Keimbildung von n-Nonan und der Beitrag latenter Wärme aufgrund von Methanol-Assoziation in der Gasphase

David Ghosh, Dezember 2004

Aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen bildet Methanol schon in der Gasphase Oligomere. Dieser Assoziationseffekt wird von einem Wärmebeitrag begleitet. Der stark temperaturabhängige Keimbildungsprozess bildet die Grundlage, eben diese Temperatureänderung durch den Beitrag latenter Wärme zu untersuchen. Dazu wurde unter Verwendung einer Nukleationspulskammer die homogenen Referenzkeimbildungsraten von n-Nonan bei 220 K, 225 K und 230 K gemessen und anschließend die 225 K n?Nonan Isotherme mit verschiedenen Dampfdrücken von Methanol dotiert. Die theoretischen Keimbildungsraten nach Becker und Döring liefern  für reines n-Nonan um vier Größenordnungen niedrigere Raten als experimentell gefunden. Im Gegensatz dazu zeigt die Theorie von Girshick Chiu einen verbesserten Temperaturgang und die vorhergesagten Raten liegen im Bereich der experimentellen Ergebnisse. Jedoch zeigen die Isothermen beider Theorien wesentlich stärkere Steigungen. Aus den experimentellen Steigungen wird nach dem Nukleationstheorem von Kashchiev die Zahl der Teilchen im kritischen Cluster bestimmt. Ein Vergleich mit den Vorhersagen der Gibbs?Thomson Gleichung liefert Abweichungen von 50%. Zum Vergleich mit einer anderen Messmethode wurde in einer Überschalldüse der onset des Kondensationsverhalten von n-Nonan bei 180 K ? 215 K gemessen. Die dazugehörigen maximalen Keimbildungsraten wurden mittels klassischer Nukleationstheorie und der Girshick Chiu Theorie bestimmt. Auch hier wird das Messfenster durch die Girshick Chiu Theorie zufriedenstellend beschrieben. Durch die Extrapolation der maximalen Nukleationsraten lassen sich die experimentellen Ergebnisse von der Nukleationspulskammer mit denen der Überschalldüse vergleichen. Die mit Methanol dotierten 225 K n-Nonan Isothermen weisen bei gleicher Übersättigung als Konsequenz des Wärmebeitrages aufgrund von Methanol Assoziation höhere Keimbildungsraten auf. Aus der Analyse dieser Änderung kann die Temperaturdifferenz in Abhängigkeit des Methanolpartialdampfdruckes quantitativ bestimmt werden.