LXIX. Ueber die verschiedenen Mittel der Brennstoff-Ersparniß bei metallurgischen und technischen Processen; von C. Schinz. Schinz, über die Mittel der Brennstoff-Ersparniß bei technischen Processen. Alle Verbrennungs-Apparate ohne Unterschied lassen einen Theil der in ihnen erzeugten Wärme durch ihre Wandungen hindurch, und beeinträchtigen dadurch den Nutzeffect der Feuerung. Diese Transmission der Ofenwände hängt ab: a) von der Ausdehnung derselben; b) von der Leitungs- und Strahlungsfähigkeit des Materiales, aus dem sie bestehen. Als erste Mittel der Brennstoff-Ersparniß sind also: a. Beschränkung der Ausdehnung der Ofenwände, b. Beschränkung der Leitungs- und Strahlungsfähigkeit derselben in Betracht zu ziehen. Die durch Verbrennung irgend eines Brennstoffes erzeugte Wärmemenge erreicht nur dann ihr Maximum, wenn die Verbrennung eine vollkommene ist. Daher vollkommene Verbrennung als drittes Mittel aufzuzählen ist, um Ersparniß an Brennstoff zu erlangen. Als weiteres Mittel der Brennstoff-Ersparniß könnten wir die Benutzung der aus dem Ofen entweichenden Wärme aufzählen, indeß kann diese Benutzung nur als indirecte Ersparniß gelten, wenn sie dazu dient, der evacuirten Wärme eine andere Verwendung zu geben als diejenige die im Ofen selbst stattfindet; wenn hingegen diese Verwendung auf den Ofen selbst zurückwirkt, so ist sie dann ein directes Mittel, daher solche nach der Art der Wirkung als besonderes Mittel aufzuzählen ist. Unter diese letzteren Verwendungen der evacuirten Wärme gehören: a) die Benutzung derselben zur Erwärmung der zur Verbrennung dienenden Luft und des Brennstoffes (Siemens'sche Regeneratoren), und b) zur Darstellung von stickstofffreien brennbaren Gasen (Elimination des Stickstoffes). Schon diese beiden letzteren Mittel der Brennstoff-Ersparniß beruhen auf Erhöhung der Temperatur im Ofen selbst. Diese Erhöhung der Temperatur ist nicht bei allen metallurgischen und technischen Operationen wünschenswerth, sondern nur bei Schmelzprocessen schwer schmelzbarer Körper. Da aber gerade bei solchen die Oekonomie des Brennstoffes am meisten erforderlich ist, so haben die hier zu verwendenden Mittel den größeren Anspruch auf unsere Aufmerksamkeit. Zu diesen Mitteln gehören nun noch: a) Vermehrung der Brennstoff-Quantität, welche in der Zeit-Einheit zu consumiren ist; b) Erhöhung des Druckes unter dem die Verbrennung stattfindet. Wir haben also als Mittel der Brennstoff-Ersparniß zu behandeln: A. Ausdehnung der Ofenwand-Flächen; B. Beschränkung der Strahlungs- und Leitungsfähigkeit derselben; C. vollkommene Verbrennung; D. Vorwärmung von Luft und Brennstoff; E. Darstellung brennbarer Gase ohne Stickstoff; F. größtmöglicher Brennstoff-Consum in der Zeit-Einheit; G. Verbrennung unter höherem Drucke. A. Ausdehnung der Ofenwand-Flächen. Eine ausführliche Besprechung dieses Gegenstandes ist nicht nothwendig, da ich denselben schon zu wiederholten Malen in diesem Journal behandelt habe. Es genügt, zu berücksichtigen, daß in sehr vielen Fällen die Wärmemenge welche in den zu erwärmenden oder zu schmelzenden Körper übergeht, viel kleiner ist als diejenige welche selbst die absolut nothwendige Ofenwandfläche transmittirt. Darüber sind auch alle Praktiker einig, daß im Allgemeinen durch Vergrößerung der Oefen Brennstoff-Ersparniß erreicht wird, weil gerade dadurch das Verhältniß des Inhaltes der Oefen zu ihrer Oberfläche ein günstiges wird. B. Beschränkung der Strahlungs- und Leitungsfähigkeit der Ofenwände. Ich habe mich auch über dieses Capitel schon oft, viel und weitläufig ausgelassen, kann aber nicht mehr auf die betreffenden Abhandlungen verweisen, nachdem in neuerer Zeit es gelungen ist von Hypothesen zu experimentell richtig gestellten Thatsachen fortzuschreiten. Die bekannte Formel von Dulong = Smaφ (a t – 1) + Ln t h, welche die Gesetze ausdrückt, nach denen die Transmission an die äußere Luft stattfindet, konnte scheinbar richtige und wahrscheinliche Resultate geben, so lange die im Ofen herrschende Temperatur willkürlich angenommen wurde und angenommen werden mußte. In Folge der Fortschritte der Pyrometrie aber konnten und durften eben solche willkürliche Annahmen nicht mehr gestattet werden. Nachdem es möglich gemacht war, solche Temperaturen wirklich wenigstens sehr annähernd zu messen, ergab sich daß die wirtliche Transmission der Ofenwände sich bis auf zwölfmal größer herausstellt als sie früher berechnet wurde. Um jedoch dieses Resultat der Rechnung zu controlliren, stellte ich dann die in dem Artikel: „Ueber die Wärme-Transmission der Ofenwände,“ in diesem Journal, Jahrgang 1866, Bd. CLXXXII, S. 101, beschriebenen Versuche an. Ich habe daselbst gezeigt, daß die Ursache der großen Differenz zwischen der theoretischen und der effectiven Transmission darauf beruht, daß bei den Dulong'schen Experimenten die Luft wohl circuliren, sich aber nicht erneuern konnte, während in der Praxis sehr bedeutende Luftmengen an den Ofenwänden emporsteigen und Wärmemengen entführen, welche die theoretische Transmission um ein Vielfaches übersteigen. Diese Luftmenge und die mit ihr entführte Wärmemenge wird um so größer seyn als die Temperatur der Wandfläche höher ist und bei Abnahme dieser auch geringer werden. Unter dieser Voraussetzung, welche Pohl niemand bestreiten wird, muß es dann auch möglich seyn, mit Hülfe jener Experimente eine Regel zu finden, die uns gestattet sehr annähernd die Transmission a priori zu bestimmen. Nehmen wir Textabbildung Bd. 194, S. 309 d.h. die Wärmemenge, welche in der Zeit-Einheit einer Stunde an die Flächen Einheit von 1 Quadratmeter ohne Lufterneuerung für 1° C. Temperaturdifferenz zwischen Wandfläche und äußerer Luft transmittirt wird, so können wir mit Hülfe einer Tabelle, wie ich solche in meinen „Documenten betreffend den Hohofen“ S. 85 gegeben, durch Probiren leicht finden, welcher Werth von t einer beobachteten effectiven Transmission zukommt, da letztere = t . Q ist. Wir finden für die effectivenTransmissionen I II III IV V VI = 3492 3547 8325 36628 32558 36046 die Werthe t = 228° 289° 344° 546° 530° 544° Nun habe ich in einem Glasofen – dessen innere Temperatur ich mit dem Pyrometer genau bestimmt hatte, sowie dessen Ofenwand Dicken = e von mir gemessen und deren Leitungsfähigkeit = C durch die Formel Textabbildung Bd. 194, S. 309 berechnet worden war –, die theoretische Transmission per 1 Quadratmeter und 1 Stunde = 3621 W. E. gefunden, welcher Transmission t = 235° entspricht. Die effective Transmission aber war, gefunden durch Differenzirung zwischen der bekannten Production und dem ebenfalls bekannten Nutzeffect, plus Evacuation, = 44073 W. E., welcher der Werth t = 557° entspricht. Der Quotient der Werthe t für die effective und theoretische Transmission = 557/235 = 2,37 gibt nun also ein Mittel um die theoretische Transmission auf die effective zu berechnen, indem wir den Werth t für erstere mit 2,37 multipliciren und dann das Product t . 2,37 mit dem dieser Zahl entsprechenden Werthe von Q. Ebenso kann die theoretische Transmission aus der effectiven berechnet werden, indem wir den Werth von t für diese durch 2,37 dividiren. Auf diese Weise bekommen wir: theoretische Transmission effective Transmission T t/c für die t' t'Q = T₀ t' t'Q = T₀ T₀ Glasöfen 241°          3801 W. E. 571° 44167 11,62       I  96°   891 228°  3419 3,83      II 122° 1244 289°  5530 4,44     III 145° 1604 344°  8349 5,20     IV 230° 3476 546° 36704 10,16      V 223° 3282 530° 32612 9,92      V 229° 3400 544° 36165 10,63 Welchen großen Einfluß dabei der Factor e/C hat, ergibt sich aus folgender von Peclet entworfenen und berechneten Tabelle: Werthe von C Werthe von e Meter 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,1 0,15 Transmittirte Wärmemengen. 0,04   74,6   50,2   39,1   32,3   28,2   18,7   15,0 0,08 109,2   82,7   67,8   58,3   51,8   34,3   29,4 0,16 142,1 122,1 107,9   97,3   89,4   63,4   56,6 0,32 167,3 160,4 153,1 146,3 140,2 111,3 103,2 0,64 183,6 190,2 193,8 195,2 196,0 178,6 177,3 1,28 193,3 209,7 223,4 234,5 244,6 256,1 276,7 2,56 198,0 221,0 241,9 260,8 279,2 327,0 384,6 5,12 200,7 227,1 252,3 276,3 300,4 379,6 477,6 Man sieht daraus, daß die Verstärkung der Ofenwand sogar nachtheilig wird, sobald der Werth von C = 0,64 übersteigt. Nun haben gute feuerfeste Steine, wie sie für hohe Temperaturen nothwendig sind, eine Leitungsfähigkeit C = 0,8 bis 0,9. Es würde daraus zu folgern seyn, daß die Wände so dünn als möglich gemacht werden sollten, wie dieß auch in der Praxis sehr häufig geschieht. Es hindert aber gar nichts, den Ofenwänden eine viel größere Dicke zu geben dadurch, daß man außerhalb der stark leitenden feuerfesten Steine einen Mantel von solchem Material anbringt, dessen Leitungsfähigkeit eine bedeutend geringere ist. Hätten wir nun z.B. einen Ofenraum von 1 Kubikmeter, welcher mit 0,24 Met. dicker Wand von Steinen umgeben ist, deren Werth C = 0,85, so ist die Ofenwandfläche = 6 . 1,48² = 13,145 Quadratmeter und der Werth von e/C = 0,24/0,85 = 0,2823. Umgeben wir diesen Ofen mit einem Mantel von 0,3 Met. Dicke und der Leitungsfähigkeit C = 0,4, so ist die Ausdehnung der transmittirenden Fläche = 6 . 2,08² = 25,958 Quadratmeter und der Werth e/C = 0,3/0,4 + 0,24/0,85 = 1,0323. Soll nun die innere Ofentemperatur = 1300° seyn, so ist der theoretische Werth Textabbildung Bd. 194, S. 311 Die effective Transmission wird dann: 249 . 2,37 = t = 600° und 128 . 2,37 = t = 303°; und 600 . 94,7866 = 56,872 W. E. und 303 . 20,333 = 6161 W. E. per 1 Quadrtmet., für 13,145 Quadrtmet. = 747570 W. E. und für 25,958 Quadrtmet. = 159930 W. E. Diese Vermehrung der Wanddicke durch schlechter leitendes Material bewirkt also 4/5 Ersparniß der Wärme, welche sonst durch Transmission der dünnen Wände verloren geht. Zur Bestimmung der Werthe von Q ist die Strahlungsfähigkeit = S = 3,62 angenommen, welche diejenige von Steinen und Gußeisen ist, mit denen zuweilen die Oefen umgeben werden. Würde man aber den Ofen mit einem blanken Kupferbleche umgeben, so würde der Werth von S = 0,16 und daraus der Werth Q für 249° = 7,336 statt 16,2750, wodurch also abermals eine bedeutende Ersparniß erzielt werden könnte, wenn auch nicht eben so groß als es scheinen möchte, da die effective Transmission vermöge der Luftströmung mehr durch Ableitung wirkt als durch Strahlung. C.Vollkommene Verbrennung. Unter vollkommener Verbrennung ist zu verstehen, daß sowohl aller brennbare Kohlenstoff und Wasserstoff, als die zugeführte Luft vollständig in neue Verbindungen und zwar in Kohlensäure und Wasser übergehen, ohne, daß ein Rückstand unzersetzter Stoffe übrig bleibt. Um zu zeigen, von welchem Einflusse eine vollkommene Verbrennung ist, wollen wir der Einfachheit halber annehmen, der Brennstoff bestehe in reinem Kohlenstoffe und dabei wollen wir in Volumen rechnen. 1 Vol. Kohlenstoff verbrennt mit 2 Vol. Sauerstoff zu 2 Vol. Kohlensäure; dabei gehen mit Vol. 7,52 Stickstoff. – 1 Vol. C zu CO² verbrannt, producirt 8581,7 W. E. Die specifische Wärme derVerbrennungsproducte ist 2 CO²  . 0,42557 = 0,851147,52 N . 0,30661 = 2,30570 3,15684. Angenommen, die Temperatur im Ofen solle 1300° seyn, so ist das pyrometrische Aequivalent = 8581,7 – 1300 . 3,15684 = 4477,8 W. E., welche dem Ofen verbleiben, während 4103,9 W. E. evacuirt werden. Ist nun die Verbrennung unvollkommen, so daß 20 Proc. des Kohlenstoffes als Kohlenoxyd entweichen und 20 Proc. Luftüberschuß vorhanden, so sind die Verbrennungsproducte: 0,800,206,791,36 CCNLuft ==== 1,600,406,79 CO²CON ... 0,425570,310240,306610,30749 ==== 0,680920,124102,081900,41819 3,30511 specif. Wärme. Die erzeugte Wärmemenge ist: 0,80,2 .. 8581,72574,5 == 6865  514,9 = 7379,9 W. E. und das pyrometrische Aequivalent unter denselben Umständen: 7379 – 1300 . 3,30511 = 3083,3 W. E.; wir brauchen daher in diesem Falle 4478/3083,3 = 1,452mal mehr Kohlenstoff als bei vollkommener Verbrennung, um denselben Zweck zu erreichen. Feste Brennstoffe können auf Rosten nicht vollkommen verbrannt werden, da die Luft, indem sie die Brennstoffschicht durchstreicht, einen ungleichförmigen Widerstand und in derselben Ebene ungleiche Contactflächen findet, so daß über dem Brennstoffe gleichzeitig Luftüberschuh und brennbare Gase auftreten, welche dann nicht mehr hinlänglich sich mischen können um zu verbrennen. Gleichförmig große Brennstoffstücke, große Schichthöhe auf dem Roste und hinreichender Zug, um den Widerstand in der hohen Schicht zu überwinden, sind die geeignetsten Mittel um die Verbrennung wenigstens einigermaaßen der vollkommenen zu nähern. So zeigen nach Analysen von Ebelmen die Verbrennungsproducte eines Schweiß- und eines Puddelofens als mittlere Zusammensetzung in 100 Volumtheilen: CO² 15,21 und 15,51 CO 0,73 2,68 H 0,13 0,79 O 2,45 1,23 N 81,48 79,79 ––––––––––––––––––––– 100,00 100,00 Bei schnell gehenden Locomotiven, welche einen sehr bedeutenden Zug im Kamine haben, soll nach Ebelmen die Verbrennung noch günstiger seyn. Die Umwandlung der Brennstoffe in brennbare Gase und die Verbrennung derselben durch einen zweiten Luftstrom gestattet eher eine vollkommene Verbrennung zu erwirken, obgleich diese noch gar nicht allgemein erhalten wird. Ehe wir aber auf die Verbrennung der brennbaren Gase eingehen, müssen wir uns über die Production und die Eigenschaften der Gase selbst auslassen. In einer neulich erschienenen Schrift von F. Krans, Professor der Metallurgie in Louvain: „Etude sur le four à gaz et à chaleur régénérée de Mr. Siemens (Bruxelles 1869)“ wird die Gasgenerator-Rostfläche zu 40 bis 45 Quadratdecimeter per in 24 Stunden zu vergasende 1000 Kil. Kohle angegeben, mit der Bemerkung, daß man diese Fläche doppelt so groß gemacht habe, aber nur zum Nachtheile eines guten Ganges der Oefen. Später gibt er dann bei der Beschreibung eines Regenerativ-Ofens in St. Gobin als vorhandene totale Rostfläche 3,24 Quadratmeter an, was bei einem Consum von 7000 Kil. in 24 Stunden per 1000 Kil. = 42 Quadratdecimeter gäbe (die Rechnung ist jedoch irrig, es sind 0,463 Quadratmeter). Nun wird aber in Spiegelfabriken das Feuer im Ofen höchstens 12 Stunden in voller Thätigkeit erhalten, und die anderen 12 Stunden findet fast gar kein Consum statt. In der Zeit-Einheit ist also der Consum nicht 7000/3,24, sondern wenigstens 1200/3,24, was dann bloß 0,286 Quadratmeter Rostfläche gibt. Die eigene Regel ist also hier nicht im Entferntesten inne gehalten. Kann nun aber eine solche Regel irgend eine Bedeutung haben? Keineswegs, denn die Umwandlung des Kohlenstoffes in Brennstoffe hängt, wie ich durch eine Reihe von Experimenten gezeigt habe, ganz und gar von der Contactfläche ab, die ein Kubikmeter Luft in der Zeit-Einheit durchströmt. (Versuche über den Verbrennungsproceß etc., in diesem Journal, 1866, Bd. CLXXXI S. 1.) Es wird daher Alles auf die Größe und die Beschaffenheit der Brennstoffstücke, auf die Kraft des Zuges und auf die Höhe der Brennstoffschicht ankommen, und sich nur aus diesen Factoren eine allgemeine Regel herleiten lassen. Derselbe Autor gibt an, daß die auf einem Generator-Rost liegende Kohle von oben gesehen kirschroth seyn müsse. Auch dieses ist eine Regel, welche aller Begründung entbehrt. Es ist nur zuzugeben, daß die oberste Brennstoffschicht nicht heißer seyn dürfe, aber eine andere Frage ist die, ob es nicht besser sey, wenn diese ganz dunkel ist? Kirschroth entspricht einer Temperatur von 800°. Bei 500° habe ich bei meinen Experimenten noch Gase erhalten, welche 10 bis 11 Proc. Kohlenoxyd enthielten, woraus hervorgeht, daß 800° noch eine viel zu hohe Temperatur ist, um sicher zu seyn daß die Gase nicht eine mehr oder minder große Quantität Kohlensäure enthalten. Allerdings verlangt eine höhere Schicht auf dem Roste einen um so größeren Zug um den Widerstand zu überwinden, den dieselbe der zuströmenden Luft und den Oasen in größerem Maaße entgegensetzt; oder es ist dann eine viel größere Rostfläche erforderlich, um die Luft um so viel langsamer auf einem größeren Querschnitte durchzuführen, da mit der abnehmenden Geschwindigkeit auch der Widerstand zwischen den Brennstoffstücken abnimmt. Auf pag. 40 berechnet dann Professor Krans die Zusammensetzung der Kohle, welche verwendet wurde, aus der Analyse der Gase die daraus erzeugt wurden. Dabei findet er einen Wasserstoff-Ueberschuß von 5,306 Gewichtsprocenten. Nun haben aber nur die fettesten englischen Kohlen einen so großen Ueberschuß an Wasserstoff; überdieß enthalten die verwendeten Kohlen 1/4 trockene, magere Kohlen. Es ist also in die Gase ein Ueberschuß von Wasserstoff gelangt, welcher in der Kohle nicht vorhanden seyn konnte. Ein solcher Ueberschuß an Wasserstoff in den Gasen kann aber nur aus der Zersetzung von Wasser herrühren. Welches sind nun die Zersetzungsproducte des Wassers? An einer Stelle sagt Prof. Krans, die Producte seyen Wasserstoff und Kohlenoxyd, später aber sieht er ein, daß er in der That Wasserstoff und Kohlensäure erhalten hat, was ihn jedoch nicht hindert zu behaupten, eine solche Zersetzung von Wasser sey vortheilhaft. Die Generator-Gase von St. Gobin enthalten in 100 Volumtheilen: 24,24,28,22,261,2 KohlenoxydKohlensäureWasserstoffSumpfgasStickstoff.        34,6 brennbare Gaseund 65,4 unbrennbare. 4,2 Kohlensäure = 4,2 Sauerstoff + 2,1 Kohlenstoff. 4,2 Sauerstoff stammen aus 4,725 Wasser, welche geben 0,525 Wasserstoff; 2,1 Kohlenstoff hätten geben sollen 4,2 Kohlenoxyd. Ohne die Wasserzersetzung würden also diese Gase 4,2 Kohlenoxyd mehr enthalten, 2,1 weniger Sauerstoff und 0,525 weniger Wasserstoff, und wir hätten: 28,4  7,675  2,2 KohlenoxydWasserstoffSumpfgas per 100„„ = 31,08,42,4 41,8 brennbare Gase, 53,281 Stickstoff „ 58,2 58,2 unbrennbare. ––––––––– 91,556 Aus ersterem Gase werden durch Verbrennung gewonnen: 24,2 .   3003,6  8,2 .   3046,6  2,2 . 13945,3 === 72687 W. E.24982 W. E.30679 W. E. 128348 W. E. Aus letzterem Gase: 31,0 .   3003,6  8,4 .   3046,6  2,4 . 13945,6 === 93111 W. E.25591 W. E.33468 W. E, 152170 W. E. Ersteres Gas enthält 14,6 Vol. Kohlenstoff; letzteres 16,0. Diese Quantitäten repräsentiren die verbrannte Kohlenmenge, folglich ergeben sich im ersteren Falle 128368/16,6 = 879 W. E., im letzteren 152170/16 = 951 W. E., woraus hervorgeht, daß die Zersetzung von Wasser nur schädlich wirkt, wenn sie CO² und H bildet. Würde aber die Zersetzung von HO = H + CO geben, so würden dann 2,2 Vol. O von HO geliefert und wir hätten: 28,4  CO,  7,675 H  2,2   CH² per 100„„ = 34,4  9,3  2,6 46,3 brennbare Gase, 44,362 N 53,7 53,7 unbrennbare. –––––––––– 82,637 Die aus solchem Gase zu erhaltende Wärmemenge ist 167914 W. E.; dasselbe enthält 17,2 Kohlenstoff, somit werden durch die verbrannte Kohlenmenge producirt 976 W. E. Die erhältliche Wärmemenge aus der Gewichts-Einheit der Brennstoffe, bei Zersetzung des Wassers zu CO² + 2 H gegen CO + H, verhält sich aber wie 879 : 976 = 1 : 1,1103, was eine Ersparniß von 11 Proc. ausmacht. Da nun in einem Gas-Generator unter allen Umständen Wasser vorhanden ist welches sich zersetzt, indem es die glühende Kohlenschicht passirt, so ist dafür zu sorgen, daß diese Zersetzung wirklich in CO + H und nicht CO² + 2 H stattfinde. Letzteres wird aber unfehlbar geschehen, wenn man die Regel von Prof. Krans befolgt und den Brennstoff in seiner oberen Schicht kirschroth erhält, da bei dieser Temperatur Wasserdampf und Kohlenoxyd sich stets in CO² und 2 H umsetzen. Es ist namentlich das hygrometrische Wasser im Brennstoffe, welches in diesem Falle so nachtheilig wirken kann. Dieß kann so weit gehen, daß die Gase sogar fast gleich viel CO² wie CO enthalten, wie z.B. in Munkfors in dem schwedischen Sägespäne Generator,Beschrieben im polytechn. Journal Bd. CLXXXIII S. 368. wo diese Späne ganz naß aufgegeben werden. Jene Gase haben in 100 Volumtheilen die Zusammensetzung: Kohlensäure 19,60 Kohlenoxyd 20,80 Wasserstoff 0,87 Sumpfgas 2,40 Stickstoff 56,33 Ob diese Analyse richtig sey, ist übrigens sehr zu bezweifeln, denn 19,6 Vol.-Proc. CO² müßten 19,6 H geben, während nur 0,87 nachgewiesen sind. Man nimmt zwar allgemein an, daß der Wasserstoff in den Gasen durch Verbrennung eine sehr große Wärmemenge ausgebe; die Richtigkeit dieser Annahme muß jedoch sehr bezweifelt werden, da bei den vielen Analysen welche Scheurer über Verbrennungsproducte gemacht (und im Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse von 1868 und 1869, t. XXXVIII p. 195, 311, t. XXXIX p. 385 veröffentlicht) hat, sich stets sehr große Mengen von Wasserstoff gezeigt haben; ebenso ist im Hohofen es eine erwiesene Thatsache, daß der Wasserstoff nicht auf das vorhandene Fe²O³ einwirkt. In beiden Fällen erklärt sich die Sache aus dem relativ kleinen Gehalte an H gegenüber dem CO. Wenn aber auch dieß der Fall ist und H als inactiven betrachtet werden muß, so ist die Zersetzung von HO in CO und H dennoch vortheilhaft, weil 1 Vol. O nur 2 Vol. H in die Gase überführt, während ein Vol. O aus der Luft genommen 3,76 Vol. inactiven Stickstoff einführt. Leider läßt sich diese Zersetzung von Wasser nur in beschränktem Maaße ausführen. 1/2 Vol. C producirt zu CO² verbrannt 4290,8 W. E. 1/2 Vol. C absorbirt zur Oxydation zu CO 1287,2 W. E. –––––––––– disponible 3003,6 W. E. Diese ertragen höchstens den Zusatz von 0,375 Vol. Wasserdampf, welcher producirt 0,375 Vol. H und 0,375 Vol. CO durch diesen Zusatz werden absorbirt     1142,7 W. E. es verbleiben 2860,9 W. E. und die Producte sind: 2,3750,1253,760 COHN deren specifische Wärme = 0,736820,115661,15285 2,00533 Somit werden diese Gase noch eine Temperatur von 2860,9/2,005 = 928° C. haben, welche nicht vermindert werden darf, wenn die Zersetzung ungehindert stattfinden soll. Es ist aber nicht der Mühe werth, eine besondere Einrichtung zu treffen, um so wenig Dampf zuströmen zu lassen. Hat nun schon die Darstellung der Brenngase eine gewisse Wichtigkeit, so ist die vollkommene Verbrennung derselben noch unendlich wichtiger und von noch viel größerem Einflusse auf die Oekonomie. Darin hat schon Fabre-Dufour 1837 Bedeutendes geleistet in Beziehung auf Anordnung und Princip, indem er durch Vertheilung der Luft in viele Düsen den heißen Wind in die Gase injicirte und der Verbrennung einen besondern Raum, einen verhältnißmäßig engen Canal anwies, von welchem aus erst die Verbrennungsproducte in den eigentlichen Ofen gelangten. Verlangen schon feste Körper, welche sich mit einander chemisch verbinden sollen, innige Mischung und eine gewisse Zeit um die Verbindung vollständig zu machen, so ist dieß mit gasförmigen Körpern nicht weniger der Fall. Werden brennbare Gase und Luft in Parallel-Strömen nebeneinander geführt, so ist die Erscheinung ganz dieselbe wie wenn ein trübes Waldwasser sich in einen klaren Fluß ergießt; das trübe und das klare Wasser fließen sichtbar neben einander und mischen sich nur nach und nach durch Veränderung der Richtung auf sehr weiter Strecke. Mischen wir aber das trübe und das helle Wasser in vertheilten Strömen, so wird diese Mischung viel schneller und viel vollständiger erfolgen. Noch mehr wird dieses der Fall seyn, wenn das eine Wasser mit größerer Geschwindigkeit strömt als das andere. Dieß ist es, was Fabre-Dufour gethan hat; aber die Gase mit denen er es zu thun hatte, waren eben Gichtgase, welche nicht nur arme brennbare Gase waren, sondern auch in ihrer Mischung stets wechselnde, so daß constant günstige Resultate nicht erhalten werden konnten. Die vom Hohofen zugeführten Gichtgase können nicht mit der Temperatur zur Verbrennung gelangen, welche nöthig ist um die Temperatur zu erhalten, bei der die Verbrennung rasch vor sich geht; um diesem Uebelstande abzuhelfen, wurde die zugeblasene Luft vorgewärmt, dadurch erhielt sie das doppelte Volumen von demjenigen, welches sie in kaltem Zustande hatte, und die Geschwindigkeit derselben in den engen Düsen wurde verdoppelt, wodurch die einzelnen Molecüle der sich verbindenden Gase schneller und vollkommener mit einander in Berührung kommen. Je enger der Canal ist, in welchem die Verbindung der gasförmigen Körper vor sich gehen soll, desto schneller wird diese stattfinden, weil die Molecüle dadurch einander nicht nur näher gebracht werden, sondern auch einem höheren Drucke ausgesetzt sind. Je schneller nun die Verbindung vor sich geht, desto kleiner kann und darf der Raum seyn, in welchem diese stattfindet, und dieß ist ein nicht unwichtiger Punkt, da auch dieser Verbrennungsraum durch seine Wandungen hindurch um so mehr Wärme verliert als er einen größeren Umfang hat. Demnach könnte man allerdings zu dem Schlusse kommen, daß durch Verbrennung im Ofen selbst diese Transmission des Verbrennungsraumes gänzlich vermieden werden könnte. Wenn aber durch die Verbrennung im Ofen selbst nothwendig unvollkommene Verbrennung eintritt, so wird der Verlust durch diese bedeutend größer seyn als derjenige, welcher durch die Transmission des Verbrennungscanales hervorgebracht wird. Das allererste Erforderniß einer vollkommenen Verbrennung ist aber, daß die brennbaren Gase und die zu ihrer Verbrennung nöthige Luft im richtigen stöchiometrischen Verhältnisse zusammengeführt werden. Wie kann man nun erkennen, daß dieses Verhältniß inne gehalten ist? Das einzige Mittel dieser Erkennung, das einzige Kriterium das es dafür gibt, ist eben die Trennung des Verbrennungsraumes vom Ofen. Sobald die Verbrennung vollendet ist, sind die Verbrennungsproducte klar und durchsichtig wie die reinste Luft. Daraus erkennt man aber nur, daß alles Gas verbrannt ist, keineswegs jedoch, ob die Luft in richtiger Menge zugekommen ist; hat man aber die Mittel um die Luftmenge bei ihrem Eintritte genau zu reguliren, so ist es nicht mehr schwer durch Vermehrung oder Verminderung der Luftmenge denjenigen Punkt zu finden, wo eine noch weiter gehende Verminderung derselben trüb aussehende Gase in den Ofen bringt, wodurch die nicht genügende Menge an Luft angezeigt ist. Wie alle physikalischen Erscheinungen, so hat auch die Verbrennung der Gase ihre bestimmten und präcisen Gesetze, welche, wenn richtig befolgt, nothwendig das richtige Resultat herbeiführen müssen. Die Auffindung dieser Gesetze war Jahre lang mein eifriges Bestreben. Folgendes sind die wesentlichen Bedingungen. Die aus einer Düse ausgeblasene Luft verbreitet sich, nachdem sie die Düsen-Mündung passirt hat, in der Form eines Kegels, dessen Längenachse im Verhältniß zum Durchmesser der Basis um so größer ist als die Düsenmündung selbst einen kleineren Durchmesser hat. Begrenzen wir die Basis dieses Kegels durch einen Canal, dessen Durchmesser D, und ist der Durchmesser der Düse selbst = d, so ist die Achsenlänge des Kegels = (D – d) . 6,5 = L. Mit Hülfe dieser Werthe D, d und L läßt sich also leicht die Oberfläche dieses Kegels berechnen: diese Oberfläche ist es, welche dem neben der Luftdüse eindringenden Gase eine Contactfläche bietet, an der die Verbrennung stattfindet. Durch das Experiment wurde nun bestimmt, daß 1 Quadratmeter solcher Contactfläche genügt um per Secunde 0,2 Kubikmeter gute brennbare Gase zu verbrennen, wenn der Luftkegel durch ein Gebläse gebildet wird; operirt man hingegen ohne Gebläse, so ist dem Gase die größere Geschwindigkeit zu geben und dieses hat dann die Form eines Kegels oder Keiles anzunehmen, und in diesem Falle genügt 1 Quadratmeter Contactfläche nur noch um per Secunde 0,2 Kubikmeter Gas zu verbrennen. Darnach lassen sich also die Dimensionen des oder der Verbrennungscanäle für ein gegebenes Quantum Gas bestimmen. Allen diesen Gesetzen und Regeln entgegen sind nun die Siemens'schen Oefen construirt. Wenn Siemens auch in einzelnen Fällen Verbrennungscanäle angebracht hat, so verdienen dieselben diesen Namen nicht, insofern Gas und Luft parallel zu einander durchströmen, und wenn er mit oder ohne solche Canäle jemals schnelle und vollständige Verbrennung erreicht hat, so konnte diese nur dadurch stattfinden, daß ein bedeutender Luft-Ueberschuß eingeführt wurde. Indessen will Siemens durchaus nicht die Verbrennung vor Eintritt der Gase in den Ofen vollendet haben, sondern er will absichtlich den Verbrennungsproceß auf die ganze Länge des Ofens vertheilen. Es ist vielleicht nicht zu bestreiten, daß an und für sich eine solche Vertheilung wünschenswerth seyn könnte, gewiß aber ist, daß unter solchen Umständen eine vollkommene Verbrennung nie und nimmer erreicht wird. Nachdem die Hälfte des Gases verbrannt ist, findet sich im Ofen ein Gemisch von CO, CO², N und O. Die Molecüle CO und O werden also nur schwer und langsam mit einander in Berührung kommen, und je größer die Verdünnung durch die wirklichen Verbrennungsproducte wird, um so schwerer wird diese stattfinden. Man könnte sagen, daß wenn auch die Verbrennung im Ofen keine vollständige sey, so müsse doch schließlich diese in den Regeneratoren stattfinden und die so entwickelte Wärme diesen zu gut kommen. Diesem steht aber die Erfahrung entgegen, daß brennbare Gase wie der Wasserstoff der Verbrennung selbst bei Luft Ueberschuß entgehen, wenn dieselben nur noch in verhältnißmäßig kleiner Menge vorhanden sind. Darum ist eben eine differenzirte Geschwindigkeit zwischen Gas und Luft durchaus nothwendig, weil dann so zu sagen alle Molecüle des ersteren gezwungen sind mit der Luft in Berührung zu kommen. D. Vorwärmung von Luft und Brennstoffen. Bekanntlich wird diese Vorwärmung mit großer Wirkung in den Hohöfen zur Eisenproduction in größerem Maaßstabe ausgeführt, und dadurch nicht nur die Quantität der Wärme vermehrt, sondern auch die Intensität derselben erhöht. Diese Vorwärmung ist aber nur insofern ökonomisch, als die Wärme zur Lufterhitzung nichts kostet, indem man die Gichtgase des Ofens dazu benutzt; bei dieser Erhitzung wird nämlich wenigstens bis jetzt nur ein Fünftel der Wärme im Durchschnitt nutzbar gemacht. Siemens glaubt nun durch seine Regeneratoren eine große Brennstoff-Ersparniß zu erreichen, indem er die aus dem Ofen evacuirte Wärme durch feuerfeste Steine theilweise absorbirt und die so aufgespeicherte Wärme durch die zu verbrennenden Gase und Luft wieder aufnehmen läßt. Daß dieses eine Illusion sey, habe ich schon öfter dargethan, und die neueren Versuche über die Transmission der Ofenwände haben diese Behauptung noch viel besser begründet. Prof. Krans hat zwar nach seiner oben erwähnten Schrift gefunden, daß bei einem Schweißofen in Sougland auf 323610 W. E., welche der Brennstoff zu geben vermag, 82562 W. E. aus den Regeneratoren genommen werden. Dabei kann man ihm den Vorwurf nicht machen, daß er nicht hinlänglich hohe Temperatur für den Ofen und die Regeneratoren angenommen habe, denn er setzt die Schweißhitze des Eisens = 1600° C. Nach seiner Rechnung werden durch Transmission der Ofenwände 134066 W. E. verbraucht durch das Eisen aufgenommen 34200 W. E. –––––––––– 168266 W. E. 37,5 Kil. Steinkohle per Stunde geben 323610 W. E.  minus für Gasbildung verwendet 102594 W. E.  ––––––––––– bleiben 221016 W. E., plus aus Regeneratoren 82562 W. E. ––––––––––– 303578 W. E. Ziehen wir nun von diesen ab 168266 W. E. die im Ofen abgesetzt werden, ––––––––––– so gehen in die Regeneratoren über 135312 W. E. Nun berechnet er die Wärme-Capacität der aus 100 Kil. Steinkohlen gewonnenen Verbrennungsproducte (pag. 44) zu 339,845; das macht per 37,5 Kil., die per 1/2 Stunde verbrannt werden, 127,422. Nun geben aber 135312/127,432 = 1062° und nicht 1600°, welche Temperatur offenbar weder im Ofen noch in den Regeneratoren existiren kann. Prof. Krans hat die Transmission des Schweißofens selbst dadurch zu 134066 W. E. gefunden, daß er alle anderen Quellen des Wärme-Consums von der imaginären Wärmemenge abzieht, die durch den Brennstoff und die angenommene Leistung der Regeneratoren herauskommt. Die Schweißofen-Wandfläche, welche Wärme transmittirt, ist mindestens 10,765 Quadratmeter, deren Dicke C = 0,3, daher Textabbildung Bd. 194, S. 321 (250 . 16,34 . 10,765)/2 = 21,987 W. E. per 1/2 Stunde; dieß wäre die theoretische Transmission; die effective aber 250 . 2,37 . Q = 592 . 97,999 = 52094 W. E. per 1 Quadratmeter und per Stunde; folglich in 1/2 Stunde (10,765 . 52094)/2 = 280365 W. E. Bei dem angegebenen Brennstoff-Consum konnte allerdings eine solche Transmission nicht stattfinden, aber auch im Ofen konnte die Temperatur nicht 1600° seyn. Eine Temperatur von 1200 bis 1250° genügt aber auch vollkommen um Eisen schnell zur Schweißhitze zu bringen, und wenn der Schweißofen in Sougland 1250° hat, so ist das ganz gewiß das Maximum was mit dem angegebenen Brennstoff-Consum geleistet werden kann. Dann ist Textabbildung Bd. 194, S. 322 Woraus die effective Transmission = 516 . 37,196 = 19193 W. E. per 1 Quadratmeter und per 1 Stunde; für 1/2 Stunde (10,765 × 19193)/2 = 103305 W. E. Transmission des Ofens. Der Nutzeffect ist (specif. Wärme des Eisens bei 1250° = 0,15985) = (0,15985 . 1250 . 7000)/48 = 37465 W. E. per 1/2 Stunde. Das calorische Aequivalent der als aschefrei angenommenen Kohle ist, nach der gegebenen Analyse berechnet, 8497 W. E.; die specifische Wärme der Verbrennungsproducte per 1 Kil. Kohle = 3,39845. Daher ist das pyrometrische Aequivalent: 8497 – (1250 . 3,39845) = 4249 W. E. Dividiren wir nun dieses in die Wärmemenge welche im Ofen absorbirt wird = (103305 + 37465)/4249 = 33,1, die Kil. das Gewicht des Brennstoffes angibt, der in der halben Stunde consumirt werden muß um diesen Effect zu erlangen. Dieses Resultat ist 37,5 – 33,1 = 4,4 Kil. weniger als der effective Consum. Dieß beweist aber noch keineswegs, daß diese 4,4 Kil. Brennstoff von den Regeneratoren geleistet sind. Prof. Krans hat die Transmissionsflächen der Regeneratoren zu 7,5 Quadratmeter mit einer Temperatur von 1600° und 8,5 Quadratmeter mit innerer Temperatur von 850° berechnet. Aber über den Regeneratoren sind noch die Zu- und Abführungscanäle, deren Wandungen allerdings theilweise dicker als 0,3 Met. sind, von denen aber ein Theil ebenso viel transmittiren muß als die Ofenwände, so daß für diese wenigstens ebenso viel in Rechnung zu bringen ist als für den Ofen selbst, d.h. per halbe Stunde 103305 W. E. Nehmen mir nun an, die obere Etage der Regeneratoren habe die Temperatur 1250°, die untere (1250 + 200)/2 = 725°, so ist für die obere Textabbildung Bd. 194, S. 322 für die untere Textabbildung Bd. 194, S. 322 Die effective Transmission ist also Textabbildung Bd. 194, S. 323 Die Gesammt-Transmission würde demnach seyn 103305 + 74668 = 177973 W. E. Aus dem Ofen werden aber nicht mehr als 37,5 . 4248 = 159,300 W. E. abgeführt, wenn wir annehmen daß der Brennstoff vollkommen ohne Abkühlung der Gase und ohne Vorwärmung der Luft verbrannt werde. Diese größere Transmission beweist nicht, daß wir sie falsch berechnet haben, sondern nur, daß die Annahme falsch ist, daß 30/75 des Regenerator-Raumes die Temperatur des Ofens annehmen, was auch gar nicht wahrscheinlich ist, so wenig als es wahrscheinlich ist, daß der Schweißofen die Anfangstemperatur annehme welche durch die Verbrennung hervorgebracht wird. Beurtheilt man die oben im Generator wahrscheinlich nach einer halben Stunde erreichte Temperatur nach dem was ein Calcinirofen leistet, der durch die abgehende Wärme eines Glasofens ähnlichen Consumes betrieben wird, so darf man diese kaum höher annehmen als 800°; und nehmen wir für die untere Etage 464° an, so wird die Transmission im Regenerator selbst 23946 + 12828 + 50000 (für Canäle) = 86774 W. E.; dazu kommen 4,4 Kil. Brennstoff, welcher erst im     Regenerator verbrannt wird 37379 „   „ und nehmen wir an, die Regeneratoren restituiren dem     Brenngase die ursprüngliche Temperatur, welche man     in erster Instanz verloren geben mußte, mit 102,594 „   „ so bleibt für die Evacuation durch den Kamin nicht nur     nichts, sondern es müßten noch 67,447 „   „ hinzugefügt werden, um nur dem Brenngase seine ursprüngliche Temperatur zu restituiren. Um daher Soll und Haben in's Gleichgewicht zu bringen, mühten wir die Capacität des Regenerators noch bedeutend kleiner annehmen, oder von vornherein die Ofentemperatur noch niedriger setzen als 1250°, was keineswegs der Wahrscheinlichkeit entbehren würde. Wenn nun auch nicht an der Angabe gezweifelt werden soll, daß der frühere Schweißofen in Sougland 9000 Kil. Eisen mit 3400 Kil. Steinkohlen durchgebracht habe, während der Regenerativ-Ofen nun zu derselben Arbeit 2000 Kil. Steinkohlen verwende, so wird wohl die Ursache einer solchen Ersparniß auf etwas Anderem beruhen als auf dem Regenerativ-System. Die geringere Production des früheren Ofens kann aber auf zwei anderen Ursachen beruhen als einer unvollkommenen Verbrennung, nämlich auf kleineren Dimensionen des Ofens oder und auch gleichzeitig auf dem geringeren Consum an Brennstoff in der Zeit-Einheit. Der Siemens'sche Ofen in Sougland mißt 2,4 Met. per 1,45 Met. auf der Sohle und die Chargen sind 650 Kil. Eisen; ist nun der Ofen um so viel kleiner daß er nur noch halb so viel Eisen = 325 Kil. aufnimmt, so wird die Sohle nur noch 1,74 Met. per 1 Met. haben und die Transmissionsfläche der Ofenwände wird dann 8,79 Quadratmeter statt 10,765. Daher wird bei gleicher Temperatur die Transmission im großen Ofen wie oben (10,765 × 19193)/2 = 103305 W. E. betragen; im kleinen Ofen     (8,79 × 19193)/2 =   84353 W. E. Der Nutzeffect im großen Ofen ist = 37465 W. E.; der Nutzeffect im kleinen die Hälfte = 18732 W. E. Im großen Ofen werden in 30 Minuten verwendet 37465 + 103305 = 140770 W. E. Im kleinen Ofen werden in 30 Minuten verwendet 18732 + 84353 = 103085 W. E. Dividiren wir diesen Wärme-Consum durch das pyrometrische Aequivalent, so ist der Brennstoff-Consum in derselben Zeit = 33,1 und 24,3 Kil. 1 Kil. Eisen = 140770/650 = 216,6 W. E. im großen Ofen 103085/325 = 317,2 W. E. im kleinen Ofen, was zu Gunsten des großen Ofens eine Ersparniß von 31,7 Proc. ausmacht. Wenn vielleicht auch die Reduction der Ofendimensionen auf die Hälfte etwas übertrieben erscheinen mag, so dient das angeführte Beispiel nichtsdestoweniger um zu zeigen wie groß der Einfluß der Größe der Oefen ist. In dem eben angeführten Beispiele ist angenommen, daß die Temperatur im großen wie im kleinen Ofen dieselbe seyn und daß dabei das eingelegte Eisen in beiden Fällen gleich schnell warm werde. Sollte nun aber der alte Ofen dieselben Dimensionen gehabt haben wie der von Siemens gebaute, hingegen der Zug im Kamine nicht ausgereicht haben, um in 30 Minuten 33,1 Kil. Kohle zu consumiren, so muß nothwendig die Ofentemperatur dadurch eine niedrigere geworden seyn. Es genügt ein sehr kleiner Minder-Consum um die Temperatur herabzudrücken; statt 33,1 Kil. z.B. 32,1 Kil. gibt das Aequivalent 8497 – 140770/32,1 = 4112 W. E. und die Temperatur 4112/3,398 = 1210° statt 1250°. Allerdings wird die Verminderung der Temperatur um 40° auch die Transmission etwas vermindern, so daß, wenn wir diesem Umstande Rechnung tragen wollten, der Minder-Consum sich vielleicht auf 1,5 bis 2 Kil. erhöhen würde. Bei der angenommenen Ofentemperatur von 1250° dauern die Chargen 24/14 = 1,71 Stunden. Da nun die Temperatur welche das Eisen annehmen muß, jedenfalls kaum niedriger als 1210° wird seyn dürfen, so werden die Chargen statt 1,71 Stunden wohl anderthalbmal so lange dauern = 2,56 Stunden. Bei der höheren Temperatur ist also der Kohlen-Consum per Charge = 1,71 . 66,2 = 113,2 Kil., bei 1210° aber 2,56 . 62,2 = 159,2 Kil., somit hat der um 2 Kil. per 30 Minuten erhöhte Consum eine Ersparniß von 29 Proc. bewirkt. Es könnte scheinen als ob auch in diesem Beispiele die Zeit der Charge für die niedrigere Temperatur übertrieben wäre; die Rechnung zeigt aber im Gegentheil, daß diese Annahme noch zu niedrig ist, und daß daher der Minder-Consum von 4 Kil. Kohle per Stunde noch eine größere Verschwendung des Brennstoffes veranlaßt als 29 Proc. Ist C die Leitungsfähigkeit des Eisens für die Wärme = 16,8, S die specifische Wärme desselben bei 1250° = 0,15985, d dessen Dichte = 7,788, so ist K = C/(S . d) = 16,8/(0,15985 . 7,788) = 1,3495. Nun ist Textabbildung Bd. 194, S. 325 e = die Dicke der Schicht des Materiales durch welche die Wärme eindringen muß, die wir = 0,05 Met. setzen, Z = die Zeit während welcher die Wärme einwirkt, die also zu 1,71 und 2,56 Stunden angenommen wird. Setzen wir diese Werthe in der Formel ein, so erhalten wir (1 – A) = 0,994 und 0,995. Ist die einwirkende Temperatur = t, so ist die Temperatur des wärmeaufnehmenden Körpers nach der Zeit Z = t' = t (1 – A). Wir haben also bei t = 1250° nach 1,71 Stunden das Eisen auf 1242° gebracht und bei t = 1210° nach 2,56 Stunden auf nur 1204°. Aus Allem diesem geht hervor, daß die Vorwärmung von Luft und Brennstoff bei dem Siemens'schen Regenerativ-System eine Brennstoff-Ersparniß nicht zu erreichen vermag, weil die durch die Regeneratoren restituirte Wärme nicht mehr beträgt als diejenige welche den Brenngasen ursprünglich entzogen werden mußte, um dieselben durch die Regeneratoren durchzuführen. Ferner machen die Regeneratoren es unmöglich die Gesetze zu befolgen und das Kriterium anzuwenden, welche eine vollkommene Verbrennung gestatten. Wenn daher bei einer Anzahl Siemens'scher Constructionen bedeutende Brennstoff-Ersparnisse nachgewiesen werden, so sind dieselben nicht dem Regenerativ-System zuzuschreiben, sondern theilweise der Vergrößerung der Oefen und in noch höherem Maaße dem in der Zeit-Einheit vermehrten Consum an Brennstoff. E. Darstellung brennbarer Gase ohne Stickstoff. Weit zweckmäßiger könnte die aus den zu metallurgischen und technischen Zwecken dienenden Oefen abgeführte Wärme benutzt werden um brennbare Gase darzustellen welche nicht mit Stickstoff vermischt sind. 1 Vol. C zu CO² verbrannt, gibt, indem es 2 Vol. O aufnimmt, 8574,5 W. E. Findet die Verbrennung in atmosphärischer Luft statt, so sind die Verbrennungsproducte: Vol. 2 CO² und deren specifische WärmeVol. 7,52 N und dessen specif. Wärme == 2 . 0,425577,52 . 0,30661 == 0,851142,30570 3,15684. Verbrennen wir hingegen 2 Vol. CO, die ebenfalls 1 Vol. C enthalten, so nehmen diese 1 Vol. O auf und die im Ganzen entwickelte Wärme ist ebenfalls 8574,5 W. E., aber die Verbrennungsproducte werden: Vol. 2 CO² und deren specif. WärmeVol. 3,76 N und dessen specif. Wärme == 2 . 0,425573,76 . 0,30661 == 0,851141,15285 2,00399. Soll nun der Ofen 1250° Temperatur haben, so ist im einen Falle das pyrometrische Aequivalent = 8574,5 – 3,15684 . 1250 = 4628,5 W. E., im anderen Falle = 8574,5 – 2,00399 . 1250 = 6069,5 W. E., und wir brauchen im letzteren Falle nur 4628,5/6069,5 = 0,7620 so viel Kohlenstoff als im ersteren, was also eine Ersparniß von 23,74 Proc. ausmacht. Da aber das Volumen der Verbrennungsproducte ohne Elimination des Stickstoffes 9,52 ist, wogegen dasselbe durch diese Elimination 5,76 wird, so können wir bei denselben dynamischen Mitteln 9,52/5,76 = 1,65mal so viel Kohlenstoff zur Verbrennung bringen und daher im Ofen viel höhere Temperaturen hervorbringen, wodurch, wie wir oben gezeigt haben, abermals Ersparniß an Brennstoff stattfindet. Besonders hat eine solche Temperatur-Erhöhung großen Werth, wenn schwer schmelzbare Substanzen verflüssigt werden sollen, wie z.B. Schmiedeeisen zur Darstellung von Stahl. Ein Ofen wie der Schweißofen von Sougland würde 3758 Kil. geschmolzenen Stahl enthalten können. Die Transmission derselben Ofenwände würde bei 1550° Ofentemperatur betragen 213120 W. E. per Stunde. Bei dieser Temperatur und dem Schmelzpunkte 1375° (Becquerel) würde bei 4 1/2 Stunden Schmelzzeit der stündliche Wärmeaufwand seyn: latente Wärme 3758 . 1375 . 0,16485 = 851810          3758 . 100 =       375800 1227610/4,5 = 272802 W. E. Also die im Ofen verwendete Wärmemenge = 213120 + 272802 = 485922 W. E. per Stunde. Die pyrometrischen Aequivalente sind: ohne Elimination = 8574,5 – 1550 . 3,15684 = 3681,5 W. E. mit Elimination = 8574,5 – 1550 . 2,08399 = 5468,3 W. E. Daher der Kohlenstoff-Consum 485922/3681,5 = Vol. 132 Kohlendampf 485922/5468,3 = Vol.   89 Kohlendampf. Die Verbrennungsproducte aus 132 Vol. = 132 . 9,52 = 1256,64 bei 0° und bei 1550° = 8395,2 Vol.   89 Vol. =   89 . 5,76 =   412,64 bei 0° und bei 1550° = 2756,8 Vol. Es ist nun leicht einzusehen, daß die nöthigen dynamischen Mittel sehr bedeutend (und nicht ohne Kostenaufwand) zu vermehren wären, um im ersten Falle ein mehr als dreimal größeres Volumen von Verbrennungsproducten durch den Ofen zu führen. Stehen diese Mittel nicht zur Verfügung oder stehen andere Hindernisse entgegen, so würde der Consum ohne Elimination bedeutend reducirt werden müssen, und zwar, da 9,52 Vol. bei 1550° = 61,60 Vol. geben, auf 2756,8/61,6 = 45 Vol. Kohlenstoff, wodurch dann die Wärmeproduction nur noch 385852 W. E. seyn und die Temperatur des Ofens sehr bedeutend vermindert würde, so daß die Schmelzzeit und mit ihr der Gesammt-Consum äußerst ungünstig würden. Es ist also die Elimination des Stickstoffes nicht bloß ökonomisch durch die hohe Temperatur, welche dadurch erreicht wird, sondern auch durch die gegebene Möglichkeit den Consum in der Zeit-Einheit unendlich viel größer zu machen. Wenn auf diese Weise die Intensität der Ofentemperatur auf ihr Maximum und die Schmelzzeit auf ihr Minimum gebracht, und damit die höchst mögliche Ersparniß erreicht werden kann, so ist nun nur noch die Frage zu beantworten, ob die Darstellung des stickstofffreien Brenngases nicht mit Kosten verknüpft sey, welche diese sonst mögliche Oekonomie beeinträchtigen? Um reines Kohlenoxyd darzustellen, gibt es wohl kein anderes im Großen anwendbares Mittel, als Kohlensäure über glühend erhaltenem Kohlenstoff zu reduciren; die Kohlensäure kann entweder durch Calcination von kohlensaurem Kalk oder durch Verbrennung von Kohle mit Kupferoxyd erhalten werden. Im ersteren Falle gewinnt man gebrannten Kalk, der wohl überall Verwerthung findet, daher die Gewinnung von CO kaum mit Kosten begleitet ist. Soll Kohle durch Kupferoxyd verbrannt werden, so kann letzteres sehr leicht immer wieder als Oxyd dargestellt werden, hingegen ist allerdings die so zu verbrennende Kohle zu pulverisiren. Um 89 Vol. Kohlenstoff = 83 Kil. in CO überzuführen, ist die Hälfte = 41,5 Kil. als Kohlensäure zu gewinnen. Dazu würden stündlich 379 Kil. kohlensaurer Kalk erforderlich seyn. 1300 Kil. kohlensaurer Kalk nehmen das Volumen von 1 Kubikmeter ein, somit 379 Kil. = 0,292 Kubikmeter. Wird die Calcination bei 1000° Temperatur vorgenommen, so muß man auf die Dauer von zwei Stunden rechnen, daher das Volumen, welches der kohlensaure Kalk im Calcinirofen einnimmt, 0,584 Kubikmeter ausmacht. Die zur Reduction der Kohlensäure nothwendige Kohle würde in der That ein viel kleineres Volumen einnehmen; damit aber nicht zu oft nachgefüllt werden muß, nehmen wir das gleiche Volumen und haben dann 1,168 Kubikmeter für das Material. Das Doppelte dieses Volumens gibt uns dann den Ofenraum = 2,336 Kub. Meter mit ∛2,336 = 1,327 Met. Seite. Einen solchen Ofen können wir sehr wohl mit sehr dicken und schlecht leitenden Wänden umgeben, da im Inneren keinerlei Arbeit zu verrichten ist. Machen wir diese Wände 0,4 Met. dick, so wird eine Seite des Ofens (1,327 + 0,4 + 0,4)² = 4,524 Quadratmeter Fläche bieten und 4 solcher = 18,096 Quadratmeter, die als transmittirende Flächen in Rechnung zu ziehen sind. Die Temperatur der Ofenwandfläche ist dann bei 1000° innerer Temperatur = Textabbildung Bd. 194, S. 328 und die effective Transmission 103 . 2,57 . Q = 244 . 15,958 = 3894 W. E. per 1 Quadratmeter und per Stunde, und die totale Transmission = 18,096 Quadratmeter × 3894 = 70466 W. E. 379 Kil. kohlensauren Kalk von 0° auf 1000° zu erwärmen erfordert 1000 . 0,675083 = 675,023 W. E. Verbindungs-Wärme 379 . 110   41,690 W. E. 41,5 Kil. Kohle zu erwärmen von 0° auf 1000° 1000 .  0,24688  = 246,88 W. E. Zur Reduction der Kohlensäure aus 44,5 Vol. C sind erforderlich  44,5 . 2574 = 114565,25 W. E. ––––––––––––––––––––––––––––––––       somit bedürfen wir zur chemischen Reaction 157177 W. E.       plus für Transmission des Ofens   70466 W. E. –––––––––––––––––––––––––––––––– im Ganzen 227643 W. E. Das pyrometrische Aequivalent von Steinkohle, wie solche für den Schweißofen angenommen wurde, ist bei 1000° Ofentemperatur = 8497 – 1000 . 3,39845 = 5099 W. E. Somit würde die Darstellung von 89 Vol. C zu CO erfordern 227643/5099 = 44,6 Kil. Steinkohle. Dieser Aufwand würde den absoluten Kohlen-Consum auf 89 + 44,6/1,02727 = 132,4 Vol. C bringen, was für 4 1/2 Stunden Schmelzzeit 594,8 Kil. ausmacht, per 1 Kil. Stahl 594,8/375,8 = 0,16 Vol. C, was unendlich wenig ist. Wollen wir aber die aus dem Schmelzofen evacuirten Verbrennungsproducte, welche noch 278492 W. E. enthalten, benutzen, so geben diese noch 550 . 2,004 . 89 = 98078 W. E. benutzbare Wärme und der Rest wird geliefert durch (227643 – 98078)/5099 = 25,4 Kil. Steinkohle, so daß der Consum per 1 Kil. Stahl sich auf (89 + 24,1) 4,5/3758 = 0,136 Vol. Kohlenstoff reducirt. Somit wird in diesem Falle die Benutzung der aus dem Ofen evacuirten Wärme 15 Proc. vom Gesammt-Wärmeaufwand ausmachen. F. Größtmöglicher Brennstoff-Consum in der Zeit-Einheit. Im Vorhergehenden hatten wir schon mehrmals Gelegenheit auf den ungeheuren Einfluß aufmerksam zu machen, welchen der Consum in der Zeit-Einheit auf die Ersparniß des Brennstoffes hat. Es ist dieß auch eine natürliche Consequenz des von Alters her bekannten Principes: „daß die Wärme um so schneller in einen kälteren Körper eindringt, als die Differenz der Temperatur zwischen dem Wärme aufnehmenden und dem Wärme abgebenden Körper größer ist.“ Dennoch scheint dieses Princip von Gelehrten und Praktikern ignorirt zu werden. – Ich hatte vor einigen Jahren einen bedeutenden Proceß mit einer Glasfabrik. Das Gericht bestellte officielle Experten, zwei Glasfabrikanten und einen Professor einer polytechnischen Schule. Diese behaupteten, daß ein Mehr-Consum an Brennstoff in der Zeit-Einheit eine Verschwendung desselben herbeiführen müsse, und auf dieser Behauptung beruhten hauptsächlich die Entscheidungsgründe des Gerichtes zu meinen Ungunsten. In zweiter Instanz wurde mein Begehren einer competenteren Expertise abgewiesen; der dritten Instanz legte ich eine große Zahl von Unterschriften vor, welche die Unrichtigkeit der Behauptung der Experten bezeugten, aber auch diese Zeugnisse wurden verworfen, da doch ein Professor einer Staatsanstalt wissen müsse wie sich die Sache verhalte. Wir haben gezeigt, daß im Schweißofen das Eisen bei der Ofentemperatur 1250° wenigstens 1 1/2mal früher gar wird als wenn diese Temperatur nur 1210° ist, und daß der Unterschied des Consums für diese zwei Temperaturen kaum 4 Kil. Steinkohle beträgt. Als Resultat meiner Berechnung der Stahlschmelzöfen haben wir gefunden, daß 1 Kil. Stahl mit 0,16 Kohlenstoff geschmolzen werden kann, wenn die Ofentemperatur 1550° ist, während bei 1400° dieser Consum 1,5 ist. (Man s. meine Abhandlung „über den Stahlschmelzofen für das Martin'sche Verfahren“ in diesem Journal, 1868, Bd. CXC S. 455.) Noch anschaulicher wird dieß, wenn wir einen Körper zum Schmelzen wählen, dessen Leitungsfähigkeit für die Wärme bedeutend kleiner ist als die von Eisen und Stahl. Ein solcher Körper ist z.B. die Masse aus welcher Glas gemacht wird; die Leitungsfähigkeit einer solchen Masse ist = 0,227, aber der Schmelzpunkt dieser Masse ist höchstens 1000°, daher selbst bei den niedrigsten Glasofen-Temperaturen diese Verflüssigung immer noch Verhältnis mäßig leicht vor sich geht. Das fertig gebildete Glas muß aber, um sich läutern zu können, auf wenigstens 1200° gebracht werden. Die Leitungsfähigkeit des bereits gebildeten Glases ist = C = 0,75, daher der Werth K = 1,295. Setzen wir diesen letzteren Werth in die oben gegebene Formel Textabbildung Bd. 194, S. 330 ein, so erhalten wir für Z = 1/4, 1/2, 3/4, 1, 1 1/2, 2, 2 1/2, 3, 3 1/2, 4, 4 1/2, 5, 5 1/2 und 6 Stunden (1 – A) = 0,70261; 0,79976; 0,83050; 0,85287; 0,87919; 0,89513; 0,90615; 0,91429; 0,91817; 0,925742; 0,929975; 0,933513; 0,936646; 0,939339. Hat nun das Glas bereits die Temperatur = 1000° und die Ofentemperatur sey 200, 210, 230, 240, 250, 260, 270, 280, 290 und 300° höher, so wird bei den folgenden Ofentemperaturen die Temperaturzunahme des Glases nach Z Stunden seyn: Ofen-Temperatur Z = 1/4Stunde 1/2St. 3/4St. 1St. 1,5St. 2St. 2,5St. 3St. 3,5St. 4St. 4,5St. 5St. 5,5St. 6St. 1200° 140° 160 166 170 176 179 181 183 184 185 186 187 187 188 1210 147 168 174 179 184 188 190 192 193 194 195 196 197 197 1220 154 176 183 187 193 197 199 201 202 203 204 205 206 206 1230 161 184 191 196 202 206 208 210 211 213 214 215 215 216 1240 168 192 199 204 211 215 217 219 220 222 223 224 225 225 1250 175 200 207 213 220 224 226 228 229 231 232 233 234 235 1260 182 208 216 221 228 233 235 237 238 240 242 243 243 244 1270 189 216 224 230 237 241 244 247 248 250 251 252 253 253 1280 196 244 232 239 246 250 253 256 257 259 260 261 262 263 1290 204 233 240 247 255 259 263 265 266 268 269 270 271 272 1300 211 240 249 256 263 269 272 274 275 277 279 280 281 282 Nehmen wir an, das Glas brauche zu seiner Läuterung 1224°, so würde dieser Punkt erreicht werden bei der Ofentemperatur 1280° nach 0,5 Stunden. 1270° nach 0,75 „ 1250° nach 2 „ 1240° nach 5 „ Der Ofen enthalte 900 Kil. Glas, dann ist die Wärme-Absorption in allen Fällen 224 . 9000 . 0,29 = 58464 W. E. Die transmittirenden Flächen des Ofens betragen 6 Quadratmeter mit dem mittleren Werthe e/C = 0,5. Die Temperaturen dieser Flächen sind für T Textabbildung Bd. 194, S. 331 daraus die effective Transmission t . 2,37 . Q = 18133 W. E. 17485 W. E. 16984 W. E. 16616 W. E. per 1 Quadratmeter; per 6 Qdtmt. u. 7 St. 108798 W. E. 104911 W. E. 101904 W. E.   99695 W. E. für die Zeit 1/2 3/4 2 5 Stunden   54399 W. E.   78682 W. E. 203808 W. E. 498475 W. E. addiren wir Absorption =   58464    „   58464    „   58464    „   58464    „ ––––––––––– ––––––––––– ––––––––––– ––––––––––– Wärme-Bedarf im Ofen 112863 W. E. 137146 W. E. 262272 W. E. 556939 W. E. Für die genannten Ofentemperaturen sind die pyrometrischen Aequivalente: 8497 – 1280 . 3,3984 = 4148 W. E., daher den Consum 112863/4148 = 27,2 Kil. Kohle. 8497 – 1270 . 3,3984 = 4183 W. E., „ 137146/4183 = 32,8 „ 8497 – 1250 . 3,3984 = 4250 W. E., „ 262272/4250 = 61,7 „ 8497 – 1240 . 3,3984 = 4085 W. E., „ 556939/4085 = 130,0 „ Aber in der Zeit-Einheit einer Stunde werden verbrannt 54,4 Kil., 43,7 Kil., 30,8 Kil. und 26,0 Kil. Wenn also in der Zeit-Einheit 54,4 Kil. Kohle verbrannt werden, so ist der Consum für dieselbe Leistung (900 Kil. Glas auf 224° erwärmt) nur 1/5 so groß als wenn in der Zeit-Einheit bloß 26,0 Kil. verbrannt werden. Allerdings ist dabei zu berücksichtigen, daß eine allzu hohe Temperatur im Ofen auch ihre Nachtheile haben kann, und daß ein sehr großer Consum in der Zeit-Einheit dynamische Mittel verlangt, welche eventuell den Vortheil auch beeinträchtigen können. G. Verbrennung unter höherem Drucke. In neuester Zeit hat Bessemer vorgeschlagen, Eisen und Stahl in Kupolöfen zu schmelzen, welche so verschlossen sind, daß der Druck im Inneren bedeutend gesteigert werden kann, und die er Hochdruck-Kupolöfen nennt.Man s. die Beschreibung dieser mit heißem Winde betriebenen Hochdrucköfen im polytechn. Journal Bd. CXCIII S. 376 (erstes Septemberheft 1869). Daß eine Zusammenpressung der Verbrennungsproducte eine Steigerung per Temperatur veranlaßt, ist schon längst bekannt; dennoch hat man sich nicht gehörig Rechenschaft darüber gegeben, daß dadurch nicht Wärme erzeugt, nicht die Quantität, sondern nur die Intensität derselben gesteigert wird. Eisen schmilzt nach Becquerel bei 1375°. Damit aber dasselbe schmelze, ist an Quantität erforderlich per 1 Kil. um es auf 1375° Temperatur zu bringen 1 . 1375 . 0,16485 = 226,67 W. E., ferner für latente Schmelzwärme nach früherer Annahme 100,00  „   „ ––––––––––––––– Somit ist diese Quantität = 326,67 W. E. und wenn 1 Vol. C 8574,5 W. E. producirt, so werden demnach 326,67/8574,5 = 0,0381 Vol. Kohlenstoff genügen. Sind aber diese 326,67 W. E., welche von 0,0381 Vol. Kohlenstoff producirt werden, absorbirt, so wird die Temperatur = 0. Damit also der Ofen auf der ursprünglichen Temperatur bleibe, müssen wir zweimal so viel Kohlenstoff verbrennen und damit 653,34 W. E. erzeugen. Nun aber geben Textabbildung Bd. 194, S. 333 die Temperatur 1358°, bei welcher Stahl oder Eisen nicht schmelzen, da deren Schmelzpunkt = 1375° ist. Selbst wenn diese Ofentemperatur 1375° wäre, würde es sehr lange dauern, ehe die Schmelzung stattfände, während die Zeit kürzer und die Brennstoff-Oekonomie größer wird, wenn ein Temperatur-Ueberschuß stattfindet. Wie groß nun eigentlich die Temperatur seyn muß, um das Eisen oder den Stahl in einer gegebenen Zeit zu schmelzen, können wir annähernd mit Hülfe der mehrerwähnten Cauchy'schen Formel Textabbildung Bd. 194, S. 333 Der Werth K ist für Eisen, wie wir eben gesehen, 1,3495. Wir nehmen an, die Eisenstücke haben einen mittleren Durchmesser 0,08, dann ist die Entfernung auf welche die Wärme von beiden Seiten einzudringen hat: e = 0,04. Die Zeit in welcher das Eisen den Schmelzpunkt annehmen soll, sey 1 Stunde = Z. Setzen wir nun diese Werthe in die Formel ein, so erhalten wir für (1 – A) = 0,98057. Dividiren wir nun diesen Werth in den Schmelzpunkt, so ergibt sich die Ofentemperatur, welche nöthig ist um das Eisen in der Zeit Z zum Schmelzen zu bringen; diese ist: 1375/0,98057 = 1402°. Das pyrometrische Aequivalent für diese Ofentemperatur in Volumen Kohlendampf ist: 8574,5 – 3,1568 . 1402 = 4148 W. E. Somit müßten wir, um ein Kil. Eisen zu schmelzen 326,67/4148 = 0,0787 Vol. Kohlenstoff verwenden. Textabbildung Bd. 194, S. 333 Diese Quantität wird nun aber noch bedeutend vermehrt durch die Transmission des Ofens selbst. Wir wollen annehmen, derselbe habe die Form von zwei abgestumpften Kegeln mit ihrer Basis gegen einander gelegt. Der Durchmesser der Basis sey 1,5 Met., der kleinsten Kreise 1 Met. und die Höhe von jedem Kegel 1 Met.; so ist der Kubikinhalt dieses Ofens 2 Kubikmeter. Sind die Wände = 0,3 Met. dick = e, so hat die transmittirende Ofenfläche = 14,758 Quadratmeter. Wir wollen e/C = 0,33 annehmen, dann ist Textabbildung Bd. 194, S. 334 Nun geben 241 . 2,37 = 571 und die effective Transmission per 1 Quadratmeter und per Stunde wird t . Q = 571 . 78,183 = 44642 W. E. Für die ganze Ofenwandfläche = 14,758 Quadratmeter × 44642 = 658810 W. E. Wir wollen annehmen, es sollen per Stunde wie in dem Ofen mit Elimination von Stickstoff 3758 Kil. Stahl geschmolzen werden, dann ist der Wärmebedarf dieser = 1227610 W. E. für die Transmission      658810  „   „ ––––––––––––––– im Ganzen    1886420 W. E. Das würde einen Consum von 1886420/4148 = 455 Vol. Kohlenstoff geben. Untersuchen wir nun, in welchem Maaße sich dieser normale Consum durch Zusammendrücken der Verbrennungsproducte vermindern läßt. Die nothwendige Wärmemenge ist 1886420 W. E. Wenn wir nun durch Zusammendrücken der Verbrennungsproducte auf die Hälfte, durch einen Ueberdruck von 1 Atmosphäre die Temperatur verdoppeln können, so können wir auch mit 1402°/2 Temperatur, welche durch Verbrennung erzeugt wird, wieder 1402° durch Druck herstellen. Wir können also die Brennstoff-Quantität um die Hälfte kleiner nehmen, und erhalten dann (455/2) . 8574,5 = 1950600 W. E., was unserem Bedarfe entspricht. Die 227,5 Vol. Kohlenstoff, welche wir nun zu verbrennen haben, erfordern 9,52 . 227,5 = 2165,8 Kubikmeter Luft, per Secunde = 0,6016 Kubikmeter. Nun braucht 1 Kubikmeter Luft, per Secunde auf 1 Atmosphäre = 0,76 Met. Quecksilberpressung gebracht, zur Erzeugung der nöthigen Kraft = 494,76 Kil. Kohle (s. meine „Documente betreffend den Hohofen,“ S. 109); daher 0,6016 Kubikmeter = 297,65 Kil. Kohle, welche auf Kohlenstoff reducirt etwa 268 Kil. = 260 Vol. geben. Der Consum wird also 227,5 + 260 = 487,5 Vol. Kohlenstoff = 487,5 – 445 = 42,5 Vol. größer als der normale. Es erhellt daraus, daß das Zusammendrücken der Verbrennungsproducte, der Hochdruck, den Vortheil welchen er gewähren könnte, durch Mehr-Aufwand an Kohle zu einer Illusion macht. Der Umstand, daß im Kupolofen die 3758 Kil. Stahl in 1 Stunde geschmolzen werden können, statt wie im Flammofen mit Elimination des Stickstoffes in 4 1/2 Stunden, ist bloß darin begründet, daß im Kupolofen der Konsum in der Zeit-Einheit 277,5 Vol. C ist, während er im Flammofen nur 89 Kil. ist. Uebrigens ist in letzterem der Gesammt-Consum kleiner um 455 – 4,5 . 89 = 54,5 Vol. Kohlenstoff, wenn Elimination des Stickstoffes stattfindet. Dagegen beurkundet sich auch hier der Einfluß des Consums in der Zeit-Einheit, wenn beide Fälle unter gleichen Umständen verglichen werden, d.h. ohne Elimination des Stickstoffes, indem dann der Gesammt-Consum im Flammofen 4,5 . 132 = 594 Vol. Kohlenstoff wird gegen 487,5 im Kupolofen, obgleich die transmittirende Wandfläche bei letzterem um 7/10 größer ist. Straßburg, den 25. October 1869.