Control and Simulation of Batch Crystallization

Concerning process control of batch cooling crystallization the present work focused on the cooling profile and seeding technique. Secondly, the influence of additives on batch-wise precipitation process was investigated. Moreover, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model for simulation of controlled batch cooling crystallization was developed. A novel cooling model to control supersaturation level during batch-wise cooling crystallization was introduced. The crystallization kinetics together with operating conditions, i.e. seed loading, cooling rate and batch time, were taken into account in the model. Especially, the supersaturation- and suspension density- dependent secondary nucleation was included in the model. The interaction between the operating conditions and their influence on the control target, i.e. the constant level of supersaturation, were studied with the aid of a numerical solution for the cooling model. Further, the batch cooling crystallization was simulated with the ideal mixing model and CFD model. The moment transformation of the population balance, together with the mass and heat balances, were solved numerically in the simulation. In order to clarify a relationship betweenthe operating conditions and product sizes, a system chart was developed for anideal mixing condition. The utilization of the system chart to determine the appropriate operating condition to meet a required product size was introduced. With CFD simulation, batch crystallization, operated following a specified coolingmode, was studied in the crystallizers having different geometries and scales. The introduced cooling model and simulation results were verified experimentallyfor potassium dihydrogen phosphate (KDP) and the novelties of the proposed control policies were demonstrated using potassium sulfate by comparing with the published results in the literature. The study on the batch-wise precipitation showed that immiscible additives could promote the agglomeration of a derivative of benzoic acid, which facilitated the filterability of the crystal product.

Experimental and Numerical Analysis of Different Volutes in a Centrifugal Compressor

In a centrifugal compressor the flow around the diffuser is collected and led to the pipe system by a spiral-shaped volute. In this study a single-stage centrifugal compressor with three different volutes is investigated. The compressorwas first equipped with the original volute, the cross-section of which was a combination of a rectangle and semi-circle. Next a new volute with a fully circular cross-section was designed and manufactured. Finally, the circular volute wasmodified by rounding the tongue and smoothing the tongue area. The overall performance of the compressor as well as the static pressure distribution after the impeller and on the volute surface were measured. The flow entering the volute was measured using a three-hole Cobra-probe, and flow visualisations were carriedout in the exit cone of the volute. In addition, the radial force acting on theimpeller was measured using magnetic bearings. The complete compressor with thecircular volute (inlet pipe, full impeller, diffuser, volute and outlet pipe) was also modelled using computational fluid dynamics (CFD). A fully 3-D viscous flow was solved using a Navier-Stokes solver, Finflo, developed at Helsinki University of Technology. Chien's k-e model was used to take account of the turbulence. The differences observed in the performance of the different volutes were quite small. The biggest differences were at low speeds and high volume flows,i.e. when the flow entered the volute most radially. In this operating regime the efficiency of the compressor with the modified circular volute was about two percentage points higher than with the other volutes. Also, according to the Cobra-probe measurements and flow visualisations, the modified circular volute performed better than the other volutes in this operating area. The circumferential static pressure distribution in the volute showed increases at low flow, constant distribution at the design flow and decrease at high flow. The non-uniform static pressure distribution of the volute was transmitted backwards across the vaneless diffuser and observed at the impeller exit. At low volume flow a strong two-wave pattern developed into the static pressure distribution at the impeller exit due to the response of the impeller to the non-uniformity of pressure. The radial force of the impeller was the greatest at the choke limit, the smallest atthe design flow, and moderate at low flow. At low flow the force increase was quite mild, whereas the increase at high flow was rapid. Thus, the non-uniformityof pressure and the force related to it are strong especially at high flow. Theforce caused by the modified circular volute was weaker at choke and more symmetric as a function of the volume flow than the force caused by the other volutes.

Comprehensive Study of Crystal Growth from Solution

Crystal growth is an essential phase in crystallization kinetics. The rate of crystal growth provides significant information for the design and control of crystallization processes; nevertheless, obtaining accurate growth rate data is still challenging due to a number of factors that prevail in crystal growth. In industrial crystallization, crystals are generally grown from multi-componentand multi-particle solutions under complicated hydrodynamic conditions; thus, it is crucial to increase the general understanding of the growth kinetics in these systems. The aim of this work is to develop a model of the crystal growth rate from solution. An extensive literature review of crystal growth focuses on themodelling of growth kinetics and thermodynamics, and new measuring techniques that have been introduced in the field of crystallization. The growth of a singlecrystal is investigated in binary and ternary systems. The binary system consists of potassium dihydrogen phosphate (KDP, crystallizing solute) and water (solvent), and the ternary system includes KDP, water and an organic admixture. The studied admixtures, urea, ethanol and 1-propanol, are employed at relatively highconcentrations (of up to 5.0 molal). The influence of the admixtures on the solution thermodynamics is studied using the Pitzer activity coefficient model. Theprediction method of the ternary solubility in the studied systems is introduced and verified. The growth rate of the KDP (101) face in the studied systems aremeasured in the growth cell as a function of supersaturation, the admixture concentration, the solution velocity over a crystal and temperature. In addition, the surface morphology of the KDP (101) face is studied using ex situ atomic force microscopy (AFM). The crystal growth rate in the ternary systems is modelled on the basis of the two-step growth model that contains the Maxwell-Stefan (MS) equations and a surface-reaction model. This model is used together with measuredcrystal growth rate data to develop a new method for the evaluation of the model parameters. The validation of the model is justified with experiments. The crystal growth rate in an imperfectly mixed suspension crystallizer is investigatedusing computational fluid dynamics (CFD). A solid-liquid suspension flow that includes multi-sized particles is described by the multi-fluid model as well as by a standard k-epsilon turbulence model and an interface momentum transfer model. The local crystal growth rate is determined from calculated flow information in a diffusion-controlled crystal growth regime. The calculated results are evaluated experimentally.

Produção integrada e convencional de pêssegos cv. Marli

O cultivo de pessegueiros é uma atividade de grande importância econômica no Sul do Brasil, onde se destaca o Estado do Rio Grande do Sul como maior produtor brasileiro. Um dos aspectos mais importantes na produção de alimentos da atualidade é a redução no uso de agroquímicos, com menor contaminação do ambiente e riscos reduzidos de resíduos. Este trabalho visou a comparar os sistemas de Produção Convencional (PC) e Integrada (PI) de pêssegos e foi realizado no ano de 2001, no município de São Jerônimo - RS, latitude 30°05'52" S, longitude 51°39'08" W e altitude de 46 metros. Áreas de um pomar comercial da cv. Marli foram avaliadas em relação às principais práticas de manejo da planta e do solo, controle fitossanitário, aspectos econômicos, bem como à qualidade da fruta. Na área conduzida sob PI, foram utilizadas as práticas de manejo preconizadas pelas Normas de Produção Integrada de Pêssegos (NPIP) e, na área conduzida no sistema de PC, as plantas foram manejadas de acordo com as práticas comumente utilizadas pelo produtor. A produção de pêssegos, em ambos os sistemas, não foi afetada. Na área de PI, houve menor número de pêssegos por planta; entretanto, as frutas apresentaram maior peso médio. A maioria dos pêssegos da PI foram classificados como CAT I (diâmetro superior a 57 mm). As frutas produzidas na PC são, na maioria, de CAT II (de 48 a 57 mm). A qualidade pós-colheita não apresentou diferenças em relação à acidez, firmeza e cor. Com base nestes resultados, podemos concluir que é possível produzir pêssegos de qualidade com produtividade no sistema de PI.

Brotação e produção das videiras 'Cabernet Sauvignon' e 'Pinot Noir' submetidas a diferentes concentrações de cianamida hidrogenada

A ausência de frio invernal na videira produz efeitos adversos, como o atraso e desuniformidade de brotação das gemas, dificuldades de manejo fitossanitário, produção escalonada e de baixa qualidade. O trabalho foi realizado no município de Garibaldi, na região da Encosta Superior do Nordeste do Estado do Rio Grande do Sul, com 640 metros de altitude, com objetivo de testar concentrações de cianamida hidrogenada de 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5% nas cultivares viníferas Cabernet Sauvignon e Pinot Noir. Os melhores resultados para brotação de gemas de vara foram de 1,75 e 2,0 % em 'Cabernet Sauvignon' e 'Pinot Noir', respectivamente. Concentrações superiores a 1,5 % ocasionaram uniformidade de brotação, independentemente do ano. A maior produtividade foi obtida com cianamida.hidrogenada 2,0% nas duas cultivares, com elevação média de cinco ton/ha. Houve maior fertilidade nas gemas de vara do que em esporão. Os aspectos qualitativos das uvas não foram afetados pela cianamida hidrogenada, com exceção do peso médio dos cachos na 'Pinot Noir', na safra de 2004.

Dynamic drag modeling of submerged aquatic vegetation canopy flows

Vegetation has a profound effect on flow and sediment transport processes in natural rivers, by increasing both skin friction and form drag. The increase in drag introduces a drag discontinuity between the in-canopy flow and the flow above, which leads to the development of an inflection point in the velocity profile, resembling a free shear layer. Therefore, drag acts as the primary driver for the entire canopy system. Most current numerical hydraulic models which incorporate vegetation rely either on simple, static plant forms, or canopy-scaled drag terms. However, it is suggested that these are insufficient as vegetation canopies represent complex, dynamic, porous blockages within the flow, which are subject to spatially and temporally dynamic drag forces. Here we present a dynamic drag methodology within a CFD framework. Preliminary results for a benchmark cylinder case highlight the accuracy of the method, and suggest its applicability to more complex cases.

Efeito da poda, raleio de frutos e uso de fitorreguladores na produção de tangerinas (Citrus deliciosa Tenore) cv. montenegrina

O experimento aqui relatado teve o propósito de estudar a poda de ramos, raleio de frutos e uso de fitorreguladores para diminuir a alternância de produção e melhorar a qualidade físico-química dos frutos de tangerineiras 'Montenegrina' (Citrus deliciosa Tenore). São plantas enxertadas sobre laranjeira 'Caipira'(Citrus sinensis L. Osbeck) e estão em um pomar comercial de 6 anos de idade, da empresa Panoramas Citrus, situada no município de Butiá-RS, na latitude 29º57'S e longitude 51º40'W. Neste experimento, foram realizados os seguintes tratamentos: A) Testemunha nº1: plantas com carga excessiva; B) Testemunha nº2: plantas sem carga; C) Raleio manual de 66% dos frutos em plantas com carga excessiva, em fevereiro; D) Pulverizações de plantas excessivamente carregadas, utilizando-se de 200 mg.L-1 de Ethrel (24% ethephon), em novembro; E) Poda de frutificação, em plantas excessivamente carregadas, em dezembro; F) Idem "E" acrescido de raleio manual de 33 % dos frutos, em fevereiro; G) Idem "E" acrescido de pulverização com 50 mg.L-1 de 2,4-DP (95% de 2,4 diclorofenoxipropiônico), no final da queda natural de frutos, em dezembro; H) Poda de plantas com alternância de produção, em dezembro; I) Idem "H" acrescido de pulverização com 15 mg.L-1 de ácido giberélico (10% de AG3), em maio. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados, com parcelas subdivididas no tempo, tendo 4 repetições e 3 plantas úteis por parcela. A poda diminuiu a produção por planta no ano de excessiva carga de frutos e reduziu a alternância de produção, quando associada à prática do raleio manual de 33% dos frutos. Em plantas alternantes a poda foi mais eficiente para quebrar a alternância de produção. A poda e o raleio manual de 66% aumentaram a massa média e melhoraram a qualidade dos frutos, mas o raleio manual de 66% dos frutos, somente, foi insuficiente para quebrar a alternância de produção. A 200 mg L-1 , o ethephon não exerceu ação de raleio de frutos. O 2,4-DP com pulverização de 50 mg L-1 não modificou o tamanho dos frutos. O AG3, na concentração de 10 mg L-1, aplicado em maio, não inibiu a diferenciação floral.

Utilização de pesticidas na produção de pêssegos 'Marli', nos sistemas de produção integrada e convencional

Diminuir o uso de defensivos e produtos de classes toxicológicas elevadas por outros mais seletivos e de menor impacto ambiental é uma necessidade na produção de pêssegos. Para tanto, os sistemas de Produção Integrada (PI) e Convencional (PC), em pessegueiros 'Marli', foram estudados durante a terceira safra na região da Depressão Central do Rio Grande do Sul. Há uma diminuição da aplicação de pesticidas na PI, principalmente de inseticidas, tanto no número de aplicações (34 %) como na quantidade de ingrediente ativo (79 %), e utilização de produtos mais seletivos aos artrópodos e menos nocivos ao homem e ao meio ambiente. Os danos nos frutos foram similares nos dois sistemas, com exceção da grafolita (Grapholita molesta), inseto que representa o principal problema fitossanitário do pessegueiro na região estudada.

Efeito de fitorreguladores sobre a incidência de podridão carpelar em maçãs "Fuji"

Objetivou-se neste trabalho avaliar o efeito dos fitorreguladores CPPU (N-2-cloro-4-piridil -N-feniluréia), Promalina (GA4+7 + BA), Benziladenina (BA) e Thidiazuron, aplicados no período entre a plena floração e a queda a de pétalas em macieiras cv. Fuji, sobre a incidência de podridão carpelar, na safra de 2001-2002 e 2002-2003. A área experimental constituiu-se de macieiras da cv Fuji/EM-9, plantio 1994 em Vacaria-RS. Foram avaliadas características de formato dos frutos e a incidência de sinais e sintomas da podridão carpelar. O Thidiazuron e a Promalina aumentaram a presença de sinais de fungos nas sementes no ciclo de 2001-2002. Houve influência de tratamentos com fitorreguladores sobre a expressão dos sintomas da podridão carpelar tanto nas maçãs caídas das plantas como naquelas avaliadas após três meses de frigoconservação nos dois ciclos vegetativos avaliados.

Inoculação de fungos micorrízicos arbusculares em porta-enxerto de pessegueiro cv Okinawa

O presente estudo teve por objetivo avaliar a influência da inoculação de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) sobre o crescimento vegetativo, conteúdo de macronutrientes e de substâncias de reserva de plantas do porta-enxerto de pessegueiro cv Okinawa. O experimento foi realizado em telado, e o delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com 20 plantas por parcela e quatro repetições. Foram testadas três espécies de FMA (Acaulospora sp., Glomus clarum e Glomus etunicatum) e um tratamento-testemunha, não-inoculado. A altura, o diâmetro, a área foliar, as biomassas fresca e seca, o conteúdo de macronutrientes e de substâncias de reserva foram avaliados aos 360 dias após a semeadura. Todas as plantas inoculadas com FMA apresentaram maior altura e diâmetro, quando comparadas à testemunha, sendo que Acaulospora sp. promoveu as melhores respostas. Glomus clarum e Glomus etunicatum induziram um crescimento intermediário às plantas. Os FMAs proporcionaram aumento na absorção de nitrogênio, fósforo e potássio, associados à maior altura, diâmetro do colo, área foliar, biomassa fresca e seca da parte aérea e seca das raízes, quando comparadas à testemunha. Todas as plantas inoculadas com FMA tiveram altas taxas de colonização, acima de 90%, sendo que Acaulospora sp. colonizou mais intensamente o sistema radicular das plantas.

Fenologia e produção de pessegueiros 'granada' com aplicação de cianamida hidrogenada e boro

O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito de diferentes concentrações e épocas de aplicação de cianamida hidrogenada (CH) + óleo mineral (OM) e boro sobre a fenologia e produção de pessegueiros 'Granada'. O trabalho foi desenvolvido no município de Charqueadas, na Depressão Central do Rio Grande do Sul. Avaliaram-se a fenologia, a queda de gemas florais e intensidade de floração, a frutificação efetiva, o rendimento e a qualidade físico-química dos frutos. A aplicação de 0,4 % CH + 1,0 % OM no estádio de gema dormente estimulou o florescimento e a brotação, mas reduziu a produção das plantas. A pulverização com 0,2% de bórax (220 mg.L-1 de boro nas gemas e flores) aumentou a produção das plantas. A aplicação simultânea de 0,25% CH + 0,8% OM, no estádio de início de inchamento das gemas, e de 0,2% de ácido bórico (340 mg.L-1 de boro), na plena floração, promoveu a maior produção de frutos. A aplicação isolada de 0,25 % CH + 0,8 % OM, no estádio de início de inchamento das gemas, reduziu o teor de sólidos solúveis (SS) totais e, quando aplicados simultaneamente com o boro, na plena floração, reduziu a acidez titulável dos frutos.

Reprodução do pessegueiro: efeito genético, ambiental e de manejo das plantas

Há uma grande carência de pesquisas e literatura no Brasil sobre a reprodução do pessegueiro. A presente revisão de literatura aborda e confronta inúmeros resultados de pesquisas acerca dos principais fatores envolvidos na reprodução dessa frutífera, com o intuito de subsidiar futuras pesquisas que visam ao melhor entendimento e/ou à solução de problemas associados à sua reprodução. Através da presente revisão, foi possível verificar que o processo de fixação de frutos se mostra complexo para algumas cultivares, sendo dependente da passagem, com êxito, por cada estádio fenológico. Com isso, a habilidade dos técnicos e produtores em integrar os fatores porta-enxerto, cultivar, ambiente e manejo das plantas é crucial para o sucesso no cultivo dessa espécie frutífera.

Desenvolvimento floral e produção de pessegueiros 'granada' sob distintas condições climáticas

A cultivar de pessegueiro 'Granada' vem apresentando baixa frutificação e irregularidade de produção nas principais regiões produtoras de pêssego no Estado do Rio Grande do Sul. Este trabalho teve como objetivo comparar o desenvolvimento floral e a produção de pessegueiros 'Granada' em duas regiões com distintas condições climáticas. Os pomares estudados, nas safras de 2004 e 2005, localizam-se nos municípios de Charqueadas e Canguçu, nas regiões Depressão Central e Sul do RS, respectivamente. Conclui-se que o pessegueiro 'Granada' mostra-se muito instável em termos de produção. A baixa produção e a viabilidade do pólen, aliada ao atraso no desenvolvimento dos óvulos, influenciadas sobretudo pela ocorrência de altas temperaturas na pré-floração e floração, foram as principais causas do baixo desempenho reprodutivo e produtivo do pessegueiro 'Granada' em Charqueadas, em 2004, e em Canguçu, em 2005.

Comparison of Compound Lean Nozzles and Controlled Flow Nozzles at Off-Design

Turbokoneet ja etenkin höyryturbiinit ovat usein suunniteltu ja optimoitu toimimaan tietyssä toimintapisteessä jossa häviöt on minimoitu ja hyötysuhde maksimoitu. Joissakin tapauksissa on kuitenkin tarpeellista käyttää turbiinia toimintapisteen ulkopuolella. Tällöin turbiinin läpi virtaava massavirta muuttuu ja yleensä heikentää hyötysuhdetta. Turbokoneiden suorituskykyä voidaan parantaa käyttämällä kolmidimensionaalisesti muotoiltuja siipiä. Työssä on vertailtu laskennallisesti kahta kohtuullisesti muotoiltua suutinta (Compound lean ja Controlled flow) niiden suunnitellun toimintapisteen ulkopuolella. Kolmas suutin, ilman kolmidimensionaalista muotoilua on mukana vertailukohteena. Suutinten suorituskykyä tutkitaan laskennallisen virtausmekaniikan avulla olosuhteissa, jotka ovat toimintapisteen ulkopuolella. Virtauksen muutoksia tutkitaan kokonaispainehäviön, isentrooppisen hyötysuhteen ja virtauspinnan yhdenmukaisuuden avulla. Virtauspintoja verrataan ulosvirtauskulman, massavirran ja toisiovirtausvektoreiden jakauman avulla. Erot suutinten suorituskykyvyssä korostavat ylikuormalla. Kun massavirran arvoa on kohotettu eniten, Compound lean suuttimilla hyötysuhde laskee Controlled flow suuttimeen verrattuna vähemmän. Alikuormalla, kun massavirran arvoa lasketaan, erot suuttimien suorituskyvyssä pienenevät ja tutkittujen suuttimien ulosvirtaus on samankaltainen.

Selluradan leijutus ja hallinta ilmakuivaimessa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia selluradan leijutusta sekä hallintaa kapealla ja täysleveällä selluradalla ilmakuivaimessa. Työn sisältö on jaettu neljään osaan teoriaan, numeeriseen virtauslaskentaan, kokeelliseen osuuteen ja johtopäätöksiin. Työn alussa kiinnitettiin huomiota ilmakuivaimen ja selluradan rakenteeseen, selluradan lujuusominaisuuksiin ja niiden testaamiseen laboratorio-oloissa. Teoria osuudessa tarkasteltiin selluradan leijutusteoriaa ja siihen liittyvää virtaustekniikkaa. Leijutusta kuvattiin mekaniikasta tutun vapaakappalekuvan muodossa. Vapaakappalekuva auttaa ymmärtämään sellurataan vaikuttavia voimia ja niiden aiheuttajia. Numeerisessa virtauslaskennassa rakennettiin Fluent -virtauslaskentamalli. Malli kuvaa leijutussuuttimen alusta 0,2 metrin pituista pätkää. Laskennassa simuloitiin selluradan lei-jutusta 2, 5 ja 7 mm etäisyyksillä. Tuloksia tarkasteltiin paine- ja nopeusjakaumien muodossa. Kokeellisessa osuudessa tehtiin mittauksia yksittäisellä ylä- ja alasuuttimella sekä suutinpaketilla. Yksittäisistä suuttimista mitattiin ilmasuihkujen ulostulokulmaa, suuttimensisäistä painejakaumaa ja selluradan pintaan vaikuttavaa staattista painetta suuttimen pituuden funktiona. Suutinpaketilla tutkittiin ilmasuihkujen ja tasomaisen levyn välistä vuorovaikutusta. Ylä- ja alasuuttimen välissä leijutettiin levyä, josta mitattiin ilmasuihkujen aiheuttama z-suuntainen voima ja leijutuskorkeus. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen virtauslaskennan ja kokeellisen osuuden tuloksia. Näiden pohjalta tehtiin teknisiä parannusehdotuksia ilmakuivaimen toiminnan tehostamiseksi ja selluradan hallinnan parantamiseksi kapealla ja täysleveällä selluradalla.