1. Incorporating enriched empirical models into optimization algorithm to enhance biogas productionTina Kegl, Andreja Goršek, Darja Pečar, 2025, izvirni znanstveni članek Opis: This paper introduces a novel approach to optimization of the anaerobic co-digestion (AcoD) process by developing enriched versions of first-order kinetic, modified Gompertz, and single-stage combined kinetic models. The key innovation of these enriched models lies in the introduction of new kinetic parameters that depend on both temperature and substrate composition, resulting in a set of new model parameters. These parameters are calibrated simultaneously across various process conditions, unlike existing models where kinetic constants are calibrated for only one operating regime. The enriched models are successfully calibrated and validated with experimental data from a batch AcoD of chicken manure with sawdust and fungal-pretreated Miscanthus; the relative index of agreement is higher than 0.99 for the produced biogas under all considered process conditions. By using the calibrated models to optimize the substrate composition and the AcoD process temperature profile, the results indicate that biogas production can increase by up to 50 %. Moreover, the proposed optimization allows for a favorable cost-benefit ratio; the estimated net energy gain can increase by up to 40 %. The proposed enriched models enable accurate prediction of biogas production at various process conditions and optimization of the AcoD process, representing a significant advancement over existing empirical models.
Ključne besede: biogas production, Pleurothus ostreatus, kinetic model parameters calibration, process optimization, gradient-based optimization, energy trade-offs
Objavljeno v DKUM: 29.05.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 0
 Povezava na datoteko |
2. Integracija sušilnika z uparjalnikom pri proizvodnji sladkorja : magistrsko deloTija Mrak, 2025, magistrsko delo Opis: Trajnostno načrtovanje sistemov postaja vedno bolj pomembno za nadaljnji razvoj sodobne družbe. Da bi dosegli cilje trajnostnega razvoja (SDG) v naslednjem desetletju, je treba obravnavati različne cilje, vključno z gospodarskimi, okoljskimi in socialnimi vprašanji.
V magistrski nalogi smo obravnavali problem rekonstruiranja obstoječega procesa proizvodnje sladkorja v Ormožu, ki je sestavljen iz več procesov. Naša naloga je bila v kemijskem procesu integrirati sušilnik z uparjalnikom. Vodna para je kot stranski produkt izhajala v ozračje, saj obrati v preteklosti niso bili povsem energijsko, ekonomsko in učinkovito zgrajeni. Proces smo želeli izboljšati s tako, da bi nam para služila kot vir dohodka.
V prvem delu smo primerjali dejanski in integriran kemijski proces. Prikazali smo realni proces proizvodnje ter našo idejno integracijo. Pri tem smo dejanske podatke poskušali preveriti s programsko opremo Aspen Plus. Obstoječi uparjalnik se segreva z nizko-tlačno paro, pridobljeno iz peči. Dejanski sistem segrevanja uparjalnika bi lahko nadomestili z integracijo sušilnika z uparjalnikom, da zvišamo vhodno temperaturo zraka v sušilnik za 40 °C, s tem se tudi zviša segrevanje za 40 °C v peči, ki segreva zrak pred vtokom v sušilnik.
V drugem delu smo naredili še ekonomični izračun, da smo lahko potrdili, ali bi se nam simulacija dejanskega procesa izplačala. Izračuni so nam podali rezultate, da bi integriran proces ustvaril višje prihodke kot odhodke.
Kot končni rezultat smo ugotovili, da bi dejanski proces proizvodnje sladkorja lahko izboljšali z integracijo obstoječega procesa.
Ključne besede: integracija, rekonstrukcija, optimiranje, Aspen Plus, sladkor
Objavljeno v DKUM: 03.02.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 30
 Celotno besedilo (1,92 MB) |
3. Modeling and optimization of anaerobic digestion technology : current status and future outlookTina Kegl, Eloisa Torres Jiménez, Breda Kegl, Anita Kovač Kralj, Marko Kegl, 2025, pregledni znanstveni članek Ključne besede: renewable energy, anaerobic digestion, biogas plant, mathematical models, optimization algorithms, products utilization
Objavljeno v DKUM: 31.01.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 14
Celotno besedilo (19,46 MB) |
4. Mathematical model-based optimization of trace metal dosage in anaerobic batch bioreactorsTina Kegl, Balasubramanian Paramasivan, Bikash Chandra Maharaj, 2025, izvirni znanstveni članek Opis: Anaerobic digestion (AD) is a promising and yet a complex waste-to-energy technology. To optimize such a process, precise modeling is essential. Developing complex, mechanistically inspired AD models can result in an overwhelming number of parameters that require calibration. This study presents a novel approach that considers the role of trace metals (Ca, K, Mg, Na, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb, and Zn) in the modeling, numerical simulation, and optimization of the AD process in a batch bioreactor. In this context, BioModel is enhanced by incorporating the influence of metal activities on chemical, biochemical, and physicochemical processes. Trace metal-related parameters are also included in the calibration of all model parameters. The model’s reliability is rigorously validated by comparing simulation results with experimental data. The study reveals that perturbations of 5% in model parameter values significantly increase the discrepancy between simulated and experimental results up to threefold. Additionally, the study highlights how precise optimization of metal additives can enhance both the quantity and quality of biogas production. The optimal concentrations of trace metals increased biogas and CH4 production by 5.4% and 13.5%, respectively, while H2, H2S, and NH3 decreased by 28.2%, 43.6%, and 42.5%, respectively.
Ključne besede: anaerobic digestion, batch bioreactor, methane production, model parameters calibration, active set optimization method, perturbation of model parameter, gradient based optimization, trace metals
Objavljeno v DKUM: 30.01.2025; Ogledov: 0; Prenosov: 3
Celotno besedilo (4,66 MB) |
5. Proizvodnja sintetičnega bencina iz trdnih komunalnih odpadkov : magistrsko deloMonika Uremović, 2024, magistrsko delo Opis: Fosilna goriva so neobnovljivi energetski viri (premog, nafta, zemeljski plin in njihovi derivati), ki so nastali iz starodavnih rastlin in živali. Ta goriva so ključna za današnjo energetsko porabo, saj zagotavljajo okoli 80 % svetovne energije. Kljub njihovemu prispevku k industrializaciji in razvoju imajo negativen vpliv na okolje in podnebje, saj sproščajo ogljik v atmosfero. Fosilna goriva so omejen vir, ki se ne more hitro obnavljati, zato postaja prehod na obnovljive vire, kot sta sončna in električna energija, vse bolj nujen.
Naraščajoče svetovno prebivalstvo povzroča hitro večanje števila trdnih komunalnih odpadkov in s tem povezanih problemov ‒ onesnaževanje okolja, naraščajoči stroški in kopičenje odlagališč z odpadki. V ta namen bi v okviru krožnega gospodarstva razvili alternativne načine obdelave, s katerimi bi zmanjšali količino odpadkov in jih pretvorili v različne vrste energij.
Namen magistrskega dela je izvesti različne simulacije proizvodnje sintetičnega bencina iz trdnih komunalnih odpadkov, od sortiranih, delno sortiranih do nesortiranih, s pomočjo programa Aspen Plus pri različnih pogojih obratovanja (tlak in temperatura).
Najprej smo izvedli simulacije proizvodnje sintetičnega bencina pri sortiranih trdnih komunalnih odpadkih, kjer smo nadalje opazovali vpliv na proizvodnjo s spreminjanjem temperature oziroma tlaka. Nato smo izvedli še simulacijo proizvodnje sintetičnega bencina iz sortiranih trdnih komunalnih odpadkov z uporabo ogljikovega dioksida, predhodno pridobljenega iz dimnih plinov s separacijo na koloni PSA. Na koncu smo izvedli še simulacije proizvodnje sintetičnega bencina iz delno in še nesortiranih trdnih komunalnih odpadkov.
Ugotovitve so pokazala, da so bili najboljši rezultati pri simulaciji proizvodnje sintetičnega bencina iz sortiranih trdnih komunalnih odpadkov z uporabo ogljikovega dioksida iz dimnih plinov, ki je bil predhodno pridobljen s separacijo na koloni PSA. Prav tako so rezultati pokazali, da se proizvodnja zmanjšuje s povečanjem temperature pri istem tlaku in obratno povečuje s povečanjem tlaka pri isti temperaturi.
Ključne besede: sintetičen bencin, sintezni plin, trdni komunalni odpadki, dimni plini, krožno gospodarstvo, simulacija, Aspen Plus
Objavljeno v DKUM: 09.10.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 37
Celotno besedilo (3,04 MB) |
6. Proizvodnja etanola iz bioplina : magistrsko deloAjda Raj Miloševič, 2024, magistrsko delo Opis: V zadnjem času se pospešeno raziskujejo možnosti pridobivanja energije, goriv in raznih kemikalij iz bioplina. Bioplin, ki je sestavljen predvsem iz CH4 in CO2, lahko uporabimo za proizvodnjo sinteznega plina, iz katerega pa lahko pridobivamo etanol. Etanol se lahko uporablja kot alternativno gorivo za motorna vozila in za ogrevanje stanovanj. V hrani in pijači deluje kot konzervans ali sredstvo za aromatiziranje. Prav tako pa se pogosto uporablja kot surovina v kemijski in farmacevtski industriji.
V okviru magistrske naloge smo obravnavali proizvodnjo etanola iz bioplina. Osnovni cilj magistrske naloge je bil določiti optimalne pogoje za proizvodnjo etanola iz bioplina s pomočjo programa Aspen Plus. V ta namen smo izvedli numerično simulacijo proizvodnje etanola pri različnih obratovalnih pogojih (temperatura, tlak) in pri različnih sestavah vhodne surovine (količina dodanega CO2 in vodne pare). Z analizo teh vplivnih parametrov smo določili optimalne pogoje za proizvodnjo etanola.
Dobljeni rezultati kažejo, da največjo količino nastalega etanola dosežemo pri temperaturi 200 °C, tlaku 50 bar, količini dodanega CO2 300 kmol/h in pri količini dodane vodne pare 400 kmol/h. Pri teh optimalnih vrednostih vplivnih faktorjev se lahko količina proizvedenega etanola poveča tudi do 15 %.
Ključne besede: bioplin, sintezni plin, proizvodnja etanola, simulacija z Aspen Plus, optimiranje
Objavljeno v DKUM: 25.09.2024; Ogledov: 0; Prenosov: 27
Celotno besedilo (2,10 MB) |
7. |
8. Modeling and multi-objective optimization of forward osmosis processTina Kegl, Jasmina Korenak, Hermina Bukšek, Irena Petrinić, 2024, izvirni znanstveni članek Opis: In order to ensure efficient wastewater treatment and seawater desalination, adequate modeling and optimization of the forward osmosis (FO) process has the potential to be very helpful. This paper deals with the FO model parameters calibration and FO process optimization by a gradient-based optimization method. For this purpose, an upgraded FO model, which involves temperature- and agent-dependent parameters, was developed. The FO model calibration was done using NaCl as agents in draw solution, while MgCl2 was used for model validation. The agreements between simulated and measured FO performance were satisfactory; relative index of agreement are higher than 0.99. By using the proposed FO model, the optimization of FO process conditions was performed with various definitions of the objective and constraint functions. In case of maximizing the water flux, minimizing reverse solute flux, and fulfilling the required constraints, the ratio of water flux and reverse solute flux increased up to 40 % for NaCl and up to 20 % for MgCl2; meanwhile the effective osmotic pressure difference was improved 2-times for NaCl and up to 3.8-times for MgCl2. The optimization process proved to be stable and efficient and can easily be adapted or upgraded for more complex dynamic FO modeling.
Ključne besede: forward osmosis, modeling, model and process parameters, calibration procedure, gadient-based optimization
Objavljeno v DKUM: 23.08.2024; Ogledov: 67; Prenosov: 28
Celotno besedilo (12,72 MB)
Gradivo ima več datotek! Več... |
9. Primerjava med dejansko in simulirano katalitično proizvodnjo sinteznega plina : magistrsko deloEva Rozman, 2024, magistrsko delo Opis: Zaradi vse večjega števila prebivalstva, širjenja industrije in pospešene gospodarske rasti se poraba električne energije eksponentno povečuje. Večina elektrike je še vedno proizvedena iz neobnovljivih virov energije, predvsem iz fosilnih goriv. Ravno tako se na odlagališčih, v naravi in v morju kopiči vse več odpadkov, ki niso ali ne morejo biti reciklirani. S proizvodnjo sintetičnega plina iz trdnih komunalnih odpadkov, bi pripomogli k proizvodnji energije, ki bi vsaj delno pomagala ohranjati okolje.
Namen magistrske naloge je bila simulacija proizvodnje sinteznega plina z računalniškim programom Aspen Plus pri različnih sestavah vhodnih surovin in primerjava simulirane proizvodnje z dejansko proizvodnjo v industriji.
V prvem delu smo izvedli simulacijo s katero smo preverili točnost sistema. V drugem delu smo spreminjali razmerje trdnih komunalnih odpadkov in lesne biomase na vtoku v proizvodnjo.
Ugotovili smo, da so trdni komunalni odpadki in lesna biomasa bolj donosni kot zemeljski plin. Na sintezno pozitivno vpliva večja količina trnih komunalnih odpadkov in manjša količina vodne pare.
Ključne besede: sintezni plin, trdni komunalni odpadki, simulacija, Aspen Plus, lesna biomasa
Objavljeno v DKUM: 24.04.2024; Ogledov: 269; Prenosov: 63
Celotno besedilo (7,13 MB) |
10. Improvement of biogas production utilizing a complex anaerobic digestion model and gradient-based optimizationTina Kegl, Breda Kegl, Marko Kegl, 2024, izvirni znanstveni članek Opis: : Anaerobic digestion (AD) is a promising technology for renewable energy production from organic waste. In order to maximize the produced biogas quantity and quality, this paper deals with the optimization of the AD process in a CSTR bioreactor of a full-scale biogas plant. For this purpose, a novel approach was adopted coupling, a highly complex BioModel for AD simulation, and a gradient-based optimization method. In order to improve AD performance, the dosages of various types of biological additives, the dosages of inorganic additives, and the temperature in the bioreactor were optimized in three different scenarios. The best biogas quality was obtained using multi-objective optimization, where the objective function involves the following two conflicting objectives: the maximization of biogas production and minimization of the needed heating energy. The obtained results show that, potentially, the content of CH4 can be increased by 11%, while the contents of H2, H2S, and NH3 can be reduced by 30%, 20%, and 81% when comparing the simulation results with the experimental data. The obtained results confirm the usefulness of the proposed approach, which can easily be adapted or upgraded for other bioreactor types.
Ključne besede: additives, anaerobic digestion, approximation method, BioModel, complex substrate, gradient-based optimization, process conditions
Objavljeno v DKUM: 12.03.2024; Ogledov: 298; Prenosov: 35
Celotno besedilo (7,33 MB)
Gradivo ima več datotek! Več... |
