Rehufosfaattitehtaan raaka-ainesyöttöjen säätöpiirien kehitys

Diplomityö tehtiin Kemira Chemicals Oy:n Kokkolan tehtaiden rehufosfaattitehtaalla. Työn tavoitteena oli uusien reseptiohjauksien suunnittelu ja käyttöönotto sekä tasaussäiliön pinnansäädön ja rakeistusrummun suhdesäädön suunnittelu. Käyttöhenkilöstön koulutus uuteen prosessinohjaukseen kuului myös osaksi diplomityötä. Uuden reseptiohjauksen avulla pyrittiin saamaan prosessin ohjaus havainnollisemmaksi ja ennustettavammaksi käyttäjille, yhdenmukaistamaan käyttäjien ajotapaa sekä suunnitella tuotereseptit vastaamaan paremmin todellista tuotantoa. Uusi reseptiohjaus mahdollistaa myös lajikekohtaisten parametrien käytön ja hyväksi havaittujen ajoreseptien tallennuksen. Tasaussäiliön pinnankorkeuden säädön tavoitteena on poistaa tuotantokatkokset, jotka johtuivat säiliön tyhjenemisestä tai täyttymisestä. Rakeistusrummun suhdesäädön tavoitteena on reaktoriliemen ja kuiva-ainesyöttöjen oikean suhteen säilyttäminen. Uuden reseptiohjauksen käyttöönoton jälkeen ajoreseptit ovat vastanneet todellista tuotantoa ja tuotantovauhti on jäänyt pysyvästi korkeammalle tasolle. Tasaussäiliön pinnansäätö toimii suunnitellulla tavalla ja on myös otettu käyttöön. Reaktoriliemen ja kuivasyöttöjen suhdesäätö on testattu käytännössä ja toimii halutulla tavalla. Suhdesäädön paremman toiminnan kannalta epätarkkoja toimilaitteita tulisi kuitenkin uusia.

Sekoitusprosessin laadunvalvonnan suunnittelu

Nokian Renkaat Oyj:ssä on suuntaus päivittäin valmistettavien kumisekoitusten määrien lisäämiseen. Sekoitusmäärien kasvaessa myös laadunvalvontamittauksien kapasiteettia pitää nostaa tai vaihtoehtoisesti vähentää näytteiden tutkimiseen kuluvaa aikaa tai tutkittavien näytteiden määrää. On mietitty, voitaisiinko näytteenottopaikkaa vaihtamalla saada edustavampi näyte. Aikaistamalla näytteenottopaikkaa näytteet saataisiin tutkittua aikaisemmin ja siten sekoitukset saataisiin käyttöön entistä nopeammin. Teoriaosassa käsitellään kumisekoitusprosessia ja tutustutaan käytettävään prosessilaitteistoon ja prosessin eri vaiheisiin. Lisäksi tutustutaan prosessin ohjaukseen, prosessimittauksiin, prosessin säätöihin ja hälytyksiin. Työssä käsitellään myös laatuun vaikuttavia tekijöitä ja perehdytään käytössä oleviin laadunvalvontamittauksiin ja näytteiden analysointiin. Kokeellisessa osassa tutkitaan, mikä olisi paras näytteenottokohta, mietitään mittausten ja mittausajan vähentämisen vaikutuksia sekä sitä, miten näytteet tulisi merkitä. Lisäksi kokeellisessa osassa tehdään neuroverkkomalli viskositeetin ennustamiseksi.

Paperinvalmistuslinjan energiankulutuksen mittaaminen paperitehtaassa

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää paperinvalmistuslinjan energiankulutusmittaus paperitehtaalla ja kehittää sen perusteella mittausmenetelmä. Tavoitteena on tutkia ja ohjeistaa mittaustapahtuma, kun apuna käytetään prosessimittauksia. Diplomityön teoriaosassa käsitellään paperinvalmistuslinjaa ja sen osaprosesseja sekä paperitehtaan prosessiohjausjärjestelmiä. Lisäksi työssä kerrotaan kirjallisuudesta löytyvistä paperitehtaan energiankulutusmittauksista, taseiden soveltamisesta paperinvalmistuslinjaan, osaprosessien energiankulutuskohteista ja energiakäytön arvioinnista. Näiden tietojen perusteella kehitetään mittausmenetelmä, joka soveltuu normaalituotannossa oleviin LWC-, SC-, sanomalehti-, kartonki- ja hienopaperinvalmistuslinjoihin sekä näiden osaprosesseille. Kehitettyä mittausmenetelmää testattiin case-tapauksiin ja kokemuksia kirjattiin ylös. Mittausmenetelmän suurin rajoite on prosessin paperitehdaskohtaisuus. Menetelmästä rajataan pois ilmanvaihto-, lämminvesi- ja jäähdytysvesijärjestelmien energiavirrat, koska näistä ei yleensä ole riittävästi mittauksia. LTO:ssa poistoilmasta talteen otettu energiavirta kuitenkin otetaan huomioon. Se vähentää korvausilman lämmittämiseen tarvittavaa energiaa. Diplomityössä selvisi, että paperivalmistuslinjan energiankulutusmittaus voidaan tehdä kustannustehokkaasti ja kattavasti hyödyntäen olemassa olevia prosessimittauksia. Mittaustuloksista on mahdollista laskea ominaisenergiankulutus, jota voidaan verrata toisiin linjoihin kun mittauksissa otetaan huomioon prosessin parametrit, mittalaitteiden mittausalue, ajankohta, mittapisteiden määrä ja sijainti.

Yhtenäistetyn mallinnuskielen hyödyntäminen betoniaseman ohjausjärjestelmän kehityksessä

Yhtenäistetty mallinnuskieli, Unified Modeling Language (UML), on saavuttanut ohjelmistoteollisuudessa defacto standardin mallinnuskielen aseman. UML:n pääasiallinen käyttökohde on ollut ohjelmistojärjestelmien mallinnus, mutta sitä on sovellettu myös muillakin ongelma-alueilla, kuten erilaisten prosessien mallinnuksessa. Tässä diplomityössä mallinnetaan eräs betoniaseman ohjausjärjestelmä käyttäen UML:ää. Työssä perehdytään alan kirjallisuuden avulla siihen, miten teollisuus on hyödyntänyt UML:ää prosessien ohjausjärjestelmien mallinnuksessa. Kirjallisuudesta saatua tietoa sovelletaan betoniaseman ohjausjärjestelmän mallinnuksessa. Luotua mallia analysoidaan sen oikeellisuuden ja käytettävyyden perusteella. Työssä havaittiin, että UML soveltuu hyvin betoniaseman ohjausjärjestelmän kaltaisen teollisuusprosessin ohjauksen mallinnukseen. UML-mallilla voidaan kuvata järjestelmän rakenne ja toiminta kattavasti. Luotua mallia voidaan hyödyntää suoraan ohjausjärjestelmän jatkokehityksessä. Julkista tutkimustietoa aiheesta on kuitenkin niukasti saatavilla, joten lisätarve julkiselle tutkimukselle on olemassa.

Quality in services marketing in infocom sector in Finland

Tutkielman tavoitteena oli selvittää, mikä on palvelun laadun taso infocom sektorilla Suomessa, ja miten sitä voidaan parantaa. Teoriaosassa tavoitteeseen pyrittiin muodostamalla teoriakirjallisuuteen, tieteellisiin julkaisuihin sekä aikaisempaan aihealuetta sivuavaan tutkimukseen perustuva viitekehysmalli. Empiirisessä osassa tavoitetta lähestyttiin tutkimalla infocom sektorin kunkin toimialueen (telekommunikaatio, informaatio teknologia ja sisältötuotanto) palvelujen laatua case-kuvausten muodossa. Tutkielman empiirinen osuus toteutettiin kvalitatiivisena multiple case -tutkimuksena teemahaastattelu-menetelmää soveltaen. Case-analyysi suorittiin käyttäen ns. explanation- building -menetelmää. Teoreettiset ja empiiriset tutkimustulokset yhdistettiin erityisiksi infocom sektorille soveltuviksi toimenpidesuosituksiksi. Tutkielman empiirinen osuus antoi tukea teoreettisen osuuden pohjalta kehitetylle viitekehykselle. Tutkimuksen tavoitteena oli case-analyysi- menetelmän mukaisesti luoda perusta syvemmälle aihepiiriä käsittelevälle jatkotutkimukselle ja luoda kuva infocom sektorin tämän hetkisestä laadullisesta tilasta. Yhteenvetona voidaan sanoa, että laatu palvelujen markkinoinnissa infocom sektorilla on suhteellisen heikkoa, vaikka tutkimusaineiston mukaan laatu arvostetaan hyvin korkealle. Yritysten tämänhetkiset panostukset laatuun liittyvät lähinnä liiketoiminnan tukifunktioihin ja prosessien ohjausmenetelmiä koskeviin järjestelmiin. Tutkimuksen pohjalta tehtävät varsinaiset toimenpidesuositukset liittyvät laadun sisäistämiseen jo strategiaa luotaessa, asiakaslähtöisyyteen, laatujohtamiseen, laatukoulutukseen ja kokonaisvaltaisen laatukulttuurin luomiseen organisaatioissa. Turbulentissa, nopeasti kansainvälistyvässä ja erittäin voimakkaasti kilpaillussa liiketoimintaympäristössä nämä ovat elintärkeitä menestymisen kriteerejä.

Competitor comparison: variable speed drives in pumping applications

As the world’s energy demand is increasing, a durable solution to control it is to improve the energy efficiency of the processes. It has been estimated that pumping applications have a significant potential for energy savings trough equipment or control system changes. For many pumping application the use of a variable speed drive as a process control element is the most energy efficient solution. The main target of this study is to examine the energy efficiency of a drive system that moves the pump. In a larger scale the purpose of this study is to examine how the different manufacturers’ variable speed drives are functioning as a control device of a pumping process. The idea is to compare the drives from a normal pump user’s point of view. The things that are mattering for the pump user are the efficiency gained in the process and the easiness of the use of the VSD. So some thought is given also on valuating the user-friendliness of the VSDs. The VSDs are compared to each other also on the basis of their life cycle energy costs in different kind of pumping cases. The comparison is made between ACS800 from ABB, VLT AQUA Drive from Danfoss, NX-drive from Vacon and Micromaster 430 from Siemens. The efficiencies are measured in power electronics laboratory in the Lappeenranta University of Technology with a system that consists of a variable speed drive, an induction motor with dc-machine, two power analyzers and a torque transducer. The efficiencies are measured as a function of a load at different frequencies. According to measurement results the differences between the measured system efficiencies on the actual working area of pumping are on average few percent units. When examining efficiencies at the whole range of different loads and frequencies, the differences get bigger. At low frequencies and loads the differences between the most efficient and the least efficient systems are at the most about ten percent units. At the most of the tested points ABB’s drive seem to have slightly better efficiencies than the other drives.

Toiminnan kehittäminen ohutlevykonepajassa

Yritysmaailma elää jatkuvassa muutoksessa. Yrityksen kehittäminen on yrityksen menestymisen kannalta välttämätöntä. Mikäli yritystä ei aktiivisesti kehitetä, kilpailijat valtaavat yrityksen elintilan ja yritys taantuu ja lopulta yrityksen toiminta lakkaa. Tämän työn tarkoituksena oli kehittää Compusteel Oy:n toimintaa ja edistää yhtiön kilpailukykyä lähitulevaisuudessa. Compusteel Oy on luonteeltaan alihankkija / komponenttitoimittaja. Tällaisen yrityksen tärkein kilpailutekijä on tehokas tuotanto. Tässä työssä keskityttiin tutkimaan erityisesti keinoja, millä tuotantoa voidaan tehostaa. Useissa työn lähteenä käytetyissä tutkimuksissa on havaittu tiedon välittämisen merkitys nykyaikaisen yrityksen kilpailutekijänä. Tyypillisimmillään toiminnan virheet johtuvat tiedon puutteellisesta välittämisestä sekä tiedon käytettävyyden heikosta tasosta tarvetilanteessa. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuden ja muun lähdeaineiston kuten koulutusten avulla. Tutkimuksessa paneuduttiin erityisesti erilaisten tuotannonohjausmenetelmien kartoittamiseen sekä niiden hyödyntämiseen yrityksen toiminnassa. Työn tuloksena syntyi Compusteel Oy:öön uusi toimintamalli tiettyihin yrityksen ydin prosesseihin. Erityisen tärkeänä nähtiin uuden ajattelumallin omaksuminen tuotannonohjaushenkilöstössä. Uutta ajattelumallia voidaan tulevaisuudessa soveltaa useissa yrityksen kehittämishankkeissa. Lisäksi työn tuloksena käyttöönotettiin uusi toiminnanohjausjärjestelmä, joka tukee uutta toimintamallia.

Advanced chemometric methods: Applicability on industrial data

Recent years have produced great advances in the instrumentation technology. The amount of available data has been increasing due to the simplicity, speed and accuracy of current spectroscopic instruments. Most of these data are, however, meaningless without a proper analysis. This has been one of the reasons for the overgrowing success of multivariate handling of such data. Industrial data is commonly not designed data; in other words, there is no exact experimental design, but rather the data have been collected as a routine procedure during an industrial process. This makes certain demands on the multivariate modeling, as the selection of samples and variables can have an enormous effect. Common approaches in the modeling of industrial data are PCA (principal component analysis) and PLS (projection to latent structures or partial least squares) but there are also other methods that should be considered. The more advanced methods include multi block modeling and nonlinear modeling. In this thesis it is shown that the results of data analysis vary according to the modeling approach used, thus making the selection of the modeling approach dependent on the purpose of the model. If the model is intended to provide accurate predictions, the approach should be different than in the case where the purpose of modeling is mostly to obtain information about the variables and the process. For industrial applicability it is essential that the methods are robust and sufficiently simple to apply. In this way the methods and the results can be compared and an approach selected that is suitable for the intended purpose. Differences in data analysis methods are compared with data from different fields of industry in this thesis. In the first two papers, the multi block method is considered for data originating from the oil and fertilizer industries. The results are compared to those from PLS and priority PLS. The third paper considers applicability of multivariate models to process control for a reactive crystallization process. In the fourth paper, nonlinear modeling is examined with a data set from the oil industry. The response has a nonlinear relation to the descriptor matrix, and the results are compared between linear modeling, polynomial PLS and nonlinear modeling using nonlinear score vectors.

Measuring Processes of a New Packaging Solutions with the Balanced Scorecard, case DigiCup

The aim of this study was to create a Balanced Scorecard to the DigiCup solution. The first goal was to create process descriptions to the few critical processes. The second goal was to define appropriate measurements, according to customer survey as well as following the Balanced Scorecard process description, to manage the critical success factors. The overall goal of this study was to create a performance measurement system for the solution which guides the operation towards continuous improvement. This study was conducted by using both qualitative and quantitative methods, and the analysis was done by using a case study method. The material was gathered from the current customers, the management and the employees using structured, semi-structured and open group and individual interviews. The current customers were divided into retailers and direct customers of the DigiCup solution. The questions which the customers were asked were related to the information about interviewee, company, business strategy, market, satisfaction survey and future requirements. The management defined the strategy and took part in specifying the perspectives, objectives and measurements to the Balanced Scorecard of the DigiCup solution. The employees participated into the choosing of the metrics. The material consisted from altogether sixteen interviews. At the beginning of the study the product development, the order-delivery as well as the printing processes was chosen to be the critical processes of the DigiCup solution. These processes were concentrated on already in the literature review while trying to find the characteristics of these processes as well as the critical success factors and the appropriate measurements, which could be utilized when creating the Balanced Scorecard to the DigiCup solution according to the customer survey. The appropriate perspectives, objectives and measurements were found to the DigiCup solution. The chosen measures works as a basis for the development of IT-reporting tool. As a conclusion it can be stated that when discussing a new business, where the objectives are changing according to which development’s phases the company is in, the measurement should be updated often enough.

Virtuaalisen lajittelujärjestelmän hyödyntäminen postipalveluyrityksen tuotannollisessa prosessissa

Työn tavoitteena oli kehittää toimintoperusteista kustannuslaskentaa soveltamalla laskentamalli, jonka avulla on mahdollista tutkia postipalveluyrityksen tuotannollisen prosessin kokonaistuottavuuden kannalta optimaalista tapaa hyödyntää virtuaalista lajittelujärjestelmää. Kimputuksen osalta syntyi teoreettinen laskentamalli, mutta kuljetusyksiköinnin osalta pyrittiin muodostamaan todellista prosessia mahdollisimman hyvin noudattava malli, jonka tuloksia on helppo tutkia erilaisilla kustannus- ja lähetysparametreillä. Virtuaalisen lajittelujärjestelmän tuotannollisen hyödyntämisen ohella työssä oli tarkoitus toteuttaa alustavaa analyysia siitä, millä tapaa järjestelmän avulla voidaan tuottaa myös muuta lisäarvoa postipalvelutuotannolle. Analyysissa havaittiin alustavia hyödyntämismahdollisuuksia palvelutuotannon kuormitussuunnittelun, osoitelaatusidonnaisten toimintojen sekä postiin jätön ja prosessiin ohjauksen osalta. Ottamatta kantaa hyödyntämismahdollisuuksien toteutettavuuteen analyysin keskeinen tulos oli kuitenkin se, että järjestelmän hyödyntämisen osalta tutkimattomia teitä on vielä lukuisia.

Itä-Savon sairaanhoitopiiri Ky:n Savonlinnan keskussairaalan paikannustoiminnan kehittäminen

Terveydenhuollon ja siihen liittyvien palvelujen kustannusten jatkuva kohoaminen ja kuntien paheneva taloustilanne sekä terveydenhuollon pienenevät henkilöstöresurssit ovat lisänneet painetta toimintojen kustannustehokkaaseen toteuttamiseen. Edellä mainitusta johtuen, terveydenhuollon toimijoita kehotetaan etsimään uusia ratkaisuja, joilla voidaan taata jatkossa riittävä asiakaspalvelutaso, kustannustehokkuus ja – palvelujen turvallisuus. Tämän työn tavoitteena oli vastata kysymyksiin tunnistus- ja paikannustoiminnan hyödyntämisen mahdollisuuksista Itä-Savon sairaanhoitopiirin Savonlinnan keskussairaalassa. Tarkoituksena oli selvittää, millaisia paikannus ja tunnistusteknologiaan liittyviä tavoitteita ja vaatimuksia terveydenhuollon toimialalla ja erityisesti Itä-Savon sairaanhoitopiirissä on ja millä tavalla RFID ja WLAN – teknologioilla saadaan kehitettyä asetettuihin tavoitteisiin ja hyötyodotuksiin vastaavat ratkaisut. Työssä pyrittiin selvittämään myös millaisia rahallisia säästöjä tunnistus- ja paikannusteknologioilla voidaan saada aikaan. Työn yhteydessä kartoitettiin tarpeita ja vaatimuksia tunnistus- ja paikannusteknologian hyödyntämiseen. Tarpeet ja vaatimukset testattiin tunnistus- ja paikannuspilotissa. Lisäksi perehdyttiin kirjallisuuteen ja aiempiin tutkimuksiin tunnistus- ja paikannusteknologioista. Suunnitelman perusteella näyttää siltä, että hyödyntämällä tunnistus- ja paikannusteknologioita voitaisiin tehostaa Savonlinnan keskussairaalan toimintaa. Suunnitelman pilottivaiheen tuloksien perusteella toiminnan tehostaminen tarkoittaisi kustannussäästöjä, parantaisi potilasturvallisuutta sekä hoitotyön laatua. Tunnistus- ja paikannusteknologian käyttökohteita sairaalassa voisivat olla esimerkiksi reaaliaikaiseen prosessien ohjaaminen, kulunvalvonnan ja -ohjauksen automatisointi, potilaan automaattinen tunnistaminen, sekä sairaalan tutkimuslaitteiden seuranta.

Voimalaitoksen käytönaikaisen optimoinnin määrittely

Tässä diplomityössä määritellään biopolttoainetta käyttävän voimalaitoksen käytönaikainen tuotannon optimointimenetelmä. Määrittelytyö liittyy MW Powerin MultiPower CHP –voimalaitoskonseptin jatkokehitysprojektiin. Erilaisten olemassa olevien optimointitapojen joukosta valitaan tarkoitukseen sopiva, laitosmalliin ja kustannusfunktioon perustuva menetelmä, jonka tulokset viedään automaatiojärjestelmään PID-säätimien asetusarvojen muodossa. Prosessin mittaustulosten avulla lasketaan laitoksen energia- ja massataseet, joiden tuloksia käytetään seuraavan optimointihetken lähtötietoina. Optimoinnin kohdefunktio on kustannusfunktio, jonka termit ovat voimalaitoksen käytöstä aiheutuvia tuottoja ja kustannuksia. Prosessia optimoidaan säätimille annetut raja-arvot huomioiden niin, että kokonaiskate maksimoituu. Kun laitokselle kertyy käyttöikää ja historiadataa, voidaan prosessin optimointia nopeuttaa hakemalla tilastollisesti historiadatasta nykytilanteen olosuhteita vastaava hetki. Kyseisen historian hetken katetta verrataan kustannusfunktion optimoinnista saatuun katteeseen. Paremman katteen antavan menetelmän laskemat asetusarvot otetaan käyttöön prosessin ohjausta varten. Mikäli kustannusfunktion laskenta eikä historiadatan perusteella tehty haku anna paranevaa katetta, niiden laskemia asetusarvoja ei oteta käyttöön. Sen sijaan optimia aletaan hakea deterministisellä optimointialgoritmilla, joka hakee nykyhetken ympäristöstä paremman katteen antavia säätimien asetusarvoja. Säätöjärjestelmä on mahdollista toteuttaa myös tulevaisuutta ennustavana. Työn käytännön osuudessa voimalaitosmalli luodaan kahden eri mallinnusohjelman avulla, joista toisella kuvataan kattilan ja toisella voimalaitosprosessin toimintaa. Mallinnuksen tuloksena saatuja prosessiarvoja hyödynnetään lähtötietoina käyttökatteen laskennassa. Kate lasketaan kustannusfunktion perusteella. Tuotoista suurimmat liittyvät sähkön ja lämmön myyntiin sekä tuotantotukeen, ja suurimmat kustannukset liittyvät investoinnin takaisinmaksuun ja polttoaineen ostoon. Kustannusfunktiolle tehdään herkkyystarkastelu, jossa seurataan katteen muutosta prosessin teknisiä arvoja muutettaessa. Tuloksia vertaillaan referenssivoimalaitoksella suoritettujen verifiointimittausten tuloksiin, ja havaitaan, että tulokset eivät ole täysin yhteneviä. Erot johtuvat sekä mallinnuksen puutteista että mittausten lyhyehköistä tarkasteluajoista. Automatisoidun optimointijärjestelmän käytännön toteutusta alustetaan määrittelemällä käyttöön otettava optimointitapa, siihen liittyvät säätöpiirit ja tarvittavat lähtötiedot. Projektia tullaan jatkamaan järjestelmän ohjelmoinnilla, testauksella ja virityksellä todellisessa voimalaitosympäristössä ja myöhemmin ennustavan säädön toteuttamisella.

Liquid transportation and distribution during (re)wetting : impact on coated papers in printing

In many industrial applications, such as the printing and coatings industry, wetting of porous materials by liquids includes not only imbibition and permeation into the bulk but also surface spreading and evaporation. By understanding these phenomena, valuable information can be obtained for improved process control, runnability and printability, in which liquid penetration and subsequent drying play important quality and economic roles. Knowledge of the position of the wetting front and the distribution/degree of pore filling within the structure is crucial in describing the transport phenomena involved. Although exemplifying paper as a porous medium in this work, the generalisation to dynamic liquid transfer onto a surface, including permeation and imbibition into porous media, is of importance to many industrial and naturally occurring environmental processes. This thesis explains the phenomena in the field of heatset web offset printing but the content and the analyses are applicable in many other printing methods and also other technologies where water/moisture monitoring is crucial in order to have a stable process and achieve high quality end products. The use of near-infrared technology to study the water and moisture response of porous pigmented structures is presented. The use of sensitive surface chemical and structural analysis, as well as the internal structure investigation of a porous structure, to inspect liquid wetting and distribution, complements the information obtained by spectroscopic techniques. Strong emphasis has been put on the scale of measurement, to filter irrelevant information and to understand the relationship between interactions involved. The near-infrared spectroscopic technique, presented here, samples directly the changes in signal absorbance and its variation in the process at multiple locations in a print production line. The in-line non-contact measurements are facilitated by using several diffuse reflectance probes, giving the absolute water/moisture content from a defined position in the dynamic process in real-time. The nearinfrared measurement data illustrate the changes in moisture content as the paper is passing through the printing nips and dryer, respectively, and the analysis of the mechanisms involved highlight the roles of the contacting surfaces and the relative liquid carrier properties of both non-image and printed image areas. The thesis includes laboratory studies on wetting of porous media in the form of coated paper and compressed pigment tablets by mono-, dual-, and multi-component liquids, and paper water/moisture content analysis in both offline and online conditions, thus also enabling direct sampling of temporal water/moisture profiles from multiple locations. One main focus in this thesis was to establish a measurement system which is able to monitor rapid changes in moisture content of paper. The study suggests that near-infrared diffuse reflectance spectroscopy can be used as a moisture sensitive system and to provide accurate online qualitative indicators, but, also, when accurately calibrated, can provide quantification of water/moisture levels, its distribution and dynamic liquid transfer. Due to the high sensitivity, samples can be measured with excellent reproducibility and good signal to noise ratio. Another focus of this thesis was on the evolution of the moisture content, i.e. changes in moisture content referred to (re)wetting, and liquid distribution during printing of coated paper. The study confirmed different wetting phases together with the factors affecting each phase both for a single droplet and a liquid film applied on a porous substrate. For a single droplet, initial capillary driven imbibition is followed by equilibrium pore filling and liquid retreat by evaporation. In the case of a liquid film applied on paper, the controlling factors defining the transportation were concluded to be the applied liquid volume in relation to surface roughness, capillarity and permeability of the coating giving the liquid uptake capacity. The printing trials confirmed moisture gradients in the printed sheet depending on process parameters such as speed, fountain solution dosage and drying conditions as well as the printed layout itself. Uneven moisture distribution in the printed sheet was identified to be one of the sources for waving appearance and the magnitude of waving was influenced by the drying conditions.

Characterization of fiber and vessel elements in pulp suspension images

The thesis is related to the topic of image-based characterization of fibers in pulp suspension during the papermaking process. Papermaking industry is focusing on process control optimization and automatization, which makes it possible to manufacture highquality products in a resource-efficient way. Being a part of the process control, pulp suspension analysis allows to predict and modify properties of the end product. This work is a part of the tree species identification task and focuses on analysis of fiber parameters in the pulp suspension at the wet stage of paper production. The existing machine vision methods for pulp characterization were investigated, and a method exploiting direction sensitive filtering, non-maximum suppression, hysteresis thresholding, tensor voting, and curve extraction from tensor maps was developed. Application of the method to the microscopic grayscale pulp images made it possible to detect curves corresponding to fibers in the pulp image and to compute their morphological characteristics. Performance of the method was evaluated based on the manually produced ground truth data. An accuracy of fiber characteristics estimation, including length, width, and curvature, for the acacia pulp images was found to be 84, 85, and 60% correspondingly.

Concentration of hydrogen peroxide and improving its energy efficiency

Distillation is a unit operation of process industry, which is used to separate a liquid mixture into two or more products and to concentrate liquid mixtures. A drawback of the distillation is its high energy consumption. An increase in energy and raw material prices has led to seeking ways to improve the energy efficiency of distillation. In this Master's Thesis, these ways are studied in connection with the concentration of hydrogen peroxide at the Solvay Voikkaa Plant. The aim of this thesis is to improve the energy efficiency of the concentration of the Voikkaa Plant. The work includes a review of hydrogen peroxide and its manufacturing. In addition, the fundamentals of distillation and its energy efficiency are reviewed. An energy analysis of the concentration unit of Solvay Voikkaa Plant is presented in the process development study part. It consists of the current and past information of energy and utility consumptions, balances, and costs. After that, the potential ways to improve the energy efficiency of the distillation unit at the factory are considered and their feasibility is evaluated technically and economically. Finally, proposals to improve the energy efficiency are suggested. Advanced process control, heat integration and energy efficient equipment are the most potential ways to carry out the energy efficient improvements of the concentration at the Solvay Voikkaa factory. Optimization of the reflux flow and the temperatures of the overhead condensers can offer immediate savings in the energy and utility costs without investments. Replacing the steam ejector system with a vacuum pump would result in savings of tens of thousands of euros per year. The heat pump solutions, such as utilizing a mechanical vapor recompression or thermal vapor recompression, are not feasible due to the high investment costs and long pay back times.