Analysis of Industrial Granular Flow Applications by Using Advanced Collision Models

Granular flow phenomena are frequently encountered in the design of process and industrial plants in the traditional fields of the chemical, nuclear and oil industries as well as in other activities such as food and materials handling. Multi-phase flow is one important branch of the granular flow. Granular materials have unusual kinds of behavior compared to normal materials, either solids or fluids. Although some of the characteristics are still not well-known yet, one thing is confirmed: the particle-particle interaction plays a key role in the dynamics of granular materials, especially for dense granular materials. At the beginning of this thesis, detailed illustration of developing two models for describing the interaction based on the results of finite-element simulation, dimension analysis and numerical simulation is presented. The first model is used to describing the normal collision of viscoelastic particles. Based on some existent models, more parameters are added to this model, which make the model predict the experimental results more accurately. The second model is used for oblique collision, which include the effects from tangential velocity, angular velocity and surface friction based on Coulomb's law. The theoretical predictions of this model are in agreement with those by finite-element simulation. I n the latter chapters of this thesis, the models are used to predict industrial granular flow and the agreement between the simulations and experiments also shows the validation of the new model. The first case presents the simulation of granular flow passing over a circular obstacle. The simulations successfully predict the existence of a parabolic steady layer and show how the characteristics of the particles, such as coefficients of restitution and surface friction affect the separation results. The second case is a spinning container filled with granular material. Employing the previous models, the simulation could also reproduce experimentally observed phenomena, such as a depression in the center of a high frequency rotation. The third application is about gas-solid mixed flow in a vertically vibrated device. Gas phase motion is added to coherence with the particle motion. The governing equations of the gas phase are solved by using the Large eddy simulation (LES) and particle motion is predicted by using the Lagrangian method. The simulation predicted some pattern formation reported by experiment.

Kasanpurkaimen portaalin teknistaloudellinen tarkastelu

Tämä diplomityö on tehty kansainväliseen materiaalinkäsittelyjärjestelmiä toimittavaan yritykseen. Menestyvän yrityksen on pyrittävä kustannustehokkuuden jatkuvaan parantamiseen. Tässä diplomityössä on tutkittu kannattaako kasanpurkaimen portaali valmistaa ristikkorakenteena levyrakenteeseen verrattuna. Tutkimukseen on sisällytetty koko toimitusketju suunnittelusta asennukseen, mutta lujuuslaskennan on suorittanut ulkopuolinen alihankkija. Yrityksen projektissa toimitettiin samaan aikaan purkainta, jonka portaali valmistettiin levyrakenteena. Tätä portaalia on käytetty uuden ristikkorakenteisen portaalin vertailukohtana. Ristikkorakenteinen portaali on suunniteltu putkipalkkirakenteena, jolloin siitä saatiin kevyempi. Suunnittelussa on pyritty huomioimaan valmistusystävällisen suunnittelun näkökohtia, joita esitellään työn teoriaosassa. Ristikkorakenteesta on tehty myös tarjouskuvat, joiden pohjalta valmistustarjoukset on pyydetty. Valmistuskustannusten lisäksi tarkemmassa tarkastelussa ovat suunnittelu- ja laskentakustannukset.

Logistiikkakeskuksen uuden sijainnin vaikutukset logistisiin prosesseihin

Diplomityössä tarkoituksena oli tutkia miten potkurilaitteita valmistavan yrityksen logistiikkakeskuksen siirtyminen kokoonpanotehtaan viereen vaikuttaisi yrityksen logistisiin prosesseihin. Tutkimuskohteena olevan yrityksen logistiikkakeskus muodostuu keskusvarastosta ja pakkaamosta. Nykytilanteen selvityksen pohjalta kartoitettiin logistiikkakeskuksen ja kokoonpanotehtaan väliset nykytilan logistiset prosessit, niissä esiintyvät ongelmat sekä vaiheiden vaatimat resurssit. Käsiteltävät prosessit koostuvat pääasiassa tulo- ja lähtölogistiikan toiminnoista sekä sisäisistä materiaalisiirroista. Tutkimuksen perusteella logistiikkakeskuksen uudella sijainnilla kohdeyrityksen on mahdollista tehostaa monia logistisia toimintojaan ja näin parantaa logistista kilpailukykyään. Lisäksi monia nykytoiminnoissa esiintyviä ongelmia ja niiden aiheuttamia lieveilmiötä on mahdollista poistaa sijainnin muutoksen myötä.

Logistic Solutions of Imported Renovation Materials

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia saneeraus- ja remontoimistuotteiden osalta maahantuontia Suomeen ja transitoliikennettä Suomen kautta Venäjälle. Lähtökohtana oli Suomen logistinen asema ja mahdolliset kilpailukykyyn vaikuttavat tekijät, joista on luotu potentiaalisia tulevaisuuden kuvia. Kaikki tulokset johdettiin LOADER/CLIENT –tutkimusprojektin yhteyksistä. Tutkimuksen tavoitteisiin päästiin empiiristä tutkimusta varten kootun teorian kautta, joka koostuu toimitusketjun hallinnasta ja tämänhetkisestä parhaimmasta käytännöstä eli ns. kolmen A:n menetelmästä. Lisäksi teoriaosuudessa tarkasteltiin toimitusketjun yritysten välisiä suhteita, kansainväliseen toimitusketjuun liittyviä tekijöitä sekä tulevaisuuden haasteita. Työn empiiristä tutkimustietoa kerättiin pääasiassa haastattelujen, mutta myös muiden tutkimuksen tuloksien kautta. Tutkimusmenetelmä oli laadullinen puolistrukturoitu teemahaastattelu, jota varten ryhmä remontoimiseen ja saneeraukseen liittyviä yrityksiä ja heidän käyttämiä logistisia operaattoreita sekä projektin johtoryhmää haastateltiin. Tutkimuksen tulosten mukaan suurin osa haastatelluista yrityksistä näkee Suomen logistisen aseman hyvänä tällä hetkellä ja lähivuosina. Etenkin arvotavaroiden transito- kuljetuksissa Suomen asema nähdään vahvana vuosien kokemuksen ansiosta. Tällä hetkellä arvotavaroiden toimitusaika ja kokonaiskustannukset varastoimisineen ja käsittelyineen ovat vastaavia tai jopa edullisempia verrattuna esimerkiksi reitteihin Baltian maiden kautta. Baltian maiden kehitys voi heikentää Suomen kilpailukykyä hetkellisesti, mutta todennäköisesti ei pidemmällä aikavälillä. Haastateltujen henkilöiden mielestä Suomen logistiseen kilpailukykyyn tulevaisuudessa vaikuttaa eniten kaksi kriittistä tekijää. Suomen tulisi ensinnäkin keskittyä ja kehittää arvotavaran transitokuljetuksia. Toiseksi, säilyttääkseen kilpailukykynsä, Suomen satamien palveluiden kuten tullin ja ahtaajien tulisi olla joustavasti käytettävissä 24 tuntia vuorokaudessa vuoden jokaisena päivänä.

Practical Experiences with Ingesting Materials for Long-Term Preservation

The National Library of Finland is responsible for the collection, preservation and accessibility of Finland’s published national heritage, and for its other unique collections. This presentation will give a general overview of the several processes employed in the digitization and handling of electronic legal deposit. METS format has been chosen as the container format for digitized materials, and considerable amount of effort has been put into creating adequate METS profiles. As METS will be heavily relied as a container format, the practicalities are discussed in some depth. Regarding electronic legal deposit, the National Library has concentrated on large-scale web harvesting. Depositing of e-books is being tested with publishers. The future plans concerning digital preservation will be presented, especially the National Digital Library initiative.

Hydrometallurgical recovery of valuable metals from secondary raw materials

Wastes and side streams in the mining industry and different anthropogenic wastes often contain valuable metals in such concentrations their recovery may be economically viable. These raw materials are collectively called secondary raw materials. The recovery of metals from these materials is also environmentally favorable, since many of the metals, for example heavy metals, are hazardous to the environment. This has been noticed in legislative bodies, and strict regulations for handling both mining and anthropogenic wastes have been developed, mainly in the last decade. In the mining and metallurgy industry, important secondary raw materials include, for example, steelmaking dusts (recoverable metals e.g. Zn and Mo), zinc plant residues (Ag, Au, Ga, Ge, In) and waste slurry from Bayer process alumina production (Ga, REE, Ti, V). From anthropogenic wastes, waste electrical and electronic equipment (WEEE), among them LCD screens and fluorescent lamps, are clearly the most important from a metals recovery point of view. Metals that are commonly recovered from WEEE include, for example, Ag, Au, Cu, Pd and Pt. In LCD screens indium, and in fluorescent lamps, REEs, are possible target metals. Hydrometallurgical processing routes are highly suitable for the treatment of complex and/or low grade raw materials, as secondary raw materials often are. These solid or liquid raw materials often contain large amounts of base metals, for example. Thus, in order to recover valuable metals, with small concentrations, highly selective separation methods, such as hydrometallurgical routes, are needed. In addition, hydrometallurgical processes are also seen as more environmental friendly, and they have lower energy consumption, when compared to pyrometallurgical processes. In this thesis, solvent extraction and ion exchange are the most important hydrometallurgical separation methods studied. Solvent extraction is a mainstream unit operation in the metallurgical industry for all kinds of metals, but for ion exchange, practical applications are not as widespread. However, ion exchange is known to be particularly suitable for dilute feed solutions and complex separation tasks, which makes it a viable option, especially for processing secondary raw materials. Recovering valuable metals was studied with five different raw materials, which included liquid and solid side streams from metallurgical industries and WEEE. Recovery of high purity (99.7%) In, from LCD screens, was achieved by leaching with H2SO4, extracting In and Sn to D2EHPA, and selectively stripping In to HCl. In was also concentrated in the solvent extraction stage from 44 mg/L to 6.5 g/L. Ge was recovered as a side product from two different base metal process liquors with Nmethylglucamine functional chelating ion exchange resin (IRA-743). Based on equilibrium and dynamic modeling, a mechanism for this moderately complex adsorption process was suggested. Eu and Y were leached with high yields (91 and 83%) by 2 M H2SO4 from a fluorescent lamp precipitate of waste treatment plant. The waste also contained significant amounts of other REEs such as Gd and Tb, but these were not leached with common mineral acids in ambient conditions. Zn was selectively leached over Fe from steelmaking dusts with a controlled acidic leaching method, in which the pH did not go below, but was held close as possible to, 3. Mo was also present in the other studied dust, and was leached with pure water more effectively than with the acidic methods. Good yield and selectivity in the solvent extraction of Zn was achieved by D2EHPA. However, Fe needs to be eliminated in advance, either by the controlled leaching method or, for example, by precipitation. 100% Pure Mo/Cr product was achieved with quaternary ammonium salt (Aliquat 336) directly from the water leachate, without pH adjustment (pH 13.7). A Mo/Cr mixture was also obtained from H2SO4 leachates with hydroxyoxime LIX 84-I and trioctylamine (TOA), but the purities were 70% at most. However with Aliquat 336, again an over 99% pure mixture was obtained. High selectivity for Mo over Cr was not achieved with any of the studied reagents. Ag-NaCl solution was purified from divalent impurity metals by aminomethylphosphonium functional Lewatit TP-260 ion exchange resin. A novel preconditioning method, named controlled partial neutralization, with conjugate bases of weak organic acids, was used to control the pH in the column to avoid capacity losses or precipitations. Counter-current SMB was shown to be a better process configuration than either batch column operation or the cross-current operation conventionally used in the metallurgical industry. The raw materials used in this thesis were also evaluated from an economic point of view, and the precipitate from a waste fluorescent lamp treatment process was clearly shown to be the most promising.

Biofuel handling, pretreatment and traffic use in China

This paper describes the development situation of biofuel in China and the research progress and application in transportation and aviation area, including several key technologies of biofuel production: biofuel pretreatment and handling. This paper is aiming to find the best storing, transmitting, feeding and pretreating methods of various materials, as well as a comparison among the advantages and disadvantages of different pretreatment methods, which is expected to reduce cost in production process and reach the maximized benefits. Meanwhile, a case study of one biomass fuel production factory in China is presented with evaluation and analysis on their technology application.

Production of fungal volatile organic compounds in bedding materials

Selostus: Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden muodostuminen kuivikkeissa

Reactivity of silicate liming materials from Northern Europe assessed by Soil Incubation and two pH Stat methods

Selostus: Pohjois-Euroopan silikaattisten kalkitusaineiden reaktiivisuus astiakoemenetelmällä ja kahdella pH-staattisella menetelmällä arvioituna

Effects of group size and early handling on some behavioural and physiological welfare parameters in farmed blue foxes

Selostus: Ryhmäkoon ja varhaisen käsittelyn vaikutus tarhattujen sinikettujen hyvinvointiin

Materiaalitietokanta prosessilaitetoimituksen laitevalintojen tukena

In this master's thesis, material characteristics which includes material database will be developed, through which will be managed process device deliveries device selections. The analysed bulk materials exact values serve as basic data when choosing glass- and dried product industry raw material equipment solutions. In this study, the material database function structure will be divided into classified bulk materials characteristics and process device guidelines and planning which they are based on. In order to achieve the best possible advantage in use of the material database, the raw material handling with the process equipment has to be controlled with the help of database bulk material information. With the help of material database, the personnel of the company will find the needed material and device information to implement the processes. The structure of the database enables adding of information, and hence the database will be always kept updated. The material database uses free PhpOpenDatabase software programme, which adapts itself flexibly with the software and requirements of the company. The material frame and considered features of the material database were determined by the requirements of the company's device technology. National and international classifications were used as help. The collected material information was analysed and the correspondence between internal study results and found classifications were determined. As presented before, on the grounds of chosen and specified material features, also the controllability of device selecting and solutions was improved with device-specific screening and planning guidelines. As material frame of the material database was chosen ANSI/CEMA Standard 550. Its almost 1000 bulk materials form an extensive database frame. Over 600 of these raw materials have been determined according to classification. However, the most important ones are the materials of glass- and dried material plants, which consist of the last part of material frame. The analysis will be sustained and material information will be completed primarily of material part with test run in one's own material laboratory.

Komposiittipakkausrakenteen valmistustekninen selvitys

Diplomityö on tehty Exel Oyj:lle tuotekehityprojektina. Tarkoituksena on kehittää Exel Oyj:n valmistamaa komposiittipakkausrakennetta. Työssä on keskitytty valmistustekniseen selvitykseen komposiittirakenteen teollisen mittakaavan tuotannossa. Työssä selvitettiin erilaisten tuoterakenteiden valmistettavuutta sekä suoritettiin kyseisen tuotteen vaatimusprofiilin mukaisia testejä valituille rakennevaihtoehdoille. Pakkausrakenteelle asetettuja vaatimuksia ovat mm. kuljetusvaatimukset, jotka määräytyvät lähinnä NATO standardien pohjalta. Lisäksi tuotteelta vaaditaan tiettyä pitkäaikaiskestoa käsittelyn kannalta sekä soveltuvuutta vallitseviin ilmasto-olosuhteisiin. Vaatimusten mukaisia ominaisuuksia tutkittiin lisäksi mm. ballistisilla ja mekaanisilla testeillä sekä kaasuläpäisytesteillä. Testien pohjalta voidaan todeta, etteivät perinteisen alipaineinjektoidun komposiittituotteen ballistiset ominaisuudet ole riittävällä tasolla suojatuotetta ajatellen. Ballististen ja mekaanisten testien kesken havaittiin joitain yhtäläisyyksiä ja tämä vaikuttaa olevan nimenomaan mekaanisesti optimoidun komposiitin ominaisuus. DI-työn lopputuloksena on saatu selkeä kuva pakkausrakenteen materiaalivaihtoehtojen soveltuvuudesta kyseiselle tuotteelle. Lisäksi pakkausrakenteelle on ehdotettu neljä erilaista tuotesuunnitelmaan, niiden valmistustekniikat sekä lopputuotteen kustannusarviointi.

Container Handling Equipment Monitoring System, case: Steveco Oy

Container Handling Equipment Monitoring System (CHEMS) is a system developed by Savcor One Oy. CHEMS measures important information for container ports performance and produces performance indicators. The aim of this thesis was to clarify performance measurement contents to Savcor and to develop, as an example, performance measures to Steveco Oy's container operations. The theoretical part of the thesis clarifies performance measurement and which of its components are important to container port. Performance measurement and measures are presented from the operational level's point of view, in which CHEMS is planned to aim. The theory of development process of performance measures is introduced at the end of the theoretical part. To make sure that performance measures are efficiently used, Steveco Oy's performance measures are developed in cooperation with the users. The measurement in operational level is continuous and the results must be reacted asquickly as possible. CHEMS is very suitable to continuous measurement and to produce real time-measures of container operations which are hard to get any otherway.

Kasvihuonekaasujen päästökaupan ohjausvaikutus sellutehtaan prosessien ja laitteiden kehityksessä

EU:n päästökaupan ensimmäinen jakso alkoi 1.1.2005. Päästökauppa on aiheuttanut sen piiriin kuuluvalle teollisuudelle monia haasteita ja riskejä kasvavien kustannusten muodossa. Massa- ja paperiteollisuus on päästökaupanpiiriin kuuluva teollisuudenala, johon päästökaupan kustannukset vaikuttavat haitallisesti globaalin hinnoittelun vuoksi. Massa- ja paperiteollisuudelle päästökaupasta voi koitua kustannuksia päästöoikeuksien ostamisesta, sähkön, polttoaineiden ja kemikaalien hinnan noususta sekä raaka-ainehuollon vaikeutumisesta. Toisaalta tehtaat voivat hyötyä päästökaupasta alittaessaan päästöoikeutensa tai myydessään sähköä ulkopuoliseen verkkoon. Massa- ja paperiteollisuudessa sähköä kuluu enimmäkseen pumppauksiin eli massan siirtoon ja mekaanisen massan valmistukseen. Suurimpia sähköenergian kuluttajia sellun valmistuksessa ovat soodakattila, puunkäsittely, valkaisu ja lajittelu. Lämpöä tarvitaan haihdutus-, kuivaus- ja keittoprosesseissa. Kemikaaleista klooridioksidin valmistuksessa käytettävä natriumkloraatti on kustannusten kannalta merkittävin kemikaali. Tässä työssä tutkittiin päästökaupan aiheuttamien kustannusten vähentämismahdollisuuksia kohdetehtaalla. Suurin potentiaali liittyy meesauunissa poltettavan maakaasun korvaamiseen mäntyöljyllä tai biomassan kaasutuskaasulla. Kemikaalikulutuksen osalta happidelignifiointi on merkittävin mahdollisuuskustannusten alentamiseksi. Lisäksi päästökaupan kustannuksia voidaan alentaa muun muassa oikealla mitoituksella ja sekundäärilämpöjen optimaalisella käytöllä.