Tasoseulan parametrien kokeellinen optimointi ja simulointimallin verifiointi

Tämä kandidaatintyö tarkastelee rakeisen materiaalin seulontaan liittyviä käsitteitä ja laitteita, etsii optimaalisia parametreja seulonnan erotustehokkuudelle laboratorio-olosuhteissa sekä verifioi aikaisempien tutkimuksien simulointimallia. Mittauksessa seulottiin erikokoisia lasipalloja. Mittausten muuttuvia parametreja olivat seulatason värähtelyn taajuus, kaltevuus ja syöttömassa. Värähtely edistää partikkelien kerrostumista, kaltevuus lisää partikkelien vierintänopeutta ja syöttömassan lisääminen tarkoittaa suurempaa kapasiteettia. Mittausten perusteella värähtelyn ja kaltevuuden lisääminen parantaa erotustehokkuutta. Sen sijaan liiallinen kaltevuuden ja syöttömassan lisääminen heikentää erotustehokkuutta. Seulonnan erotustehokkuudet määritettiin alitteiden kokonaismassan perusteella. Tässä työssä kokeellisesti määritettyjä erotustehokkuuden arvoja verrattiin Rotich et al. [2013, 2014] kehittämän seulan simulointimallin tuloksiin. Malli simuloi seulan erotustehokkuutta eri seulan parametreilla ja mallin antamat simulointitulokset noudattivat hyvin tässä työssä saatuja kokeellisia mittaustuloksia.

Pressurized hot water flow-through extraction of birch wood

Effective processes to fractionate the main compounds in biomass, such as wood, are a prerequisite for an effective biorefinery. Water is environmentally friendly and widely used in industry, which makes it a potential solvent also for forest biomass. At elevated temperatures over 100 °C, water can readily hydrolyse and dissolve hemicelluloses from biomass. In this work, birch sawdust was extracted using pressurized hot water (PHWE) flow-through systems. The hypothesis of the work was that it is possible to obtain polymeric, water-soluble hemicelluloses from birch sawdust using flow-through PHW extractions at both laboratory and large scale. Different extraction temperatures in the range 140–200 °C were evaluated to see the effect of temperature to the xylan yield. The yields and extracted hemicelluloses were analysed to obtain sugar ratios, the amount of acetyl groups, furfurals and the xylan yields. Higher extraction temperatures increased the xylan yield, but decreased the molar mass of the dissolved xylan. As the extraction temperature increased, more acetic acid was released from the hemicelluloses, thus further decreasing the pH of the extract. There were only trace amounts of furfurals present after the extractions, indicating that the treatment was mild enough not to degrade the sugars further. The sawdust extraction density was increased by packing more sawdust in the laboratory scale extraction vessel. The aim was to obtain extracts with higher concentration than in typical extraction densities. The extraction times and water flow rates were kept constant during these extractions. The higher sawdust packing degree decreased the water use in the extractions and the extracts had higher hemicellulose concentrations than extractions with lower sawdust degrees of packing. The molar masses of the hemicelluloses were similar in higher packing degrees and in the degrees of packing that were used in typical PHWE flow-through extractions. The structure of extracted sawdust was investigated using small angle-(SAXS) and wide angle (WAXS) x-ray scattering. The cell wall topography of birch sawdust and extracted sawdust was compared using x-ray tomography. The results showed that the structure of the cell walls of extracted birch sawdust was preserved but the cell walls were thinner after the extractions. Larger pores were opened inside the fibres and cellulose microfibrils were more tightly packed after the extraction. Acetate buffers were used to control the pH of the extracts during the extractions. The pH control prevented excessive xylan hydrolysis and increased the molar masses of the extracted xylans. The yields of buffered extractions were lower than for plain water extractions at 160–170 °C, but at 180 °C yields were similar to those from plain water and pH buffers. The pH can thus be controlled during extraction with acetate buffer to obtain xylan with higher molar mass than those obtainable using plain water. Birch sawdust was extracted both in the laboratory and pilot scale. The performance of the PHWE flow-through system was evaluated in the laboratory and the pilot scale using vessels with the same shape but different volumes, with the same relative water flow through the sawdust bed, and in the same extraction temperature. Pre-steaming improved the extraction efficiency and the water flow through the sawdust bed. The extracted birch sawdust and the extracted xylan were similar in both laboratory and pilot scale. The PHWE system was successfully scaled up by a factor of 6000 from the laboratory to pilot scale and extractions performed equally well in both scales. The results show that a flow-through system can be further scaled up and used to extract water-soluble xylans from birch sawdust. Extracted xylans can be concentrated, purified, and then used in e.g. films and barriers, or as building blocks for novel material applications.

Selluloosapohjaisten superkondensaattorien valmistaminen hiilinanoputkista

Tämän työn tarkoitus on seuloa oleelliset prosessiparametrit superkondensaattoreiden elektrodikomposiittien valmistuksessa, jotka vaikuttavat kondensaattorin laatuun. Tarkoitus on tutkia parametreja, joiden avulla prosessia on mahdollista optimoida. Työn tarkoituksena on tutkia myös itse komponenttimateriaalien valmistusvaiheen sekoitusprosessia mitatulla ja laskennallisella seokseen siirtyvällä tehonkulutuksella. Työn kirjallisuusosassa esitetään superkondensaattoreiden rakennetta, toimintamekanismia ja ominaisuuksia sähköenergian varastoijana. Lisäksi tarkastellaan tavallisimpia kondensaattoreihin sisältyviä materiaaleja, erityisesti hiilinanoputkia ja selluloosakuituja. Sekoitusprosesseista tarkastellaan kokeellisessa osassa käytettävien sekoituslaitteita ja niiden toimintamekanismeja komponenttien sekoitusprosesseissa. Kokeellisessa osassa tutkimuskysymyksiksi asetettiin eri sekoitusparametrien (materiaalin määrä ja laatu sekä sekoitusajat) vaikutus superkondensaattorien elektrodiarkkien ominaiskapasitansseihin. Testit suoritettiin LUT Prosessien laboratoriossa, ja testeissä massojen sekoitukseen käytettiin roottoristaattoria ja ultraäänisekoitinta. Lisäksi tutkittiin prosessin skaalausta varten skaalatulla laitteistolla sekoitettuja massanäytteitä. Sekoitusprosessin riittävyyttä varten tutkittiin kokeellisesti käytettyjen sekoituslaitteiden tehonkulutusta. Lisäksi roottoristaattorille tehtiin laskentaohjelmalla virtaussimulaatio paikallisen tehonkulutuksen selvittämiseksi Testeissä todettiin tutkittujen parametrien vaikutus, mutta tulosten perusteella varsinaista optimointia ei kyetty tekemään. Tulokset kuitenkin antavat suunnan, johon prosessia voi optimointia varten kehittää. Myös sekoitukseen todettiin siirtyvän suuri määrä tehoa tutkituilla laitteilla, mitä voidaan pitää mahdollisesti riittävänä käytettyjen komponenttien sekoitukseen.

Spatiotemporal Features of Coastal Waters in Southwest Finland

In coastal waters, physico-chemical and biological properties and constituents vary at different time scales. In the study area of this thesis, within the Archipelago Sea in the northern Baltic Sea, seasonal cycles of light and temperature set preconditions for intra-annual variations, but developments at other temporal scales occur as well. Weather-induced runoffs and currents may alter water properties over the short term, and the consequences over time of eutrophication and global changes are to a degree unpredictable. The dynamic characteristics of northern Baltic Sea waters are further diversified at the archipelago coasts. Water properties may differ in adjacent basins, which are separated by island and underwater thresholds limiting water exchange, making the area not only a mosaic of islands but also one of water masses. Long-term monitoring and in situ observations provide an essential data reserve for coastal management and research. Since the seasonal amplitudes of water properties are so high, inter-annual comparisons of water-quality variables have to be based on observations sampled at the same time each year. In this thesis I compare areas by their temporal characteristics, using both inter-annual and seasonal data. After comparing spatial differences in seasonal cycles, I conclude that spatial comparisons and temporal generalizations have to be made with caution. In classifying areas by the state of their waters, the results may be biased even if the sampling is annually simultaneous, since the dynamics of water properties may vary according to the area. The most comprehensive view of the spatiotemporal dynamics of water properties would be achieved by means of comparisons with data consisting of multiple annual samples. For practical reasons, this cannot be achieved with conventional in situ sampling. A holistic understanding of the spatiotemporal features of the water properties of the Archipelago Sea will have to be based on the application of multiple methods, complementing each other’s spatial and temporal coverage. The integration of multi-source observational data and time-series analysis may be methodologically challenging, but it will yield new information as to the spatiotemporal regime of the Archipelago Sea.

Missale (C.ö.IV.9, Oripään missale II)

A (mainly votive) missal consisting of seven distinct parts. Put together in several stages, somewhat haphazardly. Parts II and III are probably the oldest parts. The final stage in the composition of the book is probably the addition of part VII. Part II belongs in the same liturgical tradition as C.ö.IV.7 (Oripään Missale I), probably that of Diocese of Linköping. Part III, a votive missal, is an informal copy of a book that would most probably have been used close to a Swedish cathedral (Linköping?). How the present book found its way to Oripää chapel is not known.

Meesauunin vaipan konepajavalmistus ja laaduntarkastus

Meesauuni on osa sulfaattisellutehdasta ja sen kemikaalikiertoa. Se on pyörivä kaltevaan tasoon asetettu rumpu-uuni, joka voi olla jopa 160 metriä pitkä ja halkaisijaltaan 5,5 metriä. Kalkki on kiertävä apukemikaali, jota käytetään soodakattilalta tulevan viherlipeän muuttamiseen valkolipeäksi. Meesauunin tehtävänä on kierrättää kalkki (CaO) uudelleen käytettäväksi kaustisoinnissa syntyneestä meesasta (CaCO3). Meesauunin vaipan konepajavalmistus on prosessina hyvin yksinkertainen, mutta toleranssivaatimukset ovat hyvin tiukat suhteutettuna meesauunin kokoon. Vaippalohkojen valmistus on siirtynyt halpatyövoiman maihin lähelle loppukäyttäjiä, joten vaatimukset piirustusten laadulle, valmistukselle, ohjeille ja tarkastamiselle ovat lisääntyneet. Uunin vaippa toimitetaan asennuspaikalle useassa lohkossa ja jokainen vaippalohko on tarkastettava ennen toimitusta. Virheellisten vaippalohkojen siirtyminen asennuspaikalle on estettävä. Työn tavoitteena oli parantaa meesauunin vaippalohkojen konepajavalmistuksen laaduntarkastusta. Tässä työssä tutkitaan mittausmenetelmiä vaippalohkojen geometrian mittaamiseen. Tärkeimmät uunin toiminnallisiin ominaisuuksiin vaikuttavat muototoleranssit vaippalohkoille ovat ympyrämäisyys ja keskiviivan suoruus. Virheet näissä toleransseissa aiheuttavat vaurioita uunin muurauksille ja liian suuria kuormituksia tuennoille. Vaippalohkot on mitattava pyöritysrullaston päällä ja konepajan olosuhteissa, mikä aiheuttaa omat haasteensa. Vaippalohkojen suuret massat ja dimensiot aiheuttavat vaippalohkoihin muodonmuutoksia. Muodonmuutokset täytyy olla hallinnassa, mikäli halutaan käyttää CMS-laitteistoja (Coordinate Measuring System). Meesauunin vaippalohkot ovat mitattavissa radiaalimittauksina tai käyttäen CMS-laitteistoja.

Determining vehicle drivetrain dynamics using system identification

Target of this book is to propose an approach for modelling drivetrain dynamics in order to design further a vibration control system of a hybrid bus. In this thesis two approaches are examined and compared. First model is obtained by theoretical means: drivetrain is represented as a system of rotating masses, which motion is described with differential equations. Second model is obtained using system identification method: mathematical description of the dynamic behavior of a system is formed based on measured input (torque) and output (speed) data. Then two models are compared and an optimal approach is suggested.

Tulevaisuuden lähtökohdista kansanvallan kolmiliittoon. Kansallinen Edistyspuolue ja kansallisen eheytymisen politiikka 1919–1939.

Kansallista Edistyspuoluetta ja sen toimijoita maailmansotien välisen Suomen sisäpolitiikassa tarkasteleva väitöstutkimus paneutuu puolueen kansallista eheytymistä ajaneen poliittisen linjan taustoihin, muodostumiseen ja toteutumiseen maailmansotien välisenä aikana vuosina 1919-1939. Vahvasti aineistopohjainen ja lähdekriittinen poliittisen historian tutkimus keskittyy parlamentaarisiin toimijoihin, poliittiseen kenttään ja näiden tuottamiin aineistoihin, kuten edistyspuolueen ja sen toimijoiden arkistoihin, lehdistöön ja valtiopäiväpöytäkirjoihin. Tutkimus selvittää, millainen oli edistyspuolueen kansallisen eheytymisen linja, mihin sillä pyrittiin, miten sitä toteutettiin ja miten se toteutui. Kansainvälisen vertailun kautta tutkimuksessa luodaan myös kuva suomalaisesta liberalismista ja liberalistista. Joulukuussa 1918 perustettu Kansallinen Edistyspuolue oli liberaali puolue, jonka politiikassa korostui erityisesti liberalismin sosiaalinen tulkinta. Puolueen sisäpoliittiseksi linjaksi vastaitsenäistyneessä ja sisällissodan runtelemassa valtiossa muodostui kansallisen eheytymisen edistäminen. Ajatuksen taustalla olivat K. J. Ståhlbergin tulevaisuuden lähtökohtia hahmotelleet artikkelit, jotka julkaistiin Helsingin Sanomissa huhtikuussa 1918 sisällissodan vielä riehuessa. Ståhlbergin mukaan kansalliseen eheytymiseen ei tullut pyrkiä sodan vuoksi vaan siitä huolimatta. Nuorsuomalaiselta puolueelta perityt liberaalit periaatteet täydentyivätkin edistyspuoluelaisessa ajattelussa sisällissodan ja tasavallan puolesta käydyn valtiomuototaistelun avainkokemuksilla. Itsenäisen Suomen ensimmäisiä vuosia hallinneissa keskustahallituksissa kansallista eheytymistä edistettiin sosiaalipoliittisin uudistuksin mm. oppivelvollisuus- ja asutuslakien muodossa. Myös sisällissodan vankien armahdukset olivat osa tätä ohjelmaa. Tutkimus osoittaa, että edistyspuolueen kansallisen eheytymisen politiikan keskeisenä tavoitteena oli poliittisen sovittelun kautta integroida vasemmisto osaksi parlamentaaris-demokraattista järjestelmää. Eheytyspolitiikan todellinen käyttöarvo ja edistyspuolueen poliittiset toimintamahdollisuudet alkoivat kuitenkin heiketä vuoden 1922 eduskuntavaalien jälkeen.Tutkimuksesta käy ilmi, että toteutettu eheytyspolitiikka ja sen osittainen epäonnistuminen näkyivät sekä kommunistien jatkuvana kannatuksena että sisäpoliittisen ilmapiirin oikeistolaistumisena. Tämä kehitys nosti myös edistyspuolueessa esille voimat, jotka suosivat porvariyhteistyötä ohi keskustavasemmistolaisen eheytyspoliittisen linjan. Alkuvuosien jälkeen valtiomuototaistelun koossapitävä voima heikkeni edistyspuolueen sisällä ja 1920-luvun puolivälissä käydyt linjakiistat osoittivat, että osalle puolueen jäsenistä vuoden 1918 puoluevalinnassa keskeisemmässä roolissa oli ollut tasavaltalaisuus kuin vasemmiston integrointi ja kansallinen eheytyminen. Edistyspuolueen johto ei kuitenkaan ollut valmis luopumaan eheytyspoliittisesta linjasta ja sen ympärille luodusta puolueidentiteetistä, joten porvariyhteistyötä kannattanut oikeisto-oppositio päätyi suurelta osin eroamaan puolueesta vuonna 1927. Tutkimus osoittaa, että parlamentarismin rapautuminen ja pienelle yleispuolueelle elintärkeiden yhteistyömahdollisuuksien heikkeneminen luokkapuolueiden puristuksessa johtivat edistyspuolueen kannatuksen alamäkeen sotien välisenä aikana. Se kutistui 26 kansanedustajan keskisuuresta puolueesta vain kuuden edustajan pienpuolueeksi. Puolueidentiteetin vahvuus ja keskeisten toimijoiden puolueen kokoa suurempi poliittinen painoarvo pitivät sen lakkauttamispohdinnoista huolimatta kuitenkin koossa ja kiinni politiikan ytimessä. Oikeistoradikalismin vuodet 1920–1930-lukujen taitteessa olivat edistyspuolueellesekä uhka että mahdollisuus. Tutkimuksessa käy ilmi, että vaikka kommunisminvastaisen kansanliikkeen vaatimukset olivat edistyspuoluelaisten mielestä oikeutettuja, oli kansanliikkeen niiden ajamiseksi omaksumia laittomia ja ulkoparlamentaarisia keinoja vaikea hyväksyä. Eheytyspolitiikan kannalta katsottuna melkotoivottamalta näyttänyt tilanne kääntyi kuitenkin lopulta voitoksi: äärivasemmisto eliminoitiin, äärioikeisto ajautui paitsioon ja tie maltillisen vasemmiston ja keskustan yhteistyölle aukesi jälleen. Tämä johti lopulta vuonna 1937 punamultahallitukseen ja kansanvallan kolmiliittoon Kansallisen Edistyspuolueen, SDP:n ja Maalaisliiton kesken. Kokemus siitä, että itsenäisyys oli alati uhattuna, toi suomalaiseen liberalismiin varsin nationalistisia piirteitä, joita eurooppalaisten veljespuolueiden ohjelmista ei löydy. Liberalismiin usein liitetty mielleyhtymä sen kosmopoliittisesta, kansallisvaltioita ylittävästä luonteesta jäi Suomessa sotien välisenä aikana nationalismin ja itäisen naapurin luoman uhan varjoon. Suomen sisäpoliittinen tilanne ja geopoliittinen asema loivat vaatimuksen vahvasta kansallisesta yhtenäisyydestä. Suomalainen liberalismi määrittyikin eurooppalaisia vastineitaan voimakkaammin nuorta valtiota hallinneen kansallisuusajattelun, itsesäilytysvaiston ja kansallisen eheyden vaatimusten kautta. Tutkimuksessa todetaan, että edistyspuolueen eheytyspoliittisen linjan muotoutumista ja toteutumista vuosien 1919‒1939 aikana voi pitää idealismin voittona realismista. Lukuun ottamatta reformipolitiikan vuosia edistyspuolueen pitäytyminen valitulla linjalla näyttäytyi poliittisten toimintamahdollisuuksien kannalta katsottuna ajoittain jopa epärealistiselta. Koko sotien välistä aikaa tarkastellessa voikin todeta, että se, minkä edistyspuolue poliittisten päämäärien saavuttamisen valossa voitti, sen se menetti kannatusluvuissa.

Hakeperävaunun rungon esikorotuksen määritys

Hakeperävaunun rungon esikorotuksen suuruutta laskennallisesti ei ollut aiemmin määritet-ty Konepaja Antti Ranta Oy:ssä. Hakeperävaunun runko on valmistettu teräksestä. Tutki-muksessa luoduilla laskentamalleilla selvitettiin viisiakselisen hakeperävaunun rungon pys-tysuuntainen taipuma kuormitettuna. Tutkimus suoritettiin laskemalla hakeperävaunun pystysuuntainen siirtymä 42 tonnin ja 36 tonnin kokonaismassojen kuormituksilla hakeperävaunun rungon pituuden suhteen. Käsin-laskentamenetelmä on tässä tutkimuksessa englannin kieliseltä nimeltään conjugate beam method, suoraan käännettynä konjugaattipalkkimenetelmä. FE-analyysia sovellettiin kah-della eri laskentamallilla; käsinlaskentaa vertailevalla ja todellista hakeperävaunun runkoa vertailevilla FE-analyyseilla. Tutkimuksessa käytettyjen eri laskentatapojen tulokset vastasivat toisiaan sekä 42 tonnin että 36 tonnin kokonaismassojen kuormituksilla. Esikorotus määritettiin 42 tonnin koko-naismassalla kuormitetun todellista hakeperävaunun runkoa vastaavan 3D-mallin pysty-suuntaisesta taipumasta, josta luotiin esikorotettu hakeperävaunun rungon 3D-malli. Tutkimuksessa kehitettyjä laskentamalleja voidaan tulevaisuudessa käyttää yrityksen tuo-tekehityksessä. Esikorotuksella voidaan kompensoida pystysuuntaista taipumaa, jos esiko-rotuksesta ei ole haittaa itse rakenteelle.