MKL1888:Abdampfen

Abdampfen (Verdampfen, Abrauchen, Einengen, Verdunsten, Evaporieren), die teilweise oder vollständige Verflüchtigung eines Lösungsmittels, um eine konzentriertere Lösung oder den gelösten Körper in fester Form zu erhalten.

Fig. 1.

Abdampfen über Schwefelsäure.

Aus wässerigen Lösungen verdunstet das Wasser beim Stehen an freier Luft, der Prozeß verläuft aber sehr langsam und um so langsamer, je kleiner die Oberfläche der Lösung, je feuchter die Luft, je niedriger die Temperatur ist, und je unvollständiger die an der Oberfläche der Lösung gebildeten Wasserdämpfe durch Luftzug fortgeschafft werden. Man gießt daher, um die Verdunstung möglichst zu beschleunigen, die Lösung in flache Gefäße (Schalen, Pfannen) oder breitet sie, wie in den Salzgärten an der Küste, in welchen Meerwasser verdunstet, über noch sehr viel größere Flächen aus. Man erbaut auch gegen den herrschenden Wind gerichtete Wände aus Dorngestrüpp (Gradierwerke) und läßt die zu verdunstende Lösung über diese Wände herabrinnen. Indem die Lösung hierbei alle Zweige befeuchtet, erhält sie eine sehr große Oberfläche, und der Wind, welcher die Wand durchweht, führt die gebildeten Dämpfe sehr schnell fort. Soll eine Flüssigkeit im geschlossenen Raum, z. B. unter einer Glocke, verdunsten, so muß man mit Hilfe eines Aspirators einen Luftstrom durch die Glocke saugen, und die Verdunstung wird in diesem Fall noch beschleunigt, wenn man die Luft vor dem Eintritt in die Glocke über Chlorcalcium leitet, um sie zu trocknen. Man kann ab er auch eine Flüssigkeit unter der Glocke verdunsten lassen, wenn man gleichzeitig eine Schale mit konzentrierter Schwefelsäure oder mit geschmolzenem Chlorcalcium unter die Glocke stellt, so daß die gebildeten Dämpfe von den genannten hygroskopischen Substanzen sofort absorbiert werden (Fig. 1). Wesentlich beschleunigt wird die Verdunstung in einem solchen Apparat, wenn man die Luft unter der Glocke mit Hilfe einer Luftpumpe möglichst stark verdünnt.

Fig. 2.

Bootpfanne.

Diese Methode der Verdunstung wendet man besonders an, wenn der gelöste Körper Temperaturerhöhung nicht verträgt oder durch den Sauerstoff der Luft verändert wird.

Weitaus in den meisten Fällen verdampft man Lösungen unter Anwendung erhöhter Temperatur. Man erhitzt sie in offenen Pfannen oder Kesseln zum Kochen und heizt mit Spiritus, Petroleum, Gas, Holz, Kohle etc. unter dem Gefäß (Verdampfen mit Unterfeuer). Eine für viele Zwecke geeignete Konstruktion dieser Abdampfvorrichtungen, die Bootpfanne, zeigt Fig. 2. Sehr große Vorzüge bietet aber die Heizung mit Dampf, den man entweder in einen Mantel leitet, welcher den untern Teil der Pfanne umgibt, oder in ein Schlangenrohr, welches in die Pfanne gelegt wird. Letztere Einrichtung ist nur anwendbar, wo nicht zu häufige Reinigung des Abdampfgefäßes in Frage kommt, und wo keine Ausscheidungen während des Verdampfens erfolgen.

Fig. 3.

Wetzels Verdampfpfanne.

Wetzels Verdampfpfanne (Fig. 3) besteht aus einer halbcylindrischen Pfanne mit Dampfmantel, in welcher ein aus Dampfleitungsröhren gebildeter cylindrischer Körper rotiert, der in die zu verdampfende Flüssigkeit eintaucht, zum größern Teil aber aus derselben hervorragt. Dieser Körper vergrößert die Oberfläche der Flüssigkeit bedeutend, und auf den in der Luft befindlichen heißen Röhren findet eine sehr lebhafte Verdampfung statt. Bei allen Verdampfpfannen muß man für gute Ableitung der Dämpfe sorgen, und vorteilhaft leitet man mit Hilfe eines Ventilators einen starken Luftstrom, besonders von erhitzter Luft, über oder durch die Flüssigkeit. Wo die Berührung mit den heißen Feuerungsgasen und eine Verunreinigung durch Asche nicht nachteilig sind, können die Feuerungsgase direkt über die zu verdampfende Flüssigkeit hinweggeleitet werden (Verdampfen mit Oberfeuer). Dies geschieht sowohl im Flammofen, dessen Sohle die Flüssigkeit aufnimmt, als beim A. in Pfannen, und um Verunreinigung der Flüssigkeit zu vermeiden, wendet man Generatorgase an. Erträgt die zu verdampfende Flüssigkeit nicht die Siedetemperatur, oder soll das Anbrennen oder Spritzen vermieden werden, so erhitzt man sie meist in Bädern, besonders im Wasser- oder Dampfbad (s. Bad). Ganz allgemein beschleunigt man das Verdampfen nicht siedender Flüssigkeiten durch Rühren, welches entweder mit der Hand oder mittels eines Rührwerks ausgeführt wird.

Fig. 4.

Vakuumapparat.

Mit großem Vorteil verdampft man Flüssigkeiten, welche hohe Temperaturen oder die Einwirkung der Luft nicht ertragen, im luftverdünnten Raum. Hierzu dienen Vakuumapparate, wie sie besonders in der Zuckerfabrikation üblich sind. a (Fig. 4) ist eine sehr große, aus Kupferblech getriebene Hohlkugel mit dem Dom b und der Heizschlange c. Die aus dem Apparat entweichenden Wasserdämpfe gelangen durch das Rohr d in den Kondensator, wo sie durch kaltes Wasser, welches aus dem ringsum durchlöcherten Rohr e einspritzt, verdichtet werden. Das gesamte Wasser wird durch eine Luftpumpe, welche mit dem Rohr f in Verbindung steht, fortgeschafft. Das Rohr g dient zur Füllung und h zur Entleerung des Apparats. Steigt bei zu lebhaftem Kochen die Flüssigkeit in den Kondensator über, so sammelt sie sich an dem äußern Rohr und kann bei i abgelassen werden. Der aus einer verdampfenden Flüssigkeit sich entwickelnde Dampf entweicht gewöhnlich in die Luft; Rillieux schlug zuerst vor, diesen Dampf noch weiter zum Verdampfen andrer Flüssigkeiten zu benutzen. Er konstruierte einen Apparat aus drei liegenden Cylindern, durch deren untere Hälfte, ähnlich wie bei Lokomotivkesseln, Siederöhren in großer Zahl hindurchgingen. In die Siederöhren des ersten Cylinders wurde Dampf aus dem Dampfkessel geleitet, während der zweite und dritte Cylinder mit dem aus der im ersten Cylinder verdampfenden Flüssigkeit sich entwickelnden Dampf geheizt wurden. Eine Luftpumpe stellte in der oben angegebenen Weise ein Vakuum her, so daß der Siedepunkt der verdampfenden Flüssigkeit hinreichend erniedrigt wurde. Derartige Apparate fanden, wesentlich verbessert, seit 1850 besonders durch Tischbein und Robert Verbreitung. Man konstruierte mehrere im Detail voneinander abweichende Apparate mit drei Körpern, leitete in den ersten direkten Dampf und heizte mit dem Dampf des ersten Körpers den zweiten und mit dem in diesem sich entwickelnden Dampf den dritten Körper.

Einen Schritt weiter geht das Rittingersche System, bei welchem eine und dieselbe Wärmemenge wiederholt ausgenutzt wird. Eine gewöhnliche Abdampfpfanne mit doppeltem Boden ist durch einen Deckel luftdicht verschlossen, und der über der Flüssigkeit befindliche Raum steht mit dem Raum im doppelten Boden durch Röhren in Verbindung, zwischen welche eine doppelt wirkende Luftpumpe eingeschaltet ist. Der ganze Apparat ist mit schlechten Wärmeleitern umgeben und wird aus einem Dampfkessel mit Dampf gefüllt, bis die zu verdampfende Flüssigkeit die Temperatur dieses Dampfes angenommen hat. Dann beginnt das Spiel der Luftpumpe, welche den Dampf aus dem Raum über der Flüssigkeit in den hohlen Boden treibt. Während also der Dampf über der Flüssigkeit verdünnt wird, findet zwischen den Wänden des Doppelbodens eine Verdichtung statt, und infolgedessen wird aus der Flüssigkeit lebhaft Dampf entwickelt, und ein Teil des im Doppelboden befindlichen Dampfes gibt seine gebundene Wärme durch den Pfannenboden an die Flüssigkeit ab und verdichtet sich dadurch zu Wasser. Die abgegebene Wärme aber dient zur weitern Entwickelung von Dampf aus der Flüssigkeit. Durch fortgesetzte Arbeit der Luftpumpe tritt ein gewisser Beharrungszustand ein, während dessen sich ein konstanter Unterschied zwischen der Temperatur des im Bodenraum verdichteten Dampfes und jener der darüber befindlichen Flüssigkeit herstellt. Während dieses Zustands gibt der im Bodenraum verdichtete Dampf genau so viel Wärme ab, wie der im Pfannenraum entwickelte Dampf zu seiner Bildung bedarf. Es ist aber notwendig, die Luftpumpe durch Wasserkraft zu betreiben, da die Anwendung von Dampfkraft die Vorteile der Brennmaterialersparung mehr als aufheben würde. Das diesem System zu Grunde liegende Prinzip ist durch Piccard weiter ausgebildet worden, und sein Apparat hat auf Salinen bereits vorteilhafte Anwendung gefunden. Sollen beim A. die entweichenden Dämpfe wieder kondensiert werden, um das Lösungsmittel nicht verloren gehen zu lassen (bei alkoholischen, ätherischen Lösungen), so wird die Operation in Destillationsgefäßen ausgeführt, und das A. verwandelt sich somit in eine Destillation.

In den gewöhnlichen Abdampfapparaten kann die Arbeit intermittierend oder kontinuierlich betrieben werden. Im ersten Fall füllt man die Gefäße mit der abzudampfenden Flüssigkeit und erhitzt, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist, bisweilen unter Nachfüllen von Flüssigkeit, um zuletzt eine vollständige Füllung des Gefäßes mit konzentrierter Flüssigkeit zu erreichen. Bei kontinuierlichem Betrieb dagegen fließt beständig konzentrierte Flüssigkeit ab, während frische an einer andern, möglichst entfernten Stelle des Gefäßes zugeleitet wird. Diese Methode ist besonders bei sehr großen Pfannen anwendbar, in welchen man überdies durch Anbringung von Scheidewänden den von der Flüssigkeit zurückzulegenden Weg möglichst verlängert. Bei Benutzung kleinerer Pfannen werden mehrere zu einer Batterie vereinigt und terrassenförmig aufgestellt. Die schwache Flüssigkeit tritt in die eine am Ende der Batterie gelegene Pfanne ein und gelangt aus einer in die andre Pfanne, bis sie hinreichend konzentriert am andern Ende der Batterie abfließt. Dabei befindet sich die Feuerung unter der stärksten, resp. niedrigsten Pfanne, so daß die Feuerungsgase die schwächste Pfanne mit der frischen kalten Beschickung zuletzt bestreichen. Dieselbe Einrichtung kommt auch zur Anwendung, wenn man zum Verdampfen Retorten benutzt. Auch im Robertschen Apparat durchströmt die zu verdampfende Flüssigkeit kontinuierlich die drei Körper.

Das beim Gradieren benutzte Prinzip wird auch für höhere Temperaturen verwertet. Man läßt die zu verdampfende Flüssigkeit in einem Turm über Koks, Steingutscherben od. dgl. herabrieseln, so daß sie eine große Oberfläche erhält, und leitet heiße Luft in den untern Teil des Turms. Der aufsteigende Luftstrom kommt dann der Flüssigkeit entgegen, und es wird eine sehr energische Verdampfung erzielt (Glover–Turm der Schwefelsäurefabriken). In einem andern Apparat (Ungerers Turm) hängen mehrere Hundert Drahtseile oder Ketten von der Decke vertikal herab, und während die Flüssigkeit an diesen herabrinnt, steigen die Feuerungsgase in dem Turm auf.

Die Gefäße, welche man zum A. benutzt, bestehen aus Metall, Glas oder Thon. Sie müssen mehr flach als tief sein, um die Dampfbildung zu befördern, und möglichst dünnwandig behufs leichterer Übertragung der Wärme auf die Flüssigkeit. In dieser Hinsicht sind Metallgefäße vorzuziehen, doch werden die Metalle (mit Ausnahme der kostbarern) von vielen Flüssigkeiten angegriffen. Man benutzt gußeiserne (oft emaillierte), besser schmiedeeiserne Pfannen, welche bei bedeutender Größe aus Blechplatten zusammengenietet werden. Kupferne Gefäße lassen sich bei der Dehnbarkeit des Metalls leichter aus einem Stück treiben, sind reinlicher als Eisen und widerstehen vielen Flüssigkeiten, welche Eisen angreifen. Zinnkessel dienen nur für ganz bestimmte Zwecke, z. B. in der Pharmazie, und häufig verzinnt man eiserne und kupferne Abdampfgefäße. Bleipfannen benutzt man zum Konzentrieren von Schwefelsäure und sauren Salzlösungen, silberne zur Darstellung von Ätzkali und Ätznatron, Platingefäße zum Verdampfen der konzentrierten Schwefelsäure und im kleinen zu wissenschaftlichen Arbeiten. Glasgefäße und namentlich Porzellan- und Steingutschalen finden ausgedehnte Verwendung. Die Feuerung muß möglichst vollständige Verbrennung des Heizmaterials und möglichst vollständige Übertragung der Wärme auf die Flüssigkeit gestatten. 1 qm Kesselfläche liefert, wenn das Wasser im Kochen erhalten wird, etwa 0,5 kg Dampf in der Minute. Erfahrungsgemäß verdichtet 1 qm dünnes Kupferblech etwa 1,5 kg Dampf in der Minute, wenn der Temperaturunterschied zu beiden Seiten des Blechs 50° beträgt. Soll 1 qm Heizfläche 0,5 kg Dampf in der Minute liefern, so muß also die Differenz 16,66° betragen und, da das siedende Wasser 100° besitzt, der Dampf in der Dampfschlange 116,66° heiß sein, was einem Druck von 1,7 Atmosphäre entspricht. Wollte man mit Dampf von nur 108° arbeiten, so müßte man die Oberfläche der Dampfschlange auf 2 qm bringen. Sehr häufig benutzt man zum Heizen der Abdampfpfannen die heißen Gase (Abhitze), welche aus andern Feuerungen, Öfen etc. entweichen, und zum Heizen von Dampfschlangen den Dampf, welcher in der Dampfmaschine bereits Dienste geleistet hat. Vgl. Schultz, Die Berechnung der Abdampfapparate (Berl. 1863); Jelinek, über Verdampfapparate (Prag 1884).

Abdampfen. Da das A. von Flüssigkeiten in Zuckersiedereien, zum Kondensieren von Milch, zum Eindicken von Glycerin, Extrakten etc., sowohl unter gewöhnlichem Luftdruck, als im Vakuum wesentlich durch Bewegung unterstützt wird, so verdient eine Vorrichtung besondere Beachtung, bei welcher die Heizschlangen durch ununterbrochene Drehung ein Umrühren hervorbringen. Eine hierauf begründete Konstruktion von Quiel in Berlin besteht aus einem länglichen halbcylindrischen Trog zur Aufnahme der abzudampfenden Flüssigkeit und aus einer Trommel, welche in dem Trog liegt und um zwei horizontale, auf den Trogrändern aufruhende Zapfen drehbar ist. Jedes Trommelende wird von einem linsenförmigen kupfernen Hohlkörper gebildet, welcher die genannten Zapfen aufnimmt, die hohl und mit der Dampfleitung verbunden sind. Beide linsenförmige Hohlkörper sind durch etwa 20 schraubenförmig verlaufende Rohre verbunden, so daß der durch einen Zapfen eintretende Dampf erst den einen Linsenkörper, darauf die Rohre und dann den zweiten Linsenkörper passiert, um durch den andern Zapfen zu entweichen. Indem nun der eine Zapfen mit einem Rädervorgelege versehen ist, dreht sich die genannte Trommel mit entsprechender Geschwindigkeit durch die Flüssigkeit, nimmt unter gleichzeitiger Erwärmung von dieser einen Teil auf den Rohren mit und bringt denselben wegen der großen Oberfläche schnell zur Verdampfung.