Gas-liquid mass transfer in low- and medium-consistency pulp suspensions

• Published in: Canadian journal of chemical engineering Vol. 78; no. 3; pp. 504 - 512
• Main Authors: Rewatkar, V. B., Bennington, C. P. J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Hoboken Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company 01-06-2000; Wiley
• Subjects: Applied sciences; Chemical engineering; Exact sciences and technology; gas-liquid mass transfer; Heat and mass transfer. Packings, plates; mixing; Paper, paperboard, non wovens; Polymer industry, paints, wood; pulp bleaching; Pulp manufacturing; pulp suspensions; Wood. Paper. Non wovens; Gas liquid; Sulfites; Correlation; Mixing; Catalytic reaction; Chemical method; Paper pulp; Volumetric mass transfer coefficient; Particle suspension; Experimental study; Cobalt; Mass transfer; Heterogeneous catalysis; Bleaching; Flow visualization; Oxidation; Manufacturing; Measurement method
• ISSN: 0008-4034; 1939-019X
• DOI: 10.1002/cjce.5450780309

The volumetric gas—liquid mass transfer coefficient (kLa) was measured for low‐ and medium‐consistency pulp suspensions using the cobalt‐catalyzed sulfite oxidation technique. Mass transfer rates were measured in a high‐shear mixer for a range of operating parameters, including the rotor speed (N = 10 to 50 rev/s), gas void fraction (Xg = 0.10 to 0.40) and fibre mass concentration (Cm = 0.0 to 0.10). kLa measurements were compared with the macroscale flow regime in the vessel (characterized using photographic techniques) and correlated with energy dissipation, gas void fraction and suspension mass concentration in the mixer. We found that gas‐liquid mass transfer was significantly reduced in pulp suspensions, even for low suspension concentrations. Part of this reduction was associated with dissolved components leached from the fibres into the liquid phase. This could account for reductions in kLa of up to 30% when compared with distilled water. The fibres further reduced kLa, with the magnitude of the decrease depending on the fibre mass concentration. Correlations were developed for kLa and compared with results available in the literature.
Nous avons mesuré le coefficient de transfert de matière gaz—liquide volumétrique (kLa) pour des suspensions de pǎtes de consistance faible et moyenne à l'aide d'une technique d'oxydation de sulfite catalysé au cobalt. Les cinétiques de transfert de matière ont été mesurées dans un mélangeur à fort cisaillement pour une gamme de paramètres de fonctionnement, dont la vitesse de rotor (N = 10 à 50 t/s), la fraction de vide du gaz (Xg = 0,10 à 0,40) et la concentration massique des fibres (Cm = 0,0 à 0,10). Des mesures de kLa ont été comparées au régime d'écoulement macroscopique dans le réservoir (caractérisé par des techniques photographiques) et corrélées avec la dissipation d'énergie, la fraction de vide du gaz et la concentration massique de la suspension dans le mélangeur. Nous avons trouvé que le transfert de matière gaz—liquide était significativement réduit dans les suspensions de påtes, měme pour de faibles concentrations de suspensions. Une partie de cette réduction est reliée à des composants dissous lavés venant des fibres dans la phase liquide. Cela pourrait représenter des réductions de kLa atteignant 30% si on compare à l'eau distillée. Les fibres diminuent encore davantage kLa, la diminution dépendant de la concentration massique des fibres. Des corrélations ont été établies pour kLa et comparées à des résultats disponibles dans la littérature scientifique.