A statistical approach dealing with multicollinearity among predictors in microfluidic reactor operation to control liquid-phase oxidation selectivity

文献情報

出版日 2018-10-23
DOI 10.1039/C8RE00134K
インパクトファクター 4.239
著者

Kaushik Sivaramakrishnan, Yucheng Wu, Arno de Klerk, Neda Nazemifard


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要旨

Oxygen availability was identified to play a key role in determining the product selectivity of tetralin oxidation conducted at a constant temperature and pressure in a microfluidic reactor. The current study is concerned with applying chemometrics involving regression techniques to identify a single most important parameter that directly affects oxygen availability and has a high influence on tetralin conversion (CR) and product selectivity (S). Five parameters (predictors) identified previously were the gas–liquid interfacial area (a), the length of the oxygen gas bubble (LG), the length of the liquid slug (LS), the two-phase superficial velocity (UTP) and the liquid flow rate to the reactor (Q), where ‘a’ was suspected to be directly related to oxygen availability. CR and S were regressed on all the predictors by fitting separate simple linear regression (SLR) models. The decreasing order of explained variance in the outputs based on the calibration model was as follows: in CR: a2 > LG > U3TP > LS > Q; in S: a > LG > U2TP > Q. The powers of the variables indicate the respective best fits determined through evaluation of statistical performance measures. Multicollinearity issues among predictors were detected through Pearson's correlation coefficients and diagnostics like variance inflation factors (VIF) and eigenvalues of the correlation matrix. This issue was addressed through multiple linear regression (MLR) by considering a second input in addition to the best predictor from the SLR (a). Drastic changes in regression coefficient estimates and inflated standard errors rendered the coefficients of all other variables (except ‘a’) insignificant in the MLR models. The incremental contribution of ‘a’ towards improving the output variance was also confirmed through F-tests and partial correlations with the outputs, controlling for other variables as well. Thus, it could be stated with certainty that the gas–liquid interfacial area affected the outcomes the most. The findings from this study could be applied in industrial reactor design (for example – loop reactors), where the product selectivity can be controlled effectively through a higher interfacial area. In addition, through chemometrics, the reaction progress could be monitored by predicting reactant conversion and product selectivity, thereby eliminating the need for offline gas chromatographic (GC) measurements.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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