A study of the combined effects of kinetic parameters and flow models on conversions for second order reactions

Authors


Abstract

The present paper is a study of the interplay between kinetic parameters and different flow patterns and its effect on fractional conversions for second order reactions with arbitrary stoichiometry and arbitrary ratios between the initial concentrations of the reactants. The models studied are the normal, segregated and maximum-mixed axial dispersion and tanks-in-series models. The calculations required have been performed with the aid of digital simulation and the results are presented in diagrams making possible the determination of the fractional conversion for ten different models.

When plotted as a function of a reaction rate group the absolute value of the difference between the conversions for the normal and segregated models always attains its highest value for the limiting model represented by complete backmixing, while this difference is zero for the opposite limiting model, i.e. plug flow. In the case of maximum-mixed and normal models this difference attains its highest value between plug flow and complete backmixing, but the exact value is dependent on other parameter values. The diagrams indicate that it is more important to choose the proper model for certain parameter combinations than for others: the maximum difference between the conversions for different models is about 8%; the lowest is zero.

Abstract

Le présent travail est une étude de l'interaction entre les paramètres cinétiques et différents types d'écoulement ainsi que de son effet sur des transformations fractionnées, dans le cas de réactions de second ordre où la stoechiométrie est arbitraire de měme que les rapports entre les concentrations initiales des réactifs. On a étudié les modèles suivants; (a) normaux, (b) ségrégatifs, (c) à dispersion axiale avec mélange maximal et (d) à réservoirs en série. On a fait les calculs requis à l'aide de simulation numérique et présente les résultats sous forme de diagrammes qui permettent la détermination de la transformation fractionnée dans le cas de dix modèles différents.

Si l'on présente graphiquement, en fonction d'un groupe de vitesses de réaction, la valeur absolue de la différence entre les transformations, dans le cas des modèles normaux et ségrégatifs, cette valeur atteint son sommet lorsqu'il s'agit du modèle restrictif représenté par un rétromélange complet; cependant la différence est nulle dans le cas du mélange restrictif contraire, c'est-à-dire celui d'un écoulement en bloc. Pour les modèles normaux et ceux où le mélange est maximal, ladite différence devient maximale entre l'écoulement en bloc et le rétromélange complet, mais sa valeur exacte dépend des valeurs d'autres paramètres. Les diagrammes indiquent qu'il est plus important de choisir le modèle approprié dans le cas de certaines combinaisons de paramètres que dans d'autres; la différence maximale entre les transformations pour divers modèles est approximativement 8% et la plus faible est zéro.

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