DE2343065C2 - Verfahren zur Bestimmung des Anteils an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Stoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung des Anteils an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Stoffen und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
des Anteils an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Stoffen, bei dem eine Probe des staubförmigen
Stoffs unter Zufuhr von Sauerstoff auf hohe Temperatür erhitzt wird und dabei die brennbaren Bestandteile
verbrannt werden.
in den verschiedensten Industriezweigen anfallen. Sie
werden als Zuschlag bei der Zementherstellung (DIN1045), als Füllmittel in der Beionindustne oder zur
Herstellung von Formkörpern, wie Formsteinen oddgL verwendet Dazu werden sie mit anderen Stoffen gemischt, geformt und anschließend z. B. in einem
Härtekessel mit Dampf gehärtet oder in einem Ofen gebrannt In allen diesen Fällen ist zu hoher Gehalt an
brennbaren Bestandteilen schädlich. Während des Brennvorganges z. B. verbrennen auch die in den staubförmigen Stoffen enthaltenen brennbaren Bestandteile.
Wird ein bestimmtes Maß überschritten, wird die Wärmeentwicklung in den Formkörpern beim Brennvorgang so groß, daß die Formkörper zerstört werden. Es
ist deshalb erforderlich, vor der weiteren Verwendung der staubfönnigen Stoffe deren Anteil an brennbaren
Bestandteilen zu messen.
Bekannt ist es, eine Prüfmenge der staubförmigen Stoffe unter Luftzufuhr erhöhten Temperaturen auszusetzen. Dabei werden die brennbaren Bestandteile in
flüchtige Oxide überführt, die entweichen Es tritt ein
Gewichtsvetlust auf. Dieser Gewichtsverlust ist ein direktes Maß für den Anteil der brennbaren Bestandteile
in der Prüfmenge. Er wird auch Glühverlust genannt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe Zeitaufwand Die Prüfmenge muß langsam auf eine Glühtemperatur von 800 bis 10000C erhitzt werden, damit während des Aufheizvorganges infolge Thermospannungen
keine Teilchen aus dem Glühtiegel spritzen. Das würde die Messung verfälschen. Ein Deckel kann nicht über
den Tiegel gelegt werden, weil ungehinderter Luftzutritt erforderlich ist Die Temperatur muß einige Stunden gehalten werden, um eine völlige Oxydation der
brennbaren Bestandteile sicherzustellen.
Bei einem anderen Verfahren, das in kürzerer Zeit zu Ergebnissen führt bringt man eine Prüfmenge des
staubförmigen Gutes in ein Glührohr, das auf etwa 12000C erhitzt ist und leitet reinen Sauerstoff durch das
Glührohr. Die Oxydation verläuft in diesem Fall sehr
viel schneller, die Reaktion ist in einigen Minuten abgeschlossen. Zur Bestimmung des Anteils der brennbaren
Bestandteile wird das Abgas nach Abkühlung mit bekannten Methoden auf die betreffenden flüchtigen Oxide untersucht Dieses Verfahren erfordert kostspielige
Vorrichtungen und setzt auch voraus, daß das Glührohr ständig auf einer Temperatur von 12000C gehalten
wird, wenn es einsatzbereit sein soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Anteils an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen
Stoffen anzugeben, die bei Einsatz einfacher Mittel schnell die gewünschten Ergebnisse liefern.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei dem eingangs beschriebenen Verfahren darin, daß die Probe mit
einem ebenfalls staubförmigen Sauerstoffträger innig vermischt wird daß danach das Gemisch in einem Gefäß gezündet wird und daß der maximale Explosionsdruck gemessen wird. Bei diesem Verfahren wird nicht
mittelbar oder unmittelbar der Gewichtsanteil der brennbaren Bestandteile in den staubförmigen Stoffen
gemessen, sondern es wird die bei der Verbrennung frei werdende Energie gemessen. Aus der frei gewordenen
Energie kann auf den Gewichtsanteil der brennbaren Bestandteile im staubförmigen Stoff zurückgeschlossen
werden.
Bei explosionsartiger Verbrennung des Gemisches liegt die frei werdende Energie zunächst als Druckenergie vor. Es genügt daher, den maximalen Explo-
sionsdruck zu messen, weil die Umsetzung von Druckenergie
in Wärmeenergie erst einige Millisekunden nach der Explosion beginnt Die Wärmeverluste sind
demzufolge gering. Nichts destoweniger empfiehlt es sich, zur Ausscheidung von Fealerquellen die zur
Durchführung des Verfahrens eingesetzte Vorrichtung zu eichen, indem staubförmige Stoffe mit bekanntem
Anteil an brennbaren Bestandteilen nach diesem Verfahren verbrannt werden, wobei jeweils dec maximalen
Explosionsdruck gemessen wird.
Die Genauigkeit dieses Verfahrens reicht für technische Zwecke aus, sie genügt insbesondere für die Entscheidung,
ob die betreffenden staubförmigen Güter für die Herstellung von Formsteinen u. dgL geeignet sind.
Die Durchführung des Verfahrens bereitet keine Schwierigkeiten, weil lediglich eine definierte Menge
des staubförmigen Stoffs mit einem bereits vorbereiteten staubförmigen Sauerstoffträger vermischt werden
muß, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß die Verbrennung unter Sauerstoffüberschuß stattfinden kann.
Nachdem die Mischung in ein Gefäß verbracht und dort gezündet worden ist, ergibt sich aus dem maximalen
Explosionsdruck der Anteil an brennbaren Bestandteilen in dem geprüften staubförmigen Stoff.
Als Sauerstoffträger sollten beispielsweise Alkalichlorate, wie Kaliumchlorat oder Natriumchlorat oder
Nitrate verwendet werden, die reaktionsfreudig sind und auch genügend Sauerstoff freigeben können.
Das Verfahren läßt sich in einem einseitig offenen Gefäß durchführen, in das das Gemisch eingefüllt und
gezündet wird. Es kann aber aber auch in einem geschlossenen Gefäß durchgeführt werden, wenn das aus
Sicherheitsgründen erforderlich ist, oder wenn die zur Verfügung stehenden Druckmeßeinrichtungen ein zu
geringes Auflösungsvermögen besitzen.
Die Zündung selbst kann durch einen elektrischen Funken oder mit Hilfe eines Initialzünders erfolgen.
Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß mit dem beschriebenen
Verfahren die Bestimmung des Anteils an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Stoffen sehr schnell und
mit einfachsten Mitteln durchgeführt werden kann. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,
die ein Gefäß besitzt, in dem eine Reektion zwischen
einer Probe lies staubförmigen Stoffs und dem Sauerstoff stattfindet, ist dadurch gekennzeichnet, daß im
Gefäß eine Zündeinrichtung und eine Druckmeßeinrichtung angeordnet sind und daß der Zündeinrichtung
ein Auslöser und der Druckmeßeinrichtung ein Anzeigegerät zugeordnet sind.
Die Zündeinrichtung kann aus einer in einen Stromkreis geschalteten Zündkerze, die auch als einfacher
Zünddraht mit einem bekannten Wärmewert ausgebildet sein kann, und der Auslöser aus einem Schalter bestehen.
In diesem Fall muß allerdings zur Vermeidung von Störungen dafür gesorgt werden, daß die Zündkerze
frei von Verbrennungsrückständen ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Zündeinrichtung aus einem Initialzünder besteht, der mit
einem mechanischen Zündschloß ausgelöst wird, und daß der Auslöser aus einem Abzugshebel besteht. In
diesem Fall wird man Zündhütchen od. dgl. verwenden, die mit Hilfe des mechanischen Zündschlosses gezündet
werden. Verbrennungsrückstände können in diesem Fall die Zündung nicht mehr beeinflussen, insbesondere
dann nicht, wenn da Zündhütchen in einer Patronenhülse untergebracht ist, die gleichzeitig der Aufnahme des
Gemisches dient.
Eine sehr einfache Ausführungsform der Vorrichtung erhält man dann, wenn das Gefäß als einseitig offenes
Rohr ausgebildet ist In diesem Fall sollte sich die Zündeinrichtung am geschlossenen Ende des Rohres und die
Druckmeßeinrichtung im Bereich des offenen Endes des Rohres befinden.
Wenn die örtlichen Verhältnisse es nicht erlauben, die explosionsartige Verbrennung in einem offenen Gefäß
durchzuführen, empfiehlt es sich, das Gefäß als einen verschließbaren Druckbehälter auszuführen, der
sich zum Einfüllen des Gemisches öffnen läßt Das Gemisch wird in diesem Fall in dem geschlossenen Druckbehälter
gezündet
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert; es zeigt
F i g. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Anteils an brennbaren Bestandteilen in staubförmigen Stoffen,
teilweise geschnitten,
F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes
nach F ig. 1,
F i g. 3 schematisch die Darstellung des Druckver laufs in der Vorrichtung gemäß F i g. 2.
Bei der in F1 g. 1 dargestellten Vorrichtung ist das
Gefäß, in dem die Reaktion der staubförmigen Stoffe mit dem Sauerstoffträger stattfindet als einseitig offenes
Rohr 1 ausgebildet Am geschlossenen Ende des Rohres 1 befindet sich ein Schloßkasten 2 mit einem im
einzelnen nicht dargestellten Zündschloß, das durch einen Abzugshebel 3 ausgelöst wird und auf ein Zündhütchen
4 als Initialzünder einwirkt Mit der Zündung des Zündhütchens 4 wird das Gemisch 5 aus einer definierten
Menge des zu untersuchenden staubförmigen Stoffs und einem staubförmigen Sauerstoffträger gezündet
Die Verbrennung des Gemisches 5 erfolgt explosionsartig und die dabei entstehende Druckwelle
läuft durch das Rohr 1 zu dessen offenem Ende 6.
In einigem Abstand von dem offenen Ende 6 des Rohres 1 ist eine Druckmeßdose 7 angebracht, mit der
der Druckverlauf im Rohr 1 gemessen und auf ein Anzeigegerät 8 übertragen wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig.2 besteht das
Gefäß aus einem verschließbaren Druckbehälter 9. Der Druckbehälter besteht aus zwei kugeligen Halbschalen
10,11, an deren Flanschen 12 Verbindungsmittel 13 angebracht
sind.
Man erkennt, daß am Boden der Halbschale 10 als Zündeinrichtung eine Zündkerze 14 angeordnet ist, die
über einen Schalter 15 an eine Stromquelle 16 angeschlossen ist.
In der oberen Halbschale befindet sich eine Druckmeßdose 7, deren Meßsignale von einem Anzeigegerät
8 registriert werden. Außerdem befindet sich in der oberen Halbschale 11 ein Abblaseventil 17, über das die
in dem Druckmittel der unter Druck stehenden Gase vor dem öffnen des Druckbehälter abgelassen werden
können.
Mit den beschriebenen Vorrichtungen kann der Anteil brennbarer Bestandteile in staubförmigen Stoffen
auf einfache Weise und schnell bestimmt werden. Dazu empfiehlt es sich, vor Inbetriebnahme der Vorrichtungen
diese zu eichen. Zur Eichung werden staubförmige Stoffe mit bekanntem Anteil an brennbaren Bestandteilen
mit einem Sauerstoffträger gemischt, das Gemisch wird in die jeweiligen Gefäße 1, 9 eingefüllt und dort
gezündet. Gemessen wird der maximale Druck an der Druckmeßdose. Durch Eichung der Vorrichtungen mit
staubförmigen Stoffen, die unterschiedliche Anteile an brennbaren Bestandteilen erhalten, ergibt sich eine
Eichkurve, aus der sich bei einer späteren Messung unmittelbar der Anteil brennbarer Bestandteile in einem
staubförmigen Stoff ablesen läßt. Dazu ist es lediglich erforderlich, den maximalen Explosionsdruck abzulesen.
Den Druckverlauf nach der Explosion zeigt schematisch die F i g. 3.
Die praktische Durchführung verläuft recht einfach. Man wiegt beispielsweise 12 g Flugstaub ab mit etwa
10% Unverbranntem — das in diesem Fall als reiner Kohlenstoff vorliegt — und fügt 12 g Kaliumchlorat
hinzu. Vorteilhafter werden Ampullen mit voher fest eingewogenen Chioratmengen verwendet. Die beiden
Substanzen werden in einer Flasche gut durchgemischt. Dann füllt man die Mischung in eine leere Schrotpatronenhülse, Kaliber 12 (18 mm Durchmesser) mit Zündhütchen,
stopft, verschließt und verfährt ähnlich wie bei der Herstellung von Schrotpatronen. Die fertige Patrone
wird dann in das Rohr 1 gebracht Wenn das Rohr 1 etwa 50 cm lang ist und seine obere MOndung verschlossen
ist, ergibt sich nach der Zündung mit der Einwaage nach obigem Beispiel ein theoretischer Druck
von etwa 200 atü.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Verfahren zur Bestimmung des Anteils an
brennbaren Bestandteilen in staubförroigen Stoffen,
bei dem eine Probe des staubförmigen Stoffs unter Zufuhr von Sauerstoff auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und dabei die brennbaren Bestandteile
verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe mit einem ebenfalls staubförmi-
gen Sauerstoffträger innig vermischt wird, daß danach das Gemisch in einem Gefäß gezündet wird
und daß der maximale Explosionsdruck gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a!s Sauerstoffträger ein Alkalichlerat
verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einem einseitig
offenen Gefäß gezündet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in einem geschlossenen Gefäß gezündet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch durch
einen elektrischen Funken gezündet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch durch
einen Initialzünder gezündet wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 mit einem Gefäß, in
dem eine Reaktion zwischen einer Probe des staubförmigen Stoffs und dem Sauerstoff stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß im Gefäß (1; 9) eine
Zündeinrichtung (4; 14) und eine Druckmeßeinrichtung (7) angeordnet sind und daß der Zündeinrichtung (4; 14) ein Auslöser (3; 15) und der Druckmeßeinrichtung (7) ein Anzeigegerät (8) zugeordnet
sind
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung aus einer in einen
Stromkreis geschalteten Zündkerze (14) und der Auslöser aus einem Schalter (15) besteht
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung aus einem Initial-
zünder (4) besteht, der mit einem mechanischen Zündschloß ausgelöst wird, und daß der Auslöser
aus einem Abzugshebel (3) besteht
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß als einseitig
offenes Rohr (1) ausgebildet ist und daß die Zündeinrichtung (4) am geschlossenen Ende des Rohres
(1) und die Druckmeßeinrichtung (7) im Bereich des offenen Endes (6) des Rohres (1) angeordnet ist
11. Υυι -ichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß das Gefäß aus einem
verschließbaren Druckbehälter (9) besteht.
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