Gasgemisch

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zur Navigation springen Zur Suche springen

Gasgemische sind Gase aus mindestens zwei verschiedenen chemischen Elementen oder chemischen Verbindungen.

Das bekannteste und häufigste Gasgemisch ist die Luft in der Erdatmosphäre. Gasgemische sind immer homogene Stoffgemische.

Gemischeigenschaften[Bearbeiten | Quelltext 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 Wärme:

Spezifische Entropie:

Diffusionskoeffizient:

ist der Diffusionskoeffizient der Spezies in der Komponente
der Diffusionskoeffizient der Spezies in der Mischung.

Viskosität und Wärmeleitfähigkeit :

(Mischungsformel nach Wassiljewa[1])

Die Korrekturfaktoren ergeben sich nach Mason und Saxena[2] aus den Viskositätskoeffizienten und den molaren Massen der Bestandteile:

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

Gasmischer und Gasmischanlagen[Bearbeiten | Quelltext 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 O2 zu angereicherter Luft oder aus Luft mit N2 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[3] 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[4]. 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, Induistrieanlagen, 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 | Quelltext bearbeiten]

Gasmischer können in vier unterschiedlichen Varianten ausgeführt sein. Der Unterschied liegt in der angewendeten Mischtechnik und wird durch den Anwendungszweck bestimmt.[5]

  • Gasmischer mit Massendurchflussregler

Gasmischer mit mechanischen Mischventil[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Gasmischer mit mechanischem Mischventil sind seit dem frühen Mittelalter im Einsatz.[6] 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 | Quelltext 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 | Quelltext 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 | Quelltext 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 | Quelltext bearbeiten]

Einteilung im Schema der chemischen Stoffe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Schematische Einteilung der Stoffe
 
 
 
 
 
 
 
 
Stoff
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gemisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Reinstoff
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
homogenes
Gemisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Verbindung
 
Element
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gasgemisch
Gemisch mehrerer
Gase
 
Legierung
Gemisch unterschiedlicher
Metalle
 
Lösung
FestkörperFlüssigkeit,
Gas in einer Flüssigkeit gelöst
 
 
 
 
 
 
molekular
 
ionisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
heterogenes
Gemisch
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Schaum
Gasförmige Bläschen in
einer Flüssigkeit
 
Hartschaum
Gasförmige Bläschen in
einem Festkörper
 
Aerosol
 
Suspension
Feste Teilchen in
einer Flüssigkeit
 
Emulsion
Gemisch mehrerer nicht
mischbarer Flüssigkeiten
 
Gemenge
Gemisch mehrerer nicht
mischbarer Festkörper
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rauch
Feste Teilchen
in einem Gas
 
Nebel
Flüssige Teilchen
in einem Gas
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC): VDI-Wärmeatlas; 6. Auflage, VDI-Verlag, Düsseldorf 1991
  2. Mason, E.A., u. S. C. Saxena: Phys. Fluids 1 (1958), 361
  3. Branchen / Referenzen | LT Gasetechnik. In: LT Gasetechnik. Abgerufen am 7. April 2016.
  4. Serien-Gasmischer – LT Gasetechnik. (Nicht mehr online verfügbar.) In: LT Gasetechnik. Archiviert vom Original am 7. April 2016; abgerufen am 7. April 2016. i Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.lt-gasetechnik.de
  5. Gasmischer. Abgerufen am 20. September 2019.
  6. 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 | Quelltext bearbeiten]

WiktionaryWiktionary: Gasgemisch – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen