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.

Sinkkirikasteen liuotusprosessin kineettinen mallinnus

Työssä on tehty kineettinen simulointimalli sinkkirikasteen liuotusprosessista. Prosessi on pieni osa Kokkolan sinkinvalmistusprosessia, jonka muita osia ovat: pasutus, neutraaliliuotus, konversio, liuospuhdistus ja elektrolyysi. Rikasteen liuotukseen tulee konversioprosessin liuos ja liuotuksesta lähtevä neste menee takaisin neutraaliliuotukseen. Saostunut jarosiitti läjitetään. Kokkolan liuotusprosessi koostuu liettoreaktorista ja kahdesta neljän liuotusreaktorin sarjasta. Liuotukseen syötetään paluuhappoa liettoreaktoriin ja liuotuspiirien ensimmäisiin liuotusreaktoreihin. Happea syötetään kaikkiin liuotusreaktoreihin. Prosessin mallintamiseen käytettiin Aspen Plus-simulointiohjelmaa, johon pystyttiin syöttämään kineettisiä yhtälöitä. Reaktionopeusyhtälöitä käytettiin raudan hapetuksen, sulfidien liuotuksen ja jarosiitiin saostumisen mallintamiseen, eli kaikkiin liuotusreaktoreissa tapahtuviin reaktioihin. Kineettiset yhtälöt etsittiin kirjallisuudesta. Liettoreaktori puolestaan mallinnettiin syöttämällä ohjelmaan reaktioyhtälöt ja antamalla niille etenemisasteet. Jarosiitin liukenemisesta työssä on tehty laboratoriokokeita, koska aiheesta ei kirjallisuudesta löytynyt kineettistä tietoa. Liuotuskokeissa käytetyn kiintoaineen kuitenkin todettiin sisältävän liikaa götiittiä, että tuloksista olisi voitu laskea kinetiikkaa jarosiitin liukenemiselle. Simulointimallilla laskettiin yksi tapaus vertailukohdaksi, johon malliin tehtyjä muutoksia verrattiin. Mallilla tutkittiin konversiosta tulevan jarosiitin määrän vaikutusta, reaktorikoon merkitystä ja rikasteen liuotuksen sekä jarosiitin saostuksen reaktionopeuksien muutoksen vaikutuksia. Käytetyillä kineettisillä yhtälöillä reaktioiden todettiin tarvitsevan vain ¾ käytetystä reaktiotilavuudesta, rikasteen liuotusnopeuden kohtalaisen pienellä hidastamisen todettiin vähentävän sinkin saantoa ja jarosiitin saostuksen reaktionopeuden kasvulla todettiin myös olevan negatiivinen vaikutus sinkin saantoon. Simulointimallissa käytettyjen reaktionopeusyhtälöiden varmentaminen kokeilla todettiin tarpeelliseksi, sillä jo kohtalaisen pienillä muutoksilla havaittiin olevan merkitystä prosessin toimivuuteen. Lisäksi todettiin jarosiitin liukenemisen huomioimisen olevan tarpeen.

Cardiopathie congénitale: de l'enfance à l'âge adulte [Congenital heart disease: from childhood to adulthood].

Grâce à l'amélioration de la chirurgie cardiaque, les enfants avec une malformation cardiaque congénitale atteignent actuellement en grande majorité l'âge adulte avec une bonne qualité de vie. Un suivi cardiaque régulier est toutefois recommandé. La période de l'adolescence coïncide souvent avec la survenue de complications à moyen et long termes et la nécessité d'une reprise chirurgicale ou par cathétérisme interventionnel, en particulier chez les patients avec cardiopathie complexe. Par conséquent, il est primordial de débuter le processus de transition assez tôt et de la poursuivre jusqu'à l'âge adulte. Nous avons élaboré un programme de transition formel, adapté aux patients avec cardiopathie congénitale. With the improvement of congenital heart surgery, most children with congenital heart disease will survive into adulthood with a good quality of life. Regular cardiac follow-up is recommended for all patients. The adolescent period coincides often with medium and long term consequences and complications and repeat surgery or catheter interventions might be needed. It is therefore of prime importance to begin the transition process early and to pursue it well into adulthood. We have elaborated a formal transition program adapted to youngsters with congenital heart disease.

University Hospital Struck Deaf and Silent by Lightning: Lessons to Learn.

We describe how an electromagnetic wave after a lightning strike affected a university hospital, including the communication shutdown that followed, the way it was handled, and the lessons learned from this incident.

L'invention de la race : des représentations scientifiques aux exhibitions populaires

4e de couv.: Comment est né le concept moderne, scientifique, de "race" ? Pourquoi est-il devenu si rapidement hiérarchique, distinguant les "races inférieures" des "races supérieures" ? Et comment ce concept a-t-il pu revêtir une telle importance, aussi bien au sein de la communauté scientifique qu'auprès du grand public, au cours du XIXe siècle et du début du XXe siècle, jusqu'à être utilisé pour expliquer l'histoire et le devenir de l'humanité ? Autant d'interrogations, à l'origine de ce livre. L'invention de la race analyse la genèse des conceptions scientifiques de la "race", et montre que les nouvelles techniques de mesure et de représentation des corps racialisés opèrent une révolution visuelle majeure, inscrivant la différence humaine dans la biologie. Cet ouvrage avance qu'à partir d'une origine européenne, l'idée de race s'est étendue - par les connexions transnationales de réseaux scientifiques et marchands -, à tout l'Occident, mais aussi au Japon, à la Corée et à une partie de la Chine. Partout, elle suscite représentations et politique raciales discriminatoires. L'ouvrage montre aussi que les théories sur les hiérarchies raciales ont influencé les spectacles ethniques (dont les zoos humains), les expositions internationales et coloniales, la photographie ou les collections ethnographiques. Les expositions internationales et coloniales et l'internationalisation des spectacles ethniques ont largement véhiculé ces hiérarchies, contribuant forger une vision du monde fondée sur l'inégalité des races.

Notes breus (flora). Thymus mastichina L. a la Selva

Nota breu de flora sobre la presència de Thymus mastichina L. en una antiga pedrera de Susqueda, al nord de l'embassament, a tocar de la paret de la presa (3lT DG6048, 440 m)

Membranas Inorgânicas e reatores catalíticos

Membrane reactors are reviewed with emphasis in their applications in catalysis field. The basic principles of these systems are presented as well as a historical development. The several kinds of catalytic membranes and their preparations are discussed including the problems, needs and challenges to be solved in order to use these reactors in commercial processes. Some applications of inorganic membrane reactors are also shown. It was concluded that these systems have a great potential for improving yield and selectivity of high temperature catalytic reactions. However, it is still an imerging technology with a need for a lot of fundamental research; several challenges should be overcome for the successful commercial application of these systems.

A contaminação dos oceanos por radionuclídeos antropogênicos

Several hundreds of artificial radionuclides are produced as the result of human activities, such as the applications of nuclear reactors and particle accelerators, testing of nuclear weapons and nuclear accidents. Many of these radionuclides are short-lived and decay quickly after their production, but some of them are longer-lived and are released into the environment. From the radiological point of view the most important radionuclides are cesium-137, strontium-90 and plutonium-239, due to their chemical and nuclear characteristics. The two first radioisotopes present long half life (30 and 28 years), high fission yields and chemical behaviour similar to potassium and calcium, respectively. No stable element exists for plutonium-239, that presents high radiotoxicity, long half-life (24000 years) and some marine organisms accumulate plutonium at high levels. The radionuclides introduced into marine environment undergo various physical, chemical and biological processes taking place in the sea. These processes may be due to physical dispersion or complicated chemical and biological interactions of the radionuclides with inorganic and organic suspend matter, variety of living organisms, bottom sediments, etc. The behaviour of radionuclides in the sea depends primarily on their chemical properties, but it may also be influenced by properties of interacting matrices and other environmental factors. The major route of radiation exposure of man to artificial radionuclides occuring in the marine environment is through ingestion of radiologically contamined marine organisms. This paper summarizes the main sources of contamination in the marine environment and presents an overview covering the oceanic distribution of anthropogenic radionuclides in the FAO regions. A great number of measurements of artificial radionuclides have been carried out on various marine environmental samples in different oceans over the world, being cesium-137 the most widely measured radionuclide. Radionuclide concentrations vary from region to region, according to the specific sources of contamination. In some regions, such as the Irish Sea, the Baltic Sea and the Black Sea, the concentrations depend on the inputs due to discharges from reprocessing facilities and from Chernobyl accident. In Brazil, the artificial radioactivity is low and corresponds to typical deposition values due to fallout for the Southern Hemisphere.

Raja-arvoja lukemassa

Kirjallisuutta

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.

Coolant Flow and Heat Transfer in Pebble-Bed Reactor Core

This thesis gathers knowledge about ongoing high-temperature reactor projects around the world. Methods for calculating coolant flow and heat transfer inside a pebble-bed reactor core are also developed. The thesis begins with the introduction of high-temperature reactors including the current state of the technology. Process heat applications that could use the heat from a high-temperature reactor are also introduced. A suitable reactor design with data available in literature is selected for the calculation part of the thesis. Commercial computational fluid dynamics software Fluent is used for the calculations. The pebble-bed is approximated as a packed-bed, which causes sink terms to the momentum equations of the gas flowing through it. A position dependent value is used for the packing fraction. Two different models are used to calculate heat transfer. First a local thermal equilibrium is assumed between the gas and solid phases and a single energy equation is used. In the second approach, separate energy equations are used for the phases. Information about steady state flow behavior, pressure loss, and temperature distribution in the core is obtained as results of the calculations. The effect of inlet mass flow rate to pressure loss is also investigated. Data found in literature and the results correspond each other quite well, considered the amount of simplifications in the calculations. The models developed in this thesis can be used to solve coolant flow and heat transfer in a pebble-bed reactor, although additional development and model validation is needed for better accuracy and reliability.

Laitepuhdistamon ylijäämäliete ja sen kuiva-ainepitoisuuden nostaminen

Työssä tutkittiin pienpuhdistamon ylijäämälietteen ominaisuuksia ja käyttäytymistä pienpuhdistamon ylijäämälietteen tiivistys- tai kuivausmenetelmän kehittämisen teoriapohjaksi. Työ sisältää myös lietteiden tiivistysmenetelmien kustannustarkastelua. Kokeellisessa osuudessa käytettiin työn teettäjän Oy KWH Pipe Ab:n valmistamien pienpuhdistamojen ylijäämälietettä. Tutkittava ylijäämäliete oli peräisin asukasvastineluvultaan 5–95 pienistä aktiivilietelaitepuhdistamoista. Tiivistys- tai kuivausmenetelmän kehittämisen tarkoituksena on saavuttaa kustannussäästöjä pienpuhdistamon ylijäämälietteen kuljetusmatkojen vähentämisen kautta. Soveltuvia vertailtavia sovelluksia ovat staattiseen laskeuttamiseen perustuvat menetelmät, mekaaniset ruuvi- ja linkokuivaimet, kuivauslava ja flotaatio. Tarkasteltavien menetelmien tuli olla käytöltä ja huollolta sekä käyttökuluiltaan edullisia ja yksinkertaisia. Ylijäämälietteiden ominaisuuksia ja käyttäytymistä tutkittiin kirjallisuuslähteistä ja käytännön kokein. Kokeissa tarkasteltiin ylijäämälietteen laskeutumis- ja nousuominaisuuksia, redox-potentiaalin vaihtelua seisovassa näytteessä ja flotaation onnistumista testattavalle lietteelle. Kokeet tehtiin kullakin kerralla eri ajankohtana otetuille lietenäytteille, käytettyjä puhdistamoja oli useita ja mitoitus, kuormitus sekä jäteveden laatu vaihteli paljon.

Process intensification: From optimised flow patterns to microprocess technology

This thesis is focused on process intensification. Several significant problems and applications of this theme are covered. Process intensification is nowadays one of the most popular trends in chemical engineering and attempts have been made to develop a general, systematic methodology for intensification. This seems, however, to be very difficult, because intensified processes are often based on creativity and novel ideas. Monolith reactors and microreactors are successful examples of process intensification. They are usually multichannel devices in which a proper feed technique is important for creating even fluid distribution into the channels. Two different feed techniques were tested for monoliths. In the first technique a shower method was implemented by means of perforated plates. The second technique was a dispersion method using static mixers. Both techniques offered stable operation and uniform fluid distribution. The dispersion method enabled a wider operational range in terms of liquid superficial velocity. Using dispersion method, a volumetric gas-liquid mass transfer coefficient of 2 s-1 was reached. Flow patterns play a significant role in terms of the mixing performance of micromixers. Although the geometry of a T-mixer is simple, channel configurations and dimensions had a clear effect on mixing efficiency. The flow in the microchannel was laminar, but the formation of vortices promoted mixing in micro T-mixers. The generation of vortices was dependent on the channel dimensions, configurations and flow rate. Microreactors offer a high ratio of surface area to volume. Surface forces and interactions between fluids and surfaces are, therefore, often dominant factors. In certain cases, the interactions can be effectively utilised. Different wetting properties of solid materials (PTFE and stainless steel) were applied in the separation of immiscible liquid phases. A micro-scale plate coalescer with hydrophilic and hydrophobic surfaces was used for the continuous separation of organic and aqueous phases. Complete phase separation occurred in less than 20 seconds, whereas the separation time by settling exceeded 30 min. Fluid flows can be also intensified in suitable conditions. By adding certain additives into turbulent fluid flow, it was possible to reduce friction (drag) by 40 %. Drag reduction decreases frictional pressure drop in pipelines which leads to remarkable energy savings and decreases the size or number of pumping facilities required, e.g., in oil transport pipes. Process intensification enables operation often under more optimal conditions. The consequent cost savings from reduced use of raw materials and reduced waste lead to greater economic benefits in processing.

Propulsor pneumático versátil e isento de pulsação para sistemas de análise em fluxo

Aquarium air pumps are proposed and evaluated as pneumatic liquid propulsion devices for flow injection and continuos flow analysis (FIA and CFA) systems. This kind of pump is widely available at a very low cost and it can sustain a pressure around of 4 psi (0.28 bar) indefinitely. By applying this air pressure onto a solution contained in a reservoir flask, it is possible to reach flow rates of up to 12.5 mL min-1 for circuits comprising reactors, made from 0.8 i.d. tubing with a length of 100 cm. The precise adjustment of flow rate below the maximum one can be made with a simplified needle valve or inserting in series a short length of capillary tube. The absence of flow pulsation is a definite advantage in comparison with peristaltic pumps, especially when amperometric detection is elected, as confirmed experimentally in FIA and CF applications.