Rôle des diagnostics optiques en temps réel dans le contrôle d'une colonne d'extraction liquide-liquide type pulsée - comparaison expérience / modèle - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2008

Rôle des diagnostics optiques en temps réel dans le contrôle d'une colonne d'extraction liquide-liquide type pulsée - comparaison expérience / modèle

Ousmane Syll
  • Function : Author

Abstract

The design of a liquid-liquid extraction column is based on energy transfer phenomenon leading to a fragmentation of the light phase in droplets allowing the mass transfer with the heavy phase. However, this mechanism suggests a recurring coalescence of the drops followed by a fragmentation to each plate. The process studied in this Thesis is based on the use of a pulsated column attached by optical techniques (analyzes images and Anemometry Doppler Laser) in order to investigate the processes of transfer and the hydrodynamic of the column. The selected experimental model consists of the study of the mass transfer from the dispersed phase (ethyl acetate) to the continuous phase (water) under the standard conditions. A better understanding of pulsed liquid-liquid extraction columns was obtained by using an online digital image analysis system to characterize emulsion drop. The system enabled drop size distribution (DSD) in the emulsion to be qualified with physical (flow rate, stirring pulse) and thermodynamic (surface tension) parameters. The surface tension was investigated by static contact angle measurement as a function of the mixture composition. Mass transfer and energy transfer, characterized by the surface/volume ratio of the droplets were compared with the working parameters such as surface tension of the liquid in order to interpret restrictive phenomena such as hold up, flooding; transfer mass velocity and column efficiency. However, the adhesion work between liquid and plate surface determined by contact angle measurements indicates that interface property variations, as a function of solute concentration, must be taken into account in the theoretical correlations. A simulation code was used in order to estimate each plate's efficiency and to determine the limit of the energy transfer which is responsible for the flooding phenomena. The droplet rates and their residence time between each plate were estimated by ADL measurements and we simulate under Comsol 3.4 current lines and the phenomena turbulence for a pulsed system.
La conception d'une colonne d'extraction liquide-liquide repose sur le mécanisme de transfert d'énergie conduisant à une fragmentation de la phase légère en gouttelettes permettant le transfert de matière avec la phase lourde. Toutefois ce mécanisme présente de façon récurrente à chaque plateau une coalescence des gouttes suivie d'une fragmentation. Le processus étudié dans ce mémoire repose sur l'emploi d'une colonne pulsée instrumentée par des techniques optiques (analyse d'images et Anémométrie Doppler Laser) afin de disposer d'outils non intrusifs pour qualifier les processus de transfert et l'hydrodynamique de la colonne. Le modèle expérimental choisi consiste à étudier le transfert de matière de l'acide acétique de la phase dispersée (acétate d'éthyle - acide acétique) à la phase continue (eau). Le système d'analyse d'image a permis de mesurer in situ la distribution des gouttes de la phase légère selon leur taille (DSD) en fonction des paramètres physicochimiques et thermodynamiques. La tension de surface de chaque liquide vis-à-vis des plateaux perforés (PTFE) a été déterminée à partir des mesures d'angle de contact. Les transferts d'énergie et de matière caractérisés par le rapport surface/volume des gouttes sont corrélés avec les paramètres d'action afin d'interpréter le phénomène restrictif tels que le Hold-up et l'efficacité de séparation. Cependant, l'étude du travail d'adhésion entre la goutte et la surface des plateaux indique que les variations des propriétés interfaciales sont fonction de la concentration du soluté et doit être prises en compte dans la corrélation du diamètre moyen de Sauter. Nous avons utilisé des codes industriels Hysys/Aspen afin d'établir le rôle déterminant de la tension de surface sur les codes de calcul et la convergence des modèles. A partir de ces modèles nous avons déterminer l'efficacité de chaque plateau et de mettre en évidence le rôle du transfert d'énergie responsable du phénomène d'engorgement. Nous avons estimé la vitesse moyenne et le temps de séjour moyen sur chaque plateau par ADL en fonction de l'énergie transmise au plateau par pulsation mécanique et à partir de ces résultats nous avons simulé sous Comsol 3.4 l'écoulement hydrodynamique de la colonne type pulsée.
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Dates and versions

pastel-00004981 , version 1 (02-04-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00004981 , version 1

Cite

Ousmane Syll. Rôle des diagnostics optiques en temps réel dans le contrôle d'une colonne d'extraction liquide-liquide type pulsée - comparaison expérience / modèle. Chemical Sciences. Chimie ParisTech, 2008. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00004981⟩

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