Arvometallien liuospuhdistus jatkuvatoimisella ioninvaihdolla

Työn tarkoituksena oli tutkia arvometalleja sisältävän liuoksen puhdistamista jat-kuvatoimisella ioninvaihdolla. Teoriaosassa käsitellään ioninvaihdon periaate, sekä jatkuvatoimisen ioninvaihdon laiteratkaisuja ristivirta- ja vastavirtasysteemeissä. Lopuksi esitellään Simuloidun liikkuvapedin (SMB) virtausnopeuksien laske-miseksi käytettävä kolmiomenetelmä. Kokeellisen osan tarkoituksena on demonstroida laboratorioon rakennetun jatku-vatoimisen ioninvaihtimen, Simuloidun liikkuvapedin, käyttö arvometallia sisäl-tävän liuoksen puhdistamiseksi kahdenarvoisista metalli-ioneista. Kokeissa käy-tettiin hopeaa sisältävää NaCl-liuosta, josta pyrittiin puhdistamaan Mg2+, Ca2+, Pb2+ ja Zn2+-ionit ekstraktina. Laitteistolla suoritettiin kolme ajoa, joista kaksi edusti vastavirtasysteemiä ja yksi ristivirtasysteemiä. Ensimmäisessä vastavirta-ajossa sekä ekstrakti että raffinaattin erottuva hopealiuos tulivat puhtaina. Toisessa vastavirta-ajossa pyrittiin parantamaan tuottavuutta nostamalla syötön virtausnopeutta, jolloin raffinaatin puhtaus kärsi Pb2+ ja Mg2+-ionien kulkeutuessa liuosfaasin mukana raffinaattiin. Ristivirta-ajossa vain yksi kolmesta raffinaatista saavutti 100 % puhtauden. Kokeet osoittivat, että Mg2+, Ca2+, Pb2+ ja Zn2+-ionien erottaminen hopeaionista on mahdollista käyttämällämme SMB-laitteistolla. Tuottavuuden parantaminen syötön virtausnopeutta nostamalla kuitenkin heikentää puhtautta. Cross-flow-systeemin erilleenkytkettyjen kolonnien ansioista painehäviö on pienempi, mikä mahdollistaa korkeammat virtausnopeudet, mikäli ei vaadita 100 % puhtautta.

Advanced analysis and design methods for preparative chromatographic separation processes

Preparative liquid chromatography is one of the most selective separation techniques in the fine chemical, pharmaceutical, and food industries. Several process concepts have been developed and applied for improving the performance of classical batch chromatography. The most powerful approaches include various single-column recycling schemes, counter-current and cross-current multi-column setups, and hybrid processes where chromatography is coupled with other unit operations such as crystallization, chemical reactor, and/or solvent removal unit. To fully utilize the potential of stand-alone and integrated chromatographic processes, efficient methods for selecting the best process alternative as well as optimal operating conditions are needed. In this thesis, a unified method is developed for analysis and design of the following singlecolumn fixed bed processes and corresponding cross-current schemes: (1) batch chromatography, (2) batch chromatography with an integrated solvent removal unit, (3) mixed-recycle steady state recycling chromatography (SSR), and (4) mixed-recycle steady state recycling chromatography with solvent removal from fresh feed, recycle fraction, or column feed (SSR–SR). The method is based on the equilibrium theory of chromatography with an assumption of negligible mass transfer resistance and axial dispersion. The design criteria are given in general, dimensionless form that is formally analogous to that applied widely in the so called triangle theory of counter-current multi-column chromatography. Analytical design equations are derived for binary systems that follow competitive Langmuir adsorption isotherm model. For this purpose, the existing analytic solution of the ideal model of chromatography for binary Langmuir mixtures is completed by deriving missing explicit equations for the height and location of the pure first component shock in the case of a small feed pulse. It is thus shown that the entire chromatographic cycle at the column outlet can be expressed in closed-form. The developed design method allows predicting the feasible range of operating parameters that lead to desired product purities. It can be applied for the calculation of first estimates of optimal operating conditions, the analysis of process robustness, and the early-stage evaluation of different process alternatives. The design method is utilized to analyse the possibility to enhance the performance of conventional SSR chromatography by integrating it with a solvent removal unit. It is shown that the amount of fresh feed processed during a chromatographic cycle and thus the productivity of SSR process can be improved by removing solvent. The maximum solvent removal capacity depends on the location of the solvent removal unit and the physical solvent removal constraints, such as solubility, viscosity, and/or osmotic pressure limits. Usually, the most flexible option is to remove solvent from the column feed. Applicability of the equilibrium design for real, non-ideal separation problems is evaluated by means of numerical simulations. Due to assumption of infinite column efficiency, the developed design method is most applicable for high performance systems where thermodynamic effects are predominant, while significant deviations are observed under highly non-ideal conditions. The findings based on the equilibrium theory are applied to develop a shortcut approach for the design of chromatographic separation processes under strongly non-ideal conditions with significant dispersive effects. The method is based on a simple procedure applied to a single conventional chromatogram. Applicability of the approach for the design of batch and counter-current simulated moving bed processes is evaluated with case studies. It is shown that the shortcut approach works the better the higher the column efficiency and the lower the purity constraints are.

Glukoosi-fruktoosisiirapin kromatografinen fraktiointi

Kuluttajamarkkinoilla on suuri kysyntä vähäkalorisille ruuille ja juomille. Näitä tuotteita voidaan valmistaa mm. korvaamalla makeuttimena perinteisesti käytetty sakkaroosi fruktoosilla joka on 73% makeampi ja sisältää vähemmän kaloreita kuin sakkaroosi. Koska fruktoosi on makeampaa kuin sakkaroosi, sitä tarvitaan vähemmän elintarvikkeissa saman makeusasteen saavuttamiseksi. Glukoosi-fruktoosisiirappia valmistetaan maissista tai sakkaroosista hydrolyysin avulla. Teollisuudessa glukoosi-fruktoosisiirapin fraktiointi tehdään käyttämällä jatkuvatoimista simuloitu liikkuva peti-prosessia (Simulated Moving Bed, SMB-prosessi). Tässä työssä tutkitaan voidaanko kierrätyskromatografiaa (Steady State Recycling , SSR-prosessi) käyttäen fraktioida glukoosi-fruktoosisiirappia tehokkaasti. Fruktoosi erotetaan glukoosista käyttämällä erotusmateriaalina vahvoja kationinvaihtohartseja kalsium-muodossa. Työssä tehtiin kirjallisuusselvitys, jonka perusteella valittiin sopiva erotusmateriaali ja koeolosuhteet. Kokeellisessa osassa glukoosille ja fruktoosille määritettiin adsorptioisotermit Frontal analysis -menetelmällä. Kokeellisesti määritettyihin isotermeihin sovitetut mallit validoitiin ja SSR-prosessi suunniteltiin panoserotuskokeiden avulla. SSR-prosessia mallinnettiin käyttäen MATLAB-ohjelmaa.

Multimilligram enantioresolution of sulfoxide proton pump inhibitors by liquid chromatography on polysaccharide-based chiral stationary phase

The enantiomers of sulfoxide proton pump inhibitors - omeprazole, lansoprazole, rabeprazole and Ro 18-5364 - were enantiomerically separated by liquid chromatography at multimilligram scale on a poly saccharide-based chiral stationary phase using normal and polar organic conditions as mobile phase. The values of the recovery and production rate were significant for each enantiomer; better results were achieved using a solid-phase injection system. However, this system was applied just for the enantionteric separation of omeprazole to demonstrate the applicability of this injection mode at milligram scale. The chiroptical characterization of the compounds was performed using a polarimeter and a circular dichroism detector. The higher enantiomeric purity obtained for the isolated enantiomers suggests that the methods here described should be considered as a simple and rapid way to obtain enantiomeric pure standards for analytical purpose. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Albendazole sulfoxide enantiomers: Preparative chiral separation and absolute stereochemistry

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

High-pressure phase diagram of the drug mitotane in compressed and/or supercritical CO(2)

This work provides experimental phase diagram of mitotane, a drug used in the chemotherapy treatment of adrenocortical carcinoma, in compressed and/or supercritical CO(2). The synthetic-static method in a high-pressure variable-volume view cell coupled with a transmitted-light intensity probe was used to measure the solid-fluid (SF) equilibrium data. The phase equilibrium experiments were determined in temperature ranging from (298.2 to 333.1) K and pressure up to 22 MPa. Peng-Robinson equation of state (PR-EoS) with classical mixing rule was used to correlate the experimental data. Excellent agreement was found between experimental and calculated values. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Syttyminen ja palamisen eteneminen partikkelikerroksessa

Syttymistä ja palamisen etenemistä partikkelikerroksessa tutkitaan paloturvallisuuden parantamista sekä kiinteitä polttoaineita käyttävien polttolaitteiden toiminnan tuntemista ja kehittämistä varten. Tässä tutkimuksessa on tavoitteena kerätä yhteen syttymiseen ja liekkirintaman etenemiseen liittyviä kokeellisia ja teoreettisia tutkimustuloksia, jotka auttavat kiinteäkerrospoltto- ja -kaasutus-laitteiden kehittämisessä ja suunnittelussa. Työ on esitutkimus sitä seuraavalle kokeelliselle ja teoreettiselle osalle. Käsittelyssä keskitytään erityisesti puuperäisiin polttoaineisiin. Hiilidioksidipäästöjen vähentämistavoitteet sekä kiinteiden jätteiden energiakäytön lisääminen ja kaatopaikalle viennin vähentäminen aiheuttavat lähitulevaisuudessa kerrospolton lisääntymistä. Kuljetusmatkojen optimoinnin takia joudutaan rakentamaan melko pieniä polttolaitoksia, joissa kerrospolttotekniikka on edullisin vaihtoehto. Syttymispisteellä tarkoitetaan Semenovin määritelmän mukaan tilaa ja ajankohtaa, jolloin polttoaineen ja hapen reaktioissa muodostuva nettoenergia aikayksikössä on yhtäsuuri kuin ympäristöön siirtyvä nettoenergiavirta. Itsesyttyminen tarkoittaa syttymistä ympäristön lämpötilan tai paineen suurenemisen seurauksena. Pakotettu syttyminen tapahtuu, kun syttymispisteen läheisyydessä on esimerkiksi liekki tai hehkuva kiinteä kappale, joka aiheuttaa paikallisen syttymisen ja syttymisrintaman leviämisen muualle polttoaineeseen. Kokeellinen tutkimus on osoittanut tärkeimmiksi syttymiseen ja syttymisrintaman etenemiseen vaikuttaviksi tekijöiksi polttoaineen kosteuden, haihtuvien aineiden pitoisuuden ja lämpöarvon, partikkelikerroksen huokoisuuden, partikkelien koon ja muodon, polttoaineen pinnalle tulevan säteilylämpövirran tiheyden, kaasun virtausnopeuden kerroksessa, hapen osuuden ympäristössä sekä palamisilman esilämmityksen. Kosteuden lisääntyminen suurentaa syttymisenergiaa ja -lämpötilaa sekä pidentää syttymisaikaa. Mitä enemmän polttoaine sisältää haihtuvia aineita sitä pienemmässä lämpötilassa se syttyy. Syttyminen ja syttymisrintaman eteneminen ovat sitä nopeampia mitä suurempi on polttoaineen lämpöarvo. Kerroksen huokoisuuden kasvun on havaittu suurentavan palamisen etenemisnopeutta. Pienet partikkelit syttyvät yleensä nopeammin ja pienemmässä lämpötilassa kuin suuret. Syttymisrintaman eteneminen nopeutuu partikkelien pinta-ala - tilavuussuhteen kasvaessa. Säteilylämpövirran tiheys on useissa polttosovellutuksissa merkittävin lämmönsiirtotekijä, jonka kasvu luonnollisesti nopeuttaa syttymistä. Ilman ja palamiskaasujen virtausnopeus kerroksessa vaikuttaa konvektiiviseen lämmönsiirtoon ja hapen pitoisuuteen syttymisvyöhykkeellä. Ilmavirtaus voi jäähdyttää ja kuumankaasun virtaus lämmittää kerrosta. Hapen osuuden kasvaminen nopeuttaa syttymistä ja liekkirintaman etenemistä kunnes saavutetaan tila, jota suuremmilla virtauksilla ilma jäähdyttää ja laimentaa reaktiovyöhykettä. Palamisilman esilämmitys nopeuttaa syttymisrintaman etenemistä. Syttymistä ja liekkirintaman etenemistä kuvataan yleensä empiirisillä tai säilyvyysyhtälöihin perustuvilla malleilla. Empiiriset mallit perustuvat mittaustuloksista tehtyihin korrelaatioihin sekä joihinkin tunnettuihin fysikaalisiin lainalaisuuksiin. Säilyvyysyhtälöihin perustuvissa malleissa systeemille määritetään massan, energian, liikemäärän ja alkuaineiden säilymisyhtälöt, joiden nopeutta kuvaavien siirtoyhtälöiden muodostamiseen käytetään teoreettisella ja kokeellisella tutkimuksella saatuja yhtälöitä. Nämä mallinnusluokat ovat osittain päällekkäisiä. Pintojen syttymistä kuvataan usein säilyvyysyhtälöihin perustuvilla malleilla. Partikkelikerrosten mallinnuksessa tukeudutaan enimmäkseen empiirisiin yhtälöihin. Partikkelikerroksia kuvaavista malleista Xien ja Liangin hiilipartikkelikerroksen syttymiseen liittyvä tutkimus ja Gortin puun ja jätteen polttoon liittyvä reaktiorintaman etenemistutkimus ovat lähimpänä säilyvyysyhtälöihin perustuvaa mallintamista. Kaikissa malleissa joudutaan kuitenkin yksinkertaistamaan todellista tapausta esimerkiksi vähentämällä dimensioita, reaktioita ja yhdisteitä sekä eliminoimalla vähemmän merkittävät siirtomekanismit. Suoraan kerrospolttoa ja -kaasutusta palvelevia syttymisen ja palamisen etenemisen tutkimuksia on vähän. Muita tarkoituksia varten tehtyjen tutkimusten polttoaineet, kerrokset ja ympäristöolosuhteet poikkeavat yleensä selvästi polttolaitteiden vastaavista olosuhteista. Erikokoisten polttoainepartikkelien ja ominaisuuksiltaan erilaisten polttoaineiden seospolttoa ei ole tutkittu juuri ollenkaan. Polttoainepartikkelien muodon vaikutuksesta on vain vähän tutkimusta.Ilman kanavoitumisen vaikutuksista ei löytynyt tutkimuksia.

Jätevedenpuhdistamon toiminnan optimointi

Schauman Wood Oy Pelloksen tehtaat on Euroopan suurin havuvanerin valmistaja. Tehtailla tukkien haudonnassa ja kuorien kuivaamisessa syntyvät jätevedet sekä sosiaalijätevedet puhdistetaan omassa biologisessa puhdistamossa. Puhdistamo rakennettiin alun perin aktiivilietelaitokseksi ja muutettiin kuormituksen kasvaessa vuonna 2002 kantoaineprosessiksi. Puhdistamolle laskettiin ensin optimaalinen kuormitus, jonka perusteella kuormitusta ryhdyttiin nostamaan. Tavoitteena oli saavuttaa virtaaman nostolla ja ajomallien muutoksilla tilavuuskuorma 1-3 kgBOD/m3•d. Kun tulovirtaamaa oli saatu nostettua riittävästi, tehtiin laskeutuskokeita laskeutuskemikaalin optimimäärän selvittämiseksi. Koeajojakson lopuksi pidettiin kolmen viikon tehotarkkailujakso, jolloin kokeiltiin puhdistamon ajoa erilaisilla kemikaalimäärillä. Näin saatiin selville tasemielessä tietyn puumäärän aiheuttama kuormitus puhdistamolle. Jätevedenpuhdistamon tulovirtaama saatiin nostettua tasolle 300- 350 m³/d, jolloin tilaavuuskuormaksi tuli 1,68 kgBOD/m3•d. Kolmen viikon tehotarkkailujakson aikana saatiin selvitettyä optimikemikaaliannostus sekä laskettua kolmesta eri vaihtoehdosta taloudellisesti kannattavin ajomalli. Puhdistusreduktioiden, puhdistamon toimivuuden ja taloudellisuuden kannalta paras vaihtoehto oli laskeutuskemikaalin ja polymeerin yhteiskäyttö.

Avaliação comparativa entre custos dos processos MBBR/IFAS e lodo ativado para o tratamento de esgoto sanitário

O processo MBBR/IFAS, Moving Bed Biofilm Reactor/Integrated Fixed Film Activated Sludge, é uma tecnologia recente para o tratamento de esgoto que incorpora tanto biomassa em suspensão como aderida. Seus parâmetros de controle são os mesmos aplicados ao processo de lodo ativado, observadas algumas especificidades. Como objetivo principal deste trabalho, apresenta-se uma análise comparativa entre os custos de implantação de uma unidade IFAS e de lodo ativado operando sob alta taxa, na faixa convencional e com aeração prolongada, para populações de 50.000 e 500.000 habitantes. Os resultados mostraram que, sob as hipóteses assumidas para a implantação dos reatores, o custo do processo de lodo ativado foi de 36% até 100% do custo do processo IFAS, dependendo da carga orgânica aplicada, do preço do terreno ou do custo do meio suporte.

Multi-Agent Based Smart Grid Management and Simulation: Situation Awareness and Learning in a Test Bed with Simulated and Real Installations and Players

The rising usage of distributed energy resources has been creating several problems in power systems operation. Virtual Power Players arise as a solution for the management of such resources. Additionally, approaching the main network as a series of subsystems gives birth to the concepts of smart grid and micro grid. Simulation, particularly based on multi-agent technology is suitable to model all these new and evolving concepts. MASGriP (Multi-Agent Smart Grid simulation Platform) is a system that was developed to allow deep studies of the mentioned concepts. This paper focuses on a laboratorial test bed which represents a house managed by a MASGriP player. This player is able to control a real installation, responding to requests sent by the system operators and reacting to observed events depending on the context.

The effects of fertilization and simulated grazing on the community structure of a seagrass bed in South Florida

The importance of resource supply and herbivory in driving competitive interactions among species has been an important but contentious issue within ecology. These variables exhibit different effects on species competition when manipulated in isolation but interact when manipulated together. I tested the direct and interactive effects of nutrient addition and simulated grazing (clipping) on the competitive performance of primary producers and community structure of a seagrass bed in South Florida. One square meter experimental plots were established in a mixed seagrass meadow from August 2007 to July 2009. The experiment was a 3 x 3 factorial experiment: 3 fertility treatments: control, medium (2.4 mg N d−1 and 80 µg P day −1) and high (4.8 mg N d−1 and 160 µg P day−1) x 3 clipping intensities (0, 25% and 50 % biomass removal (G)) x 5 replicates for each treatment = 45 plots). Nutrient additions and simulated grazing were done every two months. Fertilization and simulated grazing decreased sexual reproduction in S. filiforme. Fertilization increased competitive dominance within the primary producers while simulated grazing counteracted this effect by removal of the dominant species. Fertilization ameliorated the negative impacts of simulated grazing while simulated grazing prevented competitive exclusion in the fertilized plots. Nutrient addition and simulated grazing both exerted strong control on plant performance and community structure. Neither bottom up nor top down influences was eliminated in treatments where both factors where present. The effects of fertilization on plant performance were marked under all clipping intensities indicating that the system is regulated by nutrient availability both in the presence or absence of grazers. Clipping effects were strong under both fertilized and unfertilized conditions indicating that the seagrass bed can be simultaneously under top-down control by grazers.

Velocity estimation of moving ships using C-band SLC SAR data

A new algorithm for the velocity vector estimation of moving ships using Single Look Complex (SLC) SAR data in strip map acquisition mode is proposed. The algorithm exploits both amplitude and phase information of the Doppler decompressed data spectrum, with the aim to estimate both the azimuth antenna pattern and the backscattering coefficient as function of the look angle. The antenna pattern estimation provides information about the target velocity; the backscattering coefficient can be used for vessel classification. The range velocity is retrieved in the slow time frequency domain by estimating the antenna pattern effects induced by the target motion, while the azimuth velocity is calculated by the estimated range velocity and the ship orientation. Finally, the algorithm is tested on simulated SAR SLC data.

Coherent structures in open channel flows with bed load transport over an hydraulically rough bed

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil – Perfil de Estruturas

A Wireless Mesh Network NS-3 Simulation Model: Implementation and Performance Comparison With a Real Test-Bed

Wireless mesh networks present an attractive communication solution for various research and industrial projects. However, in many cases, the appropriate preliminary calculations which allow predicting the network behavior have to be made before the actual deployment. For such purposes, network simulation environments emulating the real network operation are often used. Within this paper, a behavior comparison of real wireless mesh network (based on 802.11s amendment) and the simulated one has been performed. The main objective of this work is to measure performance parameters of a real 802.11s wireless mesh network (average UDP throughput and average one-way delay) and compare the derived results with characteristics of a simulated wireless mesh network created with the NS-3 network simulation tool. Then, the results from both networks are compared and the corresponding conclusion is made. The corresponding results were derived from simulation model and real-worldtest-bed, showing that the behavior of both networks is similar. It confirms that the NS-3 simulation model is accurate and can be used in further research studies.

Modelling hydrodynamics in the Rio Parana, Argentina : an evaluation and inter-comparison of reduced-complexity and physics based models applied to a large sand-bed river

Depth-averaged velocities and unit discharges within a 30 km reach of one of the world's largest rivers, the Rio Parana, Argentina, were simulated using three hydrodynamic models with different process representations: a reduced complexity (RC) model that neglects most of the physics governing fluid flow, a two-dimensional model based on the shallow water equations, and a three-dimensional model based on the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Row characteristics simulated using all three models were compared with data obtained by acoustic Doppler current profiler surveys at four cross sections within the study reach. This analysis demonstrates that, surprisingly, the performance of the RC model is generally equal to, and in some instances better than, that of the physics based models in terms of the statistical agreement between simulated and measured flow properties. In addition, in contrast to previous applications of RC models, the present study demonstrates that the RC model can successfully predict measured flow velocities. The strong performance of the RC model reflects, in part, the simplicity of the depth-averaged mean flow patterns within the study reach and the dominant role of channel-scale topographic features in controlling the flow dynamics. Moreover, the very low water surface slopes that typify large sand-bed rivers enable flow depths to be estimated reliably in the RC model using a simple fixed-lid planar water surface approximation. This approach overcomes a major problem encountered in the application of RC models in environments characterised by shallow flows and steep bed gradients. The RC model is four orders of magnitude faster than the physics based models when performing steady-state hydrodynamic calculations. However, the iterative nature of the RC model calculations implies a reduction in computational efficiency relative to some other RC models. A further implication of this is that, if used to simulate channel morphodynamics, the present RC model may offer only a marginal advantage in terms of computational efficiency over approaches based on the shallow water equations. These observations illustrate the trade off between model realism and efficiency that is a key consideration in RC modelling. Moreover, this outcome highlights a need to rethink the use of RC morphodynamic models in fluvial geomorphology and to move away from existing grid-based approaches, such as the popular cellular automata (CA) models, that remain essentially reductionist in nature. In the case of the world's largest sand-bed rivers, this might be achieved by implementing the RC model outlined here as one element within a hierarchical modelling framework that would enable computationally efficient simulation of the morphodynamics of large rivers over millennial time scales. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.