CFD study of penetration and mixing of fuel in a circulating fluidized bed furnace

The aim of this thesis is to study the mixing of fuel and, also to some extent, the mixing of air in a circulating fluidized bed boiler. In the literature survey part of this thesis, a review is made of the previous experimental studies related to the fuel and air mixing in the circulating fluidized beds. In the simulation part of it the commercial computational fluid dynamics software (FLUENT) is used with the Eulerian multiphase model for studying the fuel mixing in the two and three-dimensional furnace geometries. The results of the three-dimensional simulations are promising and, therefore suggestions are made for the future simulations. The two-dimensional studies give new information of the effects of the fluidization velocity, fuel particle size and fuel density on the fuel mixing. However, the present results show that three-dimensional models produce more realistic representation of the circulating fluidized bed behavior.

Kuulakekoreaktorin sähköntuotantokustannusten arviointi

Tässä työssä selvitettiin heliumjäähdytteisellä kuulakekoreaktorilla tuotetun sähkön hinnan muodostumista. Saatuja tuloksia vertailtiin hiilidioksidin erotuksen savukaasuista mahdollistavilla laitteilla varustettuihin hiili- ja maakaasuvoimalaitoksiin sekä kevytvesitekniikalla toteutettuun ydinvoimalaan. Työssä käytiin lyhyesti läpi kuulakekoreaktorin tekniikkaa ja mahdollisia sovelluskohteita, joissa voidaan käyttää hyväksi reaktorin jäähdytteen korkeaa lämpötilaa. Kuulakekoreaktorin kustannustietoja arvioitiin eri lähteissä esitettyjen lukujen perusteella. Ominaisinvestointikustannukseksi saatiin 1722 €/kWe. Sähköntuotannon polttoainekustannukseksi laskettiin 5,4 €/MWh ja käyttö- ja kunnossapito-kustannuksina käytettiin 7 €/MWh. Laitoksen sähköntuotantokustannusten laskenta suoritettiin annuiteettimenetelmällä käyttäen 5 % reaalikorkoa ja 40 vuoden taloudellista pitoaikaa sekä 90 % käyttökerrointa. Laskuissa käytettiin vuoden 2002 hintatasoa. Laskelmien perusteella kuulakekoreaktorin sähköntuotantokustannukseksi saatiin 25,1 €/MWh. Tämän todettiin olevan samalla tasolla kuin kevytvesireaktorilla tuotetun sähkön hinta. Hiilidioksidin erotuslaitteilla varustetun hiilivoimalaitoksen sähköntuotantokustannukseksi saatiin 44,0 €/MWh ja maakaasukombivoimalaitoksen 36,3 €/MWh.

Nutritional potential of green banana flour obtained by drying in spouted bed

This study evaluated the chemical composition of peeled and unpeeled green banana Cavendish (AAA) flour obtained by drying in spouted bed, aiming at adding nutritional value to food products. The bananas were sliced and crushed to obtain a paste and fed to the spouted bed dryer (12 cm height and T = 80 ºC) in order to obtain flour. The flours obtained were subjected to analysis of moisture, protein, ash, carbohydrates, total starch, resistant starch, fiber. The green banana flours, mainly unpeeled, are good sources of fiber and resistant starch with an average of 21.91g/100g and 68.02g/100g respectively. The protein content was found in an average of 4.76g/100g, being classified as a low biological value protein with lysine as the first limiting amino acid. The results showed that unpeeled green banana flour obtained by spouted bed drying can be a valuable tool to add nutritional value to products in order to increase their non-digestible fraction.

Advanced control methods for reducing nitrogen oxides in a fluidized bed boiler

Tämän työn tarkoituksena oli löytää keinoja erään leijukerroskattilan typenoksidipäästöjen vähentämiseksi. Koska päästöt olivat jo alunperin alhaiset leijukerrostekniikan ja hybridin SNCR/SCR –typenpoistolaitteiston ansiosta, päätettiin päästöjä lähteä vähentämään parantamalla ammoniakkiruiskutuksen säätöä. Alkuperäinen ammoniakkiruiskutuksen säätö oli liian hidas, jotta satunnaisten häiriöiden aiheuttamat typenoksidipiikit olisi pystytty poistamaan. Ammoniakkiruiskutusta parannettiin lisäämällä jokaiseen ammoniakkilinjaan mäntäpumput, joiden avulla ammoniakkia voidaan syöttää sinne, missä sitä eniten tarvitaan. Ammoniakkiruiskutuksen säätöön kehitettiin uusi sumeaan logiikkaan perustuva säätäjä. Myös muita kehittyneitä säätömenetelmiä kuten neuroverkkoa hyödynnettiin säätäjän kehityksessä. Ammoniakkiruiskutuksen säätäjää testattiin menestyksekkäästi Ruotsissa Brista Kraftin Märstassa sijaitsevalla voimalaitoksella

Development of Furnace Model for Bubbling Fluidized Bed Boiler

The aim of this thesis was to develop a model, which can predict heat transfer, heat release distribution and vertical temperature profile of gas phase in the furnace of a bubbling fluidized bed (BFB) boiler. The model is based on three separate model components that take care of heat transfer, heat release distribution and mass and energy balance calculations taking into account the boiler design and operating conditions. The model was successfully validated by solving the model parameters on the basis of commercial size BFB boiler test run information and by performing parametric studies with the model. Implementation of the developed model for the Foster Wheeler BFB design procedures will require model validation with existing BFB database and possibly more detailed measurements at the commercial size BFB boilers.

Sakkaroosin hydrolyysi immobilisoidulla entsyymillä

Työssä tutkittiin sakkaroosin hydrolyysiä anioninvaihtohartseihin immobilisoidun entsyymin avulla tavoitteena löytää sellainen kantaja-entsyymi -yhdistelmä, jolla konversio halutuiksi lopputuotteiksi olisi mahdollisimman korkea. Työhön valittiin aikaisemmissa laboratoriokokeissa parhaita tuloksia saavuttaneet kantaja-entsyymi -parit. Entsyymeinä oli kaksi nestemäistä Saccharomyces cerevisiae -hiivasta eristettyjä entsyymivalmistetta. Kokeissa käytetyt kantajamateriaalit olivat erilaisia heikkoja anioninvaihtohartseja. Entsyymit immobilisoitiin kantajaan sekoitusreaktorissa ja niiden aktiivisuudet määritettiin sitomisen jälkeen. Hydrolyysikokeet tehtiin jatkuvatoimisessa kiintopetireaktorissa ja lisäksi panos-kokeina tutkittiin ominaisuuksiltaan erilaisten kantajien eroja hydrolyysissä. Reaktio-olosuhteet pidettiin kaikissa kokeissa samoina. Sakkaroosiliuoksen pitoisuus oli 50 p-%, reaktiolämpötila 50 oC ja pH 5. Kiintopetikolonnissa tutkittiin myös sakkaroosi-liuoksen viipymäajan vaikutusta sivutuotteiden syntyyn. Näytteet analysoitiin neste-kromatografilla. Kiintopetikolonnissa lyhimmän viipymäajan (15 min) kokeissa ainoastaan hitaimmilla kantaja-entsyymi -pareilla muodostui sivutuotteita, jotka hydrolyysireaktion edetessä kuitenkin hävisivät. Kun viipymäaikaa kasvatettiin sivutuotteiden synty väheni ja lopulta niitä ei havaittu syntyvän lainkaan. Hydrolyysin edetessä viipymäajan ollessa tarpeeksi pitkä pienet sivutuotekomponentit hävisivät sakkaroosin hajotessa kokonaan glukoosiksi ja fruktoosiksi. Verrattaessa partikkelikoon ja hartsimatriisin vaikutusta samaan entsyymiin sidottuna havaittiin, että niillä kummallakin on vaikutusta sekä sakkaroosin hydrolyysi-nopeuteen että sivutuotteiden muodostumiseen.

Hydrodynamics and Heat Transfer in an Airlift Reactor

Työn teoriaosassa esitetään kirjallisuudessa esiintyviä teoreettisia ja kokeellisia yhtälöitä nesteen nopeuden, kaasun tilavuusosuuden, painehäviön ja lämmönsiirron laskemiseksi. Lisäksi käsitellään airlift-reaktoreiden toimintaa, rakennetta ja teollisia sovelluksia, sekä sekoitusta ja geometrian vaikutusta airlift-reaktoreiden hydrodynaamisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osassa kuvataan käytetty koelaitteisto ja mittausmenetelmät sekä esitetään saadut koetulokset. Koelaitteisto on viidellä nousuputkella varustettu ulkoisen kierron airlift-reaktori. Kokeellisessa osassa pyritään ratkaisemaan tällaisessa reaktorissa mahdollisesti esiintyviä ongelmia, kuten "slug flown" muodostuminen nousuputkissa sekä fluidien epätasainen jakautuminen nousuputkiin. Lisäksi tutkitaan erilaisten muuttujien, kuten kaasun tilavuusvirran, nesteen viskositeetin, suutinkoon ja nesteen jakoputken rakenteen, vaikutusta kaasun tilavuusosuuteen ja nesteen nopeuteen nousuputkissa. Nesteen nopeudet mitataan merkkiainemenetelmällä ja kaasun tilavuusosuudet manometrimenetelmällä. Lämmönsiirtoa tutkitaan mittaamalla lämpötilaeroja nousuputkissa NiCr-Ni –termoelementeillä. Mittaustulosten perusteella muokataan korrelaatiot kaasun tilavuusosuudelle ja nesteen tyhjäputkinopeudelle. Korrelaatioista lasketut tulokset sopivat kohtuullisen hyvin yhteen mitattujen tulosten kanssa. "Slug flown" ei todettu muodostuvan ongelmaksi 2.5 mPa s pienemmillä viskositeetin arvoilla 2 metriä pitkissä ja 19 mm halkaisijaltaan olevissa putkissa. Lisäksi todettiin, että kaasu- ja nestefaasien jakautumisongelmat voidaan ratkaista rakenteellisesti.

Comparison of different methods to forecast hospital bed needs

Objectives : This study compares three methods to forecast the number of acute somatic hospital beds needed in a Swiss academic hospital over the period 2010-2030. Design : Information about inpatient stays is provided through a yearly mandatory reporting of Swiss hospitals, containing anonymized data. Forecast of the numbers of beds needed compares a basic scenario relying on population projections with two other methods in use in our country that integrate additional hypotheses on future trends in admission rates and length of stay (LOS).

APPLICATION OF OZONE AIMING TO KEEP THE QUALITY OF STRAWBERRIES USING A LOW COST REACTOR

RESUMO O morango é uma fruta de alto valor comercial e tem uma rápida deterioração, como a demanda por produtos saudáveis, seguros sob o ponto de vista microbiológico e livre de produtos químicos aumenta cada vez mais, o método de aplicação do gás ozônio em uma atmosfera controlada foi proposto. O objetivo deste trabalho foi verificar a eficiência do gás ozônio produzido por um reator, a fim de que os pequenos produtores de morangos possam usá-lo, contribuindo, assim, para as economias regionais. Morangos (Fragaria ananassa) variedade Oso Grande, colhidasna região de Minas Gerais foram divididas dois grupos: o primeiro recebeu tratamento com ozônio e o segundo não. No primeiro grupo, o ozônio foi aplicado durante 20 minutos a partir de um reator de Corona. Os frutos foram armazenados a 4 ° C, por períodos de 5, 10 e 15 dias. A qualidade dos frutos foi relata a partir dos níveis de sólidos solúveis totais (SS), acidez titulável (AT ), pH, compostos fenólicos (CF), ácido ascórbico (AA), perda de massa fresca (PM%) e análise microbiológica (AM), em diferentes tempos de armazenamento de frutos ozonizados e não ozonizados. O uso de gás ozônio foi eficiente para a pós-colheita de morango. Os níveis de microrganismos estão dentro dos limites aceitáveis e as propriedades físicas e químicas foram mantidas.

Structure of a-Si:H/a-Si1-xCx:H multilayers deposited in a reactor with automated substrate holder

This paper deals with the structural properties of a-Si:H/a-Si1-xCx: H multilayers deposited by glow-discharge decomposition of SiH4 and SiH4 and CH4 mixtures. The main feature of the rf plasma reactor is an automated substrate holder. The plasma stabilization time and its influence on the multilayer obtained is discussed. A series of a-Si:H/a-Si1-xCx: H multilayers has been deposited and characterized by secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM). No asymmetry between the two types of interface has been observed. The results show that the multilayers present a very good periodicity and low roughness. The difficulty of determining the abruptness of the multilayer at the nanometer scale is discussed.

Photocatalytic Activity of Nanostructured Anatase Coatings Obtained by Cold Gas Spray

This article describes a photocatalytic nanostructured anatase coating deposited by cold gas spray (CGS)supported on titanium sub-oxide (TiO22x) coatings obtained by atmospheric plasma spray (APS) onto stainless steel cylinders. The photocatalytic coating was homogeneous and preserved the composition and nanostructure of the starting powder. The inner titanium sub-oxide coating favored the deposition of anatase particles in the solid state. Agglomerated nano-TiO2 particles fragmented when impacting onto the hard surface of the APS TiO22x bond coat. The rough surface provided by APS provided an ideal scenario for entrapping the nanostructured particles, which may be adhered onto the bond coat due to chemical bonding; a possible bonding mechanism is described. Photocatalytic experiments showed that CGS nano-TiO2 coating was active for photodegrading phenol and formic acid under aqueous conditions. The results were similar to the performance obtained by competitor technologies and materials such as dip-coating P25 photocatalysts. Disparity in the final performance of the photoactive materials may have been caused by differences in grain size and the crystalline composition of titanium dioxide.

FemHab: The effects of bed rest and hypoxia on oxidative stress in healthy women.

Independently, both inactivity and hypoxia augment oxidative stress. This study, part of the FemHab project, investigated the combined effects of bed rest-induced unloading and hypoxic exposure on oxidative stress and antioxidant status. Healthy, eumenorrheic women were randomly assigned to the following three 10-day experimental interventions: normoxic bed rest (NBR;n= 11; PiO2 = 133 mmHg), normobaric hypoxic bed rest (HBR;n= 12; PiO2 = 90 mmHg), and ambulatory hypoxic confinement (HAMB;n= 8: PiO2 = 90 mmHg). Plasma samples, obtained before (Pre), during (D2, D6), immediately after (Post) and 24 h after (Post+1) each intervention, were analyzed for oxidative stress markers [advanced oxidation protein products (AOPP), malondialdehyde (MDA), and nitrotyrosine], antioxidant status [superoxide dismutase (SOD), catalase, ferric-reducing antioxidant power (FRAP), glutathione peroxidase (GPX), and uric acid (UA)], NO metabolism end-products (NOx), and nitrites. Compared with baseline, AOPP increased in NBR and HBR on D2 (+14%; +12%;P< 0.05), D6 (+19%; +15%;P< 0.05), and Post (+22%; +21%;P< 0.05), respectively. MDA increased at Post+1 in NBR (+116%;P< 0.01) and D2 in HBR (+114%;P< 0.01) and HAMB (+95%;P< 0.05). Nitrotyrosine decreased (-45%;P< 0.05) and nitrites increased (+46%;P< 0.05) at Post+1 in HAMB only. Whereas SOD was higher at D6 (+82%) and Post+1 (+67%) in HAMB only, the catalase activity increased on D6 (128%) and Post (146%) in HBR and HAMB, respectively (P< 0.05). GPX was only reduced on D6 (-20%;P< 0.01) and Post (-18%;P< 0.05) in HBR. No differences were observed in FRAP and NOx. UA was higher at Post in HBR compared with HAMB (P< 0.05). These data indicate that exposure to combined inactivity and hypoxia impairs prooxidant/antioxidant balance in healthy women. Moreover, habitual activity levels, as opposed to inactivity, seem to blunt hypoxia-related oxidative stress via antioxidant system upregulation.

Fischer-Tropsch Slurry Bubble Column Reactor Modeling

The literature part of the work reviews overall Fischer-Tropsch process, Fischer-Tropsch reactors and catalysts. Fundamentals of Fischer-Tropsch modeling are also presented. The emphasis is on the reactor unit. Comparison of the reactors and the catalysts is carried out to choose the suitable reactor setup for the modeling work. The effects of the operation conditions are also investigated. Slurry bubble column reactor model operating with cobalt catalyst is developed by taking into account the mass transfer of the reacting components (CO and H2) and the consumption of the reactants in the liquid phase. The effect of hydrostatic pressure and the change in total mole flow rate in gas phase are taken into account in calculation of the solubilities. The hydrodynamics, reaction kinetics and product composition are determined according to literature. The cooling system and furthermore the required heat transfer area and number of cooling tubes are also determined. The model is implemented in Matlab software. Commercial scale reactor setup is modeled and the behavior of the model is investigated. The possible inaccuraries are evaluated and the suggestions for the future work are presented. The model is also integrated to Aspen Plus process simulation software, which enables the usage of the model in more extensive Fischer-Tropsch process simulations. Commercial scale reactor of diameter of 7 m and height of 30 m was modeled. The capacity of the reactor was calculated to be about 9 800 barrels/day with CO conversion of 75 %. The behavior of the model was realistic and results were in the right range. The highest uncertainty to model was estimated to be caused by the determination of the kinetic rate.

Decomposição catalítica de óleo de soja em presença de diferentes zeólitas

The catalytic decomposition of soybean oil was studied in a fix bed reactor at 673 and 773 K and using amorphous silica-alumina and the zeolites USY, H-Mordenite and H-ZSM-5 as catalysts. Both the selectivity and the catalytic activity were determined by studying the product composition resulting from the chemical reactions. Physicochemical characteristics of the catalysts were obtained by X-ray fluorescence, Fourier Transform infrared spectroscopy, 29Si and 27Al Nuclear Magnetic Ressonance and textural analysis. The zeolites USY and H-ZSM-5, showing higher Brönsted acidity, yielded products with higher concentration in aromatic hydrocarbons, whereas with both H-Mordenite and amorphous silica-alumina the main products were paraffins.