Titel: Schultze, über die fabrikmäßige Entfuselung des Rohspiritus durch die Holzkohle.
Autor: Schultze, W.
Fundstelle: 1872, Band 206, Nr. LXIII. (S. 211–234)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj206/ar206063

LXIII. Ueber die fabrikmäßige Entfuselung des Rohspiritus durch die Holzkohle; von Dr. W. Schultze.

I. Die Darstellung der Filtrirkohle.

Das Material zur Filtrirkohle liefern die Birken- und die Föhrenmeilerkohlen.

Die Filtrirkohle muß folgende Eigenschaften besitzen:

1) sie darf keine unvollständig verkohlten Kohlen enthalten;

2) sie darf nicht mit von der Verkohlung im Meiler herrührenden empyreumatischen Stoffen imprägnirt seyn;

3) sie muß sich in einem bestimmten Zustande der Zerkleinerung befinden.

Die käufliche Meilerkohle besitzt diese Eigenschaften in der Regel nicht, und kann deßwegen nicht unmittelbar dem Zwecke der Spiritusentfuselung dienen. Daher die Nothwendigkeit, der Holzkohle jene Eigenschaften durch Bearbeitung beizubringen.

Der erste Act dieser Bearbeitung besteht nun darin, daß man die Meilerkohle vollständig verkohlt und vom Empyreuma befreit. In einem würfelförmigen, dem Backofen ähnlichen Ofen, dessen Sohle aus Roststäben gebildet ist, wird die Meilerkohle portionsweise in Brand gesteckt und eine Zeit lang unter häufigem Umrühren mit einem langstieligen eisernen Haken brennen gelassen.

Wenn in der glühenden Kohlenmasse keine schwarzen, todten Kohlen mehr wahrzunehmen sind, wenn aus ihr keine gelben, hellleuchtenden Flammen mehr entwickelt werden, wenn auf ihrer Oberfläche nur noch die blaue Kohlenoxydgasflamme sich zeigt, – dann ist die vollständige Verkohlung und die Verbrennung des Empyreuma's erreicht. Die glühenden Kohlen werden nun rasch mittelst einer langstieligen eisernen Schaufel aus dem Ofen herausgezogen, in blecheiserne, cylindrische, in ihren Nähten luftdichte Kohlenlöscher geschüttet und zur Erkaltung in's Freie gesetzt.

Diese nachträgliche Verkohlung wird, wie man sieht, bewerkstelligt durch Verbrennung eines Theiles der Holzkohle. Der hierdurch entstehende Verlust an Holzkohle, dessen Kenntniß zur Aufstellung der Fabricationscalculation erforderlich ist, ist durch folgende Beobachtungsweise festgestellt worden.

|212|
Nummer
des Versuches
Scheinbare Volumina Holzkohle Volumverlust
in Procenten
vor der Verkohlung nach der Verkohlung
1
2
3
4
5
6
7
30,00
30,00
35,00
27,50
35,00
35,00
35,00
17,00
13,75
17,50
16,00
18,50
17,50
18,00
43,33
54,17
50,00
41,82
47,14
50,00
48,57
Durchschnitt 47,86 Proc.

Daraus ergibt sich, daß 100 scheinbare Volumina Meilerkohle durchschnittlich und in runder Zahl 52 scheinbare Vol. ausgeglühter Kohle liefern.

Nachdem die Holzkohle im Verkohlungsofen gehörig verkohlt und in den Löschcylindern erkaltet ist, wird sie zur Erlangung der erforderlichen Zerkleinerung auf einer Mühle gemahlen.

Diese Mühle besteht aus zwei über einander liegenden Walzenpaaren und einem langen Siebe. Die höher liegenden Walzen sind gestachelt und haben die Aufgabe, alle großen Kohlenstücke vorzubrechen. Sie geben vermittelst einer schiefen Ebene die vorgebrochenen Kohlen an die eigentlichen Zerkleinerungswalzen ab. Diese letzteren sind keilförmig cannelirt, und zwar so, daß die Cannelirung der einen Walze parallel, die Cannelirung der anderen dagegen rechtwinkelig zur Walzenachse steht. Das, was das cannelirte Walzenpaar fallen läßt, besteht aus Pulver und Korn. Dieses Gemisch fällt auf ein langes, nach vorn geneigtes feinmaschiges Drahtsieb, welches sich heftig schüttelt, und wird hier getrennt. Will man keine Trennung von Korn und Pulver haben, so nagelt man einfach einige Bogen Pappe über das Sieb. Die Mühle wird durch die Dampfmaschine bewegt.

In den Spiritusraffinerien ist es bisher üblich, nur das Kohlenkorn und nicht auch das Kohlenpulver zur Filtration anzuwenden. Beim Kohlenmahlen bildet sich eine große Menge Pulver, das also ein Verlust an Filtrirkohle ist und dadurch den Preis des zur Benutzung kommenden Kohlenkornes bedeutend erhöht. Wie groß ist der Mahlverlust?

15 scheinbare Vol. geglühter Kohle geben nach dem Mahlen im |213| einen Falle 11,83 scheinbare Vol. und im anderen Falle 13 scheinbare Vol., mithin durchschnittlich 12,41 Vol. Kohlenkorn. Sie hatten also eingebüßt 15 – 12,41 = 2,59 Vol.

Aber diese Einbuße ist nur eine scheinbare; in Wirklichkeit ist sie, wie folgende Rechnung zeigen wird, viel größer.

Die 15 Vol. (à 17,4 Pfd.) wogen vor dem Mahlen 261,0 Pfd.
Aus ihnen wurden an Kohlenkorn erhalten 191,1
–––––––––
Mithin verloren sie an Pulver 69,9 Pfd.

17,4 Pfd. repräsentiren 1 Vol. ungemahlener Kohle, mithin repräsentiren 69,9 Pfd. = 69,9/17,4 = 4,02 Volumina. Die Kohlen erlitten mithin einen wirklichen Verlust von 4,02 Vol. oder 26,8 Vol.-Proc.

Die Differenz zwischen dem wirklichen und dem scheinbaren Verluste zeigt an, daß die Kohlen durch das Mahlen eine Vergrößerung des scheinbaren Volums erfahren haben: 1 Vol. wog vor dem Mahlen 17,4 Pfd., nach dem Mahlen nur noch 15,4 Pfd.

Die Kohle, deren Verlustverhältnisse eben besprochen sind, bestand aus derben, festen, massiven Stücken, die den Stachelwalzen viel zu thun gaben; daher auch der große Verlust. Ganz anders gestalten sich diese Verhältnisse, wenn weniger dichte, kleinstückige Kohlen zur Vermahlung kommen, welche die Stachelwalzen so gut wie gar nicht mehr beschäftigen.

449 Vol. solcher Kohle gaben nach dem Mahlen 380 Vol. Kohlenkorn; sie erfuhren also eine scheinbare Einbuße von 69 Vol.

Die 449 Vol. (à 11,4 Pfd.) wogen vor dem Mahlen 5118,6 Pfd.
und gaben an Kohlenkorn 4484,0
––––––––––––
Mithin verloren sie an Staub 634,6 Pfd.

634,6 Pfd. zeigen nun eine wirkliche Einbuße von nur 634,6/11,4 = 55,67 Vol. oder 12,39 Vol.-Proc. an.

Da in diesem Falle der wirkliche Verlust kleiner als der scheinbare ist, so haben die Kohlen durch das Mahlen eine Verminderung des scheinbaren Volums erfahren: 1 Vol. Kohlen wog vor dem Mahlen 11,4 Pfd., nach dem Mahlen aber 11,8 Pfd.

Der Mahlverlust beträgt im ersten Falle 26,8 Vol.-Proc. und im zweiten Falle nur 12,39 Vol.-Proc. Man ersieht daraus, daß er außerordentlich große Schwankungen machen kann. Die Ursache dieser Schwankungen liegt vorzugsweise in der Größe welche die Kohlenstücke haben, wenn sie den Stachelwalzen preisgegeben werden: je größer die Kohlenstücke, desto größer der Mahlverlust. Man hat deßhalb beim Ankaufe der Meilerkohle stets darauf zu sehen, sie möglichst kleinstückig |214| zu erhalten. Die kleinstückige Kohle hat auch noch den Vortheil, daß sie weniger Verkohlungsverlust gibt, als die großstückige; ja, sie kommt manchmal so vortrefflich verkohlt vor, daß man der nachträglichen Verkohlung im Ofen völlig überhoben ist; diese gute Eigenschaft findet sich vorzugsweise bei der Kohle welche aus den Aesten und Zweigen dargestellt wird.

Berechnet man aus den obigen Verlustzahlen das Mittel, so erhält man 19,59 oder rund 20 Proc.

Aus 100 Vol. Meilerkohlen werden durchschnittlich 52 Vol. geglühter Kohlen erhalten. Diese 52 Vol. verlieren weiter durch das Mahlen, à 20 Proc., 10,4 Vol. Es resultiren mithin aus 100 scheinbaren Vol. Meilerkohlen 41,6 Vol. gesiebte Filtrirkohlen.

Um die gesiebte Filtrirkohle zu gewinnen, müssen demnach 58,4 Proc. des Rohmateriales geopfert werden. Der Verkohlungsverlust ist meistens nicht zu umgehen; aber daß man aus der gemahlenen Kohle auch noch das Kohlenpulver abscheidet, läßt sich gar nicht rechtfertigen, ist geradezu zweckwidrig. Bei der Besprechung der Entfuselung wird dieses bewiesen werden.

Ich ließ ausgeglühte Kohlen mahlen ohne Siebung, um den Verstäubungsverlust festzustellen.

Versuch. Auf die Mühle. Von der Mühle. Verlust.
Nr. 1. 2168 Pfd. 2146 Pfd. 22 Pfd.
Nr. 2. 2175 „ 2150 „ 25 „
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
4343 Pfd. 4296 Pfd. 47 Pfd.

Mithin Mahlverlust durch Verstäubung 1,08 Gewichtsproc., oder, da die Volumeinheit der ungemahlenen Kohlen 11,4 Pfd. wog, eben so viel Volumproc. Beim Nichtsieben der gemahlenen Kohlen erspart man also im Mittel 19,59 – 1,08 = 18,51 Proc. vom Volumen der geglühten ungemahlenen Kohlen, oder 9,63 Proc. vom Vol. der Meilerkohle.

Im ersten der hier besprochenen Mahlversuche gaben 261 Pfd. Kohlen 191,1 Pfd. Kohlenkorn und 69,9 Pfd. Mahlverlust. Rechnet man von diesem Mahlverluste den Verstäubungsverlust à 1,08 Proc. mit 2,8 Pfd. ab, so hinterbleiben 67,1 Pfd. Kohlenpulver auf 191,1 Pfd. Kohlenkorn. Im zweiten Falle kommen 634,6 – 55,3 = 579,3 Pfd. Pulver auf 4484 Pfd. Korn. Hätte die Siebung nicht stattgefunden, so hätte die gemahlene Kohle bestanden:

im ersten Falle im zweiten Falle im Mittel
aus Kohlenkorn 74,0 Gew. Proc. 88,5 Proc. 81,25 Proc.
aus Kohlenpulver 26,0 „ „ 11,5 „ 18,75 „
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
100,0 100,0 100,00
|215|

Diese Procentzahlen geben uns eine Vorstellung von dem ungefähren Mengenverhältniß zwischen Korn und Pulver in dem Gemisch, welches die gewöhnliche gestachelte und cannelirte Kohlenmühle bei der größtmöglichen Annäherung der Walzen liefert. Diese Vorstellung wird das Verständniß später zu besprechender Verhältnisse fördern.

––––––––––

Es ist Thatsache, daß die Holzkohle sowohl den Geruch, als auch den Geschmack des Rohspiritus wesentlich verbessert, oder, wie man sagt, daß sie den Rohspiritus entfuselt.

Es ist ferner Thatsache, daß frische Kohle unter allen Umständen – mag die Kohle grobkörnig, feinkörnig oder pulverförmig angewandt, mag sie in den Spiritus hineingerührt, oder dieser durch sie filtrirt, mag der Spiritus hoch- oder schwachgrädig mit ihr in Berührung gebracht werden u.s.w. – diese Wirkung auf den Rohspiritus ausübt.

Aber es ist endlich auch Thatsache, daß die Kohle nicht unter allen diesen Umständen immer ein Product von gleich hoher Reinheit liefert, oder ihre volle Wirkung ausübt.

Demnach muß es ganz bestimmte Umstände geben, unter welchen allein die volle Wirkung der Kohle in die Erscheinung tritt, unter welchen sie am kräftigsten entfuselt. Nach diesen Umständen suchte man, und was man dabei fand, soll nun mitgetheilt werden. Bei allen folgenden Betrachtungen wolle der Leser stets die großen, aus 5–7 Meter hohen eisernen Filtrircylindern zusammengesetzten Filtrirbatterien der Spiritusraffinerien vor Augen haben.

Ob Knochenkohle, oder Lindenkohle, oder Föhrenkohle u.s.w. kräftiger entfuseln, als alle übrigen Kohlenarten: diese Frage geht uns hier nichts an. Im Fabrikbetriebe bedient man sich zur Entfuselung der Föhren- und der Birkenkohle: hier soll geprüft werden, was man zu thun habe, um dieser gegebenen Kohle im Fabrikbetriebe den größten Nutzeffect abzugewinnen.

II. Die Entfuselung und die Größe der Kohlenpartikelchen.

Die Wirkung der Holzkohle auf den Rohspiritus ist eine sogen. Flächenwirkung. Der Betrag dieser Wirkung ist zunächst abhängig von der Größe der Kohlenoberfläche, der Kohlenpartikelchen, welche mit dem Spiritus in Berührung gesetzt wird.

Daraus folgt, daß die Kohlenwirkung um so größer seyn müsse, je feiner die Zertheilung der Kohle ist. In Pulverform angewandt, muß demnach die Kohle, unter sonst gleichen Bedingungen, ihre größte |216| entfuselnde Wirkung ausüben; andererseits muß diese Wirkung um so kleiner ausfallen, je gröber und dicker die Kohlenpartikelchen zur Anwendung kommen. Oder: 1 Pfd. pulverförmige Kohle entfuselt mehr Spiritus, als 1 Pfd. feinkörnige, und dieses wieder entfuselt mehr, als 1 Pfd. grobkörnige. Deßhalb: je feiner die Filtrirkohle, desto billiger, – je gröber, desto theurer die Entfuselung.

Darnach würde es am vortheilhaftesten, weil am billigsten seyn, sich zum Spiritusraffiniren des Kohlenpulvers zu bedienen. Der Anwendung pulverförmiger Kohle in den 5–7 Meter hohen Filtrircylindern stellen sich aber zwei unüberwindliche Hindernisse in den Weg. Erstens: in jeder Spritfabrik verlangt man und muß man verlangen, daß eine Filtrirbatterie mit einer so und so schweren Kohlenladung 100, 200, 300..... Quart Filtrat per Stunde liefere. Mit Kohlenpulver beladene Batterien erfüllen dieses Verlangen nicht, weil das Pulver ein zu dichtes Filtrum bildet. Ihre quantitative Leistung ist von Anfang an gering, nimmt sehr rasch ab, und erlischt endlich völlig; denn der spiritusfeuchte Kohlenstaub sinkt mit der Zeit im Filter zu einer harten, dichten, nicht mehr durchlassenden Masse zusammen. Zweitens: der in dieser undurchdringbaren Masse enthaltene Spiritus läßt sich durch Abtreiben der Kohle im Filter selbst mittelst Wasserdampfes nicht wieder gewinnen. – Aus diesen Gründen müssen wir ein für allemal auf die Nutzbarmachung der ganzen Entfuselungsfähigkeit der Kohle verzichten und, um ein unseren Zwecken entsprechendes, ausdauerndes durchlassendes Vermögen zu erzielen, eine Auflockerung der pulverförmigen Kohle durch körnige bewerkstelligen.

Offenbar wird das durchlassende Vermögen des säulenförmigen Filtrums um so größer seyn, a) je mehr Kohlenkorn und je weniger Kohlenpulver das Filtrum enthält, und b) je größer das Kohlenkorn ist (Erbsen-, Haselnuß-, Wallnußgröße). Aber eben so klar ist auch, daß jede Steigerung der Durchlaßfähigkeit, herbeigeführt durch Verminderung des Pulvergehaltes und durch gröbere Körner, nothwendig eine geringere Nutzbarmachung des entfuselnden Vermögens, und somit höhere Filtrationskosten zur Folge hat. Es kommt also darauf an, den Korn- und den Pulvergehalt des Kohlenfiltrums, ferner die Größe des Kornes so zu regeln, daß gerade die der Kohlenladung angemessene stündliche Leistung der Batterie erzielt wird, nicht mehr und nicht weniger; denn Beides ist vom Uebel.

Dieses ist der Grundsatz, nach welchem bei der Auflockerung des Kohlenpulvers durch körnige Kohle verfahren und der Grad der Zweckdienlichkeit |217| einer gegebenen Filtrirkohle beurtheilt werden muß. In der groben Fabrikpraxis ist man selten oder nie im Stande, die Mischung aus Pulver und Korn so zu treffen, daß sie dem hier aufgestellten Ideale gleiche, wie ein Ei dem anderen. Dort dürfen die Filtra unter keinen Umständen ein zu geringes durchlassendes Vermögen zeigen (denn das lähmt den Gang der ganzen Fabrik); im Gegentheil, sie müssen dasselbe immer im Ueberschuß besitzen, und es kommt in der Praxis nur darauf an, sich in diesem Punkte nicht allzusehr von dem Ideale zu entfernen, oder, was dasselbe sagt, stets mit dem kleinsten Ueberschusse an durchlassendem Vermögen zu filtriren. Wer mit dem kleinsten Ueberschusse filtrirt, filtrirt am rationellsten und billigsten.

Es ist nun außerordentlich leicht, sich in jedem gegebenen Falle rasch klar zu machen, ob man die richtige Kohlenmischung getroffen hat, oder ob sich in ihr zu viel Pulver oder zu viel Korn befinde. Man öffne den Rohspirituszuflußhahn des Anfangsfilters und den oberen Filtratsabflußhahn des Endfilters der Batterie vollkommen: liefert jetzt die Batterie das ihrer Kohlenladung angemessene Quantum Filtrat per Stunde, z.B. 120 Quart, so besitzen die Filtra die ideale, also zweckmäßigste Kohlenmischung; liefert sie weniger, so ist zu viel Pulver, liefert sie mehr, so ist zu viel Korn in der Mischung vorhanden, und je mehr man nun im letzteren Falle den Spirituszufluß mäßigen muß, um nicht statt 120 Quart 200, 300 u.s.w. Quart in der Stunde zu erhalten, desto mehr ist eine Entlockerung, eine Verdichtung, eine größere Zerkleinerung der Filtrirkohle angezeigt. Bei einer solchen Prüfung werden wohl sehr viele Raffineure finden, daß sie eine viel zu grobe Filtrirkohle im Gebrauche haben.

Reines Kohlenpulver kann, wie gesagt, in hohen Filtercylindern leider nicht als Filtrum angewandt werden. Ebenso erwies sich eine Mischung aus 1/2 Pulver und 1/2 Korn (das Korn in allen möglichen Ausdehnungen bis aufwärts zur Erbsengröße) als unbrauchbar. Das durchlassende Vermögen trat erst dann in genügendem Maaße auf, als der Pulvergehalt des Filtrums 30 Proc. nicht überstieg; das Korn hatte in diesem Falle alle möglichen Ausdehnungen bis aufwärts zur zweifachen Erbsengröße. Aus den Beobachtungen welche gemacht wurden, läßt sich folgender Erahrungssatz ziehen: um das Kohlenpulver für die Filtrirbatterien nutzbar zu machen, muß es mit mindestens mit 70 Proc. feinkörniger (bis zur zweifachen Erbsengröße aufwärts) Kohle aufgelockert werden.

Die gewöhnliche cannelirte Kohlenmühle lieferte auch bei der größten Annäherung der Walzen nie eine Mischung mit über 30 Proc. Pulver. Als man eine pulverreichere Kohle darstellen wollte, mußte man erst die cannelirten Walzen durch glatte ersetzen. Zu mahlende Kohlen, |218| deren größte Stücke Eigröße besaßen, lieferten bis zu 15 Proc. Pulver, noch gröbere Kohlen gaben im höchsten Falle bis zu 26 Proc. Daß man auf der gewöhnlichen Kohlenmühle eine zu pulverreiche Mischung erhalten könnte, ist also nicht zu befürchten.

Es gibt Spritfabriken, die ihre Filtrirkohle gesiebt und in einer Körnung welche zwischen doppelter Erbsen- und Wallnußgröße liegt, anwenden. Daß diese Siebung und Körnung durchaus zweckwidrig sey, geht aus Vorstehendem zur Genüge hervor.

Bei der Verwendung staubhaltiger, feinkörniger Filtrirkohle ist es nothwendig, den Siebboden im Filtrircylinder mit dicht gewebter kräftiger Leinwand doppelt zu überziehen und dann auf ihm zunächst eine 1 1/2 Fuß hohe Schicht von Hasel- bis wallnußgroßer, staubfreier Kohle festgedrückt aufzupacken, damit das Filtrat nicht von Kohlenpulver getrübt zum Vorschein komme; ebenso ist es erforderlich, beim Abtreiben des absorbirten Spiritus aus der wirkungslos gewordenen Kohlensäule mittelst directen Wasserdampfes nicht zu stürmisch zu verfahren, denn sonst reißt der Dampfstrom viele kleine Kohlenpartikelchen mit in den Kühler und verstopft ihn.

Stahlschmidt (Gährungschemie, S. 359) gibt an, daß man in der Praxis zur Entfuselung von 1000 Quart Spiritus 100 Pfd. Kohlen rechne. Er bemerkt aber nicht, in welchem Zerkleinerungszustande diese Kohle angewandt wird; vermuthlich grobkörnig und pulverfrei.

Aus dem mir vorliegenden, mit großer Sorgfalt bearbeiteten statistischen Material einer Fabrik, in welcher nahezu 1 1/2 Millionen Quart Spiritus jährlich zur Filtration gelangten, berechnet sich, daß durchschnittlich mit 100 Pfd. Kohle 1292 Quart Spiritus (à 80 Proc. berechnet) entfuselt wurden. Die Kohle war pulverfrei, die Größe des Kornes aufwärts bis zur Haselnußgröße. Das Filtrat war reinschmeckend und lieferte, nach sorgfältiger Destillation, einen tadellosen Sprit, welcher, mit dem nichtparfümirten Berliner verglichen, diesem völlig glich.

Eine andere Fabrik, welche Kohlenpulver, aufgelockert durch etwa 80 Proc. sehr feinkörnige Kohle, anwandte, filtrirte durchschnittlich mit 100 Pfd. Kohle 1668 Quart Spiritus (à 80 Proc. berechnet). Das Filtrat war merklich reiner im Geschmack und Geruch, als das obige; an dem daraus dargestellten Sprit ließ sich jedoch durch Geruch und Geschmack keine höhere Feinheit mehr erkennen.

In Schweden nehmen alle Gesellschaftsclassen an dem Branntweingenuß Theil. Die Betheiligung der gebildeten, wohlhabenden, hinsichtlich Speise und Trank verwöhnten Personen ist die Ursache, weßwegen in diesem Lande, und namentlich in seiner Residenzstadt, die Reinigung des |219| Branntweins von den Destillateuren mit einer außerordentlichen Sorgfalt betrieben wird. Der schwedische Trinkbranntein besitzt deßhalb eine ungewöhnliche Reinheit im Geruch und Geschmack; nirgends in Norddeutschland habe ich einen ähnlichen gekostet. – Das Reinigungsgeheimniß der Schweden besteht nun darin, daß sie sich des Kohlenpulvers (untermischt mit einer Kleinigkeit feiner Körner, welche beim Mahlen der völligen Zerquetschung entgangen sind) als Filtrum bedienen, den Rohspiritus nicht mit 60 Proc., sondern mit 47 bis 50 Proc. auf das Filter bringen und der Filtration Zeit gönnen. Sie wenden nicht unsere hohen Filtercylinder, sondern aufrecht stehende, niedrige Fässer (meistens Arrack-Legel) an, in welchen das Kohlenpulver eine 30–38 Zoll hohe Säule bildet. Mit einem solchen, etwa 300 Pfd. Kohle enthaltenden Filter sah ich in 24 Stunden durchschnittlich 68 1/2 Quart à 47–50 Proc. filtriren. Unter diesen Umständen reinigt ein Destillateur, wenn er hochfeine Waare erhalten will, mit 100 Pfd. Kohle mindestens 3000 Quart Spiritus (à 80 Proc. berechnet), also dreimal soviel, als Stahlschmidt angibt. Ich wiederhole, daß das Filtrat von vorzüglicher Güte ist.

Ein schwedischer Schriftsteller über Liqueurbereitung etc. gibt in seinem Buche an, daß 100 schwedische Kannen Rohbranntwein à 50 Proc. 4 1/2 schwed. Pfd. Kohlenpulver zur Entfuselung bedürfen. Darnach berechnet sich in deutschem Maaße und Gewichte ein Nutzeffect von: pro 100 Pfd. Kohle 3713 Quart Spiritus à 80 Proc.

Vergleicht man nun die obigen der Fabrikpraxis entnommenen Nutzeffecte mit dem Zerkleinerungszustande der Filtrirkohle, so gibt sich deutlich zu erkennen, daß der größere Nutzeffect der feineren Kohle angehört. – Ich bin mir hier sehr wohl bewußt, daß dieser Vergleich kein wissenschaftlich exacter, sondern ein roher ist, weil alle anderen, auf das Entfuselungsvermögen der Kohle Einfluß habenden Umstände, wie Dauer der Berührung zwischen Kohle und Spiritus, Reinheit und Stärke des Spiritus, das Verhältniß des Substanzvolums zum wahren Holzkohlenvolum u.s.w., hier gar nicht mitberücksichtigt sind. Der die Größe des Nutzeffectes am stärksten beeinflussende Factor ist und bleibt jedoch die Zerkleinerung der Kohle; die anderen Einflüsse weichen auch in den verschiedenen Fabriken wenig von einander ab: deßwegen ist der Vergleich zulässig, der, wie gesagt, ein roher ist und hier zu keinem anderen Zwecke angestellt wurde, als um allgemein zu zeigen, was von der Kohlenwirkung gewonnen und was von ihr verloren werden kann.

Nimmt man den Nutzeffect: pro 100 Pfd. Kohle 3000 Quart Spiritus, als den höchsten welcher in der Praxis überhaupt zu erzielen |220| möglich ist, als Einheit an, so berechnet sich, daß., wer mit 100 Pfd. Kohle

a) 1000 Ort. entfuselt, in runder Zahl 67 Proc.
b) 1292 „ „ „ „ 57
c) 1668 „ „ „ „ 45

vom praktisch möglichen Nutzeffecte verliert.

Als ungefähres Minimum des Verlustes am praktisch möglichen Nutzeffecte der Kohle in den hohen Cylindern kann man 45 Proc. ansehen. Wer daher mit einem größeren Verluste arbeitet, dem bliebe noch etwas in seiner Kohlenwirthschaft zu verbessern übrig.

Da dieser Verlust von 45 Proc. offenbar seine Ursache allein in der gebräuchlichen Höhe unserer Filter hat, so wäre es vielleicht angezeigt, künftighin die Batterien aus weniger hohen und dafür aus mehr Filtern zusammenzusetzen.

III. Die Entfuselung und die Luft in den Kohlenporen und im Filter.

Die Holzkohle ist ein eminent poröser Körper.

Von der Größe einer Zelle ausgehend, hat man berechnet, daß die Gesammtoberfläche der in einem Kubikzoll Holzkohle vorhandenen Poren an 20 Quadratfuß betrage. Eine 3filterige Batterie mit 600 Kubikfuß Kohlenraum faßt etwa 333 Kubikfuß Filtrirkohle (wahres Volum). Demnach berechnet sich die entfuselnde Kohlenfläche dieser Batterie zu 11·508·480 Quadratfuß.

Die Querschnittsform der Holzzellen ist kreisförmig, quadratisch oder sechseckig. Der Durchmesser der Holzzellen von Nadelhölzern ist durchschnittlich etwa 0,03 Millimeter (Wiesner).

Versuchten wir nun, aus jenen 11·508·480 Quadratfuß ein cylindrisches Haarröhrchen von 0,03 Millimet. Durchmesser herzustellen, so würde dasselbe 38·283·352·546 Fuß oder 1·740·152 deutsche Meilen, oder etwa 3mal so groß als der Sonneumfang (580000 Meilen) lang werden. Dieses riesige Haarröhrchen nun in unzählige, mikroskopisch kleine Theilchen zerstückelt, alle diese Theilchen auf den Raum von 333 Kubikfuß zusammengepfercht, – das ist ungefähr die Porosität unserer Batterie mit 600 Kubikfuß Kohlenladung.

Der Inhalt dieses Riesen-Haarröhrchens beträgt 274,363 Kubikfuß. Da das wahre Kohlenvolum 333 Kf. beträgt, so sind in einem Kubikfuß Kohlen (wahres Volum) 274,363/333 = 0,824 Kf. Poren enthalten, oder was dasselbe sagt, 1 Kf. Holzkohle würde hiernach 0,824 Kf. Spiritus |221| aufsaugen können. In einer später zu beschreibenden Versuchsreihe werden wir sehen, daß 1 Kf. Holzkohle nicht 0,824 Kf., sondern noch etwas mehr, nämlich 0,9166 Kf. Spiritus aufnahm. Unsere obigen Rechnungsgrundlagen zeigen also eine erfreuliche Richtigkeit.

Diese Anschauung macht es uns begreiflich, wie es möglich ist, daß die Holzkohle so riesige Mengen von Wasserdampf, Luft, Spiritus etc. absorbirt.

Wenn frisch ausgeglühte, also wasserfreie Holzkohle mehrere Monate an der Luft gelegen hat, so zeigt sie durchschnittlich 10 Proc. Wassergehalt. Dieses Wasser stammt natürlich aus der Luft, in welcher es als Dampf von der Lufttemperatur enthalten war. Berechnet man aus jenem Wassergehalte, wie viel Volumina Dampf absorbirt werden mußten, um 10 Proc. Wasser zu geben, so ergibt sich, daß 1 Vol. wasserfreie Kohle an 3113 Vol. Wasserdampf (von 10° C.) aus der Luft absorbirte.

Die Größe des Absorptionsvermögens der Kohle für die Atmosphärilien überhaupt zeigt sich auch sehr hübsch in der Thatsache, daß die frisch ausgeglühte Kohle sich beim feinen Zerreiben sehr häufig entzündet. Bekanntlich muß Kohle mindestens bis zur Rothglühhitze erwärmt werden, ehe sie sich entzündet. In diesem Falle also ist die absorbirte Gasmenge so außerordentlich groß, daß die durch die Verdichtung derselben freiwerdende Wärmemenge hinreicht, um die Kohle bis mindestens zur Rothgluth zu erhitzen und damit die Oxydation oder Verbrennung in Gang zu bringen.

Ein cylindrisches Filter besaß einen Kohlenraum von 186,33 Kubikfuß. Nachdem derselbe mit Filtrirkohle vollkommen angefüllt worden war, ließ man Spiritus von durchschnittlich 50 Proc. Stärke hineinfließen und zwar so lange, bis das Niveau des letzteren nicht mehr sank, das Zeichen der Sättigung der Kohle. Im Durchschnitt von fünf Versuchen wurden zu diesem Zwecke 177,94 Kf. Spiritus verbraucht.

Es befanden sich also in einem und demselben, 186,33 Kf. großen Raum: 186,33 Kf. (scheinbares Volum) Kohle und 177,94 Kf. Spiritus.

Hieraus berechnet sich zunächst, daß das Volum der Substanz der Holzkohle 186,33 – 177,94 = 8,39 Kf. betrug.

Sodann: der in das Filter gefüllte Spiritus erfüllt theils die Poren der Holzkohlensubstanz, theils die Räume zwischen den einzelnen Holzkohlenpartikelchen. Durch die Absorption des Spiritus erfährt das Volum der Holzkohle keine Veränderung. Daher ist offenbar das wahre Volum der abgemessenen 186,33 Kf. Kohle = dem Filterinhalt minus Volum des nichtabsorbirten Spiritus. Es wurde nun der untere Abflußhahn des Filters geöffnet, der nichtabsorbirte, die Räume zwischen den Kohlenpartikelchen |222| ausfüllende Spiritus rein ablaufen gelassen und gemessen. Durchschnittlich wurden 86,51 Kf. Spiritus zurückerhalten. Folglich war das wahre Holzkohlenvolum = 186,33 – 86,51 = 99,82 Kf.

Da das wahre Holzkohlenvolum sich nun zusammensetzt aus dem Volum der Kohlensubstanz + Volum der in dieser enthaltenen Poren, so berechnet sich, daß diese 99,82 Kf. Holzkohlen bestanden aus 8,39 Kf. Substanz und aus (99,82 – 8,39) 91,43 Kf. Poren.

So zeigt sich uns hier die immense Porosität der Holzkohle in recht anschaulicher Weise: durch sie sind 8,39 Kf. porenloser Holzkohlensubstanz zu 99,82 Kf. poröser Kohle, oder um etwa das 12fache ihres Volumes aufgeblasen.

Das Porenlabyrinth der Holzkohle ist, wie gesagt, erfüllt von verdichteten Atmosphärilien, von Luft und Wasser. Diese absorbirten Körper stehen hier unter dem mächtig fesselnden, bindenden Einflusse der Capillarität. Es ist daher schon vorauszusehen, daß wir beim Sättigen der Filtrirkohle mit Spiritus auf einen energischen Widerstand der Porenluft stoßen werden.

Wenn man ein Gemenge von großen und kleinen Kohlenpartikelchen in einem Glaskölbchen mit Spiritus übergießt, so steigt die ganze Kohlenmenge an die Oberfläche des Spiritus und schwimmt auf ihr. Erst nach häufigem Umschütteln und nach wochenlangem Stehen senken sich alle Partikelchen, die kleinen zuerst, dann die großen, nieder auf den Boden des Glaskölbchens. So langer Zeit bedurfte der Spiritus, um die Luft aus den Kohlenporen völlig zu verdrängen, trotzdem die im Kölbchen obwaltenden Verhältnisse der Luftverdrängung so außerordentlich günstig sind: im Kölbchen sind die Kohlenpartikelchen beweglich, sie können geschüttelt werden; sie sind umgeben von einem Spiritusvolum, welches das Mehrfache des Kohlenvolums ausmacht; die Luft, welche nicht in, sondern zwischen den einzelnen Partikelchen sich befindet, entweicht sofort völlig beim Uebergießen.

Diese Gunst der Verhältnisse existirt in den Filtrirbatterien nicht; hier sind die Kohlenpartikelchen zu einer dichten, festen, unbeweglichen, 5–7 Meter hohen Säule aufgethürmt. Beim Anfüllen eines frischen Filters haben wir deßwegen mit dem Widerstande nicht allein der in den Kohlenpartikelchen, sondern auch der zwischen denselben befindlichen Luft zu kämpfen: und daher ist die Filterfüllung, soll sie nicht über's Knie gebrochen werden, eine so sehr zeitraubende, lästige Arbeit.

Die Füllung der Kohlenfilter mit Spiritus geschieht entweder von oben, oder von unten. Geschieht sie von oben, so müssen Spiritus und Luft entgegengesetzte Wege gehen. Die Folge davon ist, daß die Luft |223| das Hinabsinken des Spiritus, und umgekehrt, der Spiritus das Aufwärtssteigen der Luft erschwert resp. verhindert. Interessant ist es, den Kampf dieser beiden Körper durch das geöffnete Mannloch zu beobachten: wie aus einer dickschleimigen, gährenden Flüssigkeit die Kohlensäure, so arbeitet sich die Luft aus der spiritusumhüllten Kohlenmasse in Blasen mühsam an die Oberfläche empor; denn, nachdem der Spirituszufluß schon einige Zeit gewährt hat, reißt die Luft in der Regel den oberen Theil der Kohlensäule von dem unteren los, hebt ihn in die Höhe und will ihn zum Mannloche hinausdrängen; das Filter ist voll geworden, aber nur scheinbar. Jetzt wird der Spirituszufluß sofort unterbrochen: der Spiritus und die losgerissene Kohle senken sich allmählich wieder nieder. Der Zufluß beginnt auf's Neue. Dieses scheinbare Vollseyn des Filters, dieses Heben und Sinken der oberen Kohlenschicht wiederholt sich im Laufe des Anfüllens vielmal, und in der Regel erreicht man erst nach 36–72 Stunden ein anscheinend constantes Spiritusniveau im Halse des Filters. – Füllt man gleich von Anfang an mit vollkommen geöffnetem Zuflußhahn, so kommt häufig eine sehr interessante Erscheinung zu Stande. Schon nach Verlauf von etwa einer halben Stunde tritt ein constantes Niveau ein, das Zeichen der vollendeten Füllung. Und doch weiß man aus Erfahrung, daß das Filter nach einer halben Stunde noch nicht voll seyn kann. Die Erklärung der Erscheinung ist nicht schwer: der in großer Menge zufließende Spiritus verbreitet sich rasch im oberen Theile des Filters nach allen Richtungen des Querschnittes; hierdurch entsteht eine cylindrische Säule von Spiritus, welche das Aufsteigen der im unteren Theile des Filters befindlichen Luft völlig verhindert. Diese Säule senkt sich allmählich nieder, die Luft vor sich hindrängend und immer mehr und mehr zusammendrückend. Endlich ist die Spannkraft der Luft so gewachsen, daß sie das Spiritusgewicht zu tragen vermag, – jetzt hört das Sinken des Spiritus auf, das Filter füllt sich, das Niveau wird constant. In diesem Falle schwimmt der Spiritus auf einer Luftblase; er schwimmt auf der Luft wie Oel auf dem Wasser. Wird dann der am Uebersteigrohr befindliche Probirhahn geöffnet, so strömt die comprimirte Luft mit Hellem Pfiff aus, und der Spiritus sinkt. – Eine ganz ähnliche Erscheinung haben wir in der Savalle'schen Siebbodencolonne.

Die eben beschriebenen, unangenehmen Erscheinungen beim Füllen der Kohlenfilter von oben, rühren von der zwischen den Kohlenpartikelchen und in denselben befindlichen Luft her. Die Füllung geschah von oben bei geöffnetem Mannloche – und doch so viel Schwierigkeiten. Wievielmal größer werden sie seyn, wenn, wie das so vielfältig üblich ist, die |224| Füllung von oben bei geschlossenem Mannloch ausgeführt wird, die Luft also nur durch den Filterständer, aus welchem sich der Spiritus ergießt, in das zum Speisebassin führende, einzöllige Luftrohr entweichen kann.

Nur durch die Füllung der Filter von unten kann die umgebende Luft leicht verdrängt werden. Es sind deßhalb die Filter immer so einzurichten, daß die Zu- und Ueberströmung von unten stattfindet.

Ob nun von oben, oder von unten gefüllt wurde, – in beiden Fällen treten im Laufe der Benutzung des Filters gewisse Erscheinungen ein, welche unsere Aufmerksamkeit verdienen.

Der filtrirte Spiritus zeigt bei seinem Auftreten im Verschlusse der Batterie in der Regel ein starkes Perlen, eine Entwickelung von zahllosen feinen Luftbläschen. Woher diese Luft?

Eine Batterie ist im besten Filtriren, Fließen begriffen. Auf einmal fängt der Ausfluß an, kleiner und kleiner zu werden; endlich hört er ganz auf. Es hat sich nämlich in der Regel im Halse des Filters eine Luftblase von solcher Spannung gebildet, daß sie die Zu- oder Ueberströmung stocken macht Woher diese Luftblase?

Eine Batterie filtrirt sehr hübsch, ruhig und glatt. Daß sie so filtrirt, zeigt an, daß sich nirgends in ihr ein Winkel oder Plätzchen befindet, welches nicht von Spiritus oder Kohle erfüllt wäre, daß jedes Filter bis unter dem Mannlochdeckel voll Spiritus ist. Wenn ich also am Abend die Filtration durch Schließen der Zuströmung unterbreche, um sie am Morgen wieder fortzusetzen, so muß nothwendig am folgenden Morgen die Ausströmung in demselben Augenblicke beginnen, in welchem die Zuströmung geöffnet wird. Es ereignet sich nun aber manchmal, daß dieses nicht geschieht. Erst nachdem die Zuströmung schon vielleicht 10–15 Minuten im Gange ist, findet Ueber- und Ausströmung statt. Oeffnet man, nach der Ursache suchend, die Mannlöcher der Filter, so findet man, daß das Spiritusniveau im einen oder anderen Filter über Nacht um 50, 60 ja 100 Centimeter gesunken ist; der freigewordene Raum ist von Luft erfüllt: offenbar haben hier Spiritus und Luft ihre Plätze ausgewechselt. Woher diese Luft?

Diese Erscheinungen kommen am stärksten und häufigsten in der ersten Hälfte der Wirkungsdauer der Filter vor; später treten sie schwächer und seltener auf.

Es ist die Porenluft, welche alle diese Erscheinungen hervorbringt, und was uns schon der Versuch im Glaskölbchen zeigte, daß nämlich die völlige Sättigung der Kohle mit Spiritus sehr langsam zu bewerkstelligen sey, das zeigt sich hier im Filter recht deutlich wieder, nur mit dem Unterschiede, daß für die Verdrängung der Luft aus den centralen Poren |225| der Kohlenpartikelchen so außerordentlich langsam vor sich geht, daß, ehe völlige Sättigung erreicht, die Qualität des Filtrates bereits so herabgekommen ist, daß das Filter außer Betrieb gesetzt und die Kohle wiederbelebt werden muß.

Nicht genug also, daß die Luft unsere Handtirungen mit den Filtern erschwert und verlängert, – sie verkleinert auch den Nutzeffect der Kohle. Denn es ist klar, daß jede Kohlenpore, welche nicht von Spiritus, sondern von Luft erfüllt wird, von der Theilnahme an der Entfuselung ausgeschlossen ist.

Wir wollen uns diese Schmälerung des Nutzeffectes durch Rechnung klar machen.

Gesetzt, der in einem Filter mit 186,33 Kubikfuß Kohlenladung befindliche gesammte Porenraum habe sich bis auf einen einzigen Kubikfuß mit Spiritus gefüllt; wieviel Quart Spiritus weniger wird deßwegen das Filter entfuseln?

1 Kubifuß Poren setzt, wie wir früher sahen, 99,82/91,43 = 1,09 Kf. (wahres Volum) Kohle, oder 1 . 186,33/99,82 = 2,034 Kf. (scheinbares Volum), oder, da ein solcher Kubikfuß 11,13 Pfd. wog, 22,64 Pfd. Kohle voraus. Diese sind in Unthätigkeit geblieben.

Da 100 Pfd. Kohle 1292 Quart Spiritus entfuselten, so entfuseln 22,64 Pfd. 292,50 Quart.

Durch Nichtausfüllung eines einzigen Kubikfußes Poren mit Spiritus wird also die Leistungsfähigkeit dieses Filters sofort um 292,50 Quart vermindert. Braucht eine Spritfabrik jährlich 70 Filter, so beträgt der gesammte Ausfall 20475 Quart. Um diese zu entfuseln, müßten weitere 20475/1292 = 1582 Pfd. Kohle verbraucht werden.

Bei der bisher üblichen Filterbehandlung ist es unmöglich, die Luft aus dem Filter, aus den Poren völlig zu verdrängen.

Es gibt aber ein außerordentlich einfaches und billiges Mittel, die Luft gleich von vornherein auf einmal völlig aus dem Filter zu verjagen und damit alle ihre übeln Wirkungen zu beseitigen: es ist die Verdrängung der Luft durch Wasserdampf.

Nachdem das Filter mit frischer Kohle beschickt worden, wird das Mannloch fest zugeschroben und derjenige Hahn am Ständer, welcher das Filterinnere mit dem Kühler communiciren macht, geöffnet; damit ist der Filterluft der Weg durch den Kühler vorgeschrieben.

Nun läßt man Dampf von unten in das Filter strömen; dazu benutzt |226| man die Dampfleitung welche zum Abdestilliren der wirkungslos gewordenen Kohle angewendet wird. – Der Dampf treibt alle Luft aus der Kohle und dem Filter heraus, sie entweicht aus dem Luftrohre des Kühlerverschlusses mit großem Geräusch und, was interessant ist und nicht unerwähnt bleiben darf, riecht sehr unangenehm. – Endlich hört das Geräusch auf, das Filter und Kühler verbindende Rohr wird warm: der Wasserdampf ist oben im Filter angekommen und tritt nun in den Kühler, welchem man sofort Kühlwasser gibt. – Um sicher alle Luft aus dem Filter zu verdrängen, läßt man stets eine halbe Stunde lang Wasserdampf destilliren; dann schließt man den Dampfhahn und gleichzeitig den zum Kühler führenden Hahn: im Filter befindet sich somit eine vor der Berührung mit der äußeren Luft geschützte Wasserdampfatmosphäre. Jetzt wird die Spirituszuströmung voll geöffnet: der eintretende kalte Spiritus verdichtet den Wasserdampf, im Filter entsteht ein Vacuum, und die auf der Oberfläche des Spiritus im Speisebassin lastende atmosphärische Luft drückt mit ihrer ganzen Wucht den Spiritus in das Filter, die Poren und Zwischenräume füllend. Nachdem man dem Filter noch 24 Stunden zur Entfuselung gegönnt hatte, begann das Filtriren. Filter, welche 170–180 Kubikfuß Spiritus zur Füllung bedurften, waren regelmäßig in 1 1/2 Stunden gefüllt und zeigten später keine Niveauschwankungen mehr. – Der verdichtete Wasserdampf mischt sich dem Spiritus natürlich bei, dadurch die Stärke des ersten Filtrates um mehrere Procente schwächend. Ein Filter war auf obige Weise gefüllt worden: der zuströmende Spiritus war 47–48procentig, der ausströmende im Anfang 38,2procentig und nach Verlauf von 13 Stunden wieder 47 Proc. stark. Die Filtrirgeschwindigkeit der Batterie betrug 120 Quart pro Stunde.

IV. Die Entfuselung und die Porosität der Kohle.

Holzkohle, welche mehrere Monate an der Luft gelegen hat, besteht durchschnittlich aus 87 Proc. Kohlenstoff, 3 Proc. Asche und 10 Proc. Wasser. Das Wasser ist durch Absorption des atmosphärischen Wasserdampfes hinzugekommen: es gehört füglich nicht mit zur Substanz der Holzkohle. Die eigentliche Kohlensubstanz besteht demnach aus Kohlenstoff und Asche, und zwar aus 96,66 Proc. der ersteren und 3,34 Proc. der letzteren.

Der Fusel wird theils durch Holzkohle, theils durch Destillation aus dem Rohspiritus entfernt. Derjenige Theil desselben, welcher durch Holzkohle abgeschieden wird, werde Kohlenfusel, der andere dagegen werde Destillationsfusel genannt.

|227|

Auf welche Kraft, auf welche Ursache können wir die Abscheidung des Kohlenfusels aus dem Spiritus durch die Holzkohle zurückführen?

Da weder die Kohlensubstanz, noch der Kohlenfusel (z.B. das Aldehyd) eine chemische Veränderung während der Entfuselung erfahren, so kann die Affinität die entfuselnde Kraft nicht seyn. Es muß hier also eine physikalische Kraft wirken.

Der Kohlenfusel wird ohne chemische Veränderung aus dem Spiritus abgeschieden, das ist die Thatsache der Entfuselung. Offenbar kann diese Abscheidung desselben nur dadurch zu Stande kommen, daß er von einem anderen Körper angezogen und gebunden, festgehalten wird. Dieser anziehende, bindende, festhaltende Körper ist die Kohlensubstanz. Sie verbindet sich mit dem Kohlenfusel zu einem ungleichartigen Ganzen. Die Kraft aber, welche ungleichartige Körper zu einem ungleichartigen Ganzen verbindet, ist die Adhäsion. Auf Adhäsion ist somit die Entfuselung zurückzuführen.

Nun ist es bekannt, daß die Adhäsion zwischen einem und demselben Körper und verschiedenen Körpern sehr verschieden stark ist. An einer und derselben Glasfläche z.B. adhäriren andere Alkohol-, andere Wasser-, andere Aethermengen. Indem wir nun annehmen, daß die Adhäsion zwischen der Holzkohlensubstanz und dem Kohlenfusel größer sey, als zwischen der Kohlensubstanz und allen übrigen Rohspiritus-Bestandtheilen, erklärt sich die Abscheidung des Kohlenfusels, die Entfuselung des Rohspiritus durch Holzkohle auf eine durchaus ungezwungene Weise. – Es müßte hiernach möglich seyn, eine völlige Abscheidung des Kohlenfusels aus dem Spiritus zu bewirken. Thatsache aber ist es, daß dieß nie gelingt. Warum nicht, wird später erklärt werden.

Die Adhäsion tritt nur an der Oberfläche der Körper in die Erscheinung. Die Menge des von einem Volum porenloser Kohlensubstanz abgeschiedenen Fusels muß um so größer seyn, je größer die Oberfläche dieses Volums Substanz ist. Vergrößert man die Oberfläche n mal, so muß auch n mal mehr Fusel abgeschieden werden.

Eine Art, die Oberfläche eines Körpers zu vergrößern, ist die Bildung seiner Masse zu Poren. In mehr Poren aus einem Volum seiner Substanz gebildet werden, eine desto größere Oberfläche wird erhalten. Die Holzkohlensubstanz ist immer zu Poren formirt, aber bald mehr, bald weniger. Sie zeigt bald mehr, bald weniger Poren, also bald eine größere, bald eine geringere Oberfläche.

Daraus folgt, daß die Größe der entfuselnden Wirkung eines Volums Kohlensubstanz auch bedingt ist von der Porosität derselben; oder daß der Nutzeffect einer Kohle um so großer seyn wird, je poröser sie ist.

|228|

Nun besteht das wahre Volum der Holzkohle (v) aus dem Gesammtvolum der Poren + Volum der Substanz (v¹). Die Theilung von v durch v¹, also v/v¹, gibt demnach an, um wieviel mal das wahre Holzkohlenvolum größer ist, als das zugehörige Substanzvolum. Offenbar muß von zwei Holzkohlensorten, welche bei gleichem Substanzvolum ungleiche wahre Volume zeigen, diejenige die porösere seyn, welche das größere wahre Volum besitzt. Durch dieses Verhältniß des Substanzvolums zum wahren Holzkohlenvolum wird also die Porosität verschiedener Kohlensorten vergleichbar.

Jetzt nun läßt sich die obige Folgerung treffender so ausdrücken: die Größe der entfuselnden Wirkung eines Volums Holzkohlensubstanz ist bedingt von dem Verhältnisse desselben zum wahren Holzkohlenvolum, also von 1 : v.

Ich dachte mir nun, daß dieses Volumverhältniß bei einer und derselben Kohlensorte stets ein und dasselbe seyn werde. Darin hatte ich mich geirrt. Es ist, wie folgende Beobachtungsreihe zeigt, ein außerordentlich schwankendes. Die Ursache davon muß in der Holzstructur, oder in der Art und Weise der Meilerverkohlung, oder in beiden liegen.

Das Verhältniß des Substanzvolums zum wahren Volum in der Birkenfiltrirkohle war:

im Filter Nr. 1. 1 : 38,68.
„ 2. 1 : 16,94 im Filter Nr. 8. 1 : 5,87
„ 3. 1 : 19,66 „ 9. 1 : 6,13
„ 4. 1 : 21,62 „ 10. 1 : 14,67
„ 5. 1 : 11,75 „ 11. 1 : 6,19
„ 6. 1 : 11,30 „ 12. 1 : 35,52
„ 7. 1 : 8,80 „ 13. 1 : 16,83
im Maximum 1 : 38,68.
im Minimum 1 : 5,87.
im Mittel 1 : 12 (abgerundet).

Solche riesige Schwankungen zeigt die Porosität, mithin die entfuselnde Wirkung einer und derselben Holzkohlensorte. Der Spritfabrikant hat sich deßhalb die anzukaufende Meilerkohle erst genau anzusehen, ehe er den Handel abschließt. Bei hinreichender Uebung weiß man schon beim Wägen der Stücke einer Kohle in der Hand, was man von der Porosität derselben zu halten habe.

Gesetzt, es sey ein einkubikzölliges Kohlenstückchen gegeben, mit dem Volumverhältnisse von beispielsweise 1 : 20. Das Kohlenstückchen werde in zwei Theile gespalten: offenbar muß das Volumverhältniß in jedem der beiden Theile immer noch 1 : 20 seyn. In wieviele Theile der Kubikzoll |229| Kohle auch getheilt werde, das Verhältniß 1 : 20 bleibt bestehen. Durch das Mahlen der Kohlen wird also dieses innere Verhältniß nicht berührt, weder vergrößert, noch verkleinert, und mithin rührt der Zuwachs am entfuselnden Vermögen, welchen die Kohle durch das Mahlen erfährt, nicht von einer Vergrößerung des Volumverhältnisses v : v¹ her.

Dieser Zuwachs rührt von zwei anderen Ursachen her:

1) Durch die Spaltung eines größeren Kohlenstückchens in kleinere werden seine Poren so und so oft durchgebrochen; dadurch gewinnt natürlich die das Fleisch der Poren bildende Kohlensubstanz – man gestatte mir diesen Ausdruck der Eisengießer – an jeder Bruchstelle eine neue äußere Oberfläche.

2) Der Spiritus dringt in das Porenlabyrinth um so weniger tief ein, je größer das Kohlenpartikelchen ist. Beim Durchbrechen großer Partikel findet man in der Regel das Innere völlig trocken, unberührt vom Spiritus. Er dringt um so leichter ein, sein Ortswechsel während der Entfuselung geht um so rascher vor sich, je feiner die Kohle ist. – Das Mahlen wirkt also a) direct durch Vergrößerung der äußeren Oberfläche der Kohlensubstanz, und b) indirect dadurch, daß es, wie das Ausdämpfen der Filter, die innere Oberfläche dem Spiritus zugänglicher macht.

Das Verhältniß des Substanzvolums zum wahren Holzkohlenvolum bedingt die Porosität. Die Porosität ist der gesammte kubische Inhalt der Poren. Die Absorption des Spiritus durch die Holzkohle ist die Anfüllung der Poren mit Spiritus. Die Menge des Spiritus, welche 1 Vol. Holzkohle absorbiren kann, ist folglich bedingt vom Verhältnisse des Substanzvolums zum wahren Volum.

Ist das Volumverhältniß bekannt, so kann sofort die Absorptionsgröße der Kohle berechnet werden. Z.B. bei dem Verhältniß von

1 : 38,63 kann 1 Vol. Holzkohle (38,68 – 1,00)/38,68 = 0,9741 Vol. Spiritus absorbiren.
1 : 5,87 1 „ „ (5,87 – 1,00)/5,87 = 0,8296 „ „ „
1 : 12 1 „ „ (12 – 1)/12 = 0,9166 „ „ „

Die Methode, nach welcher die obige Beobachtungsreihe über das Verhältniß des Substanzvolums zum wahren Holzkohlenvolum ermittelt worden, war folgende:

Der kubische Inhalt des Filters = f (das will sagen: des Kohlenraumes) wurde durch Ausmessung festgestellt.

Nachdem das ausgedämpfte Kohlenfilter wochenlang in Thätigkeit, also in Berührung mit Spiritus gewesen und unwirksam geworden war, |230| wurde der nichtabsorbirte Spiritus durch den unteren Abflußhahn rein abfließen gelassen und das Volum desselben = s gemessen. Nun ist fs = v. So ergab sich das wahre Volum der im Filter enthaltenen, ganzen Kohlenmenge.

Darauf trieb man den nichtabsorbirten Spiritus durch Destillation aus der Kohle heraus. Aus dem Volume und der Gradstärke des Destillates wurde, unter Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse, das Volum durch Rechnung ermittelt, welches der Spiritus bei der ursprünglichen Gradstärke im Filter gehabt hatte = s¹.

s + s¹ = s¹¹ ist das gesammte im Filter enthalten gewesene Spiritusvolum.

fs¹¹ = v¹ ist das Substanzvolum der Holzkohle.

v : v¹ = 1 : v/v¹ ist das gesuchte Verhältniß des Substanzvolums zum wahren Holzkohlenvolum.

Die Voraussetzung, daß die Kohle vor dem Versuche völlig gesättigt gewesen sey, findet ihre Begründung a) in der Zerkleinerung, b) im Ausdämpfen und c) in der wochenlangen Berührung derselben mit Spiritus.

Bequemer ist die Ermittelung des Volumverhältnisses im Kleinen mit einer Probe Kohlen, im Laboratorium. Aber die Uebertragung des Ergebnisses einer solchen Laboratoriumsprobe auf ein ganzes Filter voll Kohle ist gerade so unstatthaft, wie die Uebertragung des durchschnittlichen Stärkmehlgehaltes einiger Pfunde Kartoffeln auf ein ganzes Kochfaß voll, weil bei einer und derselben Holzkohlensorte das Volumverhältniß kein constantes ist.

Die Ermittelung des Volumverhältnisses im Großen ist deßwegen die einzig statthafte; sie kommt der Wahrheit am nächsten.

V. Die Entfuselung und die Spiritusverdünnung.

Bisher hat uns die Frage beschäftigt: in welchem Zustande ist die Kohle am geeignetsten zum Entfuseln des Rohspiritus?

Jetzt tritt an uns die andere Frage heran: in welchem Zustande ist der Rohspiritus am geeignetsten zum Entfuseltwerden?

Daß der Rohspiritus um so besser entfuselt wird, je verdünnter er ist, ist eine alte bekannte Thatsache.

Es ist in der Praxis üblich, den zu filtrirenden Rohspiritus auf 60 Proc. mit Wasser zu verdünnen. Man glaubt damit genug gethan zu haben.

Wenn Rohspiritus mit destillirtem Wasser (nicht mit Brunnenwasser, |231| welches fast immer in Alkohol unlösliche Kalksalze enthält) bis zu 60 Proc. verdünnt wurde, so trat in der Regel keine Trübung ein. Erst wenn die Verdünnung bis auf 52–48 Proc. fortgesetzt wurde, trübte sich die Mischung.

Die Trübung auf Zusatz von destillirtem Wasser zeigt eine Abscheidung von Neben-, also von Fuselbestandtheilen des Spiritus an. Diese Ausscheidung fand, wie gesagt, bei 60 Proc. noch nicht statt.

Wurde der trübe Spiritus durch Kohle filtrirt, so erhielt man ein blankes Filtrat. Die Kohle hatte also die trübenden Fuselkörper absorbirt.

Auf Grund dieser Beobachtungen vermuthete man, daß aus dem Rohspiritus bei 50 Proc. Stärke ungleich mehr Kohlenfusel abgeschieden werde, als bei 60 Proc. Um diese Vermuthung zu prüfen, wurde von zwei gleichen Volumen desselben Rohspiritus das eine auf 60 Proc. und das andere auf 50 Proc. verdünnt. Beide Mischungen versetzte man mit gleichen Gewichten desselben im Mörser gut gemischten Kohlenpulvers. Nachdem vier Tage unter öfterem Umschütteln vergangen waren, filtrirte man von der Kohle ab, verdünnte das 60procentige Filtrat auf 50 Proc. und prüfte nun die beiden gleichstarken Filtrate durch den Geruch und Geschmack auf ihre Reinheit. Der Unterschied war unverkennbar; der mit 50 Proc. Stärke entfuselte Spiritus war ganz bedeutend reiner, als der andere. – Die in Schweden übliche stärkere Verdünnung des Rohspiritus hat daher einen ganz unbestreitbaren günstigen Einfluß auf die Reinigung desselben.

Soll der kohlegereinigte Spiritus als Trinkbranntwein von 30 Proc. oder 40 Proc., oder wieviel Procente Stärke immer verbraucht werden, so handelt man offenbar am zweckmäßigsten, wenn man den Rohspiritus gleich von vornherein bis zur Stärke des Trinkbranntweins mit Wasser verdünnt; in diesem Falle ist also der Verdünnung durch die nothwendige Stärke des Branntweines die Grenze gezogen.

Bei der Verarbeitung des Filtrates auf Feinsprit darf man auch nicht willkürlich stark verdünnen. Denn je stärker man verdünnt, desto höhere Destillationskosten erhält man. Hier sollte man aber mindestens bis zur Trübung des Rohspiritus verdünnen, wobei dann wohl zu unterscheiden ist zwischen der Trübung durch die Kalksalze des Brunnenwassers und der durch die ausgeschiedenen Fuselkörper.

VI. Die Entfuselung und die Berührungsdauer.

Wenn man Kohlenpulver mit bis zur Trübung verdünntem Rohspiritus in Berührung bringt, so erhält man ein Filtrat von geringerer oder größerer Reinheit, je nachdem man die Berührung beider Körper kürzere oder längere Zeit andauern läßt.

|232|

Diese Thatsache sagt uns, daß die Abscheidung des Kohlenfusels aus dem Rohspiritus durch die Kohle nicht die That eines Augenblickes sey, wie etwa die Abscheidung des Baryts aus seinen Lösungen durch Schwefelsäure; daß sie nicht allein von der Porosität, von der Zerkleinerung und von dem Ausdämpfen der Kohle, nicht allein von der Spiritusverdünnung, sondern auch von der Berührungsdauer der Kohle mit dem Spiritus bedingt werde.

Läßt man den verdünnten Spiritus mit überschüssigem Kohlenpulver wochenlang in Berührung in der Erwartung, eine völlige Abscheidung, des Kohlenfusels zu erzielen, so kann man zunächst nach Verlauf von einer Woche schon keine Zunahme der Reinheit durch den Geschmack und Geruch mehr wahrnehmen, und destillirt man dann den Spiritus nach 2 oder 3 Wochen, so erhält man im Vorlaufe immer noch etwas Kohlenfusel. Eine völlige Entfernung des Kohlenfusels durch Holzkohle wird also auch bei noch so langer Berührungsdauer der Kohle mit dem Spiritus thatsächlich nicht erzielt. Aus welchen Gründen?

Die Kohle im Filter ist von dem nichtabsorbirten Spiritus umgeben. Dieser werde kurzweg das Medium genannt. Versucht man, sich die entfuselnde Thätigkeit eines porösen, von Rohspiritus umgebenen Kohlenpartikelchens vorzustellen, so erkennt man auf den ersten Blick, daß dieselbe nothwendig aus drei aufeinander folgenden Momenten bestehen müsse: 1) aus dem Momente der Aufsaugung von Spiritus aus dem Medium in die Poren, 2) aus dem Momente der Abscheidung des Fusels aus dem aufgesogenen Spiritus auf die Oberfläche der Kohlenporen, 3) aus dem Momente der Zurückgabe des entfuselten Spiritus an das Medium.

Die in Thätigkeit begriffene Kohle eines Filters absorbirt demnach unaufhörlich Rohspiritus; unaufhörlich entfuselt sie diesen; unaufhörlich scheidet sie den entfuselten Spiritus ab. Aber wohin scheidet sie den entfuselten Spiritus ab? An ihre Umgebung. Und woraus besteht diese Umgebung? Aus Rohspiritus. – Von dem Augenblicke an, wo die erste Abscheidung des Entfuselten stattfindet, wird also das Medium verändert. Dieses besteht jetzt nicht mehr ausschließlich aus Rohspiritus, sondern ist ein Gemisch aus Nicht-Entfuseltem und aus Entfuseltem geworden. In dem Maaße nun, als die Kohle ihre Thätigkeit fortsetzt, wird der Gehalt des Mediums an Nicht-Entfuseltem mehr und mehr verkleinert, an Entfuseltem dagegen mehr und mehr vergrößert, oder, es erfährt das Nicht-Entfuselte im Medium eine immer stärker werdende Verdünnung durch das Entfuselte, so daß der Gehalt an ersterem immer homöopathischer wird. Wie weitgehend, wie lange andauernd man sich aber auch diese |233| verdünnende Kohlenthätigkeit vorstellen mag, – es ist evident, nie kann der Gehalt des Mediums an Nicht-Entfuseltem Null werden. Bei unendlich langer Berührung kann er immer nur unendlich klein seyn.

Deßwegen kann keine völlige Entfuselung durch die Kohle erreicht werden; deßwegen kann jede Entfuselung nur eine relative, eine gradweise, eine größere oder geringere seyn; deßwegen braucht die Kohle Zeit, um den Spiritus auf einen bestimmten Reinheitsgrad zu bringen.

Die Kohlen- und die Spiritusmenge, welche in einer Batterie miteinander in Berührung sind, sind (abgesehen von den geringen Schwankungen welche dadurch hervorgerufen werden, daß die Kohle bald feiner, bald etwas gröber ausfällt) constant. Wie lange nun deren Berührung zu dauern habe, hängt natürlich von dem Entfuselungsgrade ab, welchen der Fabrikant seinem Filtrate geben will. Es läßt sich deßhalb darüber keine allgemein gültige Norm aufstellen; die Berührungsdauer muß in jeder Fabrik durch Versuche festgestellt werden.

Es soll ein Beispiel mitgetheilt werden. Eine Spritfabrik hatte dreifilterige Batterien. Jedes Filter enthielt eine 28 1/2 Ctr. schwere Kohlensäule von 24,6 Fuß Höhe und 3,1 Fuß Durchmesser.

Der Spiritus hatte somit von der Ein- bis zur Ausströmung eine 85 1/2 Ctr. schwere Kohlensäule von 73,8 Fuß Höhe und 3,1 Fuß Durchmesser zu passiren. Die Ausströmung befand sich am Kopfe der Filter, so daß die Kohle stets und ständig von Spiritus umgeben, nie trocken war.

Unter diesen Umständen filtrirte man in 24 Stunden circa 2750 Quart Spiritus à 47–50 Proc. Das Filtriren geschah aber während dieser 24 Stunden nicht ununterbrochen, sondern man ließ die Batterie während der ersten 12 Stunden ruhen, und während der zweiten 12 Stunden entnahm man ihr die 2750 Quart. Man hatte nämlich beobachtet, daß durch intermittirendes Filtriren ein besseres Tagesproduct erhalten wird, als durch continuirliches Filtriren. Die Qualität des Filtrates war hochfein.

Die in jedem Filter enthaltene Spiritusmenge betrug circa 3993 Quart (absorbirt: 2906 Quart, nichtabsorbirt: 1087 Quart). Die ganze dreifilterige Kohlensäule enthielt also 3 × 3993 = 11979 Quart Füllung.

Nimmt man nun an, daß, wenn der zufließende Spiritus Strömung in der Kohlensäule veranlaßt, hierdurch nicht allein der nichtabsorbirte, sondern auch der absorbirte Spiritus seiner ganzen Menge nach vorwärtsgedrängt werde, so braucht der Spiritus von der Einströmung bis zur Ausströmung 11979/2750 . 24 = 104 Stunden 30 Minuten.

Nimmt man dagegen an, daß allein der nichtabsorbirte Spiritus |234| verdrängt werde, so braucht der Spiritus, um denselben Weg zurückzulegen, nur (3 . 1087)/2750 = 28 Stunden 24 Minuten.

Nun ist es aber durchaus unwahrscheinlich, daß der absorbirte Spiritus in seiner ganzen Menge während der Strömungszeit vorwärts gedrängt werde. Ebenso unwahrscheinlich ist es, daß nur der nichtabsorbirte Spiritus von der Verdrängung getroffen werde. Die Kohle wird vielmehr auch während der Strömung Spiritus aufnehmen und abgeben.

Die Berührungsdauer zwischen Kohle und Spiritus in den Batterien läßt sich also nicht genau berechnen, sie beträgt aber für die ganze Spiritusmenge mindestens 28 Stunden und kann für einen Theil der letzteren über 104 Stunden betragen.

Ein Gegenstück zu dieser vorsichtigen, langsamen Filtration findet sich in Otto's Lehrbuch der rationellen Praxis der landwirthschaftlichen Gewerbe S. 571 erzählt. Otto fand in einer Spritfabrik 4 Filter à 24 Scheffel Kohle. „Die Menge des Spiritus, welche man durch die Kohle passiren läßt, ist sehr bedeutend, man läßt in einem Tage, in 8 Stunden 20 Oxhoft (3600 Quart) 60grädigen Spiritus durchgehen, für mich ein Beweis, daß man auf die Entfuselung durch die Filter nicht viel gibt.“

4 Filter à 24 Scheffel enthalten zusammen 96 Scheffel oder, da 1 Scheffel wallnußgroßer Kohlen etwa 20 Pfd. wiegt, 19 1/5 Ctr. Kohlen. Also, durch 19 bis 20 Ctr. grober Kohle hat man in einem Tage, ja in 8 Stunden 3600 Quart à 60 Proc. filtrirt. Das Filtrat kann natürlich nur von sehr schlechter Qualität gewesen seyn. Ein so haftiges Filtriren fördert die Reinigung des Rohspiritus auch nicht im Entferntesten. Es ist völlig zweckwidrig und zeigt einmal wieder recht deutlich, wie kopflos in manchen Fabriken gearbeitet wird.

Die Wirkungslosigkeit des raschen Filtrirens ist es ohne Zweifel, welche unter den Spritfabrikanten den Glauben aufkommen ließ, Prima-Feinsprit sey auch ohne Filtration, sey schon durch bloße Destillation zu gewinnen. Dieser Glaube ist durchaus irrig. Um Prima-Feinsprit zu gewinnen, muß man nothwendig a) zweckmäßig filtriren und b) zweckmäßig destilliren. Ein anderer Weg führt bis heute nicht zum erwünschten Ziele.

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