Een metaalbewerkingsbedrijf haalde na zes maanden gebruik een PTFE-dompelverwarmer uit een alkalische reinigingstank. Het omhulseloppervlak vertoonde een band van verkleurd, geblaast PTFE langs het bovenste gedeelte van het verwarmde gedeelte. Het onderste gedeelte was in goede staat. De tank had een hardnekkige schuimlaag op het oppervlak en schuimbellen hadden zich opgehoopt tegen het bovenste deel van de verwarmer, waardoor een damp-rijke deken ontstond die het oppervlak van vloeistofcontact verhinderde.
Schuimdeken is een toestand waarbij een stabiele schuimlaag het verwarmingsoppervlak geheel of gedeeltelijk bedekt. Het schuim is een mengsel van gas en vloeistof, met een hoge gasfractie. De gasfractie heeft een veel lagere thermische geleidbaarheid dan de vloeistof, waardoor het schuim als isolatiedeken fungeert. Het verwarmingsoppervlak onder het schuim wordt heter dan het oppervlak dat in contact komt met vloeistof.
Waarom schuim ontstaat en stabiliseert in baden met oppervlakteactieve stoffen
Schuim ontstaat wanneer gasbellen worden gegenereerd in een vloeistof die oppervlakteactieve stoffen- bevat. In reinigingsbaden zijn de oppervlakteactieve stoffen opzettelijke toevoegingen die helpen bij het verwijderen van oliën en vuil. De oppervlakteactieve stoffen stabiliseren het schuim ook, waardoor het blijft zitten in plaats van snel afbreekt.
Het schuim stijgt naar de oppervlakte en hoopt zich op. In een tank met roering wordt het schuim continu gegenereerd. De schuimlaag kan 50 tot 100 mm dik worden en urenlang aanhouden.
Het schuim hecht zich ook aan oppervlakken. Het verwarmingsoppervlak biedt, vooral als het heet is, kiemplaatsen voor belbevestiging. De bellen hopen zich op en vloeien samen tot een schuimlaag op het verwarmingsoppervlak.
| Concentratie oppervlakteactieve stoffen | Roersnelheid | Schuim Hoogte | Schuimpersistentie | Risico op verwarmingsdeken |
|---|---|---|---|---|
| <0.5% | Laag | <10 mm | Kort | Laag |
| 0.5–1.0% | Gematigd | 10–30 mm | Gematigd | Gematigd |
| 1.0–2.0% | Hoog | 30–60 mm | Lang | Hoog |
| >2.0% | Hoog | >60 mm | Heel lang | Zeer hoog |
Schuimvorming en overdekking van de verwarming in baden met oppervlakteactieve stoffen
Waarom schuimdeken oververhitting veroorzaakt
De schuimlaag op het verwarmingsoppervlak heeft een thermische geleidbaarheid die 5-20 keer lager is dan die van de vloeistof. De door de verwarmer gegenereerde warmte kan niet zo efficiënt door het schuim ontsnappen als door de vloeistof. De temperatuur van het verwarmingsoppervlak stijgt.
Voor een verwarming met een vermogen van 1,2 W/cm² kan een schuimlaag van 20 mm de oppervlaktetemperatuur met 15–25 graden verhogen. De hogere temperatuur versnelt de afbraak van PTFE, de afzetting van kalkaanslag en de permeatie. Het met schuim-bedekte gebied is het eerste onderdeel van de verwarming dat defect raakt.
Het schuim verkleint ook het bevochtigde oppervlak van de verwarmer. Als het schuim de bovenste 30% van de verwarmer bedekt, is slechts 70% van het verwarmingsoppervlak in contact met vloeistof. Het effectieve oppervlak wordt verkleind en de wattdichtheid op het bevochtigde gebied neemt toe. De hogere wattdichtheid verhoogt de oppervlaktetemperatuur verder.
Hoe schuimdekens verschillen van droog-uit
Uitdrogen- treedt op wanneer het vloeistofniveau onder de bovenkant van de verwarmer zakt en het blootgestelde gedeelte in contact komt met lucht. Schuimdeken ontstaat wanneer het vloeistofniveau boven de verwarmer ligt, maar de schuimlaag verplaatst de vloeistof en creëert een damp-rijke zone.
Het thermische effect is vergelijkbaar met-het oppervlak dat oververhit raakt. Maar de oorzaak is anders. Uitdrogen-is een niveaucontroleprobleem. Schuimdeken is een probleem met schuimbeheersing.
Schuimdeken voorkomen
De meest effectieve preventie is het beheersen van het schuim. Dit betekent het verlagen van de concentratie oppervlakteactieve stoffen, het verwijderen van de verontreinigingen die het schuim stabiliseren of het toevoegen van een antischuimmiddel.
Het verlagen van de concentratie oppervlakteactieve stoffen vermindert de schuimvormingssnelheid. De concentratie oppervlakteactieve stoffen moet op het minimumniveau worden gehouden dat nodig is voor een effectieve reiniging.
Het verwijderen van olie- en bodemverontreinigingen vermindert de schuimstabiliteit. De verontreinigingen werken als schuimstabilisatoren. Regelmatig afromen of filteren verwijdert ze uit het bad.
Het toevoegen van een antischuimmiddel breekt het schuim. Antischuimmiddelen op siliconen-basis zijn effectief, maar kunnen het bad vervuilen. Er zijn niet-siliconen antischuimmiddelen beschikbaar voor toepassingen waarbij siliconenverontreiniging een probleem is.
| Preventiemaatregel | Effect op schuim | Uitvoering | Impact op proces |
|---|---|---|---|
| Oppervlakteactieve stoffen verminderen | Lagere schuimvorming | Controle van de badchemie | Kan de reiniging verminderen |
| Verwijder verontreinigingen | Lagere schuimstabiliteit | Skimmen of filteren | Geen |
| Antischuimmiddel | Breekt schuim | Chemische toevoeging | Potentiële besmetting |
| Mechanische schuimbreker | Verwijdert schuim | Installatie van apparatuur | Geen |
Preventiemaatregelen voor schuimdeken in baden met oppervlakteactieve stoffen
Wanneer schuimdeken een ontwerpprobleem aangeeft
Een verwarmer die ondanks schuimbeheersing last heeft van een schuimdeken, geeft aan dat de verwarmingspositie of het tankontwerp de ophoping van schuim op het oppervlak bevordert. Een op maat gemaakte configuratie van een PTFE-dompelverwarmer met een positie die schuim afgeeft, een lagere wattdichtheid en een-stroomgeoptimaliseerde lay-out pakt de hoofdoorzaak van schuimdeken aan. Het specificatieproces vereist de badchemie, de concentratie oppervlakteactieve stoffen, de roermethode en het vereiste wattage. Voor faciliteiten met schuimbaden vermindert deze toepassing-specifieke aanpak de schuim-gerelateerde oververhitting en verlengt de levensduur van de verwarming.
