Untersuchung des Stofftransports an gewischten Platten

Transkript

1 Research Collection Doctoral Thesis Untersuchung des Stofftransports an gewischten Platten Author(s): Schalch, Eugen Publication Date: 1974 Permanent ink: Rights / icense: In Copyright NonCommercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH ibrary

2 Diss. Nr UNTERSUCHUNG DES STOFFTRANSPORTS AN GEWISCHTEN PATTEN Abhandlung zur Erlangung des Titels eines Doktors der Technischen Wissenschaften der EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHUE ZÜRICH vorgelegt von EUGEN SCHACH Dipl. Ing.Chem. ETH geboren am 0. Juni 194 von Schaffhausen Angenommen auf Antrag von Prof. Dr. N. Ibl, Referent Prof. Dr. W. Richarz, Korreferent ok Zurich, 1974

3 zwecks auf 85 Aus den Tab. 5 (S. 67) und 7 (S. 7) geht eindeutig hervor, dass die in der vorliegenden Arbeit geschilderten Stofftransportmessungen an gewischten Platten nicht mit dem Penetrationsmodell in Einklang gebracht werden kön nen. Hingegen ergaben die auf Seite 0 erwähnten Messungen von Dossenbach (7) eine befriedigende Uebereinstimmung mit dem Penetrationsmodell (s. auch S. 8) Das Penetrationsmodell ist auch erfolgreich auf die Berech nung des Wärmeübergangs an gewischten Platten angewendet worden ((15), (16), s. auch S. 8 f). Allerdings betragen bei den zur Beschleunigung des Warm et ran sport s angewendeten Wischvorrichtungen die Abstände zwischen den Wischerblattern ein Vielfaches der Fadenabstande der in der vorliegen den Arbeit verwendeten Wischergewebe. Dasselbe gilt fur die von Do s s enbach (7) untersuchte Wischvorrichtung, bei der die Wischerblatter einen Abstand von 5 cm aufwiesen. Im Falle des Wischens mit Geweben von, 5 mm resp. 0, 5 mm Fadenab stand scheint die Ausbreitung der hydrodynamischen Grenzschicht durch den Impulsfluss von den Wischerfaden in die Flüssigkeit wirksam einge schränkt zu werden. Gleichzeitig bleibt jedoch die Penetration von Flüssig keit aus dem Innern des Elektrolyten schwach, was dazu fuhrt, dass die Penetrationstheorie auf die hier untersuchte Anordnung nicht angewendet werden kann 7 ZUSAMMENFASSUNG In der vorliegenden Arbeit wurden Ruhrmethoden untersucht, deren Wirkung sich Vermeidung unnötiger Energieverluste den Bereich nahe der Phasengrenze Elektrode/Elektrolyt beschrankt. Die Stofftranspoitgeschwindigkeiten wurden elektrochemisch bestimmt (durch Messung des Reduktionsstrom von FerriIonen im Kaliumferri /ferro

4 osungen 86 cyanid Redoxsystem mit Natronlauge als eitelektrolyt). Zunächst wurden orientierende Stofftransportmessungen an vertikalen Platten von 0 cm ange durchgeführt. Dabei wurde der Stofftransport mittels der folgenden beiden Anordnungen beschleunigt 1) Auf den Elek troden aufliegende Saiten von 0, 5 mm Dicke und mm Abstand, die hm und her bewegt wurden, ) Gewebe von 0, 5 mm und, 5 mm Fadenabstand, die die Form endloser Bander aufwiesen und kontinuierlich über die Elek troden gezogen wurden. Diese beiden Wischmethoden wurden auf die Kupferabscheidung aus Kupfer sulfat/schwefelsaure angewendet, wobei sich das oszillierende Wischen als ungeeignet erwies. Bei der genaueren Ermittlung der Stofftransportrelationen für das Wischen der Elektroden mit umlaufenden Geweben wurden die beiden Gewebearten (0, 5 mm und, 5 mm Fadenabstand) in Kombination mit vier vertikalen Platten verschiedener ange (0, cm, 1, 8 cm, 4, 7 cm und 0 cm) im Wischgeschwindigkeitsbereich von 0, cm/s bis 50 cm/s untersucht. Dabei wurde jeweils sowohl mit aufwärts als auch mit abwärts bewegtem Wischer gemessen. Die Resultate der 16 durchgeführten Messreihen wurden nach verschiedenen Gesichtspunlcten geordnet grafisch dargestellt. Durch lineare Regression er mittelte man die Geschwindigkeits und die angenabhangigkeits Korrela tionen fur die Grenzstromdichten. Das gesamte Versuchsmaterial wurde zudem unter Anwendung einer dimensionslosen Darstellungsweise in zwei Korrelationen zusammengefasst. Es resultierte Sh. = 9,45 (ReT /d) '69 fur die aufwärts bewegten Gewebe und

5 87 0 ^77 ' = ShT 5,07 (ReT /d) fur die abwärts bewegten Gewebe. Fur die theoretische Behandlung des vorliegenden Stofftran sport syst ems wurden drei Modelle herangezogen. Das Modell der angeströmten Platte, das Penetrationsmodell und das FilmModell. Die Resultate der Modell vorstellungen wurden mit den Messergebnissen verglichen, was Schlüsse auf den Stofftransportmechanismus an der gewischten Platte erlaubte. Die beobachteten Phänomene konnten im wesentlichen entweder aufgrund der Modellvorstellungen oder mit Hilfe hydrodynamischer Betrachtungen er klart werden. 8 SYMBOVERZEICHNIS a Amplitude (cm) b Plattenbreite (cm) c Konzentration (Mol/cm ) c Konzentiation im Innern der osung (Mol/cm ) 0 D Diffusionskoeffizient (cm /s) d charakteristische Dimension (Plattenabstand, Querfadenabstand) (cm) E Exponent ( ) F FaradayKonstante, mas/aeq f hydrodynamische Grenzschichtdicke (cm) i (y) lokale Grenzstromdichte (ma/cm ) S i, _ l mittlere Grenz ström dichte (ma/cm ) g g charakteristische Dimension (Elektroden]ange) (cm) n" Stofffluss (Mol/cm s) P Pioportionalitatsfaktor