V prispevku je opisan nadgrajen koncept trajnostne metrike imenovane Trajnostni dobiček (ang. Sustainability Profit – SP) iz različnih mikro- in makroekonomskih perspektiv in kako ga lahko uporabimo za sintezo proizvodnih sistemov, da bi povečali njihovo krožnost. Nadgrajen koncept SP je predstavljen iz treh različnih perspektiv: mikroekonomske, ki predstavlja pogled podjetja, makroekonomske perspektive, združeni pogled podjetja in države (vlade) in širše makroekonomske z dodanim pogledom zaposlenih. Osnovni kazalniki krožnosti, ki merijo delež ponovno uporabljenih materialov in energije, so vključeni, da bi sintetizirali bolj trajnostne sisteme, ki vključujejo ponovno uporabo materialov in energije. Koncept je predstavljen na dveh primerih sinteze oskrbovalnih omrežij. Prvi primer je oskrbovalna mreža proizvodnje električne energije iz fosilnih in obnovljivih virov s stalnim povpraševanjem po električni energiji, drugi primer pa je obsežnejše oskrbovalno omrežje za proizvodnjo hrane, biogoriv in električne energije, ki temeljijo na obnovljivih virih, na območju srednje Evrope. Rezultati kažejo, da se s povečanjem SP z nadgrajenim konceptom, se daje prednost splošni krožnosti in pridobi se kompromis med stebri trajnosti. Študija bi se lahko v prihodnje razširila z upoštevanjem negotovosti, s podrobnejšo analizo okoljskih in socialnih dobičkov in z indikatorji krožnosti kot dobrimi orodji za podporo odločanju pri ocenjevanju trajnostnih proizvodnih sistemov.
COBISS.SI-ID: 21620246
Sinteza neizotermnih vodnih omrežij, ki zajemajo porabo vode, čiščenje odpadne vode in omrežje toplotnih prenosnikov, je aktivno raziskovalno področje procesne sistemske tehnike. Kljub temu pa so bili na omenjeno pomembno tematiko v zadnjem desetletju v literaturi objavljeni le skromni in omejeni pregledni prispevki. Delo predstavlja sistematski in celovit pregled prispevkov, ki so bili objavljeni v preteklih dveh desetletjih, in osvetljuje potencialne raziskovalne smernice raziskovalnega področja v prihodnosti. Pregled je uporaben za raziskovalce in inženirje, vpete v integracijo vode in energije z uporabo sistemskega pristopa, ki temelji na uščipni analizi, matematične programiranju in njuni kombinaciji.
COBISS.SI-ID: 19125270
Sinteza omrežij toplotnih prenosnikov je ključnega pomena za prihranke energije in njeno racionalno rabo. Večina do sedaj objavljenih del na obravnavano tematiko se osredotoča na procese z eno samo periodo obratovanja. V realnosti pa so kemijski procesi zaradi sprememb pogojev v okolju, zahtevah po zagonu in zaustavitvi itd. večperiodne narave. Za obravnavo takih procesov moramo uporabiti pristop, ki zagotovi obravnavanje njihove večdimenzionalne v kar največji meri. V prispevku smo z nadgradili superstrukturo , ki sta jo predstavila Yee & Grossmann (1990), za sintezo omrežij toplotnih prenosnikov z večperiodnim obratovanjem. Razili smo dvostopenjski pristop k reševanju predlaganega večperiodnih modelov MINLP. Metodo smo testirali na treh primerih iz literature. Dobljeni rezultati so pokazali, da so rešitve s predlaganim pristopom boljše od rešitev, objavljenih v literaturi, za dva od treh obravnavanih problemov.
COBISS.SI-ID: 20351254
V članku je predstavljena robustna računalniška metodologija za sintezo in načrtovanje fleksibilnih omrežij toplotnih prenosnikov (OTP) z velikim številom negotovih parametrov. V metodologiji so povezane različne hevristične metode, ki postopoma vodijo do fleksibilnih OTP ob določeni stopnji zaupanja. V prvem koraku tvorimo OTP pri nominalnih pogojih in zatem določimo tista oglišča, ki so kritična za fleksibilnost. Nato tvorimo znatno zmanjšan večscenarijski model za načrtovanje fleksibilnega OTP v nominalni točki, ki jim dodamo pogoje za fleksibilnost v kritičnih točkah. Optimalni načrt, ki ga dobimo, testiramo s stohastično Monte Carlo optimizacijo in izračunamo indeks fleksibilnosti z reševanjem enoscenarijskih problemov v zanki. Predstavljena metodologija je inovativna v tem, da sta število scenarijev in računalniški napor izjemno zmanjšana. Kljub različnim poenostavitvam pa ni zmanjšana zmožnost generiranja fleksibilnih OTP z velikim številom negotovih parametrov, ki so značilni za industrijo. Predstavljen je primer sinteze fleksibilnega OTP z 42 negotovimi parametri.
COBISS.SI-ID: 18589462
V članku preučujemo vpliv izmeničnega magnetnega polja na izločanje vodnega kamna na difuzorjih večstopenjske črpalke. Gre za realne vodovodne sisteme. Na laboratorijski testni napravi smo ustvarili enake pogoje, kot so v realnih črpalnih postajah vodovoda. Testna naprava je bila sestavljena iz dveh linij, ene kontrolne in druge, na katero smo namestili permanentni magnet. Preučevali smo vpliv intenzitete magnetnega polja, časa po magnetizaciji, temperature in indeksa nasičenja raztopine na nukleacijo in kristalizacijo kalcijevega karbonata. Oborino smo analizirali na rentgenu (XRD) in na vrstičnem elektronskem mikroskopu (SEM). Ugotovili smo, da je oborina iz kontrolne linije v obliki kalcita, medtem ko po magnetni obdelavi nastane ne-adhezivni aragonitni prah. Le-ta se zlahka odstrani s turbulentnim tokom vode skozi difuzor črpalke. Rezultati nakazujejo, da ima magnetno polje opazen učinek na proces transformacije klastrov v raztopini.
COBISS.SI-ID: 20523798
Predstavili smo metodo za sintezo omrežja masnih prenosnikov (OMP) vključno s kolonami z nasutjem. Simultana sinteza OMP se tipično izvaja z uporabo mešano-celoštevilske nelinearne programirne (MINLP) optimizacije s poenostavitvami v matematični predstavitvi izmenjevalcev zaradi računalniške težavnosti pri reševanju velikih nekonveksnih mešano-celoštevilskih problemov. Metoda, ki smo jo predlagali, uporablja superstrukturno MINLP formulacijo na osnovi stopenjskega pristopa za sintezo omrežja. Ta stopenjski superstrukturni model vključuje fiksne koeficiente prenosa snovi, fiksne premere kolon in model mešanja neenakomerne sestave, ter ne vključuje tlačnih padcev. Poenostavljen MINLP model je dodatno izboljšan s vključevanjem podrobnega individualnega dizajna kolone z nasutjem v nelinearnem programirnem (NLP) podoptimizacijskem koraku, kjer se uporablja ortogonalna kolokacija za parcialne diferencialne enačbe in optimalne veličine nasutja, premera kolone, višine kolone, tlačnih padcev in hitrosti tekočine. Podroben dizajn se potem uporablja za določevanje korekcijskih faktorjev, pri čemer posodobimo poenostavljen stopenjski superstrukturni model za natančnejši prikaz izbranega načrta. Ko smo MINLP posodobili s temi korekcijskimi faktorji, smo model ponovno zagnali s doseženimi novimi korekcijskimi faktorji. Ta iterativni postopek smo ponavljali, dokler nismo dosegli konvergence med namensko funkcijo MINLP modela in NLP podoptimizacijskega modela ali dokler nismo dosegli maksimalnega števila iteracij. Metodologijo smo uporabili na dveh primerih, kjer se je izkazala za robustno in učinkovito v generiranju novih topologij ter iskanju boljših omrežij, ki so fizično izvedljiva.
COBISS.SI-ID: 21152790
Čeprav so bile v zadnjih štiridesetih letih razvite različne metodologije za sintezo omrežij toplotnih prenosnikov (OTP), obstajajo še veliki izzivi, kot je npr. reševanje obsežnih problemov. Študija se osredotoča na sinteze velikih OTP z uporabo matematičnega programiranja za doseganje optimalnih rešitev blizu globalnim na osnovi dvostopenjskega MILP/MINLP pristopa. V prvi stopnji se uporabi mešani celoštevilski linearni programirni (MILP) model, TransHEN, ki daje globalno optimalno rešitev pri izbrani ?Tmin. S tem modelom se izberejo najbolj obetavni stiki na osnovi dopustnosti in sposobnosti. V drugi stopnji se stiki, ki so bili določeni v prvi stopnji z modelom TransHEN, uporabijo v mešanem celoštevilskem nelinearnem programirnem (MINLP) modelu, HENsyn, z reducirano superstrukturo za generiranje dopustnega omrežja. Študija prikazuje tudi simultano sintezo celotnih območij z neposrednim prenosom toplote med procesi in je prvi korak v širši sintezi celotnih območij z neposrednim in posrednim prenosom toplote. Za dosego tega cilja je potrebno orodje, ki je sposobno obdelati veliko število tokov. Nova procedura je bila preizkušena na več primerih, od katerih sta dva predstavljena v tem članku. Rezultati prvega primera so v območju najboljših rešitev, ki so jih dobili drugi avtorji. Drugi primer, ki vključuje 173 procesnih tokov in več vročih pogonskih sredstev, prikazuje uporabnost metode za reševanje velikih OTP.
COBISS.SI-ID: 21528598
V tej objavi je ocena tveganja upoštevana simultano med sintezo omrežja toplotnih prenosnikov (OTP). Ker je tveganje odvisno od izbrane opreme, smo preizkušali model, ki je omogočal izbor neposrednega in posrednega prenosa toplote med toplim in hladnim tokom ter različnih tipov toplotnih prenosnikov. Analizirali smo tveganje individualnega toplotnega prenosnika in celotnega OTP. Predstavili smo različne omejitve tveganja individualnih prenosnikov glede na tip prenosa, npr. med procesnimi tokovi ali med pogonskim sredstvom ter procesnim tokom. Najprej smo izvedli občutljivostno analizo z upoštevanjem toksičnosti kot tveganja, nato smo poleg toksičnosti simultano testirali še vnetljivost in eksplozivnost, s čemer smo upoštevali najbolj pomembne vidike varnosti. Doseženi rezultati kažejo, da znatne spremembe v načrtu OTP izboljšajo varnost, medtem ko dosegajo podobno ekonomsko učinkovitost.
COBISS.SI-ID: 20534806
Modelno glikozidno komponento kvercetin-3-O-rutinozid (rutin) smo izpostavili subkritični vodi v temperaturnem intervalu od (120 – 220) °C in analizirali produkte hidrotermičnega razpada. Razvili in primerjali smo dva kinetična modela, ki opisujeta degradacijo te komponente v dveh različnih atmosferah, potrebnih za vzdrževanje tlaka v reaktorju. Reakcijo smo obravnavali kot zaporedno s tremi delnimi ireverzibilnimi stopnjami. Potrdili smo, da razpad rutina v kvercetin sledi kinetiki prvega reda, le-ta pri višjih temperaturah dalje razpada po dvostopenjskem mehanizmu. Nastanka 3,4-dihidroksi benzojske kisline in katehola smo opisali s kinetiko nultega reda. Konstante reakcijske hitrosti hidrolize glikozida v aglikon so v atmosferi CO2 višje kot v prisotnosti N2, medtem ko so konstante reakcijskih hitrosti obeh nadaljnjih zaporednih reakcij degradacije aglikona pri višjih temperaturah nekoliko nižje v CO2 atmosferi. Pri obeh plinih so aktivacijske energije podobne. Nadalje smo ugotovili, da po obdelavi v vodni raztopini, poleg produkta degradacije glukoze, t. j. 5-hidroksimetilfurfurala, nastajajo tudi večje količine 5-metilfurfurala.
COBISS.SI-ID: 29993767
V zadnjih letih je potekalo veliko raziskav na področju razvoja novih naprednih metod z uporabo mikroskopije na atomsko silo (AFM). AFM je po 20 letih razvoja prešel začetne težave in se izkazal kot odlično, če že ne nepogrešljivo orodje za proučevanje pojavov na nanoskali, vključno s kvantitativnimi študijami na posamičnih molekulah. Številne nove metode na osnovi AFM igrajo danes ključno vlogo pri izumu novih zdravil, njihovih dostavnih sistemov, ter pri iskanju novih izvorov bolezni na molekulskem nivoju. Takšne sodobne napredne študije so odličen primer interdisciplinarnega raziskovanja, ki pogosto rezultira v izvrstnih publikacijah in ključnih odkritjih, povezanih z nastankom novih bolezni in pristopov k njihovemu zdravljenju. V tem pregledu smo se osredotočili predvsem na raziskave v zadnjem desetletju. Kljub temu pa nekaterih ključnih preteklih odkritij, ki so osnova za današnji pomen in razširjenost AFM, nismo zaobšli.
COBISS.SI-ID: 19422230