~2026-24720-03: So steht die Formel in der angegebenen Quelle (Formel 3). Es wurde anscheinend das x_i im Nenner vergessen.

2026-04-22T08:00:42Z

So steht die Formel in der angegebenen Quelle (Formel 3). Es wurde anscheinend das x_i im Nenner vergessen.

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{{Schema Einteilung Stoffe}}
'''Gasgemische''' sind [[Gemisch]]e aus mindestens zwei verschiedenen [[Gas]]en. Diese können ihrerseits chemische [[Chemisches Element|Elemente]] oder [[Chemische Verbindung|Verbindungen]] sein.

Das bekannteste und häufigste Gasgemisch ist die [[Luft]] in der [[Erdatmosphäre]]. Gasgemische sind immer [[Lösung (Chemie)|Lösungen]], also unabhängig von eventuell vorhandenen [[Konzentrationsgefälle|Konzentrationsgradienten]] formell [[Homogenität (Physik)|homogen]].

== Gemischeigenschaften ==
Die Stoffwerte von Gasgemischen können näherungsweise aus den Stoffwerten der einzelnen Komponenten durch Interpolation und [[Mischungsregel (Thermodynamik)|Mischungsregeln]] berechnet werden. Im Folgenden bezeichnet <math> M_i </math> die molare Masse, <math> x_i </math> den [[Stoffmengenanteil]] und <math> w_i </math> den [[Massenanteil]] der <math> i </math>-ten Spezies (Bestandteil) des Gasgemisches.

Für ideale Gemische gelten folgende Beziehungen:

'''Mittlere [[molare Masse]]''': 
<math> M=\sum_i x_i M_i = \left( \sum_i \frac{w_i}{M_i} \right) ^{-1} </math>

'''[[Massenanteil]]''': 
<math> w_i = \frac{x_i M_i}{M} </math>

'''[[Dichte]]''': 
<math> \rho(T)= \left( \sum_i \frac{w_i}{\rho_i(T)} \right) ^{-1} </math> (s. [[Gesetz von Amagat]])

'''Spezifische [[Enthalpie]]''': 
<math> h(T) = \sum_i w_i \cdot h_i(T) </math>

'''[[Spezifische Wärme|Spezifische Wärmekapazität]]''': 
<math> c(T) = \sum_i w_i \cdot c_i(T) </math>

'''Spezifische [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]]''': 
<math> 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}{M w_i} \right) </math>

'''[[Diffusionskoeffizient]]''': 
<math> D_{im} = \frac{1-x_i}{\sum_j \frac{x_j}{D_{ij}}} </math>
::<math> D_{ij} </math> ist der Diffusionskoeffizient der Spezies <math> i </math> in der Komponente <math> j </math>
::<math> D_{im} </math> der Diffusionskoeffizient der Spezies <math> i </math> in der Mischung.

'''[[Viskosität]]''' <math> \eta </math> und '''[[Wärmeleitfähigkeit]]''' <math> \lambda </math>: 
<math display="inline"> \eta (T) = \sum_i \frac{x_i \eta_i (T)}{x_i + \sum_j x_j \Phi_{ij}(T)} </math><ref name=":0">{{Literatur |Autor=Thomas A. Davidson |Titel=A Simple and Accurate Method for Calculating Viscosity of Gaseous Mixtures |Hrsg=United States Department of the Interior Bruce Babbitt, Secretary BUREAU OF MINES |Datum=1993 |Kapitel=Viscosity Equations}}</ref>

<math> \lambda (T) = \sum_i \frac{x_i \lambda_i (T)}{\sum_j x_j \Phi_{ij}(T)} </math>
(Mischungsformel nach Wassiljewa<ref>VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC): VDI-Wärmeatlas; 6. Auflage, VDI-Verlag, Düsseldorf 1991</ref>)

: Die Korrekturfaktoren <math> \Phi_{ij}(T) </math> ergeben sich nach Mason und Saxena<ref>Mason, E.A., u. S. C. Saxena: Phys. Fluids 1 (1958), 361</ref> aus den Viskositätskoeffizienten <math> \eta_i (T) </math> und den molaren Massen <math> M_i </math> der Bestandteile:

::<math> \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 </math><ref name=":0" />

'''Adiabatenexponent''' 
Der [[Adiabatenexponent]] <math> \kappa </math> eines idealen Gasgemischs ergibt sich aus den Adiabatenexponenten <math> \kappa_i </math> der einzelnen Komponenten:

<math> \kappa = \frac{\sum_i \frac{x_i \cdot \kappa_i}{\kappa_i-1}}{\sum_i \frac{x_i}{\kappa_i-1}} </math>

== Gasmischer und Gasmischanlagen ==
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. [[Argon|Ar]]/[[Kohlenstoffdioxid|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. [[Stickstoff|N2]]/[[Kohlenstoffdioxid|CO2]])
* Reaktionsgas für die Thermische Verformungstechnik (z. B. Ar/[[Sauerstoff|O2]]/[[Wasserstoff|H2]])
* [[Formiergas]] für Stahl- und Walzwerke (z. B. [[Stickstoff|N2]]/[[Wasserstoff|H2]]) oder mit Wasserdampf befeuchtetes Schutzgas ([[Stickstoff|N2]]/[[Wasserstoff|H2]]/[[Wasserdampf|H2O]])
* [[Formiergas]] für die Glasherstellung (z. B. [[Stickstoff|N2]]/[[Wasserstoff|H2]])
* Beimischung von [[Kohlenstoffdioxid|CO2]] in der [[Biotechnologie]] zur Begasung von [[Fermenter]]n 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<ref>{{Internetquelle |url=https://www.lt-gasetechnik.de/branchen-referenzen/ |titel=Branchen / Referenzen {{!}} LT Gasetechnik |werk=LT Gasetechnik |zugriff=2016-04-07}}</ref> eingesetzt, so z. B.
* Anlagen- und Maschinenbau
* Automobilindustrie
* Chemie
* Eisen-/Nichteisen-Metalle
* Energieversorgung
* Galvanotechnik
* Glasindustrie
* Halbleitertechnik
* Industrieofenbau
* Kunstharze
* Kupferbearbeitung
* [[Modified Atmosphere Packaging|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<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.lt-gasetechnik.de/lieferprogramm/serien-gasmischer/ |titel=Serien-Gasmischer |werk= |hrsg= |datum= |abruf=2020-02-17 |sprache=de}}</ref>. 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 % [[Kohlenstoffdioxid|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 ==
Gasmischer können in vier unterschiedlichen Varianten ausgeführt sein. Der Unterschied liegt in der angewendeten Mischtechnik und wird durch den Anwendungszweck bestimmt.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.wittgas.com/de/beratung-service/whitepapers/gasmischer.html |titel=Gasmischer |abruf=2019-09-20 |sprache=de}}</ref>

* Gasmischer mit [[Mechanik|mechanischem]] Mischventil

* Gasmischer mit [[Elektronik|elektronischem]] Mischventil

* Gasmischer mit [[Pneumatik|pneumatischem]] Mengendurchflußregler

* Gasmischer mit Massendurchflussregler

=== Gasmischer mit mechanischem Mischventil ===
Gasmischer mit mechanischem Mischventil sind seit dem frühen [[Mittelalter]] im Einsatz.<ref>{{Literatur |Autor=Bingenheimer, Klaus |Hrsg=Verlag Dr. Kovac |Titel=Die Luftheizungen des Mittelalters : zur Typologie und Entwicklung eines technikgeschichtlichen Phänomens |Verlag=Kovač |Ort=Hamburg |Datum=1998 |ISBN=3-86064-788-1}}</ref> Aus allen [[Gas]]en lassen sich mit diesem Verfahren zuverlässig Gasgemische erzeugen. Das mechanische Mischventil verfügt über Gaseingänge und einen Gasausgang für das Mischgas. Durch Drehen des [[Ventil]]s werden in einem Zusammenspiel von [[Blende]]n und [[Kolben (Technik)|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 ===
Wie bei dem mechanischen Mischverfahren werden hier Proportional- bzw. Einzelmischventile der Eingangsgase bewegt. Ein Kolben in Verbindung mit unterschiedlichen [[Messblende|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 ===
Die Mischung der Gase erfolgt [[Pneumatik|pneumatisch]] über einen [[Sinter]]körper. Je nach Mischverhältnis wird den einzelnen Gasen eine unterschiedlich große Oberfläche des Sinterkörpers zum Durchfluss geboten.

=== Gasmischer mit Durchflussmengenregler ===
Im Unterschied zum mechanischen Gasmischer werden hier die [[Volumenstrom|Volumenströme]] jedes beteiligten Einzelgases geregelt. Pro Gas kommt ein Massen-Durchflussregler (MFC) zum Einsatz. Der Volumenstrom der Gase wird im jeweiligen Massen-Durchflussregler mittels [[Wärmeleitfähigkeit|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 ==
* [[Atemgas]]
* [[Formiergas]]
* [[Schutzgas]]
* [[Modified Atmosphere Packaging|Schutzgas für Lebensmittel]]
* [[Magerluft]]

== Literatur ==
<references />

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
* Berechnung der Wärmeleitfähigkeit von Gasgemischen mit verbesserten Wechselwirkungs-Koeffizienten, In: [ftp://ftp.demec.ufpr.br/CFD/bibliografia/propulsao/NASA_RP-1311.pdf Computer Program for Calculation of Complex Chemical Equilibrium Compositions and Applications], NASA Reference Publication 1311, 1994, S. 22

[[Kategorie:Stoffgemisch]]
[[Kategorie:Mischmaschine]]
[[Kategorie:Gastechnik]]

Gasgemisch - Versionsgeschichte

~2026-24720-03: So steht die Formel in der angegebenen Quelle (Formel 3). Es wurde anscheinend das x_i im Nenner vergessen.