Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions

This dissertation is based on four articles dealing with modeling of ozonation. The literature part of this considers some models for hydrodynamics in bubble column simulation. A literature review of methods for obtaining mass transfer coefficients is presented. The methods presented to obtain mass transfer are general models and can be applied to any gas-liquid system. Ozonation reaction models and methods for obtaining stoichiometric coefficients and reaction rate coefficients for ozonation reactions are discussed in the final section of the literature part. In the first article, ozone gas-liquid mass transfer into water in a bubble column was investigated for different pH values. A more general method for estimation of mass transfer and Henry’s coefficient was developed from the Beltrán method. The ozone volumetric mass transfer coefficient and the Henry’s coefficient were determined simultaneously by parameter estimation using a nonlinear optimization method. A minor dependence of the Henry’s law constant on pH was detected at the pH range 4 - 9. In the second article, a new method using the axial dispersion model for estimation of ozone self-decomposition kinetics in a semi-batch bubble column reactor was developed. The reaction rate coefficients for literature equations of ozone decomposition and the gas phase dispersion coefficient were estimated and compared with the literature data. The reaction order in the pH range 7-10 with respect to ozone 1.12 and 0.51 the hydroxyl ion were obtained, which is in good agreement with literature. The model parameters were determined by parameter estimation using a nonlinear optimization method. Sensitivity analysis was conducted using object function method to obtain information about the reliability and identifiability of the estimated parameters. In the third article, the reaction rate coefficients and the stoichiometric coefficients in the reaction of ozone with the model component p-nitrophenol were estimated at low pH of water using nonlinear optimization. A novel method for estimation of multireaction model parameters in ozonation was developed. In this method the concentration of unknown intermediate compounds is presented as a residual COD (chemical oxygen demand) calculated from the measured COD and the theoretical COD for the known species. The decomposition rate of p-nitrophenol on the pathway producing hydroquinone was found to be about two times faster than the p-nitrophenol decomposition rate on the pathway producing 4- nitrocatechol. In the fourth article, the reaction kinetics of p-nitrophenol ozonation was studied in a bubble column at pH 2. Using the new reaction kinetic model presented in the previous article, the reaction kinetic parameters, rate coefficients, and stoichiometric coefficients as well as the mass transfer coefficient were estimated with nonlinear estimation. The decomposition rate of pnitrophenol was found to be equal both on the pathway producing hydroquinone and on the path way producing 4-nitrocathecol. Comparison of the rate coefficients with the case at initial pH 5 indicates that the p-nitrophenol degradation producing 4- nitrocathecol is more selective towards molecular ozone than the reaction producing hydroquinone. The identifiability and reliability of the estimated parameters were analyzed with the Marcov chain Monte Carlo (MCMC) method. @All rights reserved. No part of the publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior permission of the author.

Detection of bovine foetal DNA from amniotic fluid using the polymerase chain reaction

Selostus: Sikiön DNA:n tunnistaminen naudan sikiövedestä polymeraasiketjureaktion avulla

The transfer of 137Cs through the soil-plant-sheep food chain in different pasture ecosystems

Selostus: Radiocesiumin kulkeutuminen eri laidunekosysteemien maa-ruoho-lammas -ravintoketjussa

Universally primed polymerase chain reaction analysis of Fusarium avenaceum isolated from wheat and barley in Finland

Selostus: Vehnästä ja ohrasta eristettyjen F. avenaceum -punahomekantojen analysointi UP-PCR-menetelmällä

Photosynthesis and Rubisco kinetics in spring wheat and meadow fescue under conditions of simulated climate change with elevated CO[sub 2] and increased temperatures

Selostus: Kevätvehnän ja nurminadan fotosynteesi ja Rubisco-kinetiikka simuloidun ilmastonmuutoksen eli kohotetun hiilidioksidipitoisuuden ja kohotetun lämpötilan oloissa

Optimizing the supply chain strategy of a multi-unit Finnish nursery company

Abstract

Item master management in the engineer-to-order supply chain

Diplomityöntavoitteena on tutkia, kuinka nimiketiedon hallinnalla voidaan parantaa kustannustehokkuutta projektiohjautuvassa toimitusketjussa. Työn kohdeyritys on Konecranes Oyj:n tytäryhtiö Konecranes Heavy Lifting Oy. Nimiketiedon hallinta liittyy läheisesti tuotetiedon hallintaan. Teoriaosassa käsitellään toimitusketjuympäristön tekijöitä, modulaarisuuden ja asiakaskohtaisuuden ongelmallisuutta sekä informaatiovirran vaikutuksia eri toiminnoissa. Yritysosassa vertaillaan konsernitason kahta liiketoiminta-aluetta strategiavalintojen, tuotteiden modulaarisuuden sekä tilaus-toimitusprosessissa liikkuvan nimikeinformaation perusteella. Diplomityön tuloksena annetaan suuntaviivat; nimikemassan eheytykseen, strategisten nimikkeiden tunnistamiseen ja määrittämiseen, nimikkeiden hallintaan sekä master-datan sijoittamiseen tietojärjestelmäympäristöön.

Kinetics of selective oxidation of lactose to lactobionic acid over Pd-active carbon catalyst

Laktoosi eli maitosokeri on tärkein ainesosa useimpien nisäkkäiden tuottamassa maidossa. Sitä erotetaan herasta, juustosta ja maidosta. Laktoosia käytetään elintarvike- ja lääketeollisuuden raaka-aineena monissaeri tuotteissa. Lääketeollisuudessa laktoosia käytetään esimerkiksi tablettien täyteaineena. Hapettamalla laktoosia voidaan valmistaa laktobionihappoa, 2-keto-laktobionihappoa ja laktuloosia. Laktobionihappoa käytetään biohajoavien pintojen ja kosmetiikkatuotteiden valmistuksessa, sekä sisäelinten säilöntäliuoksissa, joissa laktobionihappo estää happiradikaalien aiheuttamien kudosvaurioiden syntymistä. Tässä työssä laktoosia hapetettiin laktobionihapoksi sekoittimella varustetussa laboratoriomittakaavaisessa panosreaktorissa käyttäenkatalyyttinä palladiumia aktiivihiilellä. Muutamissa kokeissa katalyytin promoottorina käytettiin vismuttia, joka hidastaa katalyytin deaktivoitumista. Työn tarkoituksena oli saada lisää tietoa laktoosin hapettamisen kinetiikasta. Laktoosin hapettumisessa laktobionihapoksi havaittiin selektiivisyyteen vaikuttavan muunmuassa reaktiolämpötila, paine, pH ja käytetyn katalyytin määrä. Katalyyttiä kierrättämällä eri kokeiden välillä saatiin paremmat konversiot, selektiivisyydet ja saannot. Parhaat koetulokset saatiin hapetettaessa synteettisellä ilmalla 60 oC lämpötilassa ja 1 bar paineessa. Tehdyissä kokeissa pH:n säätö tehtiin manuaalisesti, joten pH ei pysynyt koko ajan haluttuna. Laktoosin konversio oli parhaimmillaan 95 %. Laktobionihapon suhteellinen selektiivisyys oli 100% ja suhteellinen saanto 100 %. Kinetiikan matemaattinen mallinnus tehtiin Modest-ohjelmalla käyttäen kokeista saatuja mittaustuloksia.Ohjelman avulla estimoitiin parametreja ja saatiin matemaattinen malli reaktorille. Tässä työssä tehtiin kineettinen mallinnus myös ravistelureaktorissa tehdyille laktoosin hapetuskokeille, missä pH pysyi koko ajan haluttuna 'in-situ' titrauksen avulla. Työn yhteydessä selvitettiin myös mahdollisuutta käyttää monoliittikatalyyttejä laktoosin hapetusreaktiossa.

Developing Service Promise Concept Based on Supply Chain

Diplomityön tavoitteena on analysoida ja kehittää palvelulupauskonseptia toimitusketjuun perustuen Halton Oy:ssä. Työ toteutettiin, koska asiakaslähtöinen liiketoimintatapa on voimakkaasti valtaamassa alaa tuote- ja tuotantopainotteiselta toimintatavalta. Tuotteiden erinomaisuus koetaan markkinoilla yhä useammin itsestään selvyytenä. Prosessien tehokas hallitseminen ja asiakkaan kokeman lisäarvon muodostaminen ovat muodostuneet ratkaisevimmaksi kilpailuedun luojaksi. Toimitusketjun hallinnalla ja sähköisellä kaupankäynnillä on tärkeä rooli tämän kilpailuedun muodostumisessa.Diplomityö käsittelee uuden palvelulupauskonseptin tarjoamia etuja Halton Oy:lle. Työssä pureudutaan toimitusketjun ja sähköisen kaupankäynnin integraatiomahdollisuuksiin. Tarkoituksena on selvittää parhaat mahdolliset kriteerit Haltonin palvelulupauskonseptilleja luoda menetelmät yrityksen materiaalivirtojen sekä uuden konseptin analysoinnille ja kehittämiselle jatkossa.

Monte Carlo Methods in Parameter Estimation of Nonlinear Models

Yksi keskeisimmistä tehtävistä matemaattisten mallien tilastollisessa analyysissä on mallien tuntemattomien parametrien estimointi. Tässä diplomityössä ollaan kiinnostuneita tuntemattomien parametrien jakaumista ja niiden muodostamiseen sopivista numeerisista menetelmistä, etenkin tapauksissa, joissa malli on epälineaarinen parametrien suhteen. Erilaisten numeeristen menetelmien osalta pääpaino on Markovin ketju Monte Carlo -menetelmissä (MCMC). Nämä laskentaintensiiviset menetelmät ovat viime aikoina kasvattaneet suosiotaan lähinnä kasvaneen laskentatehon vuoksi. Sekä Markovin ketjujen että Monte Carlo -simuloinnin teoriaa on esitelty työssä siinä määrin, että menetelmien toimivuus saadaan perusteltua. Viime aikoina kehitetyistä menetelmistä tarkastellaan etenkin adaptiivisia MCMC menetelmiä. Työn lähestymistapa on käytännönläheinen ja erilaisia MCMC -menetelmien toteutukseen liittyviä asioita korostetaan. Työn empiirisessä osuudessa tarkastellaan viiden esimerkkimallin tuntemattomien parametrien jakaumaa käyttäen hyväksi teoriaosassa esitettyjä menetelmiä. Mallit kuvaavat kemiallisia reaktioita ja kuvataan tavallisina differentiaaliyhtälöryhminä. Mallit on kerätty kemisteiltä Lappeenrannan teknillisestä yliopistosta ja Åbo Akademista, Turusta.

Determination of the critical activities of a public-private intermediary organization with the help of value chain analysis

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää arvoketjuanalyysin avulla toiminnot, joilla voittoatavoittelemattoman, julkisen osakeyhtiön toimintaa voitaisiin kuvata. Tarkoituksena oli selvittää mainitut toiminnot yleisesti ja luoda malli kohdeyrityksen arvoketjusta ja sen toiminnoista. Tutkielma jakautuu teoreettiseen ja empiiriseen osaan. Ensimmäinen pohjautuu aikaisempaan tutkimukseen ja kirjallisuuteen sidosryhmistä, arvon muodostumisesta ja arvoketjuanalyysistä. Jälkimmäinen on laadullista tapaustutkimusta. Empiriassa mallinnettiin Lappeenranta Innovation Oy:nsisäisiä toimintoja ja sidosryhmien odotuksia. Empiirinen tutkimus perustui kohdeyrityksen omistajille ja henkilöstölle tehtyihin haastatteluihin sekä yrityksen toiminnan päivittäiseen seurantaan. Johtopäätöksenätodettiin, että julkisen, voittoa tavoittelemattoman yrityksen toiminnot on mahdollista kuvata arvoketjuanalyysin avulla. Alan ja yrityksen asettamat erityispiirteet toivat haasteita määrittelylle, mutta silti arvoketju antoi selkeän tavan kohdeyrityksen toimintojen mallintamiselle.

Performance measurement oforder-delivery chain in SMEs: Case study

Tutkimus pyrkii selvittämään, kuinka tehokas suorituskykymittaristo voidaan parhaiten suunnitella pk-yrityksessä. Tutkimuksen tavoitteena on luoda suorituskykymittaristo pienen kohdeyrityksen johtajien tarpeisiin. Päähuomion kohteena on yrityksen tilaus-toimitusketju ja arvoverkko. Työ on luonteeltaan kvalitatiivinen toimintatutkimus, joka noudattaa toiminta-analyyttista tutkimusotetta. Työn teoriaosassa selvitetään, kuinka suorituskyvyn mittaaminen sekä materiaali-, tieto- ja rahavirtojen hallinta on kehittynyt viime vuosina pk-yrityksen näkökulmasta. Mittariston suunnittelu aloitetaan kohdeyrityksen perusteellisella analyysilla. Tämän pohjalta määritellään yrityksen kriittiset menestystekijät, joista lopulta johdetaan suorituskykymittarit. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että yleinen asenne mittaamista kohtaan, strategian huomioinnin puute sekä tietojärjestelmien rajoitteet ovat päähaasteita pk-yrityksen suorituskyvyn mittaamisessa. Mittareiden tuleekin olla melko yksinkertaisia ja helppoja käyttää, jotta mittaamisen ei koettaisi kuluttavan rajallisia resursseja liikaa. Mittariston tulee kuitenkin antaa kokonaisvaltainen kuva yrityksen suorituskyvystä, johon vaikuttavat kaikki arvoverkon osapuolet ja heidän yhteistyö toistensa kanssa.

Value chain analysis in graphical boards business

Tällä tutkielmalla oli kaksi tavoitetta. Ensimmäinen tavoite oli selvittää, kuinka valittujen tuotteiden arvoa asiakkaiden silmissä voisi lisätä. Toisena tavoitteena oli selvittää tuotteiden arvon lisääntyminen arvoketjun jokaisella portaalla kartonkitehtaaltaloppuasiakkaalle. Tutkimuksen kohteena oli kolme erilaista arvoketjua. Tutkimusoli luonteeltaan kvalitatiivinen ja tarvittavat tiedot kerättiin haastatteluilla. Tutkimuksen tuloksena voidaan mainita, että asiakkaat arvostavat laskua kustannuksissa enemmän kuin lisähyötyjä. Myös prosentuaalinen arvonlisäys valittuihintuotteisiin arvoketjun eri portaissa saatiin selville. Tästä työstä on tehty kaksi versiota; tämä versio, joka tulee julkiseksi neljän vuoden salassapitoajan jälkeen, ja toinen versio, joka sisältää arkaluontoisempaa kustannusinformaatiotaja on siitä syystä kokonaan salainen.

Value added logistics in supply and demand chain. Smile. Part 2. eBusiness in a service business. Case: A maintenance and operations network in forest industry

VVALOSADE is a research project of professor Anita Lukka's VALORE research team in the Lappeenranta University of Technology. The VALOSADE includes the ELO technology program of Tekes. SMILE is one of four subprojects of the VALOSADE. The SMILE study focuses on the case of the company network that is composed of small and micro-sized mechanical maintenance service providers and forest industry as large-scale customers. The basic principle of the SMILE study is the communication and ebusiness in supply and demand networks. The aim of the study is to develop ebusiness strategy, ebusiness model and e-processes among the SME local service providers, and onthe other hand, between the local service provider network and the forest industry customers in a maintenance and operations service business. A literature review, interviews and benchmarking are used as research methods in this qualitative case study. The first SMILE report, 'Ebusiness between Global Company and Its Local SME Supplier Network', concentrated on creating background for the SMILE study by studying general trends of ebusiness in supply chains and networks of different industries. This second phase of the study concentrates on case network background, such as business relationships, information systems and business objectives; core processes in maintenance and operations service network; development needs in communication among the network participants; and ICT solutions to respond needs in changing environment. In the theory part of the report, different ebusiness models and frameworks are introduced. Those models and frameworks are compared to empirical case data. From that analysis of the empirical data, therecommendations for the development of the network information system are derived. In process industry such as the forest industry, it is crucial to achieve a high level of operational efficiency and reliability, which sets up great requirements for maintenance and operations. Therefore, partnerships or strategic alliances are needed between the network participants. In partnerships and alliances, deep communication is important, and therefore the information systems in the network also are critical. Communication, coordination and collaboration will increase in the case network in the future, because network resources must be optimised to improve competitive capability of the forest industry customers and theefficiency of their service providers. At present, ebusiness systems are not usual in this maintenance network. A network information system among the forest industry customers and their local service providers actually is the only genuinenetwork information system in this total network. However, the utilisation of that system has been quite insignificant. The current system does not add value enough either to the customers or to the local service providers. At present, thenetwork information system is the infomediary that share static information forthe network partners. The network information system should be the transaction intermediary, which integrates internal processes of the network companies; the network information system, which provides common standardised processes for thelocal service providers; and the infomediary, which share static and dynamic information on right time, on right partner, on right costs, on right format and on right quality. This study provides recommendations how to develop this system in the future to add value to the network companies. Ebusiness scenarios, vision, objectives, strategies, application architecture, ebusiness model, core processes and development strategy must be considered when the network information system will be developed in the next development step. The core processes in the case network are demand/capacity management, customer/supplier relationship management, service delivery management, knowledge management and cash flow management. Most benefits from ebusiness solutions come from the electrifying of operational level processes, such as service delivery management and cash flow management.

Tehdaslogistiikka : value added logistics of the supply and demand chain costfix

VALOSADE (Value Added Logistics in Supply and Demand Chains) on Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja sielläprofessori Anita Lukan VALORE -tutkimusryhmän toteuttama tutkimusprojekti, jonka rahoittaja on ollut Tekes. Projekti on osa Tekesin ELO - Elektronisen liiketoiminnan logistiikka - teknologiaohjelmaa. Tutkimusta rahoittivat Tekesin lisäksi neljä yritystä, jotka toimivat myös tutkimustyön kohteina ja toimivat tarpeen mukaan yhteistyössä tutkijoiden kanssa. Yritysten toimialat ovat metsäteollisuus, laitevalmistaja, joka tarjoaa myös tuotteilleen jälkimarkkinapalveluja sekä kaksi logistiikkapalveluyritystä. Tämä työraportti liittyy VALOSADE - tutkimusprojektin osaprojektiin Costfix (Paper Mill Process - from Fixed Costs into Variable Costs). Costfix - projektin tavoitteena on tutkia ja löytää paperiteollisuudelle uusia toimintamalleja, jotka mahdollistavat kiinteiden kustannusten muuttamisen muuttuviksi. Merkittävä tutkimuksen osa-alue on myös tutkimuskohteiden liike-toiminnan nykytilan aiempaa tarkempi selvittäminen. Tämä työraportti käsittelee kunnossapidon materiaalilogistiikan osalta tehtaan sisällä tapahtuvaa toimintaa, josta tässä tutkimuksessa käytetään nimitystä tehdaslogistiikka. Nykytilaselvityksen perusteella nykyinen prosessiteollisuudessa ja myös pääsääntöisesti valmistavassa teollisuudessa yleisesti vallitseva teollisuusyrityksen käyttöinvestointia ylläpitävän palveluprosessin toimintarakenne, johtamistapa ja prosessin operatiivisten tehtävien toimenkuvat eivät tue ko. palvelukokonaisuuden tehokasta ja tuloksellista toteuttamista. Nykymuotoinen toimintamalli pikemminkin rajoittaa toimintaprosessin kokonaishallintaa ja sen tehostamiseksi investoitujen uusien teknisten ratkaisujen ja teknologian käyttöönottoa. Lisäksi yleisesti vallitseva toimintakulttuuri (mm. arvokäsitykset, uskomukset sekä toiminnan ja tavoitteiden taustalla olevat motiivit) sekä vaikeuttaa nykyisen ja tulevan kilpailutilanteen edellyttämien tehokkuus- ja tuottavuustavoitteiden toteutumista että hidastaa uudistusten onnistumista edellyttävän muutoksen etenemistä yrityksen sisällä. Tutkimuksen tulokset vahvistivat osaltaan sen, että tehdas- ja toimintokeskeinen johtaminen aiheuttavat palveluprosessin eri tehtäville asetettujen tavoitteiden ja perustehtäväkäsityksen välille ristiriitoja, joista seuraa sekä suoria että välillisiä vaikutuksia teollisuusyrityksen tuotantoprosessin toiminnan laatuun ja tuotantolaitteiden käyttövarmuuteen. Palvelukokonaisuuteen kuuluvien eri toimintaprosessien tehtävät on jaettu ristiriitaisesti toiminnoille siten, että erityisestikunnossapidon teknisten toimihenkilöitten hoidettavana on sekä ihmisen henkilökohtaisen kapasiteettirajan ylittävä että toisistaan liian suuri erilaisia osaamisia ja ymmärrystä edellyttävä tehtävämäärä. Nykytilan palvelutuotannossa esiintyvien ongelmien seuraukset ja perussyyt osoittavat, että merkittävästi pääomia sitovan valmistavan teollisuuden (mm. prosessiteollisuus) käyttö-omaisuutta ylläpitävän palveluprosessin hallinta on ulkoistettava tehdastasolta itsenäisesti hoidettavaksi liiketoimintakokonaisuudeksi, jonka operatiivinen johtaminen tapahtuu toimintaprosesseittain konsernin ylätasolta käsin. Johtamismallissa painottuu prosessijohtaminen ja oman vastuualueen toimintaprosessin asiantuntemus. Lisäksi ihmisen osaamiseen, ymmärrykseen ja toimintatapaan perustuva palvelu edellyttää johtamiselta henkilöjohtamistaitoa ja osaamisen johtamista. Liiketoiminnan uudenlainen keskittyminen, verkostoituminen ja globalisoituminen edellyttävät johdoltamyös erilaisten toimintaverkostojen ja sidosryhmien toiminnan ja tarpeen ymmärtämistä. Tutkimustulosten perusteella myös palveluprosesseissa toimivien toimihenkilöitten tehtäväkuvia on muutettava radikaalisti ja osa uusista toimenkuvista edellyttää lisäksi henkilöitten osaamistason aktiivista parantamista. Tässä raportissa esitetään toimintamalli, jossa kuvataan tutkimuksen pohjalta luotu palvelukokonaisuuden johtamismalli ja palveluprosessien eri tehtävätasot tehtävineen. Kuvattu johtamismalli on ollut jo yleisesti käytössä yksittäisillä palvelualoilla, mutta tässä esitetty malli on valmistavan yrityksen teknisiin tukipalveluihin muokattu sovellus.