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Gasgemisch Schematische Einteilung der StoffeStoff Reinstoff Gemisch Element Verbindung Lösung Dispersion auch Kolloid A

Gasgemisch

Gasgemische sind Gemische aus mindestens zwei verschiedenen Gasen. Diese können ihrerseits chemische Elemente oder Verbindungen sein.

Das bekannteste und häufigste Gasgemisch ist die Luft in der Erdatmosphäre. Gasgemische sind immer Lösungen, also unabhängig von eventuell vorhandenen Konzentrationsgradienten formell homogen.

Gemischeigenschaften Bearbeiten

Die Stoffwerte von Gasgemischen können näherungsweise aus den Stoffwerten der einzelnen Komponenten durch Interpolation und Mischungsregeln berechnet werden. Im Folgenden bezeichnet die molare Masse, den Stoffmengenanteil und den Massenanteil der -ten Spezies (Bestandteil) des Gasgemisches.

Für ideale Gemische gelten folgende Beziehungen:

Mittlere molare Masse:

Massenanteil:

Dichte:
(s. Gesetz von Amagat)

Spezifische Enthalpie:

Spezifische Wärmekapazität:

Spezifische Entropie:

Diffusionskoeffizient:

Viskosität und Wärmeleitfähigkeit :

(Mischungsformel nach Wassiljewa)

Adiabatenexponent
Der Adiabatenexponent eines idealen Gasgemischs ergibt sich aus den Adiabatenexponenten der einzelnen Komponenten:

Gasmischer und Gasmischanlagen Bearbeiten

Technische Gasgemische werden mit Hilfe von Gasmischern und Gasmischanlagen (andere Namen sind auch z. B. Gasemischer, Blender, Gasmischstation oder Gasmischsystem) aus Einzelgasen oder aus bereits gemischten Gasen (Gasgemischen) erzeugt, z. B. als

  • Schutzgas für die Schweißtechnik (z. B. Ar/CO2)
  • Synthetische Luft für die Medizin oder Chemische Industrie (Mischungen aus Luft mit Sauerstoff zu angereicherter Luft oder aus Luft oder Sauerstoff mit Stickstoff zu Magerluft)
  • Schutzgas für die Lebensmittelindustrie (z. B. N2/CO2)
  • Reaktionsgas für die Thermische Verformungstechnik (z. B. Ar/O2/H2)
  • Formiergas für Stahl- und Walzwerke (z. B. N2/H2) oder mit Wasserdampf befeuchtetes Schutzgas (N2/H2/H2O)
  • Formiergas für die Glasherstellung (z. B. N2/H2)
  • Beimischung von CO2 in der Biotechnologie zur Begasung von Fermentern z. B. zur Regelung des pH-Wert des Mediums
  • Prüfgas für hohe Analysengenauigkeit durch hohe Reinheit und geringe Herstelltoleranz

Diese und viele weitere Gasgemische werden in vielen Industrien eingesetzt, so z. B.

  • Anlagen- und Maschinenbau
  • Automobilindustrie
  • Chemie
  • Eisen-/Nichteisen-Metalle
  • Energieversorgung
  • Galvanotechnik
  • Glasindustrie
  • Halbleitertechnik
  • Industrieofenbau
  • Kunstharze
  • Kupferbearbeitung
  • Lebensmittelindustrie
  • Medizintechnik
  • Pharmaindustrie
  • Schweiß- und Lasertechnik
  • Stahl
  • Werften

Von Gasmischern spricht man meist bei in Serie gefertigten Geräten mit Leistungsgrößen von wenigen Litern pro Minute bis ca. 500 Nm³/h. Als Gasmischanlagen hingegen werden üblicherweise Geräte mit darüberliegenden Leistungsgrößen bezeichnet, die bis zu 10.000 Nm³/h betragen können und individuell geplant und gefertigt werden.

Gasmischer werden in der Regel eingesetzt, wenn ein oder mehrere Gasgemische in größeren Mengen oder Gemische mit variablen Bestandteilen benötigt werden. In solchen Fällen ist der Einsatz eines lokalen Gasmischers oder einer Gasmischanlage wirtschaftlicher wird als die Fremdversorgung mit Gasen in Gasflaschen oder Gasbündeln. Beispielsweise beginnt ein wirtschaftlicher Einsatz von Gasmischern zur Erzeugung eines typischen Schweißgasgemisches (8 % CO2 in 92 % Argon) abhängig von Gasbezugspreis und Einschaltdauer bei etwa fünf Schweißstellen. Diese Stellen hätten bei normalem Materialfluss einen monatlichen Gasbedarf von 750 Litern (entspricht etwa 40 Flaschen zu 18L), so dass bei einer Beschaffung der ungemischten Gase und Mischung vor Ort mit Hilfe eines Gasmischers eine Einsparung erwirtschaftet wird. Gleiches gilt für variable Eingasstellen wie Krankenhäuser, Industrieanlagen, Messanlagen und ähnliche Anwendungen mit variabler Einstreuung.

Gasmischer können als statische, d. h. mit einem oder mehreren Regelventilen oder als dynamische Systeme, also mit automatischen Regelventilen, ausgeführt werden. Die Gasgemische werden häufig durch einen Gasanalysator überprüft und in Pufferbehältern gelagert und drucknormiert, bevor sie zur Verbrauchsstelle geleitet werden.

Arten von Mischtechniken Bearbeiten

Gasmischer können in vier unterschiedlichen Varianten ausgeführt sein. Der Unterschied liegt in der angewendeten Mischtechnik und wird durch den Anwendungszweck bestimmt.

  • Gasmischer mit Massendurchflussregler

Gasmischer mit mechanischem Mischventil Bearbeiten

Gasmischer mit mechanischem Mischventil sind seit dem frühen Mittelalter im Einsatz. Aus allen Gasen lassen sich mit diesem Verfahren zuverlässig Gasgemische erzeugen. Das mechanische Mischventil verfügt über Gaseingänge und einen Gasausgang für das Mischgas. Durch Drehen des Ventils werden in einem Zusammenspiel von Blenden und Kolben die Strömungsmengen der Einzelgase reguliert und so das benötigte Gasgemisch erzeugt. Gasmischer mit mechanischem Mischventil sind zur kontinuierlichen Entnahme oder, mit einem Gasbehälter, auch zur diskontinuierlichen Entnahme geeignet.

Gasmischer mit elektrischem Mischventil Bearbeiten

Wie bei dem mechanischen Mischverfahren werden hier Proportional- bzw. Einzelmischventile der Eingangsgase bewegt. Ein Kolben in Verbindung mit unterschiedlichen Blenden regelt die Durchflussmenge der Gase und produziert so das gewünschte Gemisch. Die elektrischen Mischventile werden, anders als bei Gasmischern mit mechanischem Mischventil, nicht per Hand über einen Drehknopf, sondern mittels Elektromotoren betrieben. Diese Elektromotoren werden in der Regel über eine elektronische Steuerung bedient.

Gasmischer mit pneumatischem Durchflussmengenregler Bearbeiten

Die Mischung der Gase erfolgt pneumatisch über einen Sinterkörper. Je nach Mischverhältnis wird den einzelnen Gasen eine unterschiedlich große Oberfläche des Sinterkörpers zum Durchfluss geboten.

Gasmischer mit Durchflussmengenregler Bearbeiten

Im Unterschied zum mechanischen Gasmischer werden hier die Volumenströme jedes beteiligten Einzelgases geregelt. Pro Gas kommt ein Massen-Durchflussregler (MFC) zum Einsatz. Der Volumenstrom der Gase wird im jeweiligen Massen-Durchflussregler mittels thermischer Leitfähigkeit erfasst und anschließend geregelt.

Die Volumenströme der einzelnen Gase werden erst danach zu einem Gemisch zusammengeführt. Das ermöglicht eine Steuerung, die den Massenfluss der Gase gegen Störeinflüsse wie Druckschwankungen oder Temperatureinflüsse ausgleicht.

Beispiele Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  1. ↑ Thomas A. Davidson: A Simple and Accurate Method for Calculating Viscosity of Gaseous Mixtures. Hrsg.: United States Department of the Interior Bruce Babbitt, Secretary BUREAU OF MINES. 1993, Viscosity Equations.
  2. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC): VDI-Wärmeatlas; 6. Auflage, VDI-Verlag, Düsseldorf 1991
  3. Mason, E.A., u. S. C. Saxena: Phys. Fluids 1 (1958), 361
  4. Branchen / Referenzen | LT Gasetechnik. In: LT Gasetechnik. Abgerufen am 7. April 2016.
  5. Serien-Gasmischer. Abgerufen am 17. Februar 2020.
  6. Gasmischer. Abgerufen am 20. September 2019.
  7. Bingenheimer, Klaus: Die Luftheizungen des Mittelalters : zur Typologie und Entwicklung eines technikgeschichtlichen Phänomens. Hrsg.: Verlag Dr. Kovac. Kovač, Hamburg 1998, ISBN 3-86064-788-1.

Weblinks Bearbeiten

Wiktionary: Gasgemisch – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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Schematische Einteilung der StoffeStoff Reinstoff Gemisch Element Verbindung Losung Dispersion auch Kolloid Aerosol disperseFlussigkeit disperserFeststoff Nebel Rauch Schaum Emulsion SuspensionGasgemische sind Gemische aus mindestens zwei verschiedenen Gasen Diese konnen ihrerseits chemische Elemente oder Verbindungen sein Das bekannteste und haufigste Gasgemisch ist die Luft in der Erdatmosphare Gasgemische sind immer Losungen also unabhangig von eventuell vorhandenen Konzentrationsgradienten formell homogen Inhaltsverzeichnis 1 Gemischeigenschaften 2 Gasmischer und Gasmischanlagen 3 Arten von Mischtechniken 3 1 Gasmischer mit mechanischem Mischventil 3 2 Gasmischer mit elektrischem Mischventil 3 3 Gasmischer mit pneumatischem Durchflussmengenregler 3 4 Gasmischer mit Durchflussmengenregler 4 Beispiele 5 Literatur 6 WeblinksGemischeigenschaften BearbeitenDie Stoffwerte von Gasgemischen konnen naherungsweise aus den Stoffwerten der einzelnen Komponenten durch Interpolation und Mischungsregeln berechnet werden Im Folgenden bezeichnet M i displaystyle M i nbsp die molare Masse x i displaystyle x i nbsp den Stoffmengenanteil und w i displaystyle w i nbsp den Massenanteil der i displaystyle i nbsp ten Spezies Bestandteil des Gasgemisches Fur ideale Gemische gelten folgende Beziehungen Mittlere molare Masse M i x i M i i w i M i 1 displaystyle M sum i x i M i left sum i frac w i M i right 1 nbsp Massenanteil w i x i M i M displaystyle w i frac x i M i M nbsp Dichte r T i w i r i T 1 displaystyle rho T left sum i frac w i rho i T right 1 nbsp s Gesetz von Amagat Spezifische Enthalpie h T i w i h i T displaystyle h T sum i w i cdot h i T nbsp Spezifische Warmekapazitat c T i w i c i T displaystyle c T sum i w i cdot c i T nbsp Spezifische Entropie s T i w i s i T R i w i M i ln M i M w i displaystyle s T sum i w i cdot s i T R cdot sum i frac w i M i cdot ln left frac M i Mw i right nbsp Diffusionskoeffizient D i m 1 x i j x j D i j displaystyle D im frac 1 x i sum j frac x j D ij nbsp D i j displaystyle D ij nbsp ist der Diffusionskoeffizient der Spezies i displaystyle i nbsp in der Komponente j displaystyle j nbsp D i m displaystyle D im nbsp der Diffusionskoeffizient der Spezies i displaystyle i nbsp in der Mischung dd Viskositat h displaystyle eta nbsp und Warmeleitfahigkeit l displaystyle lambda nbsp h T i x i h i T j x j F i j T textstyle eta T sum i frac x i eta i T sum j x j Phi ij T nbsp 1 l T i x i l i T j x j F i j T displaystyle lambda T sum i frac x i lambda i T sum j x j Phi ij T nbsp Mischungsformel nach Wassiljewa 2 Die Korrekturfaktoren F i j T displaystyle Phi ij T nbsp ergeben sich nach Mason und Saxena 3 aus den Viskositatskoeffizienten h i T displaystyle eta i T nbsp und den molaren Massen M i displaystyle M i nbsp der Bestandteile F i j T 1 2 2 1 M i M j 1 2 1 h i T h j T 1 2 M j M i 1 4 2 displaystyle Phi ij T frac 1 2 sqrt 2 left 1 frac M i M j right frac 1 2 cdot left 1 left frac eta i T eta j T right frac 1 2 cdot left frac M j M i right frac 1 4 right 2 nbsp 1 dd Adiabatenexponent Der Adiabatenexponent k displaystyle kappa nbsp eines idealen Gasgemischs ergibt sich aus den Adiabatenexponenten k i displaystyle kappa i nbsp der einzelnen Komponenten k i x i k i k i 1 i x i k i 1 displaystyle kappa frac sum i frac x i cdot kappa i kappa i 1 sum i frac x i kappa i 1 nbsp Gasmischer und Gasmischanlagen BearbeitenTechnische Gasgemische werden mit Hilfe von Gasmischern und Gasmischanlagen andere Namen sind auch z B Gasemischer Blender Gasmischstation oder Gasmischsystem aus Einzelgasen oder aus bereits gemischten Gasen Gasgemischen erzeugt z B als Schutzgas fur die Schweisstechnik z B Ar CO2 Synthetische Luft fur die Medizin oder Chemische Industrie Mischungen aus Luft mit Sauerstoff zu angereicherter Luft oder aus Luft oder Sauerstoff mit Stickstoff zu Magerluft Schutzgas fur die Lebensmittelindustrie z B N2 CO2 Reaktionsgas fur die Thermische Verformungstechnik z B Ar O2 H2 Formiergas fur Stahl und Walzwerke z B N2 H2 oder mit Wasserdampf befeuchtetes Schutzgas N2 H2 H2O Formiergas fur die Glasherstellung z B N2 H2 Beimischung von CO2 in der Biotechnologie zur Begasung von Fermentern z B zur Regelung des pH Wert des Mediums Prufgas fur hohe Analysengenauigkeit durch hohe Reinheit und geringe HerstelltoleranzDiese und viele weitere Gasgemische werden in vielen Industrien 4 eingesetzt so z B Anlagen und Maschinenbau Automobilindustrie Chemie Eisen Nichteisen Metalle Energieversorgung Galvanotechnik Glasindustrie Halbleitertechnik Industrieofenbau Kunstharze Kupferbearbeitung Lebensmittelindustrie Medizintechnik Pharmaindustrie Schweiss und Lasertechnik Stahl WerftenVon Gasmischern spricht man meist bei in Serie gefertigten Geraten mit Leistungsgrossen von wenigen Litern pro Minute bis ca 500 Nm h 5 Als Gasmischanlagen hingegen werden ublicherweise Gerate mit daruberliegenden Leistungsgrossen bezeichnet die bis zu 10 000 Nm h betragen konnen und individuell geplant und gefertigt werden Gasmischer werden in der Regel eingesetzt wenn ein oder mehrere Gasgemische in grosseren Mengen oder Gemische mit variablen Bestandteilen benotigt werden In solchen Fallen ist der Einsatz eines lokalen Gasmischers oder einer Gasmischanlage wirtschaftlicher wird als die Fremdversorgung mit Gasen in Gasflaschen oder Gasbundeln Beispielsweise beginnt ein wirtschaftlicher Einsatz von Gasmischern zur Erzeugung eines typischen Schweissgasgemisches 8 CO2 in 92 Argon abhangig von Gasbezugspreis und Einschaltdauer bei etwa funf Schweissstellen Diese Stellen hatten bei normalem Materialfluss einen monatlichen Gasbedarf von 750 Litern entspricht etwa 40 Flaschen zu 18L so dass bei einer Beschaffung der ungemischten Gase und Mischung vor Ort mit Hilfe eines Gasmischers eine Einsparung erwirtschaftet wird Gleiches gilt fur variable Eingasstellen wie Krankenhauser Industrieanlagen Messanlagen und ahnliche Anwendungen mit variabler Einstreuung Gasmischer konnen als statische d h mit einem oder mehreren Regelventilen oder als dynamische Systeme also mit automatischen Regelventilen ausgefuhrt werden Die Gasgemische werden haufig durch einen Gasanalysator uberpruft und in Pufferbehaltern gelagert und drucknormiert bevor sie zur Verbrauchsstelle geleitet werden Arten von Mischtechniken BearbeitenGasmischer konnen in vier unterschiedlichen Varianten ausgefuhrt sein Der Unterschied liegt in der angewendeten Mischtechnik und wird durch den Anwendungszweck bestimmt 6 Gasmischer mit mechanischem MischventilGasmischer mit elektronischem MischventilGasmischer mit pneumatischem MengendurchflussreglerGasmischer mit MassendurchflussreglerGasmischer mit mechanischem Mischventil Bearbeiten Gasmischer mit mechanischem Mischventil sind seit dem fruhen Mittelalter im Einsatz 7 Aus allen Gasen lassen sich mit diesem Verfahren zuverlassig Gasgemische erzeugen Das mechanische Mischventil verfugt uber Gaseingange und einen Gasausgang fur das Mischgas Durch Drehen des Ventils werden in einem Zusammenspiel von Blenden und Kolben die Stromungsmengen der Einzelgase reguliert und so das benotigte Gasgemisch erzeugt Gasmischer mit mechanischem Mischventil sind zur kontinuierlichen Entnahme oder mit einem Gasbehalter auch zur diskontinuierlichen Entnahme geeignet Gasmischer mit elektrischem Mischventil Bearbeiten Wie bei dem mechanischen Mischverfahren werden hier Proportional bzw Einzelmischventile der Eingangsgase bewegt Ein Kolben in Verbindung mit unterschiedlichen Blenden regelt die Durchflussmenge der Gase und produziert so das gewunschte Gemisch Die elektrischen Mischventile werden anders als bei Gasmischern mit mechanischem Mischventil nicht per Hand uber einen Drehknopf sondern mittels Elektromotoren betrieben Diese Elektromotoren werden in der Regel uber eine elektronische Steuerung bedient Gasmischer mit pneumatischem Durchflussmengenregler Bearbeiten Die Mischung der Gase erfolgt pneumatisch uber einen Sinterkorper Je nach Mischverhaltnis wird den einzelnen Gasen eine unterschiedlich grosse Oberflache des Sinterkorpers zum Durchfluss geboten Gasmischer mit Durchflussmengenregler Bearbeiten Im Unterschied zum mechanischen Gasmischer werden hier die Volumenstrome jedes beteiligten Einzelgases geregelt Pro Gas kommt ein Massen Durchflussregler MFC zum Einsatz Der Volumenstrom der Gase wird im jeweiligen Massen Durchflussregler mittels thermischer Leitfahigkeit erfasst und anschliessend geregelt Die Volumenstrome der einzelnen Gase werden erst danach zu einem Gemisch zusammengefuhrt Das ermoglicht eine Steuerung die den Massenfluss der Gase gegen Storeinflusse wie Druckschwankungen oder Temperatureinflusse ausgleicht Beispiele BearbeitenAtemgas Formiergas Schutzgas Schutzgas fur Lebensmittel MagerluftLiteratur Bearbeiten a b Thomas A Davidson A Simple and Accurate Method for Calculating Viscosity of Gaseous Mixtures Hrsg United States Department of the Interior Bruce Babbitt Secretary BUREAU OF MINES 1993 Viscosity Equations VDI Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen GVC VDI Warmeatlas 6 Auflage VDI Verlag Dusseldorf 1991 Mason E A u S C Saxena Phys Fluids 1 1958 361 Branchen Referenzen LT Gasetechnik In LT Gasetechnik Abgerufen am 7 April 2016 Serien Gasmischer Abgerufen am 17 Februar 2020 Gasmischer Abgerufen am 20 September 2019 Bingenheimer Klaus Die Luftheizungen des Mittelalters zur Typologie und Entwicklung eines technikgeschichtlichen Phanomens Hrsg Verlag Dr Kovac Kovac Hamburg 1998 ISBN 3 86064 788 1 Weblinks Bearbeiten nbsp Wiktionary Gasgemisch Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Berechnung der Warmeleitfahigkeit von Gasgemischen mit verbesserten Wechselwirkungs Koeffizienten In Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications NASA Reference Publication 1311 1994 S 22 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Gasgemisch amp oldid 222561602