Verification of a dynamic laboratory scale former

Laboratoriomittakaavainen formeri on välttämätön, jotta paperinvalmistusprosessin jäljitteleminen olisi mahdollista. Vaikka erilaisia formereita löytyykin paperiteollisuudesta, tilaa on kuitenkin laboratoriomittakaavaiselle paperinvalmistusmenetelmälle, joka sijoittuisipilottikoneen ja perinteisen laboratorioarkkimuotin välille. Formeri, jolla saadaan aikaiseksi oikean paperinvalmistuksen kaltaiset olosuhteet ja ilmiöt on kehitetty, ja sen toiminta on testattu Nalcon Papermaking Centreof Excellence:ssä Espoossa. Formeri on yhdistetty Nalcon lähestymisjärjetelmäsimulaattoriin ja simulaattorilla aikaansaadut hydro-kemialliset ilmiöt voidaan testata nyt myös arkeista. Laitteessa on perälaatikko ja viiraosa. Perälaatikosta massa virtaa viiralle, joka liikkuu eteenpäin hihnakuljettimen hihnojen päällä. Suihku-viira -suhdetta voidaan muuttaa joko muuttamalla virtausnopeutta tai viiran nopeutta tai säätämällä perälaatikon huuliaukkoa. Formerintoiminnan testaus osoitti, että se toimii teknisesti hyvin ja tulokset ovat toistettavia ja loogisia. Arkeissa kuidut ovat orientoituneet, formaatio ja vetolujuussuhde KS/PS riippuvat voimakkaasti suihku-viira -suhteesta, kuten oikeillakinpaperikoneilla.

Enhancing the efficiency of freight transport by using simulation

The role of transport in the economy is twofold. As a sector of economic activity it contributes to a share of national income. On the other hand, improvements in transport infrastructure create room for accelerated economic growth. As a means to support railways as a safe and environmentally friendly transportation mode, the EU legislation has required the opening of domestic railway freight for competition from beginning of year 2007. The importance of railways as a mode of transport has been great in Finland, as a larger share of freight has been carried on rails than in Europe on average. In this thesis it is claimed that the efficiency of goods transport can be enhanced by service specific investments. Furthermore, it is stressed that simulation can and should be used to evaluate the cost-efficiency of transport systems on operational level, as well as to assess transportation infrastructure investments. In all the studied cases notable efficiency improvements were found. For example in distribution, home delivery of groceries can be almost twice as cost efficient as the current practice of visiting the store. The majority of the cases concentrated on railway freight. In timber transportation, the item with the largest annual transport volume in domestic railway freight in Finland, the transportation cost could be reduced most substantially. Also in international timber procurement, the utilization of railway wagons could be improved by combining complementary flows. The efficiency improvements also have positive environmental effects; a large part of road transit could be moved to rails annually. If impacts of freight transport are included in cost-benefit analysis of railway investments, up to 50 % increase in the net benefits of the evaluated alternatives can be experienced, avoiding a possible inbuilt bias in the assessment framework, and thus increasing the efficiency of national investments in transportation infrastructure. Transportation systems are a typical example of complex real world systems that cannot be analysed realistically by analytical methods, whereas simulation allows inclusion of dynamics and the level of detail required. Regarding simulation as a viable tool for assessing the efficiency of transportation systems finds support also in the international survey conducted for railway freight operators; operators use operations research methods widely for planning purposes, while simulation is applied only by the larger operators.

Studies in selectivity of lipases in preparation of cyanohydrins, sugar conjugates and secondary alcohols

Biocatalysis can be applied in organic synthetic chemistry to counter challenges posed by increased demands towards chemo-, regio- and stereoselectivity, not forgetting the need for greener chemistry. During the last 30 years, biocatalysis with the use of enzymes as chiral catalysts has become more common in chemistry laboratories and industrial processes. In this thesis, the use of lipases as versatile biocatalysts in the acylation of alcohols is examined both in the light of literature examples and four original publications. In the first part of the work presented in this thesis lipases were utilized in two examples concerning secondary alcohols. First, the kinetic resolution of heterocyclic aromatic secondary alcohols through transesterification was thoroughly examined including the studies of competing hydrolysis and esterification reactions. In another example, lipases were utilized in the formation of a dynamic systemic resolution (DSR) process which in turn was used as a developmental tool in the optimization of the dynamic kinetic resolution (DKR) of five heterocyclic aromatic cyanohydrins in one pot for the preparation of cyanohydrin esters as single enantiomers. In the second part of the work, the regio- and stereoselectivity of lipases was used to form sugar conjugates of glyceric and β-amino acids. The primary hydroxyl groups of methyl α-D-galacto-, -gluco- and -mannopyranosides were now acylated trough lipasecatalyzed transesterification and enantioselective lipase-catalyzed ring-opening of β- lactams, respectively.

Palvelusopimukset tienpidon hankinnoissa

Infrarakentamisen toimintaympäristö on muuttumassa. Aikaisemmin julkinen sektori hallitsi toimialaa, mutta markkinat ovatavautumassa. Teknologian kehittäminen siirtyy julkiselta tilaajataholta yksityisille ja osaaminen yritysten kilpailutekijänä korostuu. Julkisen sektorin tehtävänä on luoda edellytyksiä tällaiselle toiminnalle. Toimintoja tullaan Tiehallinnossa ulkoistamaan yhä enemmän. Uusissa palvelusopimusmalleissa yhdistetään tieverkon tai tuotteen kunnon hallinta, toimenpiteiden ohjelmointi sekä palvelujen hankinta. Tästä muodostuu yhtenäinen prosessi, josta palvelun tuottaja vastaa. Nykyisin käytössä olevassa hankintamallissa edellä mainitut toiminnot on hajautettu useammalle eri vastuutaholle. Tämän työn tavoitteena on tarkastella palvelusopimusmallin soveltuvuutta hankintamenettelyjen eräänä vaihtoehtona. Lähtökohtana on tehdä ajallisesti pidempiä, sisällöllisesti laajempia sopimuksia. Palvelusopimusmallia voidaan soveltaa moniin hankintoihin. Tässä työssä tarkastellaan palvelusopimusmallia päällystetyn tieverkon ylläpidon hankinnassa. Uusien toimintatapojen käyttöönotossa on tärkeää saada alan toimijat yhdessä kehittämään näitä malleja. Työssä on haastateltu alan toimijoita ja heidän mielipiteet on otettu huomioon suunniteltaessa palvelusopimuksen sisältöä. Uusi sopimusmalli motivoi innovatiivisiin ratkaisuihin. Niiden syntymistä edesauttaa yritysten verkostomainen toiminatapa ja kumppanuuden syventäminen. Jokainen yritys voi tällöin keskittyä omaan ydinosaamiseensa. Samalla toimintojen kokonaistuottavuutta voidaan parantaa. Riskien hallinta on eräs tärkeimmistä asioista palvelusopimusmallin mukaisen toiminnan onnistumiselle. Riskien tunnistaminen ja niiden jakaminen eri osapuolten kesken oikeuden mukaisesti tulee sopimusmallissa hallita. Merkittävänä riskitekijöinä nousivat tässä työssä esiin, vaikeasti hallittavat, pitkän sopimusajan tuomat uhat.

Maintenance and construction outsourcing in a public-owned electricity network company

Euroopan sähkösektori on ollut viimeisen vuosikymmenen suurten mullistusten kourissa. Sähkömarkkinoiden avautumisen jälkeen monopoliliiketoimintaa harjoittavien sähköyhtiöiden on ollut pakko parantaa tuottavuuttaan. Ratkaisuksi tähän on etsitty apua huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamisella. Ulkoistaminen on kuitenkin uusi menetelmä tällä sektorilla. Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää syyt, jotka tanskalaisella sähköverkkoyhtiöllä oli huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamiseen, sekä löytää siitä saatavat hyödyt ja siihen sisältyvät riskit. Tutkimus suoritetaan käyttäen apuna kirjallisuutta, saatavilla olevia due diligence-, sekä muita raportteja ja analyysejä, sekä tapausta koskettavien tahojen haastatteluja.Lisäksi sähköverkkoalan asiantuntijoiden kanssa käytyjä konsultointia käytetäänselvitykseen. Tutkimus osoittaa, että perimmäiset ajurit huolto- ja rakennustoimintojen ulkoistamiseen tulivat lainmuutosten ja vapautuneiden sähkömarkkinoiden asettamista paineista. Kunnallisessa organisaatiossa parantaa tehokkuutta ulkoistamalla jotain toimintoja yksityisomisteiselle palvelun tuottajalle. Muut ulkoistamisesta odotetut hyödyt olivat alentuneet kustannukset, virtaviivaisempi organisaation ja sähköverkkoyhtiön tehottomista osista eroon pääseminen ennen sen myymistä.

Sähkön markkinahintaa selittävät tekijät. Case: Nord Pool 2000-2005

Sähkön markkinahinta on saanut osakseen suurta huomiota viimeaikoina. Sähkömarkkinoiden vapautuminen ja päästökaupan avaaminen Euroopassa onentisestään nostanut sähkömarkkinoita näkyville lehdissä. Tämä tutkielma tutkii erilaisten tekijöiden vaikutusta sähkön markkinahintaan regressioanalyysin avulla. Edellä mainitun päästösopimusten markkinahinnan lisäksi tutkittiin kivihiilen sekä maakaasun markkinahintojen, lämpötilojen, jokien virtaamien, vesivarantojen täyttöasteiden sekä Saksan sähkömarkkinoiden hinnan vaikutusta sähkön markkinahintaan Nord Pool -sähköpörssissä. Työssä luotiin myös sähkön markkinahintaa ennustava malli. Kaikkien selittävien tekijöiden korrelaatiot olivat oletusten mukaiset ja regressioanalyysi onnistui selittämään yli 80 % sähkön markkinahinnan vaih-teluista. Merkittävimpiä selittäviä tekijöitä olivat vesivarannot sekä jokien virtaamat. Ennustavan mallin keskimääräinen suhteellinen virhe oli noin 10 %, joten ennustetarkkuus oli melko hyvä.

Sulfaattisellutehtaan kemikaalikierron vierasainetasot ja kalkkikierron aukaisu.

Työssä selvitettiin sulfaattisellutehtaan kemikaalikierron eräiden virtojen vierasainepitoisuudet. Tavoitteena oli myös laatia kaustisoinnin ja meesauunin vierasainetaseet sekä arvioida kalkkikierron aukaisun vaikutusta kierron vierasainetasoihin. Kirjallisuusosassa on tarkasteltu sulfaattisellutehtaan kemikaalikiertoa ja sen osaprosesseja. Kirjallisuusosassa on keskitytty tarkastelemaan eri vierasaineiden käyttäytymistä kemikaalikierrossa. Lisäksi kalkkikierron prosesseja sekä kalkkikierron taselaskentaa on tarkasteltu. Kokeellisessa osassa määritettiin Metsä-Botnia Oy:n Joutseno Pulpin sulfaattisellutehtaan kemikaalikierron vierasainetasot ja verrattiin niitä muiden tehtaiden vierasainetasoihin. Kokeellisessa osassa selvitettiin myös ne prosessin kohdat, joihin vierasaineet rikastuvat. Lisäksi laadittiin kaustisoinnin ja meesauunin vierasainetaseet sekä tehtiin arvio kalkkikierron vierasainetasojen ja kalkkikierron aukaisun välisestä korrelaatiosta. Tehtyjen määritysten perusteella Joutseno Pulpin sulfaattisellutehtaan eräiden prosessivirtojen vierasainetasot ovat selvästi muiden Metsä-Botnian tehtaiden tasoja korkeammalla. Etenkin valkolipeän kaliumpitoisuus ja meesan fosforipitoisuus ovat korkeita. Kloridi rikastuu voimakkaasti soodakattilan lentotuhkaan ja fosfori rikastuu meesauunin sähkösuodinpölyyn. Laadittujen taseiden perusteella vierasaineista fosfori ja magnesium rikastuvat selvästi kalkkikiertoon. Niiden määrät kalkkikierrossa ovat huomattavasti suuremmat kuin muiden vierasaineiden määrät. Kalkkikierron fosforitasoa voidaan alentaa poistamalla kierrosta meesauunin sähkösuodinpölyä ja korvaamalla poisto make-up kalkilla. Tällöin muiden vierasaineiden määrä kalkkikierrossa kuitenkin kasvaa.

Päällystettyä hienopaperia valmistavan tuotantolinjan tuotannon tehokkuuden kehittäminen

Diplomityön tavoitteena on selvittää paperivioista aiheutuvien katkojen syyt paperikoneella ja pyrkiä löytämään ratkaisu ongelmiin erilaisia vianilmaisujärjestelmiä apuna käyttäen. Työssä analysoidaan laatuhylyn synty tuotantolinjan eri kohteissa. Lisäksi tilastoidaan häiriöseisokkisyyt ja sitä kautta pyritään painottamaan kunnossa-pidon tärkeyttä tuotantolinjan tehokkuudessa. Kirjallisuusosassa tutustutaan hyötysuhteen määritelmään ja käsitellään tuotantolinjan hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä. Kirjallisuusosassa selvitetään päällystetyn hienopaperin tuoteanalyysin avulla ominaisuudet, joilla on vaikutusta ajettavuuteen ja katkoherkkyyteen on-line päällystävällä hienopaperikoneella. Kokeellisessa osassa selvitetään tuotantoaikaa vähentävien tekijöiden syyt ja mahdolli-set aiheuttajat erilaisten vikaprofiilien avulla. Kokeellisessa osassa analysoidaan myös tuotantolinjan hylyn syntyyn vaikuttavat tekijät ja pyritään minimoimaan hylyn määrä. Pohjapaperin täplät aiheuttivat reikäkatkoja ja hylyn syntymistä kalanterin aukaisujen takia. Reunaviat ja kireysheitot aiheuttivat myös runsaasti katkoja. Lukuisat häiriöseisokit aiheuttivat aikahävikkiä. Häiriöseisokkeja aiheuttivat viat mekaanisissa laitteissa, narujen vaihdot ja rullausruuhkat. Telasuojelun aiheuttamat kalanterin aukaisut olivat työn alussa suurin paperin hylkäyssyy. Telasuojelun optimoinnin ja pohjapaperin täplien määrän vähenemisen myötä telasuojeluaukaisut vähenivät. Lajinvaihdot ja katkot olivat suurimmat hylyn aiheuttajat työn loppuaikana.

Size Effect and Notch Size Effect in Metal Fatigue

It is a well known phenomenon that the constant amplitude fatigue limit of a large component is lower than the fatigue limit of a small specimen made of the same material. In notched components the opposite occurs: the fatigue limit defined as the maximum stress at the notch is higher than that achieved with smooth specimens. These two effects have been taken into account in most design handbooks with the help of experimental formulas or design curves. The basic idea of this study is that the size effect can mainly be explained by the statistical size effect. A component subjected to an alternating load can be assumed to form a sample of initiated cracks at the end of the crack initiation phase. The size of the sample depends on the size of the specimen in question. The main objective of this study is to develop a statistical model for the estimation of this kind of size effect. It was shown that the size of a sample of initiated cracks shall be based on the stressed surface area of the specimen. In case of varying stress distribution, an effective stress area must be calculated. It is based on the decreasing probability of equally sized initiated cracks at lower stress level. If the distribution function of the parent population of cracks is known, the distribution of the maximum crack size in a sample can be defined. This makes it possible to calculate an estimate of the largest expected crack in any sample size. The estimate of the fatigue limit can now be calculated with the help of the linear elastic fracture mechanics. In notched components another source of size effect has to be taken into account. If we think about two specimens which have similar shape, but the size is different, it can be seen that the stress gradient in the smaller specimen is steeper. If there is an initiated crack in both of them, the stress intensity factor at the crack in the larger specimen is higher. The second goal of this thesis is to create a calculation method for this factor which is called the geometric size effect. The proposed method for the calculation of the geometric size effect is also based on the use of the linear elastic fracture mechanics. It is possible to calculate an accurate value of the stress intensity factor in a non linear stress field using weight functions. The calculated stress intensity factor values at the initiated crack can be compared to the corresponding stress intensity factor due to constant stress. The notch size effect is calculated as the ratio of these stress intensity factors. The presented methods were tested against experimental results taken from three German doctoral works. Two candidates for the parent population of initiated cracks were found: the Weibull distribution and the log normal distribution. Both of them can be used successfully for the prediction of the statistical size effect for smooth specimens. In case of notched components the geometric size effect due to the stress gradient shall be combined with the statistical size effect. The proposed method gives good results as long as the notch in question is blunt enough. For very sharp notches, stress concentration factor about 5 or higher, the method does not give sufficient results. It was shown that the plastic portion of the strain becomes quite high at the root of this kind of notches. The use of the linear elastic fracture mechanics becomes therefore questionable.

Kalsinaattorin siirtymien ja teräskuoren murtumien tutkiminen

Sementti on yksi eniten maailmassa käytetty rakennusmateriaali ja Suomessa sementin valmistuksesta vastaa Finnsementti Oy kahden tehtaan voimin. Lappeenrannan tehtaalle investoitiin uusi uunilinja vuonna 2007, joka on aikansa kehittyneintä tekniikkaa. Järjes-telmän esilämmitysvaiheen laitteissa, erityisesti kalsinaattorissa, on esiintynyt luvattoman paljon plastisoitumista ja murtumia. Tässä työssä tutkittiin lämpötilan ja sen vaihtelun vaikutusta järjestelmässä syntyneisiin siirtymiin ja murtumiin. Työn alussa luotiin katsaus erilaisiin murtumisilmiöihin ja niiden syntyyn. Vuorauksessa käytettyihin tiilien käyttäytymistä tutkittiin myös, koska ne ovat olennainen osa esilämmi-tysjärjestelmää. Työn kokeellisessa osuudessa aluksi määriteltiin järjestelmässä käytetylle teräkselle lujuusominaisuudet tutkimalla mikrorakennetta sekä suorittamalla veto- että kovuuskokeet materiaalille. Toisessa osiossa mitattiin järjestelmän alasajon aikana tapah-tuneet siirtymät. Laskennallisessa osuudessa tutkittiin väsymismurtuman mahdollisuutta sekä määritettiin kuoressa esiintyvän särön vaikutusta puhkeamis- ja murtumiskuormituk-seen. FEM- analyysissä tarkasteltiin lämpötilan vaikutusta siirtymien suuruuksiin ja pyrittiin löytämään perusteluita, miksi rakenne on todellisuudessa siirtynyt eri suuntiin kuin alun perin oli tarkoitettu. Lisäksi analysoitiin FEM- mallit tiilihyllystä ja kalsinaattorin kuoren tukikehästä, joista tutkittiin lämpökuorman aiheuttamia jännityksiä. Materiaalin osalta selvisi, että kyseessä oli hyvin yleinen rakenneteräs S235 tai sitä vas-taava teräslaatu. Teräs ei ominaisuuksiltaan sovellu kuumiin olosuhteisiin, jonka vuoksi järjestelmässä käytettävän eristevuorauksen kunto on erityisen tärkeä rakenteen käyttöiän kannalta. Vuorauksen kunnosta riippuu, kuinka suuren lämpökuorman teräskuori saa. Väsymismurtuman mahdollisuus jäi minimaalisen pieneksi lämpötilan muutoksen vaiku-tuksesta. Analysoinnin tulosten perusteella voitiin todeta, että lämpötilan hitaasti mutta kohtalaisen suurella vaihteluvälillä sekä tiilien turpoamisen vaikutuksella on erittäin suuri merkitys järjestelmässä esiintyviin murtumiin.

Väsymiskestävyyden määritys murtumismekaanisilla särönmallinnusohjelmilla

Tässä työssä tutkitaan Wärtsilä Oyj:n moottorin ja ABB Oy:n generaattorin muodostaman aggregaatin väsymiskestävyyttä lineaarisen murtumismekaniikan avulla. Työn tavoitteena on selvittää ABAQUS/XFEM- ja FRANC3D-ohjelman soveltuvuus kuormitukseltaan ja geometrialtaan vaativan generaattorirungon suunnittelutyökaluksi. Generaattorirungon kuormitukset aiheutuvat aggregaatin käynnin sekä käynnistys- ja sammutusvaiheen aikai-sista syntyvistä värähtelyistä. Tutkimuksessa tarkastellaan generaattorirungon väsymistä käynninaikaisella kuormituksella. Työssä mallinnettiin generaattorirungosta valittu hitsausdetalji alimallinnustekniikalla, jolloin alimallin reunaehdot voitiin määrittää aggregaatille tehdyn vastelaskennan perus-teella. Alimallista tutkittiin kahta erilaista hitsiliitostyyppiä, joihin mallinnettiin XFEM- ja FRANC3D-ohjelmilla erikokoisia säröjä hitsiliitosten rajaviivalle sekä juuren puolelle. Tutkittavilla ohjelmilla saatujen jännitysintensiteettikertoimien avulla säröille voitiin las-kea ekvivalentti jännitysintensiteettikerroin, jota verrattiin kokeellisesti saatuun jännitysin-tensiteettikertoimen kynnysarvoon. XFEM- ja FRANC3D-ohjelmia vertailtiin käytön helppouden, tulosten tarkkuuden sekä laskenta-aikojen perusteella. Käytettävyyden ja laskenta-aikojen perusteella XFEM-ohjelma soveltui paremmin käytettäväksi teollisuudessa suunnittelu- ja kehitystyön apu-työkaluna. FRANC3D taas antoi XFEM-ohjelmaa luotettavampia tuloksia, mutta laskenta-ajat olivat moninkertaiset.

Public and private sector cooperative opportunities in the Finnish healthcare internationalization : views from the public sector’s perspective

Traditionally mostly publicly provided Finnish healthcare services are confronted today by the evident challenge of rising healthcare costs as the expenditure on health and social case has exceeded Finland’s national GDP growth significantly since the new millennium. While the opening of the traditional barriers through the EU’s new patient directive resulting in increasing international competition and the free flow of patients within the EU present opportunities for the Finnish healthcare services industry there are also several challenges for the existing healthcare system as proposed by the Ministry of Employment and the Economy in 2011. Due to the structure and nature of the current Finnish healthcare service system the greatest potential for internationalization is seen from a joint cooperation of the public and private sectors in an internationalization network for Finnish healthcare services. As its formation has recently also taken as a strategic initiative to be completed by the Ministry of Employment and the Economy and no earlier research exists on how this is seen in practice by the network actors, the purpose of this study is to examine the proposed solution of forming an internationalization network between the public and private sector actors in Finland in practice from the viewpoint of public sector actors. The research relied heavily on the reports by the Finnish Ministries in understanding the current situation of the Finnish healthcare services internationalization and its potential. Suitable theories were also used to build a more comprehensive view of the matter. The study applied a qualitative research approach on the explorative research problem. The data collection was achieved through expert interviews in two of the largest Finnish public healthcare service providers; the Turku and Helsinki Central University Hospitals. Expert interviews were considered as the most suitable method for data collection in order to create an in-depth understanding of the topic within the limitations of this thesis. In turn, two different public healthcare service providers were chosen to give a broader view of the field instead of focusing on a specific unit and also to allow a possible comparison between the two different organizations. The latter however was shown not to be suitable for the purposes of this study as the opinions of the respondents varied largely also within their own organizations. The conclusion is that while the actors agree on the evident internationalization of Finnish healthcare services, there are several large-scale structural challenges effectively preventing such activities while at the same time the opportunities within Finland vary, as there are several niches but no real large-scale advantages in the highly competitive industry. Interest towards cooperation between the sectors are seen especially in exploiting the advantages offered by the private sector in commercialization and marketization, yet however no clear views exist on how these activities should be governed or structured in the short-term as a larger reform of the entire Finnish healthcare service sector is needed in the long-term.