Optimierung in der Elektrochemischen Verfahrenstechnik

Abstract

G e g r l i u d e t 1 9 2 8 u n t e r d e m T i t e l . D l e c h e m l s c h e F a b r i k ' Z e i t s c h r i f t f u r t e c h n i s c h e Chernie, V e r f a h r e n s t e c h n i k u n d A p p a r a t e w e s e nANGEWANDTE ELEKTROCHEMIE GDCH-FACHGRUPPEN-TAGUNG 1964 IN LUDWIGSHAFEN/RHEIN Bei der Optimierung von Elektrolysezellen werden die Energiekosten der Elektrolyse gegen dje Investitionskosten sorvie gegen allfallige Ruhrkosten abgewogen und die wirtschaftlichsten Elektrolysebedingungen ermittelt. Das Problem wird quantitativ !ormuliert, und die allgemeinen Beziehungen werden durch numerische Beispiele illustriert. Dabei wird zunachst die Optimierung der Stromdichte bei konstanter Ruhrstarke behandelt. In einem weiteren Beispiel wird die Ruhrung fur das Model1 einer langsangestromten Elektrode optimiert. Die Optimierung einiger weiterer GroSen (auSer Strorndichte und Ruhrung) wird kurz diskutiert. In der Verfahrenstechnik spielt heute die Optimierung technisch-chemischer Prozesse eine wichtige Rolle [l]. Die Entwicklung einer spezifischen elektrochemischen Verfahrenstechnik stellt die Aufgabe, sich mit den Moglichkeiten der Optimierung in der angewandten Elektrochemie naher zu befassen. Optimierung im weitesten Sinne ist die Ermittlung der gunstigsten Bedingungen fur die Erzeugung eines bestimmten Produktes. Im Prinzip wiirde also die Optimierung auch die Wahl des geeignetsten Prozesses mitumfassen. Wir wollen indessen nicht annehmen, daR man sich bereits auf einen bestimmten ProzeB festgelegt hat, d. h. daD die Art und Konzentration der Losung, das Material der Elektroden usw. vorgegeben sind. Betrachten wir z.B. die Optimierung der Stromdichte. Wenn man die Stromdichte erhoht, so benotigt man eine kleinere Elektrodenoberflache, um die gleiche Menge Produkt pro Zeiteinheit zu erzeugen. Es sinken *) Vorgetragen vor der GDCh-Fachgruppe .,Angewandte Elektrochemie", 22. und 23. Oktober 1964 in Ludwigshafen a. Rh. somit die Investitionskosten. Dafur mu6 man eine hohere Spannung an die Elektrolysezellen anlegen, womit sich der Energieaufwand vergroDert. Ferner wird es vielfach nicht moglich sein, die Stromdichte geniigend zu steigern, ohne gleichzeitig die Ruhrintensitat zu vergronern. Man muD somit gegebenenfalls auch noch einen Tribut bezahlen in Form von Riihrkosten, die zu der VergroBerung der Energiekosten der Elektrolyse hinzukommen. Die wirtschaftlichste Stromdichte wird dann in der Weise ermittelt, daD die Aktivposten der Bilanz gegen die Passiven abgewogen werden. Quantitative Formulierung des Problems Es sol1 eine gegebene Menge M Produkt in der Zeit t erzeugt werden. Die dazu erforderliche Elektrizitatsmenge sei Q. Es gilt: Q = A i t (11, wenn A die Elektrodenoberflache und i die Stromdichte bedeuten. Die Energiekosten sind dann gegeben durch Chemie-1ng:Techn. 37. Jahrg. 1965 I Nr. 6

Experimental Observations of Free‐Convection Mass Transfer to a Horizontal Surface with a Micromosaic Electrode

“…5B is 4.58 • 10 .6 cm2/s. This value can be compared to 5.4 x 10 -6 cm2/s, reported Ibl et al (7), and 4.22 • 10 -6 cm2/s determined by Alkire and Gould (8).…”

“…The present work with composite oxides of iron and nickel impacts on a major source of inefficiency in commercial electrolyzers, the oxygen overpotential at the nickel anodes customarily used (6). We have previously reported exceptionally strong catalytic properties for the evolution of oxygen and the possible utilization of these properties for alkaline electrolysis (7). Subsequently, another report has confirmed the exceptional catalytic properties of these materials (8).…”

Mass transport in multiphase electrochemical systems

“…These different mass transfer mechanisms were studied separately in the literature. Ibl et al (1971) [119] established the first mass transfer relation for the diffusive micro-processes associated with bubble evolution. This model neglected convection and focused on reactant diffusion to a microarea on the electrode surface affected during the waiting period after bubble detachment and nucleation of the subse-Chapter 2.…”