Quadratic model of the behaviour of a fluidized bed reactor: Catalytic oxidation of benzene to maleic anhydride

Authors

  • O. Kizer,

    1. Institut du Génie Chimique, Laboratoire Associé C.N.R.S. 192 Chemin de la Loge, 31 078 — Toulouse Cedex (France)
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    • T.U.T. — Région Capital — Km 11 — La Panamericana — Caracas — Venezuela.

  • C. Chavarie,

    1. Institut du Génie Chimique, Laboratoire Associé C.N.R.S. 192 Chemin de la Loge, 31 078 — Toulouse Cedex (France)
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    • Ecole Polytechnique de Montréal — Campus de l'Université de Montréal, C.P. 6079 — Succursale “A”, Montréal, Qué. H3C 3A7, Canada.

  • D. Cassimatis,

    1. Institut du Génie Chimique, Laboratoire Associé C.N.R.S. 192 Chemin de la Loge, 31 078 — Toulouse Cedex (France)
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  • C. Laguerie

    1. Ecole Polytechnique de Montréal, C.P. 6079, Succursale A, Montréal, Qué. H3C 3A7
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Abstract

The behaviour of a fluidized bed reactor for the catalytic oxidation of benzene to maleic anhydride has been studied following a 24 factorial design of experiments. Results stand comparison with those observed in fixed bed reactors. Yields as high as 42% are obtained.

Statistical analysis of the data, using the Yates method, to establish the polynomial dependence of conversion, selectivity and yield on the operating variables (temperature, benzene/air ratio, volumetric flow of the feed, height of the catalytic bed of particles) shows that the performance of the system, for each response, can be translated to an incomplete quadratic model with only limited interactions among the variables. Although it is difficult to establish a precise correspondance of the parameters of the models to the fundamentals of fluidized bed reactors, some of the phenomenological principles of the process related to conversion and selectivity have been identified. However, such is not the case for the unusually complex yield response. The analysis of the data suggested a more refined control of the variables to elucidate the behaviour of the yield around the optimal operating conditions.

Abstract

Le comportement d'un réacteur fluidisé conçu pour l'oxydation catalytique de benzène en anhydride maléique a été étudié suivant un plan factoriel d'expériences du type 24. Les résultats obtenus se comparent aux performances des réacteurs à lits fixes; des rendements aussi élevés que 42% ont en effet été obtenus.

L'analyse statistique des données pour établir la dépendance polynomiale de la conversion, de la sélectivité et du rendement sur les variables d'opération (température, rapport benzène/air, débit d'alimentation, masse de catalyseur) montre que la performance du système se traduit pour chaque réponse par un modèle quadratique incomplet avec peu d'interactions entre les variables. Měme s'il est difficile d'établir une correspondance précise entre les paramètres du modèle et les principes fondamentaux des réacteurs fluidisés, certains aspects de la phénoménologie du procédé ont été identifiés dans le cas de la conversion et de la sélectivité. Il n'en est pas de měme pour le rendement car la régression polynomiale calculée est d'une complexité inusitée, les interactions étant nombreuses. L'analyse des données suggère un contrôle plus raffiné des variables pour élucider le comportement du rendement autour des conditions optimales d'opération.

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