חנות גימור מתכת משכה תנור טבילה PTFE ממיכל ניקוי אלקליין לאחר שישה חודשי שירות. משטח המעטפת הראה פס של PTFE דהוי עם שלפוחיות לאורך החלק העליון של החלק המחומם. החלק התחתון היה במצב טוב. למכל הייתה שכבת קצף מתמשכת על פני השטח שלו, ובועות קצף הצטברו כנגד החלק העליון של המחמם, ויצרו שמיכה עשירה באדים שהרעיבה את פני השטח ממגע עם נוזלים.
שמיכת קצף היא מצב שבו שכבת קצף יציבה מכסה חלק או את כל משטח החימום. הקצף הוא תערובת של גז ונוזל, עם שבר גז גבוה. לשבריר הגז יש מוליכות תרמית נמוכה בהרבה מהנוזל, ולכן הקצף משמש כשמיכה מבודדת. משטח המחמם מתחת לקצף חם יותר מהמשטח במגע עם נוזל.
מדוע קצף נוצר ומתייצב באמבטיות פעילי שטח
קצף נוצר כאשר נוצרות בועות גז בנוזל המכיל חומרים פעילים-על פני השטח. בניקוי אמבטיות, חומרי השטח הם תוספים מכוונים המסייעים בהסרת שמנים ולכלוכים. חומרי השטח גם מייצבים את הקצף, מה שגורם לו להתמיד ולא להישבר במהירות.
הקצף עולה אל פני השטח ומצטבר. במיכל עם ערבול, הקצף נוצר ללא הרף. שכבת הקצף יכולה להיות עבה-50 עד 100 מ"מ ויכולה להתמיד במשך שעות.
הקצף נצמד גם למשטחים. משטח המחמם, במיוחד אם הוא חם, מספק אתרי גרעין להצמדת בועות. הבועות מצטברות ומתלכדות לשכבת קצף על משטח המחמם.
| ריכוז חומרים פעילי שטח | קצב התסיסה | גובה קצף | קצף התמדה | סיכון שמיכת מחמם |
|---|---|---|---|---|
| <0.5% | נָמוּך | <10 mm | קָצָר | נָמוּך |
| 0.5–1.0% | לְמַתֵן | 10-30 מ"מ | לְמַתֵן | לְמַתֵן |
| 1.0–2.0% | גָבוֹהַ | 30-60 מ"מ | אָרוֹך | גָבוֹהַ |
| >2.0% | גָבוֹהַ | >60 מ"מ | ארוך מאוד | גבוה מאוד |
יצירת קצף וסיכון לשמיכת מחמם באמבטיות פעילי שטח
מדוע שמיכת קצף גורמת להתחממות יתר
לשכבת הקצף על משטח המחמם מוליכות תרמית נמוכה פי 5-20 מהנוזל. החום שנוצר על ידי המחמם לא יכול לברוח דרך הקצף בצורה יעילה כפי שהוא יכול דרך הנוזל. טמפרטורת פני החימום עולה.
עבור תנור חימום הפועל ב-1.2 W/cm², שכבת קצף של 20 מ"מ יכולה להוסיף 15-25 מעלות לטמפרטורת פני השטח. הטמפרטורה הגבוהה מאיצה את פירוק PTFE, שקיעת אבנית וחדירה. האזור המכוסה-קצף הופך לחלק הראשון של המחמם שנכשל.
הקצף גם מקטין את האזור הרטוב של המחמם. אם הקצף מכסה את 30% העליונים של המחמם, רק 70% ממשטח המחמם נמצאים במגע עם נוזל. שטח הפנים האפקטיבי מצטמצם, וצפיפות הוואטים על האזור הרטוב עולה. צפיפות הוואטים הגבוהה מעלה את טמפרטורת פני השטח עוד יותר.
איך שמיכת קצף שונה מיובש- החוצה
ייבוש-מתרחש כאשר מפלס הנוזל יורד מתחת לחלק העליון של המחמם, והחלק החשוף נמצא במגע עם אוויר. שמיכת קצף מתרחשת כאשר מפלס הנוזל נמצא מעל המחמם, אך שכבת הקצף מחליפה את הנוזל ויוצרת אזור עשיר באדים.
האפקט התרמי דומה-המשטח מתחמם יתר על המידה. אבל הסיבה היא אחרת. ייבוש-הוא בעיית בקרת רמות. שמיכת קצף היא בעיית שליטה בקצף.
מניעת שמיכת קצף
המניעה היעילה ביותר היא שליטה בקצף. משמעות הדבר היא הפחתת ריכוז חומרי השטח, הסרת המזהמים המייצבים את הקצף או הוספת חומר נגד קצף.
הפחתת ריכוז חומרי השטח מפחיתה את קצב יצירת הקצף. יש לשמור על ריכוז חומרי השטח ברמה המינימלית הנדרשת לניקוי יעיל.
הסרת שמן ומזהמי אדמה מפחיתה את יציבות הקצף. המזהמים פועלים כמייצבי קצף. רפרוף או סינון רגילים מסירים אותם מהאמבטיה.
הוספת חומר נגד קצף שוברת את הקצף. נוגדי קצף על בסיס-סיליקון יעילים אך עלולים לזהם את האמבטיה. נוגדי קצף ללא-סיליקון זמינים עבור יישומים שבהם זיהום סיליקון מהווה דאגה.
| אמצעי מניעה | השפעה על קצף | יישום | השפעה על התהליך |
|---|---|---|---|
| הפחת חומר פעיל שטח | יצירת קצף נמוכה יותר | בקרת כימיה באמבטיה | עשוי להפחית את הניקוי |
| הסר מזהמים | יציבות קצף נמוכה יותר | רפרוף או סינון | אַף לֹא אֶחָד |
| חומר נגד קצף | שובר קצף | תוספת כימית | זיהום פוטנציאלי |
| מפסק קצף מכני | מסיר קצף | התקנת ציוד | אַף לֹא אֶחָד |
אמצעי מניעה לשמיכת קצף באמבטיות פעילי שטח
כאשר שמיכת קצף מעידה על בעיית עיצוב
מחמם שסובל משמיכת קצף למרות בקרת הקצף מצביע על כך שמיקום המחמם או עיצוב המיכל מקדמים הצטברות קצף על פני השטח. תצורה מותאמת אישית של תנור טבילה מסוג PTFE עם מיקום ששופך קצף, צפיפות וואט נמוכה יותר ופריסה מותאמת לזרימה-נותנת מענה לגורם השורש של שמיכת קצף. תהליך המפרט דורש את כימיית האמבט, ריכוז פעילי שטח, שיטת ערבול והספק הנדרש. עבור מתקנים עם אמבטיות מקציפות, גישה ספציפית ליישום-מפחיתה התחממות יתר הקשורה לקצף- ומאריכה את חיי השירות של המחמם.
