Glückauf, Jg. 52, No. 39

GLÜCKAUF

Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift

Nr. 3 9 2 3 . Septem ber 1 9 1 6 5 2 Jahrg.

Kritische Streifzüge durch das Gebiet der Kokereiindustrie.

V on Z ivilin g en ieu r C,

In m ehrern Abhandlungen1 h at der Verfasser bereits wiederholt darauf hingewiesen, daß sich die physi­

kalischen Grundgesetze sehr oft m it großem N utzen auch auf Aufgaben aus dem praktischen Kokereibetriebe anwenden lassen, selbst in Fällen, wo die in W irklichkeit meist recht rohen Form en der praktischen Ausführung die Annahme begründet erscheinen lassen, daß eine theoretische B etrachtung keine unm ittelbaren fru cht­

bringenden Ergebnisse liefern wird.

In den nachstehenden A usführungen sollen einige derartige Fragen behandelt werden, die bei der Gewin­

nung des Benzols und der verw andten Kohlenwasser­

stoffe aus den Gasen der Kokereien oder Leuchtgas­

anstalten eine Rolle spielen und deren richtige B eant­

w ortung für den praktischen B etrieb erhebliche Be­

deutung besitzt.

Die Gewinnung dieser Kohlenwasserstoffe aus Gasen der erw ähnten A rt erfolgt im B etriebe bisher wohl aus­

schließlich durch A bsorption m it Hilfe bestim m ter

»Waschöle«, die m it den Gasen in innige B erührung ge­

b rach t werden und dabei die Benzolkohlenwasserstoffe aufnehmen; F ü r die praktischen Ausführungsform en dieses so einfach scheinenden Absorptionsverfahrens und für die W ahl der zu seiner Verwirklichung nötigen M ittel sind bislang im mer nur rohe Erfahrungsregeln m aßgebend gewesen, ohne daß m an durch tiefern Einblick in die Theorie der sich abspielenden Vorgänge versucht h ä tte , sich die Einflüsse der verschiedenen für das Ergebnis m aß­

gebenden F ak to ren klar zu m achen und zahlenm äßig nachzuprüfen. Beispielsweise weiß m an schon aus p rak­

tischer E rfahrung, daß fü r das W aschergebnis, d. h. das prozentuale Ausbringen oder den G rad des Ausbringens an Benzol aus den Gasen neben der selbstverständlich sehr wichtigen Größe der W ascheranlage verschieden­

artige U m stände, wie Menge und Beschaffenheit des Waschöls, seine Zusam m ensetzung nach m ehrm aliger Verwendung, T em peraturen von W aschöl und Gas usw., m aßgebend sind. Bisher sind aber noch keine grund­

legenden und zahlenm äßigen Beziehungen aufgestellt worden, die das Größenmaß und die B edeutung der er­

w ähnten Einflußfaktoren abzuschätzen gestatten und dam it ein M ittel zu ihrer planm äßigen, richtigen W ahl an die H and geben würden.

Die Ausfüllung dieser Lücke soll die Aufgabe der n ach ­ stehenden, sich streng auf physikalische Grundgesetze

1 s . G lü c k n uf 1908, S . 961;. 1911, S . 1509.

S t i l l , R e ck lin g h au sen .

stützenden U ntersuchungen sein. Schon hier kann vor­

weg bem erkt werden, daß auf diesem Wege eine ganze Reihe sehr bem erkensw erter Einblicke zu gewinnen ist und verschiedene, im Betriebe m itu n te r streitige oder m indestens ungeklärte Fragen über die B etriebsführung zweifelsfrei b ean tw ortet werden können. Zu solchen w eiter unten noch ausgiebig zu klärenden Streitfragen gehört u. a. auch die B edeutung eines m ehr oder weniger weitgehenden »Abtreibens« beim Abdestillieren des, B en­

zols aus dem »gesättigten« W aschöl, wodurch dieses zur erneuten Verwendung in den W aschern geeignet gem acht werden soll. Eine ähnlich u m stritten e Frage ist ferner der Einfluß eines wiederholten H indurchführens (»Urn- pumpens«) des W aschöls durch die W ascher in der Ab- . sicht, seinen Sättigungsgrad an Benzol zu erhöhen, was ja im m er letzten E ndes auf ein möglichst hohes Benzol­

ausbringen hinauslaufen soll.

N am entlich der erste dieser herausgegriffenen beiden Fälle h a t gerade in jü ngster Zeit neue B edeutung erlangt, da sich hinsichtlich der F ü hrung des D estillations­

betriebes m ehr un d m ehr eine Auffassung und eine Gewohnheit geltend gem acht haben, die in ihren p rak ­ tischen Folgen einer hohen Benzolausbeute n u r nach­

teilig sein können, besonders jetzt, wo fü r unsere K rieg­

führung die Benzolkohlenwasserstoffe bekanntlich außer­

ordentlich w ertvoll geworden sind. E s gilt jetzt fast allgemein auf diesem Gebiet als erstrebenswertes Ziel, beim Abdestillicren des Benzols aus dem W aschöl ein m öglichst »hochprozentiges« B enzolvorprodukt als D estillat zu erhalten, das also n u r geringe Mengen an ühergegangenen W aschölbestandteilen als »Ballast« m it- fiihrt. H ier läßt sich aus einem klaren Einblick in die Theorie sofort die unbedingte Verwerfung dieser Ansicht folgern, die sich fast zur B edeutung einer unfehlbaren Betriebsregel entwickelt hat. Der Erfolg einer nach dieser Ansicht durchgeführten Betriebsweise wird näm lich nach den später folgenden Darlegungen fast ausnahmslos m it einem R ückgang der Benzolausbeute erkauft. W äre diese aus den einfachsten physikalischen Anschauungen zu gewinnende E rkenntnis in Fachkreisen weiter verbreitet, so w ürde m an sicherlich nicht so über­

triebenen W ert darau f legen, beim D estillationsbetriehe in der Benzolgewinnung auf ein m öglichst »hochprozen­

tiges« B enzolvorprodukt hinzuarbeiten, obschon es sich im Gegenteil fast im m er als richtiger erweist, das W asch­

öl, wie m an betriebstechnisch sagt, möglichst »scharf

abzutreiben« und dam it ein »schlechtes«, d; h. weniger

806 G l ü c k a u f Nr. 39 benzolhaltiges V orprodukt herzustellen. N ur ein solches

möglichst restloses Abdestillieren des Benzols aus dem Waschöl schafft die unbedingte Sicherheit, daß das Benzol auch aus den Gasen vollständig ausgewaschen und gewonnen wird.

N ach dieser w eiter unten noch n äher begründeten Ansicht des Verfassers ist also in erster Linie darauf zu achten, daß das Benzol aus dem W aschöl rest­

los abdestilliert wird, und erst, in zweiter Linie sollte auf die G üte des abdestillierten B enzolvorprodukts R ück­

sicht genommen werden. D as gewonnene Benzolvor­

produkt erfordert ja im m er noch eine erneute B ehand­

lung zu seiner w eitem Zerlegung und R ektifikation, und es spielt dann praktisch gar keine Rolle, ob ein größerer oder geringerer D estillationsrückstand an W aschöl­

bestandteilen verbleibt, auch selbst nicht u n ter Berück­

sichtigung des für die Anwärmung des »Ölballastes« be­

nötigten geringen D am pfverbrauchs. Aus dieser g ru nd­

legenden Erw ägung heraus ist es auch für den Verfasser beim B au von Benzolfabriken im m er feste Tiegel geblieben, überall da, wo es irgend angängig erscheint, fü r die beiden vorgenannten verschiedenartigen Aufgaben des Dcstil- lationsbetriebes zwei völlig getrennte, unabhängig von­

einander zu betreibende D estilliervorrichtungen vorzu­

sehen, so daß der Destillierm eister sein Augenmerk un­

behindert im m er auf Erzielung eines tadellos abgetriebe­

nen W aschöls richten kann. N ur in solchen Fällen, in denen die örtlichen Verhältnisse besondere Bedingungen und Einschränkungen auferlegcn, w ird m an eine zusätz­

liche B eanspruchung der W aschöldestilliervorricht ung in K auf nehm en, wie es auch bei einem vom Verfasser vor Jahresfrist geschaffenen D ephlegm ationsverfahrcn ge­

schieht. Dieses Verfahren jedoch zu verallgemeinern und es im B etriebe ganz nach Belieben zu benutzen, wie es neuerdings in ähnlicher oder gleicher Weise ver­

schiedentlich von anderer Seite versucht wird, zeugt von einer vollständigen Verkennung der Gründe, die eine B enutzung dieses Verfahrens gerechtfertigt erscheinen lassen. E s w äre deshalb praktisch verfehlt, beispiels­

weise dort, wo die R ektifizierblase zur Zerlegung des V orproduktes in seine B estandteile (Benzol, Toluol usw.) schon vorhanden ist, die D estillation des Benzols aus dem W aschöl durch Hinzunahm c der Dephlegmation zu ver­

wickeln und dadurch den Betrieb unnötig zu erschweren.

Ähnlich in der W irkung wie bei dem erö rterten Fall der Herstellung des hochprozentigen B enzolvorprodukts liegt die Sache auch bei dem w eitern oben erw ähnten Beispiel des wiederholten »Umpumpens« des W aschöls durch die W ascher, einem Vorgehen, das sich auf G rund der theoretisch zu gewinnenden Einblicke in seinem praktischen Erfolg ebenfalls wohl in allen Fällen nicht nur als wertlos, sondern sogar als nachteilig erweist, wie w eiter unten auch an H and von Zahlenbeispielen dargetan werden wird.

Selbstverständlich sind m it diesen vorweg erw ähnten Beispielen die verschiedenartigen Aufschlüsse, die die nachstehenden Darlegungen zu bieten vermögen, bei weitem nicht erschöpft, jedoch kann dies alles n a tu r­

gemäß erst w eiter unten im Zusam m enhang entw ickelt und erläu tert werden.

F ü r den praktischen B etrieb der eigentlichen Benzol- ausvaschung aus D estillationsgasen haben sich bisher im Grunde genommen als Betriebsregeln nu r einige recht rohe Vorschriften und Gebräuche bezüglich der Aus­

wahl und Beschaffenheit des W aschöls herausgebildet.

Man b en u tzt bekanntlich in der Regel ein W aschöl, das seiner Zusam m ensetzung nach zum eist ein Gemisch von bestim m ten, bei der D estillation des Steinkohlenteers ge­

wonnenen schweren Teerölen ist. Vornehm lich v er­

w endet m an ein ö l, das beim Abdestillieren im D estillier­

kolben bis 200° C höchstens 10% und bis 300° m indestens 80 - 90 % übergehen läßt. Außerdem" soll das W aschöl nach den bisher üblichen V orschriften in einem Reagens­

glas auf 0° C abgekühlt kein N aphthalin ausscheiden. In einigen Fällen h at m an s ta tt des Steinkohlenteeröls auch B raunkohlenteeröle und andere ö le von ähnlichen Eigen­

schaften, beispielsweise Schieferöle oder auch Teeröle aus den Gasen von Hochöfen, die m it gewissen bitum i­

nösen K ohlen betrieben werden, m it Vorteil verw andt.

W ie w eit das eine oder ändere ö l den Vorzug verdient, soll später näher erö rtert werden. Einzelne bestim m te Bedingungen für die Eigenschaften eines guten W aschöls ergeben sich schon von vornherein einfach durch die Anforderungen des Betriebes. So w ird z. B. bei W asch­

öl aus Steinkohlenteer u. a. die Bedingung gestellt, daß das ö l möglichst n aphthalin- und anthrazenfrei sein soll.

N am entlich wird m it R echt besonderer W ert darau f ge­

legt, daß das ö l wenig Antlirazen enthält, weil das in dem W aschöl aufgelöste A nthrazen beim U m lauf des Öles innerhalb der Anlage sowohl an den Hordenflächen der Benzolwascher als auch an den K ühlrohren der Öl­

kühler oder den H eizrohren d er V orw ärm er kessel­

steinartige feste Ablagerungen bildet. E ine bestim m te Vorschrift über den praktisch zulässigen A nthrazen- gehalt im Waschöl besteht leider noch nicht, obschon sie w ichtiger w äre als die oben genannte einfache Vorschrift über den N aphthalingehalt. D urch die an ­ geführten Ablagerungen in den Benzolwaschern werden die Zwischenräume der H orden vollständig verstopft und bei den K ühlern die K ühlrohre m it einer isolierenden festen Schicht bedeckt, die hauptsächlich aus A nthrazen besteht und die K ühlw irkung naturgem äß stark beein­

träch tig t. Die E ntfernu ng solcher A nthrazenansätze ge­

lingt durch sogenanntes Ausdam pfen m it W asserdam pf gar n ich t oder nur in sehr beschränktem Maße; sie m üssen vielmehr m it großer Mühe von den Hordenflächen ab ­ geklopft oder von den K ühlrohren abgebrannt werden.

W eniger störend als das A nthrazen w irkt das N aphthalin im Waschöl. E s w ird in den m eisten Fällen schon beim ersten D urchgang des m it Benzol beladenen W aschöls durch die Ö ldestilliervorrichtung in der eigentlichen Benzolfabrik abgeschieden und zusamm en m it dem Benzolvorprodukt gewonnen, in dem es sich nachher aufgelöst vorfindet, und aus dem es sich bei der weitern V erarbeitung schließlich in den N aphthalinpfannen aus­

scheidet. Man w ird aber selbstverständlich das N a p h th a­

lin beim frischen W aschöl nich t gern m itkaufen, da es

nu r als unnützer B allast m itgeschleppt und bei niedrigerm

N aphthalinpreis schließlich zum hohem Ülpreis bezahlt

wird. In diesen P un k ten ist es sonach nicht schwer,

das Zweckmäßigste herauszufinden..

N icht so einfach lä ß t sich entscheiden, nach welchen G esichtspunkten im allgemeinen die sonstigen Eigen­

schaften der W aschöle beurteilt werden müssen. In dieser Beziehung bietet eine nähere B etrachtung der Vorgänge beim Absorbieren von Benzol und der physikalischen Gesetze, nach denen sie sich abspielen, eine Möglichkeit zur E rlangung vielfacher bem erkensw erter Aufschlüsse.

Einige Rechnungsbeispiele werden dies in nachstehen­

dem erläutern.

Leser, die auf einen nähern E inblick in die etwas schwierigen m athem atischen Beziehungen für die in F rage kom m enden Vorgänge weniger W ert legen, finden im. letzten Teil der A bhandlung die gewonnenen E rgeb­

nisse zusam m engestellt.

E r m i t t l u n g d e r D a m p f s p a n n u n g d e s B e n z o ls , T o l u o l s u n d X y lo ls im W a s c h ö l.

Um einen allgemeinem Ü berblick über die physi­

kalischen Vorgänge hei der A ufnahm e der Kohlenwasser­

stoffe zu gewinnen, mögen die bei der Behandlung dieser Frage in B etrach t kom menenden Vorgänge der Absorp­

tion von Kohlenwasserstoffen bei der B erührung des Kokerei- oder Leuchtgases m it Wascliöl an H and der Abb. 1 erläu tert werden. Diese Abbildung stellt einen stehenden Zylinder

von beliebiger Größe dar, in dem sich ein Kolben

auf und ab bewegen kann. Im Innern des Zylinders befindet sich ein flüssiges Gemisch von Wascböl, Benzol, Toluol und X ylol in der Zusammen­

setzung, wie es bei der Benzolgewinnung gebraucht wird. Ü ber der Flüssigkeit im D am pfraum befindet sich Kokerei- oder Leuchtgas, das die genannten Benzole dam pfförm ig enthält, und zwar in einer solchen Menge und Zusam m ensetzung, daß Gleichgewicht be­

steh t, d. h., daß weder Benzole aus dem Gas in die Flüssig­

keit noch um gekehrt aus der Flüssigkeit in das Gas treten. Diesem sogenannten Gleichgewichtzustand en t­

sprechen bei bestim m ten Tem peraturen des Gases und W äschöls auch ganz bestim m te Dam pfspannungen der Benzole im Gas.

A b b . l.

Sind die Dam pfspannungen der Benzole im Gas größer als die D am pfspannung, die dem genannten Gleichgewichtzustand zwischen D am pfraum und F lü s­

sigkeit entspricht, so ist das Gleichgewicht zwischen dem Gas und dem W aschöl gestört, was sich nach Abb. 1 durch N iederdrücken des Kolbens erreichen läßt. In

diesem Fall t r itt natürlich Benzol aus dem Gas in das Waschöl ein oder es wird, wie m an zu sagen pflegt, Benzol vom W aschöl absorbiert. D as U m gekehrte tr itt selbstverständlich ein, wenn die Benzoldampfspannungen im Gas geringer als die Gleichgewichtspannungen sind.

In diesem Z ustand tre te n Benzole aus dem W aschöl in das Gas, und zwar bei der beschriebenen E inrichtung im m er solange, bis die Dam pfspannungen der Benzole im Gas wieder den D am pfspannungen der Benzole im W asch­

öl entsprechen. In diesem F all ist wieder der Gleich­

gew ichtzustand hergestellt. D am it nun im Betriebe Benzol aus dem Gas vom W aschöl aufgenommen wird, müssen danach die D am pfspannungen der Benzole im Gas größer sein als die D am pfspannungen der Benzole im Waschöl. Die Aufgabe besteht deshalb zunächst darin, zwischen dem Gehalt des Benzols, Toluols und Xylols im W aschöl und deren D am pfspannungen eine m athem atische Beziehung aufzusuchen.

Zur E rm ittlu n g dieser Beziehungen bedienen w ir uns im folgenden des bekannten klassischen W erkes von Dr. Max P l a n c k »Vorlesungen über Therm odynam ik«1, dem auch die nachstehenden Bezeichnungen größten­

teils entnom m en sind.

W ir b etrach ten eine bestim m te, aber beliebig wähl­

bare Menge, etw a 1 cbm, des Flüssigkeitsgemisches in dem Gefäß nach Abb. 1 und nennen:

I5]» ^

-

111 A tm osphären die Teildam pfspannung des Benzols, Toluols und X ylols im Gas,

Pi> P

-

111 A tm osphären die D am pfspannung des B en­

zols, Toluols und Xylols im Waschöl,

p0 in A tm osphären den D am pfdruck des reinen Benzols bei der T em p eratur T des ganzen Systems,

11

die Gesam tzahl aller Moleküle in der Flüssigkeit, ,,0 die Zalil der Moleküle von reinem Waschöl,

die Zahl der Moleküle von reinem Benzol,

die Zahl der Moleküle von reinem Toluol,

die Zahl der Moleküle von reinem Xylol.

H iernach ist:

n = /.<0 +-,«] +

+ /<3.

Die »molekularen« K onzentrationen der verschiedenen B estandteile werden dann:

für Benzol ci = — = — ’ n //0 + ^ + /u + As für Toluol c, = 'U2 —

n f i a + /.<! 4- a 2 + As

1.

für X ylol c3 == — = — — --- n Ao + Ai + As + As

In allen praktisch Vorkommen de A Fällen ist nun die Gesam tanzalil der in der Lösung enthaltenen Benzol-, Toluol- und Xylolm oleküle klein im Vergleich zur An­

zahl der W aschölnioleküle; sie b e trä g t im m er n u r wenige Prozente davon. Infolgedessen kann bei den vorstehen­

den Q uotienten in den N ennern die Summ e

+ /¿2 + As gegen

ganz vernachlässigt werden, ohne daß ein m erk­

b arer F ehler en tsteh t. M it dieser für alle w eitern R ech­

nungen äu ßerst w ertvollen Vereinfachung ist also end­

gültig zu setzen:

1 4. A l l ! . ; s i .

808 G l ü c k a u f Nr. 39

Mo

/'2

für Benzol c, für Toluol c2 =

für X viol c., = v •>

Im übrigen soll bei allen fernem Rechnungen allein die A bsorption des Benzols betrach tet werden, weil nach dein bekannten H cnry-D altonschen Absorptionsgesetz eine Flüssigkeit (im vorliegenden Fall das Waschöl) aus einem Gasgemisch die einzelnen B estandteile u n ab ­ hängig voneinander absorbiert, geradeso, als wenn jeder B estandteil für sich allein vorhanden wäre, und u nter sonst gleichen U m ständen jeden proportional seinem I'eildruck in das Gemisch aufnim m t. H iernach wird also bei dem Beispiel der Abb. 1, wenn durch den S tutzen

ein Gas m it Benzol, Toluol, X ylol u. a. von den Teil­

drücken

usw. eingeführt wird, jeweils solange Benzol, Toluol, X ylol usw. vom Gas in das W aschöl hineinwändern, bis ein Ausgleich der 1 eildam pfdrücke in der Gasphase m it denjenigen in der Flüssigkeitsphase eingetreten ist, also

=- p2,

= Pg geworden ist und so fort. Jedenfalls sieht m an schon, daß es für weitere Rechnungen im m er genügen wird, die A bsorption e in e s der B estandteile, am besten natürlich des stets in vorherrschender Menge vorhandenen Benzols, für sich allein zu betrachten.

Die als Waschöle dienenden Teeröle bestehen bekannt­

lich in der H auptsache aus einer Reihe von flüssigen Kohlenwasserstoffen, die ineinander gelöst sind und sich bei ihrer gegenseitigen B erührung chemisch nicht be­

einflussen. In gleicher Weise sind auch die aus den Gasen zu gewinnenden Benzolkohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, X ylol usw., in dem Waschöl gelöst, ohne u n ter sich und von dem W aschöl chemisch beeinflußt zu werden.

Z ur Verdeutlichung der w eitern B etrachtungen denke m an sich nach Abb. 1 in dem Gefäß

1 cbm W aschöl m it einer gewissen Menge von flüssigem Benzol innig verm ischt, so daß sich eine sogenannte gleichteilige Lösung ergibt, d. h. eine solche, die in allen ihren Teilen

»homogen« genannt werden kann. Die Löslichkeit des Benzols und auch des Toluols, Xylols usw. in dem W asch­

öl ist unbegrenzt. Mari könnte deshalb m it dem W asch­

öl auch soviele Benzole vermischen, daß schließlich letztere überwiegen und selbst als Lösungsm ittel be­

zeichnet werden können. Vom theoretischem S ta n d ­ punkte aus ist es bekanntlich gleichgültig, welcher Stoff der Lösung als Lösungsm ittel bezeichnet wird.

Im allgemeinen bezeichnet m an aber den in der größten Menge vorhandenen Stoff als das Lösungsm ittel.

E ine chemische V eränderung oder U m bildung der Benzole wie auch des eigentlichen W aschöls findet bei der genannten V ermischung oder dem Lösungsvorgang, wie gesagt, nicht s ta tt. Die Stoffe sind gegeneinander indifferent, weshalb auch eine m eßbare W ärm emenge bei dem Lösüngsvorgang nicht frei oder gebunden wird, und da sich außerdem annehm en läßt, daß eine Volum enänderung nicht stattfin d et, k an n die soge­

nan nte V erdünnungsw anne bei der Lösung von Benzolen im W aschöl praktisch gleich Null gesetzt werden.

U nter diesen U m ständen und u n ter der Voraus­

setzung, daß für den D am pf der ideale G aszustand gilt und das spezifische Volumen des Dam pfes groß gegen das der F lüssigkeit angenommen wird, ist in der von P lanck 1 abgeleiteten Kirchhoffschen Formel (dort Gleichung 178) die V erdünnungsw ärm e

= 0 zu setzen un d m an erh ält som it:

Pr

m T 2

log

. 0

In dieser Gleichung b edeutet R die bekannte »Gas­

konstante« in absoluten Einheiten und m das M olekular­

gewicht des gelösten Stoffes, w ä h re n d , c die (bei der partiellen D ifferentiation k o n stan t gedachte) m olekulare K onzentration bedeutet, der also Cj fü r das angenommene Beispiel entsprechen würde.

In dem A usdruck der linken Seite von Gleichung 3 sind die F aktoren R, T, m und 3T säm tlich von Null ver­

schiedene Zahlen, woraus sich also u n m ittelb ar ergibt:

4.

Die Integration der Gleichung 4 liefert die Formel log 1)j- = log k

Po 5,

worin k eine vorläufig noch nicht bestim m te K onstante darstellt. N ach d er Phasenregel2: P + F = B + 2 , in der im vorliegenden F all P und auch B gleich 2 ist, w ird F = 2, d. h., der Gleichgewichtzustand ist durch 2 V ariable bestim m t, fü r die hier T em p eratur u n d K onzen­

tra tio n gew ählt worden sind. Die Gleichungen 3, 4 und 5 sind, was zu beachten ist, säm tlich u n ter der Voraus­

setzung abgeleitet, daß n ur die T em peratur T als ver­

änderlich, dagegen die K onzentration c1 als ko n stan t angesehen wird. D aher ist in Gleichung 5 die dortige K onstante k noch von c abhängig, so daß fü r alle Fälle zu schreiben- ist:

lo g A = lo g / (Cj)

P o 6

.

D a hierin p0, wie schon früher bem erkt wurde, ein­

deutig durch T gegeben ist, so- ist Gleichung 6 schon eine allgemeine Form der gesuchten F u nk tio n zwischen px, T und Cj. In dieser wäre also n u r noch / (cx) zahlen­

m äßig auszudrücken. Hierzu benutzen wir die von P lanck3 abgeleitete Beziehung für die Abhängigkeit der K onzentration von D ruck und T em peratur bei Absorp­

tionsvorgängen der vorliegenden A rt, die lau tet (dort Gleichung 224):

3

log q v

worin nach der allgemeinen Zustandsgleichung für Gase v 1

R T - Pl

> a. a. o . s . aor

- s. G lü c k a u f 1911, S. 1512.

a. a. 0 . S. 245.

ist; folglich

2 Pt

3 log cx —— — = 3 log px... 7.

Pi

F erner liefert die D ifferentiation nach cx der all­

gemeinen durch Gleichung 6 gegebenen F u n k tio n (für konstantes p0 bzw. T und veränderliches cx) die R e la tio n :

3 log px = 3 log / (cx) und dam it durch Einsetzen in Gleichung 7:

3 log cx = 3 log /

... 8.

Die Integration der Gleichung 8 ergibt:

loS / (ct) = log Cj + log K ... 9,

worin E eine konstante, für alle W erte von cx u nd px geltende Größe darstellt. D urch E insetzung des durch

Gleichung 9 gegebenen W ertes fü r log

(cx) in die all­

gemeine F unktionsgleichung 6 geht diese ü b e r in:

log px - log p0 = log cx + log Iv oder

log A = log K Cj oder Po

— —

K

Po

Diese Beziehung m uß u n te r den gem achten Voraus­

setzungen allgemein gelten, also z. B. auch für den Fall, daß in dem b etrach teten Flüssigkeitsgem isch von

Molekülen W aschöl und

Molekülen Benzol die Anteil­

menge des W aschöls ganz verschwindet, also

0 wird.

u2 un d u 3 sind ja auch gleich 0, d a nur das Benzol berücksichtigt wird. In diesem Fall w ird nach Gleich­

ung 1 cx: = 1, zugleich aber auch px = p0, w oraus sich also nach Gleichung 10 K == 1 erm ittelt. Hieraus folgt das Ergebnis:

— ■==' cx oder px = cx p0 ... 11.

Po

Dies ist die gesuchte Beziehung zwischen den V ari­

abein px, p0 (bzw. T) und cx des System s, die fü r alle fernem Rechnungen die Grundlage liefert. Sie besagt einfach, d a ß d e r B e n z o l d a m p f d r u c k px d e s g e­

s ä t t i g t e n W a s c h ö ls ' b e i d e r T e m p e r a t u r T u n d d e r m o l e k u l a r e n K o n z e n t r a t i o n cx g l e ic h d e m im V e r h ä l t n i s cx v e r k l e i n e r t e n D a m p f d r u c k p 0 d e s r e i n e n B e n z o ls b e i d e r T e m p e r a t u r T is t.

Diese durch Gleichung 11 ausgedrückte Beziehung läßt sich auf verschiedene Weise ableiten, aber im m er nur u n ter der Bedingung, daß die vorgenannte Ver­

dünnungsw ärm e oder die Mischungswärme gleich Null ist1.

Die vorstehend für den B e n z o ld a m p fd ru c k p x ab­

geleitete Gleichung 11 gilt m it der E insetzung der en t­

sprechenden Größenbezeichnung selbstverständlich auch für alle ändern vom W aschöl aufgenommenen B estand­

teile, wie Toluol, X ylol usw.

N atürlich läßt sich aus der Gleichung 11 auch die K onzentration ohne w eiteres berechnen, wenn etw a der B enzoldam pfdruck des W aschöls px und die le m p e - ra tu r T bzw. der dadurch bestim m te D am pfdruck p0

i vgl. u .a . Z. f.. p h y s. C hem ie 1908, Bd. ß 7 und 7 « : 1910, Bd.

71, S. 191.

des reinen Benzols gegeben sind. In den vorkommenden technischen Rechnungen w erden in den m eisten Fällen die T em peratur und der Benzoldam pfdruck gegeben sein, letzterer näm lich durch den Benzolgehalt im Gas, z. B.

in g/cbm Gas bei 15 oder 0° C und 760 mm QS. Andere Fälle lassen sich auf diese Größen leicht wie folgt umrechnen.

Sind in 1 cbm Gas von 15° C bei 760 mm QS beispiels­

weise 20 g Benzol gefunden worden und soll berechnet werden, wie groß hiernach die Teildam pfspannung des Benzols im Gas ist, so ergeben sich folgende Beziehungen.

Rechnet m an, wie üblich, den D ruck P in Atm osphären (at = 760 mm QS) und das spezifische Volumen, das m it v bezeichnet sei, gleich dem Volumen eines Moles (Kilogramm-Moles) in cbm, so lau tet die allgemeine Gasgleichung:

P v = R 0 T - 0,0821 T ...12h T bezeichnet bekanntlich die sogenannte absolute T em peratur von - 273° C an gezählt oder T — 273 + t, wenn t die T em peratur in Graden Celsius bezeichnet;

v in K ubikm etern ist, wie erw ähnt, das Volumen eines Kilogrammmoleküls oder eines Mols, d. h. das Gas­

volum en eines beliebigen chemischen Stoffes, der zum Gewicht sein .Molekulargewicht in Kilogram m h at, z. B.

7S kg Benzol (C6HU), 32 kg Sauerstoff (0 2), 18 kg W asser (I-I20) oder 92 kg Toluol (C7H 8) und so fort. U nter Zu­

grundelegung dieser Maßeinheit für v ergibt sich be­

kanntlich für die »Gaskonstante« R 0 ein fü r säm tliche Gase gleich großer Zahlenwert, näm lich R 0 = 0,0821, was die Zahlenrechnungen sehr vereinfacht.

Flat m an es nicht m it einem Gasvolumen v gleich einem Mol, sondern m it einem Gasvolumen V zu tun, das insgesam t N Gasmole en th ält, so w ird natürlich ein­

fach V — N v, un d Gleichung 12 geht ü b er in p V = R 0T N = 0,0821 T N 13, wobei die M aßeinheiten selbstverständlich wie oben an­

genommen, also P in a t und V in cbm gerechnet werden müssen.

Als Gas soll z. B. ein Volum en V cbm gewöhnliches L euchtgas vom G esam tdruck P und der T em peratur T = 273 + t zugrunde gelegt werden. Diese Gasmenge enthalte:

9i Mole »reines« Leuchtgas, d. h. benzolfreies Leuchtgas, Mole Benzol,

9?2 Mole Toluol, 9i3 Mole Xylol.

F ü r das ganze Gasgemisch gilt dann nach der all­

gemeinen Gasgleichung 13:

PV = 0,0821 T («R +

+ 9?2 +

• • . . 14.

F ü r das Benzol allein m it dem Teildruck P x gilt ebenso

Px V = 0,0S21 T # ! ... 15.

Die D ivision der Gleichungen 14 u nd 15 liefert zu ­ nächst :

. S

P 91 + iR i + S ^ + jK g

d. h. der Teildruck eines G asbestandteils verhält sich zu dem G esam tdruck wie die Anzahl seiner Gasmole zur Gesam tzahl der Mole in dem Gasgemisch.

i N e r n s t T h e o r e t i s c h e C h e m ie , 6 . A u f ! ., S . 44.

810 G i ü c k a u f Krr. 39 Die Gleichung 16 läßt sich für spätere Verwendungs­

zwecke sehr nutzbringend vereinfachen, wenn in dem Nenner der rechten Seite die Summe + 922 + ^3 der Benzol-, Toluol- und Xylohnole wegen ihrer Kleinheit gegen die Zahl 92 der reinen Leuchtgasmole vernach­

lässigt wird. Hiermit erhält man dann als genügende Annäherung:

P

= p •

... 17.

92

Wenn der Benzolgehalt in kg/cbm gegeben ist, benutzt man zur zahlenmäßigen Berechnung des Benzol­

druckes zweckmäßiger Gleichung 15. Multipliziert man diese Gleichung auf beiden Seiten m it dem Molekular­

gewicht des Benzols nij und schreibt sie in nach­

stehender Form

Pi m, = 0,0821 T -

18,

so erkennt man, daß hierin der Quotient — -L™1 ein­

fach das Gewicht des gasfönnigen Benzols auf eine Vo­

lumeneinheit darstellt, das m it

(in kg/cbm) bezeichnet sei. Man erhält demnach aus Gleichung 18:

p = J L

0,0821 T ...19

m i

und hieraus m it Einsetzung des Zahlenwerts m1 = 78 für Benzol:

P = 1.0 5' (273

% t) ...

1 103

Hat m an also, wie bei dem oben gedachten Zahlen­

beispiel, etwa den Benzolgehalt des Gases zu y = 20 g/cbm bei einer Gastemperatur t = 15° C und dem Gesamt­

druck P at gefunden, so ist

= 0,020 kg/cbm, und man findet nach Gleichung 20 den Benzolteildruck im Gas zu

0020

P l = “ l ö 3" 1,05 (273 + 15) = 0 ,0 0 6 a t '

A llg e m e in e G e se tz e f ü r d ie B e n z o la b s o r p tio n in G e g e n s tro m w a s c h e rn .

Im folgenden soll die durch die Gleichung 11 ge­

gebene, als grundlegend bezeichnete Beziehung ver­

wertet werden, um einige allgemeine Gesetze für den Vorgang der Benzolabsorption aus Gasen in Gegen­

stromwaschern, zunächst ohne Berücksichtigung der im Wascherinnem sich abspielenden Einzelvorgänge, abzu­

leiten.

Zur Erläuterung möge die in Abb. 2 gegebene sche­

matische Darstellung eines Benzolwaschers dienen, in der an den Ein- und Austrittstellen von Gas bzw. Wasch­

öl die hauptsächlichsten der nachfolgenden Bezeich­

nungen, die jeweils in Betracht kommen, vermerkt sind.

Für Werte, die sich auf eine Zeiteinheit beziehen, wird 1 Tag — 24 st zugrunde gelegt.

B e z e ic h n u n g e n .

T = 273 + t die überall gleiche Tem peratur, Vj in cbm die Gesamtgasmenge am , , T i ,

E in tritt Leuchtgas

im iu iii nebst Benzol

\ 2 in cbm die uesamtgasmenge am

A ustritt ' " USW‘

P 0 in a t der überall gleiche G esam tdruck des Gases, P i in a t der Teildruck des Benzols im eintretenden Gas, P 2 in a t der Teildruck des Benzols im austretenden Gas, c i in kg/cbm der Benzolgehalt des unten

wegfließenden Wascli-

C2 in kg/cbm der Benzolgehalt des oben öls, zufließenden

Q in cbm das Volumen j der ein- und austretenden G in kg das Gewicht J Waschölmengc,

o in kg /cbm das Raum gewicht des Waschöls, m 0 das (»mittlere«) Molekulargewicht des Waschöls, mx = 78 das .Molekulargewicht des Benzols,

N die Zahl der »reinen« Leuchtgasm ole (d. h. benzol­

freien Leuchtgases), die in den W ascher u nten ein- un d oben austreten,

Nj die Zahl der Benzolmole, die m it dem Gas in den W ascher eintreten,

Ns die Zahl der Benzolmole, die m it dem Gas aus dem W ascher austreten,

n 0 die Zahl der in den W ascher ein- und austretend en Wäschölmole,

n 2 die Zahl der m it dem ö l in den W ascher eintretenden Benzolmole,

nx die Zahl der m it dem ö l aus dem W ascher a u stre te n ­ den Benzolmole,

p 0 die D am pfspannung des reinen Benzols bei der T em p eratu r T,

cx die m olekulare B enzolkonzentration in dem vom W ascher u nten wegfließenden W aschöl,

c2 die m olekulare B enzolkonzentration in dem dem

W ascher oben zufließenden Waschöl.

Zwischen den vorstehend erklärten Größen bestehen, wie ohne weiteres erkennbar ist, folgende einfache Be­

ziehungen :

^2 21

» _ - . . . ,

nn + n. und c2 =

n0 + n.

was schon durch Gleichung 1 m it ändern B u ch stab en ­ bezeichnungen ausgedrückt w orden war. Wie d o rt für die etwas vereinfachte Gleichung 2 bisgründet ist, sei auch hier die Vereinfachung eingeführt, daß nx bzw. n2 ihrer Kleinheit wegen in den Nennern gegen n0 v ern ach ­ lässigt werden sollen, was also ergibt:

=

und

Ferner gilt:

n, = n, =

Q C j

Q C 2 7 ^ 7 ’ n 0 = ^ L .

m 0

Mit Einsetzung dieser W erte in Gleichung 22 erh ält m an, u nter K ürzung des in den Zählern u n d N ennern vorkom m enden F ak to rs Q,

Cx . C,

m x y o

und c, = 23.

m i 7o

m n Ao m o

F ülirt m an nun zur Abkürzung wegen der häufigen W iederkehr die Hilfsgröße

g 24

m i 7o

ein, die also reine M aterialkonstanten des W aschöls und Benzols enthält, so lassen sich die Gleichungen 23 in der Form schreiben:

c, - g C x und c2 = g C 2 ...25.

F erner gilt nach der oben abgeleiteten Gleichung 17 unter Berücksichtigung der hier gewählten Bezeich­

nungen :

P i

j | | L und P 2 = P 0 § 26.

Ohne weiteres läß t sich nun im voraus sagen, daß bei Anwendung einer bestim m ten W aschölmenge das Benzol am besten dann ausgewaschen- wird, wenn der W ascher hinsichtlich der W aschfläche m öglichst groß bemessen wird.

Setzt m an einen gewissen norm alen W ascherdurch­

messer von endlicher Größe voraus, je nach der Gas­

menge von etw a 2 - 4 m, und denkt m an sich den W ascher unendlich hoch ausgeführt, so w ird die W aschfläche ebenfalls unendlich groß, das Gas bleibt unendlich lange m it dem W aschöl in B erührung und dam it wird ein sogenannter Grenzfall erreicht, bei dem sich zweifel­

los m it einer gewissen noch zu bestim m enden geringsten Ülmenge die größtm ögliche Benzolmenge auswaschen läßt, die zu absorbieren ü b erh au p t theoretisch denkbar ist. In diesem Fall, d. h. bei richtiger W ahl der W asch­

ölmenge, w ird der Benzolteildruck P x bzw. P 2 im Gas sowohl am G aseintritt als auch am G asaustritt gleich dem

Benzoldam pfdruck des benzolhaltigen Waschöls, wie es oben an H and der Abb. 1 erläu tert worden ist. Diese B e­

dingung, daß an jeder Stelle der Teildruck des Benzols im Gas gleich dem B enzoldam pfdruck des benzolhaltigen Waschöls sein m uß, der dam als m it p x bezeichnet worden war, fü hrt u nter B erücksichtigung der G rundgleichung '11 auf die Beziehungen:

P x = p0 Ci un d P 2 = p 0 c2... 27.

W erden hierin die einzelnen Größen gem äß den Glei­

chungen 22 und 26 ausgedrückt, so erh ält m an:

p N , F « > i r

„ N .

Po und

N Po

28.

Die zweite Gleichung von der ersten abgezogen ergibt:

>(N

- N 2) = -2° (nx - n 2) .29.

W enn sich der B etrieb des Benzolwaschers im Be­

harrungszustand befindet, ist aber auch nach dem K o n tin u itä tsp rin z ip :

N x - N2 = nx- n 2 ...30, d. h., die in der Zeiteinheit in den W ascher m it dem Gas eintretende abzüglich der m it dem Gas au stre te n ­ den Benzolmenge ist gleich der m it dem ö l in derselben Zeit austretenden Benzolmenge abzüglich der m it ihr eintretenden, oder, kürzer gesagt, die vom Gas abge­

gebene Benzolmenge ist gleich der vom ö l aufgenom ­ menen.

Gleichung 29 durch 30 geteilt ergibt:

Po

N 31.

M ultipliziert m an beide Seiten dieser Gleichung m it dem Ölgewicht G = Q

= m 0 n0, das in der Zeiteinheit den W ascher durchläuft, so wird, nach G aufgelöst,

-

! : ” N

r 0

Aus der allgemeinen Gasgleichung 13 folgt, wenn m an entsprechend den Bezeichnungen des vorliegenden Falles den G esam tgasdruck durch P 0 un d das Gas­

volum en m it genügender Genauigkeit durch das in cbm gemessene Anfangsvolumen Vx des Gases au sd rü ck t, die Beziehung:

N

J M S

0,0821 T Dies in Gleichung 32 eingesetzt ergibt:

V o M i X l

.3 3 .

0,0821 T

B erücksichtigt m an, daß zur größtm öglichen Benzol­

auswaschung diese Größe G die geringste Ölmenge bei

einer unendlich großen W aschfläche bezeichnet, so ist

leicht zu erkennen, daß m an für ein endliches Maß an

W aschfläche die ölm enge G p rak tisch größer m achen

m uß, als die Ausdrücke 32 oder 33 ergeben, denn was an

W aschfläche gegenüber dem gedachten Grenzfall weniger

vorhanden ist, m uß natürlich, um ein m öglichst hohes

Benzolausbringen zu erreichen, durch eine größere ö l-

812 G l ü c k a u f

menge ersetzt werden, w as allerdings auch, wie sich

sp äter zeigen wird, eine gewisse Grenze h at. F ü r tech­

nische Rechnungen schreibt m an deshalb besser:

Po m o N

G > - ...34 und

Po

G > -P° ' __ ..3 5 .

= 0,0821 T

Der letzte Ausdruck läßt sich auch schreiben:

G > - P " n)o -36 Vj = 0,0821 T

oder

t j > Po m o 3ß a

V j — 0,0821 (273 + t) ’ und in dieser Form stellt er dann das W aschölgewicht auf 1 Volumeneinheit des Gases, gemessen in kg auf 1 cbm Gas, dar.

Zur Ausrechnung eines Zahlenbeispiels sind die Zahlenw erte des D am pfdruckes p 0 des reinen Benzols fü r verschiedene T em peraturen T bzw. t erforderlich und deshalb in Zahlentafcl H zusamm engestellt.

Z a h l e n t a f e l 1.

t .

... »c -1» 0 5 10 15 20 25 i 30 35 j 40 Po ■ ■ . . mm QS

31

Setzt m an z. B. die T em peratur t zu 25° C und das m ittlere Molekulargewicht m 0 des W aschöls annahm e- weise zu 170 fest, «so wird pn = 96 mm OS =

at

760 und m an erhält nach Form el 36 a

m ™ V ;:> 0,0821 (273 25) = 0,88 kg/cl)!n'

d. h, zum W aschen von 1 cbm Gas von 25° C sind m inde­

stens 0,88 kg W aschöl erforderlich. B eachtensw ert ist dabei auch, daß der Benzolgehalt

des Gases nicht in Erscheinung tritt.

Aus der Gleichung 32 bzw. 34 als der allgem einsten Form el für das ülgew icht G sind die F ak to ren klar zu erkennen, die einen Einfluß auf die benötigte M indest­

ölmenge haben. L egt m an eine bestim m te zu waschende Gasmenge zugrunde, deren Größe also durch die Zahl ihrer Mole N ein für allemal gegeben wäre, so verhalten sich die erforderlichen Gewichtsmengen ö l zunächst um­

gekehrt wie die jeweiligen G esam tdrücke des Gases;

m an w ürde also z. B. in demselben Maße, wie m an das Gas verdichtet, die M indestmenge des Öles ver­

kleinern. Dieser Fall h a t praktisch n u r geringe Bedeutung, da der G asdruck P0 im allgemeinen bei den hier in Be­

tra c h t gezogenen Fällen im m er gleich 1 a t ist. Im übrigen ersieht m an aus der Gleichung 32 bzw. 34, daß das M indestölgewicht u n ter sonst gleichen V erhältnissen proportional dem D am pfdruck p 0 von reinem Benzol zunim m t, der ja bekanntlich eine F u n k tio n der Tem pe­

ra tu r I bzw. t allein ist und m it zunehm ender T em peratur

i K a l e n d e r f ü r d a s G a s - u n d W a s s e r f a c h 1915, S . lü .

wesentlich steigt. Beispielsweise b eträg t nach Zahlen­

tafel 1 der B enzoldam pfdruck p 0 bei 20° G 76 m m QS, bei 30° C 120 m m QS und bei 40° C 184 m m QS. Hieraus folgt, daß das für eine unendlich große W ascheranlage zu berechnende Mindestölgewicht, wenn es bei 20° C die Größe 1 besitzt, bei 30° C die Größe

= 1,58

76

und bei 40° C sogar die Größe ™ = 2,42 haben muß, 184 um jedesm al ein gleiches Benzolausbringen zu verbürgen.

F ü r praktische Fälle, wo natü rlich im m er nu r W ascher­

anlagen von endlicher Größe in Frage kommen, m uß sich dieses Gesetz fü r den Einfluß der T em peratur nicht ohne weiteres wenigstens zahlenm äßig genau gleich­

bleiben. E s w ird jedoch sp äter an H and der eingehen­

den Theorie gezeigt werden, daß die vorstehend für unendlich große W aschflächen gefundenen Beziehungen über den Einfluß der T em p eratur m it sehr großer An­

näherung auch für W aschcranlagen von endlicher Größe gelten. Jedenfalls bleibt som it der Einfluß der T em p eratur im m er dem Wesen nach völlig gleich­

artig, daß näm lich m it steigender T em peratur in den W äschern auch die erforderliche Waschölmenge erheb­

lich größer wird. Mit der Verwendung einer größern ölm enge ist n atü rlich auch eine entsprechend größere A usführung der Benzolfabrik im allgemeinen nötig, so daß sich die B aukosten der eigentlichen Benzolfabrik bei einer m angelhaften Gas- und Ölkühlung jedenfalls wesentlich erhöhen müssen, wenn m an ungenügendes Auswaschen des Benzols vermeiden will. Im allgemeinen berechnet m an die G rößenverhältnisse einer Benzolfabrik auf eine Gas- und Ö ltem peratur von 25° C.

D er erläuterte Einfluß der T em peratur auf die Größe des Mindestölgewichtes G ist so wichtig, daß es lohnend erscheint, ein Zahlenbeispiel rechnerisch un d schaubildlich durchzuarbeiten. Die Mindestölmenge G für eine Gas­

m enge von Vj == 200 000 cbm in 24 st, gerechnet bei 25° C und 1 a t, soll erm ittelt und die Ä nderung ihrer Größe m it der T em peratur festgestellt werden.

N ach Gleichung 33 wird m it der F estsetzu n g m 0 = 170 und T = 273 + 25

r

_ ^ 170-200 000 96 170-200 000 Po 0,0821 (273 -+- 25) ” 760 ' 0,0821 • 298“

- 175 300 kg.

F ü r andere A rbeitstem peraturen als 25° C änd ert sich in den Zahlenfaktoren der Rechnung, wie die allgemeine Formel 32 zeigt, nu r der Zahlenwert von p0, d a alle ändern F ak to ren (m0, N, P 0) für das b e tra c h te te Beispiel unver­

änderlich sind. W enn m an dies b eachtet, so erhält m an durch E insetzen der W erte von p0 aus Zahlentafel 1 die in Zählentäfel 2 zusam m engestellten Ergebnisse.

Z a h l e n t a f e l 2.

T e m p e ra tu r I

- io 0 j 10 20 25 30 40

W a sc h ö l­

g ew ic h t G kg 23750

|

:

45700 | 82600 139500 175300 219300 336000

Die vorstehenden Zahlenergebnisse. sind in Abb. 3 schaubildlich aufgetragen worden. D er außerordentlich große Einfluß der T em peratur auf die erforderliche W asch­

ölmenge ist ganz augenfällig.

In Abb. '3 ist zur E rgänzung noch durch den Ab­

szissenpunkt t = 0° eine T angente an die gezeichnete K urve gelegt worden, wodurch die bem erkensw erte B e­

ziehung erkennbar w ird, daß das M indestwaschölgewicht in dem Tem peraturbereich zwischen ungefähr 15 und 30° C, also gerade den p raktisch vorkom m enden Grenzen, sehr annähernd proportional der T em peratur t ist.

Tefnperahren l

A bb. .‘i. M in deslw aschölgew ichte fü r eine G asm enge von 200000 cbm in 24 st.

Eine weitere höchst bem erkenswerte Beziehung ergibt sich aus Gleichung 32 bzw. 33; sie besagt, daß u n ter sonst gleichen Verhältnissen das benötigte M indestöl­

gewicht proportional m it dem Molekulargewicht m0 des W aschöls steigt. J e höher das M olekulargewicht des W aschöls ist, desto m ehr W aschöl muß also u n ter sonst gleichen Verhältnissen u n ter die W ascher fließen. Zu beachten ist, daß sich diese Angabe auf das Ö lg e w ic h t G und nicht das Ö 1 v o 1 u m e n Q bezieht. W ird die Öl­

menge in cbm ausgedrückt, so wird an W aschöl­

volum en weniger benötigt, je höher das spezifische Ge­

wicht des Waschöls ist. D as m ittlere Molekulargewicht des W aschöls kann dem nach gewissermaßen als M aßstab für seine B rauchbarkeit angesehen werden. Je kleiner das m ittlere M olekulargewicht ist, desto weniger W asch­

öl ist fü r den Umlauf notwendig.

In der wissenschaftlichen L ite ra tu r lassen sich bis­

lang keine auf Versuchen beruhenden Angaben über das m ittlere Molekulargewicht von W äschölen finden; es bedarf daher vielleicht n u r der vorstehend begründeten Anregung, um die wissenschaftliche Forschung auch auf diesen P u n k t zu lenken, übrigens ist die Bestimm ung des m ittlern Molekulargewichts von Waschöl nach den bekannten Verfahren zur Molekulargewichtsbestimmung von gelösten K örpern nach Ansicht des Verfassers nicht

m it erheblichen praktischen Schwierigkeiten v e rk n ü p ft1, so daß sich für den praktischen Betrieb wohl ein einfaches Verfahren ausbilden ließe, das laufend zur B etriebs­

überwachung auch von Laboratorium sgehilfen leicht aus­

geführt werden könnte. Jedenfalls läß t sich aber aus den vorangegangenen B etrachtungen ohne weiteres schließen, daß die schweren Kohlenwasserstoffe, wie A nthrazen und noch höher siedende pechartige B estandteile als Bei­

mengungen des W aschöls, die sein m ittleres Molekular­

gewicht unnötig erhöhen, für eine gute Aufnahm efähig­

keit des Öls an Benzolen, abgesehen von sonstigen un­

praktischen und störenden Betriebseigenschaften, nach­

teilig sind. N ach der vorstehenden Theorie w ürde z. B.

Benzol am besten von Toluol, danach v an Xylol, Solvent­

n ap h th a usw. absorbiert werden. Im praktischen Be­

triebe sind aber diese Stoffe als A bsorptionsm ittel aus­

geschlossen, d a ja der Gasstrom in jedem K ubikm eter ebensoviel von den W aschflüssigkeiten dam pfförm ig m it­

fü h rt, wie sein Volumen selbst b eträgt. Je höher dem ­ nach die D am pfspannung der W aschflüssigkeit ist, desto größer ist das Gewicht an W aschflüssigkeit, das der Gas­

strom fo rtträg t, indem 'er sich d am it sättig t.

W enn in 24 s t beispielsweise rd. 200 000 cbm Gas durch den W ascher bei 25° C ström en, werden ebenso viele K ubikm eter W aschöldam pf von dem fü r diese T em peratur geltenden D am pfdruck m itgeführt. Je ge­

ringer nun die D am pfspannung der zu benutzenden W aschflüssigkeit ist, desto geringer ist das Gewicht an Waschöl, das vom Gas m itgenom m en wird. Auch p rak­

tisch ist die durchschnittliche D am pfspannung eines Waschöls niemals gleich Null, weshalb wohl im m er etwas W aschflüssigkeit vom Gas dam pfförm ig m itgeführt wird, die sich auch durch die sogenannten, auf Stoßw irkung beruhenden Ölausscheider nicht abfangen läßt. Je nach der B ehandlung des Gases in der Kondensationsanlagc oder je nach der Zusam m ensetzung des Gases kom m en allerdings auch im B etriebe Fälle vor, in denen der W asch- verlust an ö l tatsächlich gleich Null ist. In solchen Fällen ist anzunehm en, daß das Gas schon vor der Be­

rührung m it der W aschflüssigkeit m it den entsprechen­

den B estandteilen des W aschöls g esättigt war, was insofern leicht zu erklären ist, als sich ja auch das W äsch­

öl aus Teerölen zusam m ensetzt, die ursprünglich im heißen Rohgas dam pfförm ig als B estandteile des Teers enthalten w aren und im Verlauf der K ondensation des Gases nach u nd nach verdichtet wurden.

D er Ö lverlust läßt sich dem nach n u r dann voraus- 1 erechnen, wenn m an außer dem D am pfdruck u nd der D am pfdichte des zu verw endenden W aschöls auch die im Gase vielleicht schon vorhandenen Ö lbestandteile und ihre D am pfspannung bei der gegebenen T em peratur kennt. In W irklichkeit werden sich diese Zahlen v er­

suchsm äßig nich t leicht feststellen lassen. Man wird sich aber auch schon ein B ild von dem unverm eidlichen W aschölverlust m achen können, w enn m an voraussetzt, daß vorher keine Ö lbestandteile im Gas en th alten sind und dam it vom Gas so viel K ubikm eter dampfförmiges W aschöl von der in F rag e kom m enden D ich te m it­

geführt werden, wie das die W ascher durchström ende

i s. d ie b e k a n n te n L e h rb ü c h e r v o n N e r n s t , V o rle su n g e n von va>ti t ’H o f f , H . 2, S. 27, und ä h n lic h e L e h rb ü c h e r,

814 G l ü c k a u f Nr. 39 G asvolum en ausm acht. Aus diesem G rund eignet sich

auch natürlich selbst das schon höher siedende X ylol nich t als W aschm ittel fü r Benzol, weil der W aschöl­

verlust außerordentlich hoch sein w ürde, wie aus dem folgenden Zahlenbeispiel hervorgeht.

Bei einer K okereianlage, die in 24 st, auf 25° C und 760 m m QS bezogen, 200 000 cbm Kokereigas erzeugt u nd X ylol als W aschöl verw endet, w ürden bei einem B etrieb sd ru ck von 1 a t oder 760 m m OS en t­

sprechend der D am pfspannung von X ylol, die bei 25° C 28.5 QS b e trä g t, = 208 000 cbm

/d u —

28,5

dam pfförm iges X ylol entzogen. 1 cbm X yloldam pf w iegt1 bei 25° C und 760 mm QS 4,33 kg, folglich bei

4 33 ^ 8 5

28.5 mm QS —1— ■ ¿a 1— = 0/1625 kg; m an erhält daher

als Ergebnis eine Menge von 208 000 • 0/1625 = 33 800 kg oder 33,8 t, die täglich an X ylol verloren gehen würde, abzüglich d er geringen Menge X ylol, die vorher im Gas en th alten ist, was bei 200 000 cbm Gas täglich etw a 500 kg ausm achen würde.

l K a le n d e r f ü r d as Gas- u n d W a sse rfa c h 1015, S. 17.

Aus diesem Beispiel ersieht m an zur Genüge die praktische N otw endigkeit der Verwendung höher sieden­

der W aschflüssigkeiten mit niedrigen Dam pfspannungen.

Auf den einzelnen Anlagen fallen die W aschölverluste bekanntlich sehr verschieden aus, was, wie bereits er­

w ähn t w orden u n d aus den vorstehenden Ausführungen zu entnehm en ist, nich t im m er auf die m angelhafte W irkung der W aschölausscheider zurückzuführen, son­

dern in den meist cn Fällen durch die Zusam m ensetzung des Gases un d W aschöls begründet ist. J e nach der E in ­ richtu ng und der Bel rieb sweise der K ondensations- und Nebengewinnungsanlagen, wodurch die höher siedenden Teeröle im Gas bis zu den Benzohvaschern m ehr oder weniger belassen werden, wird m an u nter U m ständen über­

h au p t m it keinem eigentlichen Ölverlust zu rechnen haben. N ebenbei bem erkt k ann m an streng genommen von einem Ö l v e r lu s t nicht u n m ittelb ar sprechen, da ja das von Gasen m itg efüh rte ö l in dem Fall, in dem sie sp äter zur Heizung dienen, seine volle H eizkraft bei der V erbrennung ergibt, wenn auch dem Geldwert nach die V erbrennung des Öls bei hohen ölpreisen, wie u n ter den heute herrschenden Verhältnissen, natürlich unw irt­

schaftlich ist. (Forts, f.)

Die Elektrometallurgie der weniger häufigen Metalle in den Jahren 1906 bis 1915<

V on P ro fe sso r D r. F ra n z P e t e r s , B crlin-L ichterfeide.

(F o rtsetzu n g .)

L e g i e r u n g e n d e s S il i z i u m s 1.

S i l i z i u m e i s e n w ird von G ehalten über 1 4 - 1 6 % Silizium ab ausschließlich im elektrischen Ofen gewonnen.

U nter den Rohstoffen sind nach S. M. C o p e m a n 2 Eisen­

abfälle'o d er S tahlspäne den P y rite n oder ändern E isen­

erzen vorzuziehen, weil durch letztere leicht zu viel Schwefel u nd Phosphor in die Legierung kommen.

N ach W. P ic k u n d W. C o n r a d 3 geht allerdings der als Sulfid in den Ausgangsstoffen (gerösteten P y rite n , schwefelreichen Kohlen) vorhandene Schwefel nicht in das Siliziumeisen über, sondern n u r der Sulfatschwefel.

Vom Phosphor w ird ein großer Teil, nam entlich b ei hohen Spannungen, verflüchtigt. Trotzdem dürfen die Eisendrehspäne nicht ü ber 0/1% , Gußeisenabfälle nicht 1 % P hosphor enthalten. I n den D rehspänen vorhandenes M angan w ird vollständig, K upfer zur H älfte verflüchtigt.

E in fü r die Erzeugung von Siliziumeisen recht geeigneter R ohstoff sind nach Ch. L o u is 4 fast reine Eisensilikat-, schlacken aus dem Frischofen. Sand ist nach C o p e m a n zu unrein. S ta tt seiner m uß Quarz, der nicht zu fein sein darf, verw endet werden. Verbindungen des K al­

ziums, Alum inium s und Magnesiums sollte er, wie auch

1 Ü b e r d ie m it V a n a d iu m , W o lfram u n d M o ly b d ä n s. u n te r diesen M e talle n .

2 E n g lis c h e s G e lb b u c h ; M etall. C hem . E n g . i s i o , B d. 8, S, 133.

3 s t a h l U. B is e n 1908, S. 793 u n d 836; Z. d. In g . 1908, S. 1007;

D ie H e rs te llu n g v o n h o c h p ro z e n tig e m F e rro s lliz iu m im e le k trisc h e n O fen, H a lle 1909.

i B u ll. T ech n o l. 1911, S. 941; ,R ev. d e Möt. 1911, B d. 8. E x t r a i t s S. 02.

die Kohle, nach P i c k u nd C o n r a d nicht enthalten weil diese M etalle zu späterm Zerfall des Siliziumeisens führen. N am entlich w irk t in dieser H insicht Kalzium schädlich, wenn es sich m it P hosphor verbindet. Die V erbindung w ürde bei der Beförderung u n d Lagerung des Siliziumeisens selbstentzündlichen und giftigen Phosphorw asserstoff entwickeln. D am it die Bildung dieses Gases und anderer schädlicher Stoffe vermieden werde, ist m an nach C o le m a n auch von der Verwendung des K alks als F lu ß m ittel fast vollständig abgegangen.

Im allgemeinen läß t sich sagen, daß, je reiner die R oh­

stoffe sind, sich desto weniger Schlacke bildet, was an ­ zustreben ist, un d desto besser das Ausbringen wird Deshalb verw endet die Compagnie générale d ’Electro- chimie in Bozel fü r die 80% ige Legierung s ta tt des für die 25- un d 50% igen S orten b en u tzte n A nthrazits die teurere Holzkohle. In W ednesfield gewinnt die B ritish Coalite Co. L td. 99% ige Kieselsäure aus 8,5% B itum en enthaltendem Sandstein. Sie w ird im Gemenge m it 95,4%igem E isenoxyd (gefällt) und 10% A nthrazit m it P ech1 angem acht. Nachdem die flüchtigen K ohlen­

wasserstoffe abgetrieben sind, h a t m an g u t m it Kohle durchm ischte Stücke von hohem elektrischem W iderstand.

D er R eduktionsstoff b ra u ch t nach P ic k u nd C o n r a d nicht getrocknet zu werden. Aschengehalt schadet nichts. Aus diesem G runde werden nach L o u is von

P e c h k o k s w ü rd e , z u g u t le ite n .

einigen F abriken aschereiche A nthrazite, die fü r die gewöhnliche B enutzung unbrau ch b ar sind, m it Vorteil verw endet , wenn sie K ieselsäure und F errioxyd zugleich enthalten. D a ein Teil des K oks ohne zu reduzieren verbrennt, nim m t m an der E rfah ru n g nach so viel Kilogramm K oks wie die Kieselsäure Kilogramm Sauer­

stoff enthält.

Die Öfen1 werden aus feuerfesten Steinen aufgebaut, außen m it Eisen bekleidet und innen zuweilen m it einer Kohlenmasse, die der fü r die E lektroden benutzten ähnelt, überzogen. Kleine Öfen sind nach P i c k und C o n r a d un vorteilhafter als große. Als allgemeine Regeln für den B au haben zu gelten: 1. Die Elektroden müssen von der B eschickung durch eine G asschicht ge­

tren n t sein, d am it, wenn in der Plitze die Beschickung elektrisch leitend wird, der Strom n ic h t durch den ganzen O fenquerschnitt und die gleichfalls leitend werdenden W ände gehen kann, sondern die E nergie in der M itte konzentriert bleibt. Eine solche Gashülle kann sich nicht bilden, wenn die Beschickung auf den E lektroden liegt. Deshalb sind sie aufzuhängen. 2. Die beste Ofenauskleidung ist die durch die Beschickung.

Außer ihr w ird n u r Kohle nicht durch das Siliziumeisen angegriffen. Die W ände sind zu kühlen. 3. D er Strom sollte, außer bei Öfen fü r weniger als 800 KW , nicht durch eine Bodenelektrode zugeführt werden, weil sich Kohle und Eisen zu verschieden ausdehnen. Auch bei kleinen Öfen tr itt dazu der Ü belstand, daß von einer B odenelektrode aus der Strom durch die schon fertige Legierung gehen m uß. 4. Die E isenplatten der E lektroden­

h alter m üssen rechtw inklig zu den K anten des Kohlen­

bündels liegen, um den Strom in letzterm zu konzen­

trieren. Die H a lter sollten W asserkühlung haben.

Gleichstrom und W echselstrom unterscheiden sich in der N utzw irkung nicht. E rsterer fü h rt aber, abgesehen von den U m ständen, die seiner N a tu r nach gegen ihn sprechen, durch E lektrolyse leicht Verunreinigungen (K, N a, Ca, Al) in das Siliziumeisen ein. Im allgemeinen w ählt m an fü r kleine Öfen E inphasenstrom , fü r große (mit m ehrern tausend PS) D reiphasenstrom . Die Transform atoren sind bis zu 2000 KW einphasig, darüber dreiphasig. F ü r einen Vierphasenofen kann m an en t­

weder drei einphasige T ransform atoren oder einen drei­

phasigen benutzen.

1 Die a u c h z u r S ta h lh e re tc llu itg u n d -re in ig u n g b e n u tz b a re n w erden in dem A u fsa tz ü b e r E is e n b e h a n d e lt w erd en .

Die Spannung, die m an anwenden kann, hängt von der A rt des R eduktionsm ittels ab. Holzkohle läßt 6 0 - 8 0 V zu. Bei B enutzung von Kohle oder A nthrazit nim m t m an besser niedrigere ( 2 5 - 5 0 V). Je höher die Spannung ist, desto reiner, besonders desto ärm er an P hosphor scheint die Legierung zu werden. Große Strom dichte fü h rt nach G i n zu beträchtlicher Ver­

flüchtigung von Silizium un d zu hohen Energiekosten.

Indessen steigt die notwendige S trom dichte m it der Siliziummasse, die in die Legierung gehen soll. L o u is gibt für 30 %iges Siliziumeisen 250 — 300 W a tt auf 1 ebdm innern Ofenraum an, w ährend fü r 50%iges 350 W a tt und fü r noch reichere Legierungen 400 W a tt günstig sind.

D am it sich m öglichst wenig Silizium verflüchtigen kann, m üssen die E lektroden ständig in der Beschickung eingebettet bleiben, so daß die heißen Gase und Dämpfe vor ihrem A u stritt in die L u ft die obern Beschickungs­

schichten durchstreichen. D as ist m it f e in e m Quarzsand nicht zu erreichen. Beim Heben der E lektroden die verhältnism äßig gut leitende Kohle, beim Senken den verhältnism äßig schlecht leitenden Quarz hinzuzufügen1, em pfiehlt sich nicht. Ständige Strom schw ankungen und unregelm äßige Gasentwicklung zeigen an, daß m an abstechen m uß. Dies sollte nicht öfter als nötig ge­

schehen. Im übrigen spielen hierbei der angestrebte Gehalt der Legierung un d die Größe des Ofens eine Rolle. N ach dem Festw erden des Blocks und seiner Zerkleinerung überzieht m an die noch heißen kleinen Stücke häufig, wenigstens w enn 50%iges Siliziumeisen vorliegt, m it Paraffin oder tau ch t sie in Petroleum , um ihren sp ätem Zerfall an der L u ft zu verhüten. P ic k und C o n r a d empfehlen, C o p e m a n verw irft dies, weil m an so behandeltes Ferrosilizium v or seiner B enutzung erst wieder erhitzen m uß und sich dabei schädliche Gase bilden können.

Die E nergieausbeute bei der Erzeugung von Silizium- eisen hängt von dem gewünschten Silizium gehalt der zu erschmelzenden Legierung, von der A rt und R einheit der Rohstoffe, von dem angewendeten Verfahren, von der Strom - bzw. Energiedichte, von der Spannung und von der Ofenführung ab. L o u is g ib t folgende Zusam m en­

stellung der bei gutem B etriebe zu erhaltenden Aus­

beu ten :

1 v g l. d a s P a t e n t v o n P rie e , S. Slfi.

A u s g a n g s s t o f f e L egierung

k g a u f 1 K W st

K W s t au f 1 t

K W - J a h r e a u f 1 t

t a u f 1 K W - J a h r

R e in e r Q u arz, K o k s u n d E is e n d r e h s p ä n c ... ..

F risch o fen sc h lac k e un d K o k s. . „ ... -...

F risch o fen sch lack e, H o lzk o h le und F l i n t s t e i n ...

Q u arz, E ise n erz, K o k s o d e r A n t h r a z i t ...- - 25% iges S iliz iu m e is e n ...

Verwendung von Eisenerzen s ta tt der D rehspäne ver­

m indert das Ausbringen. B enutzung von Ferrosilikat- schlacken erhöht es. Die Silikate sind leichter schm elzbar

25 50 75 25 SO 35 50 25 50 50

0,25 0,125 0,083 0,25 0,207 0,179 0,120 0,207 0,104 0,104

4 000 8000 12 000

4 000 4800 5 600 8000 4800 9 600 9 600

0,476 0,902 1,43 0,876 0,572 0,665 0,952 0,572 1.144 1.144

2,1 1.05 0,70 2,1 1.75 1,50 1.05 1.75 0,875 0,875

als die Kieselsäure u nd w erden bei verhältnism äßig

niedriger T em p eratu r reduziert, so daß die Verflüchtigung

von Silizium sta rk herabgesetzt wird. Mit einem großen