A steady-state simulation of a diesel-fuelled SOFC system was developed using a process simulation software package (VMGSim). The system was studied by conducting a sensitivity analysis of six independent variables (steam to carbon ratio, oxygen to carbon ratio, fuel utilization, air utilization, reformer pre-heater approach temperature and cathode temperature to the SOFC) and their effect on three response variables (net system efficiency, stack efficiency, system exhaust temperature). The steam to carbon ratio, fuel utilization and air utilization were the most influential independent variables and thus affected the greatest change in the performance metrics. Secondly, a multi-variable study was carried out on the most influential variables and constrained optima for the efficiencies (45% net system, 47% stack) and system exhaust temperature (78 degrees Celsius) were obtained. For the second part of this work, a steam reforming heat-exchange reactor was modeled using COMSOL. The reactor performance was assessed on the basis of selectivity and residence time for a given conversion. Both the kinetic models of Parmar et al. (2010) and Shi et al. (2009) for catalytic diesel steam reforming were applied and compared. Differences in performance were attributed to differences in the catalyst support and the reaction mechanisms used for deriving the reforming rate expressions. Finally, a proof of concept multi-scale modeling and design tool was developed by integrating the CFD model with the process simulation. Two-way communication between four different software components; COMSOL, VMGSim, Matlab and Microsoft Excel was achieved. / Thesis (Master, Chemical Engineering) -- Queen's University, 2012-04-18 01:12:27.072

The constantly growing demand for energy and the consequent depletion of fossil fuels have led to a drive for energy that is environmentally friendly, efficient and sustainable. A viable source with the most potential of adhering to the criteria is nuclear-produced hydrogen. The hybrid sulphur cycle (HyS) is the proposed electrothermochemical process that can produce the energy carrier, hydrogen. The HyS consists of two unit operations, namely the electrolyzer and the decomposition reactor, that decomposes water into hydrogen and oxygen. A techno-economic evaluation of the technology is needed to prove the commercial potential of the cycle. This research project focuses on determining the hybrid sulphur cycle’s recommended operating parameter range that will support economic viability whilst maintaining a high efficiency. This is done by comparing the results of an evaluation of four case studies, all operating under different conditions. The technical evaluation of the research project is executed using the engineering tool Aspen PlusTM. The models used to achieve accurate results were OLI Mixed Solvent Electrolyte, oleum data package for use with Aspen PlusTM, which provides an accurate representation of the H2SO4 properties, and ELECNRTL to provide an accurate representation of H2SO4 at high temperature conditions. This evaluation provides insight into the efficiency of the process as well as the operating conditions that deliver the highest efficiency. The economic evaluation of the research project determines the hydrogen production costs for various operating conditions. These evaluations provide a recommended operating parameter range for the HyS to obtain high efficiency and economic viability. / Thesis (M.Ing. (Nuclear Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2010.

The constantly growing demand for energy and the consequent depletion of fossil fuels have led to a drive for energy that is environmentally friendly, efficient and sustainable. A viable source with the most potential of adhering to the criteria is nuclear-produced hydrogen. The hybrid sulphur cycle (HyS) is the proposed electrothermochemical process that can produce the energy carrier, hydrogen. The HyS consists of two unit operations, namely the electrolyzer and the decomposition reactor, that decomposes water into hydrogen and oxygen. A techno-economic evaluation of the technology is needed to prove the commercial potential of the cycle. This research project focuses on determining the hybrid sulphur cycle’s recommended operating parameter range that will support economic viability whilst maintaining a high efficiency. This is done by comparing the results of an evaluation of four case studies, all operating under different conditions. The technical evaluation of the research project is executed using the engineering tool Aspen PlusTM. The models used to achieve accurate results were OLI Mixed Solvent Electrolyte, oleum data package for use with Aspen PlusTM, which provides an accurate representation of the H2SO4 properties, and ELECNRTL to provide an accurate representation of H2SO4 at high temperature conditions. This evaluation provides insight into the efficiency of the process as well as the operating conditions that deliver the highest efficiency. The economic evaluation of the research project determines the hydrogen production costs for various operating conditions. These evaluations provide a recommended operating parameter range for the HyS to obtain high efficiency and economic viability. / Thesis (M.Ing. (Nuclear Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2010.

Mudança climática é um processo global, real e inequívoco. Para sua mitigação, a substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis está sendo cada vez mais empregada. Devido à rápida velocidade de crescimento das microalgas, seu cultivo é visto como uma das alternativas mais promissoras para a produção de biocombustíveis. No presente trabalho, foi elaborado um modelo matemático fenomenológico que descreve o crescimento da microalga Chlorella vulgaris. Este modelo foi validado através de experimentos realizados em um reator piloto com capacidade de 1000 L tipo \"open pond\" (reator de raias) aberto ao ambiente, em condições não-axênicas. A variação de concentração devida à evaporação e/ou adição de água foi levada em conta no modelo. O modelo matemático desenvolvido, contendo dois parâmetros ajustáveis, descreve a variação da concentração de biomassa em função do tempo sob condições variáveis de luminosidade e temperatura. Os parâmetros ajustáveis são q (constante para conversão de intensidade luminosa em crescimento fotossintético, em klux-1 min-1) e Imax (limite máximo de intensidade luminosa, em klux). Previamente ao projeto do reator, foram realizados experimentos em reator de laboratório (utilizando a metodologia Taguchi) com o objetivo de determinar quais os fatores mais críticos para o crescimento da espécie de microalga selecionada e que, por isso, deveriam ser controlados com maior precisão. Além disso, foi analisada teoricamente a relevância da consideração do transporte de massa de CO2 no processo. Como este transporte é muito mais lento, a resistência controladora do processo é o crescimento fotossintético. Após a construção do reator piloto, foram realizados dois experimentos preliminares (os quais serviram para aperfeiçoar o aparato e o procedimento experimental) e três experimentos definitivos, registrando-se dados ambientais (temperatura, intensidade luminosa e pH) e de concentração ao longo do tempo. Utilizando os dados de temperatura e luminosidade em função do tempo como entrada, os parâmetros q e Imax otimizados foram ajustados às curvas de concentração versus tempo de cada experimento. Para tal foram desenvolvidos programas de integração de equações diferenciais e de otimização escritos em ambiente Scilab®. Verificou-se que, apesar da variabilidade devida às condições ambientais dos experimentos, obteve-se boa aderência dos dados simulados aos experimentais. Uma análise estatística dos parâmetros q e Imax calculados em cada experimento forneceu coeficientes de variação para estes parâmetros de 17 % e 5 %, respectivamente. Concluiu-se, portanto, que o modelo matemático desenvolvido neste trabalho pode ser empregado para prever o desempenho de um reator de raias em condições ambientais variáveis, bastando para isto o ajuste de dois parâmetros. / Mudança climática é um processo global, real e inequívoco. Para sua mitigação, a substituição de combustíveis fósseis por energias renováveis está sendo cada vez mais empregada. Devido à rápida velocidade de crescimento das microalgas, seu cultivo é visto como uma das alternativas mais promissoras para a produção de biocombustíveis. No presente trabalho, foi elaborado um modelo matemático fenomenológico que descreve o crescimento da microalga Chlorella vulgaris. Este modelo foi validado através de experimentos realizados em um reator piloto com capacidade de 1000 L tipo \"open pond\" (reator de raias) aberto ao ambiente, em condições não-axênicas. A variação de concentração devida à evaporação e/ou adição de água foi levada em conta no modelo. O modelo matemático desenvolvido, contendo dois parâmetros ajustáveis, descreve a variação da concentração de biomassa em função do tempo sob condições variáveis de luminosidade e temperatura. Os parâmetros ajustáveis são q (constante para conversão de intensidade luminosa em crescimento fotossintético, em klux-1 min-1) e Imax (limite máximo de intensidade luminosa, em klux). Previamente ao projeto do reator, foram realizados experimentos em reator de laboratório (utilizando a metodologia Taguchi) com o objetivo de determinar quais os fatores mais críticos para o crescimento da espécie de microalga selecionada e que, por isso, deveriam ser controlados com maior precisão. Além disso, foi analisada teoricamente a relevância da consideração do transporte de massa de CO2 no processo. Como este transporte é muito mais lento, a resistência controladora do processo é o crescimento fotossintético. Após a construção do reator piloto, foram realizados dois experimentos preliminares (os quais serviram para aperfeiçoar o aparato e o procedimento experimental) e três experimentos definitivos, registrando-se dados ambientais (temperatura, intensidade luminosa e pH) e de concentração ao longo do tempo. Utilizando os dados de temperatura e luminosidade em função do tempo como entrada, os parâmetros q e Imax otimizados foram ajustados às curvas de concentração versus tempo de cada experimento. Para tal foram desenvolvidos programas de integração de equações diferenciais e de otimização escritos em ambiente Scilab®. Verificou-se que, apesar da variabilidade devida às condições ambientais dos experimentos, obteve-se boa aderência dos dados simulados aos experimentais. Uma análise estatística dos parâmetros q e Imax calculados em cada experimento forneceu coeficientes de variação para estes parâmetros de 17 % e 5 %, respectivamente. Concluiu-se, portanto, que o modelo matemático desenvolvido neste trabalho pode ser empregado para prever o desempenho de um reator de raias em condições ambientais variáveis, bastando para isto o ajuste de dois parâmetros.

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T21:28:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Abirached_Felipe_M.pdf: 4278352 bytes, checksum: def3ecc80961c6e8364905a2c8957dd2 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nesta dissertação serão apresentados resultados de simulações de uma coluna de destilação de bioetanol com tecnologias de recheios e pratos visando obter uma configuração otimizada que possa reduzir as dimensões das colunas, tanto na altura quanto no diâmetro. Uma análise técnica e comparativa das tecnologias de pratos calotados, pratos valvulados, recheios estruturados e recheios randômicos serão apresentadas neste trabalho, bem como a comparação com a configuração de uma coluna de destilação convencional de pratos calotados com produção de bioetanol de 600 m3/d. As colunas B e B1 de destilarias convencionais serão consideradas / Abstract: In this work, many simulations results of bioethanol distillation columns with packings and trays technologies are presented in order to obtain an optimal configuration that can reduce the size of the columns, both in height and in diameter. A technical and comparative analysis of bubble cap trays, valve trays, structured packing and random packing will be presented, as well the comparison with the configuration of a conventional distillation column of bubble cap trays with bioethanol production of 600 m3/d. The columns B and B1 of conventional distilleries will be considered / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Maria Regina Wolf Maciel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-24T13:22:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Borges_FabioLuiz_M.pdf: 1928972 bytes, checksum: 8ee551cc8034ad570e84bd024b3702ca (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Essa dissertação tem como objetivo avaliar a utilização de curvas de destilação simulada de petróleo analisadas por dois métodos cromatográficos (ASTM D7169 e DHA Front End) combinados em um modelo de predição de rendimentos de derivados de uma unidade de destilação atmosférica e a vácuo. Os métodos utilizados são de execução mais ágil e de custo bastante reduzido em relação aos métodos de obtenção de curvas de Ponto de Ebulição Verdadeiro (PEV), sendo viável obter curvas de destilação de tanques de petróleo em laboratórios de refinarias. A utilização dessas análises possibilita a obtenção de curvas das cargas a serem processadas mais representativas do que as curvas obtidas utilizando as curvas PEV disponíveis no BDAP (Banco de Dados de Avaliação de Petróleos da Petrobras) em conjunto com a proporção de petróleos informada pelo BDEMQ (Banco de Dados de Estoque, Movimentação e Qualidade da Petrobras) em cada tanque. Para realizar essa avaliação, foi elaborada, no software PETROSIM®, uma simulação do tipo Distop, a qual foi calibrada utilizando-se as vazões e as curvas de destilação dos derivados amostrados em uma das plantas de destilação da Refinaria de Paulínia. Em seguida, foram coletadas amostras de tanques de petróleo, as quais foram analisadas pelos dois métodos combinados para obter as curvas de destilação, que foram utilizadas como dados de entrada da simulação calibrada, obtendo os rendimentos dos derivados. Foram também obtidos os rendimentos da mesma simulação calibrada utilizando como dados de entrada os dados de curvas PEV disponíveis no BDAP e também pelo método de predição baseado em rendimentos fixos de petróleos, que são gerados pelo software Blend-BR®, de propriedade da Petrobras, cujos dados de entrada também são as curvas PEV do BDAP. Os rendimentos obtidos por esses três métodos foram comparados com os rendimentos obtidos na unidade quando os tanques de petróleo amostrados foram processados. Os resultados obtidos indicaram que a simulação calibrada utilizando os dados analisados pelos métodos cromatográficos forneceu rendimentos mais aderentes aos realizados do que os outros métodos, principalmente na predição de rendimentos de nafta / Abstract: This thesis aims to evaluate the use of crude distillation curves analyzed by two combined chromatographic methods (ASTM D7169 and DHA Front End) combined into an atmospheric and vacuum crude distillation unit yields prediction model. These methods are faster to be executed and have the costs pretty lower compared to the methods used to obtain the True Boiling Point (TBP) curves, enabling to obtain distillation curves of crude tanks in refinery laboratories. These analyzes enable obtaining curves of the loads to be processed more representative than the curves obtained using the TBP curves available in BDAP (the Petrobras petroleum Database) and the proportion of oils informed by BDEMQ (the Petrobras feedstocks and quality Database) for each tank. To perform this evaluation, it was built in PETROSIM® software a Distop simulation, which was calibrated using flow rates and crude cuts distillation curves from the samples collected at on of the crude distillation units of Paulínia Refinery. Samples of oil tanks, which were analyzed by the two combined methods to obtain the distillation curves, were then used as input data the calibrated simulation, obtaining the crude cuts yields. The cuts yields were also obtained by the same calibrated simulation using as input data TBP curves available at BDAP and also by a model based on fixed crude cuts yields, which are performed by the software Blend-BR®, property of Petrobras, whose data input are also the TBP curves available at BDAP. The yields obtained by these three methods were compared with the yields obtained in the industrial unit when the sampled oil tanks were processed. The results indicated that the calibrated simulation using data analyzed by the chromatographic methods provided yields that are closer to actual ones than other methods, especially for the naphtha yields / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

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Yes / The deodorization of the refined palm oil process is simulated here using ASPEN HYSYS. In the absence of a library molecular distillation (MD) process in ASPEN HYSYS, first, a single flash vessel is considered to represent a falling film MD process which is simulated for a binary system taken from the literature and the model predictions are compared with the published work based on ASPEN PLUS and DISMOL. Second, the developed MD process is extended to simulate the deodorization process. Parameter estimation technique is used to estimate the Antoine’s parameters based on literature data to calculate the pure component vapor pressure. The model predictions are then validated against the patented results of refining edible oil rich in natural carotenes and vitamin E and simulation results were found to be in good agreement, within a 2% error of the patented results. Third, Response Surface Methodology (RSM) is employed to develop non-linear second-order polynomial equations based model for the deodorization process and the effects of various operating parameters on the performance of the process are studied. Finally, an optimization framework is developed to maximize the concentration of beta-carotene, tocopherol and free fatty acid while optimizing the feed flow rate, temperature and pressure subject to process constrains. The optimum results of feed flow rate, temperature, and pressure were determined as 1291 kg/h, 147 C and 0.0007 kPa respectively, and the concentration responses of beta- carotene, tocopherol and free fatty acid were found to be 0.000575, 0.000937 and 0.999840 respectively. / Prince of Songkla University, Songkhla, Thailand for providing financial support (Grant code: PSU2554-022)

Yes / This work evaluates the efficiency of the aqueous mixture of Methyl Diethanolamine (MDEA) and Diethanolamine (DEA) at various mass concentrations to remove CO2 and H2S from natural gas in an industrial sweetening unit in Fajr Jam Gas Refining Company located in the south of Iran and gives recommendations for modifying the process. The sweetening unit includes absorber and desorption towers, flash drum, lean and rich amine exchanger, kettle type reboiler and a reflux drum. The considered process is simulated by Promax simulator (version 3.2) taking into account operational constraints and sustainability of the environment. The validity of simulation has been evaluated by comparison between simulation results and the plant data. The main objective of this work is the modification of natural gas sweetening unit to achieve lower energy consumption. Thus, the effect of amine circulating rate and MDEA to DEA ratio on steam consumption in the regeneration tower, CO2 and H2S concentration in the treated gas, and the acid gas loadings have been investigated. Therefore, substitution of DEA solvent in the unit with the aqueous mixture of DEA and MDEA is proposed. In the examined cases, the mass concentration of MDEA and DEA lies between 15 and 45 wt% and 0–30 wt%, respectively, with the reference cases having MDEA 0 wt% and DEA 31.6 wt%. The results show that in the proposed cases of alternative mixtures including cases 1 (MDEA15 wt% and DEA 30 wt%), 2 (MDEA 20 wt% and DEA 25 wt%), and 3 (MDEA 25 wt% and DEA 20 wt%) the amount of reduction in amine circulation rate are between 11.1%v/v and 19.4%v/v compared to the original amine circulation rate. Likewise, steam consumption decreases between 24.4 %wt/wt and 27 %wt/wt. Influence of anti-foam injection for the different cases were also studied and it was found that anti-foam with the concentration of 5000 ppmv is more suitable for the optimum operation and is a more cost effective.