Titel: Lunge, über Jones und Walsh' Verfahren zur Sulfatfabrikation.
Autor: Lunge, Georg
Fundstelle: 1876, Band 220 (S. 232–238)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj220/ar220068

 Ueber Jones und Walsh' Verfahren zur Sulfatfabrikation; von Professor Dr. Georg Lunge in Zürich.

Mit Abbildungen auf Taf. IV [c/3].

Erst vor Kurzem habe ich in diesem Journale (*1875 218 416) eine ausführliche Beschreibung des schon längst bekannten Apparates von Hargreaves zur Fabrikation von Sulfat (Glaubersalz) nach seiner neuen Methode gegeben, und schon bin ich wiederum in der Lage über ein Verfahren zu berichten, welches einen so enormen Fortschritt in der Fabrikation desselben Artikels aus Kochsalz und Schwefelsäure darstellt, daß vermuthlich das Uebergewicht der Vortheile, welches eine Zeit lang sich auf Hargreaves' Verfahren zu neigen schien, wieder ganz und gar der ältern Methode zufallen wird.

Wie allbekannt, wird in allen größern Fabriken das Kochsalz mit Schwefelsäure von 55 bis 60° B. in großen gußeisernen Schalen erhitzt, und wenn die Masse bis zur dicken Breiconsistenz concentrirt ist, wird sie nach dem Calcinirofen hinübergeschafft, um dort fertig gemacht zu |233| werden. Dies erfordert namentlich für die erste Arbeit (in der Schale) sehr tüchtige und zuverlässige Arbeiter; es ist ungemein schwierig, ausgenommen nach langer Uebung und mit großer Umsicht, die Schalen richtig zu behandeln; sie müssen selbstredend sehr dick sein (bis 178mm am Boden), und obwohl sie nur aus den besten und zähesten Roheisensorten gegossen werden (es ist dies eine Specialität weniger Gießereien), so geschieht es doch häufig, daß sie schon nach wenigen Wochen, in Folge des häufigen starken Temperaturwechsels, springen und mit großen Kosten ausgewechselt werden müssen. Selbst ganz abgesehen von Unfällen oder grober Vernachlässigung hält eine Schale nur selten für mehr als 1500 bis 2000t Sulfat aus, und viele Fabrikanten rechnen nur auf einen Durchschnitt von 1200t. Man sucht die Arbeiter durch specielle Prämien nach Ueberstehung einer gewissen Arbeitszeit einer Pfanne zu größerer Behutsamkeit mit denselben zu ermuntern, aber über den obigen Erfolg kommt man doch nicht hinaus, und man ist zudem von dem guten Willen der Arbeiter sehr abhängig, welche recht gut wissen, daß es unmöglich ist, neue Leute ohne enormes Risico für die Schalen Plötzlich anlernen zu müssen.

Auch die Ofenarbeit hat ihre große Schwierigkeiten; fast überall werden die Leute sehr durch Salzsäuregas belästigt, weil man, um eine gute Condensation zu erreichen, nicht zu starken Zug geben kann; um starkes Sulfat zu erhalten, muß man einen Ueberschuß von Schwefelsäure anwenden, weil die Mischung von den Arbeitern nie vollkommen gemacht wird, und diesen Ueberschuß muß man wieder großentheils verdampfen. Obwohl die für Herstellung von Natriumsulfat aus Kochsalz und Schwefelsäure erforderliche Hitze, incl. der zur Vertreibung der Salzsäure etc. erforderlichen, verhältnißmäßig nicht bedeutend ist, so consumiren doch sowohl die Schale als der Ofen ganz unverhältnißmäßig große Mengen von Brennmaterial.

Der Ofen von Jones und Walsh, welcher im Folgenden beschrieben werden soll, stellt so gut wie alle gerügten Uebelstände ab und läßt in der That, so weit ich es jetzt beurtheilen kann, dem Praktiker fast gar nichts zu wünschen übrig. Freilich ist die mit demselben gewonnene Erfahrung erst einige Monate alt, aber es ist kaum anzunehmen, daß etwaige Uebelstände in dieser Zeit noch nicht zu Tage gekommen sein sollten. Die erste Erwähnung dieses Ofens in der Oeffentlichkeit ist von Pattinson in seiner Eröffnungsrede vor der Newcastle Chemical Society gemacht worden; seitdem wurde aber der Ofen bedeutend verbessert, und ich werde ihn und das Verfahren beschreiben, wie ich sie Anfangs Februar d. I. in einer größern Gesellschaft von |234| chemischen Fabrikanten an Ort und Stelle (in Middlesborough) gesehen und untersucht habe.

Der Ofen besteht aus einer kreisförmigen Schale, 14 engl. Fuß (4m,27) weit, mit flachem Boden und 6 Zoll (152mm) aufstehendem Rand, welche auf massivem Mauerwerk ruht und ausschließlich von oben durch ein Kokesfeuer erhitzt wird. In der Mitte der Schale ist ein Zapfenlager, in welchem eine stehende Welle rotirt, die durch das die Schale überspannende Gewölbe nach oben austritt und durch ein Zahnradvorgelege in Bewegung versetzt wird; in der stehenden Welle sind Vorrichtungen angebracht, durch welche die in der Schale befindliche Mischung fortwährend umgerührt und schließlich entleert wird. Die Operation wird an derselben Schale bis ganz zu Ende geführt und existirt kein besonderer Calcinirofen. Im Folgenden die nähere Beschreibung des in Fig. 27 bis 29 dargestellten Ofens.

a ist der Feuerherd, wie man sieht, verhältnißmäßig sehr klein; das Feuer streicht durch die Füchse b über die flache Schale c und entweicht durch d in den Abzugscanal e, welcher nach den Condensationsvorrichtungen führt. In der Mitte der Schale rotirt eine stehende Welle f (von Gußeisen) in einem Zapfenlager g; von ihr gehen vier starke, horizontale, schmiedeiserne Arme h aus, an welchen die schräg vorstehenden Stangen i mit den daran befestigten Pflügen k durch Vorstecker befestigt sind. Die Pflüge sind in ungleichen Abständen von der Welle angebracht, so daß die ganze Schale von ihnen bestrichen wird. Die Pflugschaaren K sind die einzigen Eisentheile, welche irgend größerer Abnützung ausgesetzt sind; aber dies beträgt nur ein unbedeutendes gegenüber der Abnützung der gewöhnlichen Gezähe, welche hier ganz fortfallen, und sie können sehr leicht und schnell ausgewechselt werden. Die Welle h wird durch das Zahnradvorgelege l in Umdrehung versetzt und die bewegende Kraft durch eine Riemenscheibe von einer beliebigen Welle oder einer besondern kleinen Dampfmaschine (etwa 125mm-Cylinder) abgeleitet. Die Oeffnungen m, welche in der Regel durch die Thüren n verschlossen sind, dienen zum Eintragen und Ausziehen der Charge.

Diese Construction ist in mehrfacher Beziehung der Verbesserung fähig, und die neuen Ofen werden jetzt nach den Plänen von Alfred Goodman in Newcastle ausgeführt. Der Feuerherd wird, statt an die Stirnseite, an eines der Widerlager des Schalengewölbes gelegt, was gestattet, das letztere viel niedriger zu halten und dadurch die Feuerung besser auszunützen. Die Schale wird, statt 14 Fuß (4m,27) |235| jetzt 16 Fuß (4m,88) weit gemacht und steht auf einem Gewölbe, und die Welle wird von unten her in Betrieb gesetzt. Die Pflüge sind von Gußeisen, direct an die horizontalen Arme angesetzt und derart schief gestellt, daß sie unter gewöhnlichen Umständen den Inhalt der Schale einfach umrühren und mischen, aber beim Umstellen der Transmission den Schaleninhalt nach der Peripherie bewegen und durch eine dort angebrachte Entleerungsthür ausstürzen. Auf dem Deckgewölbe sitzt ein eiserner Rumpf, unten verschlossen durch einen mit Kette und Gegengewicht balancirten Conus, welcher die ganze Charge (5t Salz) faßt und durch Lüften des Conus auf einmal in die Schalen stürzt. Diese Einrichtung wird sowohl das Beschicken als das Entleeren der Schale auf mechanischem Wege in der kürzesten Zeit und mit einem Minimum von Handarbeit verrichten und noch weniger Brennmaterial als bisher beanspruchen. Es scheint kaum fraglich zu sein, daß eine Schale von 4m,88 Durchmesser alle 6 Stunden zu 5t Salz verarbeiten wird, also 20t täglich. Dies ist jedoch bisher noch nicht in praktischem Betrieb, und beziehen sich die nachfolgenden Angaben auf die etwas weniger günstigen Resultate, welche Verfasser mit dem hier abgebildeten, noch nicht verbesserten Apparate erhalten sah.

Die in den jetzigen (4m,27 messenden) Pfannen verarbeiteten Chargen sind je 3t,5 Kochsalz resp. Chlorkalium (in Jones' Fabrik wird der Apparat meistens zur Fabrikation von schwefelsaurem Kali gebraucht). Das Salz wird vorläufig noch mit der Hand eingeschaufelt, wie es bei dem Betriebe der Welle von oben nicht gut anders möglich ist, und dieses dauert bei der großen Charge beinahe 1 Stunde, ein Verlust an Zeit und natürlich an Kohlen, welcher bei der neuen Construction, mit Beschickung von oben, vollkommen vermieden werden wird; dasselbe kann von dem Entleeren gesagt werden. Man läßt dann etwa vier Fünftel der nöthigen Säure zulaufen, was durch zwei gerade über dem Rande der Schale einmündende Bleiröhren geschieht, und findet, daß die Säure sich mit dem Salze ganz regelmäßig und ohne die mindeste Neigung zum Ueberkochen mischt. Bei den gewöhnlichen, von unten geheizten Pfannen findet bekanntlich ein solches Ueberkochen sehr leicht statt, und die Arbeiter müssen ganz regelmäßig ein Stück Talg o. dgl. in die Pfanne werfen, um es zu dämpfen, nicht immer mit Erfolg; das Salzsäuregas entwickelt sich ganz stürmisch und nimmt die Condensationsvorrichtungen in der ersten Viertelstunde viel mehr als später in Anspruch. Bei Jones und Walsh' Apparat dagegen ist die Gasentwicklung viel gleichmäßiger und die Condensation darum leicht und vollständig, trotz der Verdünnung mit Luft. Nachdem die Masse eine Viertelstunde lang |236| umgerührt worden ist, wird eine Probe herausgenommen und je nach Befund derselben im Laboratorium der Rest der Schwefelsäure zugesetzt. Sollte man zufällig zu weit darin gegangen sein, so kann man ein weniges Salz zufügen u. s. f. Gerade diese Möglichkeit, eine Charge während der Arbeit verbessern zu können, macht einen der Vorzüge des Verfahrens aus. In Folge der innigen Mischung braucht man auch nicht so viel Schwefelsäure (ca. 5 Proc. weniger) als bei dem gewöhnlichen Verfahren. Die Hitze in dem Ofen ist nur etwa 425° gegenüber 650° oder mehr in dem gewöhnlichen Flammofen.

Nach 5½ oder 6 Stunden ist die Operation beendigt und das Sulfat wird ausgezogen. Es erscheint als eine ganz feinpulverige Masse, völlig frei von Klumpen und von großer Reinheit. Von zwei Mustern, welche ich an Ort und Stelle entnahm und zu Hause probirte, zeigte das eine (schwefelsaures Kali) 0,6 Proc. freie Säure und 0,58 Proc. K Cl, das andere (schwefelsaures Natron) 0,2 Proc. freie Säure und 0,12 Proc. Na Cl. Ein Sodafabrikant, welcher 200t des bei Jones fabricirten Sulfates zu Soda verarbeitet hatte, versichert mich, daß es sich ganz ausgezeichnet gut verarbeitet und ungewöhnlich starke Soda geliefert habe.

Zur Feuerung dienten Kokes, wovon 1¼ Ctr. pro Stunde gebraucht werden. Dies beträgt 30 Ctr. für den Tag, was schon bei der jetzigen Production nur ⅓ bis ¼ des bei dem gewöhnlichen Verfahren in der Pfanne und im Ofen verbrauchten Brennmaterials ausmacht. Neuerdings, auch während meiner Anwesenheit, wird halb Kokes und halb Steinkohlen gefeuert, ohne anscheinend der Salzsäure zu schaden, was wohl von der bald zu erwähnenden „Douche“ herrühren mag.

Ein Arbeiter kann mit größter Leichtigkeit drei Oefen bedienen und in der langen Zwischenzeit, während die Maschinerie arbeitet, das Salz von Magazin herkarren, um es durch ein Becherwerk in den Füllrumpf heben zu lassen; vorläufig geht das eben nicht an, und er muß müßig gehen. Bei dem gewöhnlichen Verfahren würden zwei Mann an der Pfanne, zwei oder selbst vier am Ofen, ein Mann zum Wiegen und einer zum Wegkarren erforderlich sein, um 15 bis 20t pro Tag zu verarbeiten.

Ein sehr wichtiger Gegenstand bleibt noch zur Betrachtung übrig, nämlich die Condensation der Salzsäure. Es scheint allen gewöhnlichen Regeln und Erfahrungen zu widersprechen, daß man bei der Fabrikation des Sulfates mit ausschließlichem Oberfeuer starke Säure, und zwar ohne irgend wie complicirte Condensationseinrichtung gewinnen könne, und doch ist dieses der Fall, wie ich mich genau überzeugt habe. |237| Die Möglichkeit davon wird augenscheinlich durch zwei Umstände gegeben — einmal, daß die Entwicklung des Salzsäuregases lange nicht so stürmisch im ersten und so langsam im letzten Stadium geschieht, wie dies bei dem gewöhnlichen Verfahren mit Pfanne und Ofen der Fall ist, und zweitens, daß die Hitze in Jones' Apparat, wie oben bemerkt, weit geringer als im gewöhnlichen Calcinirofen ist. Die Salzsäure streicht in Jones' Fabrik zugleich mit der Feuerluft zunächst durch einen aus Chamottesteinen gemauerten Canal von 50 Fuß (15m,25) Länge, 3½ Fuß (1m,07) Höhe und 2½ Fuß (76cm) Weite; derselbe befindet sich auf der Hüttensohle und wirkt also nicht sehr abkühlend; ein viel besserer Effect würde unbedingt durch die in vielen andern Fabriken gebräuchlichen Gußeisenrohre erzeugt werden. Darauf passirt das Gas eine „Douche“ (shower-bath), nämlich einen Steintrog, auf dessen Deckel etwa 80 Oeffnungen mit Wasserverschluß sich befinden; ein 25mm weites Wasserrohr mit einer Anzahl feiner Oeffnungen läuft darüber hin und producirt im Innern des Troges einen fortwährenden feinen Regen, welcher das Gas abkühlt und den Rauch aus demselben niederschlägt, wenn man mit Kohlen feuert, ohne doch viel Säure dabei zu condensiren, weil die Wirkung eine zu kurze ist. Das continuirlich in halber Höhe des Troges (dessen Dimensionen 2m,15 × 1m,55 bei 2m,15 Höhe sind) ablaufende Wasser schmeckt nur wenig sauer und zeigt höchstens ½° B. Von da tritt das Gas unmittelbar in einen ganz gewöhnlichen steinernen Condensationsthurm von 7 Fuß (2m,14) im Quadrat und 50 Fuß (15m,25) Höhe ein, welcher für die sämmtliche Production genügt; von seiner Spitze führt ein 15 zölliges (381mm-)Thonrohr wieder hinunter und in einem Schornstein. Die abfließende Säure zeigte sich 28° Tw. heiß gemessen, also mindestens 30° Tw. kalt, und es kann gar keinem Zweifel unterliegen, daß man durch etwas bessere Condensationseinrichtungen auch noch stärkere Säure wird erhalten können. Ueber die Quantität der erhaltenen Salzsäure konnte ich leider keine Auskunft erhalten, weil dieselbe nicht gut gemessen werden konnte; dies wäre jedenfalls sehr wünschenswerth, um eine bessere Vorstellung davon zu erlangen, ob das in der Douche condensirte Gas wirklich nur einen unerheblichen Bruchtheil des ganzen ausmacht. Die Condensation ist gut; denn eine in meinem Beisein aus dem Schornstein gewonnene Probe des Gases zeigte nur 0,2 Grains H Cl auf den Cubikfuß (2g,3 H Cl pro 1cbm), was noch innerhalb der von der Alkali-Act gesetzten Grenze ist. Eine Belästigung durch Salzsäuredämpfe in der Fabrik selbst findet überhaupt gar nicht statt; es war selbst während der ersten, immerhin stärksten Einwirkung der Schwefelsäure kein Gas um den Ofen herum zu spüren; |238| die Thüren können natürlich ganz lutirt werden, wenn der Zug nicht hinreichend sein sollte, da man nur ein Schauloch in den Ofen hinein braucht, und somit ist selbst bei schlechterm Zuge keine Gefahr eines Entweichens von Gas vorhanden. Da kein Register zwischen Pfanne und Ofen existirt, so ist auch diese Quelle von Gasverlust verstopft, und da das Sulfat ganz ausgezeichnet und fast ohne Säureüberschuß abgeröstet wird, so ist auch die beim Ausziehen der Chargen stattfindende Belästigung durch das von derselben ausgehende Gas nur ganz unbedeutend; wenigstens war dies bei meinem Besuche der Fall, und wurde mir bestimmt versichert, daß es immer so sei.

Es wird schließlich den technischen Leser interessiren zu hören, daß die Anlagekosten des neuen, verbesserten Ofens (nach der Construction von Goodman) sich auf 300 Pfd. Sterling für sämmtliche Maschinerie und Eisentheile belaufen, wozu noch etwa 60 Pfd. St. für die Einmauerung und 40 Pfd. St. für eine kleine Dampfmaschine kommen, im Ganzen also 400 Pfd. St., zuzüglich einer mäßigen Patentgebühr. Dies ersetzt zwei gewöhnliche Pfannen und zwei Calciniröfen, welche wohl ebensoviel kosten; der Einwand, welcher gegen Hargreaves' Verfahren mit Recht erhoben wird, nämlich die enormen Anlagekosten, existirt also in diesem Falle nicht. Jones und Walsh' Apparat nimmt schließlich nur ein Viertel des Raumes ein, wie die zu einer gleichen Production nach dem alten Verfahren erforderlichen Pfannen und Oefen. Alles dies wird wohl mein im Eingänge dieser Mittheilung ausgesprochenes, günstiges Urtheil bestätigen, zu welchem ich durch eigene, unabhängige Untersuchung der Sache gekommen bin.

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