The objectives of this research are to evaluate and compare the oxygen transfer coefficients($K_{La}$) in both a general bubbles reactor and a micro-nano bubbles reactor for effective operation in sewage treatment plants, and to understand the effect on microbial kinetic parameters of biomass growth for optimal biological treatment in sewage treatment plants when the micro-nano bubbles reactor is applied. Oxygen transfer coefficients($K_{La}$) of tap water and effluent of primary clarifier were determined. The oxygen transfer coefficients of the tap water for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were found to be 0.28 $hr^{-1}$ and 2.50 $hr^{-1}$, respectively. The oxygen transfer coefficients of the effluent of the primary clarifier for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were found be to 0.15 $hr^{-1}$ and 0.91 $hr^{-1}$, respectively. In order to figure out kinetic parameters of biomass growth for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor, oxygen uptake rates(OURs) in the saturated effluent of the primary clarifier were measured with the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor. The OURs of in the saturated effluent of the primary clarifier with the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were 0.0294 mg $O_2/L{\cdot}hr$ and 0.0465 mg $O_2/L{\cdot}hr$, respectively. The higher micro-nano bubbles reactor's oxygen transfer coefficient increases the OURs. In addition, the maximum readily biodegradable substrate utilization rates($K_{ms}$) for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were 3.41 mg COD utilized/mg active VSS day and 7.07 mg COD utilized/mg active VSS day, respectively. The maximum specific biomass growth rates for heterotrophic biomass(${\mu}_{max}$) were calculated by both values of yield for heterotrophic biomass($Y_H$) and the maximum readily biodegradable substrate utilization rates($K_{ms}$). The values of ${\mu}_{max}$ for the general bubbles reactor and micro-nano bubbles reactor were 1.62 $day^{-1}$ and 3.36 $day^{-1}$, respectively. The reported results show that the micro-nano bubbles reactor increased air-liquid contact area. This method could remove dissolved organic matters and nutrients efficiently and effectively.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.19
no.4
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pp.285-290
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2007
This study has been numerically conducted to investigate the removal efficiency of Volatile Organic Compound (VOC) in photocatalytic micro-reactor. This study has placed emphasis on the improvements of the working condition of photocatalytic micro-reactor. The micro-reactor consists of 19 microchannels with a rectangular cross-section. For the validation of the current numerical study, a computation has been carried out to simulate an existing experimental study on the cylindrical reactor, which has shown a good agreement. The degradation characteristics with different inlet concentrations and velocities have been obtained. The current results can be used for the design of advanced photocatalytic micro-reactor.
In this work, to make it possible to generate glow discharge in atmospheric pressure condition with relatively high and wide electric field, micro channel reactor is proposed. Si DRIE and Cr deposition by Ebeam evaporation is used to make channel and bottom electrode layer. Upper electrode is made from ITO glass to visualize discharge within micro channel. Fabricated reactor is verified by generating uniform glow plasma with N2 / He gases each as working fluid. The range of gas electric field to generate glow plasma is from about 200 V/cm and upper limit is not observed in tested condition of up to 150 kV/cm. This data shows that micro channel plasma reactor is more versatile. Indirect estimation of electron temperature in this reactor can be inferred that the electron temperature within glow discharge in micro reactor lies $0{\sim}2eV$. This research demonstrates that the reactor is appropriate in application that needs to maintain low temperature condition during chemical process.
A silicon-based micro-reactor to amplify small amount of deoxyribonucleic acid (DNA) has been fabricated using micro-electro-mechanical systems (MEMS) technology. Polymerase chain reaction (PCR) of DNA requires a precise and rapid temperature control. A Pt sensor is integrated directly in the chamber for real-time temperature measurement and an infrared lamp is used as external heating source for non-contact and rapid heating. In addition to the real-time temperature sensing, PCR needs a rapid thermocycling for effective PCR. For a fast thermal response, the thermal mass of the reactor chamber is minimized by removal of bulk silicon volume around the reactor using double-side KOH etching. The transparent optical property of silicon in the infrared wavelength range provides an efficient absorption of thermal energy into the reacting sample without being absorbed by silicon reactor chamber. It is confirmed that the fabricated micro-reactor could be heated up in less than 30 sec to the denaturation temperature by the external infrared lamp and cooled down in 30 sec to the annealing temperature by passive cooling.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.15
no.2
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pp.39-46
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2019
The purpose of this paper is to present the results of the study, applying Systems Engineering(SE) method, on the feasibility of developing a Melt-down Proof Modular Micro Reactor(MDP-MMR) for its future deployment in Korea. The reactor is being developed by NCSU (North Carolina State University) due to its advantage of melt-down proof nature of the reactor core. For this paper, the characteristics of the MDP-MMR has been studied in terms of fuel characteristics, inherent safety features and passive safety system. The NCSU's development process has been reviewed applying the SE method, and further research is recommended for the feasibility study on deploying such a modular micro reactor in Korea.
In this study, the photocatalytic degradtion of D-glucose with the micro channel reactor was performed on the various experimental conditions. To apply the $TiO_2$ coating on the micro channel reactor, $TiO_2$ solution was synthesized by hydrolysis of titanium oxysulfate. The feeding rate was proportional to degradation rate of D-glucose solution over the micro channel reactor. Also, the reaction rate constant and Langmuir adsorption coefficient were calculated under various experimental conditions. And the results of these system photonic efficiencies were calculated. This study aims to understand the photocatalytic degradation characteristics on $TiO_2$ coating in the micro channel reactor experimented by the feed batch reaction system.
Choi, Hae Woon;Yoon, Sung Chul;Ma, Jae Kwon;Bang, Dae Wook
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.23
no.3
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pp.218-222
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2014
A 3D printer was used to fabricate a micro-TAS system for biomedical applications. A polymeric medical device fabrication based on a 3D printer can be performed at atmospheric conditions. A CAD- and CAM-based system is a flexible method to design medical components, and a 3D printer is a suitable device to perform this task. In this research, a 100-micron-wide fluidic channel was fabricated with a high-aspect ratio. A cross-sectional SEM image confirmed its possible usage in a micro-reactor using 3D printers. CNC-machined samples were compared to 3D printer-fabricated samples, and the advantages and disadvantages were discussed. Based on the SEM images, the surface roughness of the 3D printed reactor was not affected by wet or dry conditions due to its manufacturing principle. An aspect ratio of 5 to 1 was achievable with 100-${\mu}$ m-wide fluid channels. No melting was found, and the shape of channels was straight enough to be used for micro reactors.
Development projects in KAIST rotted to the micro thermal device is introduced. Multi disciplinary research team is composed by combustion group and semiconductor group in KAIST and catalyst research center in KRICT to develop micro thermal/fluidic device and various items are on development. Among the projects, various kind of componenst that is required by the micro thermal devicesystem is introduced. Technology related to development of micro combustor, Micro igniter, micro fabrication of 3D structure, micro reactor and micro catalyst preparation is introduced.
Micro catalytic reactors are alternative propulsion device that can be used on a nano satellite. When used with a monopropellant, $H_2O_2$, a micro catalytic reactor needs only one supply system as the monopropellant reacts spontaneously on contact with catalyst and releases heat without external ignition, while separate supply lines for fuel and oxidizer are needed for a bipropellant rocket engine. Additionally, $H_2O_2$ is in liquid phase at room temperature, eliminating the burden of storage for gaseous fuel and carburetion of liquid fuel. In order to design a micro catalytic reactor, an appropriate catalyst material must be selected. Considering the safety concern in handling the monopropellants and reaction performance of catalyst, we selected hydrogen peroxide at volume concentration of 70% and perovskite redox catalyst of lantanium cobaltate doped with strondium. Perovskite catalysts are known to have superior reactivity in reduction-oxidation chemical processes. In particular, lantanium cobaltate has better performance in chemical reactions involving oxygen atom exchange than other perovskite materials. In the present study, a process to prepare perovskite type catalyst, $La_{0.8}Sr_{0.2}CoO_3$, and measurement of its propellant decomposition performance in a test reactor are described.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.5
no.3
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pp.149-158
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2005
This paper describes design, fabrication, and application of the silicon based temperature controllable micro reactor. In order to achieve fast temperature variation and low energy consumption, reaction chamber of the micro reactor was thermally isolated by etching the highly conductive silicon around the reaction chamber. Compared with the model not having thermally isolated structure, the thermally isolated micro reactor showed enhanced thermal performances such as fast temperature variation and low energy consumption. The performance enhancements of the micro reactor due to etched holes were verified by thermal experiment and numerical analysis. Regarding to 42 percents reduction of the thermal mass achieved by the etched holes, approximately 4 times faster thermal variation and 5 times smaller energy consumption were acquired. The total size of the fabricated micro reactor was $37{\times}30{\times}1mm^{3}$. Microchannel and reaction chamber were formed on the silicon substrate. The openings of channel and chamber were covered by the glass substrate. The Pt electrodes for heater and sensor are fabricated on the backside of silicon substrate below the reaction chamber. The dimension of channel cross section was $200{\times}100{\mu}m^{2}$. The volume of reaction chamber was $4{\mu}l$. The temperature of the micro reactor was controlled and measured simultaneously with NI DAQ PCI-MIO-16E-l board and LabVIEW program. Finally, the fabricated micro reactor and the temperature control system were applied to the thermal denaturation and the trypsin digestion of protein. BSA(bovine serum albumin) was chosen for the test sample. It was successfully shown that BSA was successfully denatured at $75^{\circ}C$ for 1 min and digested by trypsin at $37^{\circ}C$ for 10 min.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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