Schlüsselwort: Propanfallfilm

Für eine nachhaltige Senkung der CO2-Emissionen gilt es, Industrieprozesse energiebewusst und effzient zu gestalten. Ein Verfahren mit einem enormen Energieeinsparpotential ist die Fallfilmverdampfung. Die Fallfilmverdampfung zeichnet sich durch einen sehr guten Wärmeübergang bei kurzen Verweilzeiten aus. Für eine effziente Verfahrensgestaltung ist ein um die gesamte Oberfläche gleichmäßig verteilter dünner Film notwendig. Bei Abweichungen von der senkrechten Rohrausrichtung ergeben sich häufig effzienzmindernde Filmaufrisse. Diese können durch die Strukturierung der Verdampferfläche vermieden werden. Propan eignet sich durch seine ökologischen, thermodynamischen und physikalischen Eigenschaften u.a. als Wärmeträgermedium. Im Rahmen dieser Arbeit wurden umfangreiche Untersuchungen zum Wärmeübergang und Filmstabilität eines Propanfallfilmes in Verdampferrohren (Cu-DHP) mit Innenstruktur durchgeführt. Wesentliche Untersuchungsaspekte waren neben der Struktur (1x Glattrohr, 4x Drallstrukturen, 1x Längsstruktur) der Einfluss von Rohrneigung (0° bis 20° von der Vertikalen), Temperatur, Temperaturdifferenz und Massenstrom. Für diese Untersuchungen wurde eigens eine Versuchsanlage konzipiert und aufgebaut. Es konnte gezeigt werden, dass die Strukturierung der Verdampferfläche zu einer Verbesserung bei Filmstabilität und Wärmeübergang führt. Besonders die Drallstrukturen begünstigen eine Tangentialverteilung der Flüssigkeit und fördern somit die Bildung von dünnen Flüssigkeitsfilmen, welche den gesamten Rohrumfang benetzen. Die Kerbhöhe hat sich als der wesentliche geometrische Einflussparameter herausgestellt. Ein Überspülen der Strukturen führt zum einen zur einer Vergrößerung der Filmdicke, was dem Wärmeübergang hinderlich ist, aber zum anderen fördert dies die Turbulenz und führt zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs. Weiterhin konnte ein positiver Effekt der Rohrneigung auf den Wärmeübergang gezeigt werden. Die Untersuchungen zeigten ebenfalls den Einfluss von Kerbtransportvermögen und Schubspannung auf Filmstabilität und Wärmeübergang auf.