieses Rohr oder diesen Stab durch den Kühlcylinder hindurch mit der Klappe oder dem Schieber in Verbindung, so wird sich derselbe in dem Grade öffnen oder schließen, als sich das Messing mehr oder weniger ausdehnt wie das Gußeisen.

Vermehrt man dann noch durch Hebel oder dergl. diese Größe, so hat man es ganz in der Gewalt, dem Austritt der Kohle mehr oder weniger Spiel zu geben. Da derselbe nur von der Temperatur abhängt, so muß selbst die innerste Schichte der Kohle stets einen gewissen Grad von Hitze erlangt haben, ehe sie in Folge der durch dieselbe hervorgerufenen Ausdehnung der Messingröhre abgelassen werden kann. Ursache und Wirkung stehen also hier in unmittelbarer Wechselwirkung.

Selbstverständlich braucht das Metall nicht gerade Messing zu seyn, man könnte auch z.B. Kupfer anwenden, es ist aber bekannt, daß Messing den größten Ausdehnungscoefficienten hat und deßhalb den Vorzug verdient. Ziemlich gleichgültig ist die Form, in der das Messing dazu angewandt wird; dasselbe kann ein einfacher oder mehrfacher Draht, oder ein flaches längliches Stück, oder auch eine Röhre seyn, die z.B. in den |28| stehenden Cylindern vortheilhaft benutzt werden kann, wo sie zugleich den Kern ersetzt.

Daß ein solcher mechanischer oder selbstthätiger Ablasser bei jeder Construction continuirlich wirkender Oefen angewendet werden kann, er mag aus runden oder flachgedrückten, geradstehenden oder mehr oder weniger geneigten Röhren bestehen, ist einleuchtend.

Obschon man den Ausdehnungscoefficienten des Messings ganz genau kennt und sich die Wirkung darnach berechnen ließe, so bin ich doch auch empirisch vorgegangen und habe gefunden, daß ein Rohr von 7' Länge unter diesen Bedingungen (nach den gewöhnlichen Schwankungen der Temperatur in Glühöfen) sich um 1 Millimeter ausdehnt und zusammenzieht. Diese unscheinbare Verlängerung genügt, um bei 10 bis 20facher Uebersetzung (je nach der Körnung der Kohle) eine genügende Oeffnung zu geben, während eine 3/4'' = 30 Millimeter breite Oeffnung des unteren Loches bei nicht zu grober Kohle ausreichend ist. Ich bemerke nur noch, daß das Loch nicht zur Seite, sondern unten angebracht seyn muß, so daß die Kohle immer unten herausläuft und sich nicht stopft.

Jeder so veränderte Ofen arbeitet dadurch:

1) in der That continuirlich, kann mithin seine vollkommene theoretische Leistung entwickeln, liefert also eine höhere Leistung ohne vom Arbeiter abzuhängen;

2) ohne den Arbeiter beim Ziehen durch Wärme zu belästigen, da diese Operation ohne seine Mitwirkung bewerkstelligt wird; das Glühen ist also dem Einflusse des Arbeiters ganz entrückt;

3) so regelmäßig, daß die Knochenkohle stets bei vollkommen gleicher Temperatur den Glühapparat verläßt, der Zuckerfabrikant mithin überzeugt seyn kann, daß die Kohle in der Filtration so gut arbeite, als es überhaupt möglich ist;

4) derart, daß der Fabrikant durch Aenderung der Hebel und dgl. die Knochenkohle beim Glühen jeder beliebigen Temperatur, je nach seinem Gutdünken, aussetzen kann;

5) daß die Feuerung keinen andern Einfluß mehr auf den Ofen ausübt, als daß er wenig Kohle liefert, wenn wenig gefeuert wird, da die Kohle den Glühapparat nicht eher verlassen kann, als nachdem sie die Temperatur angenommen hat, die der Dirigent wünschte; die Menge producirter Kohle steht daher in directem Verhältnisse zur Stärke der Feuerung, die dadurch controlirt wird. Auf die Qualität der Kohle (insoweit selbige durch das Glühen überhaupt bedingt wird) hat aber die Feuerung gar keinen Einfluß mehr, da die Kohle nur bei der bestimmten Temperatur den Apparat verläßt;

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6) gewährt diese Anordnung den Vortheil, daß der Zustand der Kohle, in welchem sie zum Glühofen gelangt, ohne jeden Einfluß auf die Temperatur bleibt, bei der die Kohle geglüht wird.

Man könnte auch eine Vorrichtung an den besprochenen Röhren anbringen, welche, ohne den Schieber unten zu öffnen, nur anzeigt, wann die Kohle die verlangte Temperatur angenommen hat. Sie würde lediglich in der Anwendung eines Stabes (Rohres) bestehen, durch dessen Ausdehnung bis zu einem gewissen Punkte ein Wecker in Thätigkeit gesetzt wird, um den Zeitpunkt anzudeuten, in welchem die Knochenkohle vom Arbeiter gezogen werden muß.

Zur Würdigung der Vorwürfe, welche den Knochenkohle-Wiederbelebungsöfen in den Zuckerfabriken im Allgemeinen gemacht werden.

Man macht den gebräuchlichen Glühöfen hauptsächlich den Vorwurf, daß beim jedesmaligen Glühen der Kohle ein Verlust an Kohlenstoff veranlaßt wird. Daß ein Verlust an Kohlenstoff oder eine Verringerung der Güte des Products beim Glühen in hohen Temperaturen stattfindet, ist nicht zu bezweifeln. Daran scheint mir aber nicht die Construction der Glühapparate Schuld zu seyn, sondern die Art wie man sich ihrer bisher bediente; der Heizer zog nämlich die Kohle nach 20 oder 30 Minuten ab, ohne Rücksicht auf die Lebhaftigkeit des Feuers, welches während dieser Zeit auf sie einwirkte. Dabei konnte es allerdings leicht vorkommen, daß der Kohle eine zu hohe Temperatur, sogar die Rothglühhitze, also 416° R. (520° C.), ertheilt wurde, wobei eine porzellanartige Bekrustung ihrer Poren durch die beigemischten Stoffe unvermeidlich eintritt. Eine Temperatur von 290° R. (362° C.) wurde bisher als unumgänglich nöthig erachtet, um den Rest der in der Kohle enthaltenen organischen Substanzen, welche der Gährung widerstanden, zu zerstören und somit den größtmöglichen Effect der Entfärbung zu erzielen. Der Rübenzuckerfabrikant, welcher die organischen Substanzen aus der Knochenkohle vor dem Wiederbeleben derselben vollkommener entfernt, kann sich daher mit einem geringeren Hitzegrade begnügen, um den zurückgebliebenen Antheil organischer Substanzen zu zerstören; daß dieses wirklich der Fall ist, davon kann man sich in solchen Raffinerien überzeugen, welche Rohzucker guter Qualität (von 98 bis 99 Proc. Zuckergehalt) verarbeiten, wobei der Kohle fast nur Farbstoffe zugeführt werden, und, wenn sie vor dem Glühen mit reinem Wasser gewaschen wird, eine Bekrustung ihrer Poren nicht leicht vorkommen wird.

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Da in den Rübenzuckerfabriken die Menge der aus den Säften absorbirbaren Stoffe wechselt, und auch das Wegschaffen der von der Knochenkohle absorbirten Stoffe mit mehr oder weniger günstigem Erfolge (vor dem Glühen) ausgeführt wird, so ist eine für alle Fälle geltende Temperatur, welche der Kohle zur Erzielung des höchsten Effectes ertheilt werden muß, nicht anzugeben; der Fabrikant ist somit darauf angewiesen, durch Vergleichung des Effectes von, bei verschiedenen Temperaturen geglühter Knochenkohle gleicher Qualität, mittelst decolorimetrischer Messungen, den geeigneten Temperaturgrad zu ermitteln.

Welche Wiederbelebungs-Hitze aber auch ein Fabrikant vortheilhaft finden mag, so muß ihm stets daran gelegen seyn, seine Knochenkohle keinem höheren Wärmegrade auszusetzen, als zur Erzielung des höchsten Effectes unumgänglich nöthig ist, denn jedes Uebermaaß wäre in mehrfacher Beziehung Verschwendung. Der oben besprochene Apparat, welcher die Kohle bei jeder gewünschten Temperatur abzulassen gestattet, je nachdem man die Hebelvorrichtung in Bezug auf die Ausdehnung der Messingstange mit dem Schieber in Verbindung setzt, gewährt die Bürgschaft, daß die Kohle niemals einer höheren als der verlangten Temperatur ausgesetzt wird, daher mit Beibehaltung der bestehenden Knochenöfen jeder schädliche Einfluß auf die Qualität des Productes vermieden werden kann. Man hat den Vorschlag gemacht, durch die Knochenkohle behufs des Wiederbelebens einen Wasserdampfstrom von höherer oder niederer Spannung zu leiten. Während in den Knochenöfen die vom Brennstoff erzeugte Wärme unmittelbar den Cylindern zugeführt wird, findet dagegen bei jener Anwendung des Dampfes eine mittelbare Uebertragung der vom Brennstoff gelieferten Wärme statt. Da aber der Dampf auf seinem Wege durch lange Leitungen Wärme verliert, ferner die von den Kesselöfen, worin der Dampf erzeugt wird, abziehenden Gase im Schornstein eine Temperatur von 250 bis 400° C. haben, während die von den Knochenöfen abziehenden Gase gewöhnlich nur 120° C. zeigen, so erhellt zur Genüge, daß die Anwendung des Dampfes zum Erhitzen der Knochenkohle im Vergleich mit der directen Heizung der Knochenöfen niemals eine Brennstoffersparniß gewähren kann.

Ich bemerke noch, daß es hauptsächlich gypshaltige Kohle ist, welche in den Knochenöfen bei der Rothglühhitze einen großen Verlust an Kohlenstoff erleidet, weil 1 Aequivalent Gyps bis 4 Aeq. Kohle zerstören kann: man befreie daher die Kohle von Gyps, bevor sie den Knochenöfen übergeben wird.

Wenn Kohle, welche Sand oder kieselsaure Verbindungen enthält und worin Alkalien zurückblieben, der Rothglühhitze ausgesetzt wird, so |31| können jene schmelzen und die Poren der Kohle verstopfen; dieser Fehler kann aber selbst bei der Anwendung einer zu hohen Temperatur vermieden werden, indem man aus der Kohle vor dem Glühen die kieselsauren Verbindungen und Alkalien durch Säuern und hinreichendes Waschen mit reinem Wasser entfernt.

Smela, im Gouvernement Kiew in Rußland, den 6. August 1861.

Louis Walkhoff.

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Polytechn. Journal Bd. CLVII S. 279 und Bd. CLX S. 112.

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Neue derartige Anlagen sind wesentlich vortheilhafter zu machen.

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