Donkoan Hwang;Nakjun Choi;WooHyun Jung;Taeil Kim;Yohan Lee;HangJin Jo
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.5
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pp.1604-1615
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2023
In an open-pool type research reactor with a downward forced flow in the core, pipes can be under sub-atmospheric pressure because of the large pressure drop at the reactor core in the atmospheric pool. Sub-atmospheric pressure can result in air inflow into the pipe from the pressure difference between the atmosphere and the inside of the pipe, which in a postulated pipe break scenario can lead to the breakdown of the cooling pump. In this study, a plant-scale experiment was conducted to study air inflow in large piping systems by considering the actual operational conditions of an advanced research reactor. The air inflow rate was measured, and the entrained air was visualized to investigate the behavior of air inflow and flow regime depending on the pipe break size. In addition, the developed drift-flux model for a large vertical pipe with a diameter of 600 mm was compared with other correlations. The flow regime transition in a large vertical pipe under downward flow was also studied using the newly developed drift-flux model. Consequently, the characteristics of two-phase flow in a large vertical pipe were found to differ from those in small vertical pipes where liquid recirculation was not dominant.
Lee, Young Sik;Kim, Yoonbin;Kim, Kwang Seog;Han, Hyung-Gyun
Journal of Environmental Science International
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v.21
no.10
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pp.1181-1186
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2012
We studied the ozone concentrations generated by low-temperature dielectric barrier discharge plasma reactor after adding air and phytoplankton to control the ozone concentrations in seawater. We also examined the numbers of bacteria and Vibrio spp. after treatment using the plasma reactor. As the airflow rate was increased, more ozone was removed. Although marked variation in the ozone decrease was observed with and without airflow, the rate of ozone removal did not increase proportionately with the airflow rates. The ozone concentration decreased with increasing organic matter and time. The amount of organic matter seems to be an important factor decreasing the dissolved ozone concentration in liquid. The ozone concentration was 0.07, 0.32, 1.28, and 2.3 mg/L when operating the plasma reactor for 30, 60, 180, and 300 s, respectively; i.e., the ozone concentration increased with the reactor operating time. The initial numbers of bacteria and Vibrio spp. were 800 and 480 CFU/mL, respectively. After operating the plasma reactor at a flow rate of 6 L/min for 30 s, no bacteria or Vibrio spp. were detected. The disinfection effect of this plasma reactor seems to be superior to that of a conventional ozone generator.
In view of the analysis of the phenomena and the prediction of the performance, mathematical modelling and simulation of a high temperature pilot reactor for water gas shift reaction (WGSR) has been carried out. Multiscale simulation incorporated computational fluid dynamics (CFD) technique, which has the capability to deal with the reactor shape, fluid and energy transport with extensive degree of accuracy, and process modeling technique, which, in turn is responsible for reaction kinetics and mass transport. This research employed multiscale simulation and the results were compared with those from process simulation. From multiscale simulation, the maximum conversion of was predicted approximately 0.85 and the maximum temperature at the reactor was calculated 720 K, resulting from the heat of reaction. Dynamic simulation was also performed for the time transient profile of temperature, conversion, etc. Considering the results, it is concluded that multiscale simulation is a safe and accurate technique to predict reactor behaviors, and consequently will be available for the design of commercial size chemical reactors as well as other commercial unit operations.
The purpose of this study is to investigate the performances of organic removal and methane recovery by using a full scale two-phase anaerobic system. The full scale two-phase anaerobic process was consists of an acidogenic anaerobic baffled reactor (ABR) and a methanognic upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The volumes of acidogenic and methanogenic reactors were designed to $28.3m^3$ and $75.3m^3$. The two-phase anaerobic system represented 60-82% of COD removal efficiency when the influent COD concentration was in the range of 7,150 to 16,270 mg/L after screening (average concentration is 10,280 mg/L). After steady-state, the effluent COD concentration in the methanogenic reactor showed $2,740{\pm}330 mg/L$ by representing average COD removal efficiency was $71.4{\pm}8.1%$ when the operating temperature was in the range of $19-32^{\circ}C$. The effluent SCOD concentration was in the range of 2,000-3,000 mg/L at the steady state while the volatile fatty acid concentration was not detected in the effluent. Meanwhile, the COD removal efficiency in the acidogenic reactor showed less than 5%. The acidogenic reactor played key roles to reduce a shock-loading when periodic shock loading was applied and to acidify influent organics. Due to the high concentration of alkalinity and high pH in the effluent of the methanogenic reactor, over 80% of methane in the biogas was produced consistently. More than 70% of methane was recovered from theoretical methane production of TCOD removed in this research. The produced gas can be directly used as a heat source to increase the reactor temperature.
Palladium membranes, which are permselective to hydrogen separation, were used for the hydrogen purification and in membrane reactors for improving conversions by shifting the reaction equilibrium. Palladium/ceramic composite membranes were prepared by electroless plating technique and then etched in titanium chloride ($TiCl_4$) as a post treatment to enhance the membrane's durability. These membranes were used for membrane reactors in water gas shift (WGS) reaction. CO conversions for the membrane reactor were obtained according to experimental parameters and compared to the traditional reactor without a palladium/ceramic membrane. As a result, CO conversion using palladium membrane reactor at an appropriate condition was over 20~25% greater than that without the membrane reactor. The stability in the long-term test of up to 120 h for WGS reaction with the membrane reactor was good without the degredation of CO conversion.
Hui Su Kim;Hwi Jong Jung;Danbee Kim;Samgmin Lee;Jiye Lee;Jin-Suk Lee;Myounghoon Moon;Chang Hyun Ko;Soo Youn Lee
New & Renewable Energy
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v.19
no.4
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pp.20-26
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2023
Emitted CO2 is an attractive material for microbial electrochemical CO2 reduction. Microbial electrochemical CO2 reduction (i.e., microbial electrosynthesis, MES) using biocatalysts has advantages compared to conventional CO2 reduction using electrocatalysts. However, MES has several challenges, including electrode performance, biocatalysts, and reactor optimization. In this study, an MES system was investigated for optimizing reactor types, counter electrode materials, and CO2-converting microorganisms to achieve effective CO2 upcycling. In autotrophic cultivation (supplementation of CO2 and H2), CO2 consumption of Rhodobacter sphaeroides was observed to be four times higher than that with heterotrophic cultivation (supplementation of succinic acid). The bacterial growth in an MES reactor with a single-chambered shape was two times higher than that with a double chamber (H-type MES reactor). Moreover, a single-chambered MES reactor equipped with titanium mesh as the counter electrode (anode) showed markedly increased current density in the graphite felt as a working electrode (cathode) compared to that with a graphite felt counter electrode (anode). These results demonstrate that the optimized conditions of a single chamber and titanium mesh for the counter electrode have a positive effect on microbial electrochemical CO2 reduction.
Water selective silica membranes were prepared fur use as membrane reactor for synthesis of dimethyl ether (DME) by methanol dehydration. Silica membranes formed on a Porous SUS tube by ultrasonic spray Pyrolysis (USP) and chemical vapor deposition (CVD) using tetraethoxysilane (TEOS) as precursor. The CVD-derived membranes formed higher level of trade-off line between water permeance and water/methanol selectivity than that of the USP-derived membranes. The membrane reactor possessing water permeance of $1.2\times10^{-7}\;mol\;{\cdot}\;m^{-2}\;{\cdot}\;S^{-1}\;{\cdot}\;Pa^{-1}$ and water/methanol selectivity of 10 exhibited increase in methanol conversion of about $20\%$ comparing to conventional reactor system. These findings led us to conclude that the dehydration membrane reactor simultaneously separating the water vapour produced in the reaction zone was effective in increasing the reaction conversion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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