Untersuchungen zur Belagbildung und zum Wärmeübergang bei der Fallfilmverdampfung

Mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem suspendierte Kunststoffpartikel der Größenordnung 0,6 – 1,7 mm im gesamten Lösungskreislauf eines Fallfilmverdampfers mitgeführt werden, wurde ein Lösungsansatz zur Verminderung von Belagbildung und zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei der Fallfilmverdampfung am Einzelrohr untersucht. Als Versuchsmedien dienten Wasser und ein höherviskoses Wasser/Glyzerin-Gemisch mit einer Zusammensetzung von w1 = w2 = 0,5. Als Belagbildner für die Versuche zur Belagbildung wurde Calciumsulfat eingesetzt. Die Partikel verbessern in bestimmten Reynolds-Zahl-Bereichen den Wärmeübergang und wirken mechanisch abrasiv auf bestehende Beläge. Als alternative Maßnahme zur Verminderung von Belagbildung wurden in der selben Versuchsanlage Verdampferrohre untersucht, die mit einer niederenergetischen Niederdruck- Plasmabeschichtung versehen worden waren. Bei einer solchen Beschichtung mit Schichtdicken von wenigen 100 nm sind Wärmeverluste aufgrund eines zusätzlichen Wärmewiderstandes vernachlässigbar klein. Neben vergleichenden Belagbildungsversuchen auf beschichteten und unbeschichteten Rohren wurden auch die Einflüsse der Oberflächeneigenschaften auf die Belagbildung betrachtet. Insgesamt hat sich die Niederdruck-Plasmabeschichtung in den durchgeführten Versuchen als hervorragendes Mittel zur Verminderung von Belagbildung erwiesen. Die Arbeit zeigt neben der ausführlichen Darstellung der experimentellen Ergebnisse auch Modellansätze zur theoretischen Beschreibung der Belagbildung und des Einflusses von Grenzflächenenergien und Benetzungswinkel auf die Belaghaftung.