Titel: Aron, über Orsat's Apparat zur schnellen Untersuchung der Rauchgase.
Autor: Aron, Julius
Fundstelle: 1875, Band 217 (S. 220–228)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj217/ar217062

Orsat's Apparat zur schnellen Untersuchung der Rauchgase; von Dr. J. Aron.

Mit einer Abbildung.

Der Orsat'sche Apparat ermöglicht, binnen weniger Minuten die Zusammensetzung der Rauchgase festzustellen. Die Wichtigkeit einer solchen Bestimmung ist einleuchtend. Wenn man die Zusammensetzung der aus einem Ofen entweichenden Gase kennt, ist man im Stande, den Gang desselben so zu reguliren, daß man den größten Nutzeffect von dem verbrannten Material erzielt, daß man das für eine vollkommene Verbrennung nöthige Quantum atmosphärischer Luft ohne schädlichen Ueberschuß in den Ofen hineinläßt. Läßt man mehr Luft durch den Ofen streichen, als zur vollkommenen Verbrennung des Brennmateriales nöthig ist, so wird einmal die überschüssige atmosphärische Luft sich auf Kosten der wirklich erfolgten Verbrennung erhitzen, mithin die durch jene Verbrennung erzielbare Endtemperatur herabsetzen; sodann wird aber, da die Luft zum Entweichen aus dem Schornstein einer gewissen Endtemperatur bedarf, eine gewisse Menge Wärme ungenützt verloren gehen, und zwar steht letztere im Verhältniß zu der Menge Luft, die man überschüssig durch den Ofen gejagt hat. Läßt man weniger Luft in den Ofen treten, als zur vollständigen Verbrennung erforderlich ist, so bildet |221| sich bekanntlich nicht nur Kohlensäure, sondern auch Kohlenoxyd, und in diesem Falle entweicht direct wirkliches Brennmaterial, noch dazu mit der zum Entweichen aus der Esse erforderlichen Wärme beladen.

Es ist nun erfreulich, einen Apparat zu besitzen, mit Hilfe dessen man im Stande ist, in wenigen Minuten 1) eine Untersuchung der Feuerluft auszuführen und je nach dem Ausfall derselben den Luftzutritt zum Feuer zu reguliren, und welcher zu seiner Handhabung nicht der Hand eines Chemikers bedarf, sondern von jedem intelligenten Fabrikanten oder geschickten Arbeiter bedient werden kann. Der Apparat ist von Orsat angegeben und beschrieben in einer Broschüre von A. Fichet in Paris: Ueber die Anwendung der Gasfeuerung für industrielle Zwecke. Der Apparat gibt zwar nicht die genauen Resultate, welche für wissenschaftliche Zwecke gefordert werden müssen und beschränkt sich auch nur auf die Bestimmung der Hauptbestandtheile der Feuerluft, Kohlensäure, Sauerstoff, Kohlenoxyd und Stickstoff, besitzt aber immerhin eine genügende Genauigkeit für praktische Zwecke.

Der erste aus Paris von J. Salleron bezogene Apparat erwies sich als zu zerbrechlich für den Gebrauch in der Fabrik und in den Händen Ungeübter, und erschien es deswegen nöthig, einige Abänderungen mit demselben vorzunehmen. In dieser veränderten2) Gestalt zeigt ihn die Abbildung auf Seite 222. Die Benützung des Apparates beruht darauf, daß ein gemessenes Quantum der Rauchgase aus dem Ofen aufgesogen und dieses nach und nach mit auf einer großen Oberfläche vertheilter Natronlauge, dann mit pyrogallussaurem Natron und schließlich mit einer ammoniakalischen Kupferchlorürlösung zusammengebracht wird. Die erstere nimmt die Kohlensäure daraus fort, das zweite den Sauerstoff, das dritte ist ein Lösungsmittel für das Kohlenoxydgas, so daß als Rest nur Stickstoff bleibt. Werden nun 100cc der Rauchgase abgemessen und nach jeder Behandlung derselben mit den verschiedenen Absorptionsflüssigkeiten die Volumabnahme gemessen, so erhält man direct ohne Rechnung die Volumprocente der einzelnen Hauptbestandtheile durch |222| die in Cubikcentimeter ausgedrückten Volumabnahmen. Die Einrichtung des Apparates ist folgende.

Textabbildung Bd. 217, S. 222

Eine cylindrische graduirte Glasröhre M steht einerseits mittels eines durch einen Quetschhahn verschließbaren Kautschukschlauches mit einer Flasche A in Verbindung, andererseits läuft sie in ein sehr enges Glasrohr aus, welches durch eine Stopfbüchse mit einem sehr eng gebohrten Zinnrohr luftdicht verbunden ist. Dieses Zinnrohr hat vier Abzweigungen, von denen drei, h₁, h₂ und h₃, durch Zinnhähne verschließbar sind, unter welchen sich wiederum drei Stopfbüchsen befinden. Senkrecht unter diesen Hähnen finden sich drei zweihalsige Glasflaschen n, p, k, welche als Reservoirs für die Absorptionsflüssigkeiten dienen und in deren mittelsten Hals die Absorptionsgefäße N, P, K mittels Gummipfropfen |223| eingesetzt sind. Die letzteren sind cylindrische Glasgefäße von etwa 150cc Inhalt, welche unten in ein Rohr auslaufen, das bis nahe auf den Boden der Reservoirs n, p, k hinabreicht, und oben zu einem engen Halse zusammengezogen sind. Diese Gefäße sind ganz mit engen Glasröhren angefüllt, welche benetzt der Absorptionsflüssigkeit eine große Oberfläche geben. In dem für das Aufsaugen des Kohlenoxydes bestimmten Gefäße K befindet sich außerdem noch eine Quantität Kupfer oder Messingdrähte.3) Die vorerwähnte Zinnröhre ist bei der vierten Ableitung mit einem dreifach durchbohrten Hahn H verschließbar, dessen Bohrungsrichtung am Griff durch einen kleinen angesetzten Dorn D sich schon durch das Gefühl markirt. Durch den Hahn H kann die Zinnröhre und damit der ganze Apparat abgeschlossen, resp. mit dem zum Ofen führenden Gummischlauch R und mit dem kleinen Luftinjector J in Verbindung gebracht werden. Der Injector J hat den Zweck, vor der Benützung des Apparates die in der Rohrleitung R enthaltene Luft oder Stickstoff auszupumpen und sie mit den Rauchgasen zu füllen. Bläst man kräftig durch das an einem Gummischlauch hängende Mundstück i, so treibt man durch eine kleine Glasspitze einen kräftigen Luftstrahl in einen kleinen Trichter, reißt die im Injector enthaltene Luft mit und bewirkt dadurch in demselben eine Luftverdünnung, welche zur Aussaugung der Rohrleitung R dient. Die Verbindung der Absorptionsgefäße mit den Hähnen h₁, h₂, h₃ ist hergestellt durch sehr enge, dickwandige Glasröhren, welche oben in die Stopfbüchsen der Hähne luftdicht eingelassen und an die Hälse der Absorptionsgefäße mittels kleiner Gummischläuche luftdicht befestigt sind. Durch diese Anordnung gewinnt der Apparat eine gewisse Biegsamkeit, so daß er vor einem Zerbrechen geschützt ist. Zu bemerken ist noch, daß das Meßrohr M mit einem Glasmantel umgeben ist. Der Zwischenraum ist mit Wasser gefüllt, um etwa noch übergehende Wasserdämpfe aus den Rauchgasen zu condensiren und Temperaturschwankungen während des Versuches zu vermeiden. Der ganze Apparat ist in einem Holzkasten mit Schiebedeckeln angeordnet, so daß er vor Verletzungen geschützt ist; außerdem sind die Reservoirs für die Absorptionsflüssigkeit verschließbar, so daß bei dem Transport desselben ein Verlust nicht stattfinden kann. Ueber die praktische Handhabung ist Folgendes zu bemerken.4)

|224|

Es ist dafür Sorge zu tragen, daß die Flüssigkeiten in den drei Absorptionsgefäßen und in der graduirten Röhre bis zu den an ihnen eingeätzten Marken emporreichen, also die Natronlauge in N bis m₁, das pyrogallussaure Natron in P bis m₂ die Kupferlösung in K bis zu m₃ und endlich das Wasser in M bis zur Marke m. Dies geschieht in folgender Weise.

Man entfernt den Gummipfropfen von A und nimmt die Glasstopfen von den Flaschen n, p und k ab; die Hähne h₁, h₂ und h₃ werden geschlossen, H so gestellt, daß die Zinnröhre mit der äußeren Luft communicirt. Letzteres ist der Fall, wenn der Handgriff des Hahnes H horizontal ist, also in der Richtung der horizontalen Zinnröhre steht. Man hebt die Aspiratorflasche A mit der rechten Hand, öffnet den Quetschhahn Q mit der linken Hand und läßt aus A so lange Wasser in die Röhre M fließen, bis die Marke m erreicht ist, worauf man Q wieder schließt. Nunmehr sperrt man die Communication der Zinnröhre mit der äußeren Luft ab, indem man den Hahn H so stellt, daß sein Handgriff senkrecht zur Röhre steht, während der Dorn D nach links zeigt. Zunächst ist nun die Natronlauge in N bis zur Marke m₁ zu bringen. Zu diesem Behufe öffnet man h₁ so daß die Meßröhre M mit dem Gefäße N communicirt. Senkt man nun die Flasche A und öffnet den Quetschhahn Q, so sinkt das Wasser in M, und es steigt in Folge der Luftverdünnung die Natronlauge in N in die Höhe. Das Auge hat stets die steigende Flüssigkeit zu fixiren. Man läßt die Natronlauge nur genau bis m₁ steigen, indem man in dem Augenblick, wo dieser Punkt erreicht ist, den Quetschhahn Q schließt. Dieses Einstellen erfordert einige Aufmerksamkeit, damit man die Natronlauge nicht bis über die Marke oder gar in die Zinnröhre hineinzieht. Ist die Natronlauge nur eben über die Marke hinausgegangen, so hat man nur A zu heben, Q zu öffnen und die Natronlauge vorsichtig bis zur Marke m₁ sinken zu lassen. Sollte aber unvorsichtiger Weise die Natronlauge bis in das Zinnrohr gezogen sein, so muß man dasselbe wieder reinigen. Dies geschieht in der Weise, daß man durch Heben von A mit geöffnetem Quetschhahn einige Tropfen Wasser durch die Röhre spült. Ist aber die Lauge gar bis in die Meßröhre M gezogen worden, so bleibt nichts übrig, als das Wasser in Ml durch reines Wasser zu ersetzen, weil sonst Fehler in der Analyse entstehen würden. Dies würde in der Weise auszuführen sein, daß man sofort h₁ schließt, H öffnet, A senkt, Q öffnet und sämmtliches Wasser aus M in die Flasche A ausfließen läßt. Man kehrt dann A um, gießt das Wasser fort und ersetzt es durch neues. Mit diesem Wasser spült man die Zinnröhre aus, indem man durch Heben von A |225| dasselbe in die Röhre eintreten läßt, zieht es durch Senken von A wieder in die Flasche A und schüttet auch dieses Wasser aus. Nachdem man nun nochmals frisches Wasser in A gegeben hat, ist der Apparat als gereinigt zu betrachten. Um solche Wirkungen zu vermeiden, beachte man sorgfältig die Regel, daß das Auge auf die steigende Flüssigkeit zu richten ist, damit die Flüssigkeit nur genau bis zur Marke emporgesogen werde. Deshalb agire man, sobald die aufsteigende Flüssigkeit sich dem engen Rohre, auf welchem die Marke eingeätzt ist, nähert, sehr vorsichtig mit dem Quetschhahn und wende nur leichten Druck und in kleinen Intervallen an. Ist die Natronlauge ordnungsmäßig bis m₁ emporgehoben, so schließe man den Hahn h₁.

Es handelt sich nun darum, das pyrogallussaure Natron in P bis Marke m₂ zu heben. Dies geschieht genau in der oben geschilderten Art. Man öffnet zuerst H, so daß der Handgriff dieses Hahnes horizontal steht, hebt A, öffnet Q dabei und läßt das Wasser in M bis zur Marke m steigen, dann schließt man H, öffnet diesmal aber h₂ statt h₁, und verfährt sonst, wie oben angegeben. Steht das pyrogallussaure Natron bei Marke m₂, so schließt man h₂, und es wiederholt sich nun das analoge Spiel bei dem dritten Absorptionsgefäß K. Steht auch hier die Flüssigkeit bei Marke m₃, so schließt man h₃, und es bleibt nur noch übrig, in bereits bekannter Weise das Wasser in M bis zur Marke m zu treiben.

Ist der Apparat so eingestellt, so untersuche man vor jedem Versuche, ob alle Verschlüsse luftdicht sind. Ob die Hähne h₁, h₂, h₃ oder die unter den Hähnen befindlichen Stopfbüchsen und Schlauchverbindungen dicht sind, erkennt man sofort daran, daß die Flüssigkeiten an den betreffenden Marken stehen bleiben. Sinken dieselben aber, so sind entweder die Hähne oder die Stopfbüchsen, oder der kurze Schlauchverband nicht dicht. Im ersteren Falle sind die Hähne neu zu schmieren, im anderen die Gummiverschlüsse nachzuziehen oder durch neue zu ersetzen. In keinem Falle ist eine Analyse mit einem nicht absolut dicht schließenden Apparate anzustellen. Bleiben die Flüssigkeiten aber an den betreffenden Marken stehen, so ist der Apparat in den Absorptionstheilen dicht. Ob er sonst dicht ist, erkennt man daran, daß, wenn H so geschlossen ist, daß der Dorn D nach links zeigt, A gesenkt, Q geöffnet wird, das Wasserniveau bei Abschluß der Hähne h₁, h₂, h₃ außer einer geringen anfänglichen Senkung constant stehen bleibt, nicht aber beständig wenn auch langsam sinkt. Sinkt das Niveau, so ist entweder H nicht dicht und muß geschmiert werden, oder es ist die Stopfbüchse der Meßröhre M nicht dicht, und dann muß letztere in Ordnung gebracht |226| werden. Erweist sich aber der Verschluß überall zuverlässig, so kann, wenn die Einstellung genau erfolgt ist, die Analyse begonnen werden.

Analyse der Rauchgase. Es handelt sich zunächst darum, aus der Röhrenleitung, welche zum Apparat führt, die atmosphärische Luft zu entfernen und sie mit den zu untersuchenden Rauchgasen anzufüllen. Dies geschieht in folgender Weise.

Der Hahn H wird so gestellt, daß die Röhrenleitung R mit dem kleinen Injector J in Verbindung steht. Dies ist dann der Fall, wenn H horizontal steht und der angelöthete Dorn D nach J gesenkt ist. Nun nimmt man das Mundstück i in den Mund und bläst mehrere Male kräftig hinein, indem man kurz vor Ende des jedesmaligen Hineinblasens mit der linken Hand den Schlauch R zukneift, beim Beginn des Hineinblasens aber R frei läßt, und dreht beim fünften oder sechsten Luftstoße den Hahn H so, daß seine Verbindung mit dem Injector J unterbrochen ist, d.h. H horizontal steht, aber mit dem angelötheten Dorn D nach oben gekehrt. Senkt man nun Flasche A, öffnet Q und läßt das Wasser aus M so lange ausfließen, bis der untere Rand des Wasserniveaus genau bei dem Theilstriche 100 steht, während das beobachtende Auge sich in derselben Höhe mit Theilstrich 100 befindet, schließt dann H, d.h. stellt man ihn senkrecht zur Zinnröhre, während der Dorn des Hahnes nach links gekehrt ist, so hat man 100cc von den Rauchgasen im Apparate, abgeschlossen von der äußeren Luft. Es handelt sich nunmehr darum, die Zusammensetzung derselben zu ermitteln.

Zu diesem Behufe öffnet man zunächst h₁, hebt Flasche A, öffnet Quetschhahn Q und treibt die Gase in das Absorptionsgefäß N, in welchem die Kohlensäure in Folge der Aufsaugung derselben durch die Natronlauge zurückbleibt. Man lasse hierbei das Wasser nicht über die Marke m steigen. Um auch den letzten Rest von Gas der von Marke m bis zur nächsten durch Natronlauge benetzten Stelle, also etwa bis m₁ zurückbleibt, von Kohlensäure zu befreien, läßt man die Natronlauge in bekannter Weise wieder aufsteigen und dann zurücksinken. Schließlich hebt man dieselbe wieder bis m₁, schließt Hahn h₁ und mißt nun in der Meßröhre M das Volum des Gasrückstandes. Um keinen Fehler zu begehen, muß das Messen des Gases in der Weise erfolgen, daß es dabei 'genau unter dem Druck der Atmosphäre steht, was dann der Fall ist, wenn man den Quetschhahn Q öffnet und A so hebt, daß das Niveau des Wassers in A und das Niveau des Wassers in M genau gleich hoch steht. Dann schließt man, während A sich noch in dieser Stellung befindet, den Quetschhahn Q und liest nunmehr ab, wieviel Cubikcentimeter Gas sich noch in M befinden, wobei man immer den unteren Rand des |227| Wasserniveaus als Maßstab wählt und das Auge genau horizontal in die Höhe dieses Niveaus bringt. Die Differenz des gefundenen Volums und des ursprünglichen von 100cc gibt das Volum der Kohlensäure in Cubikcentimeter, resp. in Proc. an. Hierbei ist zu bemerken, daß die Natronlauge, so lange sie noch frisch ist, fast momentan absorbirt; später muß man einige Minuten warten, selbst die Glasröhren in den Absorptionsgefäßen durch mehrfaches Heben und Senken der Natronlauge neu benetzen. Bemerkt man, daß die Absorption langsam sich vollzieht, so ist es gerathen, die Natronlauge durch frische zu ersetzen.

Hat man die Menge der Kohlensäure so ermittelt, so ist zunächst die Menge des freien Sauerstoffes zu bestimmen. Dies geschieht in der Weise, daß man jetzt h₂ öffnet und den Gasrückstand aus M durch Heben der Flasche A bei geöffnetem Quetschhahn Q in das Gefäß mit pyrogallussaurem Natron treibt. Die Manipulationen sind in diesem Falle völlig analog denen, wie sie vorher für die Absorption der Kohlensäure beschrieben sind. Die Absorption erfordert in diesem Gefäße nur etwas längere Zeit, etwa 5 Minuten, und ist es zweckmäßig, die Glasröhren in P mehrmals mit der sich dunkelbraun färbenden Lösung der Pyrogallussäure zu benetzen. Schließlich mißt man den Gasrückstand, analog wie oben, die Differenz zwischen der letzten Messung und der nunmehrigen gibt die Menge des freien Sauerstoffes in Cubikcentimeter an.

Um endlich das Kohlenoxydgas zu bestimmen, treibt man nach Oeffnung von h₃ den Rest des Gases aus M in das Gefäß K. Ist hier das Kohlenoxydgas verschluckt, so mißt man wieder den Rückstand des Gases in M und findet aus der zurückbleibenden Menge und der vorhergehenden Messung die Menge desselben.

Das Gas, welches nun noch in M zurückgeblieben ist, ist Stickstoff. Man hat also die Menge der vier Gase, die man bestimmen wollte, festgestellt.

Um eine neue Analyse zu machen, hat man den Apparat wieder einzustellen. Da die Flüssigkeiten in den drei Absorptionsgefäßen, wie aus dem Obigen erhellt, bis zu den dazu gehörigen Marken aufgesogen sind, so ist nur das Wasser in M bis zur Marke m zu bringen. Zu diesem Behufe dreht man H so, daß M mit dem Injector J communicirt, d.h. daß der Dorn D nach unten gerichtet ist, und läßt nun durch Heben von A bei geöffnetem Quetschhahn das Wasser bis zur Marke m steigen. Nunmehr ist der Apparat zu einer neuen Analyse hergerichtet.

Zu bemerken ist noch, daß die Natronlauge passend in einer Concentration von 1 G.-TH. geschmolzenem Natronhydrat in 3 G.-Th. destillirtem |228| Wasser gewählt wird. – Für das pyrogallussaure Natron nimmt man 25g Pyrogallussäure, löst dieselbe in möglichst wenig heißem Wasser und versetzt mit 150cc der obigen Natronlauge. – Die dritte Flüssigkeit wird hergestellt durch Vermischen von gleichen Theilen Ammoniakflüssigkeit und einer gesättigten Salmiaklösung, welche man mit Kupferhammerschlag oder geglühten Kupferspänen schüttelt, bis sie intensiv dunkelblau gefärbt ist. Man gießt passend auf die drei Lösungen in den Flaschen etwas Solaröl in einer Schicht von einigen Millimeter, damit sie vor Berührung mit der Luft geschützt sind, weil sie sonst, namentlich die Lösung der Pyrogallussäurelösung wie die Kupferlösung, sehr bald unwirksam werden. In diesem Falle reichen die Lösungen für mehrere Hundert von Analysen aus.

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Bei Versuchen, welche in letzter Zeit auf dem Kalkwerk des Baumeisters Friedrich Hoffmann am Nordhafen in Berlin angestellt wurden, war es möglich, in Zeit von ca. 6 Stunden 60 Analysen mit zwei Orsat'schen Apparaten auszuführen, so daß auf jede Analyse ca. 12 Minuten incl. der Vorbereitungen bei Aenderung der Aufstellung der Apparate entfallen, um an verschiedenen Stellen des Ringofens Proben zu nehmen. Was die Genauigkeit der Resultate betrifft, so sei bemerkt, daß Proben, zu gleicher Zeit mit zwei Apparaten aufgesogen, in der Regel nicht 1/2 Proc., nie über 1 Proc. in ihrer Zusammensetzung von einander abweichen, was für technische Zwecke ausreichend sein dürfte.

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Das chemische Laboratorium der Deutschen Töpfer- und Ziegler-Zeitung in Berlin hat einige Apparate anfertigen lassen und kann dieselben zum Preise von 150 M. incl. Chemikalien für 1500 bis 2000 Rauchgasanalysen abgeben.

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Bei dem aus Paris bezogenen Apparat war das Gefäß K mit Kupferdrahtnetz gefüllt; es zeigte sich jedoch, daß dieses zu oft erheblichen Fehlern Veranlassung gab, weil häufig Luftbläschen an demselben hängen blieben und sich dadurch der nachherigen Messung entzogen.

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Um auch denen, welche mit chemischen Arbeiten nicht vertraut sind, den Gebrauch des Apparats zu ermöglichen, geben wir eine etwas ausführlichere Instruction.

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