Hydrodynamik und Stoffaustausch in gerührten Kühni-Kolonnen bei der Reaktivextraktion von Zink

In den durchgeführten Untersuchungen erfolgte die mehrskalige Betrachtung der reaktiven Zinkextraktion mit Hilfe des Kationentauschers Di(-2-ethylhexyl)phosphorsäure (D2EHPA) mit dem Ziel, die populationsdynamische Modellierung der Hydrodynamik und des Stoffaustausches in gerührten Extraktionskolonnen vom Typ Kühni zu ermöglichen.

Im ersten Schritt der mehrskaligen Betrachtung erfolgte eine Untersuchung von Reaktionsgleichgewicht, Stoffsystemeigenschaften sowie der Makrokinetik der Zinkextraktion. Neben der Optimierung eines bestehenden Gleichgewichtsmodells, wurden hierbei neue empirische Ansätze zur Beschreibung der Stoffsystemeigenschaften entwickelt. Zudem wurde der reaktive Stofftransferwiderstand beim Extraktionsprozess untersucht.

Im zweiten Schritt erfolgte eine Betrachtung von Einzeltropfenmodellen für Tropfensedimentation und Tropfenzerfall. Dabei wurde ein bestehendes Tropfensedimentationsmodel an das reaktive Stoffsystem angepasst. Im Hinblick auf den Tropfenzerfall wurde festgestellt, dass bereits bestehende Korrelationen gut auf das reaktive Stoffsystem übertragbar sind. Dennoch wurde eine neue Korrelation zur Beschreibung der mittleren Tochtertropfenanzahl entwickelt.

Im letzten Schritt erfolgte die Betrachtung der Zinkextraktion in einer gerührten DN32 Kühni-Kolonne. Die experimentelle Untersuchung der Kolonnenhydrodynamik zeigte einen signifikanten Einfluss von Kolonnenbelastung, Phasenverhältnis, Energieeintrag und Stoffsystemeigenschaften auf Hydrodynamik und Stofftransfer in der Kühni-Kolonne. Das Stofftransferverhalten wird außerdem noch maßgeblich von der Ionentauscherkonzentration im Lösungsmittel und der Zinkkonzentration im Feed bestimmt. Mit Hilfe eines einfachen Stufenmodells wurde eine erreichbare theoretische Trennstufenzahl von 2 bis 4 Stufen pro Meter Kolonnenhöhe in der Kühni-Kolonne ermittelt.