Synteesikaasun liukoisuus ja aineensiirto fermentointiliuokseen

Työssä tutkittiin synteesikaasun komponenttien: hiilimonoksidin, vedyn ja hiilidioksidin liukoisuutta ja aineensiirtonopeutta fermentointiliuokseen. Kirjallisuusosassa käsitellään kaasujen liukoisuuksiin ja kaasu-nesteaineensiirtoon vaikuttavia tekijöitä ja esitellään korrelaatioita, jotka on kehitetty volumetrisen aineensiirtokertoimen ennustamiseen sekoitetussa fermentorissa. Kirjallisuus-osassa esitetään myös synteesikaasun komponenttien liukoisuudet veteen, etanoliin ja etikkahappoon 37 ºC lämpötilassa ja esitellään Flowbat-simulointiohjelman MHV2-mallin käyttöä kaasu-neste tasapainojen mallin-nuksessa. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin synteesikaasun komponenttien liukoisuuksia veteen ja kasvatusalustaan sekä kehitettiin mittausmenetelmä kaasu-neste tasapainojen mittaukseen. Tasapainomittauksissa tutkittiin etanolin ja etikkahapon konsentraatioiden vaikutusta synteesikaasun liukoisuuteen. Lisäksi mallinnettiin kaasu-neste tasapainoja monikomponenttisysteemeissä MHV2-mallin avulla. Kokeellisen osan aineensiirtomittauksissa tutkittiin sekoitusnopeuden ja kaasun volumetrisen syöttönopeuden vaikutusta hiilimonoksidin ja vedyn volumetriseen aineensiirtokertoimeen kLa kahden litran tilavuuksisessa laboratoriofermentorissa. Mittaustulosten perusteella kasvatusalustan komponentit vaikuttavat merkittävästi hiilidioksidin liukoisuuteen. Lisäys etanolin ja etikkahapon konsentraatioissa parantaa hiilimonoksidin liukoisuutta kasvatusalustaan. Kaasun volumetrinen syöttönopeus ja sekoitusnopeus vaikuttavat voimakkaasti volumetrisen aineensiirtokertoimen arvoon. Tutkitussa systeemissä korkein teoreettinen solutiheys, joka voitiin saavuttaa suurimmalla hiilimonoksidin aineensiirto-nopeudella, oli 3 g/L. Tämä on kaksinkertainen verrattuna aiemmissa VTT:n kokeissa saavutettuihin solutiheyksiin.

Kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuuden karakterisointi

Tämän diplomityön tarkoituksena oli karakterisoida kuluttajapakkauskartonkien laserleikattavuutta. Kirjallisuusosassa perehdyttiin asiaa käsittelevään kirjallisuuteen ja tutkimuksiin ja kokeellisessa osassa käsiteltiin kuitumateriaalien laserleikkausta erilaisin leikkausparametrein. Leikattujen näytteiden leikkausrailosta otetuista mikroskooppikuvista määritettiin leikkausrailon uraleveys, purseen ja mustumisen määrä. Työssä tutkitut materiaalit olivat koivu- ja mäntysellu, CTMP, päällystämätön ja päällystetty sellukartonki sekä päällystämätön CTMP-runkoinen nestepakkauskartonki. Työssä havaittiin, että tutkitut kuitumateriaalit soveltuivat erinomaisesti laserleikkaukseen. Leikattujen kuitumateriaalinäytteiden leikkausrailo oli hyvälaatuinen eli leikkausrailo oli kapea, täydellisesti näytteen lävitse, tasainen reunoiltaan, väriltään vaalea ( ei hiiltynyt ) ja ei sisältänyt railon reunassa pystyssä olevia katkenneita kuituja ( pursetta ). Työssä todettiin myös, että kuitumateriaaleja laserleikatessa leikkausnopeus ja laserteho riippuivat lineaarisesti toisistaan. Leikkausnopeuden kasvaessa tarvittiin enemmän lasertehoa hyvälaatuisen leikkausrailon saavuttamiseksi. Tällöin leikkausuran leveys pysyi lähes vakiona. Lisäksi huomattiin, että optimisijainti polttopisteelle olisi 0.1-0.4 mm materiaalin pinnan yläpuolella, vaikka kirjallisuudesta löydettiin suosituksia sijoittaa polttopiste materiaalin pinnan alapuolelle. Näillä polttopisteen sijainnin arvoilla saavutettiin suurimmat leikkausnopeudet ja kapeimmat urat.

Nesteseosten liukoisuuksien mittaaminen

Diplomityön tarkoituksena on tarkastella isobuteenin dimeroitumisprosessin neste-nestetasapainoja. Tavoitteena on määrittää prosessissa esiintyvien komponenttien väliset neste-nestetasapainot. Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu neste-nestetasapainojen teoriaa. Erityisesti on tarkasteltu mittausmenetelmiä sekä kirjallisuudesta löytyneitä laitteistoja binääristen ja ternääristen systeemien neste-nestetasapainojen määritystä varten. Menetelmät ja laitteistot on esitetty erikseen matalassa ja korkeassa paineessa suoritettaville mittauksille. Lisäksi on tarkasteltu näytteenottoa sekä näytteiden analysointimenetelmiä. Kirjallisuusosassa on myös sivuttu kaasu-neste-nestetasapainojen määritystä, mutta työn varsinainen kohde on neste-nestetasapainojen määritys. Työn kokeellisessa osassa määritettiin iso-oktaaniprosessissa esiintyvien komponenttien välisiä binäärisiä ja ternäärisiä neste-nestetasapainoja. Mitattavien komponenttiparien määrää karsittiin ja jäljellejääneiden parien välillä suoritettavat mittaukset jaoteltiin matalassa ja korkeassa paineessa suoritettaviin määrityksiin. Ternääriset mittaukset tulivat kyseeseen sellaisten komponenttiparien kohdalla, joissa toisiinsa täysin liukenevien nesteiden systeemiin kolmatta komponenttia lisättäessä saatiin aikaiseksi kaksi nestefaasia. Tällaisesta mittaustiedosta voidaan määrittää neste-nestetasapainomallien parametrejä. Mittausten lisäksi kokeellisessa osassa tarkasteltiin näytteenottoa sekä näytteiden analysointia.

Sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen vaikuttavat tekijät ja sinkkirikasteen suoraliuotuksen mallintaminen

Työn kirjallisuusosassa selvitettiin eri tekijöiden (lämpötila, paine, mineralogia, partikkelikoko, sekoitus, kiintoainepitoisuus, liuoksen happo-, rauta- ja happipitoisuus) vaikutusta sinkkirikasteen suoraliuotusprosessin tärkeimpiin ilmiöihin (diffuusio, aineensiirto, reaktiokinetiikka). Kirjallisuusosassa kartoitettiin myös tämän hetkistä tietämystä niistä tekijöistä, jotka ovat oleellisia, kun sinkkirikasteen suoraliuotusprosessia mallinnetaan. Näitä tekijöitä ovat: sinkkirikasteiden liuotuksen kemia, sinkkirikasteiden liuotuksen kinetiikka ja mekanismit, kaasuneste aineensiirto ja kiinteäneste aineensiirto. Lisäksi selvitettiin millä tavoin aikaisemmissa tutkimuksissa sinkkirikasteiden suoraliuotusta on mallinnettu. Mallinnusosassa käsiteltiin atmosfääristä sinkkirikasteen suoraliuotusta, jossa hapettimena toimi ferri(III)rauta. Mallintamisessa käytettiin kirjallisuudessa esitettyjä mittaustuloksia ja mallintaminen tehtiin Modest tietokoneohjelmistolla. Työssä tehty atmosfäärisen suoraliuotuksen mallintaminen labo-ratoriomittakaavassa (laimeat liuokset ja pienet kiintoainepitoisuudet) antoi lupaavia tuloksia. Ongelmia mallin ennustuksen kanssa esiintyi pienissä happopitoisuuksissa, alhaisissa lämpötiloissa sekä pienillä ja suurilla partikkeleilla. Työn kirjallisuusosassa tunnistettiin ne ongelmakohdat, jotka vaativat lisätutkimuksia, jotta sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle pystytään kehittämään simulointimalli. Näitä ovat: 1. Hapen liukoisuus ja aineensiirto teollisuuden käyttämissä sinkkirikastelietteissä, 2. Sopivien mittaustulosten puuttuminen, jotta atmosfääristä suoraliuotusta, jossa O2 ja Fe3+ toimivat hapettimena voitaisiin mallintaa, 3. Kiinteäneste aineensiirron merkitys sinkkirikasteen suoraliuotuksessa. Mallinnusosassa osoitettiin, että mekanistisella mallintamisella voidaan simuloida sinkkirikasteen atmosfääristä suoraliuotusta ainakin laboratoriomittakaavassa. Työn perusteella voidaan todeta, että sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle voidaan työssä ehdotettujen jatkotutkimusten avulla kehittää numeerinen mekanistinen malli, jolla atmosfääristä sinkkirikasteiden suoraliuotusprosessia voidaan simuloida eri olosuhteissa.

Liuottajasäiliön hönkien käsittely täytekappalepesurilla

Soodakattilan liuottajasäiliön hönkä on ongelmallinen kaasu sen sisältävän suuren vesihöyrypitoisuuden, pölyn sekä rikkiyhdisteiden vuoksi. Nykyisin sitä ei voida johtaa ilmakehään käsittelemättömänä. Tässä diplomityössä kuvatun järjestelmän avulla liuottajasäiliön hönkä hävitetään soodakattilan tulipesässä. Liuottajasäiliöstä tulevasta höngästä poistetaan kosteutta sekä kiintoaineita jäähdyttämällä sitä täytekappalepesurissa. Tähän diplomityöhön liittyen suunniteltiin koeohjelma. Kokeiden tarkoituksena on tarkastella sekä hönkäpesurin että koko järjestelmän toimintaa erilaisilla kaasun ja nesteen virtauksilla. Lisäksi koeohjelmaan otettiin mukaan höngän esipesurin, sulan hajotushöyryn ja kiertonesteen lämmönsiirtimen toiminnan vaikutus koko järjestelmään. Diplomityössä kuvattujen kokeiden tuloksia ei julkaista tässä työssä. Lopuksi työssä on tarkasteltu höngän ja kiertonesteen laadun vaikutusta täytekappalepesurin sekä koko järjestelmän toimintaan.

Solids removal in pyrolysis

Pyrolysis is a process for turning biomass into liquid fuel. The process consists of heating the biomass in inert conditions and quenching the resulting vapors into oil. The oil has many potential uses, such as heating fuel in peak heating plants. In order to broaden the application base and improve the quality of the oil, solids removal has to be addressed. The solids may also increase the probability of plugging in downstream equipment. The purpose of this research was to gain an understanding of the formation of solids in the pyrolysis process and to assess options for reducing the solid content of the oil. From literature it is known that the solids can be removed either by hot vapor filtration, liquid treatment or multiple cyclones. Hot vapor filtration decreases yield, but improves the stability of the oil while simultaneously removing solids and ash. Liquid treatment techniques are good for removing large particles but involve losses of pyrolysis liquid. Cyclones are a traditional robust technique used regularly in pyrolysis. In the experimental part of this thesis, a 2 MWfuel pyrolysis setup with 2 cyclones in series was operated and monitored. Solid and liquid samples were collected from various parts of the process for further examination. Sampling and sample treatment techniques were developed. The chemical properties of the pyrolysis char were also analyzed and assessed as a function of reactor temperature and fluidizing velocity. By measuring the particle size distributions it was noticed that there were much smaller particles collected from the second cyclone than fed into pyrolysis. The solids in the pyrolysis oil were even smaller. This was most likely caused by attrition and shrinkage. Due to better separation efficiency of the cyclones in large particles, excess attrition should be avoided.

Catalytic direct synthesis of hydrogen peroxide in a novel microstructured reactor

The direct synthesis from hydrogen and oxygen is a green alternative for production of hydrogen peroxide. However, this process suffers from two challenges. Firstly, mixtures of hydrogen and oxygen are explosive over a wide range of concentrations (4-94% H2 in O2). Secondly, the catalytic reaction of hydrogen and oxygen involves several reaction pathways, many of them resulting in water production and therfore decreasing selectivity. The present work deals with these two challenges. The safety problem was dealed by employing a novel microstructured reactor. Selectivity of the reaction was highly improved by development a set of new catalysts. The final goal was to develop an effective and safe continuous process for direct synthesis of hydrogen peroxide from H2 and O2. Activated carbon cloth and Sibunit were examined as the catalysts’ supports. Palladium and gold monometallic and palladium-gold bimetallic catalysts were thoroughly investigated by numerous kinetic experiments performed in a tailored batch reactor and several catalyst charachterization methods. A complete set of data for direct synthesis of H2O2 and its catalytic decomposition and hydrogenation was obtained. These data were used to assess factors influencing selectivity and activity of the catalysts in direct synthesis of H2O2 as well as its decomposition and hydrogenation. A novel microstructured reactor was developed based on hydrodynamics and mass transfer studies in prototype microstractural plates. The shape and the size of the structural elements in the microreactor plate were optimized in a way to get high gas-liquid interfacial area and gas-liquid mass transfer. Finally, empirical correlations for the volumetric mass transfer coefficient were derived. A bench-scale continuous process was developed by using the novel microstructral plate reactor. A series of kinetic experiments were performed to investigate the effects of the gas and the liquid feed rates and their ratio, the amount of the catalyst, the gas feed composition and pressure on the final rate of H2O2 production and selectivity.

Rheological characterization of polysaccharide gels

In this Master’s Thesis work the rheological properties of different polysaccharide gels have been studied. The results of this study are used as a starting point for further investigations of potential applications. In order to understand rheological behavior of studied materials, the commercial hydrocolloids such as sodium carboxymethyl cellulose, xanthan gum and guar gum were used as reference and comparison material for rheological studies. As a part the rheological research the development and implementation of proper measurement methods for studied materials were carried out. In the literature review, short introductions of studied materials and application areas of rheological modifiers are summarized. In addition, basic rheological concepts and key fundamentals are explained. In the experimental part the focus was on the rheological characterization of aqueous suspensions of studied materials. Especially, gel strength and solution stability were investigated. The rheological measurements included both rotational and oscillatory measurements in different conditions, where several chemical and physical properties were measured with Anton Paar MCR302 dynamic rotational rheometer. Studied polysaccharide gels can be clearly defined to be shear thinning and thixotropic materials. They have strong gel forming properties even at low concentrations, which explains the superior thickening behavior for some of the samples. Along with rheological characterization of selected materials the factors behind different phenomena were investigated. To reveal value and potential use of polysaccharide gels the influence of various factors such as concentration, temperature and ionic strength were determined. The measurements showed a clear difference between studied materials under investigated external parameters.

Liquidity Risk in the Finnish Stock Market

This study explores the pricing of liquidity risk and its effect on stock returns in the Finnish stock market. In addition to that, it investigates whether there is a trend in liquidity risk. Finally, it analyzes whether the two chosen liquidity measures provide different results. The data consists of all the common shares listed in the Finnish stock market during the period of 1/1997–7/2015. To examine whether liquidity risk affects stock returns in the Finnish stock market, this study utilizes a conditional version of liquidity-adjusted capital asset pricing model (LCAPM) by Acharya and Pedersen (2005). Two recently proposed illiquidity measures – PQS and AdjILLIQ – are used in the empirical estimation to see whether there are differences in the results between the measures. The time-varying conditional liquidity risks are estimated by using a multivariate DCC-GARCH model, while the pricing of the liquidity risk is conducted by applying fixed effect panel regression. The results imply that investors in the Finnish stock market are willing to pay a premium to hedge from wealth shocks and having liquid assets during the declined market liquidity. However, investors are not willing to pay a premium for stocks with higher returns during illiquid markets. The total annualized illiquidity premiums found in the Finnish stock market are 1.77% and 1.04%, based on the PQS and AdjILLIQ measures, respectively. The study also shows that liquidity risk does not exhibit decreasing trend, and investors should consider liquidity risk in their portfolio diversification in the Finnish stock market.