Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.5
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pp.435-441
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2015
In this study, a method for optimal design of impeller and diffuser blades in the centrifugal compressor using response surface method (RSM) and multi-objective genetic algorithm (MOGA) was evaluated. A numerical simulation was conducted using ANSYS CFX with various values of impeller and diffuser parameters, which consist of leading edge (LE) angle, trailing edge (TE) angle, and blade thickness. Each of the parameters was divided into three levels. A total of 45 design points were planned using central composite design (CCD), which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces that were generated on the basis of the results of DOE were used to determine the optimal shape of impeller and diffuser blade. The entire process of optimization was conducted using ANSYS Design Xplorer (DX). Through the optimization, isentropic efficiency and pressure recovery coefficient, which are the main performance parameters of the centrifugal compressor, were increased by 0.3 and 5, respectively.
High temperature proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) using phosphoric acid (PA) doped polybenzimidazole (PBI) membranes have been concentrated as one of solutions to the limits with traditional low temperature PEMFCs. However, the amount of reported experimental data is not enough to catch the operational characteristics correlated with cell performance and durability. In this study, design of experiments (DOE) based operational optimization method for high temperature PEMFCs has been proposed. Response surface method (RSM) is very useful to effectively analyze target system's characteristics and to optimize operating conditions for a short time. Thus RSM using central composite design (CCD) as one of methodologies for design of experiments (DOE) was adopted. For this work, the statistic models which predict the performance and degradation rate with respect to the operating conditions have been developed. The developed performance and degradation models exhibit a good agreement with experimental data. Compared to the existing arbitrary operation, the expected cell lifetime and average cell performance during whole operation could be improved by optimizing operating conditions. Furthermore, the proposed optimization method could find different new optimal solutions for operating conditions if the target lifetime of the fuel cell system is changed. It is expected that the proposed method is very useful to find optimal operating conditions and enhance performance and durability for many other types of fuel cell systems.
This study was conducted to develop for the elderly food that is safe, well-shaped, and easy to chew and swallow, using gelification. Gelatin, which has low adhesiveness, thereby lowering the possibility of being swallowed wrongly into the respiratory track, was used as a viscosity agent for the gelification. Water and gelatin amounts were adjusted to facilitate breaking the food with the tongue. Various foods for the elderly with chewing and swallowing difficulties were used for sensory assessment. Sensory panel consisted of 10 dietitians (10 women) in nursing care facilities. The sensory optimal composite recipes were determined by central composite design (CCD). The sensory measurements were significantly different in appearance (p<0.05), saltiness (p<0.05), sweetness (p<0.01), and overall quality (p<0.05). The optimum formulation of the Korean barbecue beef calculated by numerical and graphical method was 3.71 g of sugar and 19.53 g of soy sauce. Moisture content, hardness and adhesiveness of the Korean barbecue beef were 78.85%, 2.40, -1.87, respectively. The result shows that food for the elderly, which is easy to chew and swallow, using gelification will have sufficient competitiveness in terms of safety, taste, and preference. The development of food for the elderly that take into account the difficulties in chewing and swallowing among the elderly, reflects their preference, and has sufficient nutrients, is important to enable the elderly to enjoy their meals. Also, as the Korean society is getting older, it remains one of the biggest social challenges.
This study was conducted to develop food for the elderly, which is easier to chew and swallow, using gelification. Various foods for the elderly with chewing and swallowing difficulties were used for sensory assessment. The sensory panel consisted of 10 dieticians (10 women) working in nursing care facilities. The sensory optimal composite recipes were determined by the central composite design (CCD). The optimum formulation of hot pepper paste stir fried pork calculated by the numerical and graphical method was 1.48 g of sugar and 18.97 g of hot pepper paste. The optimum formulation of seasoned spinach was 8.0 g of sesame oil and 5.41 g of soy sauce. Moisture content, hardness, and adhesiveness of hot pepper paste stir fried pork was 76.49%, 2.50, and -1.20, respectively. Moisture content, hardness, and adhesiveness of seasoned spinach was 83.48%, 2.27, and -1.17, respectively. This study provides the basic materials for the development of easily chewable and swallowable foods for the elderly, which can reduce the risk of food going down the wrong pipe, and the preference can be improved by eating solid food instead of porridge or liquid food. The development of food for the elderly, which takes the difficulties in chewing and swallowing among the elderly into consideration and reflects their preference and has sufficient amount of nutrients, is important to enable the elderly to enjoy their meals and it is one of the biggest challenges in Korea, as Korean society is aging rapidly.
Aan Sabilladin;Aldino Javier Saviola;Karna Wijaya;Aulia Sukma Hutama;Mokhammad Fajar Pradipta;Wahyu Dita Saputri;Hilda Ismail;Budhijanto Budhijanto;Won-Chun Oh;Balasubramani Ravindran
Korean Journal of Materials Research
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v.34
no.7
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pp.341-354
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2024
Today, the principles of green chemistry are being fundamentally applied in the chemical industry, such as the nitrobenzene industry, which is an essential intermediate for various commercial products. Research on the application of response surface methodology (RSM) to optimize nitrobenzene synthesis was conducted using a sulfated silica (SO4/SiO2) catalyst and batch microwave reactor. The nitrobenzene synthesis process was carried out according to RSM using a central composite design (CCD) design for three independent variables, consisting of sulfuric acid concentration on the silica (%), stirring time (min), and reaction temperature (℃), and the response variable of nitrobenzene yield (%). The results showed that a three-factorial design using the response surface method could determine the optimum conditions for obtaining nitrobenzene products in a batch microwave reactor. The optimum condition for a nitrobenzene yield of 63.38 % can be obtained at a sulfuric acid concentration on the silica of 91.20 %, stirring time of 140.45 min, and reaction temperature of 58.14 ℃. From the 20 experiments conducted, the SO4/SiO2 catalyst showed a selectivity of 100 %, which means that this solid acid catalyst can potentially work well in converting benzene to nitrobenzene.
Seheum Hong;Young Woo Choi;Wenjia Xu;Seung Bum Lee
Applied Chemistry for Engineering
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v.35
no.4
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pp.316-320
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2024
To optimize the emulsion stability and antibacterial activity against Escherichia coli (E. coli) of cosmeceuticals using Scutellaria baicalensis extracts and olive wax as natural emulsifiers, we conducted a study. The independent variables were the amounts of Scutellaria baicalensis extracts and olive wax added. The response variables included the emulsion stability index (ESI) of the cosmeceuticals product and the inhibition diameter against E. coli. Through central composite design-response surface methodology (CCD-RSM), we obtained a statistically significant and reliable regression equation within a 95% confidence interval. By optimizing multiple responses, we determined that the optimal emulsification conditions that satisfied both ESI and E. coli inhibition diameter were 3.7 wt% of Scutellaria baicalensis extracts and 2.7 wt% of olive wax. The predicted ESI and E. coli inhibition diameter were 97.9% and 9.7 mm, respectively. When actual experiments were conducted under the optimal conditions, the measured ESI and E. coli inhibition diameter were 95.0% and 9.4 mm, respectively, with an average error rate of 3.2 ± 0.4%.
Medium compositions for the hyperthermophilic archaeon, Thermococcus onnurineus NA1 was statistically optimized to enhance formate-driven hydrogen ($H_2$) production by using response surface methodology. From the Plackett-Burman design-based experiment, it was confirmed that among the minor components of medium such as KCl, $MgSO_4$, $NH_4Cl$, Cystein-HCl, trace elements, Fe-EDTA and $CaCl_2$, the trace elements were screened as the only positively effective components with respect to $H_2$ production. Subsequently, the optimal concentrations of the trace elements and the major components of a medium such as NaCl, yeast extract and sodium formate were determined from the five-level central composite design (CCD)-based experiment. The resulting quadratic model predicted the maximum $H_2$ production of 46.6 mmol/L in serum bottle and it was validated experimentally using the optimal medium initially supplemented with 26.70 g/L of NaCl, 9.81 g/L of sodium formate, 3.50 g/L of yeast extract and 4.59 mL/L of trace elements. From the duplicate batch cultivations in the fermentor using the optimized medium, the a maximum $H_2$ production rate up to 71.8 mmol/L/h could be obtained, which was a 65% enhanced value compared with that obtained using the control medium, showing the high efficiency of the optimized medium.
(R)-2-(4-hydroxyphenoxy)propionic acid (HPOPA) is a key intermediate for the preparation of aryloxyphenoxypropionic acid herbicides (R-isomer). In order to improve the HPOPA production from the substrate (R)-2-phenoxypropionic acid (POPA) with Beauveria bassiana CCN-A7, static cultivation and H2O2 addition were attempted and found to be conducive to the task at hand. This is the first report on HPOPA production under static cultivation and reactive oxygen species (ROS) induction. On this premise, the cultivation conditions and fermentation medium compositions were optimized. As a result, the optimal carbon source, organic nitrogen source, and inorganic nitrogen source were determined to be glucose, peptone, and ammonium sulfate, respectively. The optimal inoculum size and fermentation temperature were 13.3% and 28℃, respectively. The significant factors including glucose, peptone, and H2O2, identified based on Plackett-Burman design, were further optimized through Central Composite Design (CCD). The optimal concentrations were as follows: glucose 38.81 g/l, peptone 7.28 g/l, and H2O2 1.08 g/l/100 ml. Under the optimized conditions, HPOPA titer was improved from 9.60 g/l to 19.53 g/l, representing an increase of 2.03-fold. The results obtained in this work will provide novel strategies for improving the biosynthesis of hydroxy aromatics.
Response surface methodology (RSM) was successfully applied to optimize for the production of Ganoderma lucidum in batch fermentations using the whey (40,000 mg latose/L) as substrate. This study was performed according to the central composite design (CCD) with respect to pH and temperature, where the designed intervals were 3.3$22.9^{\circ}C$$37.1^{\circ}C$, respectively. A second-order factorial design of the experiments was used to build empirical models providing a quantitative interpretation of the relationships between the two variables. The optimum conditions to maximize the production of G. lucidum were pH 4.2 and $28.3^{\circ}C$. At optimum conditions, the mycelial dry weight (MDW) and residual soluble COD (SCOD) were simultaneously used to evaluate the biokinetic coefficients assocoated with substrate inhibition model by nonlinear least squares method with 95% confidence interval. The. maximum microbial growth rates (${\mu}m$), half saturation coefficient ($K_s$), and the inhibition substrate concentration ($K_{is}$) were determined to be 0.095 l/hr, 128,000 mg SCOD/L and 49,000 mg SCOD/L, respectively. And the microbial yield coefficient (Y), biomass decay rate coefficient ($K_d$), and the maintenance energy coefficient ($m_s$) were determined to be 0.37 mg MDW/mg SCOD, 0.001 1/hr, and 0.0015 1/hr, respectively.
The nutritional requirements for the maximum production of lipopeptides by Bacillus subtilis N7 (B. subtilis N7) were investigated and optimized using response surface methodology (RSM) under shake flask fermentation. A one-factor-at-a-time experimental setup was used to screen carbon and nitrogen sources. A Plackett-Burman design (PBD) was employed to screen the most critical variables for lipopeptides production amongst ten nutritional elements. The central composite experimental design (CCD) was finally adopted to elucidate the composition of the fermentation medium. Statistical analyses (analysis of variance, ANOVA) of the results showed that KCl, $MnSO_4$ and $FeSO_4{\cdot}6H_2O$ were important components and that their interactions were strong. Lipopeptide production was predicted to reach 709.87 mg/L after a 60 h incubation using an optimum fermentation medium composed of glucose 7.5 g/L, peanut oil 1.25 g/L, $MgSO_4$ 0.37 g/L, $KH_2PO_4$ 0.75 g/L, monosodium glutamate 6.75 g/L, yeast extract and $NH_4Cl$ (5:3 w/w) 10 g/L, KCl 0.16 g/L, $FeSO_4{\cdot}6H_2O$ 0.24 mg/L, $MnSO_4$ 0.76 mg/L, and an initial pH of 7.0. Lipopeptide production ($706.57{\pm}3.70$ mg/L) in the optimized medium confirmed the validity of the predicted model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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