A numerical investigation is conducted to search for the optimal flow rate for a rotating-disk chemical vapor decomposition reactor operating at a high temperature and a low pressure. The flow of a gas mixture supplied into the reactor is modeled by a laminar flow of an ideal gas obeying the kinetic theory. The axisymmetric two-dimensional flow in the reactor is simulated by employing a CFD package FLUENT. With operating pressure and temperature fixed, numerical computations are performed by varying rotation rate and flow rate. Examination of the structures of flow and thermal fields leads to a flow regime diagram illustrating that there are a stable plug-like flow regime and a few unfavorable flow regimes induced by mass unbalance or buoyancy. The criterion for sustaining a plug-like flow regime is discussed based on a theoretical scaling argument. Interpretation of the flow regime map suggests that a favorable flow is attainable with a minimum flow rate at the smallest rotation rate guaranteeing the dominance of rotation effects over buoyancy.
This study configured the conventional $A^2O$ (Anaerobic-Anoxic-Aerobic bioreactor) system which the fixed media immersed into the anoxic reactor(Named PFR system : Plug Flow Reactor) for evaluating the removal efficiency of nitrogen in the wastewater. The experimental equipment was a cylinder which was consist of 4 pleated PE Pipes(Length 330M, Diameter 100mm) including 2 rope shape media. As a result, the average effluent T-N removal efficiency of the conventional $A^2O$ system was 17.9, 40.3, 50.6, 44.6% in each mode, but the average effluent T-N removal efficiency of the PFR system could achieve 38.8, 57.1, 71.8, 65.4% in each mode. It indicated that the PFR system caused to the increasing of C/N ratio that effected to the increasing of the denitrification efficiency. Not only the effective T-N removal efficiency but also the controllable install space will give advantages for retrofitting of the wastewater treatment plant with the conventional treatment system to the PFR system.
Kim, Yoeng-Jae;Lee, Dae Keun;Kim, Seung Gon;Noh, Dong-Soon;Ko, Chang-Bog;Kim, Yongmo
한국연소학회:학술대회논문집
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2015.12a
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pp.157-159
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2015
In this study, $CF_4$ decomposition was experimentally investigated in a high temperature flow reactor. Effects of temperature, reactant composition and concentration, and residence time on its decomposition into other stable species were analyzed. Then the results were compared to numerical results obtained using Chemkin Plug Flow Reactor model with Princeton Chemistry. As a preliminary result higher decomposition rate is obtained for higher reactor temperature and long residence time when proper reactants are supplied.
The purpose of this research was to investigate the effects of low concentration of oxygen on reduction of perchlorate, especially low perchlorate influent concentrations in a biofilm reactor, as well as the effect of flow pattern in a biofilm reactor. Dissolved oxygen averaging 1 mg/L did not inhibit reduction of influent perchlorate from 23 to $426\;{\mu}g/L$ in the biofilm reactors when sufficient acetate was added, probably due to limitation of oxygen diffusion into the biofilm. Influent perchlorate ranging from 23 to $426\;{\mu}g/L$ was reduced to below detection level ($4\;{\mu}g/L$) in the presence of 1 mg/L dissolved oxygen (DO). Chloride was produced in a ratio of $0.37gCl^-/g{ClO_4}^-$ and $0.35gCl^-/g{ClO_4}^-$ in plug flow and recirculation biofilm reactor which is similar to stoichiometric amount ($0.36gCl^-/g{ClO_4}^-$) indicating complete perchlorate reduction at $426\;{\mu}g/L$ of ${ClO_4}^-$ feeding. At $23\;{\mu}g/L$L influent perchlorate, total biomass solids were 3.18 g and 2.81 g in the plug flow and recirculation biofilm reactors. The most probable number(MPN) analysis for perchlorate-reducing bacteria showed $10^4$ to $10^5\;cells/cm^2$ in both biofilm reactors throughout the experiments. The effluent perchlorate concentrations were not significantly different in the two different flow regimes, plug flow and recirculation biofilm reactors.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.27
no.2
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pp.123-128
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2010
The continuous transesterification of mixed fat was done on the plug flow reactor packed with the static mixers. The transesterification using 0.5 wt% KOH, 0.8 wt% TMAH and mixed catalyst[40 v/v% KOH(0.5 wt%)+60 v/v% TMAH(0.8 wt%)] was conducted with the changes of molar ratios, weight percentage of beef, flow rates and number of static mixer's elements at $65^{\circ}C$. The overall conversion of mixed fat at 1:8 molar ratio, 50 wt% of beef and 24 of static mixer's elements increased until 0.7mL/min of flow rate. The overall conversion of mixed fat showed 96% at those conditions. So, the optimum operating conditions on tublar reactor were 1:8 molar ratio, 50 wt% of beef, 0.7 mL/min of flow rate and 24 of static mixer' s elements.
To control hot spot in a plug flow reactor (PFR) is important for the yield and purity of products and safety. In this paper, coolant temperature is set as a state variable, and radial distributions of heat and mass are considered to model the PFR more realistic than without considering radial distributions. The model consists of three state variables, reactant concentration, reactant temperature, and the coolant temperature. The flow rate of the isothermal coolant is a manipulated variable. This paper shows that the controller considering the radial distributions of heat and mass is more effective than the controller without them. Assuming that u3,0 is 0.7, the suggested control equation was robust when St is bigger than 1.3, and Ac/A is smaller than 2.0. Under this condition, the hot spot temperature changed within the relative error of one percent when the temperature of input altered within the range of five percent.
Spiral tubes are used in a wide range of applications and it is significant to understand the vibration introduced by two-phase flow in spiral tubes. In this paper, the numerical method is used to study the vibration induced by the gas-liquid two-phase flow in a spiral tube with different flow regimes. The pressure fluctuation characteristics at the pipe wall and the solid vibration response characteristics are obtained. The results show that the motion of small bubbles in bubbly flow leads to small pressure fluctuations with low-frequency broadband (0-50 Hz). The motion of the gas plug in the plug flow causes small amplitude periodic pressure fluctuation with a shortened low-frequency broadband (0-15 Hz) compared to the bubbly flow. The motion of the gas slug in the slug flow causes large periodic fluctuations in pressure with a significant dominant frequency (6-7 Hz). The wavy flow is very stable and has a distinct main frequency (1-2 Hz). The vibration regime in the bubbly flow and wave flow are close to the first-order mode, and the vertical vibrating component is dominant. The plug flow and slug flow excite higher-order vibration modes, and the lateral vibration component plays more important part in the vibration response.
For accurate and reliable process design for phenol oxidation in a plug flow reactor with supercritical water, modeling can be very insightful. Here, the velocity and density distribution along the reactor have been predicted by a numerical model and variations of temperature and phenol mass fraction are calculated under various flow conditions. The numerical model shows that as we proceed along the length of the reactor the temperature falls from above 430 ℃ to approximately 380 ℃. This is because the generated heat from the exothermic reaction is less that the amount lost through the walls of the reactor. Also, along the length, the linear velocity falls to less than one-third of the initial value while the density more than doubles. This is due to the fall in temperature which results in higher density which in turn demands a lower velocity to satisfy the continuity equation. Having a higher oxygen concentration at the reactor inlet leads to much faster phenol destruction; this leads to lower capital costs (shorter reactor will be required); however, the operational expenditures will increase for supplying the needed oxygen. The phenol destruction depends heavily on the kinetic parameters and can be as high as 99.9%. Using different kinetic parameters is shown to significantly influence the predicted distributions inside the reactor and final phenol conversion. These results demonstrate the importance of selecting kinetic parameters carefully particularly when these predictions are used for reactor design.
Sangkyu, Choi;Yeonseok, Choi;Yeonwoo, Jeong;Soyoung, Han;Quynh Van, Nguyen
New & Renewable Energy
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v.18
no.4
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pp.12-21
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2022
The pyrolysis characteristics of high-density polyethylene (HDPE), low-density polyethylene (LDPE), and polypropylene (PP) were analyzed numerically using a 1D plug flow reactor (PFR) model. A lumped kinetic model was selected to simplify the pyrolysis products as wax, oil, and gas. The simulation was performed in the 400-600℃ range, and the plastic pyrolysis and product generation characteristics with respect to time were compared at various temperatures. It was found that plastic pyrolysis accelerates rapidly as the temperature rises. The amounts of the pyrolysis products wax and oil increase and then decrease with time, whereas the amount of gas produced increases continuously. In LDPE pyrolysis, the pyrolysis time was longer than that observed for other plastics at a specified temperature, and the amount of wax generated was the greatest. The maximum mass fraction of oil was obtained in the order of HDPE, PP, and LDPE at a specified temperature, and it decreased with temperature. Although the 1D model adopted in this study has a limitation in that it does not include material transport and heat transfer phenomena, the qualitative results presented herein could provide base data regarding various types of plastic pyrolysis to predict the product characteristics. These results can in turn be used when designing pyrolysis reactors.
The water treatment by electrochemical method was performed to increase the yield of production. Continuous plug flow reactor was operated to treat poultry and domestic wastewaters. Experimental results were compared with experimental results of the wastewater treatment by chemical coagulation, they were increased over 10% in the removal efficiency of COD and the production rate of sludge was reduced by 30%. Ozone utilized to degrade or change the organic chemical structures, which removal efficiency increased to 20% in the electro-coagulation reactor. Economic evaluation was performed to estimate total cost of electro-coagulation reactor in comparison with that of chemical coagulation method. The total cost to treat 1000 ton/day of domestic wastewater was reduced by 50%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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