Combined On-Line and Run-to-Run Optimization of Batch Processes with Terminal Constraints

This paper describes the optimization of batch processes in the presence of uncertainty and constraints. The optimal solution consists of keeping certain path and terminal constraints active and driving the sensitivities to zero. The case where the terminal constraints have a larger bearing on the cost than the sensitivities is considered, for which a two-time-scale methodology is proposed. The problem of meeting the active terminal constraints is addressed on-line using trajectory tracking, whilst pushing the sensitivities to zero is implemented on a run-to-run basis. The paper also discusses the run-to-run improvement of trajectory tracking via iterative learning control. The proposed methodology is illustrated in simulation on a batch distillation system

Filament identification and dominance of Eikelboom Type 0092 in activated sludge from wastewater treatment facilities in Cape Town, South Africa

Routine characterisation of activated sludge and identification of the filamentous population by microscopic and/or other non-culture dependent techniques can assist in diagnosing the aetiology of poor performance of wastewater treatment works (WWTWs). In South Africa, most facilities rely solely on physicochemical indicators, treating reactors as ‘black-boxes’, with the result that process adjustments are often delayed, to the detriment of the environment. This study was performed in order to gain insight into the filamentous population found in activated sludge in Cape Town WWTWs, to compare these with other global and local literature findings, and to build capacity in this science. Physicochemical and plant performance parameters, in terms of nutrient removal and settling, were obtained from routine operational data and assessed in conjunction with the microscopic analyses of activated sludge samples taken over a 6-month period. Hypotheses on the links between filament types and/or plant  configurations and/or operational parameters were formulated using  existing literature. In order of prevalence, the five most common dominant filament species in 96 activated sludge samples were: Eikelboom Type  0092, Eikelboom Type 1851, nocardioforms, Microthrix parvicella and  Eikelboom Type 021N. In order to compile a statistically significant  database, it is recommended that an extensive nationwide study is  conducted to link filament types with plant configurations, operational parameters and geographical locations.Keywords: activated sludge, bulking, identification, filament, Type 009

Osseointegrative Eigenschaften einer Silberbeschichtung von Hüftendoprothesen bei Hunden

Im Rahmen der Tierversuche zur Untersuchung der osseointegrativen Eigenschaften von silberbeschichteten Endoprothesen wurden 10 Beagle Hunden eine silberbeschichtete Hüftendoprothese implantiert. 10 weiteren Hunden wurden zum Vergleich baugleiche Titan Prothesen implantiert. Die Tiere wurden nach einem Zeitraum von 12 Monaten der zyklischen Implantatbelastung eutanasiert und der biomechanischen Untersuchung zugeführt. 3 Hunde fielen aus dem Versuch heraus wegen Komplikationen, die zum Abbruch des Versuches führten. Mittels Pull-out Versuchen wurden die maximale Auszugskraft und die Steifigkeit für die silberbeschichteten- und die Titan Implantat-Knochen Strukturen bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass alle Silberimplantate durch geringe Auszugskräfte (0 - 186 N) imponierten, während alle Titanimplantate hohe Werte (1755 - 5967 N) erreichten

Optimierung einer Batch-Destillationskolonne unter Unsicherheiten basierend auf Messungen

C. Welz, B. Srinivasan, D. Bonvin Laboratoire d’Automatique Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne CH-1015 Lausanne, Schweiz O. Naef Département de Chimie Ecole d’Ingénieurs de Fribourg CH-1705 Fribourg, Schweiz Optimierung einer Batch-Destillationskolonne unter Unsicherheiten basierend auf Messungen Das Ziel der dynamischen Optimierung von binären Batch-Destillationskolonnen ist die Maximierung der Destillatmenge am Ende einer Charge bei gleichzeitiger Erfüllung der Endpunktbedingung für die Reinheit des Destillats. Das optimale Steuerungsprofil für das interne Rücklaufverhältnis (0 ≤ r ≤ 1) wird durch 2 Intervalle angenähert: 1) Anlaufphase mit vollem Rücklauf (r = 1), 2) Destillationsphase zur Produktion des Destillats (0 ≤ r ≤ 1). I m Fall von Prozessunsicherheiten muss eine konservative und suboptimale Prozessführungsstrategie gewählt werden, um die Endpunktbedingung zu erfüllen. Anstelle einer konservativen Strategie schlägt dieser Beitrag die Implementierung der notwendigen Optimalitätsbedingungen vor, die aus Rand- und SensibilitätsBedingungen bestehen. Entscheidend für das gegebene Optimierungsproblem ist es, d i e Randbedingungen zu erfüllen, insbesondere die Endpunktbedingung. Die Endpunktbedingung für die Reinheit des Destillats wird unter Verwendung von Messungen aktiv gehalten. Dies kann während einer Charge durch die Verfolgung eines Referenzprofils für die Reinheit des Destillats realisiert werden. Anstatt ein Modell zu aktualisieren, welches die Endpunktbedingung während der Destillation voraussagt, wird das System durch V e r f o l g u n g des Referenzprofils zu der Endpunktbedingung geführt. Dieses R e f e r e n z p r o f i l wird mit Hilfe eines Tendenzmodells des Systems bestimmt. U n s i c h e r h e i t e n in der Verdampfungsrate werden durch eine Vorregelung in Abhängigkeit von der Destillatmenge kompensiert, welche den Fortschritt der Destillation charakterisiert. Die Methode ist in der Lage, die Konservativität zu reduzieren und die Produktivität u n m i t t e l b a r zu steigern. Abbildung 1 zeigt die Verfolgung eines linearen Referenzprofils für die Reinheit des Destillats in einer Kolonne im Labormaßstab. Gegenüber einer suboptimalen Fahrweise mit konstanter Destillatzusammensetzung kann der Ertrag dabei um 11% gesteigert werden. Abbildung 1: Verfolgung einer Referenz für die Destillatzusammensetzung mit dem Ziel, die Endpunktbedingung zu erfüllen

Evaluation of Input Parameterization for Batch Process Optimization

For the optimization of dynamic systems, it is customary to use measurements to combat the effect of uncertainty. In this context, an approach that consists of tracking the necessary conditions of optimality is gaining in popularity. The approach relies strongly on the ability to formulate an appropriate solution model, i.e. an approximate parameterization of the optimal inputs with a precise link to the necessary conditions of optimality. Hence, the need to be able to assess the capability of a solution model to optimize an uncertain process. This paper introduces a loss function that can be used to verify the conjecture that the solution model derived from a simplified process model can be applied to a more rigorous process model with negligible loss in performance. This conjecture is tested in simulation via the dynamic optimization of a batch distillation column

VUV Photoionization Cross Sections of HO_2, H_2O_2, and H_2CO

The absolute vacuum ultraviolet (VUV) photoionization spectra of the hydroperoxyl radical (HO_2), hydrogen peroxide (H_2O_2), and formaldehyde (H_2CO) have been measured from their first ionization thresholds to 12.008 eV. HO_2, H_2O_2, and H_2CO were generated from the oxidation of methanol initiated by pulsed-laser-photolysis of Cl_2 in a low-pressure slow flow reactor. Reactants, intermediates, and products were detected by time-resolved multiplexed synchrotron photoionization mass spectrometry. Absolute concentrations were obtained from the time-dependent photoion signals by modeling the kinetics of the methanol oxidation chemistry. Photoionization cross sections were determined at several photon energies relative to the cross section of methanol, which was in turn determined relative to that of propene. These measurements were used to place relative photoionization spectra of HO_2, H_2O_2, and H_2CO on an absolute scale, resulting in absolute photoionization spectra