Optimal design of a continuous stirred-tank reactor by a gradient method

Authors


Abstract

The design of a continuous stirred-tank reactor, used in the formation of allyl chloride from chlorine and propylene, was optimized by a gradient method. Four process variables were considered: Reaction temperature, pressure, feed composition, and “pseudo” residence time (ratio of reactor volume to molar feed rate). In addition to the primary reaction, a secondary and a consecutive reaction were included in the process model.

Sensitivity analyses revealed that 5% errors in the reaction rate constants produced only very slight changes in the optimal design. In addition, it was found that the profit from the operating reactor was a strong function of feed composition and reaction temperature and a relatively weak function of pressure and “pseudo” residence time.

A program was developed for the IBM 709 computer by which the machine made all appropriate decisions and calculations in finding the optimal design and carrying out the sensitivity analyses.

Abstract

La conception optimale, par la méthode des gradients, d'un réacteur avec agitation continue utilisée pour la préparation du chlorure d'allyl à partir de chlore et de propylène est présentée. Quatre variables du procédé sont considérées: température de réaction, pression, composition de l'alimentation et temps de résidence fictif (volume du réacteur/taux d'alimentation molaire). Les réactions secondaire et consécutive sont aussi incluses dans le procédé.

L'analyse révèle que des erreurs de 5% dans la constante des réactions ne produisent que de faibles changements dans la conception ultime. De plus, le profit obtenu avec le réacteur est fortement affecté par la composition et la température de réaction mais peu affecté par la pression et le temps de résidence fictif.

Un programme développé pour le calculateur IBM 709 permet à ce dernier de prendre toutes les décisions opportunes et de procéder aux calculs nécessaires pour réaliser la conception optimale ainsi que les analyses requises.

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