The mechanism of protection of molten magnesium by cover gas mixtures containing sulphur hexafluoride

Experimental studies have been undertaken, involving in situ observations of the interaction between cover gas mixtures and molten magnesium. It has been shown that, in the presence of sulphur hexafluoride (SF6), the contact angle between solid MgO and molten magnesium is reduced, resulting in the wetting of MgO by magnesium metal. In contrast, it was observed that the absence of SF6 results in a large contact angle, poor wetting of the MgO by magnesium metal and a non-adherent surface film. It is proposed that the formation of an adherent, protective surface film under a cover gas mixture containing SF6 is due to capillary forces acting within the film.

Mass transfer correlations for rotating drum bioreactors

Evaporative cooling is extremely important for large-scale operation of rotating drum bioreactors (RDBs). Outlet water vapour concentrations were measured for a RDB containing wet wheat bran with the aim of determining the mass transfer coefficient for evaporation from the bran bed to the headspace. Mass transfer was expressed as the mass transfer coefficient times the area for transfer per unit volume of void space in the drum. Values of ka' were determined under combinations of aeration superficial velocities ranging from 0.006 to 0.017 ms(-1) and rotation rates ranging from 0 to 9 rpm. Mass transfer coefficients were evaluated using a variety of residence time distributions (RTDs) for flow in the gas phase including plug flow and well-mixed and a Central Jet RTD based on RTD studies. If plug flow is assumed, the degree of holdup at low effective Peclet (Pe(eff)) numbers gives an apparent under-estimate of ka' compared with empirical correlations. Values of ka' calculated using the Central Jet RTD agree well with values of ka' from literature correlations. There was a linear relationship between ka' and effective Peclet number: ka' = 2.32 x 10(-3) Pe(eff). (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Axial mixing in rotating drums using magnetic resonance imaging using bran as a model for solid state fermentations

Magnetic resonance imaging (MRI) is an easily automated, reliable technique to investigate axial mixing within rotating drums. Moist bran can be clearly differentiated from dry bran using MRI allowing a non-segregating tracer for axial mixing. For a 20-cm diameter drum, the axial dispersion coefficient in the particle bed was 0.51 cm s(-2). Axial dispersion is scale-dependent.

Mixed gas equilibrium adsorption on zeolites and energetic heterogeneity of adsorption volume

A model for binary mixture adsorption accounting for energetic heterogeneity and intermolecular interactions is proposed in this paper. The model is based on statistical thermodynamics, and it is able to describe molecular rearrangement of a mixture in a nonuniform adsorption field inside a cavity. The Helmholtz free energy obtained in the framework of this approach has upper and lower limits, which define a permissible range in which all possible solutions will be found. One limit corresponds to a completely chaotic distribution of molecules within a cavity, while the other corresponds to a maximum ordered molecular structure. Comparison of the nearly ideal O-2-N-2-zeolite NaX system at ambient temperature with the system Of O-2-N-2-zeolite CaX at 144 K has shown that a decrease of temperature leads to a molecular rearrangement in the cavity volume, which results from the difference in the fluid-solid interactions. The model is able to describe this behavior and therefore allows predicting mixture adsorption more accurately compared to those assuming energetic uniformity of the adsorption volume. Another feature of the model is its ability to correctly describe the negative deviations from Raoult's law exhibited by the O-2-N-2-CaX system at 144 K. Analysis of the highly nonideal CO2-C2H6-zeolite NaX system has shown that the spatial molecular rearrangement in separate cavities is induced by not only the ion-quadrupole interaction of the CO2 molecule but also the significant difference in molecular size and the difference between the intermolecular interactions of molecules of the same species and those of molecules of different species. This leads to the highly ordered structure of this system.

Use of confocal microscopy to follow the development of penetrative hyphae during growth of Rhizopus oligosporus in an artificial solid-state fermentation system

Two methods were compared for determining the concentration of penetrative biomass during growth of Rhizopus oligosporus on an artificial solid substrate consisting of an inert gel and starch as the sole source of carbon and energy. The first method was based on the use of a hand microtome to make sections of approximately 0.2- to 0.4-mm thickness parallel to the substrate surface and the determination of the glucosamine content in each slice. Use of glucosamine measurements to estimate biomass concentrations was shown to be problematic due to the large variations in glucosamine content with mycelial age. The second method was a novel method based on the use of confocal scanning laser microscopy to estimate the fractional volume occupied by the biomass. Although it is not simple to translate fractional volumes into dry weights of hyphae due to the lack of experimentally determined conversion factors, measurement of the fractional volumes in themselves is useful for characterizing fungal penetration into the substrate. Growth of penetrative biomass in the artificial model substrate showed two forms of growth with an indistinct mass in the region close to the substrate surface and a few hyphae penetrating perpendicularly to the surface in regions further away from the substrate surface. The biomass profiles against depth obtained from the confocal microscopy showed two linear regions on log-linear plots, which are possibly related to different oxygen availability at different depths within the substrate. Confocal microscopy has the potential to be a powerful tool in the investigation of fungal growth mechanisms in solid-state fermentation. (C) 2003 Wiley Periodicals, Inc.

Dryout phenomena in a three-phase fixed-bed reactor

Understanding the mechanism of liquid-phase evaporation in a three-phase fixed-bed reactor is of practical importance, because the reaction heat is usually 7-10 times the vaporization heat of the liquid components. Evaporation, especially the liquid dryout, can largely influence the reactor performance and even safety. To predict the vanishing condition of the liquid phase, Raoult's law was applied as a preliminary approach, with the liquid vanishing temperature defined based on a liquid flow rate of zero. While providing correct trends, Raoult's law exhibits some limitation in explaining the temperature profile in the reactor. To comprehensively understand the whole process of liquid evaporation, a set of experiments on inlet temperature, catalyst activity, liquid flow rate, gas flow rate, and operation pressure were carried out. A liquid-region length-predicting equation is suggested based on these experiments and the principle of heat balance.

Modelo de escoamento multifásico para estudo da interação onda/sedimento

Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq, baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das ondas, quando comparada à teoria linear para um kh   . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa

Uma contribuição experimental aos fundamentos da propagação de uma frente de combustão em meio poroso

A propagação de uma frente de combustão ocorre numa variedade de situações e para diferentes propósitos industriais. O desempenho desses processos precisa melhorar e ao mesmo tempo reduzir os níveis de emissões para atender às normas de emissões internacionais. Para isso é necessário um certo grau de conhecimento tanto do processo como dos fenômenos da combustão. Em todos as situações envolvendo a combustão, a propagação é iniciada por uma fonte de calor e, após a ignição do combustível, a frente de combustão alcança o combustível adjacente. Estudos anteriores mostraram a ignição e propagação de uma frente de combustão como um fenômeno complexo que depende de processos químicos, térmicos e físicos. O presente trabalho abordou os desafios encontrados durante uma abordagem empírica para análise da propagação de uma frente de combustão em leito fixo. A partir da utilização de combustíveis simulados foram analisados: a influência da composição do combustível no comportamento da ignição do mesmo, as características da propagação da frente de combustão (regime de combustão, retração do leito e estrutura da frente) e a influência da ignição do combustível na propagação da frente de combustão. Foi possível realizar um mapeamento, para diferentes composições, do comportamento da ignição de combustíveis sólidos. A partir dos resultados de propagação da frente verificou-se que ocorrem basicamente três estágios de combustão no leito: ignição, propagação e oxidação do carbono fixo remanescente. Através das análises de gás notou-se a existência de dois regimes de combustão no leito: limitada pela reação e limitada pelo oxigênio. Foi obtido que em leitos com alta porcentagem de material inerte, onde há maior estabilidade, há uma maior influência da ignição na frente de combustão. Assim, mostrou-se como esses conhecimentos são úteis em diversas aplicações e processos industriais.

Solid State Marx Modulator with Blumlein Stack for Bipolar Pulse Generation

Sub-nanosecond bipolar high voltage pulses are a very important tool for food processing, medical treatment, waste water and exhaust gas processing. A Hybrid Modulator for sub-microsecond bipolar pulse generation, comprising an unipolar solid-state Marx generator connected to a load through a stack Blumlein system that produces bipolar pulses and further multiplies the pulse voltage amplitude, is presented. Experimental results from an assembled prototype show the generation of 1000 V amplitude bipolar pulses with 100 ns of pulse width and 1 kHz repetition rate.

Optimization and validation of organochlorine compounds in adipose tissue by SPE-gas chromatography

Scientific evidence has shown an association between organochlorine compounds (OCC) exposure and human health hazards. Concerning this, OCC detection in human adipose samples has to be considered a public health priority. This study evaluated the efficacy of various solid-phase extraction (SPE) and cleanup methods for OCC determination in human adipose tissue. Octadecylsilyl endcapped (C18-E), benzenesulfonic acid modified silica cation exchanger (SA), poly (styrene-divinylbenzene (EN) and EN/RP18 SPE sorbents were evaluated. The relative sample cleanup provided by these SPE columns was evaluated using gas chromatography with electron capture detection (GC–ECD). The C18-E columns with strong homogenization were found to provide the most effective cleanup, removing the greatest amount of interfering substance, and simultaneously ensuring good analyte recoveries higher than 70%. Recoveries>70% with standard deviations (SD)<15% were obtained for all compounds under the selected conditions. Method detection limits were in the 0.003–0.009 mg/kg range. The positive samples were confirmed by gas chromatography coupled with tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The highest percentage found of the OCC in real samples corresponded to HCB, o,p′-DDT and methoxychlor, which were detected in 80 and 95% of samples analyzed respectively. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Analysis of PCBs in soils and sediments by microwave-assisted extraction, headspace-SPME and high resolution gas chromatography with ion-trap tandem mass spectrometry

A procedure for the determination of seven indicator PCBs in soils and sediments using microwave-assisted extraction (MAE) and headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) prior to GC-MS/MS is described. Optimization of the HS-SPME was carried out for the most important parameters such as extraction time, sample volume and temperature. The adopted methodology has reduced consumption of organic solvents and analysis runtime. Under the optimized conditions, the method detection limit ranged from 0.6 to 1 ng/g when 5 g of sample was extracted, the precision on real samples ranged from 4 to 21% and the recovery from 69 to 104%. The proposed method, which included the analysis of a certified reference material in its validation procedure, can be extended to several other PCBs and used in the monitoring of soil or sediments for the presence of PCBs.

Quantification of endocrine disruptors and pesticides in water by gas chromatography–tandem mass spectrometry. Method validation using weighted linear regression schemes

Amulti-residue methodology based on a solid phase extraction followed by gas chromatography–tandem mass spectrometry was developed for trace analysis of 32 compounds in water matrices, including estrogens and several pesticides from different chemical families, some of them with endocrine disrupting properties. Matrix standard calibration solutions were prepared by adding known amounts of the analytes to a residue-free sample to compensate matrix-induced chromatographic response enhancement observed for certain pesticides. Validation was done mainly according to the International Conference on Harmonisation recommendations, as well as some European and American validation guidelines with specifications for pesticides analysis and/or GC–MS methodology. As the assumption of homoscedasticity was not met for analytical data, weighted least squares linear regression procedure was applied as a simple and effective way to counteract the greater influence of the greater concentrations on the fitted regression line, improving accuracy at the lower end of the calibration curve. The method was considered validated for 31 compounds after consistent evaluation of the key analytical parameters: specificity, linearity, limit of detection and quantification, range, precision, accuracy, extraction efficiency, stability and robustness.

Multiresidue pesticides analysis in soils using modified QuEChERS with disposable pipette extraction and dispersive solid-phase extraction

QuEChERS original method was modified into a new version for pesticides determination in soils. The QuEChERS method is based on liquid–liquid portioning with ACN and was followed by cleanup step using dispersive SPE and disposable pipette tips. Gas chromatographic separation with MS detection was carried out for pesticides quantification. The method was validated using recovery experiments for 36 multiclass pesticides. Mean recoveries of pesticides at each of the four spiking levels between 10–300 µg/kg of soil ranged from 70–120% for 26 pesticides with RSD values less than 15%. The method achieved low limit of detection less than 7.6 µ g/kg. Matrix effects were observed for 13 pesticides. Matrix effects were compensated by using matrix-matched calibration. The method was applied successfully using d-SPE or DPX in the analysis of the pesticides in soils from organic farming and integrated pest management.

Modelação numérica de uma caldeira doméstica a pellets

A biomassa é uma das fontes de energia renovável com maior potencial em Portugal, sendo a capacidade de produção de pellets de biomassa atualmente instalada superior a 1 milhão de toneladas/ano. Contudo, a maioria desta produção destina-se à exportação ou à utilização em centrais térmicas a biomassa, cujo crescimento tem sido significativo nos últimos anos, prevendo-se que a capacidade instalada em 2020 seja de aproximadamente 250 MW. O mercado português de caldeiras a pellets é bastante diversificado. O estudo que realizamos permitiu concluir que cerca de 90% das caldeiras existentes no mercado português têm potências inferiores a 60 kW, possuindo na sua maioria grelha fixa (81%), com sistema de ignição eléctrica (92%) e alimentação superior do biocombustível sólido (94%). O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de um modelo para simulação de uma caldeira a pellets de biomassa, que para além de permitir otimizar o projeto e operação deste tipo de equipamento, permitisse avaliar as inovações tecnológicas nesta área. Para tal recorreu-se o BiomassGasificationFoam, um código recentemente publicado, e escrito para utilização com o OpenFOAM, uma ferramenta computacional de acesso livre, que permite a simulação dos processos de pirólise, gasificação e combustão de biomassa. Este código, que foi inicialmente desenvolvido para descrever o processo de gasificação na análise termogravimétrica de biomassa, foi por nós adaptado para considerar as reações de combustão em fase gasosa dos gases libertados durante a pirólise da biomassa (recorrendo para tal ao solver reactingFoam), e ter a possibilidade de realizar a ignição da biomassa, o que foi conseguido através de uma adaptação do código de ignição do XiFoam. O esquema de ignição da biomassa não se revelou adequado, pois verificou-se que a combustão parava sempre que a ignição era inativada, independentemente do tempo que ela estivesse ativa. Como alternativa, usaram-se outros dois esquemas para a combustão da biomassa: uma corrente de ar quente, e uma resistência de aquecimento. Ambos os esquemas funcionaram, mas nunca foi possível fazer com que a combustão fosse autossustentável. A análise dos resultados obtidos permitiu concluir que a extensão das reações de pirólise e de gasificação, que são ambas endotérmicas, é muito pequena, pelo que a quantidade de gases libertados é igualmente muito pequena, não sendo suficiente para libertar a energia necessária à combustão completa da biomassa de uma maneira sustentável. Para tentar ultrapassar esta dificuldade foram testadas várias alternativas, , que incluíram o uso de diferentes composições de biomassa, diferentes cinéticas, calores de reação, parâmetros de transferência de calor, velocidades do ar de alimentação, esquemas de resolução numérica do sistema de equações diferenciais, e diferentes parâmetros dos esquemas de resolução utilizados. Todas estas tentativas se revelaram infrutíferas. Este estudo permitiu concluir que o solver BiomassGasificationFoam, que foi desenvolvido para descrever o processo de gasificação de biomassa em meio inerte, e em que a biomassa é aquecida através de calor fornecido pelas paredes do reator, aparentemente não é adequado à descrição do processo de combustão da biomassa, em que a combustão deve ser autossustentável, e em que as reações de combustão em fase gasosa são importantes. Assim, é necessário um estudo mais aprofundado que permita adaptar este código à simulação do processo de combustão de sólidos porosos em leito fixo.

Characterization of Pinus spp. needles by gas chromatography and mass spectrometry: Application to plant-insect interactions

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Ciências do Ambiente pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecn