Showing papers in "Canadian Journal of Chemical Engineering in 1996"

Diffusion coefficients of propane and butane in peace river bitumen

Abstract: Diffusion plays a vital role in the “Vapex” process. In the present work the results of experiments on “Vapex” using a Hele-Shaw cell have been used to obtain empirical correlations for the diffusivities of propane and butane in Peace River bitumen. Additional data required for the estimation of diffusivities from these experiments are the solubilities of solvent in bitumen and a correlation for the viscosity of solvent bitumen mixture. Diffusivities are assumed to decline exponentially with viscosity. Computed values of diffusion coefficients fall within the range of the published data for similar systems. This simple experiment can be used to estimate the diffusivities of gaseous solvents in highly viscous fluids. La diffusion joue un rǒle primordial dans le procede Vapex. Dans le present travail, on a utilise les resultats d'experiences menees avec ce procede dans une cellule de Hele-Shaw pour obtenir des correlations empiriques des diffusivites du propane et du butane dans des bitumes de Peace River. Les autres donnees necessaires a l'estimation de ces diffusivites sont les solubilites du solvant dans le bitume et une correlation pour la viscosite du melange de bitume et de solvant. On suppose que les diffusivites diminuent de maniere exponentielle avec la viscosite. Les valeurs des coefficients de diffusion calculees par ordinateur sont dans la gamme des donnees publiees pour des systemes similaires. Cette experience simple peut servir a l'estimation des diffusivites de solvants gazeux dans des fluides hautement visqueux.

Kinetics of acetic acid esterification over ion exchange catalysts

Abstract: Computer simulation showed that catalytic distillation is an attractive process for the removal of dilute acetic acid from wastewater. Selection of catalysts and kinetic data have been obtained for the design of the catalytic distillation column. Kinetic measurements were conducted in a batch reactor. Methanol was added to the dilute acetic acid solutions and reacted with the acid in water to form methyl acetate and water. The reaction can be catalyzed by solid acid catalysts. It was found that Amberlyst 15 was an effective catalyst for this reaction. The effects of stirrer speed, reaction temperature, reactant concentration and catalyst loading on reaction rate were investigated. A complete kinetic equation for describing the reaction catalyzed by Amberlyst 15 was developed. This equation can be used in the simulation and design of the catalytic distillation column for removing acetic acid from wastewater.

On the reported attempts to radically improve the performance of the steam methane reforming reactor

Abstract: Steam reforming of light hydrocarbons is a key step for producing hydrogen and syngas for important processes in the petroleum and petrochemical industries. Since the establishment of the SMR process in 1930, research and development have led to improved catalyst performance and improved reactor tube materials. Since about 1970, new reactor configurations have been considered. The authors critically review recent attempts to radically improve the SMR reactor performance, analyze the areas of improvement and the suitability of proposed configurations for different reforming applications. Le reformage a la vapeur d'hydrocarbures legers est une etape cle dans la production de l'hydrogene et du gaz de synthese pour certains precedes importants des industries petroliere et petrochimique. Depuis la creation du precede de reformage a la vapeur (SMR) en 1930, la recherche et le developpement ont conduit a une amelioration de la performance des catalyseurs et des materiaux utilises dans les tubes des reacteurs. Depuis 1970 environ, de nouvelles configurations de reacteurs sont considerees. Les auteurs menent une etude critique des recentes tentatives pour ameliorer radicalement la performance des reacteurs de SMR; ils analysent les domaines d'amelioration et de meilleure adaptabilite des configurations proposees pour differentes applications de reformage.

Diffusion limitation effects in the washcoat of a catalytic monolith reactor

Abstract: In monolith reactors with catalytic washcoat, intraphase diffusion effects have often been underestimated. This paper presents numerical simulations of diffusion/reaction in the washcoat of a catalytic monolith reactor. The problem is solved in two dimensions for the washcoat geometry obtained in a 1-mm square monolith channel, as revealed by scanning electron microscopy. For the oxidation of carbon monoxide, propane or methane diffusion limitation can be substantial at typical operating conditions. The two-dimensional solution is compared to a one-dimensional approximation. The latter approximation for the real washcoat is valid provided that the characteristic length is selected carefully. This value is different from the characteristic length of the two-dimensional washcoat. The characteristic length of a two-dimensional geometry is not sufficient in itself to describe all washcoat geometries. It is predicted that the application of a diffusion barrier of 4–6 μm of inactive washcoat may be used to lower the rate of reaction in the inlet region of the monolith reactor. Les effets de diffusion intraphasique ont souvent ete sous-estimes dans les reacteurs monolithiques avec enduit catalytique grassier. On presente dans cet article des simulations numeriques de diffusion/reaction dans l'enduit d'un reacteur monolithique catalytique. Le probleme est resolu en deux dimensions pour la geometrie de l'enduit obtenue dans un canal monolithique de 1 mm2, comme l'indique la microscopie electronique a balayage. Pour l'oxydation de l'oxyde de carbone, du propane ou du methane, la limitation de diffusion peut ětre substantielle, aux conditions de fonctionnement typiques. La solution bidimensionnelle est comparee a une approximation unidimensionnelle. Cette approximation pour l'enduit reel est valide dans le mesure ou la longueur caracteristique est choisie avec soin. Cette valeur est differente de la longueur caracteristique de l'enduit bidimensionnel. La longueur caracteristique d'une geometrie bidimensionnelle n'est pas suffisante en soi pour decrire toutes les geometries de l'enduit. Nos predictions indiquent que l'application d'une barriere de diffusion de 4–6 μm d'enduit inactif peut reduire la vitesse de reaction dans la region d'entree du reacteur monolithique.

An LDA study of the turbulent flow field in a baffled vessel agitated by an axial, down-pumping hydrofoil impeller

Abstract: The turbulent flow of water in a cylindrical, baffled vessel with an axial flow hydrofoil impeller, either a Chemineer HE3 (CHE3) or a Prochem Maxflo T (PMT), has been studied using a laser Doppler anemometer. Using ensemble averaging, the mean axial and radial flow and the associated fluctuating components were obtained for the whole of the vessel; plus similar data for the tangential component close to the impeller. Assuming axial symmetry, flow rates were calculated as were flow numbers and circulation flow numbers. Power numbers were also determined. All the data obtained were used to compare the circulation efficiency of the two hydrofoils plus a pitched blade and a Rushton turbine. This comparison showed that the CHE3 required a power input of about 2/3 of that for the PMT and about 1/3 of that for the pitched blade and Rushton turbine to obtain the same axial-radial circulation in the tankz.

Degradation of alkanolamine blends by carbon dioxide

Abstract: Aqueous solutions of MDEA, MDEA + DEA and MDEA + MEA containing 4.2 kmol/m3 total amine, were contacted with CO2 at a partial pressure of 2.58 MPa and temperatures ranging from 120 to 180°C, in a stainless steel batch reactor. The reaction products include the known degradation compounds of the amines as well as products formed from secondary interactions in the amine blends. The rate of degradation was first order in the amines and, in magnitude, followed the sequence MDEA < MEA < DEA. Furthermore, the rate constant for MDEA was independent of amine substitution level and blend constituents. From a practical standpoint, MDEA + DEA blends would require frequent DEA make-up to maintain treating efficiency. Des solutions aqueuses de MDEA, MDEA + DEA et MDEA + MEA contenant 4,2 kmol/m3 d'amines au total ont ete mises en contact avec du CO2 a une pression partielle de 2,58 Mpa et des temperatures comprises entre 120 et 180°C, dans un reacteur en acier inoxydable discontinu. Les produits de reaction comprennent les composes connus de degradation des amines ainsi que des produits issus des interactions secondaires dans les melanges d'amines. La vitesse de degradation est du premier ordre dans les amines et, en ordre d'importance, suit la sequence MDEA < MEA < DEA. De plus, la constante de vitesse pour le MDEA est independante du degre de substitution des amines et des constituants du melange. Sur le plan pratique, les melanges de MDEA + DEA demanderaient un apport frequent en DEA pour maintenir l'efficacite du traitement.

Synthesis gas production from natural gas in a fixed bed reactor with reversed flow

Abstract: On a etudie par des simulations la possibilite de produire du gaz de synthese par oxydation partielle de gaz naturel sur un catalyseur Ni dans un reacteur a lit fixe en ecoulement inverse. On a utilise un modele de reacteur unidimensionnel de type heterogene en regime instationnaire, en tenant compte des limites diffusionnelles internes. Un double pic de temperature est observe juste apres l'inversion de l'ecoulement, ce qui influence les selectivites a la sortie par le biais de des reactions de reformage a la vapeur renforcees. Le deuxieme pic diminue graduellement en importance dans le temps au cours du demi-cycle. On a etudie l'influence de plusieurs conditions de fonctionnement sur la performance du reacteur. La plupart du coke depose dans un demi-cycle peut etre retire apres l'inversion de l'ecoulement. Cette observation ouvre de nouvelles perspectives pour le fonctionnement en ecoulement inverse.

Calcium carbonate deposit formation under isothermal conditions

Abstract: On a etudie la formation de tartre de carbonate de calcium sur la paroi d'un tube dans un systeme a ecoulement direct dans des conditions isothermes. Les effets du taux de sursaturation, du debit et de la temperature du liquide sur le depot sont analyses. Pour les taux de sursaturation relativement faibles (entre 3,5 et 8), les taux de depot tendent a diminuer avec l'augmentation de la sursaturation. Pour les sursaturations de fluide elevees par rapport au carbonate de calcium, les taux de depot restent a peu pres constants mais ils sont fortement influences par la vitesse du fluide. Cette dependance de la vitesse de depot par rapport au debit du fluide suggere un processus regi par le transfert de matiere.

Annular wall layer thickness in circulating fluidized bed risers

Abstract: L'epaisseur des couches sur les parois annulaires dans les ecoulements descendants dans les tubes montants des lits fluidises circulants est determinee dans la litterature scientifique a partir de la mesure des profils radiaux de vitesse locale des particules et du flux de solides. On montre que l'epaisseur de la couche a la paroi est plus grande lorsqu'elle est basee sur le flux de solides plutot que sur les profils de vitesse des particules, car les fluctuations de vitesse des particules locale instantanee sont correlees aux fluctuations de la concentration locale des solides. On a mis au point une nouvelle correlation afin de predire l'epaisseur moyenne dans les temps de la couche du faisceau de particules en ecoulement descendant en s'appuyant sur des mesures de flux de solides en fonction du vide moyen transversal. Celle-ci tient compte avec succes de la variation de l'epaisseur de la couche a la paroi en fonction de la position axiale et la vitesse de circulation des solides.

A new investigation of the metzner‐otto concept for anchor mixing impellers

Abstract: Anchor impellers are commonly used for the homogenization of non-Newtonian fluids, often in association with a set of coaxial turbines. The optimal design of such mixers relies on the knowledge of power drawn by the individual impellers. In non-Newtonian mixing, this can be readily obtained using the Metzner-Otto (1957) concept. In this article, the Metzner-Otto concept and the determination of the constant K, for anchor impellers have been revisited using numerical and experimental techniques for the case of shear-thinning and shear-thickening fluids. Contrary to literature findings, it is shown that the constant K, does not vary strongly with the power law index and that, for mixer design purposes, the use of a constant value of K, for each of the rheological behaviors considered is adequate. Les ancres sont couramment utilisees pour l’homogeneisation des fluides non newtoniens, souvent en association avec un ensemble de turbines coaxiales. La conception optimale de ces melangeurs depend des donnees de puissance consommee par chaque turbine. Dans le cas de melange non newtonien, ces donnees peuvent &tre obtenues au moyen du concept de Metzner-Otto (1957). Dans cet article, nous avons reetudie ce concept et la maniere de determiner la constante K, pour les ancres en utilisant des techniques numeriques et experimentales pour le cas de fluides rheofluidifiants et rheoepaisissants. Contrairement a ce qui est publie dans la litterature scientifique, nous montrons que la constante K,varie peu avec I’indice de loi de puissance. Lors de la conception de melangeurs, I’utilisation d’une valeur constante de K, pour chacun des comportements rheologiques consideres est appropriee.

Gas and particle flow patterns in cyclones at room and elevated temperatures

Abstract: On presente des resultats experimentaux sur l'ecoulement du gaz et des particules dans un cyclone classique de 102 mm de diametre et fonctionnant a des temperatures comprises entre 300 et 2000 K. Les vitesses de gaz a l'entree varient entre 3 et 42 m/s. On a eu recours aux schemas de depot des particules et a la mesure des pressions locales pour determiner les structures d'ecoulement et les profils de vitesse dans le cyclone. Un nombre de Reynolds a ete defini a partir de la vitesse moyenne a l'entree et du diametre hydraulique de l'espace annulaire entre la paroi du cyclone et le tuyau de sortie du gaz. On a etabli une equation empirique afin de correler a ce nombre de Reynolds le rapport entre la vitesse tangentielle a la paroi et la vitesse d'entree moyenne.

Forced unsteady‐state processes in heterogeneous catalytic reactors

Abstract: On analyse les principales techniques d'etude et de conception des procedes catalytiques heterogenes dans des conditions de fonctionnement en regime instationnaire force (FUSO). Les aspects consideres sont les suivants: a) pourquoi les procedes FUSO sont-ils theoriquement plus efficaces que les procedes en regime permanent classiques?; b) comment un procede FUSO peut-il etre concu?; c) le fonctionnement a ecoulement inverse; d) l'oxydation partielle dans un lit fluidise circulant; e) les procedes qui peuvent etre interessants dans des conditions FUSO a l'echelle commerciale, et les raisons pour lesquelles leur emploi ne s'est pas generalise dans l'industrie; f) les systemes FUSO non employes a l'echelle commerciale, tels que la chromatographie de reaction, le cyclage des compositions d'entree, le cyclage des temperatures d'entree; g) que pourrait-on faire pour encourager l'utilisation des FUSO dans l'industrie? Cette etude demontre le nombre considerable de donnees qui ont ete recueillies sur les procedes pour un fonctionnement FUSO. Traduire ces efforts en succes commercial devient possible seulement lorsque les chercheurs comprennent parfaitement les principes fondamentaux du systeme FUSO sur lequel ils travaillent. Un bref examen des recherches passees et actuelles suggere qu'un procede catalytique fonctionnant de maniere optimale en mode FUSO ne sera jamais moins efficace qu'un procede en regime permanent optimale.

A study of autoxidation reaction fouling in heat exchangers

Abstract: The mechanism of autoxidation reaction fouling in single phase liquid heat transfer under turbulent flow conditions was studied using model solutions of indene in lube oil recirculated through a tubular fouling probe which permitted both thermal and mass deposition measurements. The fouling rate was initially constant, and then accelerated as polyperoxide gums reached their solubility limit. Deposit composition and morphology in the tubular device are compared with results obtained in an annular probe with a short heated length. The initial fouling data collected over surface temperatures of 180−255°C and flow velocities of 0.5–2.6 m/s (Re = 3000 − 16000) gave reasonable agreement with a boundary layer reaction model. On a etudie le mecanisme d'encrassement par reaction d'autooxydation pour le transfert de chaleur en phase liquide en regime turbulent, a l'aide de solutions modeles d'indene dans de l'huile de lubrification mises en recirculation dans une sonde d'encrassement tubulaire qui permet de prendre des mesures thermiques et de depǒt de matiere. La vitesse d'encrassement est constante au depart, puis elle accelere a mesure que les gommes de polyperoxyde atteignent leur limite de solubilite. La composition et la morphologie des depǒts dans le dispositif tubulaire sont comparees a des resultats obtenus dans une sonde annulaire de courte longueur chauffee. Les donnees de vitesses d'encrassement initiales recueillies pour des temperatures de surface de 180−255°C et des debits de 0, 5–2, 6 m/s (Re = 3000–16000) sont raisonnablement en accord avec le modele de reaction avec couche limite.

Mechanical behaviour of highly filled lignin/polyethylene composites made by catalytic grafting

Abstract: Highly filled lignin/polyethylene composites, with enhanced mechanical properties, were studied. Composites are prepared using the catalytic grafting technique of polyethylene on lignin particles. This technique improves wetting and dispersion of additives in the matrix as well as interactions between these two components. Mechanical properties (tensile and impact) and morphology of the composites were measured. The experimental results showed that highly filled HDPE/lignin composites (up to 73 vol%) could be produced by catalytic grafting. Tensile properties of the composites were quantitatively analysed using a micromechanical model for particulate composites based on an energy balance. Model predictions for Young's modulus are in excellent agreement with experimental results. The adjustable parameters of the model were varied from one composite to the other in a way which corresponds to the basic concepts related to particulate composites in general and to catalytic grafting in particular. Des compostes lignine/polyethylene, a haute teneur en lignine, avec toutefois de bonnes proprietes mecaniques ont ete etudies. Les composites sont “synthetises” par greffage catalytique du polyethylene sur des particules de lignine, ameliorant ainsi la dispersion des particules dans la matrice, le mouillage des particules solides et les interactions entre ces deux composants. Les proprietes mecaniques (traction et impact) et la morphologie des composites ont ete examinees. Les resultats experimentaux ont montre qu'il est possible de produire par la technique de greffage catalytique des composites hautement charges sans pour autant sacrifier toutes les proprietes mecaniques du materiau de base. Le comportement en traction a ete analyse quantitativement en utilisant un modele micromecanique pour les composites a particules spheriques base sur un bilan energetique. Les predictions theoriques pour le modules d'Young des composites sont en excellent accord avec les donnees experimentales. Pour une meilleure correspondance entre les resultats theoriques et les donnees experimentales, il a fallu faire varier les parametres ajustables du modele de telle sorte que les concepts de base des composites a base de particules en general et ceux relies au greffage catalytique en particulier soient logiquement respectes.

The effect of the dust collection system on the flowpattern and separation efficiency of a gas cyclone

Abstract: The influence of the presence of a hopper section, consisting of a dust hopper and swirl attenuator, under gas-solid cyclones has been investigated by numerical simulation. Inclusion of this configuration in the simulations was found to have a significant influence on both flowpattern and separation efficiency. Moreover, predicted axial gas velocity profiles agreed better with independent experimental measurements. The cyclone separation was predicted to be better with the hopper section included than without, a physical reason is proposed. Comparison of simulated grade-efficiency curves with experimental data indicates improved agreement, in some cases substantially so.

Development of flow from multiple-jet burners

Abstract: Multiple-jet cold-model burners aerodynamically simulating a class of industrial burners were studied. The fields of mean velocity and velocity fluctuation intensity were measured with Pitot probes. The validity of an effective source diameter as a characteristic length scale is demonstrated. Beyond the nearfield, the flows are virtually the same, and similar to a round jet from a single source. In the nearfield, individual structures peculiar to each burner are observed. The results support the mathematical modelling, for some types of simulations, of flows from complex burners as point-source jets, affording a substantial simplification of the treatment. On a etudie des brǔleurs de modele froid a jets multiples simulant une categorie de brǔleurs industriels. Les champs de vitesse moyenne et d'intensite des fluctuations de vitesse ont ete mesures a l'aide de sondes Pitot. On demontre la validite d'un diametre de base effectif comme echelle de longueur caracteristique. Au-dela du champ proximal, les ecoulements sont virtuellement les měmes et similaries a un jet rond provenant d'une seule source. Dans le champ proximal, on observe des structures propres a chaque brǔleur. Les resultats corroborent, pour certains types de simulations, la mod-elisation mathematique d'ecoulements de brǔleurs complexes comme jets de source-point, ce qui permet une simplification substantielle du traitement.

Microfiltration of apple juice using inorganic membranes : Process optimization and juice stability

Abstract: Crossflow membrane microfiltration of low-pectine raw apple juice was studied using inorganic membranes (TECH SEP Carbosep®, Lyon, France) having a nominal pore size of 0.2 μm. Permeate flux was measured at different operation conditions (trans-membrane pressure between 100 and 500 kPa, feed velocities between 1 and 6 m/s, and temperatures of 293, 298 and 323 K). Some concentration experiments were made in order to study the rejection of pectins and polyphenols at different VCR (volume concentration ratio) values. Final stabilization tests were carried out to analyze the long-term clarified juice behaviour. On a etudie la microfiltration tangentielle par membranes de jus de pomme brut a faible teneur en pectines a l'aide de membranes non organiques (TECH SEP Carbosep®, Lyon, France) dont la taille nominate des pores est de 0.2 μm. Le flux du permeat a ete mesure a differentes conditions de fonctionnement (pression transmembranaire entre 100 et 500 kPa, vitesses d'alimentation entre 1 et 6 m/s et temperatures de 293, 298 et 323 K). Des experiences de concentration ont ete menees afin d'etudier le rejet des pectines et des polyphenols a differentes valeurs du RVC (rapport volume-concentration). On a effectue des essais de stabilisation finale pour analyser le comportement du jus clarife a long terme.

Control of a nonadiabatic packed bed reactor under periodic flow reversal

Abstract: On a mene une etude parametrique complete du comportement en boucle ouverte d'un reacteur-recuperateur a lit garni avec inversion periodique de l'ecoulement L'etude a permis d'obtenir des cartes parametriques qui montrent des regions dont les conditions de fonctionnement peuvent entrainer un emballement, un fonctionnement stable ou l'extinction de la reaction du systeme La reaction est l'oxydation du CO sur un catalyseur Pt/alumine Un ensemble de conditions de fonctionnement optimales, pour ce qui est de la duree du cycle et du coefficient du transfert de chaleur, peuvent etre extraites directement des cartes parametriques Une etude preliminaire sur le controle de l'inversion periodique de l'ecoulement a permis de tester et de comparer deux strategies: (1) une boucle de regulation PID sur la concentration en CO a la sortie et (2) un controle aval base sur un modele

The effect of geometrical parameters on the flow field of an opposed jet rim mix head: Equal flow and matched fluids

Abstract: The effect of geometrical parameters on the flow field present in the mix head used in reaction injection molding (RIM) are presented for Red (Red = 4Q/πdv, nozzle diameter d, fluid kinematic viscosity v and the volumetric flow rate Q through the nozzle) representative of commercial practice. Quantitative velocity measurements of the flow field in a mix head have not been reported in the literature despite the extensive use of the mix head for reaction injection molding. Flow visualization and velocity measurements using a laser Doppler anemometer have been obtained for different values of geometrical parameters such as mix chamber diameter (D), distance from the nozzle inlet to the closed end of the chamber (H), and nozzle needle position (N). The ratio of the mix chamber to nozzle diameter (d) (D* = D/d) was a significant parameter affecting the flow field. The distance from the impingement point to the closed end of the chamber was found to have little effect on the observed flow field beyond the impingement area. A nozzle needle position that partially constricted the nozzle opening was found to decrease the axial distance to unidirectional flow within the mix chamber. On presente l'effet des parametres geometriques sur le champ d'ecoulement dans la těte de melange utilisee en moulage par injection reactif (RIM) pour un Red (Red = 4Q/πdv, diametre de la tuyere d, viscosite cinematique du fluide v et debit volumetrique Q dans l'orifice) qui soit representatif de la pratique commerciale. Aucune mesure de vitesse quantitative du champ d'ecoulement dans une těte de melange n'a ete publiee dans la litterature scientifique malgre l'utilisation massive des tětes de melange en moulage par injection reactif. Des mesures de vitesse et des visualisations de l'ecoulement ont ete effectuees a l'aide d'un anemometre laser Doppler pour differentes valeurs des parametres geometriques, telles que le diametre de la chambre de melange (D), la distance entre l'entree de l'orifice et l'extremite fermee de la chambre (H) et la position de l'aiguille dans l'orfice (N). Le rapport entre la diametre de la chambre de melange et de la tuyere (D) (D* = D/d) est un parametre significatif influant sur la champ d'ecoulement. On a trouve que la distance entre le point d'impact et l'extremite fermee de la chambre avait peu d'effet sur le champ d'ecoulement observe au-dela de la zone de contact. Il est apparu qu'une certaine position de l'aiguille dans l'orifice qui gěnait partiellement l'ouverture de l'orifice diminuait la distance axiale vers l'ecoulement unidirectionnel a l'interieur de la chambre de melange.

Residence time distribution of the liquid in two‐phase cocurrent downflow in packed beds: Air/newtonian and non‐newtonian liquid systems

Abstract: New data on the liquid residence time distribution for two-phase downflow of air-Newtonian and non-Newtonian liquids through packed beds of porous and non-porous particles are presented. The piston-dispersion-exchange model is used to describe the liquid flow. With porous particles the dynamic evolution of the tracer concentration in the particles is described in terms of diffusion phenomena. The axial dispersion is very important in the case of two-phase downflow of air-water (trickle flow regime) and air-CMC systems through fixed beds with porous particles, and is negligible in the case of non-porous particles. With the porous particles, a key value is the effective diffusion coefficient of the tracer in the pores of the particles.

Oxidative coupling of methane over a La2O3/CaO catalyst. Optimization of reaction conditions in a bubbling fluidized-bed reactor

Abstract: Oxidative coupling of methane over a La2O3/CaO catalyst was investigated in laboratory-scale fluidized-bed reactors (ID = 5 and 7 cm) in the following range of reaction conditions: T = 700 – 880°C, P = 41 – 72 kPa and P = 6 – 29 kPa. The maximum C2+ selectivity and yield amounted to 73.8% (T = 800°C, X = 13.1%, Y = 9.7%) and 16.0% (T = 840°C, X = 34.0%, S = 47.2%), respectively. Axial gas concentration profiles revealed that C2+ selectivity was not only influenced by oxidative consecutive reactions, but also by steam reforming of ethylene. When diluting the catalytic bed (mcat = 145 g) with quartz (m = 200 and 400 g), a slight decrease of the selectivity (1–2%) was observed. The dilution of the feed gas with nitrogen only led to only a small increase (< 2%) of the C2+ selectivity. On a etudie le couplage oxydant du methane sur un catalyseur La2O3/CaO dans des reacteurs a lits fluidises a l'echelle de laboratoire (DI = 5 a 7 cm) dans la gamme de conditions de reactions suivantes: T = 700 – 880°C P = 41 – 72 kPa et P= 6 – 29 kPa. La selectivite et le rendement de C2+ maximums atteignent 73,8% (T = 800°C, X = 13,1%, Y = 9,7%) et 16,0% (T = 840°C, X = 34,0%, S = 47,2%), respectivement. Les profils axiaux de concentration de gaz montrent que la selectivite de C2+ est non seufement influencee par les reactions consecutives oxydantes, mais egalement par le reformage a la vapeur de l'ethylene. Lorsqu'on dilue le lit catalytique (mcat = 145 g) avec du quartz (m = 200 et 400 g), une legere diminution de la selectivite (1–2%) est observee. La dilution du gaz d'alimentation avec de l'azote ne conduit qu'a une faible augmentation (<2%) de la selectivite de C2+.

The STAR configuration for methanol synthesis in reversed flow reactors

Abstract: Bien qu'il ait ete demontre que l'ecoulement inverse transitoire d'un reacteur a lit fixe destine a la synthese du methanol presente des avantages economiques par rapport a la technologie du fonctionnement en regime permanent traditionnelle, ce mode operatoire a l'inconvenient de presenter des concentrations de sortie fortement variables lors de l'inversion d'ecoulement. Cela perturbe non seulement le fonctionnement des equipements en aval mais diminue egalement de maniere significative la conversion moyennee dans le temps en methanol. Le concept de reacteur STAR permet d'eviter cet inconvenient. Il fonctionne en mode pleinement transitoire tout en combinant les avantages du reacteur a ecoulement inverse et des concentrations de sortie pratiquement constantes. Un travail de simulation approfondi montre que les conversions obtenues excedent celles du reacteur a ecoulement inverse simple d'au moins 5%.

Process control utilizing data based multivariate statistical models

Abstract: A process control approach using steady state multivariate statistical models is presented. The goal of this control approach is to improve product quality when the quality measurements are not available on line, or they have long time delays. Principal Component Analysis (PCA) is used to compress information from the process measurements down to a lower dimensional score space, where a control goal is specified using the approach of Piovoso and Kosanovich (1992). A new statistical controller is designed to control the equivalent score space representation of the process. The issue of how to account for the correlation structure of input variables when closing a feedback loop around the PCA model is specifically addressed. A binary distillation column and the Tennessee Eastman process are used for demonstrating the new control approach. On presente une methode de regulation de procede a l'aide de modeles statistiques multivariees. Le but de cette methode de regulation est d'ameliorer la qualite des produits lorsque les mesures de qualite ne sont pas directement disponibles en ligne ou en cas de longs delais. L'analyse des composants principaux (PCA) permet de condenser l'information issues des mesures de procede dans une espace qui contient un plus petit nombre de parametres, en specifiant un objectif de contrǒle au moyen de la methode de Piovoso et Kosanovich (1922). Un nouveau contrǒleur statistique est concu pour le contrǒle equivalent du procede par la representation par cet espace reduit. On traite egalement de la question de savoir comment prendre en compte la structure des correlations des variables d'entree lorsqu'une boucle de retroaction est fermee autour du modele PCA. On utilise une colonne de distillation binaire et le procede Tennessee Eastman afin de demontrer cette nouvelle methode de contrǒle.

Activation studies with an iron fischer‐tropsch catalyst in fixed bed and stirred tank slurry reactors

Abstract: A precipitated iron catalyst (100 Fe/5 Cu/4.2 K/25 SiO2 on a mass basis) was tested in a fixed bed reactor and a stirred tank slurry reactor under the same process conditions (250°C, 1.48 MPa, 2 L (STP)/gcat · h, H2 : CO = 2:3). Two different pretreatment procedures were employed (hydrogen reduction at 220°C and carbon monoxide activation at 280°C) in each of the two reactor types. In the stirred tank slurry reactor tests the activity (based on an apparent first order reaction rate constant) of the carbon monoxide pretreated catalyst was about 25% higher than that of hydrogen reduced catalyst, due to incomplete reduction of the latter. In all tests the catalyst selectivity changed slowly with time on stream. Hydrocarbon distribution shifted toward lower molar mass products, and secondary reactions (l-olefin hydrogenation, isomerization and readsorption) increased with time. The secondary reactions were the most pronounced on the hydrogen reduced catalyst in the fixed bed reactor. On a teste un catalyseur de fer precipite (100 Fe/5 Cu/4,2 K/25 SiO2 sur une base massique) dans un reacteur a lit fixe et un reacteur de suspensions en cuve agitee dans les měmes conditions de fonctionnement (250°C, 1,48 Mpa, 2 L (STP)/gcat·h, H2 : CO = 2:3). Deux procedures de pretraitement differentes ont ete employees (reduction de l'hydrogene a 220°C et activation du monoxyde de carbone a 280°C) dans chacun des reacteurs. Dans le reacteur en cuve agitee, l'activite du catalyseur pretraite du monoxyde de carbone (d'apres la constante de la vitesse de reaction apparente du premier ordre) est de 25% superieure a celle du catalyseur reduit par l'hydrogene, en raison d'une reduction incomplete de ce dernier. Dans tous les essais, la selectivite du catalyseur se modifie lentement avec la duree d'operation. La distribution des hydrocarbures se decale vers des produits de masse molaire inferieur, et les reactions secondaires (hydrogenation, isomerisation et readsorption des l-olefines) augmentent dans le temps. Les reactions secondaires sont plus prononcees sur le catalyseur reduit par l'hydrogene dans le reacteur a lit fixe.

Solubility of N2O and CO2 in n-Dodecane

Abstract: The solubility of CO2 and N2O in a physical solvent, n-dodecane [C.A. Registry N° 124–18–5], has been measured at 40, 80 and 120°C at pressures up to 9.6 MPa. The experimental results were correlated by the Peng-Robinson (1976) equation of state, and the interaction parameters, the Henry's constants and the N2O analogy parameters were obtained. On a mesure la solubilite de CO2 et de N2O dans un solvent physique, n-dodecane, de facon isotherme a 40, 80 et 120°C et aux pressions allant jusqu'a 9,6 MPa. Les donnees de solubilite ont ete correlees a l'aide de l'equation d'etat de Peng-Robinson. On a determine les constantes de la loi d'Henry et les parametres de l'analogie de N2O.

Fractional gas hold-up in gas inducing type of mechanically agitated contactors

Abstract: Fractional gas hold up was measured in gas inducing type of mechanically agitated contactors (GIMAC) with single and multiple impellers. Three vessels of 0.57, 1.0 and 1.5 m i.d. were used. For the multiple impeller system, six different impeller designs were employed. The impeller speed was varied in the range of 0.30 to 15.45 s−1. The ratio of impeller diameter to tank diameter (D/T), the submergence (S) of the upper impeller, the clearance of the lower impeller from the tank bottom (C1) and the impeller spacing (C3) were varied over a wide range. The design of the lower impeller was optimized in terms of diameter (D), blade width (W), blade angle (Bo), number of blades (nb) and the blade thickness (tb). An optimum design has been proposed for the multiple impeller system. Rational correlations have been proposed.

Pulse experiments over catalyst beds : A window of measurable reaction rate coefficients

Abstract: L'elimination des profils de concentration dans des pastilles de catalyseur poreux n'est pas simple dans les experiences de cinetique transitoire du fait que les profils peuvent venir de vitesses de diffusion limitees, mais egalement de l'accumulation dans les pastilles. Pour les experiences d'impulsion TAP (Temporal Analysis of Products), dominees par la diffusion de Knudsen a l'echelle du reacteur, la diffusion a l'interieur des pastilles est typiquement instantanee avec les catalyseurs industriels. La diffusivite de Knudsen dans les lits de pastilles poreuses peut etre calculee a partir de la valeur de diffusivite des pastilles non poreuses en tenant compte de la porosite a l'interieur des pastilles. La fenetre des coefficients de vitesse mesurables est fonction du nombre de Damkohler du premier type. Un critere est calcule pour les conditions experimentales qui permet des mesures cinetiques intrinseques avec des catalyseurs poreux. La taille de l'impulsion admise devrait etre assez grande pour eviter l'attenuation de l'impulsion par adsorption.

Experimental investigation of phosphate dust collection in impinging streams (IS)

Abstract: An experimental study on collection of dry phosphate dust and coalescence of moistened phosphate dust in an Impinging-stream (IS) collector has been conducted in the presence and in the absence of a water spray. The total collection efficiency with a water spray of specific consumption of 0.3 kg water/kg dust was 95–97%. Air velocity at the inlet pipes varied between 10–30 m/s and the inclination angle with respect to the horizontal, a, of the IS was 40−60°. The water spray increased the collection efficiency by 5–20% in comparison to dry collection. In the coaxial configuration, α = 0°, it has been obtained that in the presence of a water spray, up to 55–85% of the dust accumulated on the walls of the collector, which was undesirable. Applying the inclined IS decreased the above quantities up to 5–15% with an optimal inclination angle of α = 40°. A simple model for collection of the particles has been established, showing a satisfactory agreement with experimental results. On a etudie experimentalement la recuperation de poussieres de phosphate seches et d'agglomerats de poussieres de phosphate humides dans un collecteur a courant a impact, en presence ou en l'absence de vaporisation d'eau. L'efficacite de recuperation totale avec une vaporisation d'eau est de 95–97% avec une consommation specifique de 0,3 kg d'eau/kg de poussieres. La vitesse de l'air aux conduites d'entree variait entre 10 et 30 m/s et l'angle d'inclinaison du collecteur par rapport a l'horizontale, α, etait 40−60°. La vaporisation d'eau augmente l'efficacite de recuperation de 5 a 20% comparativement a la recuperation seche. Dans la configuration coaxiale, α = 0°, en presence d'une vaporisation d'eau, on a eu jusqu'a 55–85% de poussieres accumulees sur les parois du collecteur, ce qui n'est pas souhaitable. L'inclinaison du collecteur permet de reduire ces quantites de 5 a 15%, avec un angle d'inclinaison optimal de α = 40°. On a mis au point un modele simple de recuperation des particules qui montre un accord satisfaisant avec les resultats experimentaux.

Batch drying kinetics of corn in a novel rotating jet spouted bed

Abstract: The batch drying kinetics of corn as a test material were investigated experimentally in a novel rotating jet spouted bed (RJSB) using both continuous and intermittent (on/off) spouting and heating schemes. The parameters investigated include inlet air temperature, bed height, superficial air velocity, nozzle diameter, distributor rotational speed and intermittency of spouting and heat input. The results indicate that the drying kinetics are comparable with conventional spouted and fluidized beds for slow drying materials and that intermittent drying can save up to 40% of the thermal energy as well as air consumption with better quality product. On a etudie experimentalement les cinetiques de sechage discontinu du mais comme materiau d'essai dans un nouveau lit jaillissant a jet rotatif avec des schemas de chauffage et de jaillissement continu et intermittent (on/off). Les parametres etudies incluent la temperature de l'air a l'entree, la hauteur du lit, la vitesse superficielle de l'air, le diametre de l'orifice, la vitesse de rotation du distributeur et l'intermittence du jaillissement et de l'apport de chaleur. Les resultats indiquent que la cinetique de sechage est comparable a celle des lits jaillissants et fluidises classiques pour les materiaux a sechage lent et que le sechage intermittent peut permettre d'economiser jusqu'a 40% de l'energie thermique ainsi que la consommation d'air avec un produit de meilleur qualite.