Prediction of heat transfer on kraft recovery boiler

Työssä tutkittiin Andritz-Ahlstrom toimittamien soodakattiloiden lämmönsiirtoa ANITA 2.20- suunnitteluohjelmalla feedback- laskentaa apuna käyttäen. Data laskentaan saatiin kattiloiden takuukokeissa mitatuista arvoista. Mittaukset on suoritettiin Andritz-Ahlstromin henkilökunnan toimesta tehdashenkilökunnan avustuksella. Feedback -laskenta tapahtui mittaustulosten perusteella, joten tiettyä virhettä luonnollisesti esiintyi. Aluksi laskettiin taseet molempien ekojen yli erikseen sekä molemmat yhdessä Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Täältä saatiin oletettu savukaasuvirtaus kattilassa. Tämän jälkeen lämpöpintoja muokattiin todellisuutta vastaaviksi yleislikaisuuskerrointa muuttamalla (overall fouling factor). Kertoimet ovat liikkuivat noin 0.4 ja 1.6 välillä riipuen kattilan tyypistä ja ANITAn oletuksesta lämpöpintojen likaisuudelle. Havaittin että yhtä varsinaista syytä lämpöpintojen eroavaisuuteen oletetusta ei saatu. Syitä toiminnan poikkeamiseen oli monia. Mm. etukammion koolla havaittiin olevan suurtakin vaikutusta tulistimien, etenkin savukaasuvirrassa ensimmäisen tulistimen toimintaan. Yleisesti todettiin muiden tulistimien vastaavan oletettua toimintaa. Keittopinnan ja ekonomiserien toimintaa tutkittiin hivenen suppeammin ja havaittiin niiden toimivan huomattavasti stabiilimmin kuin tulistimien. Likaisuus kertoimet oletetusta vaihtelivat noin ±20 %.

Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions

This dissertation is based on four articles dealing with modeling of ozonation. The literature part of this considers some models for hydrodynamics in bubble column simulation. A literature review of methods for obtaining mass transfer coefficients is presented. The methods presented to obtain mass transfer are general models and can be applied to any gas-liquid system. Ozonation reaction models and methods for obtaining stoichiometric coefficients and reaction rate coefficients for ozonation reactions are discussed in the final section of the literature part. In the first article, ozone gas-liquid mass transfer into water in a bubble column was investigated for different pH values. A more general method for estimation of mass transfer and Henry’s coefficient was developed from the Beltrán method. The ozone volumetric mass transfer coefficient and the Henry’s coefficient were determined simultaneously by parameter estimation using a nonlinear optimization method. A minor dependence of the Henry’s law constant on pH was detected at the pH range 4 - 9. In the second article, a new method using the axial dispersion model for estimation of ozone self-decomposition kinetics in a semi-batch bubble column reactor was developed. The reaction rate coefficients for literature equations of ozone decomposition and the gas phase dispersion coefficient were estimated and compared with the literature data. The reaction order in the pH range 7-10 with respect to ozone 1.12 and 0.51 the hydroxyl ion were obtained, which is in good agreement with literature. The model parameters were determined by parameter estimation using a nonlinear optimization method. Sensitivity analysis was conducted using object function method to obtain information about the reliability and identifiability of the estimated parameters. In the third article, the reaction rate coefficients and the stoichiometric coefficients in the reaction of ozone with the model component p-nitrophenol were estimated at low pH of water using nonlinear optimization. A novel method for estimation of multireaction model parameters in ozonation was developed. In this method the concentration of unknown intermediate compounds is presented as a residual COD (chemical oxygen demand) calculated from the measured COD and the theoretical COD for the known species. The decomposition rate of p-nitrophenol on the pathway producing hydroquinone was found to be about two times faster than the p-nitrophenol decomposition rate on the pathway producing 4- nitrocatechol. In the fourth article, the reaction kinetics of p-nitrophenol ozonation was studied in a bubble column at pH 2. Using the new reaction kinetic model presented in the previous article, the reaction kinetic parameters, rate coefficients, and stoichiometric coefficients as well as the mass transfer coefficient were estimated with nonlinear estimation. The decomposition rate of pnitrophenol was found to be equal both on the pathway producing hydroquinone and on the path way producing 4-nitrocathecol. Comparison of the rate coefficients with the case at initial pH 5 indicates that the p-nitrophenol degradation producing 4- nitrocathecol is more selective towards molecular ozone than the reaction producing hydroquinone. The identifiability and reliability of the estimated parameters were analyzed with the Marcov chain Monte Carlo (MCMC) method. @All rights reserved. No part of the publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior permission of the author.

Electron transfer by singlet excited state of porphyn and electron acceptor affinity in rigid medium: photoacoustic phase angle analysis

Photoacoustic spectroscopy provides information about both amplitude and phase of the response of a system to an optical excitation process. This paper presents the studies of the phase in the electron transfer process between octaethylporphyn (OEP) and quinone molecules dispersed in a polymeric matrix. It was observed a tendency in the phase behavior to small values only in the spectral region near to 620 nm, while for shorter wavelength did not show any tendency. These measurements suggested that the electron transfer to acceptor occurred with the participation of octaethylporphyn singlet excited state.

Hydrodynamics Characteristics and Gas-Liquid Mass Transfer in a Three Phase Fluidized Bed Reactor

This paper presents the experimental characterization of hydrodynamics and gas-liquid mass transfer in a three-phase fluidized bed containing polystyrene and nylon particles. The influence of gas and liquid velocities on phase holdups and volumetric gas-liquid mass transfer coefficient was investigated for flow conditions similar to those applied in biotechnological process. The phase holdups were obtained by the pressure profile technique. The volumetric gas-liquid mass transfer coefficient was obtained adjusting the experimental concentration profiles of dissolved oxygen in the liquid phase with the predictions of the axial dispersion model. According to experimental results the liquid holdup increases with the gas velocity, whereas the solid holdup decreases. The gas holdup increases significantly with the increase in gas velocity, and it shows for the three-phase fluidized bed comparable values or larger than those of bubble column. The volumetric gas-liquid mass transfer coefficient increases significantly with an increase in the air velocity for both bubble column and fluidized beds. In addition, in the operational condition of high liquid velocity, the presence of low-density particles in the bed increased the gas-liquid mass transfer, and thus the volumetric mass transfer coefficient values obtained in the fluidized bed were comparable or larger than those of bubble column.

A biolistic process for in vitro gene transfer into chicken embryos

Chicken embryos kept in culture medium were bombarded using a high helium gas pressure biolistic device. To optimize the factors that affect transformation efficiency, the lacZ gene under control of the human cytomegalovirus immediate early enhancer/promoter was used as a reporter gene. There was an inverse relationship between survival rate and transformation efficiency. The best conditions obtained for high embryo survival and high transformation efficiency were achieved with 800 psi helium gas pressure, 500 mmHg vacuum, gold particles, an 8 cm DNA-coated microparticle flying distance to the embryo and embryo placement 0.5 cm from the center of the particle dispersion cone. Under these conditions, transformation efficiency was 100%, survival rate 25% and the number of expression units in the embryo body cells ranged from 100 to 1,000. Expression of green fluorescent protein was also detected in embryos bombarded under optimal conditions. Based on the results obtained, the biolistic process can be considered an efficient method for the transformation of chicken embryos and therefore can be used as a model system to study transient gene expression and tissue-specific promoters.

Effect of JJYMD-C, a novel synthetic derivative of gallic acid, on proliferation and phenotype maintenance in rabbit articular chondrocytes in vitro

Tissue engineering encapsulated cells such as chondrocytes in the carrier matrix have been widely used to repair cartilage defects. However, chondrocyte phenotype is easily lost when chondrocytes are expanded in vitro by a process defined as “dedifferentiation”. To ensure successful therapy, an effective pro-chondrogenic agent is necessary to overcome the obstacle of limited cell numbers in the restoration process, and dedifferentiation is a prerequisite. Gallic acid (GA) has been used in the treatment of arthritis, but its biocompatibility is inferior to that of other compounds. In this study, we modified GA by incorporating sulfamonomethoxine sodium and synthesized a sulfonamido-based gallate, JJYMD-C, and evaluated its effect on chondrocyte metabolism. Our results showed that JJYMD-C could effectively increase the levels of the collagen II, Sox9, and aggrecan genes, promote chondrocyte growth, and enhance secretion and synthesis of cartilage extracellular matrix. On the other hand, expression of the collagen I gene was effectively down-regulated, demonstrating inhibition of chondrocyte dedifferentiation by JJYMD-C. Hypertrophy, as a characteristic of chondrocyte ossification, was undetectable in the JJYMD-C groups. We used JJYMD-C at doses of 0.125, 0.25, and 0.5 µg/mL, and the strongest response was observed with 0.25 µg/mL. This study provides a basis for further studies on a novel agent in the treatment of articular cartilage defects.

Synthesis and characterization of BODIPY-α-tocopherol : a new ligand to explore the intracellular transfer of Vitamin E

Since its discovery nearly a century ago, a-tocopherol (vitamin E) research has been mainly focused on its ability to terminate the cycle of lipid peroxidation in membranes. Nitrobenzoxadiazole fluorescent analogues were made previously to study the intracellular transfer of vitamin E in cells. However, these molecules were reportedly susceptible to photobleaching while under illumination for transfer assays and microscopy. Here is reported the synthesis of a series of fluorescent analogues of vitamin E incorporating the more robust dipyrrometheneboron difluoride fluorophore (BDP-a-Tocs; Aex = 507 nm, Aem = 511 nm). C8-BDP-a-Toc 42c, having an eight-carbon chain between the chromanol and fluorophore, wa<; shown to bind specifically to a-tocopherol transfer protein with a dissociation constant of approximately 100 nM. Another fluorescent analogue of vitamin E with a thienyl derivative of BODIPY that is excited and fluoresces at longer wavelengths (Aex = 561 nm, Aem = 570 nm) is in development.

Towards the nanomechanical actuation and controlled assembly of nanomaterials using charge-transfer reactions in electroactive self-assembled monolayers

Les microcantileviers fonctionnalisés offrent une plateforme idéale pour la nano- et micro-mécanique et pour le développement de (bio-) capteurs tres sensible. Le principe d’opération consiste dans des évènements physicochimiques qui se passent du côté fonctionnalisé du microcantilevier induisant une différence de stress de surface entre les deux côtés du cantilevier qui cause une déflexion verticale du levier. Par contre, les facteurs et les phénomènes interfacials qui régissent la nature et l'intensité du stress de surface sont encore méconnus. Pour éclaircir ce phénomène, la première partie de cette thèse porte sur l'étude des réactions de microcantileviers qui sont recouverts d'or et fonctionnalisés par une monocouche auto-assemblée (MAA) électroactive. La formation d'une MAA de ferrocènylundécanethiol (FcC11SH) à la surface d'or d'un microcantilevier est le modèle utilisé pour mieux comprendre le stress de surface induit par l’électrochimie. Les résultats obtenus démontrent qu'une transformation rédox de la MAA de FcC11SH crée un stress de surface qui résulte dans une déflexion verticale du microcantilevier. Dépendamment de la flexibilité du microcantilevier, cette déflexion peut varier de quelques nanomètres à quelques micromètres. L’oxydation de cette MAA de FcC11SH dans un environnement d'ions perchlorate génère un changement de stress de surface compressive. Les résultats indiquent que la déflexion du microcantilevier est due à une tension latérale provenant d'une réorientation et d'une expansion moléculaire lors du transfért de charge et de pairage d’anions. Pour vérifier cette hypothèse, les mêmes expériences ont été répéteés avec des microcantileviers qui ont été couverts d'une MAA mixte, où les groupements électroactifs de ferrocène sont isolés par des alkylthiols inactifs. Lorsqu’un potentiel est appliqué, un courant est détecté mais le microcantilevier ne signale aucune déflexion. Ces résultats confirment que la déflexion du microcantilevier est due à une pression latérale provenant du ferrocènium qui se réorganise et qui crée une pression sur ses pairs avoisinants plutôt que du couplage d’anions. L’amplitude de la déflexion verticale du microcantilevier dépend de la structure moléculaire de la MAA et du le type d’anion utilisés lors de la réaction électrochimique. Dans la prochaine partie de la thèse, l’électrochimie et la spectroscopie de résonance de plasmon en surface ont été combinées pour arriver à une description de l’adsorption et de l’agrégation des n-alkyl sulfates à l’interface FcC11SAu/électrolyte. À toutes les concentrations de solution, les molécules d'agent tensio-actif sont empilées perpendiculairement à la surface d'électrode sous forme de monocouche condensé entrecroisé. Cependant, la densité du film spécifiquement adsorbé s'est avérée être affectée par l'état d'organisation des agents tensio-actifs en solution. À faible concentration, où les molécules d'agent tensio-actif sont présentes en tant que monomères solvatés, les monomères peuvent facilement s'adapter à l’évolution de la concentration en surface du ferrocènium lors du balayage du potential. Cependant, lorsque les molécules sont présentes en solution en tant que micelles une densité plus faible d'agent tensio-actif a été trouvée en raison de l'incapacité de répondre effectivement à la surface de ferrocenium générée dynamiquement.

Signature optique d’effet Stark dans une bicouche de CuPc:C60

Les hétérojonctions formées de deux matériaux, un donneur et un accepteur (D/A), sont la base de la majorité des mélanges photovoltaïques organiques. Les mécanismes de séparation des charges dans ces systèmes représentent aujourd'hui l'un des sujets les plus chauds et les plus débattus dans ce domaine. Nous entrons au coeur de ce débat en choisissant un système D/A à base de phtalocyanine de cuivre (CuPc) et de fullerène (C60). Pour sonder les états excités de nos molécules et obtenir de l'information sur les phénomènes à l'interface D/A, nous réalisons une expérience pompe-sonde, appelée absorption photoinduite (PIA). Nous y mesurons le changement fractionnaire de transmission au travers de l'échantillon. Les mesures de PIA sont réalisées à l'état de quasi équilibre, à T=10K. Nous observons une modulation prononcée dans la région du photoblanchiment de l'état fondamental qui nous indique que la pompe induit un décalage du spectre d'absorption de l'état fondamental. Ce décalage peut être expliqué par deux processus : soit l'échantillon est chauffé par la pompe (effet thermique) ou bien des charges sont créées à l'interface entre les deux matériaux (effet Stark). La dépendance en température du spectre d'absorption entre 10K et 290K montre une signature thermique pour un changement de température de 80K. Grâce au ratio des raies Raman anti-Stokes et Stokes, nous démontrons que la pompe chauffe l'échantillon de 34 K, température insuffisante pour attribuer notre signal à un effet thermique. Nous évaporons ensuite la bicouche CuPc/C60 sur de l'ITO et du saphir, substrats qui possèdent des conductivités thermiques différentes et nous observons le même signal de PIA, excluant par le fait même l'hypothèse de l'effet thermique. Puisque notre étude est comparable à la spectroscopie à effet Stark, nous procédons à une analyse similaire en comparant notre signal de PIA au spectre de la transmittance et à ses dérivés première et seconde. Nous observons alors que notre signal reproduit presque parfaitement la dérivée seconde de la transmittance. Ces résultats sont conformes à une signature optique d'effet Stark due à la création de charges à l'interface D/A.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Photosensitivity of Laser Dye Mixtures in Polymer Matrix – A Photoacoustic Study

Laser induced photoacoustic (PA) technique is used in the study of photostability of polymethyl methacrylate (PMMA) films doped with Rhodamine 6G -Rhodamine B dye system. Energy transfer from a donor molecule to an acceptor molecule in a dye mixture affects the output of the dye system. Details of investigations on the role of laser power, modulation frequency and the irradiation wavelength on the photosensitivity of the dye mixture doped PMMA films are presented.

Laser-induced thermal characterization of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix

In this paper, we report the measurements of thermal diffusivity of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix sintered at different temperatures using laser induced non-destructive photoacoustic technique. Measurements of thermal diffusivity also have been carried out on specimens with various concentration of nano metal. Analysis of the data is done on the basis of one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present measurements on the thermal diffusivity of nano metal dispersed ceramic alumina shows that porosity has a great influence on the heat transport and the thermal diffusivity value. The present analysis also shows that the inclusion of nano metal into ceramic matrix increases its interconnectivity and hence the thermal diffusivity value. The present study on the samples sintered at different temperature shows that the porosity of the ceramics varies considerably with the change in sintering temperature. The results are interpreted in terms of phonon assisted heat transfer mechanism and the exclusion of pores with the increase in sintering temperature.

Laser-induced thermal characterization of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix

In this paper, we report the measurements of thermal diffusivity of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix sintered at different temperatures using laser induced non-destructive photoacoustic technique. Measurements of thermal diffusivity also have been carried out on specimens with various concentration of nano metal. Analysis of the data is done on the basis of one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present measurements on the thermal diffusivity of nano metal dispersed ceramic alumina shows that porosity has a great influence on the heat transport and the thermal diffusivity value. The present analysis also shows that the inclusion of nano metal into ceramic matrix increases its interconnectivity and hence the thermal diffusivity value. The present study on the samples sintered at different temperature shows that the porosity of the ceramics varies considerably with the change in sintering temperature. The results are interpreted in terms of phonon assisted heat transfer mechanism and the exclusion of pores with the increase in sintering temperature

Laser-induced thermal characterization of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix

In this paper, we report the measurements of thermal diffusivity of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix sintered at different temperatures using laser induced non-destructive photoacoustic technique. Measurements of thermal diffusivity also have been carried out on specimens with various concentration of nano metal. Analysis of the data is done on the basis of one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present measurements on the thermal diffusivity of nano metal dispersed ceramic alumina shows that porosity has a great influence on the heat transport and the thermal diffusivity value. The present analysis also shows that the inclusion of nano metal into ceramic matrix increases its interconnectivity and hence the thermal diffusivity value. The present study on the samples sintered at different temperature shows that the porosity of the ceramics varies considerably with the change in sintering temperature. The results are interpreted in terms of phonon assisted heat transfer mechanism and the exclusion of pores with the increase in sintering temperature

Excitation wavelength dependence of energy transfer in dye mixture doped polymer optical fibre preforms

Dependence of energy transfer parameters on excitation wavelength has been investigated in poly (methyl methacrylate) (PMMA) optical fibre preforms doped with C 540:Rh B dye mixture by studying the fluorescence intensity and the lifetime variations. A fluorescence spectrophotometer was used to record the excitation spectra of the samples for the emission wavelengths 495 and 580 nm. The fluorescence emission from the polymer rods was studied at four specific excitation wavelengths viz; 445, 465, 488 and 532 nm. The fluorescence lifetime of the donor molecule was experimentally measured in polymer matrix by time correlated single photon counting technique. The energy transfer rate constants and transfer efficiencies were calculated and their dependence on the acceptor concentration was analysed for three excitation wavelengths. It was found that any change in the excitation wavelength leads to significant variations in the quenching characteristics, which in turn affect the calculated energy transfer parameters.