-
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Heizwertes fester und
flüssiger Brennstoffe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und einen Apparat
zur Bestimmung des Heizwertes von festen und flüssigen Brennstoffen, welche es ermöglichen,
Heizwertbestimmungen, die sich in Fabrik- und anderen Betrieben häufig wiederholen,
in kürzester Zeit mit einer für technische Zwecke hinreichenden Genauigkeit auszuführen;
zu diesem Zwecke sind die bisher verwendeten Apparate (Berthelot, Kroeker), da sie
infolge der notwendigen, wiederholten, auf kleine Bruchteile von Graden genau auszuführenden
Temperaturmessungen und des nach jeder einzelnen Bestimmung notwendigen Auseinandernehmens
und Wiederzusammensetzens des Apparates zuv iel Zeit für eine Messung beanspruchen,
nicht geeignet. Heizwertbestimtnungen durch Messung des verbrauchten Sauerstoffes
sind an sich bekannt. Die Zurückmessung des Sauerstoffrestes bei Verbrennungsanalysen
ist besonders bei der Untersuchung von Gasen bekannt.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß zunächst in einem
der Ber -thelotschen Bombe ähnlichen Verbrennungsgefäß der zu untersuchende Brennstoff
in bekannter Weise in gasförmigem Sauerstoff unter Druck verbrannt und mit Hilfe
eines besonderen Meßgefäßes der Rauminhalt der zur Verbrennung verbrauchten Menge
Sauerstoff bestimmt wird; bei festen und flüssigen Brennstoffen ist die Abnahme
des Rauminhaltes des Sauerstoffes im Verbrennungsgefäß nach erfolgter Kondensation
des Wasserdampfes und Absorption der entstandenen schwefligen Säure und der Kohlensäure
gleich dem Rauminhalte des bei der Verbrennung verbrauchten Sauerstoffes. Hierauf
wird der untere Heizwert des untersuchten Brennstoffes durch Multiplikation des
verbrauchten Rauminhaltes von Sauerstoff mit der für die untersuchte Brennstoffgattung
gültigen, innerhalb jeder Brennstoffgattung sich nur wenig ändernden Konstanten
des Welter-Mendelejeffschen Proportional'itätsgesetzes berechnet.
-
Abweichend von den bestehenden Verfahren werden die bei der Verbrennung
entstandenen Verbrennungsprodukte S O, und C O.. durch Einleitung von Lauge in das
Verbrennungsgefäß absorbiert und von dieser auch gleichzeitig das durch Kondensation
des Wasserdampfes, der sich bei der Verbrennung eines Wasserstoff entfaltenden Brennstoffes
bildet, entstandene Wasser aufgenommen.
-
Bei diesem Verfahren entfallen also die kalorimetrischen Messungen
mit den unausbleiblichen Korrekturen und umständlichen :Manipulationen; die bei
der Untersuchung auszuführenden Arbeiten beschränken sich auf die Bestimmung des
Rauminhaltes des verbrauchten Sauerstoffes und auf die Gleichhaltung des Druckes
vor der Verbrennung und nach der Verbrennung im Verbrennungsgefäß oberhalb der Lauge.
Die Dauer einer Untersuchung kann auf eine halbe Stunde gekürzt werden, gegenüber
zwei Stunden bei den bekannten Bombenapparaten. Bei dem Verfahren werden die Vorteile
der Verbrennun
-, unter Druck, hauptsächlich die dadurch erreichte
Vollständigkeit der Verbrennung, vollkommen ausgenutzt.
-
Der Apparat, der erfindungsgemäß zur Ausübung dieses Verfahrens dient,
ist in der Abbildung dargestellt; in derselben bedeuten: B das Verbrennungsgefäß,
S den Einsatzzylinder, t ein Säulchen, o Öffnungen im Boden des Einsatzzylinders,
C das Meßgefäß, H das Einsatzrohr, I das Verteilungsgefäß, m das Manometer,
hl einen Dreiweghahn, s das Sicherheitsventil, D den Schwimmer, E die Skala, Z das
Zeigerwerk, R den Registrierapparat, O den Sauerstoffbehälter, u ein Verbindungsrohr,
lt" lt., Verbindungsrohre, .zi, bis v;, Absperrvorrichtungen.
-
Das Verhrennungsgefäß B ist mit dem Meßgefäß C durch ein Verbindungsrohr
u verbunden, welches zur Aufnahme der Sperrflüssigkeit dient; als solche wird meist
Lauge verwendet, doch kann auch Ouecksilber verwendet werden, auf das im Verbrennungsgefäß
die zur Absorption derVerbrennungsprodukte erforderliche Lauge von oben aufgefüllt
wird.
-
Zur schnellen und vollkommenen Absorption der den Sauerstoff verunreinigenden
C0_ und der Verbrennungsprodukte ist in das Innere des Verbrennungsgefäßes konzentrisch
ein oben offener Einsatzzylinder eingebaut, wobei zwischen diesem und der Wandung
des Verbrennungsgefäßes ein schmaler, ringförmiger Raum entsteht, in welchem die
Lauge nach aufwärts steigt und sich über den Rand des Einsatzzylinders in dessen
Inneres ergießt; dadurch ist eine große Oberfläche für die Berührung der Lauge einerseits
mit dem zu reinigenden Sauerstoff, anderseits mit den Verbrennungsprodukten gegeben,
so daß die Absorption schnell und vollkommen vor sich geht.
-
Im Boden des Einsatzz@>linders S befinden sich einige kleine Löcher
o; die Fläche derselben ist im Vergleich zu dem Zwischenraum zwischen dem Verbrennungsgefäß
und dem Einsatzzylinder sehr gering, so daß durch dieselben nur ein sehr geringer
Teil der Lauge eintreten kann und die Hauptmasse der Lauge ihren Weg durch den ringförmigen
Zwischenraum zwischen dem Brenngefäß und dem Einsatzzylinder nehmen muß. Die Löcher
o dienen zur Entleerung des Einsatzzylinders.
-
Der Einsatzzylinder steht auf einem hohlen Säulehen t, welches am
Umfang mit einigen Löchern versehen ist; durch den Hohlraum dieses Säulchens und
die Löcher am 'Umfang desselben tritt die Lauge von unten aus dem Verbindungsrohr
it in das Verbrennungsgefäß.
-
Das Meßgefäß C ist doppelwandig und hat ein Einsatzrohr II, welches
nach unten in das Verbindungsrohr is übergeht; das Innere des Einsatzrohres steht
durch Löcher mit dem Raum des Meßgefäßes in Verbindung. Im Einsatzrohr bewegt sich
der Schwimmer D, dessen Stange nach oben verlängert und mit einem Zeigerwerk Z verbunden
ist, welches auf einem Registrierapparat R die Rauminhalte der bei den einzelnen
aufeinanderfolgenden Untersuchungen verbrauchten Sauerstoffmengen graphisch aufzeichnet,
die ausschließlich bestimmt werden. Wird auf die graphische Aufzeichnung verzichtet,
so wird statt des Registrierapparates die Skala E benutzt. Am Meßgefäß ist das zur
Einstellung gleichen Druckes im Verbrennungsgefäß vor und nach der Verbrennung dienende
Sicherheitsventil s angebracht.
-
Der Schwimmer D macht im Meßgefäß bei jeder Untersuchung eine Aufwärts-
und eine Abwärtsbewegung, da im Verbrennungsgefäß nach der Verbrennung infolge der
Absorption der gasförmigen Verbrennungsprodukte und der Kondensation des entstandenen
Wasserdampfes eine Verminderung des Rauminhaltes eintritt.
-
Die zur Verbindung des Sauerstoffbehälters O mit dem Verteilungsgefäß
j und den Gefäßen B und C dienenden Rohre lt" h., und die Absperrvorrichtungen
v, bis v, sowie der Dreiweghahn h, bedürfen keiner weiteren Beschreibung; die Füllvorrichtungen
für die Lauge und die Zündvorrichtung sind in der Zeichnung nicht angegeben.
-
Die Bestimmung des unteren Heizwertes von festen und flüssigen Brennstoffen
mit deni beschriebenen Apparat erfolgt derart, daß nach Einfüllung der Lauge in
das Verbindungsrohr ac und den unteren Teil des Verbrennungsgefäßes B eine der Größe
des Verbrennungsgefäßes angemessene Menge des Brennstoffes abgewogen und in den
Einsatzzylinder S eingebracht wird; hierauf wird das Verbrennungsgefäß geschlossen
und bei geöffnetem Lufthahn am Deckel desselben so lange Sauerstoff aus dem Verteilungsgefäß
I in dasselbe eingeleitet, bis am Lufthahn keine Luft mehr austritt. Der Sauerstoff
tritt durch die am Umfang des hohlen Röhrchens t angebrachten Löcher in die Lauge
ein und wird dabei von seinem Gehalt an CO= befreit; das bloße Durchströmen des
Sauerstoffes durch die Lauge genügt zur vollkommenen Entfernung der ihn verunreinigenden
CO., und es ist daher zur Reinigung des im Handel käuflichen Sauerstoffes kein besonderer
Zeitaufwand erforderlich. Nachdem der Lufthahn am Deckel des Verbrennungsgefäßes
geschlossen ist, steigt der Druck im Verbrennungsgefäß und erreicht seinen größten
Wert, der durch das am Gasraum des Meßgefäßes angebrachte Sicherheitsventil begrenzt
ist; dieser Druck und der Stand des Schwimmerkolbens
D, letzterer
durch Ablesung an der Skala E oder am Zeigerwerk Z gegeben, werden notiert.
-
Hierauf wird die Brennstoffprobe in bekannter Art durch elektrische
Zündung zur Verbrennung gebracht; durch die Absorption der Verbrennungsprodukte
durch die Lauge tritt im Inneren des Verbrennungsgefäßes eine Verkleinerung des
Gasinhaltes und des Druckes ein, und man läßt neuerlich Sauerstoff in dasselbe so
lange einströmen, bis in demselben der gleiche Druck wie vor der Verbrennung erreicht
ist. Dabei tritt aus dem U-förmigen Rohr auch Lauge in das Verbrennungsgefäß ein,
und der Schwimmer sinkt; zur Erreichung gleichen Druckes vor und nach der Verbrennung
in allen Gefäßen des Apparates dient das Sicherheitsventil s.
-
,Nach Erreichung gleichen Druckes wird der Stand des Schwimmers wieder
entweder am Zeigerwerk Z oder an der Skala E abgelesen; aus der Differenz beider
Ablesungen und der Kolbenfläche des Schwimmerkolben wird der Rauminhalt der zur
Verbrennung verbrauchten Menge Sauerstoff berechnet. Durch Umrechnung dieser Menge
auf die Gewichtseinheit der untersuchten Brennstoffmenge und Multiplikation derselben
mit der Welter-Mendelejeffschen Konstanten erhält man den unteren Heizwert des Brennstoffes.
-
Sind aufeinanderfolgend mehrere Untersuchungen von Brennstoffen derselben
Gattung, d. i. von Brennstoffen, denen dieselbe Welter-Mendelejeffsche Konstante
zukommt. zu machen, so empfiehlt es sich, von allen Brennstoffen Proben desselben
Gewichtes zu untersuchen und die Schwankungen des Schwimmerkolbens durch den Registrierapparat
aufzuzeichnen; namhaftere Unterschiede im Heizwert der einzelnen Brennstoffe sind
dann sofort durch die erhaltenen Schaulinien auffallend zum Ausdruck gebracht. Die
ziffernmäßige Bestimmung des Heizwertes der einzelnen Brennstoffe aus den Schaulinien
geschieht in der gleichen Art wie bei den beschriebenen Ablesungen an der Skala.