Betriebskosten einer elektrolytischen Anlage für Alkali und Chlor. Von C. Haeussermann.Nach einem uns vom Verfasser freundlichst zugesandten Sonderabdruck aus der Zeitschrift für Elektrochemie, Heft 2, zweiter Jahrgang 1895/96. Betriebskosten einer elektrolytischen Anlage für Alkali und Chlor. Wiewohl bereits Mittheilungen über die Betriebskosten eines Etablissements zur Erzeugung von kaustischer Soda und von Chlorkalk auf elektrolytischem Wege vorliegenGross und Bevan, Journ. of the Chem. Soc. Ind., 1892 S. 963. Im Auszug: Zeitschrift für angewandte Chemie, 1893 S. 392., so wird doch vielen Fachgenossen eine neue Berechnung des täglichen Aufwandes, welchen der Betrieb einer derartigen Anlage von bestimmter Leistungsfähigkeit erfordert, erwünscht sein, indem die älteren Angaben in mancher Hinsicht unvollständig sind. Weiterhin darf angenommen werden, dass eine Calculation, deren einzelne Posten der Wirklichkeit mehr oder weniger nahe kommen, zur Klärung der oft weit aus einander gehenden Ansichten über die Rentabilität der elektrolytischen Alkaliverfahren beitragen wird. Auch kann eine derartige Aufstellung dem der Elektrochemie sich widmenden Techniker insofern von einigem Nutzen sein, als sie den grossen Einfluss einiger scheinbar unwichtiger Factoren auf die ökonomische Gestaltung eines Processes deutlich hervortreten lässt. Um Missverständnissen vorzubeugen, soll zunächst darauf aufmerksam gemacht werden, dass die im Nachstehenden angegebenen Zahlen nicht unmittelbar der Praxis entnommen sind; die betreffenden Werthe sind vielmehr auf Grund bekannter Thatsachen berechnet oder anderen Publicationen, so insbesondere Lunge's Handbuch der Sodaindustrie, entnommen oder endlich auf willkürlicher Basis aufgebaut. Trotz der sich hieraus ergebenden Unzuverlässigkeit der einzelnen Daten wird man jedoch dem Ganzen eine gewisse praktische Bedeutung nicht absprechen können. Von einer Beschreibung der Anlage sowie des Verfahrens ist aus verschiedenen Gründen abgesehen worden; diese Seite der Frage kommt im vorliegenden Falle überhaupt nicht in Betracht. Der Calculation selbst liegt die Annahme zu Grunde, dass täglich 5000 k Natronhydrat in etwa 96procentiger Waare rieben der entsprechenden Menge Chlorkalk durch Elektrolyse wässeriger Salzlösung hergestellt werden sollen. Eine Verwerthung des gleichzeitig abfallenden Wasserstoffgases ist nicht ins Auge gefasst, da zur Zeit Anhaltspunkte für die Kosten des Comprimirens fehlen. Zweifellos wird sich aber durch den Verkauf des Gases ein erheblicher Nutzen erzielen lassen, was eventuell berücksichtigt werden muss. Verarbeitet man an Stelle von Chlornatrium Chlorkalium, so wird ein Strom von gleicher Stärke eine im Verhältniss von 40 : 56 grössere Menge von Kalihydrat liefern, wodurch das Gesammtergebniss sehr wesentlich beeinflusst wird. In der That wird auch – so viel bekannt geworden – zur Zeit im Grossbetriebe nur Chlorkalium elektrolysirt und dürfte die Zerlegung von Chlornatrium erst dann eine grössere praktische Bedeutung erlangen, wenn sich eine gewisse Ueberproduction an Kalihydrat bemerkbar macht. Für die Berechnung der Herstellungskosten des letztgenannten Productes lässt sich das am Schlusse befindliche Schema ohne weiteres benutzen und erscheint es überflüssig, eine besondere Calculation für Kalihydrat aufzustellen. Ausserdem wird bei der Kostenberechnung davon ausgegangen, dass das Etablissement, für dessen Grund und Boden ein bestimmter Preis nicht in Ansatz gebracht werden kann, sowohl für den Bezug der Rohmaterialien, als auch für den Versandt der Fabrikate günstig liegt. Die motorische Kraft soll mittels Dampfmaschinen erzeugt werden; der Betrieb ist continuirlich gedacht und das Jahr zu 350 Arbeitstagen gerechnet.Am 1. April 1895 sind auf Grund kaiserlicher Verordnung vom 12. Februar 1895 (Reichsgesetzblatt, 1895 S. 11) die Bestimmungen des § 105 d der Gewerbeordnung in Kraft getreten, nach welchen u.a. der Betrieb der Fabriken zur Herstellung von Aetzalkali unter bestimmten Voraussetzungen auch Sonntags zulässig ist. 1) Energiebedarf. 1 Ampère liefert bei 80 Proc. Nutzeffect in 1 Stunde 1,19 g NaOH und 1,05 g Cl, in 24 Stunden somit 28,56 g NaOH und 25,2 g Cl. Demgemäss muss der Strom, welcher innerhalb 24 Stunden 1 k NaOH produciren soll, eine Stärke von 35 Ampère besitzen. Zur Ueberwindung des Widerstandes an den Bädern ist eine Spannung von 3,5 Volt erforderlich, so dass sich der dauernde Arbeitsaufwand auf 3,5 . 35 = 122,5 V.-A. stellt. Für die Herstellung von 5000 k NaOH sind somit 5000 . 122,5 = 612,5 Kilo-Watt-Tage =\frac{612500}{736}=832 elektr. von je 24 Stunden nothwendig. Gleichzeitig werden, wenn man die unbedeutende Chloratbildung vernachlässigt, 0,0252 . 35 . 5000 = 4410 k Cl erhalten, welche unter Berücksichtigung der unvermeidlichen Verluste in den Leitungen und in den Absorptionsapparaten etwa 12500 k 35procentigen Chlorkalk liefern. Rechnet man 1 elektrische = 1,1 Maschinenpferdekräfte, so beziffert sich der zum Betrieb der Dynamomaschinen erforderliche Kraftbedarf zu 915 effectiven . Ausser diesen 915 dürften weiterhin noch etwa 85 zum Betrieb von Motoren für die übrige maschinelle Einrichtung, wie Wasser-, Vacuum- und Laugepumpen, Hebevorrichtungen, Centrifugen, sowie für die Lichtanlage erforderlich sein.Vermuthlich reicht der „Abdampf“ dieser 85 auch aus, um die Temperatur der elektrolytischen Bäder constant auf 80 bis 90° zu halten. Demgemäss stellt sich der Kraftbedarf für die ganze Anlage bei 24stündigem Betriebe auf 1000 (24 Pferdekraftstunden liefern 5 k NaOH). Wenn man davon ausgeht, dass grosse Dampfmaschinen moderner Construction für 1 und Stunde nicht mehr als 0,8 k Steinkohlen verbrauchen, so sind für den 24stündigen Betrieb der Motoren 0,8 . 24 . 1000 = 19200 k Kohlen nothwendig, welche bei einem Preise von 1,20 M. für 100 k 230,4 M. kosten. Ausserdem müssen noch die Löhne für das Heizer- und Maschinenpersonal, die auf Grund eines Jahresdurchschnitts zu ermittelnden Ausgaben für Reparaturen, Schmiermaterial u.s.w., sowie der Betrag der Amortisation, deren Höhe u.a. von dem jeweiligen Buchwerthe der Einrichtung abhängt, in Rechnung gestellt werden. Eine einigermaassen zuverlässige Vorausberechnung dieser Posten im Einzelnen ist der Natur der Sache nach nicht möglich. Es wurde deshalb von der Aufstellung eines detaillirten Voranschlags ganz abgesehen und an Stelle einer auf rationeller Basis beruhenden Ziffer ein willkürlich bestimmter Betrag in Ansatz gebracht. Bei derartigen Calculationen erscheint nämlich, wie von mehreren Seiten bestätigt wird, die Annahme zulässig, dass die Unkosten, welche durch die Umwandelung der chemischen Energie der Kohlen in elektrische verursacht werden, ungefähr ebenso gross sind, wie die Kosten der in der gleichen Zeit verfeuerten Kohle, wenn man von mittleren Kohlenpreisen ausgeht. Lässt man auch im vorliegenden Falle diese rohe Berechnungsweise gelten, so würden für je 100 k verfeuerter Kohle noch 1,20 M. für 19200 k, somit 230,4 M. in Rechnung zu stellen sein. Dabei ist dann die Frage, ob die zum Betriebe der Pumpen u.s.w. erforderlichen 85 direct oder indirect abgenommen werden, offenbar ziemlich belanglos. Die Gesammtkosten des 24stündigen Betriebes der 1000-pferdigen Anlage würden sich somit auf 230,4 + 230,4 = 460,8 M. belaufen. Um welchen Betrag diese Zahl bei Benutzung von Wasserkraft zu reduciren ist, muss dahingestellt bleiben. 2) Salzbedarf. 100 k NaOH erfordern theoretisch 146,2 k und bei Annahme eines Verlustes von 10 Proc. für in der fertigen kaustischen Soda enthaltenes NaCl, Unlösliches u.s.w. 160 k Steinsalz. Für 5000 k NaOH sind somit 8000 k Steinsalz nothwendig, welche ä 1,50 M., für 100 k 120 M. kosten. Steht gesättigte Sole zur Verfügung, so kann dieselbe eventuell direct als Kathodenflüssigkeit dienen, wodurch, abgesehen von den sonstigen Vortheilen, die Kosten für das Lösen des Steinsalzes erspart werden. 3) Bedarf an Kohlen zum Eindampfen der Laugen und zum Schmelzen der kaustischen Soda. Die Laugen enthalten in dem Zustande, in welchem sie von den Bädern kommen, auf 1 l etwa 80 g NaOH neben einer für die Rechnung nicht in Betracht kommenden Menge von Chlornatrium. Hieraus ergibt sich das Volumen der innerhalb 24 Stunden aufzuarbeitenden Laugen zu etwa 63 cbm. Um eine an NaCl möglichst arme kaustische Soda zu erhalten, muss die Flüssigkeit zunächst auf etwa 1,45 spec. Gew. eingedampft werden, wobei das auch in heisser concentrirter Lauge schwer lösliche Kochsalz ziemlich vollständig ausfällt. Nach der Entfernung des Salzes, welches durch Abschleudern oder Nutschen von der anhängenden Lauge befreit und dann wieder den Bädern zugeführt wird, erfolgt das Entwässern oder Schmelzen der kaustischen Soda. Die Art und Weise, nach welcher elektrolytisch erzeugte Natronlauge verarbeitet wird, unterscheidet sich somit nicht principiell von dem Verfahren, nach welchem man festes Aetznatron aus kaustrificirter Sodalauge gewinnt, und können die in Lunge's Handbuch der Sodaindustrie, II. Aufl. II. Bd. S. 698, enthaltenen Daten unter Umständen ohne weiteres für die Calculation benutzt werden. Zum Einengen schwacher Natronlaugen bis zum specifischen Gewicht von 1,45 wird man heute ausschliesslich Vacuumverdampfapparate benutzen (Lunge, l. c. S. 657), unter welchen diejenigen mit continuirlicher Satzabführung (Neumann und Esser, D. R. P. Nr. 75421) für den vorliegenden Zweck besonders geeignet erscheinen. In diesen Apparaten können nach den Angaben von Kaufmann mit 1 k Kohle 20 k Wasser aus dünnen Laugen verdampft werden. Da aus den Laugen zunächst etwa 50 cbm Wasser zu entfernen sind, so berechnet sich ein Bedarf von 2500 k Kohlen, welche 30 M. kosten.Die zur Erzeugung und Unterhaltung des Vacuums erforderlichen Kohlen sind in dem Energiebedarf eingeschlossen. Das schliessliche Concentriren der Laugen und das Schmelzen der kaustischen Soda wird in offenen gusseisernen Kesseln vorgenommen. Hierfür ist nach Morrison (Lunge, l. c. S. 698) für 1 t kaustische Soda 1 t Kohlen erforderlich. Für 5000 k kaustische Soda bedarf man somit 5000 k Kohlen zum Preise von 60 M. 4) Bedarf an gebranntem Kalk. Zur Herstellung von 100 k Chlorkalk sind 60 k, von 12500 k somit 7500 k gebrannter Kalk erforderlich. Stellt man die 100 k gebrannten Kalk mit 1,50 M. in Rechnung, so beziffert sich die tägliche Ausgabe für Kalk auf 112,50 M. 5) Emballage. Der Preis der zum Verpacken von 1000 k kaustischer Soda nothwendigen eisernen Trommeln betrug nach Lunge 16 M. Diese Zahl kann heute – namentlich wenn man die Trommeln im eigenen Betriebe herstellt – unbedenklich auf 12 M. reducirt werden, so dass für die Emballage der täglichen Production an kaustischer Soda 60 M. einzusetzen sind. Die Fasstage für 1000 k Chlorkalk stellt sich nach Lunge (Handbuch der Sodaindustrie, I. Aufl. II. Bd. S. 831) auf 17 M.; für 12500 k somit auf 212,50 M. 6) Arbeitslöhne. Die Arbeitslöhne für die Herstellung von 100 k kaustischer Soda aus Ammoniaksoda betragen nach Lunge (II. Aufl. II. Bd. S. 700) 0,90 M. Legt man diese Zahl auch der vorliegenden Calculation zu Grunde, so stellen sich die Löhne für das Eindampfen, Schmelzen und Verpacken der Tagesproduction auf 45 M. In Bezug auf die Arbeitslöhne für Chlorkalk findet sich eine Angabe in Lunge (I. Aufl. II. Bd. S. 831), nach welcher sich die Löhne für 100 k Chlorkalk beim Weldon-Verfahren einschliesslich Kessel- und Maschinenbetrieb auf 1 M. belaufen. Da aber im vorliegenden Fall die Löhne für den Kessel- und Maschinenbetrieb ausgeschieden sind und an dieser Stelle nur die Löhne für das Löschen und Sieben des Kalkes, für das Beschicken und Entleeren der Chlorkalkkammern oder eventuell für das Bedienen des mechanischen Chlorkalkapparates von HasencleverWenn sich der mechanische Chlorkalkapparat, wie behauptet wird, für concentrirtes Chlorgas nicht eignet, so würde sich vermuthlich durch Verdünnen des Gases mit Luft bemerkbarer Chlorkalk herstellen lassen., sowie für das Verpacken des fertigen Productes in Betracht kommen, so wird man mit einem wesentlich geringeren Betrag ausreichen. Nimmt man die Hälfte der oben genannten Summe, 0,50 M. für 100 k Chlorkalk an, so sind insgesammt 62,50 M. auszuwerfen. Was die übrigen Arbeiten, wie das Lösen des Salzes, das Füllen und Abziehen der Bäder, den Betrieb der Montejus sowie die Handlangerdienste für Transport innerhalb der Fabrik u.s.w. betrifft, so ist man lediglich auf Schätzungen angewiesen. Man wird aber eher zu hoch als zu niedrig greifen, wenn man hierfür ein Personal von 25 Mann einschliesslich Aufseher in Anschlag bringt, welche bei einem durchschnittlichen Tagelohn von 3 M. 75 M. kosten. 7) Reparatur. Die Kosten der Reparatur für den nicht dem Kraftbetrieb dienenden Theil der Anlage werden in Ermangelung von Anhaltspunkten einschliesslich der Löhne für die Handwerker sowie der Ausgaben für den Ersatz der Anoden und Diaphragmen u.s.w. willkürlich zu 1 M. für 100 k Fabrikat angenommen, was bei 17500 k die Summe von 175 M. für den Tag ergibt. 8) Amortisation. Die Immobilien der Gesammtanlage bestehen – wenn man Wohnhäuser ausser Betracht lässt – aus: Verwaltungsgebäude, Kessel- und Maschinenhaus mit Schornstein, Löseraum, Gebäude für die elektrolytischen Bäder, Concentrations- und Schmelzhalle, Chlorkalkhaus mit Schuppen, Magazinen, Werkstätten, Arbeiterbadeanstalt, Brunnenschacht u.s.w. Unter der Voraussetzung, dass die Gebäude einen Flächenraum von 12000 qm bedecken und dass das Ueberbauen von 1 qm durchschnittlich 30 M. kostet, würde die Bausumme 360000 M. betragen, wozu noch 40000 M. für die übrigen Erfordernisse (Brunnenschacht, Schornstein, Umgrenzung u.s.w.) treten. Die 5procentige Amortisation von 400000 M. beträgt für das Jahr 20000 M., für den Tag 57,15 M. Die (10procentige) Amortisation der Kraftanlage ist in den täglichen Betriebskosten dieser Anlage inbegriffen, so dass hier nur der für die Amortisation der übrigen Einrichtung erforderliche Betrag zu ermitteln bleibt. In Folge des Mangels an Angaben über die Construction und Anordnung der einzelnen Theile der Einrichtung, insbesondere der elektrolytischen Bäder, lassen sich auch die Kosten der Anschaffung, Fundamentirung und Montage nicht berechnen. Man ist deshalb, um überhaupt zu einem Resultat zu gelangen, genöthigt, hierfür eine Summe in Ansatz zu bringen, für welche die Apparatur einschliesslich allem Zubehör zweifellos beschafft werden kann. Vergegenwärtigt man sich, dass neben elektrolytischen Bädern, deren Anoden aus Retortengraphit bestehen sollen, Vorrichtungen zum Lösen des Salzes, zum Eindampfen der Laugen, zur Herstellung des Chlorkalks, zum Betrieb der Werkstätten u.s.w. vorhanden sein müssen, so wird unter Berücksichtigung der Grössenverhältnisse der Anlage die runde Summe von 600000 M. als reichlich, aber nicht als übermässig hoch bemessen erscheinen. Amortisirt man, wie bei derartigen Anlagen üblich, mit 10 Proc. so ergibt dieses für das Jahr 60000 M. und für den Tag 171,42 M. Die Amortisation erfordert somit insgesammt 228,57 M. Nachdem im Vorstehenden die Gestehungskosten von 5000 k kaustischer Soda und 12500 k Chlorkalk im Einzelnen mit einem mehr oder weniger hohen Grad von Wahrscheinlichkeit nachgewiesen sind, sollen dieselben zusammengestellt und addirt werden. 1) Energiebedarf 460,80 M. 2) Salzbedarf 120,00 „ 3) Kohlenbedarf 90,00 „ 4) Kalkbedarf 112,50 „ 5) Emballage 212,50 „ 6) Arbeitslöhne 182,50 „ 7) Reparatur 175,00 „ 8) Amortisation 228,58 „ –––––––––––– Summa 1581,88 M. Zu diesen Gestehungskosten kommen noch die Generalunkosten, zu welch letzteren die Gehälter für Vorstand, Betriebs- und Bureaubeamte, die Ausgaben für Vergütungen, Bureaukosten, Provisionen, Frachten, Versicherung, Krankenkasse, Wohlfahrtseinrichtungen, Steuern u.s.w. zu zahlen sind. Die Generalunkosten lassen sich nicht zum Voraus berechnen; immerhin wird man dieselben bei einem Unternehmen der besprochenen Art auf etwa 25 Proc. (oder mehr) der Gestehungskosten zu veranschlagen haben.