Identificeerbaarheid van parameters in modelleren van anaerobe vergisting van biomassa

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Identificeerbaarheid van parameters in modelleren van anaerobe vergisting van biomassa"

Jasper Jansen
6 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Masterproef onderwerpen Promotoren Jan Degrève (CIT), Raf Dewil (Lessius Denayer) (ikv phd Joost Lauwers) Identificeerbaarheid van parameters in modelleren van anaerobe vergisting van biomassa Situering/probleemstelling: Anaerobe vergisting is één van de meest beloftevolle technologieën voor de energetische valorisatie van natte biomassastromen. Verscheidene mathematische modellen werden reeds ontwikkeld voor de beschrijving van anaerobe vergistingsprocessen. Het meest geavanceerde beschikbare model is het Anaerobic Digestion Model 1 (ADM1), ontwikkeld door een taskgroup van de International Water Association (IWA). Dit model heeft als voornaamste doelstelling een generisch platform te bieden dat als basis dient voor de ontwikkeling van specifieke toepassingen. Het model werd intussen reeds door verscheidene auteurs aangevuld en gewijzigd om de performantie te verbeteren naar verschillende biomassasoorten zoals olijfpulp, varkensmest en fruitpulp. In zijn huidige vorm is het model echter zeer complex, bevat het een groot aantal parameters en is het daarom weinig praktisch bruikbaar. Een groot aantal parameters in het model zijn bovendien niet indentificeerbaar, wat wil zeggen dat ze niet individueel bepaald kunnen worden door het uitvoeren van experimenten. Een eenvoudig voorbeeld om dit concept te illustreren is het volgende eenvoudige model Het is onmogelijk om a en b afzonderlijk te bepalen op basis van de metingen van de uitgang y(t) en/of de toestanden de afzonderlijke parameters (x(t) en u(t)). Door echter ab te combineren in β wordt het model wel identificeerbaar, i.e. β is uniek te bepalen. Doel/opdracht van de thesis: Deze masterproef is erop gericht om de identificeerbaarheid van het ADM1-model voor anaerobe vergisting na te gaan en hierdoor de complexiteit van het model te reduceren zodat het meer praktisch toepasbaar wordt voor industriële installaties. Er zal voornamelijk gebruik gemaakt worden van een modelimplementatie in Matlab voor het uittesten en valideren van verschillende technieken voor parameterreductie. Door middel van een aantal gerichte experimenten, zal een dataset worden gegenereerd die tevens gebruikt kan worden voor het schatten van de resterende parameters en de validatie van de bekomen modellen. Tools: Matlab. Dit onderwerp is geschikt voor 1 persoon.

Masterproef onderwerpen 2011-2012 Promotoren Jan Degrève (CIT), Jan Luyten (Lessius Denayer) (ikv phd Wim Van de Moortel) Simulatie en evaluatie van fotochemische reactoren

3 Masterproef onderwerpen Promotoren Jan Degrève (CIT), Jan Luyten (Lessius Denayer) (ikv phd Wim Van de Moortel) Simulatie en evaluatie van fotochemische reactoren Situering/probleemstelling: Een belangrijke klasse van Advanced Oxidation Processes (AOP s) maken gebruik van UV-licht voor een verhoogde productie van hydroxylradicalen (OH*). De simulatie en optimalisatie van UV-gebaseerde reactoren is echter niet evident aangezien: i) de lichtintensiteit varieert met de plaats in de reactor, ii) de reactiekinetica afhankelijk is van lokale concentraties en van lichtintensiteit, iii) de aanwezigheid van UV-lampen het stromingsprofiel beïnvloedt. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties vormen een uitweg om deze reactoren te beschrijven en de performantie ervan te kunnen berekenen. Voor de beschrijving van UVintensiteit als functie van de plaats in de reactor worden echter verschillende empirische en semi-empirische correlaties voorgesteld in de literatuur. Daarnaast bestaan er eveneens verschillende modellen voor de beschrijving van de stroming (propstroming, laminair, turbulent, expliciete aanwezigheid van pakking meenemen, of niet). Tenslotte worden verschillende reactiemechanismen beschreven voor de productie van hydroxylradicalen. Doel/opdracht van de thesis: De bedoeling van deze masterproef is om deze verschillende modellen te evalueren en de gelijkenissen en verschillen in kaart te brengen. Op basis van enkele gerichte experimenten kan een gefundeerde keuze gemaakt worden tussen deze modellen. Tools: Comsol Multiphysics ( met Chemical Reaction Engineering module. Dit onderwerp is geschikt voor 1 persoon.

4 Simulation of flow around UV-lamp (left) and of spatial distributin of reaction rate (right)

5 Masterproef onderwerpen Promotoren Jan Degrève (CIT), Jan Luyten (Lessius Denayer) (ikv phd Pieter Van Aken) Naar een structuur-activiteit relatie voor de beschrijving van radicaalreacties bij Advanced Oxidation Processes Situering/probleemstelling: Advanced Oxidation Processes (kortweg AOP s) worden in de waterzuivering toegepast om recalcitrante componenten te verwijderen. AOP s zijn gebaseerd op de vorming van hydroxylradicalen (OH*) uit een primair oxidans (zoals bvb. O 3, H 2 O 2, ). De gevormde hydroxylradicalen zijn zeer reactief en reageren snel met de meeste organische componenten, onder andere met electronrijke plaatsen in het target molecule. Zo worden hoge reactiesnelheidsconstanten gevonden voor onverzadigde alifatische moleculen en aromatische verbindingen. De aanwezigheid van bepaalde functionele groepen op de target moleculen zal de reactiviteit beïnvloeden. De molecuulstructuur bevat dus informatie over de reactiesnelheid van deze component met hydroxylradicalen. Doel/opdracht van de thesis: De bedoeling van deze masterproef bestaat er dan ook in een structuur-activiteit relatie te formuleren en te evalueren voor een a-priori schatting van de reactiesnelheidsconstante voor organische (aromatische) componenten met hydoxylradicalen. Hiervoor zijn ruime experimentele data beschikbaar (op dit moment een 80-tal). Een grondige literatuurstudie zal vooraf uitgevoerd worden om gepaste theoretische modellen te identificeren en uit te kiezen. Het gebruik van een soort van groepcontributiemethode behoort tot de mogelijkheden. Om de parameterfitting te doen kan een deel van de beschikbare experimenten gebruikt worden als training set, en kan het overige deel dienst doen als validatie set. Tools: Optimalisatie, fitting, parameterschatting, sensitiviteitsanalyse met Matlab of alternatief geschikte software. Dit onderwerp is geschikt voor 1 persoon.

6 .

7 Een vrucht kan worden beschouwd als een bioreactor waarin suikers worden geconverteerd tot water en CO 2 tijdens de adem haling. Aanvoer van O 2 en afvoer van CO 2 zijn nodig voor het in stand houden van de ademhalingsactiviteit. Om dit te faciliteren bezit de vrucht over een complex netwerk van intergeconnecteerde porien in het vruchtvlees - de zogenaamde intercellulaire ruimte. Inzicht in dit transport is van belang voor het optimaliseren van de bewaring van vruchten over langere periode (tot 1 jaar) in grote koelruimten. De experimentele meting van gastransport wordt bemoeilijkt door de complexiteit en beschikbaarheid van de benodigde apparatuur voor niet-destructive meting van de gasverdeling. Dergelijke nadelen kunnen voorkomen worden door het gebruik van wiskundige model Ien en numerieke simulatie. Modelleren van gastransport waarbij expliciet rekening wordt gehouden met de microscopische structuur van de vrucht zal resulteren in meer betrouwbare en verklarende modellen, die toelaten het inzicht te vergroten en verbeterde en nieuwe procedures te ontwikkelen voor het behoud van de productkwaliteit tijdens de lange bewaring. In continuummodellen wordt gastransport op microschaal gemodelleerd met behulp van transportvergelijkingen (diffusie, diffusie-convectie) op basis van 3-D geometrische model Ien van de intercellulaire ruimte. Deze laatste werden bekomen met behulp van synchrotron microtomografie met een resolutie van beter dan 1 micrometer en zijn beschikbaar in de onderzoeksgroep. De transportvergelijkingen worden dan gediscretiseerd in deze geometrie met behulp van de eindigeelementenmethode. Hiertoe wordt de software-omgeving COMSOL Multiphysics gebruikt. Een discreet alternatief is een netwerkmodel, waarbij de intercellulaire ruimte wordt gemodelleerdals een netwerk van porien die verbonden zijn met kanaaltjes. In elk kanaal wordt transport vervolgens berekend met de wet van Hagen-Poiseuille, hetgeen resulteert in een groot stelsel van algebra'ische of differentiaalvergelijkingen dat numeriek dient opgelost te worden. De doelstelling van deze thesis is het vergelijkingen van deze twee methoden voor het berekenen van gastransport in vruchtweefsel. De activiteiten zijn: '. Aanpassing van een bestaand continuummodel voor gastransport in vruchtweefsel in COMSOL Multiphysics Implementatie van een netwerkmodel voor gastransport Verwerking van synchrotron-tomografische beelden en schatting van de netwerktopologie Validatie van de modellen aan de hand van gasdiffusiemetingen (beschikbaar in de groep) Vergelijking van beide modellen Plaats van uitvoering: MeBioS, de Croylaan 42 Aantal studenten: 1 tot 2

Vergelijkbare documenten

Afbreken van geneesmiddelen kan met veel minder energie

14 maart 2015 Afbreken van geneesmiddelen kan met veel minder energie Bas Wols, Roberta Hofman-Caris, Erwin Beerendonk en Danny Harmsen (KWR Watercycle Research Institute), Ton van Remmen (Van Remmen UV