Gastafeln: Physikalische, thermodynamische und brenntechnische Eigenschaften der Gase und sonstigen Brennstoffe Sonderdruck aus "Handbuch der Gasindustrie" Band VI [Sonderdr. aus: Handbuch der Gasindustrie; 6. Reprint 2019 ed.] 9783486770827, 9783486770803

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Gastafeln Physikalische, thermodynamische und brenntechnische Eigenschaften der Gase und sonstigen Brennstoffe Von

Dr.-Ing. Horst Brückner Karlsruhe

Sonderdruck aus „ H a n d b u c h der G a s i n d u s t r i ^ " Band VI

München und Berlin 1937

Verlag von R. Oldenbourg

Copyright 1937 by R. Oldenbourg Verlag, München und Berlin. Printed in Germany. Druck von R. Oldenbourg, München.

Vorwort. Die Gasindustrie hat in dem letzten Jahrzehnt einen wesentlichen Aufschwung sowohl auf physikalischen, chemischen, thermodynamischen als auch brenntechnischen Gebieten erfahren. Ich glaube daher einem Bedürfnis der Praxis entsprochen zu haben, wenn in den vorliegenden G a s t a f e l n des »Handbuches der Gasindustrie« möglichst aus sämtlichen Gebieten der Gastechnik alle Rechnungsgrundlagen so vollständig wie möglich zusammengestellt worden sind. Es war dabei mein Bestreben, in allen Zahlentafeln die neuesten Werte aufzuführen. Um seine Handhabung zu erleichtern, haben sich Verlag und Herausgeber entschlossen, die G a s t a f e l n ferner abgetrennt vom »Handbuch der Gasindustrie« einzeln herauszubringen. Indem ich diese G a s t a f e l n der Öffentlichkeit übergebe, bitte ich die Fachgenossen gleichzeitig um Anregungen für deren weitere Ausgestaltung, um diese nach Möglichkeit für eine Neuauflage verwenden zu können. K a r l s r u h e , im Januar 1937. Gasinstitut Dr.-Ing. Horst Brückner.

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Inhaltsverzeichnis. A. Physikalische Eigenschaften. 1. Atomgewichte 2. Spezifisches Gewicht (bezogene Diehlo) I. Normkubikmetergewicht und spezifisches Gewicht (bezogene Dichte) von Gasen a) Normkubikmetergewicht u n d bezogene Dichte der Gase b) Zusammensetzung der L u f t c) Umrechnung des spezifischen Gewichts von wasserdampfgesättigten Gasen auf trockenen Zustand d) Umrechnung des spezifischen Gewichts von Gasen auf Betriebszustand e) Tafel zur B e s t i m m u n g des Reduktionsfaktors von Gasen f ü r die Umrechnung eines bei beliebigen Bedingungen feucht gemessenen Gasvolumens auf Normalbedingungen (0°, 760 Torr, tr.) f) Umrechnung von m m Wasserdruck in mm Quecksilberdruck (Torr) . g) Luftfeuchtigkeit h) Barometerstand u n d Ortshöhe i) Berechnung des Höhenunterschiedes aus den Barometerständen . . . k) Mittlere L u f t d r u c k v e r t e i l u n g in Deutschland 1) D r u c k z u n a h m e des Stadtgases infolge des Auftriebs f ü r verschiedene Höhenunterschiede II. Spezifisches Gewicht (bezogene Dichte) und Schüttgewicht sonstiger Stoffe _ a) Physikalische Eigenschaften der wichtigsten Bestandteile des Steinkohlenteers und sonstiger organischer Stoffe b) Spezifisches Gewicht (bezogene Dichte) fester Stoffe c) Schüttgewicht technischer Stoffe d) Schüttgewicht von Brennstoffen . e) Schüttgewicht von Feinkohle in Horizontalkammeröfen f) Natürlicher Böschungswinkel bei loser S c h ü t t u n g g') Spezifisches Gewicht (bezogene Dichte) flüssiger Stoffe h) Spezifisches Gewicht (bezogene Dichte) von verflüssigten Gasen . . i) W a h r e Dichte und Volumen des reinen Wassers k) W a h r e Dichte des Quecksilbers 1) Spezifisches Gewicht von Schwefelsäure m) Umrechnungsformel f ü r °Twaddle und "Beaume in spezifisches Gewicht n) Spezifisches Gewicht von Ammoniaklösungen o) Spezifisches Gewicht von Natronlauge p) Spezifisches Gewicht von Kalkmilch q) Spezifisches Gewicht von Alkohol-Wasser-Gemischen 3. Feuerfeste Ofenbaustoffe a) Unterteilung b) Eigenschaften feuerfester Baustoffe

Seite

1

2 2 2 3 6 G 4 7 7 11 11 11 12 13 13 15 16 16 17 17 17 18 18 18 19 20 21 21 22 23 23 24

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—

Seit«

4. Festigkeitseigenschaften verschiedener Stoffe a) Festigkeit von Eisen und Stahl b) Festigkeit von Nichteisenmetallen c) Festigkeit verschiedener Stoffe gegen Zug, Druck, Biegung und Schub

25 20 27

5. Kompressibilität von Flüssigkeiten a) b) c) d)

Begriff Kompressibilitätskoeffizient von Flüssigkeiten Kompressibilitätskoeffizient des Wassers Mittlerer Kompressibilitätskoeffizient des Wassers bei 1 — J O O a t .

. .

28 28 28 28

G. Löslichkeit von Gasen a) b) e) d) e) f) g) h) i)

Begriff Löslichkeit von Gasen in Wasser bei \ at abs Löslichkeit verschiedener Gase in Benzol Löslichkeit von Azetylen in Azeton Löslichkeit von Gasen in Wasser bei erhöhtem Druck Löslichkeit von Gasen in Gasöl bei erhöhtem Druck Löslichkeit verschiedener organischer Stoffe in Wasser Löslichkeit von Naphthalin in verschiedenen Lösungsmitteln . . . . Gehalt des Waschöls und des Gases an Benzolkohlenwasserstoffeu in Abhängigkeit von der Temperatur k) Gleichgewichtsdrucke zwischen Gehalt von Steinkohlengas und Benzolwaschöl an Benzolkohlenwasserstoffen 1) Lösungswärme von Ammoniak

29 30 21) 29 29 31 31 34 32 33 34

7. Diffusion von Gasen a) Begriff b) Diffusionskoeffizient von Gasen und Dämpfen

34 35

8. Zähigkeit von Gasen und Dämpfen a) b) c) d) e) f)

Begriff Absolute Absolute Absolute Absolute Absolute

, und kinematische Zähigkeit reiner Gase bei Atrnosphärendruck und kinematische Zähigkeit verschiedener technischer Gase Zähigkeit des Quecksilbers Zähigkeit des Wassers Zähigkeit organischer Flüssigkeiten

35 37 38 38 38 38

B. Tlicrmodynamisclie Eigenschaften. 9. Temperatur und Temperaturmessung a) Temperaturfixpunkte b) Temperaturmeßgeräte c) Thermokräfte verschiedene]- Thermoelemente 10.

39 40 43

Joule-Thomson-Effekt a) Begriff b) Joule-Thomson-Effekt verschiedener Gase

44 44

11. Wärmeausdehnung a) Begriff b) Lineare Ausdehnung fester Stoffe c) Linearer Ausdehnungskoeffizient der verschiedenen Modifikationen der Kieselsäure

45 45 4G

— VI — Seite

d) Mittlerer linearer Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen 20 und 1000° e) Ausdehnungskoeffizient von Flüssigkeiten

feuerfester

Steine 46 46

12. Sättigungsdruck (Dampfdruck) a) b) c) d) e) 1) g) h) i) k) 1) m) n) 0) p) q) r) s)

Begriff Sättigungsdruck des Wasserdampfes Eigenschaften des Wassers und Wasserdampfes im Sättigungszustand. Spezifisches Volumen des Wassers und des überhitzten Dampfes . . . Dampfspeicherung Wärmeinhalt des Wassers und des überhitzten Dampfes Sättigungsdruck des Wasserdampfes über verdünnter Schwefelsäure Sättigungsdruck des Wasserdampfes über Kochsalzlösungen . . . . Teildruck von Ammoniak über wäßrigen Ammoniaklösungen . . . . Sättigungsdruck verschiedener Stoffe Sättigungsdruck des Benzols und Benzolgehalt des Gases Sättigungsdruck des Naphthalins und Naphthalingehalt des Gases . . Dampfdruck verflüssigter Gase in at Höchstzulässige Füllung von Stahlflaschen mit verdichteten und verflüssigten Gasen Zulässiger Höchstdruck für verdichtete Gase bei 15° C Notwendiger Prüf druck von Behältern für verflüssigte Gase Nutzinhalt von Stahlflaschen für verdichtete und verflüssigte Gase . . Festgelegter Farbanstrich für Stahlflaschen

47 48 54 56 58 57 55 55 59 59 60 60 60 61 61 61 62 62

13. Spezifische Wärme a) b) c) d) e) f) g) h) 1) k) 1) m) n) o) p)

Begriff Wahre spezifische Wärme c„ und cv reiner Gase und Dämpfe . . . Mittlere spezifische Wärme cvm reiner Gase und Dämpfe Wahre spezifische Wärme c v von Propan und Butan Mittlere spezifische Wärme c„ m technischer Gase Wahre spezifische Wärme des überhitzten Wasserdampfes Mittlere spezifische Wärme des überhitzten Wasserdampfes Spezifische Wärme von Wasser Spezifische Wärme anorganischer Stoffe Mittlere spezifische Wärme von feuerfesten Stoffen Spezifische Wärme von Ammoniakprodukten Spezifische Wärme von wäßrigen Ammoniaklösungen Mittlere spezifische Wärme von Koks Spezifische Wärme organischer Stoffe Spezifische Wärme von Benzolerzeugnissen

63 66 68 69 69 70 70 69 71 72 72 72 73 73 74

14. Wärmeübertragung a) b) c) d) e) f) g) h)

Wärmeleitung Wärmeleitzahlen von Gasen Wärmeleitzahlen anorganischer Stoffe Wärmeleitzahlen organischer Stoffe Wärmeübergang Wärmeübergangszahlen der Ofenaußenwände Wärmedurchgang Wärmestrahlung

15. Zustandsgieichung der Gase a) Begriff b) Konstanten für die van der Waalssche Zustandsgieichung

74 75 76 76 77 77 78 80 81 82

VII — Seite

16. Kritische Erscheinungen a) Kritische Konstanten von Gasen 1>) Kritische Konstanten von Kohlenwasserstoffen 17. Dissoziation der Gase und Gleichgewichtskonstanten a) Begriff der Dissoziation b) Dissoziation von Kohlendioxyd c) Dissoziation von Wasserdampf d) Gleichgewichtskonstanten verschiedener Reaktionen 18. Verdampfungswärme a) Begriff b) Verdampfungswärme verschiedener Gase c) Verdampfungswärme verschiedener organischer Stoffe d) Verdampfungswärme von Steinkohlenteerölfraktionen 19. Bildungswärme a) Begriff b) Bildungswärme verschiedener Stoffe C. Brennteclinische Eigenschaften. •¡o. Durchschnittliche Zusammensetzung der Brennstoffe a) Mittlere Zusammensetzung der technischen Brenngase b) Technische Gase (Brenngase) c) Deutsche Richtlinien für die normale Beschaffenheit des Stadtgases . d) Richtlinien für die Gasbeschaffenheit in anderen Ländern e) Durchschnittliche chemische Zusammensetzung der festen Brennstoffe f) Einteilung der Kohlen nach der Koksbeschaffenheit g) Petrographische Zusammensetzung der Steinkohle h) Durchschnittliche Zusammensetzung von Koksen i) Durchschnittliche Zusammensetzung der Asche von Steinkohlen . . k) Schmelzverhalten von Kohlenaschen 21. Heizwert (Verbrennungswärme) a) Heizwert der Gase 1. Begriff 2. Heizwert des Kohlenstoffs und der Gase 3. Heizwert verschiedener Kohlenstoffarten b) Heizwert verschiedener organischer Stoffe 22. Luftbedarf und Verbrennungsprodukte 23. Chemismus der Verbrennungsvorgänge in Flammen 24. Grenztemperaturen von Brenngasen ohne und mit Berücksichtigung von Dissoziationserscheinungen 25. Zündtemperaturen (Zündpunkte) brennbarer Gase und Dämpfe a) Begriff b) Niedrigste Zündtemperaturen reiner Gase in Mischung mit Luft und mit Sauerstoff c) Zündtemperaturen fester Brennstoffe d) Niedrigste Zündtemperaturen von Dämpfen in Mischung mit Luft . 26. Flammpunkt und Brennpunkt von Flüssigkeiten a) Begriff b) Flammpunkt verschiedener Stoffe

82 83 83 87 87 85 88 88 89 89 89 90

92 91 94 96 99 99 99 100 100 100 100 100 101 102 102 103 108 109 114 115 115 115 116 116

— VIII — Seite

27. Zündgrenzen von Gasen und Dämpfen a) Begriff b) Zündgrenzen reiner Gase im Gemisch mit L u f i c) Zündgrenzen reiner Gase im Gemisch mit Sauerstoff d) Zündgrenzen technischer Gase im Gemisch mit Luft e) Zündgrenzen von Dämpfen im Gemisch mit L u f t

117 118 118 118 119

28. Löschdruck von Gasen a) Begriff b) Löschdruck verschiedener reiner und technischer Gase c) Löschdruck verschiedener Dämpfe 29. Zündgeschwindigkeit und leistung) technischer Gase

Verbrennungsdichte

(spezifische

a) Zündgeschwindigkeit der Gase b) Verbrennungsdichte (spezifische Flammenleistung) der Gase

119 119 120 Flammen-

. . . .

120 125

SO. Lichtleistung und Lichtausbeute a) Begriff b) Spezifische Lichtleistung und Lichtausbeute verschiedener Lichtquellen

131 131

D. Hilfstafeln. 31. Einheiten und Kurzzeichen

132

32. Physikalische und technische Maßsysteme a) Grundeinheiten b) Abgeleitete Einheiten

132 133

33. Einheiten des Druckes a) Begriff

133

b) Vergleichstafel für Druckeinheiten

134

34. Wärmeeinheiten

134

35. Elektrische Leistung

134

36. Konstanten

134

37. Umrechnungstafel für Arbeitseinheiten

135

38. Ausländische Maßsysteme a) Englische und amerikanische Maßsysteme b) Umrechnung von englischen Zoll in Millimeter c) Vergleichstafel für deutsche, englische und amerikanische Maßsysteme .

135 136 137

39. Prüfsiebe und Körnungen a) b) c) d) e)

Deutscher Prüfsiebsatz Englischer Siebsatz Amerikanische Siebsätze Korngrößen von Steinkohle Korngrößen des Kokses

140 141 141 142 142

40. Kennfarben von Rohrleitungen

143

41. Ionenleitfähigkeit

144

42. Abschreibungssätze für Gaswerke

144

43. Gifte und Vergiftungen

144

Sachverzeichnis

147

A. Physikalische Eigenschaften. 1.) Atomgewichte. (1936.) Atomgewicht

Symbol

Aluminium . Antimon . . Argon Arsen Barium Beryllium . Blei Bor Brom Cadmium . . Caesium . . Calcium Cassiopeium Cer Chlor Chrom Dysprosium . Eisen Erbium . . Europium . . Fluor Gadolinium . Gallium Germanium . Gold Hafnium . . Helium Holmium . . Indium Iridium . . Jod Kalium Kobalt Kohlenstoff . Krypton . . Kupfer Lanthan . . Lithium . . Magnesium . Mangan . . Molybdän . Natrium . . Neodym . .

. . . .

. .

. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

. . . . . . .

AI Sb Ar As Ba Be Pb B Br Cd Cs Ca Cp Ce Cl Cr Dv Fe Er Eu F Gd Ga Ge Au Hf He Ho In Ir J K Co C Kr Cu La Li Mg Mn Mo Na Nd

B r ii c k il e r ( rasindustrie.

[

: :

26,97 121,76 39,944 74,91 137,36 9,02 207,22 10,82 79,916 112,41 132,91 40,08 175,0 140,13 35,457 52,01 162,46 55,84 167,64 152,0 19,000 157,3 69,72 72,60 197,2 178,6 4,002 163,5 114,76 193,1 126,92 39,096 58,94 12,00 83,7 63,57 138,92 6,940 24,32 54,93 96,0 22,997 144,27

Symbol

Neon Nickel . . . . Niob Osmium . . . Palladium . . Phosphor . . . Platin . . . . Praseodym . . Quecksilber . . Radium.... Radon . . . . Rhenium . . . Rhodium . . . Rubidium. . . Ruthenium . . Samarium. . . Sauerstoff . . Scandium . . Schwefel . . . Selen . . . . Silber . . . . Silicium . . . Stickstoff . . . Strontium. . . Tantal . . . . Tellur . . . . Terbium . . . Thallium . . . Thorium . . . Thulium . . . Titan Uran Vanadium. . . Wasserstoff . . Wismut . . . Wolfram . . . Xenon . . . . Ytterbium . . Yttrium . . . Zink Zinn Zirkonium . .

. . . . . . . • . . .

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Ne Ni Nb Os Pd P Pt Pr Hg Ra Rn Re Rh Rb Ru Sm 0 Sc S Se Ag Si X Sr Ta Te Tb T1 Th Tm Ti Y V H Bi W X Yb Y Zn Sn Zr

Atomgewicht

20,183 58,69 92,91 191,5 106,7 31,02 195,23 140,92 200,61 225,97 222 186,31 102,91 85,44 101,7 150,43 16,0000 45,10 32,06 78,96 107,880 28,06 14,008 87,63 181,4 127,61 159,2 204,39 232,12 169,4 47,90 238,14 50,95 1,0078 209,00 184,0 131,3 173,04 88,92 65,38 118,70 91,22 1

—

2

—

2. Spezifisches Gewicht (bezogene Dichte). I. Normkubikmetergewicht und spezifisches Gewicht (bezogene Dichte) von Gasen. a) N o r m k u b i k m e t e r g e w i c h t

und bezogene Dichte der

Gase.

3

Das N o r m k u b i k m e t e r g e w i c h t (kg/Nm ) stellt das in kg ausgedrückte Gewicht von einem Kubikmeter Gas im Normzustand (760 Torr, 0° C, trocken) dar. Die b e z o g e n e D i c h t e ( s p e z i f i s c h e s G e w i c h t ) eines Gases gibt die Zahl an, wievielmal so schwer ein Volumen des Gases ist als das gleiche Volumen trockener und kohlensäurefreier Luft, beide im Normzustand gemessen. Für die Umrechnung eines bei t °G und p Torr gemessenen Gasvolumens Vj, t auf Normbedingungen gilt die Gleichung 273 B00 +' p — v

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26

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b) F e s t i g k e i t v o n N i c h t e i s e n m e t a l l e n . Benennung

a) K n e t l e g i e r u n g e n . Reinaluminium weich hart Aluminiumlegierungen (DIN 1713) weich ausgehärtet ausgehärtet u. kalt verfestigt

1. Gattung Al-Cu-Mg (Aludur, Bondur, Dural u. a.) 2. Gattung Al-Cu-Ni (Duralumin W, Y-Legierung) 3. Gattung Al-Cu (Lautal, Allautal)

weich ausgehärtet weich abgeschreckt ausgehärtet ausgehärtet u. kalt verfestigt

4. Gattung Al-Mg-Si (Aldrey, Duralumin K, Korrofestal, Pantal u. a.)

weich abgeschreckt ausgehärtet ausgehärtet u. kalt verfestigt

5. Gattung Al-Mg (BS-Seewasser, Hydronalium) 6. Gattung Al-Mg-Mn (KS-Seewasser, Peraluman)

weich halbhart

7. Gattung Al-Si (Silumin) 8. Gattung Al-Mn (Aluman, Heddal, Mangal u. a.)

weich halbhart hart weich halbhart hart weich halbhart hart

Bronze (91 ° 0 Cu, 9° 0 Sn) Walzbronze weich: Stangen Drähte Bleche u. Bänder hart: Stangen Drähte Bleche u. Bänder gepreßt (VI) Elektron gepreßt, gehärtet (Vlh) gepreßt (AZM) gepreßt (Z 1 b) Kupfer

weich hart

Zugfestigkeit « B kg/mm 8

Bruchdehnung 38

rd. 50 rd. 50

15—20

6—12

50—70

ausgeh.

Kotguß (Rg. 5, Rg. 9, Rg. 10 nach DIN 1713)

c) F e s t i g k e i t v e r s c h i e d e n e r S t o f f e gegen Zug (Z), D r u c k (/_),) B i e g u n g (B) und S c h u b (S) (in kg/mm 2 ) 1 ). z

Stoff

Blei, gezogen . angelassen Basalt . . Bronze . . Ebonit . . Glas . . . Granit . .

. . . . . . .

D

B

s

Stoff

Holz [| d. Faser » Buche . — — — » Eiche . — — bis 40 — » Esche . — — — 18—80 » Tanne. — 2,6—5,5 Lederriemen . 5—6 — — Sandstein . . 3—9 60—126 — 0,5 8—20 0,8 0,8 Seil, Draht- . Ziegelstein . . 2,1 1,8

—

—

—

z 13 5—17 3—22 8,5—11 2—6 —

140—250 —

D

lì

8

3,5—7 10—18 — 4—7 7—15 0,5 4—5 9—10 — 4—5 9—10 1,5 —

7—10 —

> 1.5

Nach Landolt-Börnstein, Phys.-ehem. Tabellen, Bd. I, S. 87.

—

—

0,6

—

—

—

—

—

—

28

—

5. Kompressibilität von Flüssigkeiten. a) B e g r i f f . Die Kompressibilität (Zusammendrückbarkeit) von Flüssigkeiten ist nur sehr gering und kann bei gleichbleibender Temperatur durch die Gleichung

dargestellt werden. Dieser Kompressibilitätskoeffizient ß ist druck- und temperaturabhängig. Mit steigender Temperatur nimmt er im allgemeinen zu, mit steigendem Druck vermindert er sich. Der Kompressibilitätskoeffizient von Wasser dagegen nimmt zunächst von 0 bis 50° ab, durchschreitet bei 50—60° ein Minimum und steigt bei höheren Temperaturen wieder an. b) K o m p r e s s i b i l i t ä t s k o e f f i z i e n t v o n Temp. Druckgrenzen °C at

Stoff Alkohol . . Benzol . .

» »

15 15 20 20 15 18 0 0 18

. . . .

Glycerin n-Hexan Methanol

»

. .

Nitrobenzol

1—40 1 — 10 100 — 300 300 — 500 1 — 10 0— 8 1—500 500—1000 0— 8

;i • i O8 100 75 78 66,5 22 147 79 58 47

Flüssigkeiten. Temp. Druckgrenzen «c at

Stoff Paraffinöl . Pentan . . Petroleum . Quecksilber Tetrachlorkohlenstoff Toluol . . Xylol . . .

c) K o m p r e s s i b i l i t ä t s k o e f f i z i e n t

, ,„,, '" 1

15 20 16 20

1 — 10 1—30 1 — 15 0 — 100

G.°> 242 77 3,9

20 18 10

0 — 100 0 — 8 1—5

91.5 86 74

des W a s s e r s (ß • 10 6 ).

(Nach Amagat.) at 1— 25 — 50 — 75 —

25 50 75 100

0»

5°

10°

15°

•20"

at

0°

5»

10°

13°

52,5 51,6 50,9 50,2

51,2 49,6 48,5 48,1

50,0 49,2 47,3 47,0

49,5 48,0 46,5 45.7

49,1 47,6 45,6 45,3

100 — 125 125—150 150—175 175 — 200

49,4 49,1 49,1 48,8

47,7 47,5 47,5 47,2

46,6 46,3 46,3 46,0

45,4 45,4 45.1 44.7

d) M i t t l e r e r K o m p r e s s i b i l i t ä t s k o e f f i z i e n t d e s W a s s e r s b e i 1—100 at (/? • 10°). °c

/MO6

•c

/•MO«

»c

,-MO«

0 5 10 15

51,1 49,3 48,3 47,3

20 30 40 50

46,8 46,0 44,9 44,9

60 70 100

45,5 46,2 47,8

44,9 44,6 44.2 43.8

—

29

—

6. Löslichkeit von Gasen. a) B e g r i f f . Sämtliche Gase sind, wenn zum Teil auch in nur sehr geringem Maße, in Wasser und sonstigen Flüssigkeiten löslich. Die Löslichkeit des Gases ist hierbei proportional dem Druck (Henrysches Absorptionsgesetz) und fernerhin abhängig von der Temperatur. Von Gasgemischen wird jedes Gas seinem Partialdruck entsprechend aufgelöst (Daltonsches Summationsgesetz). Die Löslichkeit eines Gases wird zumeist angegeben in Form des Bunsenschen Absorptionskoeffizienten Dieser gibt das von der Volumeneinheit des Lösungsmittels bei einer gegebenen T e m p e r a t u r aufgenommene Volumen des Gases (unter Normalbedingungen) an, unter der Voraussetzung, daß der Teildruck des Gases 760 m m Hg beträgt. Zuweilen wird die Löslichkeit (nach Ostwald) als Absorptionskoeffizient .V angeführt, der das Verhältnis der Konzentration des Gases in der Flüssigkeit zu der in der Atmosphäre angibt, x ist somit bei Gültigkeit des Henry-Daltonschen Gesetzes für eine gegebene T e m p e r a t u r vom Teildruck des Gases in der Atmosphäre unabhängig. c) L ö s l i c h k e i t

verschiedener

Gas

Gas

«'

Wasserstoff. . . .Stickstoff.... Sauerstoff . . . Ammoniak . . .

G a s e in B e n z o l

0,071 0,111 0,219 9,95

Schwefelwasserstoff Schwefeldioxyd . Kohlendioxyd . Kohlenoxyd . .

b e i 2 0 ° C. u'

Gas

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KohlenMethan dioxyd ; Kohlenoxyd Sehwefeldioxyd 3 ) SchwefelA m ", inomak wasserstoff Sauerstoff Wasserstoff (icin)

Stickstoff

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Azetliylen

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Äthylen

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Propylen

— 30

L- X © O

— 31 — Löslichkeit

von K o h l e n d i o x y d in W a s s e r u n t e r D r u c k . (Absorptionskoeffizient «.)

erhöhtem

at. abs

25

30

35

40

45

50

60

65

70

2G° C 35° C

15,9 8,1

17,8 9,6

19,7 11,3

21,6 13,0

23,3 14,6 9,0

25,1 16,2 9,7

26,9 17,9 10,5

19,7 11,4

21,6 12,3

6C°C

—

—

—

—

L ö s l i c h k e i t von A m m o n i a k in W a s s e r bei e r h ö h t e m D r u c k . (Nach Wilson, University of Illinois, Bull. 146.) 1 kg Lösung kann bei dem Druck p folgende Mengen Ammoniak enthalten V at abs 0,2 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0

0

10

20

0,253 0,347 0,438 0,503 0,566 0,627 0,702 0,930

0,202 0.294 0,378 0,433 0,483 0,526 0,568 0,656 0,790 0,971

0,155 0,244 0,325 0,384 0,418 0,454 0,487 0,547 0,611 0,681 0,935

Temperatur °C 30 40 0,110 0,197 0,275 0,332 0,363 0,396 0,424 0,473 0,520 0,564 0,670 0,824

0,068 0,152 0,228 0,286 0,314 0,345 0,371 0,414 0,453 0,490 0,560 0,630

60

80

100

0,071 0,140 0,198 0,225 0,255 0,280 0,318 0,350 0,379 0,429 0,473

0,062 0,116 0,141 0,170 0,195 0,234 0,265 0,292 0,336 0,372

0,033 0,067 0,091 0,115 0,154 0,186 0,214 0,257 0,290

f) L ö s l i c h k e i t von G a s e n in G a s ö l bei e r h ö h t e m D r u c k bei 2 5 ° C. Absorptionskoeffizient (Nach Frölich, Tauch, Hogan und Peer, Ind. Eng. Chem. 23, 548, 1931). Druck at abs 1 2 3 4 5 6 8 10

02

1I,S

c. II,

Call»

Call.

0,137 0,274 0,412 0,549 0,686 0,824 1,097 1,372

10,0 13,7 17,4 21,0 24,8 28,5 36,0 39,6

2,51 5,02 7,53 10,04 12,55 15,06 20,08 25,10

17,0 34,0 51,0 68,0 85,0 102,0 136,0 170,0

10,6 21,2 31,8 42,4 53,0 63,6 84,8 106,0

g) L ö s l i c h k e i t v e r s c h i e d e n e r o r g a n i s c h e r S t o f f e in W a s s e r bei 20°. g Substanz in 100 g Wasser. Äther Athylbenzol . Anilin Benzol Chloroform . Heptan Hexan Hydrochinon o-Kresol . .

.

.

.

.

.

. . .

7,41 0,020 3,6 0,178 0,822 0,005 0,014 7,8 2,45

m-Kresol . . . p-Kresol . . . . Naphtalin . . . Nitrobenzol . . Pentan . . . . Phenol . . . . Phenolphthalein . P i k r i n s ä u r e (0°) » (20°)

2,18 1,94 0,0027 0,19 0,036 9,12 0,0175 0,68 1,11

Resorcin . . . . Schwefelkohlenstoff . . . . Tetrachlorkohlenstoff . Toluol o-Xylol . . . . m-Xylol . . . . p-Xylol . . . .

103 0,217 0,080 0,053 0,023 0,019 0,019

— 32

—

i) G e h a l t d e s B e n z o l w a s c h ö l s u n d d e s G a s e s an B e n z o l k o h l e n w a s s e r s t o f f e n in A b h ä n g i g k e i t v o n d e r T e m p e r a t u r . (Nach Brückner und Gruber, G W F 77, 897, 1934.) °C

% Gehalt des Waschöls an

Benzolkohlenwasserstoffen Abb.

1.

— 33 —

34 h) L ö s l i c h k e i t

—

von

N a p h t h a l i n in v e r s c h i e d e n e n mitteln, (g Naphthalin in 100 g Lösung.)

Lösungs-

Temp. »C

Benzol

Toluol

Xylol

Äthylbenzol

Diäthylbenzol

Methylnaphtalin

Äthylnaphtalin

Tetralin

— 10 0 10 20 30 40

23.1 28,4 36.2 45,2

14,7 18,1 24,7 32,0 40,5

10.4 15,9 22,1 29,2 37.5 46,4

15,5 20,8 27,3 35,1 44,9 56,0

15,0 18,8 24.8 31.9 39,4 47,6

7,4 13,0 20,3 28,0 36,3 45,9

9,3 12,0 17.5 24,1 31,1 38.6

12,0 16,2 23,2 31,0

Butylalkohol

Chloroform

Nitrobenzol

Anilin

6,5 9,1 12,7 17,9

19,5 25,5 31,8 40,1 49,5

13,8 15,7 20,0 26,6 34,5 45,0

9,5 13,0 18,4 26.4 37.5

' ) In

— 10 0 10 20 30 40

jedem V e r h ä l t n i Solventnaphta1)

Naphtalinwaschöl

Methanol

3 5,5 9,0 14,1 21,0 30,8

9,8 13.5 18.6 24.6 32,0 40.7

16,7 20,0 24.5 30,0 36.6 44,2

3.8 5,4 7.9 10,9 14,9

1) L

2,9 10,3 20.3 30.4 42,1

löslich.

Hexan

') E n t s p r i c h t H a n d e l s

Dekalin

benzol V

ösungs

Chlorbenzol

18,4 24,6 31.4 40.2 49.3 58.5

bis V I .

wärm e von Ammo niak.

Prozentgehalt der Ammoniaklösung

L ö s u n g s w ä r m e in kcal von 1 kg N H , gasf., 15°, 1 at

Prozentgehalt der Ammoniaklösung

Lösungsvvärme in kcal von 1 kg N H , gasf., 15°. 1 a t

0 5 10 15 20 25

493 483 471 458 444 429

30 35 40 45 50 55

413 397 379 359 339 319

7. Diffusion von Gasen,

a) B e g r i f f . Die Diffusion von Gasen, d. h. deren Wanderung im Raum unter Ausgleich von Konzentrationsunterschieden, beruht auf der thermischen Bewegung der Gasmoleküle. Diese Bewegung erfolgt infolge gegenseitiger Behinderung jedoch nur für kurze Strecken geradlinig (mittlere freie Weglänge der Moleküle). Die Maßzahl für die Diffusion bildet der Diffusionskoeffizient d. Dieser ist von der mittleren Geschwindigkeit c der Gasmoleküle (cm/s bei 0°) und der mittleren freien Weglänge L (cm bei 0° und 760 Torr) wie folgt abhängig:

b) D i f f u s i o n s k o e f f i z i e n t v o n G a s e n u n d c

Gas b z w . D a m p f

L

cm/s

Äthylalkohol . . . . Äthylen Ammoniak Argon Benzol Helium Kohlendioxvd . . . Kohlenoxvd . . . . Luft .Methan

35440 45420 58270 38080 27220 120400 36250 45450 44690 60060

10"

Dämpfen. c

Gas b z w . D a m p f

Methylalkohol . . . Quecksilber . . . . Sauerstoff Schwefeldioxyd. . . Schwefelkohlenstoff. Schwefelwasserstoff. Stickstoff Wasserdampf. . . . Wasserstoff . . . .

215 345 441 635 138 1798 397 584 608 493

L 10s

cm/s

42490 17000 42510 30040 27560 41190 45430 56650 169200

327 217 647 290 201 375 599 404 1123

8. Zähigkeit von Gasen und Dämpfen, a) B e g r i f f . Die absolute Zähigkeit, innere Reibung oder Viskosität eines Gases oder einer Flüssigkeit bedeutet die Eigenschaft, der gegenseitigen Verschiebung der Moleküle einen Widerstand entgegenzusetzen. Die Zähigkeitszahl (Reibungskoeffizient) rj stellt die K r a f t dar, die der Bewegung einer Gas- oder Flüssigkeitsschicht von der Flächeneinheit (cm 2 ) dadurch entgegenwirkt, daß diese Schicht sich mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit 1 (cm/s) im Abstand 1 (cm) vor einer gleich großen ruhenden Schicht vorbeibewegt. Die Einheit der absoluten Zähigkeitszahl 7] ist daher 1 Dyn • cm~ 2 • s = 1 g • cm - " 1 • s^1 = 1 Poise (p). Der hundertste Teil der letzteren wird als 1 Zentipoise (cp) bezeichnet. Wasser bei 20° G besitzt eine Zähigkeitszahl 1,005 cp oder angenähert 1 cp. Bei Flüssigkeiten fällt die Zähigkeit mit steigender Temperatur ab, bei Gasen nimmt sie dagegen zu. Bei Gasen kann die Zähigkeitszahl r\ aus der kinetischen Gastheorie zu der Gleichung , , ö t]

—

k • J\

• c • l •

m

abgeleitet werden. Darin bedeuten k einen Faktor k = 0,3503, N die Molekülzahl je Raumeinheit, c die mittlere Molekülgeschwindigkeit, l die mittlere freie Weglänge und m die Masse der Moleküle. Bei strömungstechnischen Betrachtungen kommt nicht die absolute sondern die kinematische Zähigkeit v in Betracht, die als Quotient von absoluter Zähigkeit t] und Dichte d. (g/cm 3 ), v =

erhalten wird.

einzelnen ergeben sich folgende Dimensionen: C-G-S-System

Absolute Zähigkeit . . V Kinematische Zähigkeit V Dichte d

g e r n 1 s- 1 cm 2 s 1 g/cm 3

Technisches

Maßsystem

kg m 2 s m2 s 1 kg m 4 s2 3*

Im

— 36 — und gegenseitigen Beziehungen:

»techn

i ( ) d

Für die rechnerische Erfassung der Temperaturabhängigkeit der absoluten Zähigkeit der Gase hat sich die Formel von Sutherland auch für größere Temperaturbereiche gut bewährt. Diese l a u t e t :

T " H

+

27:!' /. 1

273) . C + T ,

in der C die Sutherlandsche Konstante darstellt. Für von der gewöhnlichen nur wenig abweichende Temperaturen (— 10 bis + 40°) besteht bei der absoluten Zähigkeit rj eine direkte geradlinige Temperaturabhängigkeit gemäß der Gleichung:

Vt = V o ( i ~ \ ~ ß t ) Durch Gleichsetzen der beiden letzten Gleichungen läßt sich ß hei 30° C aus der Sutherlandschen Konstante C wie folgt errechnen:

1

C , /303 l 1 ' 273 273 I _t_ \ 303 30

F ü r die Temperaturabhängigkeit der kinematischen zwischen — 10 und 40° gilt mit genügender Genauigkeit: worin

Zähigkeit

rt = v 0 ( l + ö t ) , ^ = ^+273+

27.3-+1'1099 ^ + 2 7 3 "

Bei Gasgemischen 1 ) läßt sich die absolute Zähigkeit im allgemeinen nicht nach der Mischungsregel errechnen, sondern nur die Gemische N 2 —0 2 , 0 2 —CO und 0 2 — C 0 2 zeigen eine lineare Abhängigkeit. Für die sonstigen Gemische sind Formeln aufgestellt worden, die jedoch bereits bei Gemischen von nur zwei Gasen sehr umfangreiche Ausdrücke darstellen. ') E i n z e l h e i t e n siehe Zipperer u n d M ü l l e r ; G W F 75, 623, 641, 660 (1l

40 60

0,0148 0,0137

°C

80 100

0,0130 0,0123

e) A b s o l u t e Z ä h i g k e i t ?] d e s W a s s e r s ( c m " 1 g s _ 1 ) . Temp. °C

0 20

Temp. °C

Temp. •C

0,0178 0,0101

40 60

0,0067 0,0047

80 100

0,0036 0,0030

f) A b s o l u t e Z ä h i g k e i t ^ v e r s c h i e d e n e r F l ü s s i g k e i t e n ( c m - 1 g s _ 1 ) . Flüssigkeit

Äthylalkohol

»

Athylbenzol Athylsulfid Ammoniak Anilin Benzin Benzol » Cyclohexan Diäthyläther

»

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

Glycerin Hexan Kohlensäure (flüssig) Kresol Merkaptan Methanol

«C 0 25 50 0 0 33,5 25 20 20 50 20 0 25 20 20 20 45 25 0

Flüssigkeit

1

0,0177 0,0108 0,0070 0,0087 0,0056 0,0025 0,0374 0,0052 0,0065 0,0042 0,0097 0,0029 0,0023 10,69 0,0033 0,0007 0,04 0,0021 0,0082

Methanol

»

Nitrobenzol Okt.an Paraffinöl Pentan Phenol Schwefelkohlenstoff . Terpentinöl Tetrachlorkohlenstoff Thiophen Toluol

»

Trichloräthvlen . . . o-Xvlol i) m-Xylol

»

p-Xvlol

"C

>i

25 50 25 20 20 20 25 0 0 0 0 0 20 25 0 20 0 20 20

0,0055 0,0040 0,0183 0,0054 1,02 0,0024 0,0850 0,0044 0,0225 0,0135 0,0087 0,0077 0,0059 0,0055 0,0110 0,0081 0,0081 0,0062 0,0065

B. Thermodynamische Eigenschaften. 9. Temperatur1) und Temperaturmessung2). a) T e m p e r a t u r f i x p u n k t e . Laut reichsgesetzlicher Regelung gilt in Deutschland für Temperaturangaben ausschließlich die hundertteilige thermodynamische Skale, die die Ausdehnung eines idealen Gases zugrunde legt. Dabei bilden in Übereinstimmung mit internationalen Übereinkommen mehrere bestimmte Festpunkte als Zahlenwerte die Grundlage. Diese sind folgende: 1. S a u e r s t o f f p u n k t . Siedetemperatur von flüssigem Sauerstoff bei 760 Torr — 182,97° Für etwas abweichende Drucke gilt die Beziehung: t9 = t760 + 0,0126 (p 760) — 0,0000065 (p — 760)2. 2. E i s p u n k t . Gleichgewichtstemperatur zwischen schmelzendem Eis und luftgesättigtem Wasser . . . 3. D a m p f p u n k t . 760 Torr

+ 0,000°

Siedetemperatur von Wasser bei + 100,000° 2

UP = ¿760 + 0,03 67 (p — 760) — 0,000023 (p — 760) ) 4. S c h w e f e l p u n k t .

Siedetemperatur von Schwefel

bei 760 Torr

+ 444,60° 2

(t* = «760 + 0,0909 (p — 760) — 0,000048 (p — 760) ) 5. bei S i l b760 e r pTorr unkt.

Schmelzpunkt von reinstem Silber + 960,5°

6. G o l d p u n k t . Schmelzpunkt von reinstem Gold bei 760 Torr

1063°

Im Temperaturbereich von — 190 bis + 650° wird die Interpolation zwischen den international festgelegten Festpunkten mittels eines Platin-Widerstandsthermometers vorgenommen, zwischen 650 und 1063° Vgl. Landoldt-Börnstein, 2. Ergänz.-Bd., S. 1149 (1931). ) Für Temperaturmessungen bei Abnahmeversuchen sind im J a h r 1936 »Regeln« erschienen. Bezugsquelle dieser Regeln: VDI-"Verlag, Berlin, Preis RM. 2.00. 2

— 40 — mittels eines Platin-Platinrhodium-Thermoelementes. Im letzteren Fall soll die elektromotorische Kraft zwischen 1063° und einer Bezugstemperatur von 0°C 10,30 ± 0,10 Millivolt betragen. Weitere Hilfsfixpunkte sind folgende: 1. Sublimationstemperatur des Kohlendioxyds bei 760 Torr t p = i760 + 0,01595 ( p — 760) — 0,000011 ( p — 760)2 2. Schmelztemperatur von Quecksilber 3. Umwandlungstemperatur von Natriumsulfat . . . 4. Siedetemperatur von Naphthalin t v = t 7 6 0 + 0,058 ( p — 760) (gültig für p = 750 bis 760 Torr) 5. Erstarrungstemperatur von Zinn 6. Erstarrungstemperatur von Kadmium 7. Erstarrungstemperatur von Zink 8. Erstarrungstemperatur von Antimon 9. Erstarrungstemperatur von Kupfer 10. Schmelztemperatur von Palladium 11. Schmelztemperatur von Platin 12. Schmelztemperatur von Wolfram

— 78,50° — 38,87° + .32,38° + 217,96°

+ + + + + + + +

231,85° 320,9° 419,45° 630,5° 1083° 1557° 1770° 3400°

Bei Temperaturen oberhalb 1063° (Goldpunkt) erfolgt die Temperaturbestimmung durch Messung des Intensitätsverhältnisses J / ' J A u der Strahlung des bei der Wellenlänge X sichtbaren Lichtes eines schwarzen Körpers bei der Temperatur t und der Temperatur des Goldpunktes gemäß der Beziehung ,

g

t

_ 1,432 / 1_ J a u ~ ~ T ' 1336"

1 ¿ + 273

wobei / • (t + 273) < 0,3 cm Grad sein muß. b) T e m p e r a t u r m e ß g e r ä t e . 1. F l ü s s i g k e i t s t h e r m o m e t e r . a) Quecksilberthermometer. Meßbereich von Thermometern aus Jenaer Normalglas von — 39 bis + 500°, aus geschmolzenem Quarzglas bis + 750°. K o r r e k t u r f ü r den h e r a u s r a g e n d e n F a d e n bei thermometern.

Quecksilber-

Wenn bei einem Thermometer aus Jenaer Normalglas, das eine Temperatur von t a ° C anzeigt, n Grade aus dem Gerät herausragen und die Skala eine mittlere Temperatur von tb° besitzt, so müssen infolge

—

41

—

des scheinbaren Ausdehnungskoeffizienten des Quecksilbers in Quarzglas von k = 0,00016 zu der abgelesenen T e m p e r a t u r 0,00016 n (t„ — tb) Grad hinzugezählt werden, um die wahre T e m p e r a t u r t, zu ermitteln.

t = ta + 0,00016 n (ta — tb). b) Für einfache Temperaturmessungen oder sehr tiefe Temperaturen verwendet man häufig Thermometer mit einer Füllung von gefärbtem Alkohol, Toluol (beide bis — 100°), Petroläther oder Pentan (beide bis — 200°).

2. G a s t h e r m o m e t e r bestehen aus einem zylindrischen Glas- oder seltener Metallgefäß, das mit Wasserstoff, Helium, L u f t oder Stickstoff gefüllt ist, das über eine Kapillare mit einem Quecksilbermanometer in Verbindung steht. Der Druck soll bei 0° 100 cm Quecksilber betragen. Die Eichung erfolgt bei 0 und 100°. 3. T h e r m o e l e m e n t e bestehen aus zwei mittels einer Lötstelle verbundenen Drähten aus verschiedenen Metallen. Beim Erhitzen der Lötstelle entsteht eine durch ein Millivoltmeter meßbare Potentialdifferenz (Thermokraft), indem bei dem geschlossenen Stromkreis die Verbindungen der Drahtenden mit dem Galvanometer (zumeist aus Kupfer) die kalt gehaltenen Nebenlötstellen darstellen. Die Thermok r a f t der einzelnen Metalle wird auf Platin als Normalmetall bezogen. Im einzelnen ergibt sich dabei folgende »thermoelektrische Spannungsreihe«: T h e r m o k r a f t verschiedener Metalle und Legierungen gegen P l a t i n f ü r e i n e n T e m p e r a t u r a b f a l l v o n + 1 0 0 auf 0 ° C . Konstantan (60 Cu, 40 Ni) Nickel Palladium Platin Blei Aluminium

Millivolt

+ 3,5 + 1,7 + 0,5 0 — 0,4 — 0,4

.Millivolt

Platin-Rhodium (90 Pt, 10 Rh) Manganin (84 Cu, 4 Ni, 12 Mn) Kupfer Silber Gold Eisen

— 0,6 — — — — —

0,65 0,7 0,75 0,75 1,5 bis — 1,9

Für jedes beliebige Leiterpaar ergibt sich die Thermokraft E aus dem Unterschied der oben angeführten Zahlen, beispielsweise für (^Konstantan-SilberC = 4,25 Millivolt. Als eichfähiges Normalthermoelement dient das Platin-Platin-RhodiumElement (Pt — 90 Pt, 10 Rh), dessen T h e r m o k r a f t E durch die Gleichung E = — 310 + 8,084 t + 0,00172 t2 ausgedrückt werden kann und in der t die T e m p e r a t u r der Lötstelle bedeutet, während die Kaltlötstellen auf 0° gehalten werden.

— 42 — 4. P y r o m e t e r in den verschiedensten Ausführungsformen beruhen auf der Messung der Strahlung eines glühenden Körpers, wobei die Messungen streng genommen nur für die Strahlung des »absolut schwarzen Körpers« gelten. Meßgenauigkeit moderner Geräte ± 5 bis 10°. Eine Schätzung der Temperatur allein nach der Glühfarbe des erhitzten Körpers ist ziemlich ungenau. Glühfarben von Stahl. Temp.-Bereich

Temp.-Bereich

•C

Glühfarbe

520—575 575—650 650—750 750—775

schwarzbraun braunrot dunkelrot dunkelkirschrot

°c

Glühfarbe

775— 800 800— 825 825— 875 875—1050

kirschrot hellkirschrot hellrot gelbrot

Temp.-Bereich °C

Glühfarbe

1050—1150 1150—1250 > 1250

dunkelgelb hellgelb weiß

A n l a ß f a r b e n von Stahl. Temp. ' C

Anlaßfarbe

T e m p . °C

Anlaßfarbe

Temp. °C

Anlaßfarbe

200 220 240 250

weiß strohgelb ocker gelbrot

260 270 280 290

braunviolett purpur violett dunkelblau

300 310 320

hellblau graublau graugrünlich

5. S e g e r k e g e l sind kleine dreiseitige Pyramiden von 6 cm Höhe aus Gemischen von Feldspat, Ton und Quarz, deren Zusammenschmelzen beobachtet wird. Als Endtemperatur gilt der Augenblick des Berührens der Kegelspitze auf der Unterlage. S c h m e l z t e m p e r a t u r e n d e r S e g e r k e g e l (KSP.) in °C (in möglichst neutraler Ohmatmosphäre). Sk.-Nr. KSP.

022 600

021 650

020 670

019 690

018 710

017 730

016 750

015a 790

014a 815

013a 835

Sk.-Nr. KSP.

012a 855

011a 880

010a 900

09a 920

08a 940

07a 960

06a 980

05a 1000

04a 1020

03a 1040

Sk.-Nr. KSP.

02a 1060

01a 1080

la 1100

2a 1120

3a 1140

4a 1160

5a 1180

6a 1200

7 1230

8 1250

Sk.-Nr. KSP.

9 1280

10 1300

11 1320

12 1350

13 1380

14 1410

15 1435

16 1460

17 1480

18 1500

Sk.-Nr. KSP.

19 1520

20 1530

26 1580

27 1610

28 1630

29 1650

30 1670

31 1690

32 1710

33 1730

Sk.-Nr. KSP.

34 1750

35 1770

36 1790

37 1825

38 1850

39 1880

40 1920

41 1960

42 2000

—

— 43 c) T h e r m o k r ä f t e v e r s c h i e d e n e r T h e r m o e l e m e n t e in M i l l i v o l t (nach Heraeus). Elementenpaar Temp. •C

KupferKonstantan

SilberKonstantan

EisenKonstantan

Chromnickel-Konstantan

NickelNickelchrom

20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

0,00 3,45 8,35 13,80 19,75 26,15 32,95

0,00 3,45 8,35 13,80 19,75 26,15 32,95

0,00 4,25 9,75 15,25 20,85 26,50 32,20

0,00 4,40 10,60 17,40 24,90 32,50 40,10

0,00 3,25 7,30 11,40 15,50 19,80 24,05 28,30 32,20 .36,45 40,65 44,80 48,95

0,00 2,36 6,04 10,10 14,56 19,22 24,22 29,36 34,58 39,85 44,98 50,03 54,08 59,88

0,00 0,53 1.31 2,20 3.14 4.10 5.11 6.15 7,22 8.32 9,45 10,62 11,81 13,00 14,19 15,37 16,55

± 1,5 %

± 1,5%

- L 1 5°'o

± 1,6 %

±0,8%

±0,5%

±0,3%

max. Abweichung vom Normal wert

Pallaplat1)

PlatinPlatinrhodium2)

') Plusschenkel 95°;. Platin -j- 5°/0 R h o d i u m , Minusschenkel 50»/, Palladium + 50V, Gold. 5 ) P l u s s c h e n k e l 90"/ o P l a t i n + 10° 0 R h o d i u m , Alinusschenkel P l a t i n .

Mittels Thermoelementen wird nicht die wirkliche Temperatur sondern nur der Temperaturunterschied zwischen der Lötstelle des Elements und seinen freien Enden bzw. seinen Anschlußklemmen gemessen. Diese »Kaltstellen« sollen tunlichst auf 20° gehalten werden. Wenn dies infolge der Kürze des Thermoelements oder aus anderen Gründen unmöglich ist, sind an die Drahtenden entweder Ausgleichsleitungen (aus dem gleichen Metall) anzuschließen oder es sind entsprechende Temperaturberichtigungen erforderlich. Wenn beispielsweise bei einer Temperatur der Lötstelle von 1000° die Klemmentemperatur an Stelle von 20° 80° beträgt, so zeigt das Ablesegerät nicht 1000° sondern 80—20 = 60° weniger, mithin nur 940° an. Zu der abgelesenen Temperatur müssen daher 60° hinzugezählt werden. Das gleiche gilt im umgekehrten Sinne für tiefere Temperaturen als + 20°. Diese Berichtigung kann in Fortfall gebracht werden, wenn das Anzeigegerät vor Beginn der Messung mittels der hierfür angebrachten Stellschraube auf die Temperatur der freien Enden eingestellt wird. Wenn dies unmöglich ist, gilt als Regel, daß bei Edelmetall-Elementen nur der halbe Unterschied, bei Nickel-Chromnickel- und Eisen-Elementen dagegen der gesamte Temperaturunterschied abzuziehen bzw. zuzuzählen ist.

10. Joule-Thomson-Effekt. a) B e g r i f f . Die Temperaturänderung, die ein Gas beim Strömen durch eine Drosselstelle ohne Wärmezu- oder -ableitung unter Druckverminderung erfährt, wird als Joule-Thomson-Effekt bezeichnet. Der »differentiate« Joule-Thomson-Effekt a{ bedeutet dabei das Verhältnis von einer unendlich kleinen Temperaturänderung zu einer unendlich kleinen Drucksenkung:

unter der Voraussetzung, daß bei der E n t s p a n n u n g durch Drosselung der Wärmeinhalt des Systems gleich bleibt. Unter praktischen Verhältnissen wird mit dem differentialen Joule-Thomson-Effekt die Temperaturänderung in °C ausgedrückt, die bei einer Senkung des Gasdruckes u m 1 at eintritt. Bei einer E n t s p a n n u n g über einen größeren Druckbereich wird die stattfindende Temperaturänderung als »integraler« Joule-Thomson-Effekt bezeichnet. Rechnerisch läßt sich die Temperaturänderung A t eines Gases bei bekannter spezifischer Wärme CB und bekanntem Ausdehnungskoeffizienten v für die Druckänderung Ap aus der Summe von innerer und äußerer Arbeit berechnen. Thermodynamisch gilt:

Unter Zugrundelegung der van der Waals'schen Zustandsgieichung bei Ersatz der Konstanten a, b und R durch die kritischen Daten erhält man ferner mit genügender Annäherung

Bei einem differential kleinen Druckabfall ergibt sich ferner die Inversionstemperatur T.t zu Tt = | 18 • Tk. b) J o u l e - T h o m s o n - E f f e k t v e r s c h i e d e n e r G a s e b e i 0° C. °C/at Druck in at

Luft Kohlendioxyd . Sauerstoff . . .

0

10

20

-10

60

80

100

0,28 1,20 0,33

0,27 1,31 0,32

0,26 1,43 0,31

0,24 1,46 0,29

0,23 — 0,27

0,21 — 0,26

0,19 — 0,24

Joule-Thomson-Effekt von L u f t für — 175 bis + 10° und für 0 bis 210 at siehe H. Hausen, Forschungsarb. VDI 1926, Heft 274.

— 45 — 11. Wärmeausdehnung. a) B e g r i f f . Bei der Erwärmung eines Stabes von der Länge l0 bei 0° auf t° C erfährt dieser eine Ausdehnung auf l t . lt

=

l

0

( l

+

ß l ) .

Der lineare Ausdehnungskoeffizient ß ist für die einzelnen Stoffe verschieden groß. Für einen Würfel mit der Kantenlänge l 0 beträgt die räumliche Ausdehnung lt3 = 1* (1 ßt f , oder mit großer Annäherung (da ß2 und ßz sehr kleine Größen darstellen) l t

—

lo

(1 +

3 /Si)

oder allgemein für einen festen oder flüssigen Körper üt = » 0 ( l + 3 ß t ) . b) L i n e a r e A u s d e h n u n g f e s t e r Stoff

Temp.Bereich »C

•

Temp.Bereicli »C

Stoff

l o6

Aluminium . . . . 0—100 23,7 » . . . . 0—300 25,7 » . . . . 0—500 27,4 Bakelit 29,5 0—100 Blei 28,9 0—100 1) (flüssig) . . . 350 127 Bronze 0—100 15—18 Chromit 10,5 0—1500 Eis 50,7 —10—0 Eisen, rein (a) . . 11,7 0—100 22,2 » , » ( y ) • • 900—1000 Fluß12,0 0—100 » 14,1 0—500 Flußstahl . . . . 11,7 0—100 13,8 » . . . . 0—500 Eisen, Guß- . . . 10,4 0—100 12,8 » , » . . . 0—500 12,2 » , Schweiß- . . 0—100 14,0 » , » 0—500 9,3—9,8 (¡las, Thüringer . . 0—100 » , Jenaer 1565 I I I 0—100 3,45 Gold 14,3 0—100 Hartgummi . . . . 60—70 0 80—90 » . . . 30 Holz, Eiche . . . 4,9 0—35 54,5 0—35 » , » _i_ . . 5,4 » , Fichte . . 0—35 34,0 » , » J_ . . 0—35 3,7 » . Tanne . . 0—35 54,4 » . » _L . . 0—35 12,5 Kobalt 0—100 Kohlenstoff, Dia1,32 mant 50 » , Graphit 20—100 1,9—2,9

Stoffe.

Konstantan

»

Kupfer

. . .

. . .

»

Magnesia Mangan Marmor Marquardmasse . .

»

Messing » Neusilber

»

Xickelstahl Paraffin Platin

. .

. . . .

»

Porzellan, Berlin . » , » » , Meißen . » , » Pythagorasmasse .

»

Quarz, geschm. . . Quarzglas . . . . Silber

»

Siliciumkarbid . Sillimanit . . . Tonerde, geschm. Wachs Wolframdraht. . Zink Zinn

. . . .

,i

•

•!()•

0—100 15,2 0—500 16,8 16,2 0—100 0—500 18,1 0—1200 12,6 0—100 22,8 15—100 11,7 0—600 5,1 0—1200 6,1 0—100 19,0 0—500 21,6 0—100 18,4 0—100 13,0 16,8 0—1000 0 5—12 0—15 190 0—100 9,0 10,2 0—1000 0—600 5,0 0—1200 5,9 0—600 3,9 0—1200 4,7 0—600 4,7 0—1200 5,7 0—500 5,4 0—1000 4,8 0—100 19,7 0—800 22,1 0—900 4,7 0—900 4,8 0—900 7,1 20 200—300 0—100 4,4 0—100 16,5 0—100 26,5

— 46

—

c) L i n e a r e r A u s d e h n u n g s k o e f f i z i e n t der v e r s c h i e d e n e n M o d i f i k a t i o n e n der K i e s e l s ä u r e . (Nach Travers und de Golonbinoff, Rev. de Metall. 1926, 28.)

5«

f

0

100

200

300

WO

SCO

600

700

800

900

1000°C

—— Temperatur Abb. 3.

d) M i t t l e r e r

linearer W ä r m e a u s d e h n u n g s k o e f f i z i e n t feuerf e s t e r S t e i n e z w i s c h e n 2 0 u n d 1000°. (Nach Schulz und Kanz, Stahl u. Eisen 52, 18, 1932.)

Steinmaterial

Schamottesteine, quarzfrei ,, handelsübl. Quarzschamottesteine . . . Silikasteine Quarzschiefersteine Magnesitsteine Magnesiamasse

Grenzwerte

4,40 5,51 4,99 12,72 18,29 13,74 13,86

— — — — — — —

5,096,81 • 6,2915,41 • 18,65 • 14,53 • 14,48 •

10"6 10"6

KT6

10"6 10"6 10"6 10"s

Steinmaterial

Grenzwerte

Chromitsteine . Bauxitseine . . Korundsteine . Sillimanit. . . Zirkonsteine. . Karborundumsteine . . .

7,27 — 9,08 10 - « 5,19 — 6,51 10"-6 5,58 — 7,03 10"-ß 4,93 10 -6 5,01 — 5,66 10"-6 4,37 — 5,42 io-

e) A u s d e h n u n g s k o e f f i z i e n t v o n F l ü s s i g k e i t e n b e i 20°. Äthylalkohol. . Äthyläther. . . Benzin . . . . Benzol . . . . Erdöl Glyzerin.... Methanol . . . Oktan Paraffinöl . . . Pentan . . . .

0,00110 0,00160 0,0012 — 0,0016 0,00125 0,00065 — 0,0012 0,00050 0,00115 0,00112 0,00076 0,00159

Petroleum Quecksilber Schmieröl Schwefelkohlenstoff . . Schwefelsäure (96 °/ 0 ig) Steinkohlenteer . . . . Terpentinöl Tetrachlorkohlenstoff . Tetralin Wasser

0,00090 — 0,0010 0,000181 0.C0060 — 0,00070 0,0012 0,00055 0,0005 — 0,0007 0,00100 0,00123 0,00078 s. S. 18

— 47 — 12. Sättigungsdruck (Dampfdruck). a) B e g r i f f . Der Sättigungsdruck eines Stoffes stellt den Druck dar, den der Dampf desselben im Sättigungszustand bei einer gegebenen Temperatur besitzt. Der Sättigungsdruck ist nur von der Temperatur, nicht dagegen von dem Drucke der Atmosphäre abhängig. Mathematisch kann der Verlauf des Sättigungsdruckes über ein größeres Temperaturgebiet durch die Dampfdruckformel von van der Waals

ausgedrückt werden, in der pk und Tk den kritischen Druck bzw. die kritische Temperatur bedeuten. Häufig, vor allem in den Vereinigten Staaten, wird ferner der Sättigungsdruck auch durch die Formel von Rankine p— A — ~ mathematisch dargestellt. Konstanten.

C • log T

In dieser bedeuten A, B und C empirische

Für die Sättigungsdrucke der beiden Bestandteile A und B eines Zweistoffgemisches gilt das P l a n k sehe Gesetz: x P P

M,

=

x +

y X

Darin bedeuten: p den Dampfdruck des Bestandteils A in P den Dampfdruck des Bestandteils A in gleicher Temperatur, x die Menge des Bestandteils A in %, y die Menge des Bestandteils B in % (y M1 das Molekulargewicht des Bestandteils M2 das Molekulargewicht des Bestandteils

der Lösung, reinem Zustand bei

= 100 — x), A, B.

Voraussetzung für die Gültigkeit des P l a n k sehen Gesetzes ist ein gegenseitige Löslichkeit der beiden Bestandteile in jedem Mischungsverhältnis. Ferner dürfen diese keine Molekularassoziation aufweisen.

— 48 — b) S ä t t i g u n g s d r u c k d e s W a s s e r d a m p f e s in Torr. (Nach Holborn, Scheel und Henning, Wärmetabellen, Braunschweig 1919.) Grade

Zehntelgrade ,0

,1

,2

,3

,4

>5

,6

,7

,8

•9

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

mm

0 1 2 3 4

4,579 4,926 5,294 5,685 6,101

4,613 4,962 5,332 5,752 6,144

4,647 4,998 5,370 5,766 6,187

4,681 5,034 5,408 5,807 6,230

4,715 5,070 5,447 5,848 6,274

4,750 5,107 5,486 5,889 6,318

4,785 5,144 5,525 5,931 6,363

4,820 5,181 5,565 5,973 6,408

4,855 5,219 5,605 6,015 6,453

4,890 5,256 5,645 6,058 6,498

5 6 7 8 9

6,543 7,013 7,513 8,045 8,609

6,589 7,062 7,565 8,100 8,668

6,635 7,111 7,617 8,155 8,727

6,681 7,160 7,669 8,211 8,786

6,728 7,209 7,722 8,267 8,845

6,775 7,259 7,775 8,323 8,905

6,822 7,309 7,828 8,380 8,965

6,869 7,360 7,882 8,437 9,025

6,917 7,411 7,936 8,494 9,086

6,965 7,462 7,990 8,551 9,147

10 11 12 13 14

9,209 9,271 9,333 9,844 9,910 9,976 10,518 10,588 10,658 11,231 11,305 11,379 11,987 12,065 12,144

9,395 10,042 10,728 11,453 12,223

9,521 9,458 10,109 10,176 10,799 10,870 11,528 11,604 12,302 12,382

9,585 10,244 10,941 11,680 12,462

9,649 10,312 11,013 11,756 12,543

9,714 10,380 11,085 11,833 12,624

9,779 10,449 11,158 11,910 12,706

15 16 17 18 19

12,788 12,870 12,953 13,037 13,634 13,721 13,809 13,898 14,530 14,622 14,715 14,809 15,477 15,575 15,673 15,772 16,477 16,581 16,685 16,789

13,121 13,987 14,903 15,871 16,894

13,290 14,166 15,092 16,071 17,105

13,375 14,256 15,188 16,171 17,212

13,461 14,347 15,284 16,272 17,319

13,547 14,438 15,380 16,374 17,427

20 21 22 23 24

17,535 18,650 19,827 21,068 22,377

17,644 17,753 17,863 17,974 18,085 18,197 18,309 18,422 18,765 18,880 18,996 19,113 19,231 19,349 19,468 19,587 19,948 20,070 20,193 20,316 20,440 20,565 20,690 20,815 21,196 21,324 21,453 21,583 21,714 21,845 21,977 22,110 22,512 22,648 22,785 22,922 23,060 23,198 23,337 23,476

18,536 19,707 20,941 22,243 23,616

25 26 27 28 29

23,756 25,209 26,739 28,349 30,043

23,897 24,039 25,359 25,509 26,897 27,055 28,514 28,680 30,217 30,392

24,182 25,660 27,214 28,847 30,568

24,326 25,812 27,374 29,015 30,745

24,471 25,964 27,535 29,184 30,923

24,617 26,117 27,696 29,354 31,102

24,764 26,271 27,858 29,525 31,281

24,912 26,426 28,021 29,697 31,461

25,060 26,582 28,185 29,870 31,462

30 31 32 33 34

31,824 33,695 35,663 37,729 39,898

32,007 33,888 35,865 37,942 40,121

32,376 34,276 36,272 38,369 40,569

32,561 32,747 34,471 34,667 36,477 36,683 38,584 38,801 40,796 41,023

32,934 34,864 36,891 39,018 41,251

33,122 35,062 37,099 39,237 41,480

33,312 35,261 37,308 39,457 41,710

33,503 35,462 37,518 39,677 41,942

32,191 34,082 36,068 38,155 40,344

13,205 14,076 14,997 15,971 16,999

— 49 Zehntelgrade

irai ,1

,2

,3

,4

>5

mm

mm

mm

,6

,7

,8

mm

mm

mm

mm

mm

35 36 37 38 39

42,409 44,808 47,324 49,961 52,725

42,644 45,054 47,582 50,231 53,009

42,880 43,117 £3,355 45,301 45,549 45,799 47,841 48,102 48,364 50,202 50,774 51,048 53,294 53,580 53,867

43,595 43,836 44,078 46,050 46,302 46,556 48,627 48,891 49,157 51,323 51,600 51,879 54,156 54,446 54,737

41) 41 42 43 44

55,61 58,65 61,82 65,14 68,61

55,91 58,96 62,14 65,48 68,97

56,21 59,27 62,47 65,82 69,33

56,51 59,58 62,80 66,16 69,69

56,81 59,90 63,13 66,51 70,05

57,11 60,22 63,46 66,86 70,41

57,41 60,54 63,79 67,21 70,77

57,72 60,86 64,12 67,56 71,14

45 46 47 48 49

72,25 76,04 80,00 84,13 88,46

72,62 76,43 80,41 84,56 88,90

72,99 76,82 80,82 84,99 89,34

73,36 77,21 81,23 85,42 89,79

73,74 77,60 81,64 85,85 90,24

74,12 78,00 82,05 86,28 90,69

74,50 78,40 82,46 86,71 91,14

74,88 78,80 82,87 87,14 91,59

50 51 52 53 54

92,97 97,68 102,59 107,72 113,05

93,43 98,16 103,10 108,24 113,59

93,89 98,64 103,60 108,76 114,14

94,36 99,13 104,11 109,29 114,69

94,82 99,62 104,62 109,82 115,24

95,29 100,11 105,13 110,35 115,80

95,77 100,60 105,64 110,89 116,36

96,24 101,10 106,16 111,43 116,92

55 56 57 58 59

118,60 124,40 130,44 136,72 143,27

119,16 124,99 131,06 137,36 143,94

119,73 125,58 131,68 138,01 144,61

120,31 126,18 132,30 138,66 145,28

120,89 126,78 132,92 139,31 145,96

121,47 127,38 133,55 139,96 146,64

122,05 127,99 134,18 140,62 147,32

122,63 128,60 134,81 141,28 148,00

60 61 62 63 04

150,07 157,15 164,52 172,16 180,11

150,77 157,87 165,27 172,94 180,92

151,47 158,59 166,02 173,73 181,74

152,17 159,32 166,78 174,52 182,56

152,87 160,06 167,54 175,31 183,38

153,58 160,80 168,30 176,10 184,20

154,29 161,58 169,07 176,90 185,03

155,00 162,28 169,84 177,70 185,86

65 00 07 OS 09

188,38 196,96 205,87 215,11 224,71

189,22 197,84 206,78 216,06 225,69

190,06 190,91 191,77 198,72 199,60 200,48 207,69 208,61 209,53 217,01 217,96 218,91 226,67 227,66 228,65

192,63 201,37 210,45 219,87 229,65

193,49 202,26 211,37 220,83 230,65

194,35 203,16 212,30 221,79 231,65

70 71 72 73 74

234,7 245,0 255,7 266,8 278,4

235,7 246,0 256,8 268,0 279,5

236,7 247,1 257,9 269,1 280,7

239,8 250,3 261,2 272,6 284,3

240,9 251,4 262,3 273,7 285,5

241,9 252,4 263,5 274,9 286,7

B

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Teildruck

o

1)

15 20

—

Ammoniak über wässerigen l ö s u n g e n (Torr).

•

3

7

8

8 10

10 12,5 15,5

12 15

20

25 30 40

24,5 31

50

46

19,5

4 10

12,5

12,5 16

16

15 19

20,5

25

26 33,5

32,5 41

42,5 53

51,5 67

21

26 33

20,5 34 42,5

40

65

70

95

83 122

7

6

T>

103 151

8

10

12

14

16

— —

n-Pentan

20 10 0

68,8 114,3 183,2

10

281,8 420,2 610,9 873

20 30 40 50 60 70 80 90

1193 1605 2119 2735 —

100

—

110 120

— —

n-llexan

48,5 60

59

71

77,5 100

75 97 124

91 118

18

21,5

29,5

38,5

27,5

37

35,5

48

47,5 62

39

45,5

61

81

49,5 64

58,5 75

78 99

103 131

128 161

156 195

150 188 234

162 244 360

200 302

246 368

295 455

440

550

81 124

95

124

146

181

215

193 284

n-Oktan

Benzol

14,1 25,9

—

18

23 30

k) S ä t t i g u n g s d r u c k e v e r s c h i e d e n e r S t o f f e Temp. "0

Ammoniak-

A m m o n i a k g e h a l t d e r L ö s u n g in » »> » »> »>

Gase

Gasart

Äthan Propan Butan Äthylen Propvlen Butadien Olgas (Blaugas) Ruhrgasol Chlormethvl Chloräthvl

für

200 atü

verflüssigte Prüfdruck

95 25 12 225 35 10 190 45 16 10

at » » » » » » » » »

Für permanente Gase beträgt der P r ü f d r u c k bei gewöhnlichen Stahlflasehen 225 at, bei Leichtstahlflaschen 300 at.

—

r) N u t z i n h a l t

von

62

Stahlflaschen flüssigte

Gas

—

für v e r d i c h t e t e

und

ver-

Gase. Fiaschengewicht

Betriebsdruck

Rauminhalt

Leergewicht

Gasinhalt entspannt

at

1

kg

m3

40 40 50 40 40 52

75 75 54 75 78 30

6 6 10 6 5,5 22,1 kg

12,5 i) 12,5 5,4 !) 12,5 14,2 J ) 1,36 2 )

4,1 3 1,3 1.3 1,0 0,28

30 75

28 50 12 55

15 » 30 ») 13 » 45 »

1,86 2 ) 1,67 2 ) 0,93 2 ) 1,22 2 )

0,38 0,35 0,13 0,11

Wasserstoff S t a d t g a s (alte Flasche) » (Leichtflasche) Methan Azetylen (gelöst) . . . Propan (Deurag) . .

150 150 200 150 15 25 (Probedruck) P r o p a n (I.G.) . . . . 1 25 » . . . . |(Probedruck) » B u t a n (Frankreich) . — Ruhrgasol 65 (Probedruck)

—

75

') kg/m'Cas bzw. kg'1000 kcal *)kg/kglias

M a ß e von L e i c h t - S t a h l f l a s c h e n für die A u s r ü s t u n g Kraftwagen mit Antrieb durch Stadtgas, Klärgas andere hochverdichtete Gase. (Auszug aus DIN-Entwurf Kr. 3380.) Rauminhalt 1

Außendurchmesser mm

Länge') mm

53 110 150 230

229 321 368 394

1610 1720 1800 2400

Wanddicke mm

5,75 8,0 9,25 10,0

von und

Leergewicht kg

62 136 192 281

>) Die F l a s c h e e i n s c h l i e ß l i c h V e n t i l ist e t w a 100 m m l ä n g e r .

Werkstoff: Flußstahl von 90 bis 105 kg/mm 2 Festigkeit, 77 kg/mmMindestdruckgrenze und 14 °/0 Mindestbruchdehnung (ö5).

s) F e s t g e l e g t e r F a r b a n s t r i c h f ü r

Stahlflaschen.

Sauerstoff

blau

sonstige brennbare Gase

rot

Stickstoff

grün

sonstige nichtbrennbare Gase

grau

Azetylen

gelb

Zur äußeren Kennzeichnung ihres Inhalts genügt bei einem grauen Grundanstrich auch ein ausreichend breiter Farbring in der vorgeschriebenen Kennfarbe an einer gut sichtbaren Stelle des Behälters.

63

—

13. Spezifische Wärme. a) B e g r i f f . Die spezifische W ä r m e eines Stoffes ist eine u n b e n a n n t e Zahl, die angibt, wievielmal m e h r W ä r m e dieser bei der T e m p e r a t u r t zur E r w ä r m u n g u m 1° C benötigt als die gleiche Gewichtsmenge Wasser bei 15° C. Die Angabe der spezifischen W ä r m e c erfolgt zumeist je Gewichts- oder Volumeneinheit (kcal/kg, °C, k c a l / N m 3 , °C) oder auch als molare spezifische W ä r m e C (kcal/kmol °C). S p e z i f i s c h e W ' ä r m e b e i k o n s t a n t e m D r u c k cp u n d b e i k o n s t a n t e m V o l u m e n cv. W e n n einem Stoff W ä r m e z u g e f ü h r t wird, so wird im allgemeinen nicht die gesamte W ä r m e m e n g e dazu v e r w e n d e t , um dessen T e m p e r a t u r zu erhöhen, sondern ein Teil derselben wird zu seiner räumlichen A u s d e h n u n g v e r b r a u c h t , wobei gegen den äußeren Druck Arbeit geleistet wird. Nur bei E r w ä r m u n g u n t e r k o n s t a n t e m Volumen fällt dieser A r b e i t s v e r b r a u c h fort. Man m u ß d a h e r zwischen der spezifischen W ä r m e bei k o n s t a n t e m Druck cp und bei k o n s t a n t e m Volumen cv unterscheiden, wobei stets cp > cv ist. Bei festen und flüssigen Stoffen ist die W ä r m e a u s d e h n u n g so gering, daß zwischen cp und c v praktisch kein Unterschied besteht. Bei allen idealen und realen Gasen b e t r ä g t dagegen die A u s d e h n u n g je Grad 1 / 2 7 3 des Volumens bei 0° (vgl. S. 81). Die äußere A u s d e h n u n g s a r b e i t ergibt sich daher f ü r 1 Mol je Grad zu p • v/273 = R und d a m i t zu CB — Cv — R = 1,987 kcal/Mol. Nach der kinetischen Theorie der Materie ist die spezifische W ä r m e idealer Gase bei k o n s t a n t e m Volumen a b h ä n g i g v o n der Zahl der Frei1 1 R heitsgrade, wobei jeder derselben den E n e r g i e b e t r a g ^ k T = y T aufn i m m t (R = G a s k o n s t a n t e , T = absolute T e m p e r a t u r und .V = Molekülzahl im Mol). Bei einatomigen Gasen ist jedes A t o m nach sämtlichen drei K o o r d i n a t e n r i c h t u n g e n frei beweglich. Da die molare spezifische W ä r m e bei k o n s t a n t e m Volumen C v f ü r jeden Freiheitsgrad so1 3 m i t \y R b e t r ä g t , folgt f ü r einatomige Gase Cv = ^ R- Bei zweiatomigen Gasen k o m m e n außer diesen drei Bewegungsmöglichkeiten noch zwei Rotationsbewegungen u m die beiden Achsen, die senkrecht auf seiner Symmetrieachse stehen, hinzu, so daß zweiatomige Gase insgesamt fünf Freiheitsgrade aufweisen.

Bei diesen gilt somit Cv =

R.

Bei

einem Gas mit m e h r als zwei A t o m e n im Molekül ist dessen Lage im R a u m neben den drei S c h w e r p u n k t s k o o r d i n a t e n eindeutig erst durch die drei Winkel entsprechend der R o t a t i o n u m die drei Achsen bes t i m m t . Es weist also sechs Freiheitsgrade auf u n d somit gilt Cv = R.

— 64 — Verhältnis von CJCV. Aus der kinetischen Theorie der Materie ergibt sich ferner, daß, wenn sämtliche dem Gasmolekül zugeführte Energie nur für die Wärmebewegung der Moleküle verbraucht wird, das Verhältnis CP/CV einen Höchstwert 5/3 = 1,667 annimmt. Dies gilt mit großer Annäherung für einatomige Gase. Bei zweiatomigen idealen Gasen beträgt CJCV 1,40, bei mehratomigen Gasen 1,34. Die spezifischen W ä r m e n sind ferner abhängig von der Temperatur und dem Druck. Man h a t daher zwischen der wahren spezifischen W ä r m e c bei einer gegebenen Temperatur und der mittleren spezifischen W ä r m e cm, die das Mittel der spezifischen W ä r m e n zwischen einer bestimmten Temperatur und einer Bezugstemperatur (zumeist 0° C) darstellt, zu unterscheiden (vgl. die Zahlentafeln auf S. 66 und 68). In diesen Zahlentafeln 1 ) sind die wahren und mittleren spezifischen W ä r m e n sämtlicher technisch wichtiger Gase je N m 3 bei konstantem Druck für p = 0 at abs zusammengestellt. Die Unterschiede in den spezifischen W ä r m e n bei p = 0 at abs und p = 1 at abs sind bei den zweiatomigen Gasen so gering, daß sie vernachlässigt werden können. Bei den mehratomigen Gasen und Dämpfen, wie Methan, Kohlendioxyd und Wasserdampf liegen deren Teildrucke in den praktisch vorkommenden Fällen im allgemeinen näher bei 0 als bei 1 a t abs, so daß auch bei diesen Gasen diese Zahlentafeln mit genügender Genauigkeit Anwendung finden können. Für die Umrechnung der spezifischen W ä r m e n cPa vom Druck p = 0 at abs. auf den Druck von 760 Torr gilt nach Eucken 2 ) die Beziehung

e

" = e'--A-r!(y^ldP

(1

>

0 Mit ausreichender Genauigkeit kann m a n jedoch auch die einfache Zustandsgieichung in der Form p•V = R • T + B •p (2a) in der '•> bedeutet, zugrunde legen.

(2b)

Man erhält daraus

Cy, = C,,„ — T

dT2

-p

(3)

Für die mittlere spezifische Wärme gilt entsprechend der Zuschlag T

]r

!

)jc 273

l t

.dT

] ) GVVF 78, 637 (1935). -) » G r u n d r i ß d e r p h y s i k a l i s c h e n Chemie«, L e i p z i g 1934, 4. Aufl., S. 99.

(4)

—

65

—

Der E i n f l u ß eines mäßigen Druckes bei mittleren und hohen Temperaturen auf die Größe der spezifischen W ä r m e k a n n im allgemeinen vernachlässigt werden. Die E r h ö h u n g derselben b e t r ä g t f ü r den Übergang von 0 auf 1 a t bei zweiatomigen Gasen n u r etwa 0,1%, bei Kohlendioxyd 0,3%. E t w a s höher ist sie bei D ä m p f e n und beziffert sich bei Wasserdampf f ü r 270° beispielsweise auf u n g e f ä h r 2 % . Zuweilen ist es erwünscht, die T e m p e r a t u r a b h ä n g i g k e i t der spezifischen W ä r m e n , vor allem der mittleren spezifischen W ä r m e n , wie beispielsweise f ü r die Aufstellung von Näherungsformeln zur Berechn u n g der G r e n z t e m p e r a t u r von Gasen in möglichst einfache Formeln zu fassen. F ü r Kohlendioxyd, Wasserdampf und Stickstoff gelten über einen größeren Temperaturbereich mit Abweichungen von nicht mehr als + 0 , 7 % u n t e r Zugrundelegung der in der nachfolgenden Zahlentafel a n g e f ü h r t e n W e r t e folgende Gleichungen: a)

Kohlendioxyd: Cpw( , (h

= 0,487 + 0,000045«

(1000—2200°) . . . (5a)

c.p,ii&h = 0,539 + 0,000021 Cp ,„ c02

= 0,639

(2000—3000°) . . . (5b)

120

(1200—2200°) . . . (5c)

1

t

140 c p „ C02 = 0,649 — ^

(1600-3000°)

t

b)

. . . (5d)

Wasserdampf: C p ,„ Hj0 = 0,363 + 0,000051

(1200—2200°) . . . (6a)

Cp„Ht0=

(1600—2800°) . . . (6b)

Cp ,„ Hi0

0,382 + 0,00004 i

- 0,519 —

120 ( 1 t

2

200 c p „, Hi0 = 0,561 — - ^ t

0

0

-

2000°) . . . (6c)

(1800—2800°) . . . (6d)

c) S t i c k s t o f f :

Brückner,

CpwIf
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£5 ^ ° •>

» 92—22°

Cj, 220

0,395

0,370

c

Benzolvorprodukt aus aromatischem Benzolwaschöl . . . . Benzolvorprodukt aus aliphalischem Benzolwaschöl . . . . Motorenbenzol 1 . . . Motorenbenzol 2. . . Solventnaphtha . . . Leiehtöl Mittelöl (41,5 ° 0 Naphthalin)

0,395 0,402 0,401 0,413

0,402 0,383 0,355 0,362 0,365

0,589

0,360

—

14.

1936.) i>„, 92—22° 0,413~ 0,414

c

Rohteer Steinkohlenteeröl . . Benzolwaschöl, angereichert (aromatisch) Benzolwaschöl, abgetrieben (aromatisch) Benzolwaschöl, angereichert (aliphatisch) Benzolwaschöl, abgetrieben (aliphatisch)

Cß2c> 0,405 0,407

0,365

0,361

0,350

0,350

—

0,452

—

0,441

Wärmeübertragung.

D e r A u s d r u c k W ä r m e ü b e r t r a g u n g u m f a ß t all die E r s c h e i n u n g e n , die f ü r die Ü b e r f ü h r u n g einer W ä r m e m e n g e v o n e i n e m M e d i u m a u f ein z w e i t e s m a ß g e b l i c h sind. Die W ä r m e ü b e r t r a g u n g wird d a h e r u n t e r t e i l t in W ä r m e l e i t u n g , W ä r m e ü b e r g a n g , W ä r m e d u r c h g a n g u n d W ä r m e strahlung. a)

Wärmeleitung.

D i e W ä r m e l e i t z a h l 1 ist d i e j e n i g e W ä r m e m e n g e , die in der Z e i t e i n h e i t d u r c h den Q u e r s c h n i t t v o n 1 m 2 f l i e ß t , w e n n s e n k r e c h t zu d i e s e m

— 75 — Querschnitt das Temperaturgefälle von 1° je I m herrscht; sie hat im technischen Maßsystem die Dimension kcal/m Ii 0 C. Praktisch bestimmt wird zumeist das Temperaturleitvermögen aus dem die Wärmeleitzahl gemäß der Formel /. =-

c-d-x

berechnet wird (d = Dichte des Stoffes, c = spezifische Wärme desselben). Theoretisch ergibt sich das Wärmeleitvermögen durch die Übertragung der Energie durch Molekülstöße bzw. durch Molekülschwingungen bei geordneten Molekülsystemen. Bei Gasen wird die Wärmeleitzahl daher bestimmt durch die freie Weglänge, die mitgeführte Energie der Moleküle und die Zahl der Freiheitsgrade. Ferner gilt bei Gasen die Gesetzmäßigkeit worin ,« die Zähigkeit, c„ die spezifische Wärme der Gewichtseinheit des Gases bei konstantem Volumen, g die Erdbeschleunigung und e einen von der Atomzahl des Gases abhängigen unbenannten Zahlenwert bedeuten. e besitzt mit großer Annäherung folgende Werte: Atomzahl der Moleküle

1

2

3

4

5

6

£

2,50

1,74

1,51

1,32

1,28

1,24

b) W ä r m e l e i t z a h l e n /. von G a s e n ( k c a l / m h Gas

0»

100"

Kohlendioxyd . . Kohlenoxvd . . Luft Methan . . . . Sauerstoff . . . Stickstoff....

0,0121 0,0196 0,0204 0,0259 0,0207 0,0203

0,0180 —

0,0259 —

0,0268 0,0258

Gas

0»

Schwefeldioxyd Wasserstoff . . Wasserdampf . Äthylen . . . Ammoniak . . Azetylen . . .

. . . . . .

0,0070 0,145 —

0,0145 0,0185 0,0158

0

C). 100° 0,184 0,0199 0,0229 0,0255 —

W ä r m e l e i t z a h l e n 1 v e r s c h i e d e n e r G a s e b e i 0°. (Nach J. Ulsamer, Ztschr. VDI 80, 537, 1936.) Gas

k c a l / m h°C

Luft (gereinigt und getrocknet) Wasserstoff

2,066 • 10"2 14,90 • 10~2

Gas

k c a l / m h »C

Sauerstoff Stickstoff Kohlendioxvd

2 , 0 9 9 • 10" 2 2 , 0 6 3 • 10" 2 1 , 2 4 • 10" 2

—

IQ

—

c) W ä r m e l e i t z a h l e n / a n o r g a n i s c h e r S t o f f e ( k c a l / m h Aluminium » Asbestfaser Asbestpappe Asbestschiefer Basalt Beton Blei Bruchsteinmauerwerk Eis Eisen Elektrolyteisen . . Gußeisen Schmiedeeisen Bessemerstahl Thomasstahl Nickelstahl (30% Ni) Erdreich, feucht Gips Glas Glaswolle Glimmer Gold Hohlziegelmauerwerk. Kalksandstein Kalkstein Kesselstein Kiesbeton Kieselgur » Kohlenschlacke

180—190 190—200(400°) 0,1—0,2 0,2 0,2 1,15 0,65—0,70 30 . . 1.4—2,0 2,1 (0°) . .

. .

. .

76 35—55 50—55 35—40 45 110 0,4—0,6 0,36 0,6—0,8 0,035—0,05 0,3 250 0,25—0,30 0,6 0,8 1—2,5 0,6—1,1 0,05 0,08 (300°) 0,13

Konstantan Kreide Kupfer Lava Leichtbeton Marmor Messing Neusilber Nickel Platin Porzellan Quarzsand (trocken) . . . Quecksilber Rotguß Sandstein (trocken) . . . Schamotte » » Schlackenwolle Silber Speckstein Ton, feuerfest Verputz Wasser » » Zement Ziegelstein (trocken) . . . Ziegelmauerwerk Zink Zinn

0

())').

200 0,8 300—350 0,7 0,2—0,5 2,5 80—100 25 50 60 0,9—1,0 0,25—0,30 6,5 50—60 1,1 0.5 1,2 (500°) 1,4 (1000") 0,04—0.06 360 2,8—3 0,7—1,2 0.7 0.45 (()") 0,55 (50") 0,59 (75°) 0.8 0,45—0,65 0,35- -0.5 100 55

d) W ä r m e l e i t z a h l e n / o r g a n i s c h e r S t o f f e ( k c a l in Ii °C)~). Alkohol. . . Asphalt. . . Baumwolle . Benzin . . . Benzol . . . Ebonit . . . Filz (Haar-). » (Woll-) . Glyzerin . . Graphit . . Gummi . . . Holz Eichenholz » Kiefernholz »

2

0,18 0,5—0,6 0,05 0,13 0,125 0,14—0,16 0,03 0,05 0,25 4,0—4,5 0,15—0,3 1 z. Faser . z. » z. Faser . z. » . .

0,3 0,18 0,3 0,14

Kohle Kohlenstaub Koks Steinkohle Kork (Pulver) Korkplatte Leder Linoleum Maschinenöl Pappe Petroleum Paraffin Sägemehl Torfplatte Vulkanfiber Watte Wolle Zelluloid

Wenn nichts besonderes vermerkt gültig bei 20°. ) Wenn nicht besonders vermerkt gültig bei 20°.

0,095 7.2 (1000") 0,12—0,15 0,025—0.030 0,035—0.05 0,14 0,16 0,1 0,16 0,13 0,17 0,05 0,04-0,05 0,18—0.30 0,035 0,03—0.035 0,18

— 77 — e) W ä r m e ü b e r g a n g . Der Wärmeübergang bedeutet den Wärmeaustausch zwischen einem strömenden Gas oder einer strömenden Flüssigkeit und der festen Begrenzungswand. In einfachen Fällen wird damit nur eine Erwärmung oder Abkühlung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums bewirkt, sehr oft ist dieser reine Temperaturaustausch noch mit physikalischen Zustandsänderungen (Kondensation, Verdampfung, Erstarrung usw.) verbunden. Der Wärmeübergang ist abhängig von der Zeitdauer, dem Temperaturunterschied zwischen Wand und gasförmigem bzw. flüssigem Medium und der Größe des Wandelementes. Die Wärmeübergangszahl a (kcal/m 2 h °C) wird vornehmlich bestimmt von der Form der (Rauhigkeit) wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Flächen, sowie von der Art und Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Mediums. Es ist daher unmöglich, die bestehenden Gesetzmäßigkeiten durch genaue Zahlenwerte festzulegen. Im allgemeinen gelten jedoch für « folgende Worte: bei sogenannter ruhender Luft . . . . bei bewegter Luft bei bewegten nicht siedenden Flüssigkeiten bei siedenden Flüssigkeiten bei kondensierenden Dämpfen . . . .

« = * =

3—30 10—500

* = 200—5000 * = 4000—6000 y, = 7000—12000

f) W ä r m e ü b e r g a n g s z a h l e n d e r O f e n a u ß e n w ä n d e . (Mitteilung Nr. 51 der Wärmestelle Düsseldorf.) Äußere Oberflächentemperatur der Wand °C 10 25 40 60 80 100 130 160 200 240 280 320 350 400 500 600

Wärmeübergangszahl a Stündliche Wärme(Strahlung und abgabe der Wand Konvektion der bei einer Außensenkrechten oder t e m p e r a t u r von 10 0 C waagerechten Wand) kcal m ' h kcal/m» Ii °C 7,4 8,6 9,6 10,9 11,6 12,4 13,8 15,2 17,4 19,3 21,4 24,1 26,1 29,8 38,5 49,3

0 129 288 545 811 1119 1655 2280 3300 4400 5780 7470 8870 11620 18860 29150

— 78 — g) W ä r m e d u r c h g a n g 1 ) . Wenn Gas- oder Flüssigkeitsströme durch eine feste Zwischenwand getrennt sind, wird die zwischen diesen eintretende Wärmeübertragung als Wärmedurchgang bezeichnet (kcal/m 2 h °C). Für den Wärmedurchgang durch eine ebene W a n d von der Oberfläche F (m 2 ), der Wandstärke A, der Wärmeleitzahl /. (kcal/m h °C), den Wandoberflächentemperaturen 6 1 und 0 2 , den Temperaturen des heißeren und kälteren Mediums und # 2 ( ° Q und den beiderseitigen Wärmeübergangszahlen und « 2 (kcal/m 2 h °C) gelten an den beiden Wandoberflächen A und B die Gleichungen Oberfläche A Oberfläche B

Qx = •F • — 0j) • t Q2 = «2 • F • ( 0 2 — # 2 ) t

und für die Wärmeleitung durch die W a n d :

Im Beharrungszustand ist Q 1 = Q 3 = Q2. Nach Elimination der Wandtemperaturen aus den obigen Gleichungen erhält man daraufhin Q=

i +

j r

1

•F-{^-d2)-t

=

k-F-{§i-&2)-t.

+

In der letzten Gleichung stellt k als die Abkürzung des Bruches die Wärmedurchgangszahl (kcal/m 2 h ° C ) dar. Die gleichen Verhältnisse gelten für Rohrwandungen, jedoch mit der Abänderung, daß die Eintrittsfläche und Austrittsfläche der W'and nicht mehr gleich sind. F ü r ein Rohr der Länge dL, dem Außendurchmesser da und dem Innendurchmesser c^ gilt die Gleichung Q=

,

1

oca • da

T

+ • d{

-- -Ti'dL- (üi — 0fl) • t • In " 21 d{

Die Wärmedurchgangszahl kR (kcal/m h °C) wird in diesem Fall nicht mehr auf die Flächeneinheit, sondern auf die Längeneinheit des Rohres bezogen. Bei den obigen Ableitungen wird vorausgesetzt, daß auf den beiden Seiten der Zwischenwand jeweils eine einheitliche Temperatur des Mediums herrscht. Dies ist im praktischen Betrieb jedoch nicht der Fall infolge der Erwärmung bzw. Abkühlung. Ferner ist zu unterscheiden Einzelheiten siehe Berliner-Scheel, Physikalisches H a n d w ö r t e r b u c h , 1932, Verlag Springer, S. 1346.

—

79

—

zwischen Gleichstrom und Gegenstrom der beiden Medien, so d a ß sich eine weitere U n t e r t r e n n u n g in W ä r m e ü b e r g a n g im Gleichstrom oder im Gegenstrom ergibt. F ü r den W ä r m e d u r c h g a n g i m G l e i c h s t r o m gilt die Gleichung \v,\ k-F 1 —e~-[1 + wJ- w, W1 1 + n> Darin bedeuten W1 und W2 den Wasserwert für die heißere und kältere Flüssigkeit, die in der Zeiteinheit an der W a n d entlangströmen, d. h. das Gewicht der Wassermenge, die zur E r w ä r m u n g u m 1° C die gleiche W ä r m e m e n g e erfordert wie die entsprechende Flüssigkeit : 14' =

Flüssigkeitsvolumen X spez. Gewicht X spez. W ä r m e . Zeiteinheit

Die Indizes a und e gelten f ü r R o h r a n f a n g bzw. Rohrende, 1 und 2 für die heißere bzw. die kältere Flüssigkeit. In der obigen Gleichung stellt der erste Ausdruck W x • (#i, a — $2>a) diejenige W ä r m e m e n g e dar, die die heißere Flüssigkeit abgeben würde, wenn sie vollständig bis zur A n f a n g s t e m p e r a t u r der kälteren Flüssigkeit abgekühlt werden könnte. Der nachfolgende Bruch, dessen W e r t stets geringer als 1 ist, zeigt den Bruchteil der W ä r m e m e n g e an, der in Wirklichkeit ausgetauscht wird und ist somit n u r von den beiden Größen W, ;•„ W2

, und

k-F

1T-r— W1

0,00

0,05

0,2

l

0,033

0,033

0,033

0,033

0,28 0,63 0,96 1,00

0,28 0,62 0,91 0,95

0,27 0,58 0,81 0,83

0.25 0,43 0,50 0,50

20

100

0,032

0,024

0,009

0,14 0,17 0,17 0,17

0,05 0,05 0,05 0,05

0,01 0,01 0,01 0,01

i

!l

5

abhängig. Bei dem W ä r m e a u s t a u s c h im Gleichstrom gelten für den obigen W k-F Bruch in Abhängigkeit von j y - u n d folgende Zahlenwerte:

!so

Wl = = = =

v» 1 3 3C

Der W ä r m e d u r c h g a n g i m G e g e n s t r o m wird berechnet nach der Gleichung h • F

'

1

e

IV,

iv.'' »', v *iv.7

iv,

Für einige Zahlenwerte ist der W e r t dieses Bruches nachstehend zusammengestellt: wl _ W'V

wr~

0

130

=

1

ls 1 = 3 = oo =

0,05

0,2

l

5

20

100

0,033

0,033

0,28 0,63 0,95 1,00

0,28 0,62 0.94 1,00

0,033

0,033

0,032

0,024

0,010

0,28 0,60 0,93 1,00

0,25 0,51 0,77 1,00

0,16 0,20 0,20 0,20

0,05 0,05 0,05 0,05

0,01 0,01 0,01 0,01

Für den Vergleich der Wirksamkeit des Wärmeaustausches bei Gleichstrom und Gegenstrom werden beide Formeln durcheinander dividiert. Dabei erhält m a n n u r noch das Verhältnis der Brüche, d. h. eine Abhängigkeit von den beiden Größen W1 ll' ä

, Und

k-F II , '

F ü r das Verhältnis Gleichstrom: Gegenstrom gelten beispielsweise folgende W e r t e : w, _ \v. * 1 kn -F W i

~ = = = =

I; 130 Va 1 3 oo

0,00

0,05

0,2

l

1,00

1,00

1,00

1,00 1,00 1,00 1,00

1,00 1,00 1,97 1,95

1,00 0,97 0,87 0,83

5

20

1,00

1,00

1,00

1,00 0,84 0,65 0,50

0.88 0,85 0,85 0,85

1,00 1,00 1,00 1,00

h) W ä r m e s t r a h l u n g . Von den Gasen weisen nur Wasserdampf und Kohlendioxyd ein B a n d e n s p e k t r u m auf, das zum Teil im wirksamen Wellenbereich liegt. Eine rechnerische Erfassung dieser Gaswärmestrahlung ist jedoch sehr schwierig, da für jede der drei Banden der beiden Gase die Emissionsund Absorptionsvorgänge getrennt ermittelt werden müssen. Andererseits erfolgt bei hohen Flammentemperaturen die W ä r m e ü b e r t r a g u n g zu etwa 50 bis 8 0 % durch Wärmestrahlung und nur zum kleineren Teil durch Konvektion und Leitung. Noch größer ist der Anteil der Wärmestrahlung bei Leuchtflammen und bei stark mit Staub verunreinigten Gasen oder bei Kohlenstaubfeuerungen. Die Strahlung der Oberflächen von festen Körpern erfolgt über den gesamten wirksamen Wellenbereich ziemlich gleichmäßig. Die Wirksamkeit des Überganges der Strahlungsenergie wird jedoch beeinflußt durch die Strahlungsabsorption des gasförmigen Zwischenmediums sowie von dem Emissions- bzw. Absorptionsvermögen der strahlenden und bestrahlten Flächen.

—

81

—

Ohne Berücksichtigung dieser erschwerenden Faktoren und unter Annahme einer grauen Strahlung gilt mit guter Annäherung die Gleichung:

Darin bedeuten C einen Faktor (Strahlungszahl), der von der Beschaffenheit der strahlenden Oberfläche und dessen Farbe, / die Größe der strahlenden Oberfläche und T dessen absolute Temperatur. Im einzelnen sind bisher für den Proportionalitätsfaktor C beispielsweise folgende Werte ermittelt worden (nach Gröber): c

Stoff

G e s t e i n , g l a t t geschliffen Glas, g l a t l Gußeisen, rauh, oxydiert K a l k m ö r t e l , weiß, r a u h K u p f e r , s c h w a c h poliert

. . . . . . . . . . . .

r

Stoff

1,9—3,4 4,40 4,48 4,30 0,79

Lampenruß Schmiedeeisen, » » Abs. schwarzer

4,40 4,40 1,60 1,33 4,95

m a t t , oxydiert blank . . . . s t a r k poliert . Körper. . . .

Weitere Einzelheiten über Wärmestrahlung s. Schack, Ztschr. f. techn. Physik 5, 278, 287 (1924); 6, 530 (1925). In diesen Mitteilungen über die Strahlung der Feuergase und ihre praktische Berechnung werden Annäherungsformeln zur Berechnung der Strahlung von Kohlensäure und Wasserdampf enthaltenden Gasen angegeben. 15. Zustandsgleichung der Gase. a) B e g r i f f . Die gegenseitige Abhängigkeit von Temperatur T, Druck p und spezifischem Volumen v idealer Gase wird nach dem Boyle-Mariotteschen und dem Gav-Lussacschen Gesetz durch die Zustandsgieichung p-v

=

RT

dargestellt, worin R die Gaskonstante bedeutet. Bei realen Gasen zeigen sich gegenüber den nach der Zustandsgleichung zu erwartenden Werten vor allem bei höheren Drucken erhebliche Abweichungen, die mit großer Annäherung durch die Zustandsgleichung von van der Waals (v-b) = B-T vermieden werden 1 ). In dieser Gleichung bedeuten a und b zwei f ü r jedes Gas charakteristische Konstanten. Diese stehen mit den kritischen Ü b e r die B e d e u t u n g d e r A b w e i c h u n g e n von der e i n f a c h e n Z u s t a n d s g l e i c h u n g bei d e r V e r d i c h t u n g t e c h n i s c h e r Gase u n d ü b e r die M e ß t e c h n i k bei d e r F l a s c h e n g a s v e r s o r g u n g siehe Mezger u n d P a v e r , G W F . 79, U l i , 133 (1936). Brückner,

(iasmilustrie.

6

—

82

-

Werten der Gase in folgender Beziehung: 27 7',.2 2 " ~~ 64^273 ' //,, '

_

_1_ '

CO

O oo

o o

LO v i a i

bc

e C _o

v f

o

60 05 es

O oo

a i o

CD

lo

LO

o o

ai fico co

Ifí

a i

O o co oo

vi

co

C0~

CS

o

O cq es

Cl

a i

lo

O

+

Oí

o

o

+

M ce

CO

CO


l--XCîC: i-CXCOlCOiCOCO>Ct^XC^COX-HCOO: o of líf x " TJH" o" «C Ci io C O i> O M ce Ci — C o " O ^ G" Fo- Ft íH cT f x - HTÍ"W o OiÎ cf C ^ "l co" O Clíf Î O h O C O O oq ® q q x q o q »o^ oo cq^ i-^ o " -h" o i co io i> o io" o io" o f o o x" ce' oq o-i co t í lo lo ce — C "O io c io io x co oq x co cí^ lo o^ o x^ ^ co oq^ uq >c o oq" co" >oV"fh io" co" iíf o i oí o " x ' FH FH (M (M CO Tf* »o ce ce io i c o >o io io x t í t í o cq i q cq o uq iq^ r- io x ce o " -h oq" tí" LO" oo o i co o i oo t-^ TÍ" TÍ oí c -H-Hoqc^cOTíiocoiO O O C O "O Ci co L-- t í co co t í LO t í cí t- co ce ce c: o" i-i o i TÍ ce" cT co" L^" TÍ o " cT t-" r-»" io' c i ^-^HoqcocoTiiocci-o o o o o o o o o o o o o o c o o o o o o o o o o o o o o o cct^xciO--oqcoTíiocoL--xcic H^oqoio-ìo^o-ìo^oqoq^o^co

—

88

-

18.VVerdampfungswärme. a) B e g r i f f . Die Verdampfungswärme r eines flüssigen Stoffes gibt die Anzahl kcal an, die benötigt werden, um 1 k g dieser Flüssigkeit bei gleichbleibendem äußerem Druck in Dampf von gleicher Temperatur umzuwandeln. Diese Wärmemenge ist gleich aber von entgegengesetztem Vorzeichen wie die Kondensationswärme. Die Angabe der Verdampfungswärme erfolgt zumeist bei der Siedetemperatur der Flüssigkeit unter normalem Druck. Verdampfungswärme des Wassers bei 100° und 760 Torr: r = 539 kcal/kg. Allgemeine Formel für die Berechnung der Verdampfungswärme des Wassers f ü r Drücke bis 200 at und Temperaturen bis zu 365° (nach PTR):

.100)

' rii0(j + 4ioo)

# = Verdampfungstemperatur in °C

(0* — » f

kcal/kg.

. . . b = 0,8162,

= 374,2° (kritische Temperatur d. Wass.). c = —1,375- 10- 3 d = — 0,02 • 10~ 16

« = 68,596

Gase1).

b) V e r d a m p f u n g s w ä r m e v e r s c h i e d e n e r Schmelzpunkt °C

Gas

Ammoniak Argon Cyanwasserstoff. . Helium Kohlendioxyd. . . Kohlenoxyd . . . Phosgen Sauerstoff Schwefeldioxyd . . Schwefelwasserstoff Stickstoff Wasserstoff

. . .

. .

— 78 — 190 — 13 — 272 (26 a t ) — 57 — 207 (100 mm) — 126 — 218,8 — 73 — 83 — 210,5 — 257

') Vgl. f e r n e r Z a h l e n t a f e l I I a auf S. 13.

Siedepunkt •C

V e r d a m p f uiifiswärnukcal.'k« bei ' ( '

— + — — —

33,4 186 26,5 269 78 190

330 37,6 226 6 J37 (fest) 50,5

+ — — — — —

8 182,97 10 60 195,5 253

50,9 96 132 47,7 114

33.4 — 186 - 26.5 — 26!» — 78 — 190

—

—

— 183

— — — —

10 60 195.5 253

— 89 — c) V e r d a m p f u n g s w ä r m e v e r s c h i e d e n e r o r g a n i s c h e r (in kcal/kg bei Siedetemperatur). Verdampfungswärme kcal, kg

Flüssigkeit

Athyläther . Äthylalkohol Benzin . . . Benzol . . . Chloroform . Cyklohexan . lleptan . . . «-Hexan. . . Kresol . . .

. . . . . . . . .

84,5 216,4 90 94,9 61,2 86,7 74 79 100

Verdampfungswärme kcal kg

Flüssigkeit

Mesitylen . . Methylalkohol Methylchlorid Naphthalin . /i-Pentan . . Pvridin . . . Toluol . . . Xylole . . .

Stoffe

. . . . . . . .

74,4 65,7 97 75,4 84 102 86,2 81—82,5

d) V e r d a m p f u n g s w ä r m e v o n S t e i n k o h l e n t e e r ö l f r a k t i o n e n . (Nach Weiß, Ind. Eng. Chem. 14, 72, 1922.) Siedebereich °C

Verdampfungswärme kcal, kg

Siedebereich °C

Verdampfungswärme kcal kg

200—250 250—300 .'iOO—345

84,8 81,0 75,1

345—390 390—440 440—490

73,3 65,1 63,1

19. Bildungswärme. a) B e g r i f f . Die Bildung einer chemischen Verbindung nach einer Reaktionsgleichung ist mit einer bestimmten Wärmetönung, der Bildungswärme des Stoffes, verbunden, die, wenn nicht anders angegeben, auf Zimmertemperatur (20°) bezogen wird. Eine direkte Bestimmung der Wärmet ö n u n g einer chemischen Reaktion ist jedoch nur zuweilen möglich, sie kann aber über andere Reaktionen unter Zugrundelegung des Heßschen Wärmesatzes berechnet werden. Dabei ist der Zustand der Reaktionsteilnehmer (fest, flüssig, gasförmig) zu berücksichtigen. Die Bildungswärmen der einfacheren anorganischen und der organischen Verbindungen werden im allgemeinen auf die sie aufbauenden Elemente bezogen, deren Verbrennungswärmen mit hinreichender Genauigkeit b e k a n n t sind. Ein Beispiel soll dies näher erläutern. Es ist zu berechnen die Bildungswärme des Methans aus seinen Elementen, also gemäß der Gleichung [C] + (2 H 2 ) = (C1I 4 ), worin zwecks Kennzeichnung des Zustandes der einzelnen Stoffe die festen und flüssigen in eckige, die gasförmigen in runde Klammern gefaßt werden. Als Kohlenstoffmodifikation wird /5-Graphit, als Wasser-

— 90 — stoff molekularer gasförmiger Wasserstoff zugrunde gelegt. Die molare Verbrennungswärme des Methans beträgt 212800 kcal/kmol, die Summe der Verbrennungswärmen des ß-Graphits + Wasserstoffs 94300 + 2 • 68350 = 231000 kcal/kmol, sie ist also um 18200 kcal/kmol größer als die des Methans. Für die Bildung des Methans aus seinen Elementen werden somit, auf Zimmertemperatur bezogen, 18200 kcal/kmol frei. b) B i l d u n g s w ä r m e v e r s c h i e d e n e r S t o f f e . Stoff

Sauerstoff Stickstoff Wasserstoff W a s s e r (flüssig) Schwefelwasserstoff Schwefeldioxvd Schwefeltrioxvd Ammoniak Kohlenoxvd Kohlendioxvd Methan Äthan Propan Athvlen Propylen Azetylen Benzol (flüssig) Kohlenoxvsulfid Schwefelkohlenstoff

. . .

Formet

E n t s t a n d e n 1 ) aus

Bildungswärnie kcal; kmol

o,

N,

2 (H) 2 (N) 2 (II)

H20

;H 2 ) + V 2 ( O 2 )

+ 120000 + 207500 +105000 + 68350 + 4760 + 70900 + 33700 4- 19350 - f 26600 + 67700 + 18200 + 30600 + 25700 — 14700 — 7050 — 56050 — 12150 + 32700 + 22600

H2S

so 2 so, \I

CO COO CII,

C,n. c,HB C2H4

C2H2 C,H,

. . .

COS

cs 2

rSrh] + (H.) LSrh] + (Ot)

(so2) +

V. (N.) +

v2(02)

3

/ 2 1(H.)

[/3-Graphit] +

j 2 (ü 2 )

(CO) + V, (O.)

['/¡-Graphit) + 2 (II 2 ) (C 2 H 4 ) +

(II 2 )

3 [¿¡-Graphit[ + 4 ( H 2 j 2 [ ^ - G r a p h i t ] + 2 IH 2 ) 3 [/¡-Graphit] + 3 (H„) 2 [ß-Graphit] + (H 2 ) fi [/¡-Graphit] + 3 (II 2 i [ / ¡ - G r a p h i t ] + V 2 ( 0 2 ) + [S,,,| [/¡-Graphit] + 2 [ S r h |

') Die in runde K l a m m e r n gefaßten Symbole bedeuten im gasförmigen. die in eckige K l a m mern gefaßten im festen Zustand.

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Ht

IO io 00 '

IO CO ,-r -Ht °

00 O

Tt

60—78° Benzin Siedepunkt 70—88° » 80—100° » 80—115° » 100—150° Leichtpetroleum Schwerpetroleum Gasöl, leicht » , schwer Vaseline Destillationsrückstand . .

— 58° — 39° — 35° —22° —20° + 10° 21—40° 30—50° 50—80° 70—120° 150—180° 120—200°

Flammpunkt °C

Stoff

Schmieröle1). Laternenöl Putzöl Gasöl Achsenöl (Sommeröl) . Achsenöl (Winteröl) . Stellwerksöl Turbinenöl Motorenzylinderöl . . Kompressorenöl Naßdampfzylinderöl . Heißdampfzylinderöl . Dieselmotorentreiböl . Mineralheizöl Alkohol 100 % 2 ) » 94% 70% » »> 50%

. . . . . . . . . . . .

65° 65° 80° 160° 140° 160° 180° 180° 200° 260° 300° 65—145° 65—145° 12 18 22 26,5

') Anforderungen der D e u t s c h e n R e i c h s b a h n A.-G. "-) Gewichtsprozente A l k o h o l in Gemisch mit Wasser.

27. Zündgrenzen von Gasen und Dämpfen. a) B e g r i f f . Die Zündgrenzen eines brennbaren Gases oder Dampfes in Mischung mit Luft oder einer anderen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre stellen die untere und obere Grenzkonzentration dar, innerhalb deren Bereich das Gemisch bei Zuführung einer genügend großen Energiemenge (in Form von Wärme, elektrischer Zündung oder Sprengstoffzündung) zur Entzündung gebracht werden kann. Die untere bzw. obere Zündgrenze L eines Brenngas-Luft-Gemisches läßt sich mit genügender Genauigkeit errechnen nach der Gleichung von Le Chatelier: L

_

100

~PL+Pl+P* «l

«2

>h

.

Darin bedeuten p^ p2, p3 usw. den Prozentgehalt der einzelnen Gase im Brenngasgemisch (p1 + p2 + p3 + ... = 100) und n2, n3 usw. die untere bzw. obere Zündgrenze dieser Einzelgase in reinem Zustand im Gemisch mit Luft. R e c h n u n g s b e i s p i e l : Berechnung der unteren Zündgrenze eines Erdgases.

—

118

untere Zündgrenze der E i n z e l g a s e

Gaszusammensetzung

80°/ 0 15% 4°/ 0 1%

CH 4 C2H6 C.H, c4h10

5,0 % 3,0 °/ 0 2,1% l,5°/ 0

100

L

80

Zündgrenzen

=

15

5 b)

—

T

+

reiner

1,5

2,1

Gase

4,25%.

im

Gemisch

mit

Luft

bei

20e

u n d 1 at. Vol.-%. untere

Gas

|

obere

Wasserstoff Kohlenoxyd Methan Äthan Propan Butan Äthylen Propylen

75 75 15 14 9,5 8,5 33,3 9,7

4,1 12,5 5,0 3,0 2,1 1,5 3,0 2,2

c) Z ü n d g r e n z e n

reiner

untere

Gas

Zündgrenze

|

obere

Zündgrenze

Butylen Azetylen Cyanwasserstoff . . . Kohlenoxysulfid . . . Ammoniak Schwefelwasserstoff . .

Gase im G e m i s c h mit 20° u n d 1 a t .

1,7 2,3 6,6 12,75 11,9 15,7 4,3

9,0 82 42,6 27 28,5 27,4 45,5

Sauerstoff

bei

Vol.-%. untere

Gas

|

obere

Wasserstoff Kohlenoxyd Methan Äthan Propan Butan

4,5 13 5 3,9

d) Z ü n d g r e n z e n

95 96 60 50,5

—

—

—

—

technischer

untere

Gas

Zündgrenze

Äthylen Propylen Butylen Azetylen Ammoniak

Gase im

|

obere

Zündgrenze

3,0 — —

2,8 14,8

Gemisch

mit

80 53 —

93 79

Luft

bei

20° u n d 1 a t . Vol.-%. Zündgrenzen

Gas

Erdgas Generatorgas Gichtgas karb. Wassergas

. . . .

4,5—13,5 35—75 40—65 6—38

Gas

Olgas Stadtgas Steinkohlengas Wassergas

Zündgrenzen

. . . .

3,4—7,8 6—35 5—30 6—70

— 119 — e) Z ü n d g r e n z e n v o n D ä m p f e n i m G e m i s c h m i t L u f t . Stoff

n-Pentan i-Pentan Amylen n-Hexan n-Heptan n-Oktan n-Nonan Gasolin Benzin Methanol Äthylalkohol Propylalkohol Butylalkohol Äthyläther Divinyläther Azetaldehyd Athylenoxyd Dioxan Azeton Methyläthylketon . . . Essigsäure

Zündgrenzen 1,3— 1,3— 1,3— 1,2— 1,1— 1,0— 0,8— 1,4—8 1,2—7 —37 7 3,5—20 2,5 1,0— 1,7—48 1,7—28 4 —57 3 —80 2 —22,5 —13 2 2 —12 4 —

Vol.-%.

Zündgrenzen

Stoff

Methylformiat . . Methylazetat Äthvlformiat Äthylazetat Äthylnitrit Methylchlorid Methylbromid . . Athylehlorid Athylbromid Äthylendichlorid . Dichloräthylen . . Bleitetramethyl . . Zinntetramethyl . Diäthylselenid . . Benzol Toluol Zyklohexan Pyridin Furfurol Schwefelkohlenstoff

. .

. . . . . . .

. . . . .

—28 5 4 —14 3,5 — 1 6 , 5 2,2 — 1 1 , 5 3,0 — 5 0 8 —19 13,5 — 1 4 , 5 —15 4 6,75—11,25 6,2 — 1 6 6,2 — 1 6 1,8 — 1,9 — 2,5 — 1,4 — 9 , 5 1,3 — 7 1,3 — 8 , 5 1,8 — 1 0

. .

2,1 1

— —50

28. Löschdruck von Gasen, a) B e g r i f f . Der Löschdruck eines Gases gibt den Druck an, bei dem eine Flamme (infolge einer zu hohen Ausströmungsgeschwindigkeit) sich von der Brennermündung abzuheben beginnt. Bei Flammen ohne Primärluftzugabe verwendet man hierbei als Standardbrenner einen Einlochbrenner von 0,75 m m Bohrung (0,44 mm 2 Querschnitt). Im einzelnen sind bei verschiedenen reinen und technischen Gasen bisher folgende Werte für den Löschdruck ermittelt worden. Bei entleuchteten Flammen (Bunsenflammen) sind Werte für den Löschdruck bisher nicht bestimmt worden. Sie liegen wesentlich höher als die von Gasen ohne Luftzusatz und werden wahrscheinlich im wesentlichen von der Zündgeschwindigkeit des betreffenden Gas-Luft-Gemisches bestimmt. b) L ö s c h d r u c k v e r s c h i e d e n e r

Löschdruck max. Gasvolumen . . » » Gasgeschwindigkeit . max. Flammenhöhe . zugehöriger Druck . . » Gasvolumen erzeugte Wärmemenge Flammenvolumen . .

mm W S cm 3 /s cal/s m/s cm mm W S cm 3 /s cal/s cm 3

reiner

und technischer

II 3

CO

CH 4

C2H4

CA

C4H10

2650 216 658 488 50,0 45 89 230 30

4,4 3,0

5,6 4,7 44,7 10,5 17,5 5,6 4,7 40,0 20

115 15 229 38 30,1 7,0 12 179 15

21,5 5,8 140 13,2 27,3 20,5 5,7 138 15,5

17,5 4,6 141 10,4 28 16,5 4,5 138 17.9

9,1 6,8 2,5 4,4 3,0 9,1 0,5

Gase.

S t a d t - Wasser gas gas 823 61 268 137 26,4 180 28 140 18,5

816 50 138 113 33.5 550 41 110 6,5

—

c)

Löschdruck

120

—

v erschi edener Dämpfe. 0,1 mm Durchmesser.)

(Einlochbrenner

von

(Nach G. Tammann und H . Thiele; Ztschr. f. anorgan. Chem. 192, 65, 1930.) Methylalkohol. Äthylalkohol

Propylalkohol. Butylalkohol Amylalkohol Essigsäure

. . . 23 mm W S

. . . .

19

»

Paraldehyd

55 mm W S »> »

. 204

. . .

39

»

Heptan

. 314

»>

. . . . . . . .

44

»

Benzol

. 204

»

65

»

Toluol

. 232

»

. . . . .

5

»

m-Xylol

. 177

»>

Propionsäure . . . .

9

»

Naphthalin

. . . .

10

»

Terpentin

Buttersäure

. . . .

Amylen

. . . . . 109

»

. . . . . 514

»>

Valeriansäure . . . .

10

»

Benzoesäure

. . . .

Azetaldehyd

55

»

Chlorbenzol.

. . .

. . . .

45

»

5

»

» » » » » » » »

29. Zündgeschwindigkeit und Verbrennungsdichte (spezifische Flammenleistung) technischer Gase. Die stetig zunehmende Anwendung des Gases als Wärmeträger auf den verschiedenen technischen Gebieten erfordert eine genaue Kenntnis der brenntechnischen Eigenschaften der verschiedenen Gase, die sich für die technische Gasverwendung eignen. Hierbei stellt oft die Gasflamme als solche einen Teil des Arbeitsgerätes dar. Daraus ergibt sich wiederum, daß auf diesem Anwendungsgebiet nur die wärmetechnischen und brenntechnischen Eigenschaften der Gase von Bedeutung sind. Die ersteren werden vornehmlich bestimmt durch den Heizwert und die spezifische Wärme bzw. den Wärmeinhalt der Verbrennungsprodukte, die rechnerisch die Grenztemperatur zu ermitteln ermöglichen. a) Z ü n d g e s c h w i n d i g k e i t d e r

Gase.

Die Grundlage der eigentlichen Brenneigenschaften bildet die »Zündgeschwindigkeit« der Gase, ohne daß diese jedoch einen allumfassenden Maßstab für die Brennbedingungen ergibt. Die Zündgeschwindigkeit, zum Teil auch Verbrennungs- oder Fortpflanzungsgeschwindigkeit genannt, bildet ein Charakteristikum sämtlicher brennbarer Gas-Luft- bzw. Gas-Sauerstoff-Gemische. Ihre Messung kann entweder auf statischem oder dynamischem Wege erfolgen. Im ersteren Falle wird die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Zündung bzw. Verbrennung in einer ruhenden Gassäule sich fortpflanzt. Die dabei erhaltenen Werte sind jedoch von verschiedenen Faktoren, wie der Rohrbreite und der Strömungsrichtung der Zündbewegung ab-

—

121

—

hängig. Die für die exakte Messung der Zündgeschwindigkeit besser geeignete dynamische Meßmethode nach Gouy und Michelson beruht auf folgendem Prinzip 1 ): Wenn ein Gas-Luft- bzw. Gas-Sauerstoff-Gemisch beliebiger Zusammensetzung mit laminarer Strömung aus einem Brennerrohr ausströmt und auf der Brennermündung abbrennt, erhält m a n die Bunsenflamme, die aus einem inneren Verbrennungskegel mit nachfolgender Sekundärverbrennung, der sichtbaren Flamme, besteht. Auf der Kegelmantelfläche findet gemäß dem Sauerstoffgehalt des Brenngas-LuftGemisches die Primärverbrennung bzw. z. T. ein Abbau der Gase zu den sog. verbrennungsreifen Gasen Kohlenoxyd und Wasserstoff, in der eigentlichen Flamme darauf infolge Diffusion von Luftsauerstoff die Sekundärverbrennung des Gasüberschusses statt. Bei der Bunsenflamme wird hierbei stets ein Gas-Luft-Gemisch mit einem Überschuß an Gas angewendet, um eine Sekundärverbrennung, die als Flammenvolumen sichtbar ist, zu erzielen. Bei einer Brenngaskonzentration im Gemisch, die der theoretischen Verbrennung entspricht, kommt die Sekundärverbrennung in Wegfall bzw. m a n erhält als »Flamme« n u r ein Nachleuchten der Abgase der Verbrennung über der Kegelmantelfläche. Wenn die F l a m m e n t e m p e r a t u r auf der letzteren sehr hoch ist und eine teilweise Dissoziation der Verbrennungsabgase zur Folge hat, erfolgt in der F l a m m e ferner die Nachverbrennung der rückgebildeten Gase Wasserstoff und Kohlenoxyd. Auf der Kegelmantelfläche ist somit die Ausströmungsgeschwindigkeit des Gas-Luft-Gemisches gleich groß der entgegengerichteten Zündgeschwindigkeit u und beide halten sich auf dieser Fläche das Gleichgewicht : In der Zeiteinheit zugeführtes Gas-Luft-Volumen V_ Brennfläche 5 S = n • r • r2 + A2

(h = Höhe des Brennkegels).

Auf dieses Prinzip gründet sich die dynamische Meßmethode der Zündgeschwindigkeit, wobei man bei E i n h a l t u n g einer laminaren Strömung 1 ) Absolutwerte erhält. Diese bilden gleichzeitig den unteren Grenzwert für die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Verbrennung von Gas-Luft-Gemischen, die infolge Turbulenz oder anderer Erscheinungen stets größer als die eigentliche Zündgeschwindigkeit ist. In dem nachfolgenden Flammenvolumen findet daraufhin die Sekundärverbrennung des Restgases mit einer nicht bestimmbaren Fortpflanzungsgeschwindigkeit ufm statt. Einzelheiten über die experimentelle Bestimmung- der Zündgeschwindigkeit s. Bd. V »Gasuntersuchungsmethoden«.

—

122

—

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Luft-Gemisches kleiner ist als die entgegengerichtete Zündgeschwindigkeit, so schlägt die Flamme in das Brennerrohr zurück. Theoretisch entspricht die kleinste Kegelmantelfläche bei Kegelhöhe = 0 dem Brennerrohrquerschnitt (Kreisfläche), d. h. auf dem Querschnitt der Brennerrohrmündung halten sich die Strömungsgeschwindigkeit und Zündgeschwindigkeit das Gleichgewicht. Eine derartige Flamme kann man mit technischen Brennern jedoch nicht erzielen, obwohl sie dem theoretischen Grenzfall des Rückschlagens der Flamme entspricht. Hierbei auftretende Turbulenzerscheinungen bewirken praktisch vielmehr noch bei einer etwas höheren Strömungsgeschwindigkeit stets ein Rückschlagen. Erst, wenn bezogen auf den Brennerrohrquerschnitt, die Strömungsgeschwindigkeit des GasLuft-Gemisches größer wird, bildet sich als Zone der Primärverbrennung über der Brennermündung ein Kegel aus, auf dessen Mantelfläche die Primärverbrennung stattfindet. Bei einer weiteren Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit verlängert sich die Kegelhöhe immer mehr, bis schließlich ein Abheben der Flamme eintritt. In der Praxis verwendet man Strömungsgeschwindigkeiten, die zwischen diesen beiden Grenzfällen des Rückschlagens und Abhebens der Flamme liegen. Wenn in einer technischen Gasfeuerung eine gleichmäßige Wärmeverteilung über einen größeren Raum erfolgen soll, wählt man eine nur geringe Primärluftzugabe und damit eine geringere Zündgeschwindigkeit, mit der eine größere Kegel- und Flammenlänge erzielt wird. In den Fällen, bei denen eine hohe Wärmekonzentration auf einen kleinen Raum verlangt wird, benötigt man andererseits einen kurzen Kegel und eine kurze Flamme, also ein Gas-Luft-Gemisch mit hoher Zündgeschwindigkeit. Die Zündgeschwindigkeiten der wichtigsten reinen Gase in Abhängigkeit vom Gas-Luft- bzw. Gas-Sauerstoff-Verhältnis sind in den nachstehenden Abbildungen 4 und 5 zusammengestellt. Bereits in Abb. 4 erkennt man die außerordentlich hohe Zündgeschwindigkeit des Wasserstoffs, während die des Kohlenoxyds und Methans sehr niedrig liegen. Azetylen nimmt hierbei eine Zwischenstellung ein. Wichtig ist ferner, daß die Maxima der Zündgeschwindigkeiten stets im Gebiet des Gasüberschusses liegen. Dies wirkt sich vor allem bei Kohlenoxyd und Wasserstoff aus, bei denen das Maximum der Zündgeschwindigkeit bei 1 ) Eine laminare (nicht turbulente) Strömung ist gegeben, wenn die Reynoldssche Zahl Re kleiner als 2300 ist.

v [w = Strömungsgeschwindigkeit cm3/s, d = Rohrdurchmesser cm, v = kinematische Zähigkeit m2/s). Kritische Geschwindigkeit w k = ——i—-•

— 123 — 51 bzw. 43% Gas im Gas-Luft-Gemische liegt gegenüber 29,5% bei theoretisch vollkommener Verbrennung. Bei Kohlenwasserstoffen verschiebt sich mit steigendem Molekulargewicht das Maximum der Zündgeschwindigkeit immer mehr nach dem theoretischen Mischungsverhältnis für vollkommene Verbrennung. 1100

1300 1Z00 1100 1000

Wasserstoff

m

Stadtgas 600

¡00