Titel: | Ueber die Untersuchung des Nutzeffectes von Kesselfeuerungen mit Hilfe des Winkler'schen Gasanalysenapparates; von Adolf F. Weinhold. |
Autor: | Adolf F. Weinhold |
Fundstelle: | Band 219, Jahrgang 1876, S. 409 |
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Ueber die Untersuchung des Nutzeffectes von
Kesselfeuerungen mit Hilfe des Winkler'schen Gasanalysenapparates; von Adolf F. Weinhold.
Mit Abbildungen auf Taf.
IX [c.d/3].
(Schluß von S. 288 dieses Bandes.)
Weinhold, über die Untersuchung des Nutzeffectes von
Kesselfeuerungen mit Hilfe des Winkler'schen Gasanalysenapparates.
III. Die Beurtheilung der Verbrennung erfordert die Kenntniß der Zusammensetzung der
nach der Esse abziehenden Gase, die Beurtheilung der Ausnützung der Wärme überdies
die Kenntniß der Elementarzusammensetzung des Brennmaterials und der Temperatur der
abgehenden Gase. Diese Temperatur sollte bei
Kesselheizungen nie so hoch sein, daß sie nicht mit dem Quecksilberthermometer
gemessen werden könnte; sie ist aber, wie die angeführten Beispiele zeigen, oft zu
hoch. Das bequemste und für alle Fälle zureichende Mittel zur Bestimmung der
Temperatur ist das Siemens'sche elektrische Pyrometer (1875 217 291); in
Ermanglung eines solchen kann man sich des Schneider'schen Verfahrens zur Temperaturmessung
Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1875 Bd. 19 S. 15. bedienen, wenn das Quecksilberthermometer nicht anwendbar ist. Ein
ungefähres Urtheil über die Temperatur kann man sich bilden, wenn man in den
Rauchcanal an einem Drahte flache Stücke von Zinn, von Blei und von Zink einsenkt
und beobachtet, ob diese geschmolzen werden; bleibt das Blei ungeschmolzen, so ist
die Anwendung des Quecksilberthermometers zulässig; schmilzt das Zink, so ist die Temperatur viel
höher, als sie bei einer Kesselfeuerung sein sollte.
Die Messung mit dem Quecksilberthermometer ist nicht gut so auszuführen, daß man das
Thermometer unmittelbar in den Rauchcanal bringt; es würde dazu in den meisten
Fällen ein unmäßig langes Thermometer erforderlich sein, und man würde dieses leicht
zerbrechen oder durch zu plötzliche Erwärmung zersprengen. Verfasser hat sich
gewöhnlich einer Birne von Schmiedeisen oder Gußeisen mit ausgebohrter Höhlung
bedient, wie Fig.
20 in 1/3 der natürlichen Größe zeigt; die Höhlung wurde zu etwa 2/3 mit
Quecksilber gefüllt, die Birne mittels einer durch die horizontalen Löcher aa gezogenen Drahtschlinge in den Rauchcanal durch
eine verticale Oeffnung eingesenkt, nach 10 bis 15 Minuten rasch wieder
herausgezogen und sofort ein über der Weingeistlampe auf ca. 250° angewärmtes
Thermometer bis auf den Boden der mit Quecksilber gefüllten Höhlung der Birne
eingeführt; steigt das Thermometer nach dem Einführen, so liest man es ab, sobald es
aufhört zu steigen; fällt es gleich anfangs, so liest man ab, sobald das Fallen sehr
langsam von statten geht. Diese Art der Temperaturmessung gibt zwar keine sehr
genauen Resultate, genügt aber für den vorliegenden Zweck. Soll sich die Birne auch
zum Einbringen durch horizontale Oeffnungen in der Seitenwand des Canals eignen, so
wird man ihr besser die Form Fig. 21 geben; man kann
sie dann, wie in der Zeichnung angedeutet, an einen Eisenstab befestigen oder auch,
wenn sie durch verticale Oeffnungen eingesenkt werden soll, einen Draht zum
Aufhängen durch die obere, horizontale Bohrung ziehen.
Wenn die abziehenden Gase in verschiedenen Punkten des Canalquerschnittes wesentlich
verschiedene Geschwindigkeiten und wesentlich verschiedene Temperaturen besäßen, so
würde es ziemlich schwierig sein, die für die ganze Gasmasse zu rechnende
Mitteltemperatur festzustellen, weil diese streng genommen nicht das Mittel aus den
Temperaturen einer Zahl gleichmäßig vertheilter Punkte des Canalquerschnittes wäre,
sondern der Quotient aus der Summe der Producte der zusammengehörigen
Geschwindigkeiten und Temperaturen, dividirt durch die Summe der Geschwindigkeiten,
und weil wir zur Ermittlung der Geschwindigkeiten noch durchaus kein zuverlässiges
Mittel besitzen. Eigens angestellte Versuche haben aber ergeben, daß in einem von
Gasen durchströmten Rauchcanale keine nennenswerthen Temperaturdifferenzen
vorkommen, wenn die Strömung nicht durch vorspringende Zungen und dergleichen
gehindert wird, den ganzen Querschnitt des Canals auszufüllen. Danach erscheint es
zulässig, die Temperatur nur in einem Punkte zu messen, und zwar wird man diesen Punkt in der
Mitte des Canalquerschnittes wählen, wenn er genügend weit von einer Verengerung
dieses Canals entfernt ist; muß die Temperatur, wie es meist der Fall ist, kurz vor
dem Essenschieber gemessen werden, so wählt man den Punkt in der Mitte der Breite,
aber nicht in der halben Höhe des Canals, sondern in der halben Höhe der freien
Schieberöffnung.
Das zu analysirende Gasquantum hat Verfasser immer mittels eines Messingrohres von
etwa 6mm Weite aufgefangen, das bis zu dem
Punkte, an welchem die Temperatur gemessen wurde, in den Rauchcanal eingeführt war;
die Oeffnung im Canalmauerwerk wurde nach dem Einführen des Messingrohres, bezieh.
des Pyrometers oder der Eisenbirne mit Putzwolle möglichst verstopft, um das
Eindringen atmosphärischer Luft zu verhindern. In einigen Fällen wurde das
Messingrohr zum größten Theil seiner Länge in ein Eisenrohr eingeschlossen, um es
vor dem Verbiegen zu schützen. Scheurer-Kestner
hat zum Auffangen der Gase ein Rohr benützt (vgl. 1870 198 26), das am Ende geschlossen, an der Seite aber mit einem Längsschlitz
versehen ist, welcher den ganzen Durchmesser des Rauchcanals einnimmt; das so
aufgefangene Gas soll einen bessern Durchschnitt der ganzen Gasmasse darstellen als
das von einem Punkt entnommene. Die geringen Verschiedenheiten der Temperatur in
verschiedenen Theilen des Rauchcanalquerschnittes lassen aber vermuthen, daß die
entweichenden Gase ziemlich gut gemengt sind, so daß die Anwendung des Schlitzrohres
nicht nöthig erscheint. Wären die Gase an verschiedenen Punkten des
Canalquerschnittes von sehr verschiedener Zusammensetzung, so würde auch das mit dem
Schlitzrohr aufgefangene Gemenge keinen vollkommenen Durchschnitt darstellen, weil
von dem in der Nähe der Canalwände langsamer strömenden Gase eben so viel
aufgefangen wird, als von dem in der Mitte des Canals rasch strömenden. Ueberdies
erfordert das Auffangen mit dem Schlitzrohre, wenn es seinem Zwecke, von
verschiedenen Punkten des Canalquerschnittes gleiche Gasmengen zu entnehmen,
entsprechen soll, die Anwendung eines sehr großen Aspirators, damit man andauernd
einen starken Gasstrom aufsaugen kann; nur bei starkem Strome und weitem Rohre mit
engem Schlitze ist es möglich, den Unterdruck in den verschiedenen Stellen des
Auffangrohres nahezu gleich zu erhalten.
Als Aspirator und zugleich als Auffanggefäß benützt Verfasser eine Glasflasche von
etwa 8 bis 10l Inhalt mit doppelt
durchbohrtem Kautschukpfropfen, durch welchen zwei Glasröhren gehen, deren eine an
der Unterfläche des Pfropfens endigt, während die andere bis fast auf den Boden der
Flasche hinabreicht; letztere mag das Wasserrohr, erstere das Gasrohr heißen. Nahe über dem
Pfropfen sind beide Röhren horizontal umgebogen; die horizontalen Enden sind nur
einige Centimeter lang. Kurze Stückchen von Kautschukschlauch, welche über diese
Enden geschoben sind, und ebenso der Kautschukpfropf sind mit Bindfaden
festgebunden, weil sie leicht ab- bezieh. herausgleiten, wenn sie von Oel
benetzt werden. Eine 1 bis 2cm dicke
Schicht von Baumöl kommt über das Wasser in die Aspiratorflaschen, um zu verhindern,
daß dieses Wasser die Zusammensetzung des aufgefangenen Gasgemisches durch
Kohlensäureabsorption verändert. Auf die kurzen Kautschukschläuche kommen
Quetschhähne, von denen der eine, zu dem Wasserrohre gehörige, mit Schraube zum
Reguliren versehen sein muß. Beim Gebrauch wird die Flasche zuerst mit so viel
Wasser gefüllt, daß das Oel bis an den Kautschukpfropf steigt; hierauf wird der
Schraubenquetschhahn verschlossen, das in den Rauchcanal eingeführte Auffangrohr
durch einen Schlauch, dessen eines Ende auf diesem Rohre, dessen anderes Ende auf
einem kurzen Glasröhrchen festgebunden ist, mit dem Aspirator verbunden, indem man
dieses kurze Glasröhrchen in den Kautschukschlauch des Gasrohres einschiebt. Die
anfangs in dem Auffangrohre und dem Verbindungsschlauche befindliche atmosphärische
Luft hat Verfasser gewöhnlich einfach durch Aussaugen mit dem Munde entfernt, bevor
der Schlauch mit dem Aspirator verbunden wurde. Natürlich muß der Schlauch nach
geschehenem Aussaugen durch Zusammendrücken mit den Fingern verschlossen werden, bis
er mit dem Aspirator verbunden ist, weil sonst der atmosphärische Druck wieder Luft
in den Schlauch treiben würde, da im Rauchcanale Unterdruck herrscht. Will man
vermeiden, die schlechtschmeckenden Verbrennungsgase in den Mund zu bekommen, so
kann man irgend einen kleinen Aspirator zum Aussaugen des Schlauches verwenden, etwa
den an dem Orsat'schen Gasanalysenapparate (1875 217 220)
angebrachten, injectorartig wirkenden Apparat.
Nachdem der Auffangschlauch mit dem Aspirator verbunden ist, wird der auf dem
Kautschukschlauch des Gasrohres sitzende Quetschhahn geöffnet oder entferntDie von der Kautschukfabrik Martin Wallach in
Kassel unter dem Namen Röhrenzangen zu beziehenden Quetschhähne lassen sich
bequem seitlich von dem Schlauche abnehmen., ein enger, etwa 80cm langer
Kautschukschlauch mittels eines kurzen Glasverbindungsstückes an den Schlauch des
Wasserrohres angesetzt, der auf diesem befindliche Schraubenquetschhahn geöffnet und
durch Saugen mit dem Munde das Auslaufen des Wassers eingeleitet. Der herabhängende,
dünne Schlauch wirkt als längerer Schenkel eines Hebers; das ablaufende Wasser fängt
man in einem untergesetzten Gefäße auf und regulirt durch Drehen an der Schraube des
Quetschhahnes den Wasserausfluß derart, daß das Aufsaugen des Gases so lange dauert,
als erforderlich ist, um einen brauchbaren Durchschnitt für die Zusammensetzung der
Verbrennungsgase zu erhalten. Wenn man nicht, wie in einigen Fällen geschehen ist,
die Verbrennungsproducte von einzelnen Perioden des Verbrennungsprocesses getrennt
auffangen will, was besondere Einrichtung erfordert, wird man das Auffangen
wenigstens so lange dauern lassen, daß sich das Auflegen von Brennmaterial
unterdessen einige Mal wiederholt.
Die zu untersuchenden Gase aus dem Auffangrohre direct in die zur Analyse dienenden
Meßapparate zu saugen, würde nur dann zulässig sein, wenn man schon von vornherein
überzeugt sein könnte, daß der Gang der Verbrennung ein absolut gleichmäßiger wäre,
was außer bei einer mechanischen, selbstthätigen Heizvorrichtung kaum jemals der
Fall sein wird; überdies ist eine Aufstellung der maßanalytischen Apparate in der
Nähe einer Feuerung wegen hoher, schwankender Temperatur der Luft und ungünstiger
Beleuchtungsverhältnisse in der Regel unthunlich. Verfasser hat immer die im
Aspirator aufgefangenen Gase nach einem Raum mit möglichst constanter Temperatur
transportirt und da analysirt. Zur Analyse wurde der Winkler'sche Gasanalysenapparat
verwendet; das eingeschlagene Verfahren war in einigen Punkten von dem von Winkler angegebenen etwas abweichend; einige der
angewendeten Modificationen verdankt Verfasser der freundlichen Mittheilung seines
Collegen Hrn. Merz. Es mag hier die Beschreibung des
Apparates und der Art, wie er vom Verfasser gebraucht wurde, Platz finden, indem
bezüglich des ursprünglichen Winkler'schen Verfahrens auf die
OriginalabhandlungJournal für praktische Chemie. 1873 N. F. Bd. 6 S. 301. verwiesen wird.
Der Apparat (Fig.
22 bis 24) besteht aus zwei in verticaler Stellung an einer Eisenschiene
befestigten, unten gebogenen und durch einen Kautschukschlauch mit einander
verbundenen Glasröhren, dem Füllrohr F und der Bürette
B (Fig. 22). Das Füllrohr
hat unten einen seitlichen Ansatz mit gewöhnlichem, einfach durchbohrtem Hahn A zum Ablassen von Flüssigkeit; oben ist es zweckmäßig
mit einem Kropf K versehen, welcher als Trichter beim
Eingießen von Flüssigkeit dient. Die Bürette faßt zwischen den beiden Hähnen ca.
100cc (gewöhnlich etwas mehr, bis zu
102 oder 103cc); der untere Theil ist etwas
enger als der obere. Für unsere Zwecke empfiehlt es sich, dem engern Theile ein
Volum von 3 bis 4cc zu geben. Von den
beiden Hähnen der Bürette ist der obere
V ein gewöhnlicher, einfach durchbohrter Verschlußhahn,
während der untere, in Figur 23 besonders
gezeichnete Hahn H außer der gewöhnlichen quer
durchgehenden, noch eine zweite, von der Seite herein und durch die Achse
herausgehende Bohrung besitzt, durch welche das Innere der Bürette (Fig. 23
a) oder das unterhalb des Hahnes befindliche Rohrstück
(Fig. 23
b) in Communication mit der Atmosphäre gesetzt werden
kann.
Die Eisenschiene E (Fig. 22), welche die
beiden Röhren trägt, ist um den Zapfen Z drehbar, so daß
man dem Apparate leicht die in Figur 24 gezeichnete
Stellung geben kann; für gewöhnlich wird die Schiene in senkrechter Stellung
gehalten, dadurch, daß sich ihr unteres, in eine stumpfe Spitze auslaufendes Ende in
ein Loch der Feder S einsetzt.
In den Kropf K paßt ein durchbohrter Kautschukpfropf
mäßig streng; ein aus einem Stück Glasstab gebildeter Stopfen oder eine kurze,
∩-förmig gebogene Glasröhre mit an den einen Schenkel angesetztem
Schlauch von ca. 60cm Länge lassen sich
leicht in die Bohrung des Kautschukpfropfens einschieben, um entweder das Füllrohr
F abzuschließen oder durch Blasen mit dem Munde in
F einigen Druck zu erzeugen. Wem kräftiges Blasen
unbequem ist, der kann sich eines hohlen Kautschukballes am Ende des Schlauches
bedienen und durch Drücken dieses Balles mit der Hand den erforderlichen Druck
erzeugen. Auf den achsialen Fortsatz des Hahnes H paßt
ein Stück Kauschukschlauch von etwa 10cm
Länge mit eingesetztem, etwa ebenso langem Glasrohr.
Der Raum, in welchem die Analysen ausgeführt werden, muß möglichst gleiche Temperatur
haben; man wird denselben im Sommer womöglich nach Norden gelegen wählen, in der
kühlern Jahreszeit ihn, wenn irgend möglich ungeheizt lassen; muß man heizen, so
suche man unter Zuhilfenahme des Thermometers die Temperatur möglichst genau
constant zu halten; es ist dies wesentlich, weil alle Messungen der Gase ohne
Temperaturreduction ausgeführt werden. Ein Wasserreservoir von 20 bis 100l Inhalt stelle man in dem Arbeitsraume so
hoch auf, daß sich sein Boden einige Decimeter höher befindet, als der höchste Punkt
der auf einem Tische stehenden Gasbüretten; da auch das Wasser die Temperatur des
Raumes besitzen soll, so fülle man das Reservoir immer wenigstens am Abende vor dem
Versuchstage. Von dem Reservoir bis zum Arbeitstische führt man eine Leitung aus
Bleirohr oder Kautschukschlauch; auf dem Tische theilt man die Leitung in zwei
Zweige, deren jeder durch einen Hahn verschließbar ist und in einen etwa 1m langen, dünnen Kautschukschlauch
ausläuft.
Ferner bedarf man für die Ausführung der Analyse noch folgender Requisiten:
Absorptionsflasche. Eine Flasche von ca. 500cc Inhalt, mit doppelt durchbohrtem
Kautschukpfropf, Gasrohr, Wasserrohr, kurzen Kautschukschläuchen und Quetschhähnen,
ganz ähnlich eingerichtet, wie die zum Auffangen der Gase dienenden Flaschen, nur
mit dem Unterschied, daß das Wasserrohr nicht horizontal umgebogen ist, sondern
vertical endigt.
Zwei Fülltrichter von etwa 5cm Durchmesser; der Hals des einen so dünn
ausgezogen, daß er sich leicht in einen engen Kautschukschlauch schieben läßt.
Meßfläschchen, ein Fläschchen mit eingeschliffenem
Stöpsel, 40 bis 50cc fassend, mit zwei
Marken, 10cc und 30cc angebend.
Spritzflasche mit destillirtem Wasser.
Kalilauge, durch Auflösen von 75g Stangenkali in 1l Wasser dargestellt.
Pyrogallussäure in Portionen von 0g,5 und 1g. Es ist zweckmäßig, sich eine größere
Zahl von Portionen jeder Art vorräthig abzuwägen, dieselben in gewöhnliche papierne
Pulverkapseln einzuschließen und diese in zwei weithalsigen Glasbüchsen mit
eingeschliffenen Glasstöpseln aufzubewahren.
Kupferchlorürlösung. Anstatt der von Winkler angegebenen Lösung von reinem festen
Kupferchlorür in Wasser hat sich Verfasser meist einer auf folgende Art leicht und
rasch darzustellenden Flüssigkeit bedient:
100g geglühtes,
gepulvertes Kupferoxyd werden in 984g
Salzsäure vom spec. Gew. 1,17 (17° B., die gewöhnliche Concentration der
rohen Säure des Handels, welche zu diesem Zwecke genügt) gelöst, mit 142g gutem Zinnsalz und 168cc Wasser versetzt. Wird die schwarze
Flüssigkeit, die durch Auflösung des Kupferoxydes entsteht, bei Zusatz des
Zinnsalzes nicht hellgelb, so ist letzteres nicht rein; man muß dann so lange noch
etwas von demselben zusetzen, bis die Entfärbung eintritt. In die Flasche, welche
zur Aufbewahrung der Lösung dient, stellt man ein paar fingerbreite Streifen
Kupferblech, um das durch Zutritt atmosphärischen Sauerstoffes beim Oeffnen der
Flasche gebildete Chlorid immer wieder zu reduciren. Nach Winkler soll sich eine ammoniakalische Kupferchlorürlösung weniger gut
eignen, als eine saure. Verfasser hat diese Angabe nicht bestätigt finden können,
vielmehr gefunden, daß die nach Orsat's Vorschrift (1875
217 228) in einfachster Weise durch Schütteln von
überschüssigem Kupferhammerschlage mit einem Gemenge aus gleichen Volumen
gewöhnlicher Ammoniakflüssigkeit und kalt gesättigter Salmiaklösung dargestellte
Flüssigkeit ebenso gut wirkt wie eine saure Lösung.
Allenfalls reicht ein Exemplar der Winkler'schen Gasbürette aus, um die Analyse der
Verbrennungsgase vorzunehmen; viel bequemer aber ist es, wenn mehrere Analysen
hinter einander zu machen sind, mit drei Exemplaren zu arbeiten, weil man dann
jedesmal nur die Bürette B und nicht das Füllrohr F auszuwaschen braucht. Das Auswaschen geschieht dann
so, daß man durch den Hahn V einen Wasserstrahl
einleitet, während der Hahn H in der Stellung a (Fig. 23) ist. Das Wasser
leitet man durch den an H angesetzten Schlauch mit
Glasrohr in ein Becherglas, um sein Volum ungefähr taxiren zu können; nachdem etwa
200 bis 300cc Wasser durchgeflossen sind,
nimmt man den Zuleitungsschlauch von V ab, setzt ihn an
das mit H verbundene Glasrohr an und läßt so lange
Wasser zutreten, bis dieses anfängt, bei V auszufließen.
Hierauf schließt man V und nimmt den mit H verbundenen Zuleitungsschlauch ab. Die von einem
vorhergehenden Versuche etwa im Füllrohr befindliche Absorptionsflüssigkeit läßt man
durch Oeffnen des Hahnes A vor dem Auswaschen von B ablaufen; aus dem untern, gebogenen Theile des
Apparates entfernt man die Flüssigkeit, indem man den Apparat umgekehrt neigt, wie
in Figur 24,
also so, daß man das untere Ende der Eisenschiene E nach
rechts erhebt.
Behufs des Einfüllens des Gasgemenges in die Gasbüretten setzt man zunächst das
Wasserrohr der mit dem Gasgemenge gefüllten Auffangflasche in Verbindung mit dem von
dem Reservoir kommenden Wasserzuführungsschlauch, indem man darauf achtet, daß die
Kautschuk- und Glasverbindungstheile vor ihrer Zusammenfügung völlig mit
Wasser gefüllt werden, so daß keine Luft mit in die Gasflasche gerissen wird, wenn
man nach Oeffnung des auf dem Wasserrohre dieser Flasche sitzenden Quetschhahnes
Wasser in die Flasche treten läßt. Well das Reservoir in einiger Höhe steht, wird
das Gas in der Flasche etwas comprimirt und entweicht kräftig durch einen ca. 1m langen, engen, mit dem Gasrohre der
Flasche verbundenen Schlauch, sobald man den Quetschhahn, welcher bisher das Gasrohr
sperrte, entfernt. Man läßt einen Augenblick das Gas entweichen, um die in dem
langen Schlauche befindliche Luft zu verdrängen, und schiebt dann das Ende des
Schlauches rasch auf das von dem Hahn V nach oben
gehende Röhrchen einer vorher, wie oben angegeben, bis zum Ueberfließen mit Wasser
gefüllten Gasbürette. Wenn man jetzt den Hahn V öffnet,
strömt das Gas in die Bürette, während das in dieser enthalten gewesene Wasser durch
den an H angesetzten Schlauch mit Glasansatz entweicht.
Sobald das Gas durch H auszuströmen beginnt, dreht man diesen Hahn aus der
bisherigen Stellung a rasch durch die Stellungen c und d bis in die Stellung
b (Fig. 23), wobei sich die
Querbohrung des Hahnes auch mit dem Gase füllt und etwas Gas nach dem gebogenen
Ansatz der Gasbürette entweicht. Nachdem man H in die
Stellung b gebracht hat, wartet man noch einen
Augenblick, damit in der Bürette auch eine gewisse Compression des Gases
stattfindet, schließt dann V, nimmt den
Gaszuführungsschlauch ab und setzt ihn sofort auf die zweite Bürette, mit welcher
man behufs der Füllung ganz wie mit der ersten verfährt. Die dritte Bürette wird
nicht direct mit dem Gasgemenge gefüllt; es wird vielmehr dieses erst vollkommen von
Kohlensäure und Sauerstoff befreit, ehe es in die zur Bestimmung des Kohlenoxydes
bestimmte Bürette kommt, weil die zur Kohlenoxydbestimmung dienende
Kupferchlorürlösung auch Kohlensäure und Sauerstoff absorbirt.
Zur Entfernung dieser beiden Gase dient die oben beschriebene Absorptionsflasche.
Nachdem dieselbe mit Wasser gefüllt ist, verbindet man den Gaszuführungsschlauch von
der Gasflasche mittels eines kurzen Glasrohrstückchens mit dem Wasserrohr der Absorptionsflasche, hält diese verkehrt und läßt das Gas
zutreten. Sobald alles Wasser ausgeflossen ist und das Gas durch das Gasrohr zu
entweichen beginnt, schließt man erst dieses und dann das Wasserrohr der Absorptionsflasche durch den Quetschhahn. Den in der
Gasflasche verbliebenen Rest des Gasgemenges schließt man ab, um ihn für etwaige
Controlbestimmungen aufzubewahren. Den Gaszuführungsschlauch auf dem Wasserrohr der
wieder aufgerichteten Absorptionsflasche nimmt man nun ab, setzt auf das kurze
Schlauchstück des Wasserrohres den enghalsigen Trichter, öffnet einen Augenblick den
Quetschhahn, um den Ueberdruck des Gases in der Absorptionsflasche zu entfernen, und
füllt dann diesen Trichter etwa zur Hälfte mit einer Lösung von 1g Pyrogallussäure in 30cc der oben angegebenen Kalilauge. Wenn man
jetzt den Quetschhahn unterhalb des Fülltrichters wieder öffnet, so fließen einige
Cubikcentimeter der Pyrogallussäurelösung in Folge des hydrostatischen Druckes in
die Absorptionsflasche; man schließt den Quetschhahn wieder und schwenkt die
Pyrogallussäurelösung in der Absorptionsflasche etwas um; durch die schleunig
eintretende Absorption von Sauerstoff und Kohlensäure entsteht in wenig Secunden in
der Flasche ein so beträchtlicher Ueberdruck, daß der in den Fülltrichter gegossene
Rest der 30cc
PyrogallussäurelösungPyrogallussäure rasch in die Flasche getrieben wird, wenn man den Quetschhahn öffnet.
Dieses Oeffnen muß sehr vorsichtig geschehen, und der Quetschhahn muß geschlossen
werden, wenn sich eben noch ein paar Tropfen Flüssigkeit über ihm befinden, damit keine
atmosphärische Luft in die Absorptionsflasche gelangt. Schwenkt man die Flasche mit
der Pyrogallussäurelösung 5 Minuten lang gehörig um, so ist aller Sauerstoff und
alle Kohlensäure völlig absorbirt; man füllt dann das übrigbleibende Gemenge von
Stickstoff und Kohlenoxydgas in die dritte Gasbürette, indem man die
Absorptionsflasche ganz so mit dem Wasserleitungsrohr verbindet, wie vorher die
Auffangflasche.
Die vorerwähnte Pyrogallussäurelösung stellt man so her, daß man auf das
Maßfläschchen den Fülltrichter mit nicht verengtem Halse setzt, in diesen die
Portion von 1g Pyrogallussäure schüttet und
diese mit der Kalilauge hinunter spült, bis die Flüssigkeit im Fläschchen die Marke
von 30cc erreicht; ganz kurzes Schütteln
des mit dem Glasstöpsel verschlossenen Fläschens bewirkt die völlige Lösung der
lockern Pyrogallussäure; durch Aufnahme von etwas Sauerstoff wird die Lösung
momentan dunkelbraun gefärbt.
Nachdem die mit Gas gefüllten Büretten einige Minuten gestanden haben, so daß das
anfangs an den Wänden hängen gebliebene Wasser unten zusammengelaufen ist, dreht man
den Hahn H aus der Stellung b durch d hindurch in die Stellung c und sofort wieder zurück; dabei treibt der Ueberdruck
des anfangs etwas comprimirten Gases das zusammengelaufene Wasser in den untern
gebogenen Theil des Apparates, und es stellt sich in der Bürette atmosphärischer
Druck her. Weil aber bei der Ausdehnung des Gases dieses sich momentan etwas abkühlt
und, wenn es die Temperatur der Umgebung annimmt, der Druck wieder etwas wächst, muß
man nach je einigen Minuten Pause die vorbeschriebene Hahnbewegung ein zweites und
drittes Mal vornehmen. Ist auf diese Weise Druck und Temperatur in der Bürette und
in der Umgebung ins Gleichgewicht gesetzt, das kleine Quantum Wasser aus dem untern
Theile des Apparates durch passende Neigung bei geöffnetem Hahne A entfernt und endlich dieser Hahn wieder geschlossen,
so gießt man durch K die Absorptionsflüssigkeit ein und
zwar zunächst so viel, daß diese eben anfängt, in die achsiale Bohrung H einzutreten. Hierauf dreht man H in die Stellung d, hebt den beweglichen
Theil des Apparates nach links auf (wie in Fig. 24), damit eine etwa
in dem Kautschukverbindungsstück sitzen gebliebene Luftblase entweicht, richtet den
Apparat wieder auf, schüttet den Rest der Absorptionsflüssigkeit durch K ein und bringt H aus der
Stellung d in die Stellung c. Auf K setzt man den Kautschukpfropf mit
∩-förmigem Glasrohr und Kautschukschlauch, bläst mit dem Munde kräftig
in diesen Schlauch, um etwas Flüssigkeit in die Bürette zu treiben, dreht H aus Stellung c in Stellung
d, entfernt das ∩-förmige Glasrohr, bringt an dessen
Stelle den Glasstopfen und bewegt endlich den Apparat lebhaft zwischen den in Fig. 22 und
24
gezeichneten Stellungen hin und her. Die durch diese Bewegung in innige Berührung
mit dem Gasgemenge kommende Flüssigkeit absorbirt rasch denjenigen Bestandtheil, für
welchen sie bestimmt ist. Um das absorbirte Volum zu messen, bringt man den Apparat
wieder in aufrechte Stellung, öffnet bei K durch
Herausziehen des Glasstopfens oder durch Abnehmen des Kautschukpfropfens, dreht dann
H in die Stellung c und
bringt die Flüssigkeit in F und B auf gleiche Höhe, indem man je nach Bedarf durch K etwas Absorptionsflüssigkeit (verbrauchte, von einem vorhergehendem
Versuche) zugießt oder durch A einen vorhandenen
Ueberschuß weglaufen läßt. Ehe man das in die Gasbürette an Stelle des absorbirten
Gases eingetretene Flüssigkeitsvolum abliest, wartet man einige Minuten, um in B und auch in F die
Flüssigkeit an den Wänden möglichst herunter rinnen zu lassen, und stellt erst,
nachdem dies geschehen, in B und F genaue Gleichheit des Niveau her. Sollte in dem engen Röhrchen unter V etwas Flüssigkeit hängen bleiben, so läßt sich diese
durch leises Klopfen mit dem Finger an die Bürette leicht zum Herabfließen
bringen.
In die erste der drei Gasbüretten bringt man zur Absorption von Sauerstoff +
Kohlensäure 30cc einer verdünntern
alkalischen Pyrogallussäurelösung, als die in der Absorptionsflasche benützte. Man
bringt in das Maßfläschchen (aus welchem man den am Glase adhärirenden Rest der
vorher dargestellten, concentrirten Lösung nicht erst herausspült) mittels des
weithalsigen Fülltrichters 0g,5
Pyrogallussäure, 10cc der beschriebenen
Kalilauge und 20cc Wasser und schüttelt
um.
In die zweite Bürette kommt eine verdünnte Kalilauge zur Absorption der Kohlensäure;
man mischt in dem vorher sorgfältig ausgespülten Maßfläschchen 10cc Kalilauge und 20cc Wasser. Die beim Ausgießen
zurückbleibenden Spuren von Kalilauge wäscht man nicht aus, wenn man mehrere
Versuche hinter einander zu machen hat, weil bei der nächsten Analyse wieder das
Gemisch von Kalilauge und Pyrogallussäure für die Absorptionsflasche in dem
Maßfläschen hergestellt wird.
In die dritte Bürette, welche das von Sauerstoff und Kohlensäure befreite Gasgemenge
enthält, gießt man zur Absorption des Kohlenoxydes ca. 30cc der Kupferchlorürlösung; ein wirkliches
Abmessen der Flüssigkeit ist hier nicht nöthig.
Das vor dem Wiegen des Apparates durch Blasen mit dem Munde nach B zu treibende Flüssigkeitsvolum soll etwas größer sein
als das
möglicherweise zu absorbirende Gasvolum; man treibe in die erste Bürette 22 bis 25,
in die zweite 15 bis 18, in die dritte 10 bis 15cc. Es ist kaum möglich, die Luft durch Blasen mit dem Munde so zu
comprimiren, daß direct 20cc und mehr
Flüssigkeit nach B treten; man begnüge sich erst mit 12
bis 15cc, sperre dann H, ersetze das ∩-Rohr durch den
Glasstopfen, bewege den Apparat 10 mal hin und her und treibe nun erst, nachdem der
Druck des Gases in der Bürette durch Absorption etwas vermindert ist, durch
wiederholtes Blasen das noch fehlende Flüssigkeitsvolum nach B.
Um sicher zu sein, daß die Absorption vollendet ist, soll man eigentlich, nachdem man
den Apparat einige Zeit bewegt hat, K öffnen, H in die Stellung c bringen,
die Flüssigkeit an den Wänden herunterlaufen lassen, dann (vorläufig ohne
Ausgleichung des Niveau in B und F) das eingedrungene Flüssigkeitsvolum ablesen und das ganze Verfahren so
lange wiederholen, bis sich kein Fortschritt der Absorption mehr zeigt. Die
Wiederholung der ganzen Manipulation ist aber unbequem und umständlich; Verfasser
hat es bequemer gefunden, gleich von vornherein jede Bürette so oft und hin und her
zu bewegen, daß die Absorption sicher beendet ist; es hat sich gezeigt, daß ein
80maliges Hin- und Herwiegen für die völlige Absorption von Sauerstoff +
Kohlensäure, ein 60maliges für die der Kohlensäure, ein 50maliges für die von
Kohlenoxyd allemal genügt.
Die hier gegebene minutiöse Beschreibung des Verfahrens läßt dasselbe vielleicht
etwas umständlicher erscheinen, als es sich bei der wirklichen Ausführung gestaltet.
Hat man einen Gehilfen, welcher das Schwenken der Absorptionsflasche, das Auswaschen
der gebrauchten Büretten u.s.w. besorgt, so braucht man, wenn man einige Uebung
erlangt hat, kaum mehr als 30 Minuten für eine vollständige Analyse; muß man alles
allein machen, so ist etwa die doppelte Zeit erforderlich. Das eingeschlagene
Verfahren ist theilweise, z.B. bezüglich der Entfernung von Sauerstoff und
Kohlensäure aus der zur Kohlenoxydbestimmung dienenden Portion, etwas umständlicher
als das ursprüngliche Winkler'sche; es muß aber gerade auf die ganz vollkommene
Entfernung der beiden Gase große Sorgfalt verwendet werden, weil ein kleiner Fehler
der Kohlenoxydbestimmung den wichtigen Werth u ganz
erheblich fälscht.
Mit dem oben erwähnten Orsat'schen Apparate hat Verfasser nicht selbst gearbeitet;
nach den mit dem Winkler'schen Apparate gemachten Erfahrungen über die zur völligen
Absorption eines Gases erforderliche Zeit erscheint es ihm aber zweifelhaft, ob mit
dem Orsat'schen Apparate leicht eine wirklich vollkommene Absorption zu erreichen sein wird. Ein
unbestreitbarer Vorzug des Orsat'schen Apparates liegt darin, daß die
Absorptionsflüssigkeiten nicht in das Mischgefäß gelangen und deshalb ein Auswaschen
von einer Analyse zur andern nicht nöthig ist; diesem Vorzuge stehen aber auch
erhebliche Mängel gegenüber:
1) Die zahlreichen Verbindungsstellen zwischen Glas und Metall muß man oft
controliren, um ihrer Dichtheit versichert zu sein, während beim Winkler'schen
Apparate das Gasvolum zwischen Glashähnen eingeschlossen ist, welche dicht sind,
sobald ihre mit etwas FettEin Gemenge gleicher Gewichtstheile von Baumöl und weißem Wachs gibt eine
gute Hahnschmiere. bestrichenen Schlußflächen durchsichtig erscheinen.
2) Das wenn auch kleine Volum Gas in den Verbindungsröhren entzieht sich der
Messung.
3) Der Umstand, daß dieselbe Absorptionsflüssigkeit für viele Analysen dient, macht
eine öftere Controle der Wirksamkeit der Flüssigkeiten erforderlich.
4) Eine kleine Unvorsichtigkeit in der Handhabung des beweglichen Wasserreservoirs
bringt leicht eine der Absorptionsflüssigkeiten in die Hähne oder Verbindungsröhren,
wodurch der Apparat in Unordnung gebracht und eine umständliche Reinigung desselben
erforderlich wird.
Der Vortheil des raschern Arbeitens mit dem Orsat'schen Apparate kommt übrigens nicht
so sehr zur Geltung, als man geneigt sein könnte, zu
glauben, weil das Auffangen der Gase in der Aspiratorflasche, der Transport nach dem
Raume, wo die Analyse vorgenommen wird u.s.w. an sich schon erhebliche Zeit in
Anspruch nehmen. Es soll nicht in Abrede gestellt werden, daß der Orsat'sche
Apparat, der ja auf große Genauigkeit auch keinen Anspruch macht, zur Verfolgung des
Verbrennungsvorganges an einer und derselben Feuerungsanlage von großem Werthe sein
mag; für die hier angestrebte Vergleichung verschiedener Anlagen mit verschiedenem
Brennmaterial aber gibt Verfasser dem Winkler'schen Apparate entschieden den
Vorzug.
Es erübrigt noch, die an den Ablesungen des Winkler'schen Apparates anzubringenden
Correctionen zu erörtern.
Es ist nicht möglich, Apparate mit vollkommen richtiger Theilung im Handel zu
beziehen; man muß deshalb die Theilung durch Auswägen mit Flüssigkeit controliren.
Zu diesem Behufe füllt man den Apparat ganz mit Wasser, also sowohl B als F, verschließt F mit dem Kautschukpfropf und Glasstöpsel so, daß keine
Luftblase im Apparate zurückbleibt, läßt durch A
zunächst soviel Wasser abfließen, daß das Wasser in B bis oben an V reicht; hierauf läßt man nach und nach unter
jedesmaligem Wägen soviel Wasser aus A in ein tarirtes
Gefäß laufen, daß sich das Niveau in B von Theilstrich
zu Theilstrich einstellt; schließlich läßt man das Wasser bis zum untern Ende der vertical stehenden Querbohrung von H auslaufen, denn bis dahin ist das Totalvolum der
Bürette zu rechnen. Da es nicht auf die absolute Größe der Volume und somit nicht
auf das specifische Gewicht der benützten Flüssigkeit ankommt, sondern nur auf das
Verhältniß der Theilvolume zum Ganzen, so kann man das zum Auswägen gebrauchte
Wasser zweckmäßig mit etwas alkalischer Pyrogallussäurelösung färben, damit man auch
den obern Rand des Meniscus bequem erkennen kann; beim wirklichen Gebrauche der
Apparate muß man nämlich in der ersten Bürette am obern Meniscusrande ablesen, weil die dunkle Flüssigkeit
den untern Rand nicht erkennen läßt; auch die Kalilauge und die Kupferchlorürlösung
lassen den untern Rand manchmal nur schlecht erkennen. Will man nicht ein für
allemal den obern Rand zu Ablesungen benützen, so muß man sich für die zweite und
dritte Bürette natürlich doppelte Correctionstafeln, je eine für obern und untern
Meniscusrand herstellen.
Bei jeder Bürette braucht man das Auswägen nicht für alle Striche der Scale, sondern
nur für gewisse Theile vorzunehmen, wenn man dieselben nur für die Analyse der
Rauchgase benützen will; außer dem Totalvolum controlirt man nur bei der ersten
Bürette das Stück von 10 bis 22, bei der zweiten das von 0 bis 20, bei der dritten
das von 0 bis 10cc. Bequem ist es, sich für
jede Bürette eine Tabelle einzurichten, welche für jeden Theilstrich nicht das
corrigirte Volum, sondern gleich Volumprocente angibt, also den Quotienten aus dem
corrigirten Volum, dividirt durch 1/100 des Totalvolums.
Zu berücksichtigen ist endlich, daß man in der dritten Bürette den Procentgehalt
nicht des ursprünglichen, sondern des von Sauerstoff und Kohlensäure befreiten
Gasgemenges ermittelt; man muß den so gefundenen Werth mit (100 – (Sa + Ks))/100(Sa + Ks)/100 multipliciren, um den Werth Ko zu
erhalten.
Chemnitz, im Januar 1876.