Model-based design of transient flow experiments for the identification of kinetic parameters

文献情報

出版日 2019-11-15
DOI 10.1039/C9RE00342H
インパクトファクター 4.239
著者

Conor Waldron, Arun Pankajakshan, Marco Quaglio, Enhong Cao, Federico Galvanin, Asterios Gavriilidis


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要旨

With recent advances in automated flow reactors and online analysis techniques, transient flow experiments are attracting significant interest as methods for rapidly gathering kinetic data. However, the design of these experiments is challenging and non-intuitive. This work addresses this challenge by using model-based design of experiments (MBDoE) to design optimum transient experiments for the purpose of identifying kinetic parameters with maximum precision. Using the case study of benzoic acid and ethanol esterification with sulfuric acid as the catalyst, the flowrate and temperature of a plug flow reactor were linearly ramped in time to create transient flow experiments. Two types of experiments were conducted, one where only flowrate was ramped while all other variables were held constant, and one where flowrate and temperature were ramped simultaneously. In both cases, model-based design of experiments (MBDoE) methods were used to design the transient experiments in order to choose the initial value and ramp rate of all ramped process variables, as well as choosing the fixed value of process variables that were not being ramped (feed concentration). The model-based designed experiments were compared against equivalent experiments designed by researcher intuition and standard design of experiments approaches, such as trying to cover a wide area of the design space. It is shown that MBDoE led to significantly more precise parameter estimates, and that the identified model was then able to predict with high accuracy the outlet concentration of other experiments.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
CiteScore: 0
自己引用率: 8.8%
年間論文数: 284

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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