Paineilmajärjestelmän ja -hankinnan kehittäminen sementtitehtaalla

Työn tavoitteena oli kartoittaa Lappeenrannan sementtitehtaan paineilmajärjestelmä, tehdä järjestelmän kehittämissuunnitelma ja arvioida suunnitelman mukaisen investoinnin kannattavuus investointilaskelmilla. Kartoituksesta selviää paineilman hankinnan toteutus, järjestelmään kuuluvien laitteiden selvitys ja energiankulutus sekä jakeluverkon ja paineilman käytön kartoitus. Kartoituksen ja aineiston pohjalta laadittiin suunnitelma järjestelmän kehittämiseksi. Aineistoa kerättiin haastattelemalla laitetoimittajia sekä muiden sementtitehtaiden johtoa. Paineilman käyttöä tehostettiin ja tehtaan matalapaine- eli kuumailmaverkon osalta tehtiin suunnitelmat sen täydellisestä uusimisesta. Tehtaan korkeapaine- eli yleisilmaverkkoon päätettiin olla investoimatta työssä esiteltävien käytännön syiden vuoksi. Investoinnin taloudellinen kannattavuus arvioitiin työhön rakennetulla investointilaskentamallilla. Sen avulla laskettiin investoinnin kannattavuus annuiteettimenetelmällä. Laskelmien tulokseen liittyvä epävarmuus arvioitiin myös malliin rakennetulla herkkyysanalyysillä. Lisäksi mallilla vertailtiin investoinnin eri hankintavaihtoehtojen kannattavuutta. Investointi osoittautui kannattavaksi.

Päällystysyksikön konstruktion kehitys.

Työssä suunniteltiin esisuunnitteluluontoisesti leveän, uutta päällystysmenetelmää soveltavan päällystysaseman konstruktio avainkomponenttien osalta. Ensin perehdyttiin alan kirjallisuuteen ja pyrittiin selvittämään päällystysmenetelmän konstruktiolle asettamia vaatimuksia. Tämän jälkeen pohdittiin rakenteen leveyden ja päällystysnopeuden lisäämisen tuomia ongelmia ja lopuksi ideoitiin havaittuihin ongelmiin ratkaisuja. Virtauskammion mitoituksen, ohikierron vaikutuksen ja virtausta tasoittavien elementtien mitoituksen selvittämiseksi tehtiin CFD laskenta newtonisella ja einewtonisella virtausaineella. Huomattiin painehäviön kasvattamisen ja tasauskammion lisäämisen parantavan päällysteprofiilia. Ohikierron lisäämisen todettiin heikentävän päällysteprofiilia erityisesti reunojen läheisyydessä. Virtauksen jako- ja tasauskammioiden muotoilua muutettiin tukkeutumisriskin pienentämiseksi. Rakenne kokee aina myös muodonmuutoksia paineen-, taipumien- tai lämpötilaerojen seurauksena. Näiden vaikutuksen selvittämiseksi applikointiosaa analysointiin FE -menetelmällä. Todettiin palkin pinnalla olevien lämpötilaerojen olevan suurin yksittäinen päällysteprofiiliin vaikuttava häiriölähde.

Kaksiakselisen välijäähdytyksellä, välipoltolla ja rekuperaattorilla varustetun mikrokaasuturbiinin osakuormahyötysuhteen säilyvyyden optimointi

Työssä pyrittiin etsimään differentiaalievoluutioalgoritmilla kaksiakseliselle, välijäähdytyksellä, välipoltolla ja rekuperaattorilla varustetulle mikrokaasuturbiinille sellaiset kompressorien painesuhteet ja rekuperaattorin rekuperaatioaste, että saavutettaisiin mandollisimman hyvä osakuormahyötysuhteen säilyvyys. Osakuormatehon säätömenetelmäksi oli valittu pyörimisnopeussäädön ja turbiinien sisääntulolämpötilan alentamisen yhdistelmä, jossa generaattorilla varustetun akselin pyörimisnopeus sekä molempien turbiinien sisääntulolämpötilat olivat toisistaan riippumatta vapaasti säädettävissä. Työssä löydettiin optimaalinen säätömenetelmien yhdistelmä, jolla saavutetaan parempi osakuormahyötysuhteen säilyvyys, kuin millään käytetyistä menetelmistä yksinään. Lisäksi havaittiin, ettei optimaalinen säätömenetelmä merkittävästi riipu koneikolle valituista suunnittelupisteen parametreista. Osakuormahyötysuhteen säilyvyyden kannalta optimaalinen koneikko ei merkittävästi poikennut suunnittelupisteen hyötysuhteen kannalta optimaalisesta.

Ultrasuodatuskalvon modifiointi paineen, lämpötilan ja emäksen avulla

Työssä tutkittiin polymeerisen ultrasuodatuskalvon modifiointimahdollisuuksia prosessiolosuhteita muuttamalla. Kalvon modifioimisella pyritään sen suodatusominaisuuksien muuttumiseen, joka voi lisätä kalvon käyttökohteita ja parantaa kalvon soveltuvuutta tiettyjen yhdisteiden suodatukseen. Hydrofiilisiä, tiukkoja polymeerisiä ultrasuodatuskalvoja on kaupallisesti saatavilla vähän, joten työssä tutkittiin niiden valmistusta modifioimalla markkinoilla olevaa, löysempää, hydrofiilistä, polymeeristä ultrasuodatuskalvoa. Ultrasuodatuskalvo modifioitiin paineen, lämpötilan ja emäksen avulla. Modifioinnin aiheuttamat muutokset voidaan jakaa pysyviin, osittain palautuviin tai palautuviin muutoksiin. Kalvon rakenteen muuttuessa pysyvästi voidaan kalvo modifioida ennen suodatuksen aloittamista. Tällöin modifioinnissa käytetyt olosuhteet eivät vaikuta suodatukseen kuten muissa tapauksissa. Modifioinnin vaikutusta kalvoon voidaan analysoida eri menetelmillä. Näitä ovat esimerkiksi elektronimikroskopia ja kalvon vuon tai retention analysointi. Mikroskooppikuvia ei voida ottaa suodatuksen aikana, vaan kalvosta saada tietoa ainoastaan alku- ja lopputilanteissa suodatusolosuhteista poistettuna. Vuon ja retention avulla saadaan reaaliaikaista tietoa modifioidun kalvon suodatuskapasiteetin ja erotuskyvyn muutoksista. Työssä modifioinnin vaikutusta seurattiin vuo- ja retentiomittausten avulla ja kalvon rakenteessa tapahtuvia muutoksia tutkittiin pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvien ja mikrometrimittausten avulla. Korkeampaa painetta tai lämpötilaa käytettäessä havaittiin vuon alenevan modifioitaessa enemmän kuin matalammissa paineissa tai lämpötiloissa. Korkeampi puristuslämpötila kasvatti myös retentiota. Modifiointiolosuhteiden ollessa emäksisiä aleni permeabiliteetti neutraaleissa olosuhteissa tehtyä puristusta enemmän. Myös retentio aleni emäksen avulla tehdyssä modifioinnissa. Kalvon rakenteessa tapahtuneiden muutosten palautuminen riippui modifiointilämpötilasta, korkeassa lämpötilassa modifioidussa kalvossa palautumista ei tapahtunut. Modifioinnin aiheuttamat kalvojen paksuuden muutokset tukivat retentio- ja vuomittauksia. Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvista voitiin havaita kalvon huokosrakenteen puristuneen modifioinnin aikana.

Home Blood Pressure Measurement – Epidemiology and Clinical Application

Verenpaineen kotimittaus − epidemiologia ja kliininen käyttö Kohonnutta verenpainetta, maailmanlaajuisesti merkittävintä ennenaikaiselle kuolemalle altistavaa riskitekijää, ei voida tunnistaa tai hoitaa ilman tarkkoja ja käytännöllisiä verenpaineen mittausmenetelmiä. Verenpaineen kotimittaus on saavuttanut suuren suosion potilaiden keskuudessa. Lääkärit eivät ole kuitenkaan vielä täysin hyväksyneet verenpaineen kotimittausta, sillä riittävä todistusaineisto sen toimivuudesta ja eduista on puuttunut. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli osoittaa, että kotona mitattu verenpaine (kotipaine) on perinteistä vastaanotolla mitattua verenpainetta (vastaanottopaine) tarkempi, ja että se on tehokas myös kliinisessä käytössä. Tutkimme kotipaineen käyttöä verenpainetaudin diagnosoinnissa ja hoidossa. Lisäksi tarkastelimme kotipaineen yhteyttä verenpainetaudin aiheuttamiin kohde-elinvaurioihin. Ensimmäinen aineisto, joka oli edustava otos Suomen aikuisväestöstä, koostui 2 120 45–74-vuotiaasta tutkimushenkilöstä. Tutkittavat mittasivat kotipainettaan viikon ajan ja osallistuivat terveystarkastukseen, johon sisältyi kliinisen tutkimuksen ja haastattelun lisäksi sydänfilmin otto ja vastaanottopaineen mittaus. 758 tutkittavalle suoritettiin lisäksi kaulavaltimon seinämän intima-mediakerroksen paksuuden (valtimonkovettumataudin mittari) mittaus ja 237:lle valtimon pulssiaallon nopeuden (valtimojäykkyyden mittari) mittaus. Toisessa aineistossa, joka koostui 98 verenpainetautia sairastavasta potilaasta, hoitoa ohjattiin satunnaistamisesta riippuen joko ambulatorisen eli vuorokausirekisteröinnillä mitatun verenpaineen tai kotipaineen perusteella. Vastaanottopaine oli kotipainetta merkittävästi korkeampi (systolisen/diastolisen paineen keskiarvoero oli 8/3 mmHg) ja yksimielisyys verenpainetaudin diagnoosissa kahden menetelmän välillä oli korkeintaan kohtalainen (75 %). 593 tutkittavasta, joilla oli kohonnut verenpaine vastaanotolla, 38 %:lla oli normaali verenpaine kotona eli ns. valkotakkiverenpaine. Verenpainetauti voidaan siis ylidiagnosoida joka kolmannella potilaalla seulontatilanteessa. Valkotakkiverenpaine oli yhteydessä lievästi kohonneeseen verenpaineeseen, matalaan painoindeksiin ja tupakoimattomuuteen, muttei psykiatriseen sairastavuuteen. Valkotakkiverenpaine ei kuitenkaan vaikuttaisi olevan täysin vaaraton ilmiö ja voi ennustaa tulevaa verenpainetautia, sillä siitä kärsivien sydän- ja verisuonitautien riskitekijäprofiili oli normaalipaineisten ja todellisten verenpainetautisten riskitekijäprofiilien välissä. Kotipaineella oli vastaanottopainetta vahvempi yhteys verenpainetaudin aiheuttamiin kohde-elinvaurioihin (intima-mediakerroksen paksuus, pulssiaallon nopeus ja sydänfilmistä todettu vasemman kammion suureneminen). Kotipaine oli tehokas verenpainetaudin hoidon ohjaaja, sillä kotipaineeseen ja ambulatoriseen paineeseen, jota on pidetty verenpainemittauksen ”kultaisena standardina”, perustuva lääkehoidon ohjaus johti yhtä hyvään verenpaineen hallintaan. Tämän ja aikaisempien tutkimusten tulosten pohjalta voidaan todeta, että verenpaineen kotimittaus on selkeä parannus perinteiseen vastaanotolla tapahtuvaan verenpainemittaukseen verrattuna. Verenpaineen kotimittaus on käytännöllinen, tarkka ja laajasti saatavilla oleva menetelmä, josta voi tulla jopa ensisijainen vaihtoehto verenpainetautia diagnosoitaessa ja hoitaessa. Verenpaineen mittauskäytäntöön tarvitaan muutos, sillä näyttöön perustuvan lääketieteen perusteella vaikuttaa, että vastaanotolla tapahtuvaa verenpainemittausta tulisi käyttää vain seulontatarkoitukseen.

Performance Improvement of Centrifugal Compressor Stage with Pinched Geometry or Vaned Diffuser

Centrifugal compressors are widely used for example in refrigeration processes, the oil and gas industry, superchargers, and waste water treatment. In this work, five different vaneless diffusers and six different vaned diffusers are investigated numerically. The vaneless diffusers vary only by their diffuser width, so that four of the geometries have pinch implemented to them. Pinch means a decrease in the diffuser width. Four of the vaned diffusers have the same vane turning angle and a different number of vanes, and two have different vane turning angles. The flow solver used to solve the flow fields is Finflo, which is a Navier-Stokes solver. All the cases are modeled with the Chien's k – έ- turbulence model, and selected cases are modeled also with the k – ώ-SST turbulence model. All five vaneless diffusers and three vaned diffusers are investigated also experimentally. For each construction, the compressor operating map is measured according to relevant standards. In addition to this, the flow fields before and after the diffuser are measured with static and total pressure, flow angle and total temperature measurements. When comparing the computational results to the measured results, it is evident that the k – ώ-SST turbulence model predicts the flow fields better. The simulation results indicate that it is possible to improve the efficiency with the pinch, and according to the numerical results, the two best geometries are the ones with most pinch at the shroud. These geometries have approximately 4 percentage points higher efficiency than the unpinched vaneless diffusers. The hub pinch does not seem to have any major benefits. In general, the pinches make the flow fields before and after the diffuser more uniform. The pinch also seems to improve the impeller efficiency. This is down to two reasons. The major reason is that the pinch decreases the size of slow flow and possible backflow region located near the shroud after the impeller. Secondly, the pinches decrease the flow velocity in the tip clearance, leading to a smaller tip leakage flow and therefore slightly better impeller efficiency. Also some of the vaned diffusers improve the efficiency, the increment being 1...3 percentage points, when compared to the vaneless unpinched geometry. The measurement results confirm that the pinch is beneficial to the performance of the compressor. The flow fields are more uniform with the pinched cases, and the slow flow regions are smaller. The peak efficiency is approximately 2 percentage points and the design point efficiency approximately 4 percentage points higher with the pinched geometries than with the un- pinched geometry. According to the measurements, the two best geometries are the ones with the most pinch at the shroud, the case with the pinch only at the shroud being slightly better of the two. The vaned diffusers also have better efficiency than the vaneless unpinched geometries. However, the pinched cases have even better efficiencies. The vaned diffusers narrow the operating range considerably, whilst the pinch has no significant effect on the operating range.

Factors predicting mortality in type 2 diabetes. With special reference to physical exercise, blood pressure, proteinuria, inflammation and P wave duration

Background: Type 2 diabetes patients have a 2-4 fold risk of cardiovascular disease (CVD) compared to the general population. In type 2 diabetes, several CVD risk factors have been identified, including obesity, hypertension, hyperglycemia, proteinuria, sedentary lifestyle and dyslipidemia. Although much of the excess CVD risk can be attributed to these risk factors, a significant proportion is still unknown. Aims: To assess in middle-aged type 2 diabetic subjects the joint relations of several conventional and non-conventional CVD risk factors with respect to cardiovascular and total mortality. Subjects and methods: This thesis is part of a large prospective, population based East-West type 2 diabetes study that was launched in 1982-1984. It includes 1,059 middle-aged (45-64 years old) participants. At baseline, a thorough clinical examination and laboratory measurements were performed and an ECG was recorded. The latest follow-up study was performed 18 years later in January 2001 (when the subjects were 63-81 years old). The study endpoints were total mortality and mortality due to CVD, coronary heart disease (CHD) and stroke. Results: Physically more active patients had significantly reduced total, CVD and CHD mortality independent of high-sensitivity C-reactive protein (hs-CRP) levels unless proteinuria was present. Among physically active patients with a hs-CRP level >3 mg/L, the prognosis of CVD mortality was similar to patients with hs-CRP levels ≤3 mg/L. The worst prognosis was among physically inactive patients with hs-CRP levels >3 mg/L. Physically active patients with proteinuria had significantly increased total and CVD mortality by multivariate analyses. After adjustment for confounding factors, patients with proteinuria and a systolic BP <130 mmHg had a significant increase in total and CVD mortality compared to those with a systolic BP between 130 and 160 mmHg. The prognosis was similar in patients with a systolic BP <130 mmHg and ≥160 mmHg. Among patients without proteinuria, a systolic BP <130 mmHg was associated with a non-significant reduction in mortality. A P wave duration ≥114 ms was associated with a 2.5-fold increase in stroke mortality among patients with prevalent CHD or claudication. This finding persisted in multivariable analyses. Among patients with no comorbidities, there was no relationship between P wave duration and stroke mortality. Conclusions: Physical activity reduces total and CVD mortality in patients with type 2 diabetes without proteinuria or with elevated levels of hs-CRP, suggesting that the anti-inflammatory effect of physical activity can counteract increased CVD morbidity and mortality associated with a high CRP level. In patients with proteinuria the protective effect was not, however, present. Among patients with proteinuria, systolic BP <130 mmHg may increase mortality due to CVD. These results demonstrate the importance of early intervention to prevent CVD and to control all-cause mortality among patients with type 2 diabetes. The presence of proteinuria should be taken into account when defining the target systolic BP level for prevention of CVD deaths. A prolongation of the duration of the P wave was associated with increased stroke mortality among high-risk patients with type 2 diabetes. P wave duration is easy to measure and merits further examination to evaluate its importance for estimation of the risk of stroke among patients with type 2 diabetes.

Modeling of high pressure pretreatment process for gold leaching

Investigation of high pressure pretreatment process for gold leaching is the objective of the present master's thesis. The gold ores and concentrates which cannot be easily treated by leaching process are called "refractory". These types of ores or concentrates often have high content of sulfur and arsenic that renders the precious metal inaccessible to the leaching agents. Since the refractory ores in gold manufacturing industry take a considerable share, the pressure oxidation method (autoclave method) is considered as one of the possible ways to overcome the related problems. Mathematical modeling is the main approach in this thesis which was used for investigation of high pressure oxidation process. For this task, available information from literature concerning this phenomenon, including chemistry, mass transfer and kinetics, reaction conditions, applied apparatus and application, was collected and studied. The modeling part includes investigation of pyrite oxidation kinetics in order to create a descriptive mathematical model. The following major steps are completed: creation of process model by using the available knowledge; estimation of unknown parameters and determination of goodness of the fit; study of the reliability of the model and its parameters.

Development and characterization of thin printed films for gas sensing applications

The monitoring and control of hydrogen sulfide (H2S) level is of great interest for a wide range of application areas including food quality control, defense and antiterrorist applications and air quality monitoring e.g. in mines. H2S is a very poisonous and flammable gas. Exposure to low concentrations of H2S can result in eye irritation, a sore throat and cough, shortness of breath, and fluid retention in the lungs. These symptoms usually disappear in a few weeks. Long-term, low-level exposure may result in fatigue, loss of appetite, headache, irritability, poor memory, and dizziness. Higher concentrations of 700 - 800 ppm tend to be fatal. H2S has a characteristic smell of rotten egg. However, because of temporary paralysis of olfactory nerves, the smelling capability at concentrations higher than 100 ppm is severely compromised. In addition, volatile H2S is one of the main products during the spoilage of poultry meat in anaerobic conditions. Currently, no commercial H2S sensor is available which can operate under anaerobic conditions and can be easily integrated in the food packaging. This thesis presents a step-wise progress in the development of printed H2S gas sensors. Efforts were made in the formulation, characterization and optimization of functional printable inks and coating pastes based on composites of a polymer and a metal salt as well as a composite of a metal salt and an organic acid. Different processing techniques including inkjet printing, flexographic printing, screen printing and spray coating were utilized in the fabrication of H2S sensors. The dispersions were characterized by measuring turbidity, surface tension, viscosity and particle size. The sensing films were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and an electrical multimeter. Thin and thick printed or coated films were developed for gas sensing applications with the aim of monitoring the H2S concentrations in real life applications. Initially, a H2S gas sensor based on a composite of polyaniline and metal salt was developed. Both aqueous and solvent-based dispersions were developed and characterized. These dispersions were then utilized in the fabrication of roll-to-roll printed H2S gas sensors. However, the humidity background, long term instability and comparatively lower detection limit made these sensors less favourable for real practical applications. To overcome these problems, copper acetate based sensors were developed for H2S gas sensing. Stable inks with excellent printability were developed by tuning the surface tension, viscosity and particle size. This enabled the formation of inkjet-printed high quality copper acetate films with excellent sensitivity towards H2S. Furthermore, these sensors showed negligible humidity effects and improved selectivity, response time, lower limit of detection and coefficient of variation. The lower limit of detection of copper acetate based sensors was further improved to sub-ppm level by incorporation of catalytic gold nano-particles and subsequent plasma treatment of the sensing film. These sensors were further integrated in an inexpensive wirelessly readable RLC-circuit (where R is resistor, L is inductor and C is capacitor). The performance of these sensors towards biogenic H2S produced during the spoilage of poultry meat in the modified atmosphere package was also demonstrated in this thesis. This serves as a proof of concept that these sensors can be utilized in real life applications.