Chemical Engineering Commons^™

Experimental And Computational Investigation Of Flow Of Pebbles In A Pebble Bed Nuclear Reactor, Vaibhav B. Khane

Doctoral Dissertations

"The Pebble Bed Reactor (PBR) is a 4th generation nuclear reactor which is conceptually similar to moving bed reactors used in the chemical and petrochemical industries. In a PBR core, nuclear fuel in the form of pebbles moves slowly under the influence of gravity. Due to the dynamic nature of the core, a thorough understanding about slow and dense granular flow of pebbles is required from both a reactor safety and performance evaluation point of view.

In this dissertation, a new integrated experimental and computational study of granular flow in a PBR has been performed. Continuous pebble re-circulation experimental set-up, …

Advanced And Novel Modeling Techniques For Simulation, Optimization And Monitoring Chemical Engineering Tasks With Refinery And Petrochemical Unit Applications, Gregory M. Robertson

LSU Doctoral Dissertations

Engineers predict, optimize, and monitor processes to improve safety and profitability. Models automate these tasks and determine precise solutions. This research studies and applies advanced and novel modeling techniques to automate and aid engineering decision-making. Advancements in computational ability have improved modeling software’s ability to mimic industrial problems. Simulations are increasingly used to explore new operating regimes and design new processes. In this work, we present a methodology for creating structured mathematical models, useful tips to simplify models, and a novel repair method to improve convergence by populating quality initial conditions for the simulation’s solver. A crude oil refinery application …

Catalytic Active Site, Mechanistic And Kinetic Studies Of Dry (Co2) Reforming Of Methane Over Lanthanum Zirconate (La2zr2o7) Pyrochlores, Devendra Pakhare

LSU Doctoral Dissertations

Dry (CO2) reforming of CH4 (DRM) produces commercially important synthesis gas (H2 and CO) with H2/CO ≤ 1, which can be used for synthesis of higher alkanes and oxygenates. DRM is highly endothermic and requires temperatures as high as 800°C-1000°C to attain high equilibrium conversions. A major problem associated with DRM is catalyst deactivation due to carbon deposition. Thus it is imperative that the catalyst used for DRM must resist deactivation due to sintering and carbon deposition. DRM is well studied in the literature over various catalysts, however, there is no literature, except the Ashcroft (1993) article, for DRM over …

Electrochemical Reduction Of Co2 On Supported Cu2o Catalysts, Joel Niño Galvez Bugayong

LSU Doctoral Dissertations

We have examined Cu-based catalyst materials that enable the conversion of CO2 to useful products such as fuels and chemical feedstocks by electrochemical reduction. In particular, we compared the electrocatalytic activity of supported Cu2O particles prepared using electrodeposition and wet chemical methods. The particles had cubic structure, ranging in size from 40 nm to 900 nm and consisting of low index planes. We observed significantly different product distribution on these catalysts compared to polycrystalline Cu, specifically for methane and ethylene formation. While Cu particles showed higher faradaic efficiency for methane formation compared to ethylene formation, we observed that Cu2O particles …

Rare Earth/Transition Metal Oxides For Syngas Cleanup, Rui Li

LSU Doctoral Dissertations

Syngas from gasification of biomass or biomass and coal is a potential source of renewable energy. However, byproducts such as H2S and tars must be removed before further utilization or processing of syngas. Rare earth oxides (REOs, e.g., Ce/LaOx (1.7< x <2)) mixed with transition metals (e.g., Mn, Fe) were synthesized by various methods, and in some cases supported on a thermally stable alumina. Both desulfurization and tar reforming experiments were conducted at high temperatures under similar conditions with synthetic effluents in order to achieve better heat integration and higher yield to desired products CO and H2. The sulfur capacities at temperatures from 900-1025 K with air regeneration were measured for repeat cycles until a stable, reversible capacity was obtained. The oxidized and sulfided (reduced) sorbents were characterized by XRD, XANES, XAFS, TPR and BET. Density functional theory calculations were used to aid in interpreting characterization data and in explaining the enhanced S adsorption capacities. The results showed that mixed REOs, such as Ce/Tb, and Ce/La synthesized by a templated sol-gel approach do not have high sulfur capacities. The presence of either CO2 or H2O inhibits the adsorption of H2S. However, addition of Mn to REOs effectively increased the sulfur capacity, and Mn-REO sorbents are regenerable even in the presence of air, although there is some sulfate formation. The formation of elemental sulfur during regeneration could be related to the oxygen vacancies promoted by doping Mn into the ceria lattice. DFT calculations suggested doping Mn into CeO2 decreased the vacancy formation energies and lowered the H2S adsorption energy. In contrast, for MnO-doped REOs supported on ã-Al2O3, although their surface areas remained high after multi-cycle usage, the probable formation of MnAl2O4 as observed by XANES reduces the sulfur capacities. Reforming experiments were carried out using synthetic syngas mixtures with C10H8 as a tar model compound, both with and without H2S. The results showed that CO2 and H2O inhibit the reforming activities to some extent. Fe- or Mn-doped supported REOs are promising tar cleanup catalysts. They exhibited higher sulfur tolerance, less coking, and less methanation than typical Ni-based high temperature reforming catalysts. This behavior is in part attributed to enhanced generation of oxygen vacancies in the doped REOs.

Poroelastic Inhomogeneities: Applications In Reservoir Geomechanics, Houman Bedayat

LSU Doctoral Dissertations

The scarce amount of conventional hydrocarbon reservoirs and increase of fuel consumption in the world have made production from unconventional hydrocarbon resources inevitable. Because of the low permeability of unconventional formations, fractures are the main paths for the fluid to flow. Therefore, detailed knowledge of the size, orientation, and permeability of the fracture systems are essential for reservoir engineers. Permeability of the fractures is function of their volume and opening, and stress and fluid pore pressure distribution in the formation. Since reservoir pressure may change over the production life of the reservoir, studying stress redistribution and mechanical behavior of the …

Applications Of Cfd Simulations On Studying The Multiphase Flow In Microfluidic Devices, Yuehao Li

LSU Doctoral Dissertations

Microfluidics has been extensively investigated as a unique platform to synthesize nanoparticles with desired properties, e.g., size and morphology. Compared to the conventional batch reactors, wet-chemical synthesis using continuous flow microfluidics provides better control over addition of reagents, heat and mass transfer, and reproducibility. Recently, millifluidics has emerged as an alternative since it offers similar control as microfluidics. With its dimensions scaled up to millimeter size, millifluidics saves fabrication efforts and potentially paves the way for industrial applications. Good designs and manipulations of microfluidic and millifluidic devices rely on solid understanding of fluid dynamics. Fluid flow plays an important role …

Utilizing Reversible Addition Fragmentation Chain Transer For The Synthesis Of Polymeric Gene Delivery Vehicles, Jared Spoons

Honors Theses

There are many techniques used today to make a variety of polymers but this thesis investigates the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization technique and illustrates the advantages and importance of using RAFT polymerization technique to make the desired polymer. The research focused on two monomer units that were to form the diblock copolymer; the hydrophilic part, oligo(ethylene glycol) methacrylate, and the cationic hydrophobic part 2-diethylaminoethyl methacrylate. The goal was to produce a target diblock copolymer with a Mn value of 44K and a PDI under 1.5 with the block sizes being a 35K Mn OEGMA chain and a 9K …

Volume Swing Frequency Response Method For Determining Mass Transfer Mechanisms In Microporous Adsorbents, Mohammad Iftekhar Hossain

Theses and Dissertations

Because of their numerous important applications in industrial catalytic, separation, and purification processes, miroporous materials have attracted considerable attention. Understanding the dynamic behavior of various gases in these porous materials is a critical step in designing, developing and effective operation of such kind of industrial processes. Frequency response (FR) methods have proven to be one of the best recently developed techniques and have been widely used to investigate kinetics behavior of various gas-solid systems due to their ability to discriminate among different rate limiting mechanisms. The current work has been focusing on the development of a volume swing frequency response …

Development Of A Pressure Swing Adsorption Process For Co2 Capture From Flue Gas Using Solid Amine Sorbents, Anahita Abdollahi Govar

Theses and Dissertations

Solid amines are comprised of adsorbent materials, like silica gel, that contain amine based organic compounds, either physically or chemically, attached within their pores. The major characteristic of these sorbents that makes them interesting for CO₂ capture from flue gas is that unlike zeolites they are not negatively affected by the presence of water. The current work has been focusing on the development of a novel PSA cycle for CO₂ capture from flue gas using a solid-amine sorbent composed of PEI physically immobilized on a commercial silica substrate. The goal was to achieve > 90% recovery and > 95 vol. …

Synthesis And Reactivity Of Hy Zeolite-Supported Rhodium Complexes, Artem D. Vityuk

Theses and Dissertations

The growing interest in the design of heterogeneous analogs of highly active and selective homogeneous catalysts prompted researchers to invest significant efforts in understanding of synthetic pathways, structure, and reactivity of supported single-site metal complexes. Synthesis of catalytically active organometallic species on solid supports with properties resembling those of their homogeneous counterparts could offer the opportunities to perform efficiently the solution organic reactions by utilizing flow instead of batch reactors. In this regard, rhodium carbonyl complexes and their derivatives are viewed as very attractive candidates for heterogenization due to their extensive application as catalysts for variety of industrially important reactions. …

Metathesis Reaction Of Ethylene And 2-Butene On Molybdenum-Based Catalysts, Benjamas Netiworaruksa

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

This dissertation studies and develops the supported molybdenum catalyst for metathesis reaction of ethylene and 2-butene to produce propylene. It was found that the major factor affecting the catalytic performance for metathesis reaction is the catalyst support. From this study, it was firstly revealed that the suitable support for molybdenum-based catalyst is the mixed support of alumina and zeolite. The catalyst containing alumina support prepared from aluminium nitrate physically mixed with HBeta support could provide high selectivity of propylene. The optimum ratio of the composite support of alumina and zeolite was 3:1. However, the most optimum support obtaining propylene selectivity …

การประมาณค่าสภาพด่างฟีนอล์ฟทาลีนและค่าสภาพกรดรวมในกระบวนการเตรียมพื้นผิวชิ้นงานด้วยวิธีการถดถอยบางส่วนกำลังสองน้อยที่สุด, ชลธร ช้างพิงงา

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

ในกระบวนการเคลือบสี กระบวนการเตรียมพื้นผิวชิ้นงาน (Pretreatment process) เป็นการดำเนินงานที่สำคัญมากงานหนึ่ง ประกอบด้วยขั้นตอนการล้างด่าง (Degreasing step) เพื่อล้างเอาฝุ่นรวมถึงคราบไขมันออกจากชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ และขั้นตอนการเคลือบผิวโลหะ (Coating step) เพื่อเพิ่มพฤติกรรมการต้านทานการกัดกร่อนของโลหะ กระบวนการนี้ใช้สารเคมีเป็นจำนวนมาก ส่งผลให้เกิดมลภาวะทางน้ำ และเกิดค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องในการบำบัดน้ำเสีย ความสามารถในการควบคุมเข้มข้นของสารละลายในกระบวนการเตรียมพื้นผิวชิ้นงานให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมก่อให้เกิดการใช้สารเคมีอย่างมีประสิทธิผล และส่งผลถึงคุณภาพของผลิตภัณฑ์ ความเข้มข้นของสารทำความสะอาดในบ่อล้างไขมันสามารถตรวจวัดได้ด้วยการไตเตรทค่าสภาพด่างฟีนอล์ฟทาลีน (Phenolphthalein Alkalinity: P-Alkalinity) และความเข้มข้นของสารละลายบ่อการเคลือบผิวสามารถตรวจวัดได้โดยการไตเตรตค่าสภาพกรดรวม (Total-Acidity) กระบวนการนี้ทำโดยคนนำมาซึ่งความผิดพลาดที่ไม่น่าพอใจ ดังนั้นการควบคุมความเข้มข้นของสารละลายในบ่อทั้งสองจึงกลายเป็นเรื่องที่ยากมากื งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นการประมาณค่าสภาพด่างฟีนอล์ฟทาลีน และค่าสภาพกรดรวม ซึ่งแสดงถึงความเข้มข้นของสารละลายในบ่อล้างไขมันและบ่อเคลือบผิวตามลำดับ โดยอาศัยตัวแปรที่วัดค่าได้ ค่าความเป็นกรด-ด่าง ค่าสภาพการนำไฟฟ้า ค่าความหนาแน่น และอุณหภูมิ กระบวนเตรียมพื้นผิวชิ้นงานของโรงงานแห่งหนึ่งในอุตสาหกรรมผลิตเครื่องปรับอากาศจะนำมาใช้เป็นกรณีศึกษา วิธีการประมาณนี้จะอาศัยหลักการทางสถิติ และวิธีการถดถอยบางส่วนกำลังสองน้อยที่สุด (Partial Least Squared Regression: PLS) งานวิจัยพบว่าวิธีนี้จะให้ค่าประมาณสภาพด่างฟีนอล์ฟทาลีน และค่าสภาพกรดรวมที่มีค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดอยู่ที่ร้อยละ 7.45 และ 4.29 ตามลำดับ

อิทธิพลของสารต้านจุลินทรีย์ซิงค์ออกไซด์และคาร์วาครอลต่อสมบัติของบรรจุภัณฑ์อาหารที่เตรียมจากพอลิบิวทิลีนซัคซิเนต, ศสิณี วิบูรณวงศ์

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

พอลิบิวทิลีนซัคซิเนต (PBS) เป็นพลาสติกย่อยสลายได้ทางธรรมชาติกลุ่มพอลิเอสเทอร์ ที่มีสมบัติใกล้เคียงกับพลาสติกจากปิโตรเคมี งานวิจัยนี้มุ่งพัฒนาฟิล์มบรรจุภัณฑ์อาหาร PBS ที่สามารถต้านเชื้อจุลินทรีย์ได้โดยการเติมสารต้านจุลินทรีย์ 2 ชนิด คือ ซิงค์ออกไซด์ (ZnO) ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มสารต้านจุลินทรีย์จากสารเคมี และคาร์วาครอล (Carvacrol) ซึ่งเป็นสารต้านจุลินทรีย์จากธรรมชาติ งานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของปริมาณสารต้านจุลินทรีย์แต่ละชนิด ร้อยละ 2, 4, 6, 8 และ10 โดยน้ำหนัก ต่อการยับยั้งเชื้อ E.coli (แบคทีเรียแกรมลบ) และ S.aureus (แบคทีเรียแกรมบวก) พร้อมทั้งศึกษาอิทธิพลของความหนาของฟิล์ม PBS ที่ผสมสารต้านเชื้อจุลินทรีย์แต่ละชนิด ระดับความหนา 50 75 และ 100 ไมโครเมตร ต่อสมบัติเชิงกลและการยับยั้งเชื้อ ผลการทดสอบบริเวณยับยั้งเชื้อ (Clear zone) ด้วยวิธีการแพร่ในอาหารเลี้ยงเชื้อแบบแข็ง (Agar diffusion method) พบว่า เริ่มพบบริเวณยับยั้งเชื้อ S.aureus และพบบริเวณยับยั้งเชื้อ E.coli เมื่อเติม ZnO ร้อยละ 6 โดยน้ำหนัก สำหรับฟิล์มหนา 50 ไมโครเมตร ในทำนองเดียวกัน เริ่มพบบริเวณยับยั้งเชื้อ S.aureus เมื่อเติม Carvacrol ร้อยละ 4 โดยน้ำหนัก แต่เริ่มพบบริเวณยับยั้งเชื้อ E.coli เมื่อเติม Carvacrol ร้อยละ 6 โดยน้ำหนัก ผลการทดสอบสมบัติเชิงกล พบว่า ฟิล์ม PBS/ZnO มีระยะยืด ณ จุดขาดและความต้านทานแรงกระแทกลดลง เมื่อปริมาณ ZnO มากขึ้น เพราะอนุภาค ZnO เป็นสารอนินทรีย์ที่มีความแข็งมากกว่า PBS และ ZnO มิได้สร้างพันธะยึดติดกับ PBS ดังยืนยันโดยผลทดสอบ FTIR การตรวจดูระดับจุลภาค พบ ZnO จับตัวเป็นกลุ่มก้อนเมื่อปริมาณ ZnO …

Effect Of Additives In Lubricant On Cobalt-Iron Alloy Lapping, Wiraya Anamnart

Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

To maintain this flying height of read-write head (called slider) at 12 nm across the disk, read and writer elements will be lapped to meet designed surface roughness, surface topography, as well as magnetic property. The writer element was made from cobalt-iron alloy (CoFe). Final lapping process of sliders uses lubricant to control surface morphology and to avoid corrosion. The aim of this study was to determine the effect of additives on corrosion protection of CoFe. The corrosion was studied by potentiostat technique and atomic force microscopy (AFM). Water content was determined by Karl Fischer method. Thin film passivation was …

Plasma Processes And Polymers Special Issue On: Plasma And Cancer, Mounir Laroussi, Michael Keidar

Electrical & Computer Engineering Faculty Publications

During the last two decades, research efforts on the application of low temperature plasmas in biology and medicine have positioned nonequilibrium lowtemperature plasmas as a technology that has the potential of revolutionizing healthcare.[1,2] Low temperature plasmas can be applied in direct contact with living tissues to inactivate bacteria,[3] to disinfect wounds and accelerate wound healing,[4] and to induce damage in some cancer cells.[5–11]

Modelling Of Biomass Gasification Integrated With A Solid Oxide Fuel Cell System, Wayne Doherty

Doctoral

Biomass is of major interest as a renewable energy source in the context of climate change and energy security. Traditional biomass conversion technologies achieve low electrical efficiencies. Biomass gasification (BG) coupled with fuel cells offer higher efficiencies. Gasification is a process in which a carbonaceous fuel is converted to a combustible gas. It occurs when a controlled amount of oxidant is reacted at high temperatures with available carbon in a fuel within a gasifier. Two technologies (circulating fluidised bed air gasification and dual fluidised bed steam gasification) were modelled. Solid oxide fuel cells (SOFCs) are well suited to integration with …