Validation of plant dynamic model by online and laboratory measurements – a tool to predict online COD loads out of production of mechanical printing papers

COD discharges out of processes have increased in line with elevating brightness demands for mechanical pulp and papers. The share of lignin-like substances in COD discharges is on average 75%. In this thesis, a plant dynamic model was created and validated as a means to predict COD loading and discharges out of a mill. The assays were carried out in one paper mill integrate producing mechanical printing papers. The objective in the modeling of plant dynamics was to predict day averages of COD load and discharges out of mills. This means that online data, like 1) the level of large storage towers of pulp and white water 2) pulp dosages, 3) production rates and 4) internal white water flows and discharges were used to create transients into the balances of solids and white water, referred to as “plant dynamics”. A conversion coefficient was verified between TOC and COD. The conversion coefficient was used for predicting the flows from TOC to COD to the waste water treatment plant. The COD load was modeled with similar uncertainty as in reference TOC sampling. The water balance of waste water treatment was validated by the reference concentration of COD. The difference of COD predictions against references was within the same deviation of TOC-predictions. The modeled yield losses and retention values of TOC in pulping and bleaching processes and the modeled fixing of colloidal TOC to solids between the pulping plant and the aeration basin in the waste water treatment plant were similar to references presented in literature. The valid water balances of the waste water treatment plant and the reduction model of lignin-like substances produced a valid prediction of COD discharges out of the mill. A 30% increase in the release of lignin-like substances in the form of production problems was observed in pulping and bleaching processes. The same increase was observed in COD discharges out of waste water treatment. In the prediction of annual COD discharge, it was noticed that the reduction of lignin has a wide deviation from year to year and from one mill to another. This made it difficult to compare the parameters of COD discharges validated in plant dynamic simulation with another mill producing mechanical printing papers. However, a trend of moving from unbleached towards high-brightness TMP in COD discharges was valid.

Heat Transfer in Plate Heat Exchangers

This study illustrates the different types of plate heat exchangers that are commonly used in various domestic and industrial applications. The main purpose of this paper was to devise a methodology that is capable of calculating optimum number of plates in the design of a plate heat exchanger. To obtain the appropriate number of plates, typically several iterations must be made before a final acceptable design is completed, since plate amount depends on many factors such as, flow velocities, physical properties of the streams, flow channel geometry, allowable pressure drop, plate dimensions, and the gap between the plates. The methodology presented here can be used as a general guide for designing a plate heat exchanger. To investigate the effects of relevant parameters on the thermal-hydraulic design of a plate heat exchanger, several experiments were carried out for single-phase and counter flow arrangement with two brazed plate heat exchangers by varying the flow rates and the inlet temperatures of the fluid streams. The actual heat transfer coefficients obtained based on the experiment were nearly close to the calculated values and to improve the design, a correction factor was introduced. Besides, the effect of flow channel velocity on the pressure drop inside the unit is presented.

Korroosionesto polymeerin ekstruusiolinjalla

Tämä diplomityö tutkii korroosionestoa polymeerin ekstruusiolinjalla. Kirjallisuusosassa käsitellään ekstruusiolinjaa, linjalla valmistettavia tuotteita ja niiden jatkojalostusta. Lisäksi kirjallisuusosassa käydään läpi linjalla ilmeneviä korroosiotyyppejä, korroosiota eri prosessilaitteissa, korroosionestossa käytettäviä inhibiittoreita ja eri materiaalien korroosiokestävyyden kartoitusta. Kokeellisessa osassa tutkittiin perushartsin kuivauksen vaikutusta ekstruuderin kaasutilan metanoli-, happi- ja kosteuspitoisuuksiin. Kokeellisessa osassa tutkittiin myös korroosioinhibiittorien I1 ja I2 vaikutusta korroosionestoon, seuraamalla korrodoivalla alueella olleiden ruuvielementtien painohäviöitä. Kaapelitestauksessa selvitettiin inhibiittorien käytön vaikutukset matalajännitekaapelin laatuun. Kuivauksella ei todettu olevan vaikutusta korroosionestoon. Metanolipitoisuus pysyi korkeana ja happipitoisuuden aleneminen ei ollut merkittävää. Kosteuspitoisuuden suuruusluokka selvitettiin. Kuivauksesta huolimatta se pysyi korkeana. Inhibiittorien käytöstä huolimatta ruuvielementit korrodoituivat, mutta inhibiittoria I2 käytettäessä tutkittujen ruuvielementtien painohäviöt olivat pienempiä referenssiajoon verrattuna. Inhibiittori I2:lla ei todettu olevan negatiivisia vaikutuksia matalajännitekaapelin laatuun suoritetuissa ikääntymis- sähköominaisuus- ja ristisilloittumisnopeustesteissä.

Novel Robot Solutions for Carrying out Field Joint Welding and Machining in the Assembly of the Vacuum Vessel of ITER

It is necessary to use highly specialized robots in ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) both in the manufacturing and maintenance of the reactor due to a demanding environment. The sectors of the ITER vacuum vessel (VV) require more stringent tolerances than normally expected for the size of the structure involved. VV consists of nine sectors that are to be welded together. The vacuum vessel has a toroidal chamber structure. The task of the designed robot is to carry the welding apparatus along a path with a stringent tolerance during the assembly operation. In addition to the initial vacuum vessel assembly, after a limited running period, sectors need to be replaced for repair. Mechanisms with closed-loop kinematic chains are used in the design of robots in this work. One version is a purely parallel manipulator and another is a hybrid manipulator where the parallel and serial structures are combined. Traditional industrial robots that generally have the links actuated in series are inherently not very rigid and have poor dynamic performance in high speed and high dynamic loading conditions. Compared with open chain manipulators, parallel manipulators have high stiffness, high accuracy and a high force/torque capacity in a reduced workspace. Parallel manipulators have a mechanical architecture where all of the links are connected to the base and to the end-effector of the robot. The purpose of this thesis is to develop special parallel robots for the assembly, machining and repairing of the VV of the ITER. The process of the assembly and machining of the vacuum vessel needs a special robot. By studying the structure of the vacuum vessel, two novel parallel robots were designed and built; they have six and ten degrees of freedom driven by hydraulic cylinders and electrical servo motors. Kinematic models for the proposed robots were defined and two prototypes built. Experiments for machine cutting and laser welding with the 6-DOF robot were carried out. It was demonstrated that the parallel robots are capable of holding all necessary machining tools and welding end-effectors in all positions accurately and stably inside the vacuum vessel sector. The kinematic models appeared to be complex especially in the case of the 10-DOF robot because of its redundant structure. Multibody dynamics simulations were carried out, ensuring sufficient stiffness during the robot motion. The entire design and testing processes of the robots appeared to be complex tasks due to the high specialization of the manufacturing technology needed in the ITER reactor, while the results demonstrate the applicability of the proposed solutions quite well. The results offer not only devices but also a methodology for the assembly and repair of ITER by means of parallel robots.

Letkuventtiilin mitoitus säätökäyttöön

Tässä diplomityössä käydään läpi IEC-60534 -standardin mukainen säätöventtiilin mitoitus kokoonpuristumattomille ja –puristuville virtauksille laskennassa tarvittavine yhtälöineen. Teoreettisessa osassa esitellään RF-letkuventtiilien rakennetta ja ominaisuuksia. Lisäksi käydään läpi putkivirtauksen perusperiaatteita. Koska letkuventtiilissä virtaavana fluidina on usein jokin liete, on työssä esitelty menetelmä lietevirtauksen aiheuttaman paine-eron laskentaan. Työssä on käsitelty myös kavitaation syntyä, laskennalliset mahdollisuudet kavitaation ennustamiseen sekä keinoja kavitaation estämiseksi. Kokeellisessa osassa suoritettiin mittauksia kolmella erikokoisella RF-letkuventtiilillä, joissa kussakin käytettiin kolmea erityyppistä letkua. Mittausten perusteella pystyttiin laskemaan kapasiteettikertoimet sekä määrittämään säätökäyrät mitatuille venttiileille ja letkutyypeille. Näistä tuloksista säätökäyrille sovitettiin yhtälöt, joiden perusteella saatiin laskettua kapasiteettikertoimien arvot myös muille venttiilikoille.

Virtaviivainen hankintatoimi osana tuotantoprosessia

Tutkimuksessa on pyritty löytämään tuotantoprosessin läpimenoa haittaavia ohjaus- ja toimintatapoja sekä tiedonkulusta aiheutuvia ongelmia. Tutkimuksen tavoitteena on saada toimittajien, hankintatoimen ja tuotannon logistinen arvoverkko toimimaan virtaviivaisesti. Työssä on käytetty teoriaosassa kirjallisuustutkimusta ja empiirisessä osassa toimintatutkimusta. Nykytilan selvityksessä tutkittiin prosessin tieto- ja materiaalivirrat sekä mitkä ovat tärkeimmät toiminnot toimitusketjussa. Tutkimuksen ja prosessianalyysin pohjalta määriteltiin kehitysehdotukset prosessin toimintojen tehostamiseksi. Nykytilan kartoituksessa ilmeni suurimmiksi ongelmiksi logistiikka prosessissa voimakkaan kysynnän kasvusta aiheutuvat komponenttien ja raaka-aineiden saatavuusongelmat sekä pudonneen kysynnän seurauksena varastoihin sitoutunut ylimääräinen vaihto-omaisuus. Tutkimuksen tuloksena syntyi kehitysehdotuksia, joiden pohjalta uudistettavaan toiminnanohjausjärjestelmään voitaneen toteuttaa johtopäätöksissä ilmenevät asiat, joista merkityksellisin on myynnin ennustamisvastuun siirtäminen myynnistä tulosvastuussa oleville henkilöille.

Fraktioinnin tehostaminen lajittelussa

Painelajittimet ovat yleisimpiä hiokkeen lajitteluun käytettyjä lajittimia. Painelajittimien suorituskyky on parantunut viimeisten vuosikymmenien aikana niin paljon, että pyörrepuhdistuksesta on pääosin voitu luopua osana hiokkeen lajittelua. Painelajittimen erinomaisuus perustuu siihen, että sillä voidaan erottaa massasta hyvinkin erilaisia epäpuhtauksia. Nykyään vallitsevia painelajittelun trendejä ovat sakeuden nosto, energiankulutuksen vähentäminen sekä eri fraktioiden erottumisen tehostuminen. Kaikilla pyritään vähentämään vedenkäyttöä ja parantamaan massan ominaisuuksia jatkoprosesseja silmälläpitäen. Tässä työssä tarkasteltiin painelajittimen roottorin kierrosnopeuden vaikutusta akseptimassan laatuun. Luodaan malli freeness-pudotukselle lajittimen yli. Sekä tarkastellaan myös automaatioon pohjautuvan säädön käyttöönottoa lajittimen akseptimassan freenesvaihteluiden tasaamiseksi. Toisaalta tehdään myös suppea selvitys lajittimien energiankulutuksista erilaisilla roottorin pyörimisnopeuksilla. Tuotantokäytössä oleviin lajittimiin asennettujen invertterisäätöjen ja koepisteistä saatujen tulosten avulla voidaan todeta, että laskemalla roottorin pyörimisnopeutta voidaan lajittimessa tapahtuvaa freenespudotusta kasvattaa. Samalla saavutetaan hyötyjä myös muissa massan ominaisuuksissa, kuten vetolujuudessa. Automaattisäädön käyttöönotolla saavutetaan huomattavasti pienempi hajonta akseptimassan freeneksessä. Rejektilinjan lajittimissa hajonta lähes puolittui ja päälinjan lajittimissa päästiin noin kolmanneksen parannukseen. Energian kulutuksia tutkittaessa huomataan, että roottorin kierrosnopeutta alentamalla voidaan merkittävästi vähentää lajittimien energian kulutusta. Parhaassa tapauksessa voidaan säästää neljännes lajittelun energiakustannuksissa.

Kustannukset ja kannattavuus RFID- ja toiminnanohjausjärjestelmien integrointiprojektissa

Maailmantalouden jyrkkä lasku vuonna 2008 ajoi yritykset säästökuurille. Säästöjä pyritään saamaan esimerkiksi automatisoimalla toimintoja. Yksi tapa luoda kustannussäästöjä on käyttää RFIDteknologiaa varastoinnin toimien tehostukseen. Tämän tutkimuksen pääasiallisena tavoitteena on ollut rakentaa yksinkertainen laskentamalli RFID- ja toiminnanohjausjärjestelmien integrointiprojektin kustannusten ja kannattavuuden laskemiseen. Toisena tavoitteena on ollut selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat investoinnin kannattavuuteen. Tutkimus rajattiin tarkastelemaan varaston saapuvan tavaran vastaanoton prosessia ja sen toimintojen automatisointia RFID-järjestelmän avulla. Laskentamalli muodostuu kolmesta osasta: investoinnin kokonaiskustannusten arvioinnista, investoinnista saatavien kustannussäästöjen arvioinnista ja kannattavuuslaskelmista. Investointien kokonaiskustannusten arviointia varten rakennettiin luettelo yleisimmistä kustannuslajeista. Investoinnista saatavien kustannussäästöjen arviointi tehtiin analysoimalla nykyprosesseja ja etsimällä niistä toimintoja, jotka tehostuvat RFID-järjestelmän avulla. Varsinaisina kannattavuuslaskentamenetelminä käytettiin investoinnin takaisinmaksuajan menetelmää sekä pääoman tuottoasteen menetelmää. Tutkimuksen tuloksena todettiin rakennetun laskentamallin soveltuvan hyvin investoinnin kustannusten ja kannattavuuden arviointiin. Samalla havaittiin yrityksen toimialan, saapuvien lähetysten määrän ja lähetysten rivimäärän vaikuttavan merkittävästi RFID- jatoiminnanohjausjärjestelmän integrointiprojektin kannattavuuteen.

Laitosmittaukset turbiinilaitoksen suorituskyvyn seurantaan ydinvoimalaitoksen vuosihuoltojen yhteydessä

Työssä kehitettiin höyryvoimalaitosprosessin tilan seurantaan laitosmittausrutiini, jolla tarkastellaan erityisesti turbiinilaitoksen suorituskykyä ennen ja jälkeen vuosihuoltojen. Laitosmittaukset on kehitetty Teollisuuden Voima Oyj:n Olkiluodon ydinvoimalaitosyksikköjen OL1 ja OL2 tarpeisiin. Mittauksilla saadaan tietoa vuosihuollon kokonaisvaikutuksista prosessiin eli muuttuiko mikään vuosihuollon aikana ja mitkä syyt johtivat muutokseen. Lisäksi säännöllisillä mittauksilla tavoitellaan pitkän aikavälin referenssitietoa prosessin tilasta. Esimerkkimittaukset tehtiin kevään 2008 vuosihuolloissa, R108 ja R208. Työssä on esitetty mittausten suorittaminen, tulosten laskenta ja tarkastelu sekä raportointi. Luotu mittausrutiini pohjautuu höyryturbiinien ja lämmönsiirtimien vastaanottokokeita käsitteleviin standardeihin sekä laitosten viimeisimpiin prosessimuutosten yhteydessä toteutettuihin suorituskykymittauksiin. Laitosmittauksista tehtiin vastaanottokokeita kevyemmät ja yksinkertaisemmat mittaustapahtumat, joilla saadaan kuitenkin riittävän luotettavaa tietoa. Tunnuslukuja, joita ei käytettävissä olevien mittatietojen avulla saatu suoraan selville tai laskettua massa- ja energiataseilla, määritettiin stationaarisen tilan mallinnusohjelmalla TEMPO:lla. Esimerkkimittaukset sujuivat hyvin ja saadut tulokset antoivat kaivattua lisätietoa vuosihuollon vaikutuksesta prosessiin. Generaattorin bruttoteho aleni OL1:llä ja pysyi ennallaan OL2:lla. OL1:n tehon aleneminen selittyi syöttöveden virtausmäärän vähenemisellä, johon vaikutti virtausmittalaitteen lähettimen vaihto. OL2:lla ei havaittu turbiiniprosessissa muutoksia, mutta lauhduttimien suorituskyky parani. Lauhduttimien suorituskyvyn paraneminen ilmeni asteisuuksien pienentymisenä, johon vaikuttivat puhdistaminen ja ilmavuotojen väheneminen.

Peter Pan never goes out of style : nuorisotutkijat ymmällään

Kirjallisuusarvostelu

Arvometallien liuospuhdistus jatkuvatoimisella ioninvaihdolla

Työn tarkoituksena oli tutkia arvometalleja sisältävän liuoksen puhdistamista jat-kuvatoimisella ioninvaihdolla. Teoriaosassa käsitellään ioninvaihdon periaate, sekä jatkuvatoimisen ioninvaihdon laiteratkaisuja ristivirta- ja vastavirtasysteemeissä. Lopuksi esitellään Simuloidun liikkuvapedin (SMB) virtausnopeuksien laske-miseksi käytettävä kolmiomenetelmä. Kokeellisen osan tarkoituksena on demonstroida laboratorioon rakennetun jatku-vatoimisen ioninvaihtimen, Simuloidun liikkuvapedin, käyttö arvometallia sisäl-tävän liuoksen puhdistamiseksi kahdenarvoisista metalli-ioneista. Kokeissa käy-tettiin hopeaa sisältävää NaCl-liuosta, josta pyrittiin puhdistamaan Mg2+, Ca2+, Pb2+ ja Zn2+-ionit ekstraktina. Laitteistolla suoritettiin kolme ajoa, joista kaksi edusti vastavirtasysteemiä ja yksi ristivirtasysteemiä. Ensimmäisessä vastavirta-ajossa sekä ekstrakti että raffinaattin erottuva hopealiuos tulivat puhtaina. Toisessa vastavirta-ajossa pyrittiin parantamaan tuottavuutta nostamalla syötön virtausnopeutta, jolloin raffinaatin puhtaus kärsi Pb2+ ja Mg2+-ionien kulkeutuessa liuosfaasin mukana raffinaattiin. Ristivirta-ajossa vain yksi kolmesta raffinaatista saavutti 100 % puhtauden. Kokeet osoittivat, että Mg2+, Ca2+, Pb2+ ja Zn2+-ionien erottaminen hopeaionista on mahdollista käyttämällämme SMB-laitteistolla. Tuottavuuden parantaminen syötön virtausnopeutta nostamalla kuitenkin heikentää puhtautta. Cross-flow-systeemin erilleenkytkettyjen kolonnien ansioista painehäviö on pienempi, mikä mahdollistaa korkeammat virtausnopeudet, mikäli ei vaadita 100 % puhtautta.

Liiketoimintatiedonhallinnan hyödyntämisen esteet päätettäessä palveluista. Case: Kunnalliset pelastustoimen liikelaitokset ja eriytetyt taseyksiköt

Pelastuslaitosten liiketoimintatiedonhallinnalla, tietoperusteisuudella ja tietojohtamisella on tulevaisuudessa merkittävä rooli päätettäessä palveluista. Julkisen pelastustoimen kuntien liikelaitoksina ja eriytettyinä taseyksiköinä toimivien pelastuslaitosten haasteet tulevat olemaan jatkossa tehokkaiden ja vaikuttavien palveluiden strategisessa johtamisessa ja suunnittelussa. Näistä asioista päättäminen on kriittinen vaihe onnistumisen kannalta. Päätöksenteko eri tasoilla tarvitsee tuekseen toiminnasta ja palveluista kanavoitua analysoitua tietoa. Asiakastarpeesta lähtevä vaikuttavuus ja laatu korostuvat. Liiketoimintatiedonhallinta ja tietoperusteisuus haastavat pelastuslaitoksen johtamisjärjestelmän. Johtamisen kyvykkyys ja henkilöstön osaaminen ovat tietoperusteisuuden ja tiedonhallinnan keskiössä. Systemaattisen liiketoimintatiedonhallinnan ja tietoperusteisuuden erottaa perinteisestä virkamiehen tietojen hyväksikäytöstä käsitteen kokonaisvaltaisuus ja järjestelmällisyys kaikessa tiedollisessa toiminnassa. Tämä kattaa tietojärjestelmät, mittarit, prosessit, strategian suunnitelmat, asiakirjat, raportoinnin, kehittämisen ja tutkimuksen. Liiketoimin-tatiedonhallinta ja tietojohtaminen linkittävät kaiken toisiinsa muodostaen keskinäisriippuvaisen yhtenäisen järjestelmän ja kokonaisvaltaisen ymmärryksen. Tutkimukseni on laadullinen tutkimus jossa tiedon keruu ja analysointi on toteutettu toisiaan tukevilla tutkimusotteilla. Metodologia nojaa teorialähtöiseen systemaattiseen analyysiin, jossa on valikoituja osia sisällön analyysistä. Tutkimuksessa on käytetty aineisto- ja menetelmätriangulaatioita. Tutkimuksen aineisto on kerätty teemahaastatteluilla valittujen kohde pelastuslaitosten asiantuntijoilta palveluiden päätös- ja suunnittelutasolta, johtoryhmistä ja joh-tokunnista. Haastatteluja varten tutkija on tutustunut kohdepelastuslaitosten palveluita mää-rittävään tiedolliseen dokumentaatioon kuten palvelutasopäätöksiin ja riskianalyyseihin. Ai-neisto keruun kohteiksi valikoitui pääkaupunkiseudun alueen pelastuslaitokset: Helsingin kaupungin pelastuslaitos sekä Itä-, Keski- ja Länsi-Uudenmaan pelastuslaitokset. Tulosten mukaan pelastuslaitosten keskeiset liiketoimintatiedonhallinnan esteet muodostuvat johtamisen ongelmista, organisaation muutosvastarinnasta ja päätöksenteon tietoperusteen puutteesta. Nämä ilmenevät strategisen johtamisen puutteina, vaikuttavuuden mittaamisen sekä tiedon jalostamisen ongelmina. Keskeistä tiedollista yhdistävää ja linkittävää tekijää ei tunnisteta ja löydetä. Tiedollisessa liiketoimintatiedonhallinnan prosessityössä voisi olla tulos-ten mukaan mahdollisuuksia tämän tyhjiön täyttämiseen. Pelastuslaitoksille jää tulevaisuudessa valinta suunnasta johon ne haluavat edetä tiedonhal-linnan, tietojohtamisen ja tietoperusteisuuden kanssa. Tämä vaikuttaa kehitykseen ja tavoitteeseen keskeisistä palveluiden päätöksentekoa tukevista johtamis- ja tietojärjestelmistä, tietoa kokoavista ja luovista dokumenteista sekä organisaation joustavasta rakenteesta. Tietoprosessiin, tiedon prosessimaiseen johtamiseen ja systemaattiseen tiedonhallintaan meneminen vaikuttaa tutkimuksen tulosten mukaan lupaavalta mahdollisuudelta. Samalla se haastaa pelauslaitokset suureen kulttuuriseen muutokseen ja asettaa uusien vaikuttavuusmittareiden tuottaman tiedon ennakoivan hyväksynnän vaateen strategiselle suunnittelulle. Tämä vaatii pelastuslaitosten johdolta ja henkilöstöltä osaamista, yhteisymmärrystä, muutostarpeiden hyväksyntää sekä asiakkaan asettamista vaikuttavuuden keskiöön.

Fundraising and investor relations in social enterprise: Marketing your way out of the pioneer gap in African off-grid renewable energy

Social enterprises apply the best of business for the pursuit of social or environmental mission while also generating revenues. Globally, nearly 1,3 billion people lack access to electricity, as well as another billion having access to only low quality and infrequent electricity. Off-grid renewable energy, like solar, will increasingly have a key role in the solution of the energy access issue. The pioneer gap in off-grid renewable energy consists of financing (or funding) gaps and capacity gaps, to do with both the early stage of the enterprises in question, as well as the early stage of the whole industry. The gaps are emphasised by specific characteristics of off-grid renewable energy business models and the requirements of operating in bottom-of-the-pyramid markets. The marketing perspective to fundraising is chosen to uncover the possible role enterprises themselves have in bridging the pioneer gap. The purpose of this thesis is to study how social enterprises operating in off-grid renewable energy in Africa utilise marketing activities in their investor relations in bridging the pioneer gap. This main research question is divided into the following sub-questions:  How does the pioneer gap affect fundraising for these enterprises?  How are the funding needs for these enterprises characterised?  How do these enterprises build trust in their investor relations? The theoretic framework is built on relationship marketing and investor relations, with an emphasis on creation of trust. The research is conducted as a thematical case study. Primary data is gathered via semi-structured interviews with six solar energy companies and two accelerators. According to the findings, the main components affecting trust-creation are diminished information asymmetry and perceived risk, mission alignment as well as a personal fit or relationship with the investor. Therefore, an enterprise can utilise e.g. the following marketing activities in their investor relations to bridge the pioneer gap: ensuring investor material, the enterprise story and presenting of them is clear, concise and complete to “package” the enterprise as an investment; taking investor needs and motivations into account as well as utilising existing investors as ambassadors.