Effect of micro-mixing on the yield of intermediates in triplet consecutive/competitive reactions

Authors


Abstract

Micro-mixing calculations based upon a simplified non-deforming one-dimensional diffusion-reaction formulation are presented for the sequence of three reactions denoted by A + B → R + B → S + B → T. This triplet reaction under micro-mixing is posed as five simultaneous parabolic partial differential equations which have been solved using a general purpose NAG library algorithm. The primary product R has an improved yield under perfect mixing conditions. The ultimate product T is shown to be always favoured by the perfect segregation of micro-mixing. By contrast, the central intermediate S gives high yields under micro-mixing at low conversions, but perfect mixing is preferable at higher conversions. In addition, predictions show that yield improvements for S might be possible by an engineered stretching of fluid lamellae and by the combination of micro-mixing followed by perfect mixing, especially at intermediate levels of conversion. The calculations are relevant to multi-step halogenations and they help to explain how the anomolous appearance of a tri-halogenated species ahead of mono- and di-halogenated ones in a stirred vessel can be attributed to micro-mixing.

Abstract

Des calculs de micromélange s'appuyant sur une formulation de diffusion-réaction unidimensionnelle non déformante simplifiée sont présentés pour une séquence de trois réactions notées par A + B → R + B → S + B → T. En micromélange, ce triplet s'exprime sous la forme de cinq équations différentielles partielles paraboliques simultanées qui ont été résolues au moyen d'un algorithme général de la bibliothèque NAG. Le produit primaire R a un rendement amélioré dans des conditions de mélange parfaites. On montre que le produit final T est toujours favorisé par la ségrégation parfaite du micromélange. À l'opposé, le rendement en produit intermédiaire S est très élevé pour un micromélanage à faible conversion, mais un mélange parfait est préférable à une conversion élevée. De plus, les prédictions montrent que des améliorations du rendement en S pourraient ětre possibles par un étirement des lamelles de fluide et par la combinaison d'un micromélange suivi d'un mélange parfait, particulièrement aux niveaux intermédiaires de conversion. Ces calculs sont pertinents pour les halogénations multiétagées et aident à expliquer comment l'apparence anormale d'une espèce trihalogénée devant des espèces mono et dihalogénées dans un réservoir agité peut ětre attribuée au micromélange.

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