Mittausmenetelmien kehittaminen kuplakolonnille

Kuplakolonnireaktoreiden CFD-mallinnus on talla hetkella voimakkaasti kehittyva tutkimusalue. Kaksifaasivirtauksen luotettava simulointi ja mallintaminen on haastavaa kuplakolonnireaktorissa tapahtuvien ilmioiden monimutkaisuuden vuoksi. Reaktorin kayttaytymiseen vaikuttavat tekijat, kuten kolonnin hydrodynamiikka ja aineensiirto, tulee tuntea hyvin ennen mallien tekoa. Tassa tyossa on kokeellisesti tutkittu erilaisten mittausmenetelmien soveltuvuutta kuplakolonnin hydrodynamiikan tutkimiseen. Mittausmenetelmissa on keskitytty erityisesti CFD-mallien vaatimiin paikallisiin mittauksiin. Lisaksi tyossa on arvioitu mittausmenetelmien soveltuvuutta j a luotettavuutta CFD-mallien validointiin. Tyon kirjallisuusosassa on perehdytty kuplakolonnireaktorin hydrodynaamiseen kayttaytymiseen ja siihen vaikuttaviin tekijoihin. Naita ovat mm. reaktorityypit, kaasun dispergointi, virtaustyypit ja -alueet, kaasun tilavuusosuus, kaasukuplan koko ja kuplan nousunopeus. Mittauksia tehtiin kahdessa erikokoisessa kuplakolonnissa, joista pienemman halkaisija oli 0,078 m ja suuremman 0,182 m. Molempien kolonnien nestepinnan korkeus oli 4,62 m. Mittaukset tehtiin vesijohtovedella ja epaorgaanisella prosessiliuoksella. Hydrodynaamisista ominaisuuksista mitattiin kaasun tilavuusosuus, kaasukuplan koko seka kaasukuplan nousunopeus. Kaasun tilavuusosuusmittaukset tehtiin paaasiassa paine-eromittauksella ja joissakin tapauksissa pinnanmittausmenetelmalla. Kuplakoko- ja kuplan nousunopeusmittaukset tehtiin suumopeusvideokameralla ja laser Doppler-anemometrilla. Mittauksissa kaytettiin kahdeksaa erilaista kaasunjakolaitetta, joilla selvitettiin kaasunjakolaitteen ominaisuuksien vaikutusta kolonnin hydrodynamiikkaan. Tuloksista havaittiin, etta nestefaasin ominaisuuksilla oli suuri vaikutus kolonnin hydrodynaamiseen kayttaytymiseen. En kaasunjakolaitteilla vesijohtovedella mitatut hydrodynaamiset ominaisuudet eivat poikenneet paljoa toisistaan, kun taas prosessiliuoksella kaasunjakolaitteiden valille saatiin huomattavat erot. Mittausmenetelmista laser Doppler-anemometri ei kaytettavissa olleella optiikalla soveltunut kaasukuplien mittaamiseen. Kuplat olivat menetelmalle liian suuria. Suumopeusvideokamerallaja paine-eromittauksella paastiin hyviin tuloksiin.

Hydrodynamics and Heat Transfer in an Airlift Reactor

Työn teoriaosassa esitetään kirjallisuudessa esiintyviä teoreettisia ja kokeellisia yhtälöitä nesteen nopeuden, kaasun tilavuusosuuden, painehäviön ja lämmönsiirron laskemiseksi. Lisäksi käsitellään airlift-reaktoreiden toimintaa, rakennetta ja teollisia sovelluksia, sekä sekoitusta ja geometrian vaikutusta airlift-reaktoreiden hydrodynaamisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osassa kuvataan käytetty koelaitteisto ja mittausmenetelmät sekä esitetään saadut koetulokset. Koelaitteisto on viidellä nousuputkella varustettu ulkoisen kierron airlift-reaktori. Kokeellisessa osassa pyritään ratkaisemaan tällaisessa reaktorissa mahdollisesti esiintyviä ongelmia, kuten "slug flown" muodostuminen nousuputkissa sekä fluidien epätasainen jakautuminen nousuputkiin. Lisäksi tutkitaan erilaisten muuttujien, kuten kaasun tilavuusvirran, nesteen viskositeetin, suutinkoon ja nesteen jakoputken rakenteen, vaikutusta kaasun tilavuusosuuteen ja nesteen nopeuteen nousuputkissa. Nesteen nopeudet mitataan merkkiainemenetelmällä ja kaasun tilavuusosuudet manometrimenetelmällä. Lämmönsiirtoa tutkitaan mittaamalla lämpötilaeroja nousuputkissa NiCr-Ni –termoelementeillä. Mittaustulosten perusteella muokataan korrelaatiot kaasun tilavuusosuudelle ja nesteen tyhjäputkinopeudelle. Korrelaatioista lasketut tulokset sopivat kohtuullisen hyvin yhteen mitattujen tulosten kanssa. "Slug flown" ei todettu muodostuvan ongelmaksi 2.5 mPa s pienemmillä viskositeetin arvoilla 2 metriä pitkissä ja 19 mm halkaisijaltaan olevissa putkissa. Lisäksi todettiin, että kaasu- ja nestefaasien jakautumisongelmat voidaan ratkaista rakenteellisesti.

Risks in R&D Collaboration between Small and Large Firms

The main aim of this thesis was to find out what kinds of risks arise from collabo-ration in R&D between small and large firms. The suitability and gain of some buyer/supplier risk frameworks in examining of R&D collaboration has been in-vestigated. A risk model has been based on the buyer/supplier risks models found in the literature. Its applicability has been tested empirically by means of theme interviews with firm representatives. The risk classification framework received some confirmation. But the study also showed that the theoretical framework was not completely adequate, as a new risk class arose from communication. Collaboration causes risks, and these risks should be taken into account when R&D collaboration is planned. The advantage of risk examination is the possibility to decrease failures and losses, and to in-crease possibilities for success and economical benefits. This study should be used as a managerial analysis tool in trying to understand the form and concept of risk in risk expectancy.

Hankintariskienhallinta Suomen IVD-teollisuudessa

Kansainvälinen ja kiristyvä kilpailu on muuttanut yritysten liiketoimintaympäristöä yhä monimutkaisemmaksi ja riskialttiimmaksi. Yritysten keskittyessä yhä syvemmin omaan ydinosaamiseensa on ulkoisten resurssien hallinnan merkitys korostunut. Työnjakoa syventämällä tavoitellaan parempaa joustavuutta, ajanhallintaa sekä kustannustehokkuutta. Myös hankintatoimen tehtävät ja vastuualueet muuttuvat ennakoivampaan ja riskialttiimpaan suuntaan. Modernin hankintatoimen on kyettävä tunnistamaan, analysoimaan ja hallitsemaan riskejä yhä pirstaloituneemmista lähteistä ja muodoista. Proaktiivinen hankintatoimi osallistuu yrityksen strategiseen suunnitteluun ja riskienhallintaan. Hankintariskit voidaan luokitella seuraaviin kymmeneen riskiluokkaan: keskeytymisriskit, saatavuusriskit, hintariskit, varasto- ja aikatauluriskit, teknologiariskit, luottamuksellisen tiedon vuotoriskit, laaturiskit, konfiguraatioriskit, opportunismiriskit sekä riippuvuusriskit. Tässä tutkimuksessa hankintariskienhallintaa tarkastellaan hankintastrategian valinnan näkökulmasta. Hankintastrategian yksi elementti on toimittajasuhteen ja toimittajien lukumäärän valinta. Tilanteesta riippuen yhteistyöstrategialla tai perinteisellä kilpailuttamisella voidaan tavoitella parempaa riskienhallintaa. Yhteistyöstrategioita ovat eri tasoiset kumppanuussuhteet ja liittoutumat, jolloin suhde toimittajaan on syvä ja luottamuksellinen hyödyttäen aidosti molempia osapuolia. Riskienhallinnan näkökulmasta yhteistyöstrategia soveltuu parhaiten tilanteissa, joissa toimittajista on pitkä kokemus sekä hankintanimikkeen tuottama arvo on merkittävä. Kilpailuttamisstrategia eli hankintojen toteuttaminen usealta toimittajalta vaatii ostavalta organisaatiolta tehokkaasti hyödynnettynä suurempia resursseja kuin yhteistyöstrategian käyttö. Kilpailuttaminen soveltuu usein parhaiten silloin, kun hankintanimikkeet ovat tavanomaisia ja vaihtoehtoisia hankintalähteitä on runsaasti. Lisäksi usean toimittajan käyttö suojaa materiaalivirran katkoksilta sekä lisää hankintamarkkinoiden tuntemusta. Empiirisessä tutkimusosassa tutkitaan, miten soveltuviksi riskienhallintamenetelmiksi erilaiset hankintastrategiat koetaan Suomen IVD-teollisuudessa. Lisäksi tunnistetaan Suomen IVD-teollisuudessa merkittävimmiksi koetut hankintariskiluokat sekä selvitetään millä organisaation tasolla hankintariskienhallinta pääasiassa suoritetaan. Lisäksi selvitetään, millä menetelmin hankintariskejä pääasiassa analysoidaan.

Theoretical background for market emergence framework : Case: Electricity Distribution Industry

Both the competitive environment and the internal structure of an industrial organization are typically included in the processes which describe the strategic management processes of the firm, but less attention has been paid to the interdependence between these views. Therefore, this research focuses on explaining the particular conditions of an industry change, which lead managers to realign the firm in respect of its environment for generating competitive advantage. The research question that directs the development of the theoretical framework is: Why do firms outsource some of their functions? The three general stages of the analysis are related to the following research topics: (i) understanding forces that shape the industry, (ii) estimating the impacts of transforming customer preferences, rivalry, and changing capability bases on the relevance of existing assets and activities, and emergence of new business models, and (iii) developing optional structures for future value chains and understanding general boundaries for market emergence. The defined research setting contributes to the managerial research questions “Why do firms reorganize their value chains?”, “Why and how are decisions made?” Combining Transaction Cost Economics (TCE) and Resource-Based View (RBV) within an integrated framework makes it possible to evaluate the two dimensions of a company’s resources, namely the strategic value and transferability. The final decision of restructuring will be made based on an analysis of the actual business potential of the outsourcing, where benefits and risks are evaluated. The firm focuses on the risk of opportunism, hold-up problems, pricing, and opportunities to reach a complete contract, and finally on the direct benefits and risks for financial performance. The supplier analyzes the business potential of an activity outside the specific customer, the amount of customer-specific investments, the service provider’s competitive position, abilities to revenue gains in generic segments, and long-term dependence on the customer.

Recovery of organic acids with liquid-liquid extraction contactors

Liquid-liquid extraction is a mass transfer process for recovering the desired components from the liquid streams by contacting it to non-soluble liquid solvent. Literature part of this thesis deals with theory of the liquid-liquid extraction and the main steps of the extraction process design. The experimental part of this thesis investigates the extraction of organic acids from aqueous solution. The aim was to find the optimal solvent for recovering the organic acids from aqueous solutions. The other objective was to test the selected solvent in pilot scale with packed column and compare the effectiveness of the structured and the random packing, the effect of dispersed phase selection and the effect of packing material wettability properties. Experiments showed that selected solvent works well with dilute organic acid solutions. The random packing proved to be more efficient than the structured packing due to higher hold-up of the dispersed phase. Dispersing the phase that is present in larger volume proved to more efficient. With the random packing the material that was wetted by the dispersed phase was more efficient due to higher hold-up of the dispersed phase. According the literature, the behavior is usually opposite.

Essays on Business and Leadership Ethics

As this is a dissertation, an academic thesis, it is important to define the objectives of my research, even if ex post facto, explicitly: - To define, develop and study the concept of business and leadership ethics. - To empirically study the phenomena associated with business and leadership from an ethical perspective. - To create a new framework for the development of responsible business. - To create an “acid test” for my body of works, i.e. a test and an evaluation on how well my research and ideas hold up under academic philosophical reflection. The utilitarian reasoning had the most support when the actors justified their actions regarding economic benefit. (=instrumental good). Duty and benefit were often mixed up in people’s speech. Their meaning contents were blurred and the argumentation lines created by the actors were broken. This can be interpreted in a way that supports Frankena’s mixed deontological philosophy as a frame of reference. Deontologica reasoning was used e.g. in describing the personnel management processes of a company. Virtue ethics is a favourable starting point for studying management and leadership ethics. All the actors studied could name virtues for their operations, towards which to aspire to. They also named professional practices already in use that they considered to be virtuous. Finally, I wish to state that normative ethics is an important branch of philosophical ethics, if also very important in applied ethics especially. From the normative standpoint, the results of this dissertation want to lead nations, communities and individuals towards the virtues of democratic leadership and sustainable economic development.

Gas-liquid mass transfer in bubbly flow: Estimation of mass transfer, bubble size and reactor performance in various applications

Gas-liquid mass transfer is an important issue in the design and operation of many chemical unit operations. Despite its importance, the evaluation of gas-liquid mass transfer is not straightforward due to the complex nature of the phenomena involved. In this thesis gas-liquid mass transfer was evaluated in three different gas-liquid reactors in a traditional way by measuring the volumetric mass transfer coefficient (kLa). The studied reactors were a bubble column with a T-junction two-phase nozzle for gas dispersion, an industrial scale bubble column reactor for the oxidation of tetrahydroanthrahydroquinone and a concurrent downflow structured bed.The main drawback of this approach is that the obtained correlations give only the average volumetric mass transfer coefficient, which is dependent on average conditions. Moreover, the obtained correlations are valid only for the studied geometry and for the chemical system used in the measurements. In principle, a more fundamental approach is to estimate the interfacial area available for mass transfer from bubble size distributions obtained by solution of population balance equations. This approach has been used in this thesis by developing a population balance model for a bubble column together with phenomenological models for bubble breakage and coalescence. The parameters of the bubble breakage rate and coalescence rate models were estimated by comparing the measured and calculated bubble sizes. The coalescence models always have at least one experimental parameter. This is because the bubble coalescence depends on liquid composition in a way which is difficult to evaluate using known physical properties. The coalescence properties of some model solutions were evaluated by measuring the time that a bubble rests at the free liquid-gas interface before coalescing (the so-calledpersistence time or rest time). The measured persistence times range from 10 msup to 15 s depending on the solution. The coalescence was never found to be instantaneous. The bubble oscillates up and down at the interface at least a coupleof times before coalescence takes place. The measured persistence times were compared to coalescence times obtained by parameter fitting using measured bubble size distributions in a bubble column and a bubble column population balance model. For short persistence times, the persistence and coalescence times are in good agreement. For longer persistence times, however, the persistence times are at least an order of magnitude longer than the corresponding coalescence times from parameter fitting. This discrepancy may be attributed to the uncertainties concerning the estimation of energy dissipation rates, collision rates and mechanisms and contact times of the bubbles.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

Greenhouse gas emissions from peat and biomass-derived fuels, electricity and heat — Estimation of various production chains by using LCA methodology

More discussion is required on how and which types of biomass should be used to achieve a significant reduction in the carbon load released into the atmosphere in the short term. The energy sector is one of the largest greenhouse gas (GHG) emitters and thus its role in climate change mitigation is important. Replacing fossil fuels with biomass has been a simple way to reduce carbon emissions because the carbon bonded to biomass is considered as carbon neutral. With this in mind, this thesis has the following objectives: (1) to study the significance of the different GHG emission sources related to energy production from peat and biomass, (2) to explore opportunities to develop more climate friendly biomass energy options and (3) to discuss the importance of biogenic emissions of biomass systems. The discussion on biogenic carbon and other GHG emissions comprises four case studies of which two consider peat utilization, one forest biomass and one cultivated biomasses. Various different biomass types (peat, pine logs and forest residues, palm oil, rapeseed oil and jatropha oil) are used as examples to demonstrate the importance of biogenic carbon to life cycle GHG emissions. The biogenic carbon emissions of biomass are defined as the difference in the carbon stock between the utilization and the non-utilization scenarios of biomass. Forestry-drained peatlands were studied by using the high emission values of the peatland types in question to discuss the emission reduction potential of the peatlands. The results are presented in terms of global warming potential (GWP) values. Based on the results, the climate impact of the peat production can be reduced by selecting high-emission-level peatlands for peat production. The comparison of the two different types of forest biomass in integrated ethanol production in pulp mill shows that the type of forest biomass impacts the biogenic carbon emissions of biofuel production. The assessment of cultivated biomasses demonstrates that several selections made in the production chain significantly affect the GHG emissions of biofuels. The emissions caused by biofuel can exceed the emissions from fossil-based fuels in the short term if biomass is in part consumed in the process itself and does not end up in the final product. Including biogenic carbon and other land use carbon emissions into the carbon footprint calculations of biofuel reveals the importance of the time frame and of the efficiency of biomass carbon content utilization. As regards the climate impact of biomass energy use, the net impact on carbon stocks (in organic matter of soils and biomass), compared to the impact of the replaced energy source, is the key issue. Promoting renewable biomass regardless of biogenic GHG emissions can increase GHG emissions in the short term and also possibly in the long term.