Bubble columns are widely encountered in several industries, especially in the field of nuclear safety. The Eulerian-Eulerian and the Eulerian-Lagrangian methods are commonly used to investigate bubble columns. Eulerian approaches require additional tasks such as strict volume conservation at the interface and a predefined well-structured grid. In contrast, the Lagrangian approach can be easily implemented. Hence, we introduce a fully Lagrangian approach for the simulation of bubble columns using the discrete bubble model (DBM) and moving particle semi-implicit (MPS) methods. Additionally, we propose a rigorous method to estimate the volume fraction accurately, and verified it through experimental data and analytical results. The MPS method was compared with the experimental data of Dambreak. The DBM was verified by analyzing the terminal velocity of a single bubble for each bubble size. It agreed with the analytical results for each of the four drag correlations. Additionally, the improved method for calculating the volume fraction showed agreement with the Ergun equation for the pressure drop in a packed bed. The implemented MPS-DBM was used to simulate the bubble column, and the results were compared with the experimental results. We demonstrated that the MPS-DBM was in quantitative agreement with the experimental data.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.4
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pp.797-806
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2000
The objectives were to compare the biodegradable threshold concentrations of phenol with the different composition of the influent carbon source and examine the SMA (Specific Methanogenic Activity)and the possibility of simultaneous removal of high-strength organics and nitrogen compounds in UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) - PBR(Packed Bed Reactor) process. The results showed that UASB reactors were efficient to remove phenol and phenol + glucose from synthetic wastewater. At phenol conc, of 600 mg/L and SCOD conc. of 2100 mg/L in UASB reactor(with only phenol as substrate), the removal efficiencies of phenol and SCOD were over 99% and 93% respectively, under MLVSS of 20 g. The activity of microorganism was $0.112g\;phenol/g\;VSS{\cdot}d$, $0.351g\;SCOD/g\;VSS{\cdot}d$. The gas production rate was $0.115L/g\;VSS{\cdot}d$ and $CH_4$ content in gas was about 70%. At phenol conc. of 760 mg/L and SCOD conc. of 4300 mg/L in UASB reactor( with phenol + glucose as substrates), the removal efficiencies of phenol and of SCOD were over 99% and 90% respectively, under MLVSS of 20 g. The activity of microoganism was $0.135g\;phenol/g\;VSS{\cdot}d$, $0.696g\;SCOD/g\;VSS{\cdot}d$. The gas production rate was $0.257L/g\;VSS{\cdot}d$ and $CH_4$ content in gas was about 70%. Serum bottle test showed that the activity of granule was inhibited over 1600 mg/L phenol conc, and denitrification and methanogenesis simultaneously took place in UASB granules under co-substrates conditions. PBR reactor packed with cilium type media, was efficient in nitrification. In condition of $0.038kg\;NH_4-N/m^3-media{\cdot}d$. 10~12 mg/L phenol conc. and 200~500 mg/L SCOD conc., nitrification efficiency was over 90% and phenol removal efficiency was over 98%.
Biosorptions of Cr and Pb were evaluated for 23 species of marine algae collected from a Korean coast. Among a variety of species for biosorbent potential, Sargassum species showed higher uptake capacity for Cr and Pb. An adsorption equilibrium was reached in about 1 hr for Cr and 30 min for Pb. The maximum uptake capacity was136.0 mg Cr/g biomass and 232.5 mg Pb/g biomass, respectively. In Pb biosorption in the column packed with Sargassum tbunbertii, 300 and 200 bed Tolumes at the concentration of 50 mg/L in feed solution were processed at the column residence time of 5 and 10 min before the column breakthrough point occurred. The elutions with 0.1 M HCl solution were more than $95{\%}$. The high efficiency of continous biesorntion and elution (3 cycles) indicated that Sargassum thunbergii was an effective biosorbent for Pb recovery.
In order to study of practical purpose of immobilized Mucor spp L42 milk clotting enzyme on activated succimylamino-propyl glass beads with glutaraldehyde in continuous curd coagulation, acidified milk(pH5.6, $8^{\circ}C$) was treated through reactor packed with immobilized beads, and warmed at $30^{\circ}C$ and allowed to coagulation for the determination of enzyme stability, deactivation of milk clotting ability by continuous reaction, the beads treatment conditions, and contact time of milk and beads in reactors. The results obtained were summarized as follow ; 1) After 3 month's storage, activity of immobilized Mucor spp L42 milk clotting enzyme in 0.2M phosphate buffer(pH 4.6) with 0.06% sodium azide was only 80% of initial activity. 2) Milk clotting activity of the beads was decreased by continuouse exposure on acidified skim milk. Nitrogen accumulation on the beads paralled loss of the activity in initial reaction stage. 3) After 6 hours continuous treatment of the beads at 60 sec/ml surface time, the milk-clotting activity of the beads was about 70% of initial activity. 4) Bead reactor and shaking bed reactor were more effective than column reactor on continuouse skim milk coagulation.
The effects of operating conditions such as benzene concentration, nitrogen flow rate, steam flow rate, and bed temperature on TSA process were experimentally investigated as a potential VOC removal technology using two kinds of beds packed with activated carbon and zeolite 13X. The TSA cycle studied was composed of the adsorption step, steam desorption step, and drying and cooling step. At 2% benzene concentration, the total adsorption amounts of zeolite 13X and activated carbon were 4.44 g and 3.65 g, respectively. Since the zeolite 13X has a larger packing density than that of the activated carbon, the larger benzene amount could be adsorbed in a single cycle. Increasing the water vapor flow rate to 75 g/hr at 2% benzene concentration reduced the desorption time from 1 hr to a maximum of 33 min. If the desorption time is shortened, the drying and cooling step period can be relatively increased. Accordingly, the steam removal and bed cooling could be sufficiently performed. The desorption amounts increased with the increase of the bed temperature. However, the energy consumption increased while the desorption amount was almost constant above $150^{\circ}C$. In the continuous cycle process, when the amount of remained benzene at the completion of the regeneration step increased, it might cause a decrease in the working capacity of the adsorbent. The continuous cycle process experiment for zeolite 13X showed that the amount of remained benzene at the end of regeneration step maintained a constant value after the fourth cycle.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.1
no.1
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pp.65-72
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2003
Adsorption and desorption characteristics of methyl iodide at high temperature conditions up to 25$0^{\circ}C$ by TEDA-impregnated activated carbon and silver-ion exchanged zeolite(AgX-10), which are used for radioiodine retention in nuclear facility, were experimentally evaluated. In the range of temperature from 3$0^{\circ}C$ to 25$0^{\circ}C$, the adsorption capacity of base activated carbon decreased sharply with increasing temperature but that of TEDA-impregnated activated carbon showed higher value even at high temperature ranges. Especially, the residual amount of methyl iodide after desorption on TEDA-AC represented 30% lower value than that on AgX-10. However, it can be used as an adsorbent for the removal of methyl iodide up to 15$0^{\circ}C$ if it is preventing explosion by Ignition. The breakthrough curves of methyl iodide in the fixed bed packed with AgX-10 uP to 40$0^{\circ}C$ were compared upon the effects of bed temperatures, bed depth and input concentration of methyl iodide. Removal mechanism of methyl iodide on AgX-10 was proposed, based on the analysis of by-product gas generated from adsorption reaction.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.4
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pp.629-637
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2000
A two-phase anaerobic reactor with a submerged microfiltration system was tested for its ability to produce methane energy from organic wastewater. A membrane separation system with periodic backwashing with compressed air was submerged in the acidogenic reactor. The cartridge type of microfiltration (MF) membrane with pore size of $0.5{\mu}m$ (mixed esters of cellulose) was tested. An AUBF (Anaerobic Upflow Sludge Bed Filter: 1/2 packed with plastic media) was used for the methanogenic reactor. Soluble starch was used as a substrate. The COD removal was investigated for various organic loading with synthetic wastewater of 5,000 mg starch/L. When the hydraulic retention time (HRT) of the acidogenic reactor was changed from 10 to 4.5 days, the organic loading rate (OLR) varied from 0.5 to $1.0kg\;COD/m^3-day$. When the HRT of the methanogenic reactor was changed from 2.8 to 0.5 days, the OLR varied from 0.8 to $5.8kg\;COD/m^3-day$. The acid conversion rate of the acidogenic reactor was over 80% in the 4~5 days of HRT. The overall COD removal efficiency of the methanogenic reactor showed over 95% (effluent COD was below 300 mg/L) under the highly fluctuating organic loading condition. A two-phase anaerobic reactor showed an excellent acid conversion rate from organic wastewater due to the higher biomass concentration than the conventional system. A methanogenic reactor combined with sludge bed and filter, showed an efficient COD and SS removal.
Kim, Min Young;Suh, Chang Woo;Kim, Chang Sung;Jo, Tae Hoon;Park, Sang Joong;Choi, Won Chan;Lee, Eun Kyu
Korean Chemical Engineering Research
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v.43
no.2
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pp.187-201
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2005
Bioprocessing technologies utilizing 'biorecognition' between a solid matrix and a protein is being widely experimented as a means to replacing the conventional, solution-based technology. Frequently the matrices are chromatographic resins with specific functional groups exposed outside. Since the reactions of and interactions with the proteins occur as they are attached to the solid matrix, this 'solid-phase' processing has distinct advantages over the solution-phase technology. Solid-phase refolding of inclusion body proteins uses ion exchange resins to adsorb denaturant-dissolved inclusion body. As the denaturant is slowly removed from the micromoiety around the protein, it is refolded into a native, three-dimensional structure. Once the refolding is complete, the folded protein can be eluted by a conventional elution technique such as the salt-gradient. This concept was successfully extended to 'EBA (expanded bed adsorption)-mediated refolding,' in which the denaturant-dissolved inclusion body in whole cell homogenate is adsorbed to a Streamline resin while cell debris and other impurity proteins are removed by the EBA action. The adsorbed protein follows the same refolding steps. This solid-phase refolding process shows the potential to improve the refolding yield, reduce the number of processing steps and the processing volume and time, and thus improve the overall process economics significantly. In this paper, the experimental results of the solid-phase refolding technology applied to several biopharmaceutical proteins of various types are presented.
Fluidized bed combustion is a coal combustion technology that can reduce both SOx and NOx emission; SOx is removed by limestone that is fed into the combustion chamber and the NOx is reduced by low temperature combustion in a fluidized bed combustor and air stepping, but $N_2O$ generation is quite high. $N_2O$ is not only a greenhouse gas but also an agent of ozone destruction in the stratosphere. The calcium oxide(CaO) is known to be a catalyst of $N_2O$ decomposition. This study of $N_2O$ decomposition reaction in fixed bed reactor packed over CaO bed has been conducted. Effects of parameters such as concentration of inlet $N_2O$ gas, reaction temperature, CaO bed height and effect of $CO_2$, NO, $O_2$ gas on the decomposition reaction have been investigated. As a result of the experiment, it has been shown that $N_2O$ decomposition reaction increased with the increasing fixed bed temperature. While conversion of the reaction was decreased with increasing $CO_2$ concentration. Also, under the present of NO, the conversion of $N_2O$ decomposition is decreased. From the result of kinetic study gained the heterogeneous reaction rate on $N_2O$ decomposition. In the case of $N_2O$ decomposition over CaO, heterogeneous reaction rate is. $\frac{d[N_2O]}{dt}=\frac{3.86{\times}10^9{\exp}(-15841/R)K_{N_2O}[N_2O]}{(1+K_{N_2O}[N_2O]+K_{CO_2}[CO_2])}$. In this study, it is found that the calcium oxide is a good catalyst of $N_2O$ decomposition.
The trend of poisoning of reforming catalyst along with the position of anodic catalyst bed was studied. Keeping the conditions that steam to carbon ratio was 2.5, operating voltage was 0.75 V, current density was $140mA/cm^2$, the unit cell was operated during 24 hrs at a steady state. And then the cell was stopped, the catalysts packed in the position of inlet, middle and outlet were sampled individually and then the amount of carbon, Li and K poisoned were analysed. After 100 hrs operated, the catalysts at the same positions were analysed at the same manner. The result of this experiment was as followings. After 24 hrs operated, the poisoning amounts of Li and K in the catalyst were 0.27 wt% at inlet, 0.23 wt% at middle and the highest value 1.59 wt% at outlet. After 100 hrs, the amount of poisoning is the highest in the catalyst packed at the inlet of unit cell. The performance simulation of unit cell explained these trends of poisoning catalysts. The simulation told that the catalyst in the region of the inlet of unit cell treated the 90% of initial methane flow rate and the highest electrochemical reaction happened in this region. So the catalysts of this region were the most poisoned with carbon, Li and K and also the rate of poisoning is faster than that of the catalyst at other regions. The temperature at the region of outlet of unit cell was $30^{\circ}C$ higher than that of other regions, so more Li, and K vaporized than at other regions and little reforming reaction at this region made the catalysts poisoning rate low.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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