A batch Process has a multi-way data structure that consists of batch-time-variable axis, so the statistical modeling of a batch process is a difficult and challenging issue to the process engineers. In this study, We applied a statistical process control technique to the general batch process data, and implemented a fault-detection and Statistical process control system that was able to detect, identify and diagnose the fault. Semiconductor etch process and semi-batch styrene-butadiene rubber process data are used to case study. Before the modeling, we pre-processed the data using the multi-way unfolding technique to decompose the data structure. Multivariate regression techniques like support vector regression and partial least squares were used to identify the relation between the process variables and process condition. Finally, we constructed the root mean squared error chart and variable contribution chart to diagnose the faults.
A lipid-enriched strain of Botryococcus braunii (UTEX 572) was cultivated in a semi-batch aeration tank to enhance biomass as well as to develop intracellular lipids and fatty acids. A 30 day period of incubation produced 1.39 g/L of biomass and 0.31 g/L of total lipids in the biomass. The grown biomass was pre-treated using several methods to extract the total lipid content efficiently: ultrasonication was found to yield the highest percentage of lipids-namely 19.8% per biomass. Direct heating of biomass in an autoclave also showed better performance than when using only conventional solvent extraction. To enhance the biomass harvest and lipid extraction efficiency, coagulation and flocculation steps were added to the extraction process. It is noteworthy that not only the solvent type but also the solvent/biomass ratio greatly affected efficiency. In addition, the moisture content of the harvested(wet) biomass affected the efficiency significantly. This study elucidated the need for future research on optimizing this extraction process.
Fathy, Nady A.;Girgis, Badie S.;Khalil, Lila B.;Farah, Joseph Y.
Carbon letters
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v.11
no.3
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pp.224-234
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2010
Four activated carbons were produced by two-stage process as followings; semi-carbonization of indigenous biomass waste, i.e. cotton stalks, followed by chemical activation with KOH under various activation temperatures and chemical ratios of KOH to semi-carbonized cotton stalks (CCS). The surface area, total pore volume and average pore diameter were evaluated by $N_2$-adsorption at 77 K. The surface morphology and oxygen functional groups were determined by SEM and FTIR, respectively. Batch equilibrium and kinetic studies were carried out by using a basic dye, methylene blue as a probe molecule to evaluate the adsorption capacity and mechanism over the produced carbons. The obtained activated carbon (CCS-1K800) exhibited highly microporous structure with high surface area of 950 $m^2/g$, total pore volume of 0.423 $cm^3/g$ and average pore diameter of 17.8 ${\AA}$. The isotherm data fitted well to the Langmuir isotherm with monolayer adsorption capacity of 222 mg/g for CCS-1K800. The kinetic data obtained at different concentrations were analyzed using a pseudo-first-order, pseudo-second-order and intraparticle diffusion equations. The pseudo-second-order model fitted better for kinetic removal of MB dye. The results indicate that such laboratory carbons could be employed as low cost alternative to commercial carbons in wastewater treatment.
A novel fluidized-bed reactor was designed and installed for bioleaching in a semi-continuous way, by which a process for bioleaching-cyanidation of Guangxi Jinya refractory gold arsenical concentrate was studied. An arsenic extraction rate reaches 82.5% after 4-day batch biooxidation of the concentrate under the optimized condition of pH 2.0, ftrric ion concentration 6.5g/L and pulp concentration 10%. And leaching rate of gold in the following gold cyanidation is over 90%. The parameters of three series fluid-bed reactors exhibit stability during the semi-continuous bioleaching of the concentrate. Arsenic in the concentrate can be got rid of 91% after 6-day leaching. Even after 4 days, 82% of arsenic extraction rate was still obtained. The recovery rates of gold are 92% and 87.5% respectively in cyaniding the above bioleached residues. The results will provide a base for further commercial production of gold development.
Comprehensive study on the control system design for a RTP process has been conducted. The purpose of the control system is to maintain maximum temperature uniformity across the silicon wafer achieving precise tracking for various reference trajectories. The study has been carried out in two stages: thermal balance modeling on the basis of a semi-empirical radiation model, and optimal iterative learning controller design on the basis of a linear state space model. First, we found through steady state radiation modeling that the fourth power of wafer temperatures, lamp powers, and the fourth power of chamber wall temperature are related by an emissivity-independent linear equation. Next, for control of the MIMO system, a state space modeland LQG-based two-stage batch control technique was derived and employed to reduce the heavy computational demand in the original two-stage batch control technique. By accommodating the first result, a linear state space model for the controller design was identified between the lamp powers and the fourth power of wafer temperatures as inputs and outputs, respectively. The control system was applied to an experimental RTP equipment. As a consequence, great uniformity improvement could be attained over the entire time horizon compared to the original multi-loop PID control. In addition, controller implementation was standardized and facilitated by completely eliminating the tedious and lengthy control tuning trial.
The periodic square wave (PSW) model was successfully applied to the optimal design of a batch-storage network. The network structure can cover any type of batch production, distribution and inventory system, including recycle streams. Here we extend the coverage of the PSW model to multitasking semi-continuous processes as well as pure continuous and batch processes. In previous solutions obtained using the PSW model, the feedstock composition and product yield were treated as known constants. This constraint is relaxed in the present work, which treats the feedstock composition and product yield as free variables to be optimized. This modification makes it possible to deal with the pooling problem commonly encountered in oil refinery processes. Despite the greater complexity that arises when the feedstock composition and product yield are free variables, the PSW model still gives analytic lot sizing equations. The ability of the proposed method to determine the optimal plant design is demonstrated through the example of a high density polyethylene (HDPE) plant. Based on the analytical optimality results, we propose a practical process optimality measure that can be used for any kind of process. This measure facilitates direct comparison of the performance of multiple processes, and hence is a useful tool for diagnosing the status of process systems. The result that the cost of a process is proportional to the square root of average flow rate is similar to the well-known six-tenths factor rule in plant design.
Several culture systems including batch, two-stage CSTR, semi-fed batch, and two-stage cyclic fed-batch were investigated for the efficient production of the Fab fraction of PDC-E2 specific human monoclonal antibody using high cell density recombinant E. coli. A two-phase batch system and a two-stage continuous system were examined to overcome plasmid instability problems, by separating the growth and the production stages. The cell density and productivity of the two-stage continuous culture was better than that of the two-phase batch fermentation. In the two-stage continuous culture system with DO-stat, the cell growth and the productivity were superior to those of the system without the DO control. Also, almost total plasmid stability was maintained in the two-stage continuous culture system. Modified M9 medium was selected as an optimum feeding medium for the fed-batch process, and the optimum C/N ratio determined to be 2:3. The optimum feeding rate was $0.6g/\ell/hr$ for a constant feeding strategy in semi-fed batch system. When the feeding medium was fed by pulsing, it was observed that more frequent pulsing resulted in improved cell growth. The linear feeding method was the most efficient of the various feeding methods tested. Finally, high cell density culture using a two-stage cyclic fed batch system with pH-stat was tried because the linear feeding method showed limitations in terms of obtaining high cell densities, and a cell density of $54 g/\ell$ was achieved. It was concluded that the two-stage cyclic fed batch system was the most efficient system for high cell density culture of the systems tested. However, productivity improvements were lower than expected due to the extremely high accumulations of acetate, although the low levels of residual glucose were maintained.
This paper surveys emission characteristics of Far-infrared of the fabrics fabricated with germanium imbedded sheath-core conjugate composite filaments. For this purpose, master batch chip was prepared with PET semi-dull chip and nano sized germanium particles and sheath-core type conjugate composite filament was spun using this master batch chip and polyester semi dull. The emission power and emissivity of the germanium imbedded fabrics were measured and investigated using FT-IR spectrophotometer by KICM- FIR 1005 measurement method. In addition, the fabric mechanical properties were measured and discussed with the effects of the optimum texturing process conditions and fabric structural design conditions. The sheath/core type PET composite germanium imbedded filaments were manufactured by the optimum spinning condition, its tenacity and breaking strain showed the same level as the regular PET filament. The tenacity and breaking strain of the DTY showed good physical properties and no problem in the weaving process. Then, wet and dry shrinkages showed higher values than those of regular PET filament. The emission power of the germanium imbedded fabric was $3.53{\times}10^2W/m^2$ at the $5-20{\mu}m$ wave length range, and emissivity was 0.874. The fabric hand of germanium imbedded fabrics was inhanced by the optimum texturing process and fabric structural design with improved mechanical properties such as fabric bending and compressional properties.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.6
no.3
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pp.449-462
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1996
On the reaction crystallization of lanthanum oxalate effects of operation conditions of impeller speed, concentration and feed rate of reactant, and reaction temperature on the nucleation and growth of crystals were investigated experimentally. In general, at low supersation the analysis of crystallization processes is relatively clear. However, at high wupersaturation, which is usually applied in industrial crystallization, the processes are exhibited in much complication. In this study the lanthanum oxalate was crystallized by the reaction crystallization of high concentration of lanthanum chloride and oxalic acid in single-jet semi batch reactor. Agitation of solution and suspension in the reactor influenced to enhance the reaction process and crystal growth process which gave opposite effect on the crystallization of lanthanum oxalate. In our experiment since increase of impeller speed gave more influence on the reaction process rather than on the crystal growth process, the supersaturation concentration increased with increase of impeller speed, then resulted in decrease of mean crystal size. By the same effect of reactant concentration and feed rate, the decrease of mean crystall size of lanthanum oxalate was observed with increasing the reactant concentration and feed rate. In case of increasing reaction temperature, the mean crystal size increased. The morphology of lanthanum oxalate crystal was not changed within the variation ranges of the operation conditions which were applied in our experiment.
The kinetics of the transesterification of dimethyl terephthalate (DMT) with ethylene glycol (EG) was studied in a batch reactor. Bishydroxyethyl terephthalate (BHET), which is poly(ethylene terephthalate) (PET) monomer, can be produced by the transesterification reaction. Zinc acetate was used as a catalyst. Previous kinetic studies was carried out in a semi-batch reactor where generated methanol was removed so that reverse reactions were not considered in the kinetic expressions, resulting in inaccuracy of the kinetic model. Mathematical models of a batch reactor for the tranesterification reaction were developed and used to characterize the reaction kinetics and the composition distribution of the reaction products. More accurate models than previous ones were obtained and found to have a good agreement between model predictions and experimental data. Effect of process variables on the esterification reaction was investigated based on the experimental and simulation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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