Optimization of silver cementation yield in fixed bed reactor using factorial design and central composite design

• Published in: Canadian journal of chemical engineering 2010-12, Vol.88 (6), p.1099-1106
• Main Authors: Yahiaoui, I., Aissani-Benissad, F., Aït-Amar, H.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Cementation; central composite design; Design engineering; factorial design; Flow rate; Iron; Mathematical models; Optimization; Silver
• ISSN: 0008-4034; 1939-019X; 1939-019X
• DOI: 10.1002/cjce.20348

This work deals with cementation of silver onto iron grid in fixed bed reactor. The influence of several parameters is studied namely: initial concentration of silver [Ag+]0, flow rate, solution pH, and mass of iron. Moreover, their influence on the yield of the reaction of cementation is investigated statistically by the experimental design in view of industrial application. The estimation and the comparison of the parameter's effects are realised by using two‐level factorial design. The analysis of these effects permits to state that the most influential factor is the mass of iron with an effect of (+5.642), the second in the order is the initial concentration of silver ions (Ag+) with an effect of (+4.005), the third is the flow rate of the electrolytic solution with an effect of (+3.824). A central composite design methodology is employed to determine the optimum conditions for a silver cementation yield onto iron grid. For this end, the experimental results were approximated by a second‐order model as well as the surface contour plots and surface responses are drowned. The optimal conditions found for initial silver concentration, such as a flow rate, pH of the solution and mass of iron, are respectively: 21.25 mg/L, 4.43 L/min, 3.6 and 50 g. Under these conditions, the obtained silver cementation yield is 96.851%. Ce travail concerne la cémentation de l'argent sur une grille de fer dans un réacteur à lit fixe. L'influence de plusieurs paramètres est étudiée, à savoir: la concentration initiale d'argent [Ag+]0, le débit, le pH de la solution et la masse du fer. De plus, leur influence sur le rendement de la réaction de la cémentation est analysée de façon statistique par le plan expérimental en égard à l'application industrielle. L'estimation et la comparaison des effets des paramètres sont réalisées en utilisant un plan factoriel à deux niveaux. L'analyse de ces effets permet de déclarer que le facteur présentant le plus d'influence est la masse du fer avec un effet de (+5.642), le deuxième dans l'ordre est la concentration initiale d'ions argent (Ag+) avec un effet de (+4.005), le troisième est le débit de la solution électrolytique avec un effet de (+3.824). Une méthodologie de plan composite centrale est utilisée pour déterminer les conditions optimales pour un rendement de cémentation de l'argent dans la grille en fer. À cette fin, les résultats expérimentaux ont été approximés par un modèle de deuxième ordre ainsi que les tracés de lignes hypsom