Die Richard Lehmann'sche Heizung mittels überhitzter Wasserdämpfe und ihre Anwendung in der Industrie. Mit Abbildungen. R. Lehmann's Heizung mittels überhitzter Wasserdämpfe. Wie in den meisten Hilfsmitteln und Verfahrungsarten, deren sich die Industrie heute bedient, gegen den Stand der Technik weniger Jahrzehnte vor uns ein gewaltiger Umschwung eingetreten ist, so gilt dies nicht zum geringsten Grade auch von den Beheizungsmethoden unserer industriellen oder technischen Oefen. Die Raschlebigkeit unserer Zeit, die auf das Aeuſserste gesteigerten Schwierigkeiten, welche die Concurrenz der Fabrikation bereitet hat, zwingen den Producenten, Mittel zu ersinnen, um durch vortheilhaftere Erzeugung einerseits und Verbesserung der Qualität seiner Erzeugnisse andererseits den Markt behaupten zu können. Hierdurch hat sich ein natürlicher Wetteifer unter den Fabrikanten nach Erzielung von Besserem und Billigerem entwickelt, welches dem erfindenden Ingenieur höchst interessante Aufgaben zu lösen aufgibt. Besonders viel war und ist noch zu leisten und zu verbessern in den Beheizungsarten, sowie in den Methoden der Erzeugung und des Transportes der Wärme, ohne welche wir die meisten Processe der chemischen und landwirtschaftlichen Industrie nicht ausführen könnten. Trotzdem in dieser Hinsicht schon viel versucht und gethan worden ist, treffen wir noch heute vielfach die primitivsten Einrichtungen in der Praxis an, so daſs es als eine dankbare Aufgabe erscheint, dem Neuen und Guten, das sich uns auf dem Gebiete des Heizungsfaches zeigt, erhöhte Aufmerksamkeit zu schenken und Einiges davon einer Besprechung zu unterziehen. Unter der Bezeichnung „Lehmann'sche Heizung“, so genannt nach deren Erfinder und erstem Ausführer, dem Ingenieur Richard Lehmann in Dresden, führen wir hier eine neue Methode der Wärmeerzeugung und des Wärmetransportes vor, welche in der weitgehendsten Weise eine hervorragende Rolle in der Technik und speciell in der chemischen Industrie zu spielen verspricht. Es beruht diese Heizungsmethode auf der Erzeugung und Verwendung niedrig gespannter, überhitzter Wasserdämpfe. Wenn man dem Dampfe, getrennt von dem Wasser, aus welchem er gebildet wurde, Wärme zuführt, so geht er in einen Zustand über, welcher dem der sogen, permanenten Gase verhältniſsmäſsig ähnlich ist und den man als überhitzten Zustand bezeichnet. Die Temperaturzunahme bei dieser Wärmezufuhr ist unbegrenzt und unabhängig von der Spannung des Dampfes. Auf diese Eigenschaften des Dampfes gründet sich die hier zu erörternde Lehmann'sche Heizung, welche somit als eine offene Niederdruck-Dampfheizung für höhere Temperaturen bezeichnet werden kann. Diese Heizmethode eignet sich in allen den Fällen, wo es sich um Erzeugung gleichmäſsiger Temperaturen zwischen 100° und 350° handelt, um Temperaturen also, welche mittels gesättigter Dämpfe deshalb nur schwer oder nicht mehr erzielt werden können, weil der Dampf behufs Erreichung dieser Temperaturen alsdann Spannungen annehmen müſste, die nicht allein praktisch unzulässig und gefährlich sein, sondern auch derartig starkwandige Gefäſse voraussetzen würden, daſs der Kostenpunkt und die Zweckmäſsigkeit sehr bald von selbst zu einer Grenze der Anwendbarkeit führen müſsten. Es ist ja hinlänglich bekannt, daſs die Temperatur des gesättigten Dampfes keineswegs im geraden Verhältniſs zu seiner Spannung wächst, daſs, während der Dampf bei 1at 100° Temperatur hat, er bei Verdoppelung seiner Spannung nur um etwa 20° wärmer wird u.s.w. und daſs das Wachsthum der Temperatur um so kleiner wird, je höher die Dampfspannung ist. Die Mehrzahl der Processe der chemischen und landwirtschaftlichen Industrie verlangt aber gerade Temperaturen bis zu 350°, woraus sich schlieſsen läſst, welches groſse Feld der Anwendbarkeit diese Heizung mit überhitztem Dampfe beherrscht. Lehmann verwendet in seinen Heizapparaten Dampf von niederer Spannung, wie er in jedem mit einer Kesselanlage versehenen Geschäft zu haben ist. Eine besonders wichtige und werthvolle Eigenthümlichkeit dieser Heizung ist die, daſs sie zu den Regenerativsystemen gehört, da der verwendete Dampf immer wieder zurückgeführt und von Neuem überhitzt wird. Die Heizapparate bestehen einmal in Röhren, in denen der Dampf im Kreislauf sich bewegt und auf die nöthige Temperatur überhitzt wird, zum andern in Röhren, mittels welcher der überhitzte Dampf Wärme abgibt. Erstere Röhren dienen somit als Ueberhitzer, letztere als Heizfläche. Dabei ist, wie erwähnt, die Anordnung dieser Röhren so getroffen, daſs der Dampf in einem Ofen mehrfach wieder überhitzt wird – sich regenerirt –, also von Neuem Wärme aufnimmt, so daſs, wie angestellte Messungen ergeben haben, die relativ kleine Dampfmenge von 25 bis 35k in der Stunde genügt, um Heizungsanlagen gröſster Dimensionen oder mehrere solcher Anlagen zu versorgen, indem der Dampf diese nach einander durchflieſst u.s.w. In diesem Umstände liegt zum Wesentlichen die groſse Wärmeökonomie, welche dieses Heizungssystem auszeichnet. Die Construction der Heizkörper ist etwa folgende: In einem weiten, an dem einen Ende durch ein Sackrohr geschlossenen Rohre befindet sich ein engeres Rohr, welches mit seinem offenen Ende bis fast auf den Boden des Sackrohres reicht, mit dem anderen Ende aber einen Krümmer durchsetzt, durch welchen das erstere (umschlieſsende) Rohr mit einem ebensolchen Nachbarrohre verbunden ist. Die aus den Verbindungskrümmern der Rohre hervorragenden Enden der Innenrohre sind gleichfalls durch kleine Krümmer verbunden. Durch fortgesetzte Verbindung derartiger Rohrcombinationen entsteht ein Rohrsystem von äuſserlich durch Sackrohre einseitig geschlossenen Rohren, in denen der Dampf in der Weise umläuft, daſs er zunächst, von einer Kesselanlage o. dgl. kommend, in ein Innenrohr eintritt, dieses bis zum Boden des Sackrohres durchflieſst, alsdann durch letzteres gezwungen wird, in dem ringförmigen Räume des umschlieſsenden Rohres aufwärts zu strömen, durch dessen Krümmer in das benachbarte Auſsenrohr überzutreten und dieses bis zum Sackrohre zu durchflieſsen, von wo aus der Dampf umgekehrt veranlaſst wird, in das entsprechende Innenrohr einzutreten u.s.f. Die Sackrohre liegen im Feuerraume und dienen, als eigentliche Ueberhitzer, dem Dampf zur Wärmeaufnahme, während die anderen Rohre, welche die Verlängerungen der ersteren bilden, im Arbeitsraume der Anlage liegen und als Heizfläche dienen. Es leuchtet ein, daſs die Regeneration des Dampfes beliebig oft wiederholt werden kann; Lehmann construirt beispielsweise Oefen, in denen der Dampf 60 bis 70mal überhitzt wird. Ein anderer wesentlicher Vortheil dieser beschriebenen Construction ist aber der, daſs aus naheliegenden Gründen die mittlere Temperatur des Dampfes in jedem Rohr die gleiche sein muſs, ein Umstand, der derartige Heizungen sich durch eine hohe Gleichförmigkeit der Temperatur auszeichnen läſst. Ganz ähnlich der beschriebenen Construction sind die Heizkörper gestaltet, deren sich Lehmann für gewöhnliche Dampfüberhitzer bedient, welche wir zunächst einer Besprechung unterziehen wollen. Fig. 1., Bd. 243, S. 222 Dampfüberhitzer sind Apparate, in denen der Kesseldampf oder der Abdampf einer Maschine auf eine höhere Temperatur, als seiner Spannung im gesättigten Zustande entspricht, überhitzt wird, ohne diese Spannung zu erhöhen. Ein Bild solcher Apparate gibt die Textfigur 1. Die Dampfüberhitzer sind von besonderer Wichtigkeit für chemische Industrien, wie Seifen- und Fettfabrikation u. dgl., und überall dort am Platze, wo es sich um Kochung von Materialien bei höheren Temperaturen handelt und wo die Qualität der Materialien durch directe Beheizung der Kochgefäſse leiden würde. Das Kochen mit Hilfe von überhitztem Dampfe hat vermöge der groſsen Reinlichkeit und Bequemlichkeit, ferner aber vermöge der sehr groſsen Regulirbarkeit der Temperatur und der Möglichkeit der raschen Abstellung des Kochprocesses so überwiegende Vortheile gegenüber dem directen Koch verfahren über offenem Feuer, daſs es kaum nöthig ist, die einzelnen Vorzüge näher zu beleuchten. Wenn sich früher der Anwendung überhitzter Wasserdämpfe Widerstände in den Weg stellten, so hatte dies seinen Grund meist darin, daſs es bisher nicht gelungen war, sicher wirkende und haltbare Dampfüberhitzer zu construiren. Die meisten derartigen Apparate nutzten sich rasch ab und wurden leicht undicht – Uebelstände, welche bei der Lehmann'schen Construction auf Grund längerer Erfahrung glücklich beseitigt scheinen. Die hier beschriebenen Apparate gestatten noch eine andere werthvolle Anwendung, als Dampftrockner für Kesselanlagen. Es ist hinlänglich bekannt, daſs selbst unsere best angelegten Kessel Dampf mit groſsen Mengen beigemischten Wassers liefern. Diesbezügliche Messungen haben dargethan, daſs der Gehalt des Dampfes an sogen, mitgerissenem Wasser bis zu 15 Proc. betragen kann. Erwägt man nun, daſs zur Erwärmung von 1k Wasser bis zur Dampfbildung bei den gebräuchlichen Kesselspannungen durchschnittlich 150c Wärme (die sogen. Flüssigkeitswärme) erforderlich sind, so berechnet sich leicht der beträchtliche Wärmeverlust, welcher bei Dampfmaschinen, die stündlich 1000 und noch mehr Kilogramm Dampf verbrauchen, durch das von diesem Dampfe mitgeführte Wasser entspringt. Indessen ist nicht nur der directe Wärmeverlust in Betracht zu ziehen, sondern auch zu bedenken, daſs dieses mitgerissene Wasser noch anderweit lästig wird. Durch Anbringung eines Dampftrockners, in welchem das dem Dampfe beigemischte Wasser nicht nur vollständig verdampft, sondern dieser auch noch schwach überhitzt wird, können derartige Wärmeverluste bedeutend vermindert werden. Durch Speisung der Dampfmaschinen mit überhitzten oder gemischten Dämpfen resultiren aber auch, wie längst nachgewiesen ist, günstigere Effecte von Maschine und Kessel. Derartige Dampftrockner können zudem mit Vortheil im Fuchse der Kesselanlagen angebracht werden, so daſs dieselben keiner besonderen Feuerung bedürfen, sondern durch die abziehenden Heizgase bestrichen werden, ehe letztere in den Schornstein entweichen. Nicht minder wichtig als diese gewöhnlichen Dampfüberhitzer sind die verschiedenen Constructionen technischer Oefen mit Lehmann'scher Heizung, von denen wir nur einige herausgreifen und besprechen wollen. Wie erwähnt, erfordern die meisten Vorgänge der chemischen und landwirtschaftlichen Industrie, besonders da, wo es sich darum handelt, organische Substanzen in für die weitere Verarbeitung geeignete Form zu bringen, mittlere Temperaturen zwischen 150° bis 250°. Bei der Empfindlichkeit der Mehrzahl der organischen Producte ist es eine Hauptsache, die Behandlung derselben unter einer möglichst gleichmäſsigen und genau zu regulirenden Temperatur vor sich gehen zu lassen. Durch directe Feuerung ist dies kaum zu erreichen. Die groſse Temperaturdifferenz zwischen Feuerherd und Arbeitsraum muſs nothwendiger Weise zu Unregelmäſsigkeiten führen, sobald wir uns der directen Heizung bedienen. Als das Ideal der Beheizungsmethode für Oefen und Apparate, in denen organische Materialien zu behandeln sind, muſs diejenige bezeichnet werden, bei welcher die Wärmequelle, d. i. die Wärme abgebende Heizfläche, keine wesentlich höhere Temperatur besitzt, als der auszuführende Proceſs verlangt. Jede Heizmethode, welche dies nicht anstrebt oder von vorn herein unmöglich macht, kann der Fabrikation keine Bürgschaft für einen rationellen Betrieb und eine sichere Production in Hinsicht der Qualität bieten. Groſse Heizflächen und geringe Temperatur sind ja auch die leitenden Ideen für jeden Heiztechniker dort, wo es sich um Heizung von Zimmern und Gebäuden handelt und hygienische Rücksichten in den Vordergrund treten. Wie dort die glühenden Zimmeröfen und sonstigen überheiſsen Caloriferen, welche die Luft verschlechtern, beseitigt und mehr und mehr durch die mildere Dampf- und Wasserwärme ersetzt werden, so soll auch in der organischchemischen und landwirtschaftlichen Industrie das Bestreben zu Tage treten, oben bezeichnetem Ziele näher zu kommen. Die Lehmann'sche Heizmethode darf als eine solche bezeichnet werden, welche mit groſser Sicherheit letztere Aufgabe erfüllt. Ein in den bezüglichen Industriezweigen besonders häufig vorkommender Proceſs ist das Rösten von Materialien. Als Rösten kann allgemein ein Vorgang bezeichnet werden, durchweichen organischen Materialien über den Grad ihrer Lufttrockenheit hinaus Wasser entzogen wird, wobei dieselben zumeist ihre äuſsere wie innere chemische und physikalische Beschaffenheit verändern. Für Processe dieser Art hat Lehmann besondere Röstapparate unter Anwendung seiner Heizung construirt, die durch Fig. 2 veranschaulicht sind. Die Verwendbarkeit dieser Apparate ist eine ungemein vielseitige; besonders sind dieselben zur Erzeugung von Dextrin, zum Rösten von Kaffee- und Cacaobohnen, Eicheln, Gerste, Farbmalz, Surrogaten u. dgl. geeignet. Es ist hier nicht der Ort, die einzelnen Anwendungen eingehend zu besprechen; es genüge, den Werth dieser Apparate für die Dextrinfabrikation in Kürze hervorzuheben und die Einrichtung derselben zu beleuchten. Fig. 2., Bd. 243, S. 225 Es bestehen diese Apparate aus flachen, cylindrischen Gefäſsen, welche auf oben beschriebenen, Wärme abgebenden Heizrohren aufliegen. Bis zu drei solcher Gefäſse können neben einander angebracht und zu einer Anlage mit gemeinsamer Heizung vereinigt werden. Die Röstgefäſse sind im Innern sauber ausgedreht und besitzen je ein Rührwerk, welches rechts- und linksläufig gemacht werden kann; durch dasselbe wird das eingebrachte Material sehr gleichmäſsig durchrührt, was für alle Röstprocesse, besonders aber für die Dextrinerzeugung ein unbedingtes Erforderniſs ist. Die Gefäſse sind durch leicht aufhebbare Deckel verschlossen, in denen sich Dunstabzüge für das beim Rösten verdampfende Wasser sowie je eine Füllöffnung befinden, welche letztere gleichzeitig zur bequemen Entnahme von Proben und zur jederzeitigen Beobachtung des Röstprocesses dient. Jedes Gefäſs besitzt eine Ausschüttgosse, welcher bei Umkehr des Drehungssinnes des Rührwerkes das geröstete Material zugeführt wird, wodurch eine selbstthätige Entleerung des Gefäſses erfolgt. Die Temperatur wird durch ein genaues Pyrometer, welches sich vorn im Mauerwerk befindet, angezeigt und kann auf den Grad genau regulirt werden. Referent hatte Gelegenheit, Beobachtungen über Leistung und Brennstoffverbrauch derartiger Anlagen bei Röstung verschiedener Materialien zu sammeln; davon seien nur folgende angeführt. Die Röstdauer hängt natürlich wesentlich von dem zu röstenden Material und der Temperatur ab, welche in Anwendung kommen darf. Bei Röstung von Cacaobohnen wurde eine durchschnittliche Röstdauer von 50 bis 70 Minuten beobachtet; der Einbrand betrug 5 bis 7 Proc. Das Füllen und Entleeren der Gefäſse beanspruchte nur 2 bis 3 Minuten, die angewendete Temperatur war 250° und es wurden für 100k frische Bohnen 5 bis 6k Kohlen verfeuert. Kaffee erforderte 1¼ bis 1½ Stunden bei einem Einbrande von etwa 20 Proc. Die Erzeugung von „blondem“ Dextrin erforderte 1 bis 1½ Stunden, die des „dunkelblonden“ bis „gelben“ 2 bis 2½ Stunden Röstzeit, bei Temperaturen von 120 bis 200 und 230°. Es wurden hierbei in einer Anlage für 4 Gefäſse stündlich etwa 8k Kohlen verbraucht. Bei einer Füllung von 50k in jedem Gefäſs und einer durchschnittlichen Röstdauer von 2 Stunden erfordert hiernach in diesen Anlagen die Erzeugung von 100k Dextrin nur etwa 8k Kohlen. Der Dampfverbrauch wurde mehrfach genauen Eichungen unterworfen und ergab sich zu 20,8 bis 25k in der Stunde. Fig. 3., Bd. 243, S. 226 Fig. 4., Bd. 243, S. 226 Eine weitere interessante Reihe Lehmann'scher Oefen sind dessen Back- und Trockenöfen, von denen Fig. 3 ein Bild gibt. Einer eingehenderen Besprechung sind dieselben bereits in Birnbaum: Das Brodbacken (Braunschweig 1878 S. 230) unterzogen, worauf hier verwiesen werde, obgleich die a. a. O. befindliche Abbildung nur eine principielle Darstellung des Heizungssystemes gibt. Derartige Oefen sind nicht nur für die Brodbäckerei, sondern auch als Trockenöfen für chemische Fabriken von groſsem Werthe. Eine Abänderung solcher Trockenöfen zeigt Fig. 4. In dieser Ausführung finden derartige Oefen besonders in der chemischen Industrie Anwendung. Dieselben besitzen mehrere Arbeitsflächen, zwischen denen sich je ein Wärme abgebendes Rohrsystem ausbreitet. Jede dieser Arbeitsflächen kann einzeln aus dem Ofen herausgezogen werden, zu welchem Zwecke sich auſserhalb Schienen befinden. Die Leistungsfähigkeit solcher Oefen ist naturgemäſs eine bedeutende. Fig. 5–6., Bd. 243, S. 227 Obwohl die Mannigfaltigkeit der Einrichtungen, bei denen Lehmann's Heizsystem Verwendung finden kann, mit diesen Beispielen keineswegs erschöpft ist (Referent erinnert nur an die Eignung der Lehmann'schen Heizung zur Erwärmung von Trockenstuben, Darren, Lackiröfen und ähnlichen, speciellen Bedürfnissen dienenden Anordnungen), so soll schlieſslich nur noch einer von den vorbeschriebenen einigermaſsen verschiedenen Construction kurz erwähnt werden. Es sind dies die in Fig. 5 und 6 veranschaulichten Retorten und Kesselapparate für Destillations-, Sublimations- und Schmelzprocesse, bei Anwendung von höheren Dampftemperaturen (300 bis 375°). Die Construction der Wärme abgebenden Heizfläche ist das Einzige, worin diese Apparate von oben beschriebenen abweichen. Um eine directe Ueberführung der Wärme des Dampfes in die zu behandelnden Materialien zu erzielen, sind bei diesen Retorten und Kesselapparaten die Heizrohre als eingegossene Kanäle der Gefäſswand ausgebildet, wodurch erreicht wird, daſs die Dampfwärme durch die Retorten- oder Kesselwand direct in das Material eintritt. Die Form der Gefäſse kann eine sehr verschiedene sein und wird bei Schmelzapparaten sich der der oben beschriebenen Röstgefäſse nähern. Die hier abgebildete Retorte dient vorzugsweise zu Destillationszwecken in der Fettfabrikation, zur Destillation von Wollrückständen, von Theerproducten, Mineralölen, Sublimation schwerflüchtiger Substanzen u. dgl. Für Schmelzprocesse der Lack- und Siegellackfabrikation, ferner zur Erzeugung von Caramel aus Glucose u.s.w. wendet Lehmann kesseiförmige Apparate principiell gleicher Construction an. Der Zweck vorliegender Mittheilung wird erreicht sein, wenn es gelungen ist, die betheiligten Fachkreise auf die Vielseitigkeit dieser Lehmann'schen Heizung, welche bisher zur Kenntniſsnahme in weiteren Kreisen noch nicht gelangt zu sein scheint, aufmerksam zu machen und zu weiterem Streben in der allgemeinen Nutzbarmachung dieses neuen Heizungsprincipes Veranlassung gegeben zu haben. K.