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Induktionszeit beim Kristallisationsfouling an ionenimplantierten Wärmeübertragerflächen
(2008) Rizzo, Gerhard; Müller-Steinhagen, Hans (Prof. Dr.-Ing.)
Eine der größten Unsicherheiten bei der Auslegung von Wärmeübertragern ist bis heute das Auftreten von Ablagerungen. Insbesondere Kristallablagerungen verursachen in der industriellen Praxis regelmäßig Probleme. Neben den Prozessbedingungen beeinflussen auch die Eigenschaften der wärmeübertragenden Oberfläche maßgeblich den Ablagerungsvorgang. In der vorliegenden Arbeit wurde das Ablagerungsverhalten von CaSO4 untersucht. Hierbei wurde vor allem die Induktionszeit, d. h. der Zeitraum bis zur ersten Änderung des Wärmedurchgangs betrachtet. Der Einfluss der Oberfläche wurde durch gezielte Oberflächenmodifikation mittels Ionenimplantierung und Plasmabehandlung variiert. Es zeigte sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Elektronegativität der implantierten Ionen und der jeweiligen Induktionszeit. Keine Korrelation konnte dahingegen zwischen den gemessenen Oberflächenenergien der untersuchten Proben und der Induktionsperiode hergestellt werden. Ein weiterer bisher nur wenig betrachteter Einflussfaktor auf das Ablagerungsverhalten ist der Kristallhabitus. Durch gezielte Variation des Kristallhabitus wurde nicht nur der Ablagerungsbeginn beeinflusst sondern auch das gesamte Foulingverhalten verändert. Schon geringste Mengen an Tri-Natriumcitrat verlängerten die Induktionszeit bei Calciumsulfat-Ablagerungen aus wässriger Lösung um das 4,6-fache. Bei Konzentrationen von 5% und 10% stellte sich sogar ein asymptotischer Foulingverlauf ein.