Big Data Processing in the Cloud: a Hydra/Sufia Experience

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Press forming of paperboard – advancement of converting tools and process control

Press forming is nowadays one of the most common industrial methods in use for producing deeper trays from paperboard. Demands for material properties like recyclability and sustainability have increased also in the packaging industry, but there are still limitations related to the formability of paperboard. A majority of recent studies have focused on material development, but the potential of the package manufacturing process can also be improved by the development of tooling and process control. In this study, advanced converting tools (die cutting tools and the press forming mould) are created for production scale paperboard tray manufacturing. Also monitoring methods that enable the production of paperboard trays with enhanced quality, and can be utilized in process control are developed. The principles for tray blank preparation, including creasing pattern and die cutting tool design are introduced. The mould heating arrangement and determination of mould clearance are investigated to improve the quality of the press formed trays. The effect of the spring back of the tray walls on the tray dimensions can be managed by adjusting the heat-related process parameters and estimating it at the mould design stage. This enables production speed optimization as the process parameters can be adjusted more freely. Real-time monitoring of pressing force by using multiple force sensors embedded in the mould structure can be utilized in the evaluation of material characteristics on a modified production machinery. Comprehensive process control can be achieved with a combination of measurement of the outer dimensions of the trays and pressing force monitoring. The control method enables detection of defects and tracking changes in the material properties. The optimized converting tools provide a basis for effective operation of the control system.

Using electroencephalography signals to control acoustical processing

Current hearing-assistive technology performs poorly in noisy multi-talker conditions. The goal of this thesis was to establish the feasibility of using EEG to guide acoustic processing in such conditions. To attain this goal, this research developed a model via the constructive research method, relying on literature review. Several approaches have revealed improvements in the performance of hearing-assistive devices under multi-talker conditions, namely beamforming spatial filtering, model-based sparse coding shrinkage, and onset enhancement of the speech signal. Prior research has shown that electroencephalography (EEG) signals contain information that concerns whether the person is actively listening, what the listener is listening to, and where the attended sound source is. This thesis constructed a model for using EEG information to control beamforming, model-based sparse coding shrinkage, and onset enhancement of the speech signal. The purpose of this model is to propose a framework for using EEG signals to control sound processing to select a single talker in a noisy environment containing multiple talkers speaking simultaneously. On a theoretical level, the model showed that EEG can control acoustical processing. An analysis of the model identified a requirement for real-time processing and that the model inherits the computationally intensive properties of acoustical processing, although the model itself is low complexity placing a relatively small load on computational resources. A research priority is to develop a prototype that controls hearing-assistive devices with EEG. This thesis concludes highlighting challenges for future research.

Kuorimon automaatiojärjestelmän optimointi

Työn tavoitteena oli pienentää kuorinnassa syntyviä puuhäviöitä ja parantaa linjan käytettävyyttä nykyaikaisella puunkuorimolla. Tavoitteet toteutettiin automaatiojärjestelmään tehdyillä muutoksilla. Rumpukuorintaprosessi on säilynyt pitkään samanlaisena. Viime vuosina on markkinoille tullut uusia älykkäitä mittalaitteita ja optimointiin kykeneviä säätöjärjestelmiä. Uudenlaisella automaatiotekniikalla on mahdollista mitata kuorintatulosta ja kuorinnassa syntyneitä puuhäviöitä reaaliaikaisesti. Laaduntarkkailun lisäksi tietoja hyödynnetään kuorintaprosessin automaattisessa ohjauksessa. Optimaalisen kuorintatuloksen saavuttaminen edellyttää virheetöntä automaation toimintaa ja tarkkaa viritystä säädöiltä. Työssä perehdyttiin kuorimon perusautomaatioon ja ylemmän tason säädön toimintaan. Prosessinohjauksessa havaitut ongelmakohdat korjattiin. Lopputuloksena saatiin vakiokuorintatehon malli, joka pienentää puuhäviöitä ja parantaa linjaston käytettävyyttä. Saaduilla tuloksilla on merkittävä taloudellinen arvo, ja menetelmät ovat hyödynnettävissä myös toisilla rumpukuorimoilla.

Euron käyttöönoton hallinta keskisuuressa yrityksessä

Työn tavoitteena oli laatia euron käyttöönottosuunnitelma. Ensin selvitettiin euron syntyvaiheet ja yhteisen valuutan käsittelysäännöt. Sen jälkeen käydään läpi eräs käyttökelpoinen suunnitelma euron käyttöönottamiseksi, johon kuuluu euron käyttöönoton and speed up the implementation of external selection components. Model and Parametrisation Gallery for Process Integration is specification of an infrastructure and a set of tools which are built for storing process component and model library data into an internet based database from where it can be easily used by simulator users and other process designers. This work consists of two parts. In the literature survey pump selection and the factors that affects selection particularly on process designers point of view are studied. In the applied part a pump selector was created and tested in the test environment which is comparable to Gallery environment. This was done to ease the deployment of the selector to the actual working environment. Process component data of a manufacturer was used on the development of the pump selector. The execution of the selector is based on the hydraulic selection of pumps. Centrifugal pump was used as an example case.

Toiminnan kehittäminen ohutlevykonepajassa

Yritysmaailma elää jatkuvassa muutoksessa. Yrityksen kehittäminen on yrityksen menestymisen kannalta välttämätöntä. Mikäli yritystä ei aktiivisesti kehitetä, kilpailijat valtaavat yrityksen elintilan ja yritys taantuu ja lopulta yrityksen toiminta lakkaa. Tämän työn tarkoituksena oli kehittää Compusteel Oy:n toimintaa ja edistää yhtiön kilpailukykyä lähitulevaisuudessa. Compusteel Oy on luonteeltaan alihankkija / komponenttitoimittaja. Tällaisen yrityksen tärkein kilpailutekijä on tehokas tuotanto. Tässä työssä keskityttiin tutkimaan erityisesti keinoja, millä tuotantoa voidaan tehostaa. Useissa työn lähteenä käytetyissä tutkimuksissa on havaittu tiedon välittämisen merkitys nykyaikaisen yrityksen kilpailutekijänä. Tyypillisimmillään toiminnan virheet johtuvat tiedon puutteellisesta välittämisestä sekä tiedon käytettävyyden heikosta tasosta tarvetilanteessa. Tutkimus toteutettiin kirjallisuuden ja muun lähdeaineiston kuten koulutusten avulla. Tutkimuksessa paneuduttiin erityisesti erilaisten tuotannonohjausmenetelmien kartoittamiseen sekä niiden hyödyntämiseen yrityksen toiminnassa. Työn tuloksena syntyi Compusteel Oy:öön uusi toimintamalli tiettyihin yrityksen ydin prosesseihin. Erityisen tärkeänä nähtiin uuden ajattelumallin omaksuminen tuotannonohjaushenkilöstössä. Uutta ajattelumallia voidaan tulevaisuudessa soveltaa useissa yrityksen kehittämishankkeissa. Lisäksi työn tuloksena käyttöönotettiin uusi toiminnanohjausjärjestelmä, joka tukee uutta toimintamallia.

Advanced chemometric methods: Applicability on industrial data

Recent years have produced great advances in the instrumentation technology. The amount of available data has been increasing due to the simplicity, speed and accuracy of current spectroscopic instruments. Most of these data are, however, meaningless without a proper analysis. This has been one of the reasons for the overgrowing success of multivariate handling of such data. Industrial data is commonly not designed data; in other words, there is no exact experimental design, but rather the data have been collected as a routine procedure during an industrial process. This makes certain demands on the multivariate modeling, as the selection of samples and variables can have an enormous effect. Common approaches in the modeling of industrial data are PCA (principal component analysis) and PLS (projection to latent structures or partial least squares) but there are also other methods that should be considered. The more advanced methods include multi block modeling and nonlinear modeling. In this thesis it is shown that the results of data analysis vary according to the modeling approach used, thus making the selection of the modeling approach dependent on the purpose of the model. If the model is intended to provide accurate predictions, the approach should be different than in the case where the purpose of modeling is mostly to obtain information about the variables and the process. For industrial applicability it is essential that the methods are robust and sufficiently simple to apply. In this way the methods and the results can be compared and an approach selected that is suitable for the intended purpose. Differences in data analysis methods are compared with data from different fields of industry in this thesis. In the first two papers, the multi block method is considered for data originating from the oil and fertilizer industries. The results are compared to those from PLS and priority PLS. The third paper considers applicability of multivariate models to process control for a reactive crystallization process. In the fourth paper, nonlinear modeling is examined with a data set from the oil industry. The response has a nonlinear relation to the descriptor matrix, and the results are compared between linear modeling, polynomial PLS and nonlinear modeling using nonlinear score vectors.

Characterization of fiber and vessel elements in pulp suspension images

The thesis is related to the topic of image-based characterization of fibers in pulp suspension during the papermaking process. Papermaking industry is focusing on process control optimization and automatization, which makes it possible to manufacture highquality products in a resource-efficient way. Being a part of the process control, pulp suspension analysis allows to predict and modify properties of the end product. This work is a part of the tree species identification task and focuses on analysis of fiber parameters in the pulp suspension at the wet stage of paper production. The existing machine vision methods for pulp characterization were investigated, and a method exploiting direction sensitive filtering, non-maximum suppression, hysteresis thresholding, tensor voting, and curve extraction from tensor maps was developed. Application of the method to the microscopic grayscale pulp images made it possible to detect curves corresponding to fibers in the pulp image and to compute their morphological characteristics. Performance of the method was evaluated based on the manually produced ground truth data. An accuracy of fiber characteristics estimation, including length, width, and curvature, for the acacia pulp images was found to be 84, 85, and 60% correspondingly.

Machine vision methods for process measurements in pulping

The papermaking industry has been continuously developing intelligent solutions to characterize the raw materials it uses, to control the manufacturing process in a robust way, and to guarantee the desired quality of the end product. Based on the much improved imaging techniques and image-based analysis methods, it has become possible to look inside the manufacturing pipeline and propose more effective alternatives to human expertise. This study is focused on the development of image analyses methods for the pulping process of papermaking. Pulping starts with wood disintegration and forming the fiber suspension that is subsequently bleached, mixed with additives and chemicals, and finally dried and shipped to the papermaking mills. At each stage of the process it is important to analyze the properties of the raw material to guarantee the product quality. In order to evaluate properties of fibers, the main component of the pulp suspension, a framework for fiber characterization based on microscopic images is proposed in this thesis as the first contribution. The framework allows computation of fiber length and curl index correlating well with the ground truth values. The bubble detection method, the second contribution, was developed in order to estimate the gas volume at the delignification stage of the pulping process based on high-resolution in-line imaging. The gas volume was estimated accurately and the solution enabled just-in-time process termination whereas the accurate estimation of bubble size categories still remained challenging. As the third contribution of the study, optical flow computation was studied and the methods were successfully applied to pulp flow velocity estimation based on double-exposed images. Finally, a framework for classifying dirt particles in dried pulp sheets, including the semisynthetic ground truth generation, feature selection, and performance comparison of the state-of-the-art classification techniques, was proposed as the fourth contribution. The framework was successfully tested on the semisynthetic and real-world pulp sheet images. These four contributions assist in developing an integrated factory-level vision-based process control.

Developing purchase invoice processing through workflow automation

The aim of this master’s thesis is to research and analyze how purchase invoice processing can be automated and streamlined in a system renewal project. The impacts of workflow automation on invoice handling are studied by means of time, cost and quality aspects. Purchase invoice processing has a lot of potential for automation because of its labor-intensive and repetitive nature. As a case study combining both qualitative and quantitative methods, the topic is approached from a business process management point of view. The current process was first explored through interviews and workshop meetings to create a holistic understanding of the process at hand. Requirements for process streamlining were then researched focusing on specified vendors and their purchase invoices, which helped to identify the critical factors for successful invoice automation. To optimize the flow from invoice receipt to approval for payment, the invoice receiving process was outsourced and the automation functionalities of the new system utilized in invoice handling. The quality of invoice data and the need of simple structured purchase order (PO) invoices were emphasized in the system testing phase. Hence, consolidated invoices containing references to multiple PO or blanket release numbers should be simplified in order to use automated PO matching. With non-PO invoices, it is important to receive the buyer reference details in an applicable invoice data field so that automation rules could be created to route invoices to a review and approval flow. In the beginning of the project, invoice processing was seen ineffective both time- and cost-wise, and it required a lot of manual labor to carry out all tasks. In accordance with testing results, it was estimated that over half of the invoices could be automated within a year after system implementation. Processing times could be reduced remarkably, which would then result savings up to 40 % in annual processing costs. Due to several advancements in the purchase invoice process, business process quality could also be perceived as improved.

Uuden täydennysyhteistyömallin toteuttaminen: vaikutukset toimittajayritykseen

Pärjätäkseen nykypäivän kiristyvässä kilpailussa yritysten on kuuluttava kilpailukykyiseen toimitusketjuun ja toimittava yhteistyössä muiden yritysten kanssa. Yksi tunnetuimmista yhteistyömenetelmistä on täydennysyhteistyö, jossa toimittaja vastaa toimitusten suunnittelusta ilman perinteistä tilaus-toimitus-prosessia. Täydennysyhteistyöstä käytetään eri nimityksiä toimialasta ja toimitusketjun portaasta riippuen, mutta yleisellä tasolla on kyse samoista periaatteista: toimittajalla on vastuu varaston täydentämisestä ja sillä on käytössään täydennyspäätöksiin tarvittavaa tietoa. Työssä tarkastellaan tapausta, jossa toimittaja on ottanut käyttöön uuden täydennysyhteistyöhön liittyvän toimintatavan ja täydennystoimitusten laskentaan käytettävän työkalun. Tavoitteena on selvittää uuden täydennysyhteistyömallin käyttöönoton vaikutukset toimittajan näkökulmasta. Kirjallisuuskatsauksen avulla kartoitetaan täydennystoimitusten suunnitteluun vaikuttavat tekijät. Työssä kuvataan vanha ja uusi täydennysyhteistyömalli ja niitä vertaillaan keskenään. Uuden tyädennysyhteistyömallin vaikutuksia tutkitaan kolmella tasolla: yhteistyön mahdollistajat, suunnittelu ja prosessit sekä suorituskyky. Tutkimuksen perusteella uuden täydennysyhteistyömallin etuja ovat muun muassa tiedon käsittelyn nopeus ja helppous. Puutteeksi koetaan toimitussuunnitelman muuttamisen hankaluus työkalussa. Vaikka lähes kaikkien tutkimusotoksen tuotteiden keskimääräiset varastotasot olivat alentuneet uuden täydennysyhteistyömallin käyttöönoton jälkeen, varastotavoitteiden saavuttaminen ei ollut parantunut. Tuloksiin vaikuttavat useattekijät, joista tärkeimpiä ovat kysynnän vaihtelu ja volyymi sekä varastotavoite. Lisäksi ennustetarkkuus vaikuttaa toimitusten suunnitteluun ja siten varastonsuorituskykyyn.

Sähköteknisten laitteiden kunnossapidon kehittäminen sinkkitehtaalla

Diplomityön tavoitteena on ollut kehittää sähköteknisten laitteiden kunnossapitoa sinkkitehtaalla. Kokonaisuus on laaja ja laitteita paljon. Suuri kunnossapitobudjetti koostuu pienistä palasista. Kehitystyötä on pyritty tekemään käytännönläheisin ja helposti toteutettavin menetelmin, joissa voidaan mahdollisimman paljon hyödyntää sinkkitehtaan oman sähkökunnossapidon resursseja. Tämä kehittää myös henkilöstön laitetuntemusta. Kunnossapito-ohjelma pyritään pitämään riittävän kevyenä ja edullisena toteuttaa. Teoreettisen pohdiskelun ja huoltomenetelmien suunnittelun jälkeen kunnossapidon käytännön toteuttamiseksi on rakennettu tehtaan ATK-järjestelmään työmääräimiä, jotka pohjautuvat työn aikana kirjoitettuihin työohjeisiin. Työn alussa on selvitetty sähköturvallisuusmääräysten asettamia vaatimuksia. Suurella osalla huoltotoimenpiteistä pyritään parantamaan sähköturvallisuutta. Muilta osin työ keskittyy sähkökeskustiloihin ja moottorikäyttöihin, osastokohtaisiin prosessilaitteisiin ja tehtaalla oleviin tärkeisiin, muttaprosessiin varsinaisesti kuulumattomiin laitteisiin. Niiden käsittelyn yhteydessä esitellään myös huollossa käytettäviä menetelmiä, mittauksia ja tarkastuksia.

Henkilörekisterit markkinatutkimusalan yrityksessä

Nykyisessä informaatioyhteiskunnassa henkilötiedotkin muuttuvat tuotteiksi, jotka alkavat elää omaa elämäänsä ja joilla käydään kauppaa. Toisaalta taas yksityisyyden arvostuskin on kasvussa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on teoriassa selvittää millä tavalla henkilötietojen käsittelyä säännellään Suomessa. Empiirisen osan tavoitteena on tutkia kuinka sääntelyn eri kohdat on huomioitu markkinatutkimusalan yrityksessä. Tutkimusote on vertaileva, normatiivinen ja empiirinen. Henkilötietolaki on kehittynyt Suomessa kolmen vuosikymmenen aikana merkittävästi. Nykyisin voidaan puhua myös laajemmin tietosuojalainsäädännöstä, joka sisältää henkilötietolain lisäksi muitakin lakeja mm. sähköisen viestinnän tietosuojalain. Markkinatutkimusalalla merkittävässä roolissa ovat alan käytännesäännöt, joiden avulla lainsäädäntöä pyritään tekemään helpommin omaksuttavaksi. Lainsäädännön toteutuminen ja toimivuus riippuu siitä, kuinka hyvin rekisterinpitäjät ja rekisteröidyt ymmärtävät lainsäädännön tavoitteet. Kummankin osapuolen tietoisuuteen tulisi kiinnittää yhä enemmän huomiota. Rekisterinpitäjän velvollisuuksien noudattaminen on pitkälti kiinni heidän omasta aktiivisuudestaan ja lainkuuliaisuudestaan, koska lainsäädännön valvonnassakin on puutteita. Markkinatutkimusalalla henkilötietolain noudattaminen otetaan vakavasti. Alaltaei ole löydettävissä yhtään oikeustapausta eikä myöskään tietosuojavaltuutetun lausuntoja tai kannanottoja. Alalla, jossa henkilötietoja käsitellään paljon, on tärkeää, että ihmiset luottavat siihen, että tutkimukset eivät riko heidän yksityisyyttään tarpeettomasti. Lainsäädäntö ei rajoita markkinatutkimustoimintaa. Henkilötietolainsäädäntö antaa henkilötietojen käsittelylle markkinatutkimustoiminnassa hyvän viitekehyksen, jossa yrityksen on helppo toimia.

Monitoring of crystallization processes by using infrared spectroscopy and multivariate methods

Väitöstutkimuksessa on tarkasteltuinfrapunaspektroskopian ja monimuuttujaisten aineistonkäsittelymenetelmien soveltamista kiteytysprosessin monitoroinnissa ja kidemäisen tuotteen analysoinnissa. Parhaillaan kiteytysprosessitutkimuksessa maailmanlaajuisesti tutkitaan intensiivisesti erilaisten mittausmenetelmien soveltamista kiteytysprosessin ilmiöidenjatkuvaan mittaamiseen niin nestefaasista kuin syntyvistä kiteistäkin. Lisäksi tuotteen karakterisointi on välttämätöntä tuotteen laadun varmistamiseksi. Erityisesti lääkeaineiden valmistuksessa kiinnostusta tämäntyyppiseen tutkimukseen edistää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeaineviraston (FDA) prosessianalyyttisiintekniikoihin (PAT) liittyvä ohjeistus, jossa määritellään laajasti vaatimukset lääkeaineiden valmistuksessa ja tuotteen karakterisoinnissa tarvittaville mittauksille turvallisten valmistusprosessien takaamiseksi. Jäähdytyskiteytyson erityisesti lääketeollisuudessa paljon käytetty erotusmenetelmä kiinteän raakatuotteen puhdistuksessa. Menetelmässä puhdistettava kiinteä raaka-aine liuotetaan sopivaan liuottimeen suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Puhdistettavan aineen liukoisuus käytettävään liuottimeen laskee lämpötilan laskiessa, joten systeemiä jäähdytettäessä liuenneen aineen konsentraatio prosessissa ylittää liukoisuuskonsentraation. Tällaiseen ylikylläiseen systeemiin pyrkii muodostumaan uusia kiteitä tai olemassa olevat kiteet kasvavat. Ylikylläisyys on yksi tärkeimmistä kidetuotteen laatuun vaikuttavista tekijöistä. Jäähdytyskiteytyksessä syntyvän tuotteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa mm. liuottimen valinnalla, jäähdytyprofiililla ja sekoituksella. Lisäksi kiteytysprosessin käynnistymisvaihe eli ensimmäisten kiteiden muodostumishetki vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Kidemäisen tuotteen laatu määritellään kiteiden keskimääräisen koon, koko- ja muotojakaumansekä puhtauden perusteella. Lääketeollisuudessa on usein vaatimuksena, että tuote edustaa tiettyä polymorfimuotoa, mikä tarkoittaa molekyylien kykyä järjestäytyä kidehilassa usealla eri tavalla. Edellä mainitut ominaisuudet vaikuttavat tuotteen jatkokäsiteltävyyteen, kuten mm. suodattuvuuteen, jauhautuvuuteen ja tabletoitavuuteen. Lisäksi polymorfiamuodolla on vaikutusta moniin tuotteen käytettävyysominaisuuksiin, kuten esim. lääkeaineen liukenemisnopeuteen elimistössä. Väitöstyössä on tutkittu sulfatiatsolin jäähdytyskiteytystä käyttäen useita eri liuotinseoksia ja jäähdytysprofiileja sekä tarkasteltu näiden tekijöiden vaikutustatuotteen laatuominaisuuksiin. Infrapunaspektroskopia on laajalti kemian alan tutkimuksissa sovellettava menetelmä. Siinä mitataan tutkittavan näytteenmolekyylien värähtelyjen aiheuttamia spektrimuutoksia IR alueella. Tutkimuksessa prosessinaikaiset mittaukset toteutettiin in-situ reaktoriin sijoitettavalla uppoanturilla käyttäen vaimennettuun kokonaisheijastukseen (ATR) perustuvaa Fourier muunnettua infrapuna (FTIR) spektroskopiaa. Jauhemaiset näytteet mitattiin off-line diffuusioheijastukseen (DRIFT) perustuvalla FTIR spektroskopialla. Monimuuttujamenetelmillä (kemometria) voidaan useita satoja, jopa tuhansia muuttujia käsittävä spektridata jalostaa kvalitatiiviseksi (laadulliseksi) tai kvantitatiiviseksi (määrälliseksi) prosessia kuvaavaksi informaatioksi. Väitöstyössä tarkasteltiin laajasti erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltamista mahdollisimman monipuolisen prosessia kuvaavan informaation saamiseksi mitatusta spektriaineistosta. Väitöstyön tuloksena on ehdotettu kalibrointirutiini liuenneen aineen konsentraation ja edelleen ylikylläisyystason mittaamiseksi kiteytysprosessin aikana. Kalibrointirutiinin kehittämiseen kuuluivat aineiston hyvyyden tarkastelumenetelmät, aineiston esikäsittelymenetelmät, varsinainen kalibrointimallinnus sekä mallin validointi. Näin saadaan reaaliaikaista informaatiota kiteytysprosessin ajavasta voimasta, mikä edelleen parantaa kyseisen prosessin tuntemusta ja hallittavuutta. Ylikylläisyystason vaikutuksia syntyvän kidetuotteen laatuun seurattiin usein kiteytyskokein. Työssä on esitetty myös monimuuttujaiseen tilastolliseen prosessinseurantaan perustuva menetelmä, jolla voidaan ennustaa spontaania primääristä ytimenmuodostumishetkeä mitatusta spektriaineistosta sekä mahdollisesti päätellä ydintymisessä syntyvä polymorfimuoto. Ehdotettua menetelmää hyödyntäen voidaan paitsi ennakoida kideytimien muodostumista myös havaita mahdolliset häiriötilanteet kiteytysprosessin alkuhetkillä. Syntyvää polymorfimuotoa ennustamalla voidaan havaita ei-toivotun polymorfin ydintyminen,ja mahdollisesti muuttaa kiteytyksen ohjausta halutun polymorfimuodon saavuttamiseksi. Monimuuttujamenetelmiä sovellettiin myös kiteytyspanosten välisen vaihtelun määrittämiseen mitatusta spektriaineistosta. Tämäntyyppisestä analyysistä saatua informaatiota voidaan hyödyntää kiteytysprosessien suunnittelussa ja optimoinnissa. Väitöstyössä testattiin IR spektroskopian ja erilaisten monimuuttujamenetelmien soveltuvuutta kidetuotteen polymorfikoostumuksen nopeaan määritykseen. Jauhemaisten näytteiden luokittelu eri polymorfeja sisältäviin näytteisiin voitiin tehdä käyttäen tarkoitukseen soveltuvia monimuuttujaisia luokittelumenetelmiä. Tämä tarjoaa nopean menetelmän jauhemaisen näytteen polymorfikoostumuksen karkeaan arviointiin, eli siihen mitä yksittäistä polymorfia kyseinen näyte pääasiassa sisältää. Varsinainen kvantitatiivinen analyysi, eli sen selvittäminen paljonko esim. painoprosentteina näyte sisältää eri polymorfeja, vaatii kaikki polymorfit kattavan fysikaalisen kalibrointisarjan, mikä voi olla puhtaiden polymorfien huonon saatavuuden takia hankalaa.

Control and Simulation of Batch Crystallization

Concerning process control of batch cooling crystallization the present work focused on the cooling profile and seeding technique. Secondly, the influence of additives on batch-wise precipitation process was investigated. Moreover, a Computational Fluid Dynamics (CFD) model for simulation of controlled batch cooling crystallization was developed. A novel cooling model to control supersaturation level during batch-wise cooling crystallization was introduced. The crystallization kinetics together with operating conditions, i.e. seed loading, cooling rate and batch time, were taken into account in the model. Especially, the supersaturation- and suspension density- dependent secondary nucleation was included in the model. The interaction between the operating conditions and their influence on the control target, i.e. the constant level of supersaturation, were studied with the aid of a numerical solution for the cooling model. Further, the batch cooling crystallization was simulated with the ideal mixing model and CFD model. The moment transformation of the population balance, together with the mass and heat balances, were solved numerically in the simulation. In order to clarify a relationship betweenthe operating conditions and product sizes, a system chart was developed for anideal mixing condition. The utilization of the system chart to determine the appropriate operating condition to meet a required product size was introduced. With CFD simulation, batch crystallization, operated following a specified coolingmode, was studied in the crystallizers having different geometries and scales. The introduced cooling model and simulation results were verified experimentallyfor potassium dihydrogen phosphate (KDP) and the novelties of the proposed control policies were demonstrated using potassium sulfate by comparing with the published results in the literature. The study on the batch-wise precipitation showed that immiscible additives could promote the agglomeration of a derivative of benzoic acid, which facilitated the filterability of the crystal product.