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Modelling of mass transfer in extraction columns with drop forward-mixing and coalescence-redispersion

Authors

  • Yu Qian,

    Corresponding author
    1. Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, People's Republic of China
    Current affiliation:
    1. Dept. of Chemical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, B.C., Canada V6T IZ4
    • Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, People's Republic of China
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  • Jiading Wang

    1. Department of Chemical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, People's Republic of China
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Abstract

The objective of this work is to model the effect of simultaneous drop forward-mixing and coalescence-redispersion on the hydrodynamics and mass transfer efficiency of a two phase countercurrent extraction process. Based on the flow mechanism and drop size distribution in extraction columns, a novel model with a simplified sequential algorithm is developed. It is much easier to use, and computationally less expensive, than a direct simulation technique which would typically be a tedious boundary-value iteration method. A new concept of Effective Mass Transfer Coefficient is presented, from which the effect of drop forward-mixing and coalescence-dispersion on extraction performance is directly evaluated from an analytical expression. The results calculated from the model are satisfactorily compared to experimental results obtained from three actual extraction system in two pulsed sieve-plate extraction columns. The relationship between the present model and the diffusion model is discussed and a parameter transformation equation for the two models is given.

Abstract

On se propose dans cet article de modéliser l'effet simultané du mélange des gouttes et de la coalescence-redispersion sur l'hydrodynamique et l'efficacité du transfert de matière d'un precédé d'extraction à contre-courant biphasique. En s'appuyant sur le mécanisme d'écoulement et la distribution de taille des gouttes dans les colonnes d'extraction. on a mis au point un nouveau modèle basé sur un algorithme séquentiel simplifié. Ce modèle est beaucoup plus facile à utiliser, et moins cher en termes de temps de calcul, qu'une technique de simulation directe qui serait typiquement une méthode d'itération de valeurs aux limites fastidieuse. On présente un nouveau concept de coefficient de transfert de matière efficace, à partir duquel l'effet du mélange des gouttes et de la coalescence-dispersion sur la performance de l'extraction est directement évalué au moyen d'une expression analytique. Les résultats calculés se comparent bien aux résultats expérimentaux obtenus à partir de trois systèmes d'extraction réels dans deux colonnes d'extraction à plateaux perforés pulsés. La relation entre le présent modèle et le modèle de diffusion est analysée et on donne une équation de transformation des paramètres pour les deux modèles.

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