Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.5
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pp.346-353
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2016
In the design conditions of some research reactors, the siphon phenomenon can cause continuous efflux of water during pipe rupture. A siphon breaker is a safety device that can prevent water efflux effectively. However, the analysis of the siphon breaking is complicated because many variables must be included in the calculation process. For this reason, a simulation program was developed with a user-friendly GUI to analyze the siphon breaking easily. The program was developed by MFC programming using Visual Studio 2012 in Windows 8. After saving the input parameters from a user, the program proceeds with three steps of calculation using fluid mechanics formulas. Bernoulli's equation is used to calculate the velocity, quantity, water level, undershooting, pressure, loss coefficient, and factors related to the two-phase flow. The Chisholm model is used to predict the results from a real-scale experiment. The simulation results are shown in a graph, through which a user can examine the total breaking situation. It is also possible to save all of the resulting data. The program allows a user to easily confirm the status of the siphon breaking and would be helpful in the design of siphon breakers.
$N_2$ doped $TiO_2$ nano-sized powder was prepared using a DC arc plasma jet and investigated with XRD, BET, SEM, TEM, and photo-catalytic decomposition. Recently the research interest about the nano-sized $TiO_2$ powder has been increased to improve its photo-catalytic activity for the removal of environmental pollutants. Nitrogen gas, reacting gas, and titanium tetrachloride ($TiCl_4$) were used as the raw materials and injected into the plasma reactor to synthesize the $N_2$ doped $TiO_2$ power. The particle size and XRD peaks of the synthesized powder were analyzed as a function of the flow rate of the nitrogen gas. Also, the characteristics of the photo-catalytic decomposition using the prepared powder were studied. For comparing the photo-catalytic decomposition performance of $TiO_2$ powder with that of $TiO_2$ coating, $TiO_2$ thin films were prepared by the spin coating and the pulsed laser deposition. For the results of the acetaldehyde decomposition, the photo-catalytic activity of $TiO_{2-x}N_x$ powder was higher than that of the pure $TiO_2$ powder in the visible light region. For the methylene blue decomposition, the decomposition efficiency of $TiO_2$ powder was also higher than that of $TiO_2$ film.
Immobilized lipases were prepared by physical adsorption using lipase AK, AY, AH, PS and R on Amberlite$^{(R)}$XAD$^{(R)}$7 HP resin. With the immobilized lipases (10%), structured lipid was synthesized by enzymatic interesterification of canola oil, palmitic ethyl ester, and stearic ethyl ester in order to study the reaction characteristics. Among the lipase, the highest protein content was obtained from lipase AH (11.41%) before immobilization, while the highest levels of bound protein was observed from immobilized lipase AK (63.91%). Immobilized lipase AK had the highest interesterification activity (38.3% of total saturated fatty acid). Lipase AK was also used for a continuous reaction in which the slow flow of reactant resulted in increased reaction rate. Reusability of immobilized AK, AH and PS increased at the second reaction (120-196.5%). However, the activity of immobilized AK, which had the highest bound protein content (63.91%) decreased after the third reaction, while the activity of immobilized AH and PS was maintained until the sixth reaction.
Lee, Tai-K.;Kim, Dong-H.;Kim, Kyung-N.;Auh, P. Chung-Moo
Solar Energy
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v.15
no.2
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pp.65-75
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1995
We have summarised some important aspects of our recent basic and applied studies in the area of photocatalytic detoxifcation with Degussa P25 titanium dioxide($TiO_2$) being the photocatalyst. Heterogeneousphotocatalytic decompositions of two components such as TCE-chloroform, TCE-phenol and TCE-benzene as well as single component organic, TCE, chloroform and $CCl_4$ were carried out to investigate the effect of additional compound on the TCE decomposition rate. In laboratory experiments, the optimum flow rate of TCE solution was $200cm^3/min$ with annular photoreactor in the presence of 0.1 wt% $TiO_2$ powder under illumination. It was observed that the second compound such as $CHCl_3$, phenol and benzene has a negative effect on the TCE decomposition rate. Result presented that TCE decomposition ratio was increased at low pH in the TCE-phenol two component solution. It could be shown that the photocatalytic reactor exhibits technical feasibility of detoxifying the multicomponent under proper experimental conditions.
Effects of the Cu and K addition and the reduction condition of Fe-based catalysts for Fischer-Tropsch reaction are studied in a continuous flow reactor in this research. The catalysts for the reaction were prepared by homogeneous precipitation followed by incipient wetness impregnation. Physicochemical properties of the $Al_2O_3$ supported Fe-based catalysts are characterized by various methods including X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction (TPR), and scanning electron microscopy (SEM). Catalytic activities and stabilities of the Fe/Cu/K catalyst are investigated in time-on-stream for an extended reaction time over 216 h. It is found that a reduction of the catalysts using a mixture of CO and $H_2$ can promote their catalytic activities, attributed to the iron carbides formed on the catalysts surface by X-ray diffraction analysis. The addition of Cu induces a fast stabilization of the reaction reducing the time to reach at the steady state by enhancement of catalytic reduction. The addition of K to the catalysts increases the CO conversion, while the physical stability of catalyst decreases with potassium loading up to 5%. The Fe/Cu (5%)/K (1%) catalyst shows an enhanced long term stability for the Fischer-Tropsch reaction under the practical reaction condition, displaying about 15% decrease in the CO conversion after 120 h of the operation.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.4
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pp.626-631
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2019
The policy-making and technological development for the supply expansion of eco-friendly automobiles has been continuing, but the internal combustion engines still accounts for about 95%. Also, in order to meet the stricter emission regulations of internal combustion engines based on fossil fuels, the proportion of after-treatments for vehicles and (ocean going) vessels is gradually increasing. This study is a basic study for the post-Euro-VI exhaust response of CNG buses, and it is to investigate the basic characteristics according to Pd substitution transition metal effect, catalyst volume effect and space velocity. A catalysts was prepared and tested using a model gas reactor. The NGOC catalyst with 3Pd exhibited the highest catalytic activity with 22% at $300^{\circ}C$, 48% at $350^{\circ}C$ and about 75% at $500^{\circ}C$. 3Co NGOC containing 3wt% of transition metal was excellent in oxidation ability, and it was small in size of 2nm, and the degree of catalyst dispersion was improved and de-NO/CO conversion was high. The volume of the NGOC-LNT-SCR catalyst system was optimal in the combination of 1.5+0.5+0.5 with a total score of 165, considering $de-CH_4/NOx$ performance and catalyst cost. For SV $14,000h^{-1}$, the $CH_4$ reduction performance was the highest at about 20%, while the SV $56,000h^{-1}$ was the lowest at about 5%. If the space velocity is small, the flow velocity decreases and the time remaining in the catalyst volume become long, so that the harmful gas was reduced.
The catalytic yields of partial oxidation of methane (POM) to hydrogen over Ln(1)-Ni(5)/SBA-15 (Ln = Dy, Eu, Pr, and Tb) were investigated in a fixed bed flow reactor under atmosphere. As 1 wt% of Eu was added to Ni(5)/SBA-15 catalyst, the O1s and Si2p core electron levels of Eu(1)-Ni(5)/SBA-15 showed the chemical shift by XPS. XPS analysis also demonstrated that the atomic ratio of O1s, Ni2p3/2, and Si2p increased to 1.284, 1.298, and 1.058, respectively, and exhibited O-, and O2- oxygen and metal ions such as Eu3+, Ni0, Ni2+, and Si4+ on the catalyst surface. The yield of hydrogen on the Eu(1)-Ni(5)/SBA-15 was 57.2%, which was better than that of Ln(1)-Ni(5)/SBA-15 (Ln = Dy, Pr, and Tb), the catalytic activity was kept steady even 25 h. As 1 wt% of Eu was added to Ni(5)/SBA-15, the oxygen vacancies caused by strong metal-support interaction (SMSI) effect due to the strong interaction between metals and carrier are made. They are resulted in increasing the dispersion of Ni0, and Ni2+ nano particles on the surface of catalyst, and are kept catalytic activity.
The effect of Pt was investigated to the catalytic methane decomposition of CH4 to H2 over Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 and Fe(30)/MCM-41 using a fixed bed flow reactor under atmosphere. The Fe2O3 and Pt crystal phase behavior of fresh Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 were obtained via XRD analysis. SEM, EDS analysis, and mapping were performed to show the uniformed distribution of nano particles such as Fe, Pt, Si, O on the catalyst surface. XPS results showed O2-, O- species and metal ions such as Pt0, Pt2+, Pt4+, Ft0, Fe2+, Fe3+ etc. When 1 wt% of Pt was added to Fe(30)/MCM-41, automic percentage of Fe2p increased from 13.39% to 16.14%, and Pt4f was 1.51%. The yield of hydrogen over Pt(1)-Fe(30)/MCM-41 was 3.2 times higher than Fe(30)/MCM-41. The spillover effect of H2 from Pt to Fe increased the reduction of Fe particles and moderate interaction of Fe, Pt and MCM-41 increased the uniform dispersion of fine nanoparticles on the catalyst surface, and improved hydrogen yield.
A high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed using the Large Eddy Simulation (LES) model for the lower plenum of the High-Temperature Test Facility (HTTF), a ¼ scale test facility of the modular high temperature gas-cooled reactor (MHTGR) managed by Oregon State University. In most next-generation nuclear reactors, thermal stress due to thermal striping is one of the risks to be curiously considered. This is also true for HTGRs, especially since the exhaust helium gas temperature is high. In order to evaluate these risks and performance, organizations in the United States led by the OECD NEA are conducting a thermal hydraulic code benchmark for HTGR, and the test facility used for this benchmark is HTTF. HTTF can perform experiments in both normal and accident situations and provide high-quality experimental data. However, it is difficult to provide sufficient data for benchmarking through experiments, and there is a problem with the reliability of CFD analysis results based on Reynolds-averaged Navier-Stokes to analyze thermal hydraulic behavior without verification. To solve this problem, high-fidelity 3-D CFD analysis was performed using the LES model for HTTF. It was also verified that the LES model can properly simulate this jet mixing phenomenon via a unit cell test that provides experimental information. As a result of CFD analysis, the lower the dependency of the sub-grid scale model, the closer to the actual analysis result. In the case of unit cell test CFD analysis and HTTF CFD analysis, the volume-averaged sub-grid scale model dependency was calculated to be 13.0% and 9.16%, respectively. As a result of HTTF analysis, quantitative data of the fluid inside the HTTF lower plenum was provided in this paper. As a result of qualitative analysis, the temperature was highest at the center of the lower plenum, while the temperature fluctuation was highest near the edge of the lower plenum wall. The power spectral density of temperature was analyzed via fast Fourier transform (FFT) for specific points on the center and side of the lower plenum. FFT results did not reveal specific frequency-dominant temperature fluctuations in the center part. It was confirmed that the temperature power spectral density (PSD) at the top increased from the center to the wake. The vortex was visualized using the well-known scalar Q-criterion, and as a result, the closer to the outlet duct, the greater the influence of the mainstream, so that the inflow jet vortex was dissipated and mixed at the top of the lower plenum. Additionally, FFT analysis was performed on the support structure near the corner of the lower plenum with large temperature fluctuations, and as a result, it was confirmed that the temperature fluctuation of the flow did not have a significant effect near the corner wall. In addition, the vortices generated from the lower plenum to the outlet duct were identified in this paper. It is considered that the quantitative and qualitative results presented in this paper will serve as reference data for the benchmark.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.32
no.2
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pp.37-48
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2024
Wastewater treatment plants (WWTPs) are obligated to reduce carbon emissions as a part of public sector greenhouse gas (GHG) emission reduction targets. However, Sewage Statistics(2022) shows that CO2 emissions per wastewater treatment volumes have decreased by only 3.03 % compared to 2020, which is far from enough to meet the Nationally Determined Contribution (NDC) targets. This study aimed to find operational conditions of biological reactors that minimize total carbon footprint (CFP). Total CFP considers both direct emissions from biological processes and indirect emissions from energy consumption. A study was conducted using a computer simulation program which is called as EQPS for a 4-stage BNR WWTP. The results showed that total CFP was reduced by 10.97% compared to the design condition when the mixed liquor recirculation (MLR) was set to 100 % of the influent flow. The N2O emission factor (EF) of the target WWTP was calculated to be 0.138-0.199 %, which is significantly lower than the IPCC default value of 1.6 %. This study proposes a method to minimize total CFP in WWTPs by optimizing biological reactor operation and emphasizes the need for further research on N2O emission reduction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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