Gouttes individuelles avec gradient de concentration

170215 anpf evas-cell-with-gradient fr Dans les expériences sur les gouttes individuelles, la phase continue dans laquelle passent les gouttes présente une concentration constante. Cela ne correspond pas à la situation qui existe dans une colonne d'extraction, où les deux phases présentent un gradient le long de la colonne. Lors de l'application de la modélisation basée sur les gouttes pour les colonnes d'extraction, le gradient de la phase continue doit donc être comptabilisé par les contributions de modèle correspondantes. En outre, le transfert de masse et la sédimentation sont liés, en particulier pour les forces motrices plus importantes. On sait qu'un fort transfert de masse conduit à des convections interfaciales, qui augmentent le transfert de masse et ralentissent la sédimentation.

Afin d'étudier les effets résultants, une cellule à échelle laboratoire modifiée a été construite, dans laquelle un gradient de concentration dans la phase continue pourrait être réalisé. La mise au point, qu'elle a développée, créée et utilisée dans ses expériences, combine des éléments de la cellule de transfert de masse développée à RWTH Aix-la-Chapelle et celle qui a été autrefois utilisée à TU Graz. La cellule d'Aix-la-Chapelle, qui est maintenant également établie à l'Université de Liège, est caractérisée par une génération de gouttes individuelles de volume connu avec un injecteur et une seringue pilotée par ordinateur qui sont ensuite maintenues flottantes pendant un temps arbitraire dans le flux contre-courant de la phase continue. A TU Graz, le transfert de masse avait autrefois été caractérisé par des gouttes, qui ont été générées en série par une pompe en combinaison avec un injecteur, qui montaient en phase stagnante continue. Le temps de séjour peut être ajusté en faisant varier la hauteur de l'entonnoir d'échantillonnage.

Dans la nouvelle cellule, les gouttes sont générées individuellement par un système injecteur-seringue, mais elles montent dans une phase continue stagnante, qui a été remplie dans la cellule avec un gradient de concentration dédié (voir figure). Ensuite, différents cas de gradients de concentration relatifs ont été étudiés systématiquement. Les concentrations de goutte résultantes en fonction du temps de contact et du diamètre des gouttes sont mesurées et évaluées avec des modèles appropriés.

Il est possible de montrer clairement que le transfert de masse est plus complexe que les modèles simples généralement appliqués. Le transfert de masse à l'intérieur de la goutte peut être décrit avec un modèle en couche (shell model) numérique, où le coefficient de diffusion effectif dépend de la vitesse de sédimentation. Si le gradient de concentration rencontré par la goutte dépasse une certaine limite, le taux de transfert de masse est augmenté d'un facteur de 1,5. Ceci diffère sensiblement du modèle de Henschke, qui a été précédemment utilisé pour décrire le transfert de masse dans des colonnes d'extraction. Ce nouveau modèle sera utilisé avec ReDrop, notre outil de simulation pour la conception des colonnes d'extraction, à l'avenir, pour mieux décrire le comportement des gouttes individuelles.

Gouttes individuelles avec gradient de concentration

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