A simple device for sampling of volumetric forest soil cores

Summary

An Image Enhancement Technique using MTF of Human eye

Image filtering is a highly demanded approach of image enhancement in digital imaging systems design. It is widely used in television and camera design technologies to improve the quality of an output image to avoid various problems such as image blurring problem thatgains importance in design of displays of large sizes and design of digital cameras. This thesis proposes a new image filtering method basedon visual characteristics of human eye such as MTF. In contrast to the traditional filtering methods based on human visual characteristics this thesis takes into account the anisotropy of the human eye vision. The proposed method is based on laboratory measurements of the human eye MTF and takes into account degradation of the image by the latter. This method improves an image in the way it will be degraded by human eye MTF to give perception of the original image quality. This thesis gives a basic understanding of an image filtering approach and the concept of MTF and describes an algorithm to perform an image enhancement based on MTF of human eye. Performed experiments have shown quite good results according to human evaluation. Suggestions to improve the algorithm are also given for the future improvements.

Kuparituotetehtaan tuoterakenteen ja logistisen tehokkuuden kehittäminen

Tässä tutkimuksessa on keskitytty tutkimaan kuparituotetehtaan tuoterakennetta ja tilausten kohdistumispisteitä sekä esittämäänparannusehdotuksia näiden suhteen. Valssaamon prosessivarasto on kokenut huomattavan pienennyksen ja tavoitteena on, että tästä huolimatta tuotantoa pystyttäisiin ohjaamaan vähemmin resurssein, materiaalipulasta kärsimättä ja nopeammin läpimenoajoin. Lisäksi työssä esitetään muita tuotantoprosessiin liittyviä kehitysehdotuksia, jotka tukevat tuotannon virtaviivaistamista ja varastosaldojen vähentämistä. Teoriaosuudessa selitetään Lean-tuotannon toimivuuttavalssaamon kaltaisessa toimintaympäristössä. Teoriaosuudessa on käsitelty Lean-tuotannon lisäksi myös Agile- ja Leagile-teorioita, koska myös näiden teorioidenyhteensopivuus valssaamon tuotantoon on merkittävä. Empiirisessä osassa on kuvattu tuotantoprosessin ja tuoterakenteen nykytila sekä esitetty kehitysehdotuksianäiden kehittämiseen esiteltyjen teorioiden pohjalta. Tutkimuksen perusteella esitetään muutoksia tämänhetkiseen tuoterakenteeseen, koska nykyisen kaltainen tuoterakenne on jäänyt osittain turhaksi varastojen siirryttyä tuotannon alkupäähän. Lisäksi ehdotetaan kuumavalssaussuunnitelmasta luopumista ja kuumavalssaimen ohjaussyklin lyhentämistä vuorokauden mittaiseksi, sekä esitetään, miten tuotantoon tulisi välittää nykyistä tarkempaa tietoa tilauksien valmistumisajankohdista.

Java Specification Request development on a mobile device

Nykyaikaiset Java-teknologiaa sisältävät matkapuhelimet kehittyvät vauhdikkaasti prosessoritehon, muistin määrän sekä uusien käyttöjärjestelmäversioiden tarjoamien ominaisuuksien myötä. Laitteiden näyttöjen koko tulee pysymään pienenä,mutta silti moninaista multimediasisältöä äänen, videon ja kuvan osilta voidaanhuomattavasti parantaa JSR 234:n eli kehittyneen multimedialaajennuksen avulla.Erityisesti edistyneet ääniominaisuudet ovat tervetullut lisä, sillä viime aikojen kehitys matkapuhelimissa on saanut aikaan niiden muuntumisen myös kannettavaksi musiikkisoittimiksi. Diplomityössä JSR 234 -spesifikaation tietty osa kehitettiin ympäristössä, joka koostui Series 60 -ohjelmistoalustankolmannesta versiosta sekä Symbian OS v9.1 käyttöjärjestelmästä. Tuloksena syntynyt Java-rajapinta tarjoaa sovelluskehittäjille yksinkertaisemman lähestymistavan Symbianin efektirajapintaan piilottaen samalla alla olevan käyttöjärjestelmänmonimutkaisuuden. Toteutuksen täytyy olla läpikotaisin testattu, jotta voidaan varmentua sen noudattavan tarkkaan JSR 234 -spesifikaatiota. Työssä on esitelty useita eri testausmenetelmiä tarkoituksena saavuttaa projektissa paras mahdollinen laatu.

Stability Evaluation of a Paper Machine Wet End

Työssä analysoidaanprosessin vaikutusta paperikoneen stabiiliuteen. Kaksi modernia sanomalehtipaperikonetta analysoitiin ja sen perusteella molemmista prosesseista rakennettiin fysiikan lakeihin perustuvat simulointimallit APROS Paper simulointiohjelmistolla. Työn tavoitteena on selvittää, miten kyseisten koneiden prosessit eroavat toisistaan ja arvioida, miten havaitut erot vaikuttavat prosessien stabiiliuteen. Työssä tarkastellaan periodisten häiriöiden vaimenemista prosessissa. Simuloinnissa herätteenä käytettiin puhdasta valkoista kohinaa, jonka avulla eri taajuistenperiodisten häiriöiden vaimenemista analysoitiin. Prosessien häiriövasteet esitetään taajuuskoordinaatistossa. Suurimmat erot prosessien välillä löytyivät viirakaivosta ja sen sekoitusdynamiikasta. Perinteisen viirakaivon todettiin muistuttavan käyttäytymiseltään sarjaan kytkettyjä ideaalisekoittimia, kun taas pienempitilavuuksisen fluumin todettiin käyttäytyvän lähes kuin putkiviive. Vaikka erotprosessitilavuudessa sekä viirakaivon sekoitusdynamiikassa olivat hyvin selkeät, havaittiin vain marginaalinen ero prosessin välillä periodisten häiriöiden vaimenemisessa, koska erot viiraretentiotasoissa vaikuttivat eniten simulointituloksia. Matalammalla viiraretentiolla operoivan paperikoneen todettiin vaimentavan tehokkaammin prosessihäiriöitä. Samalla retentiotasolla pienempitilavuuksisen prosessin todettiin vaimentavan hitaita prosessihäiriöitä marginaalisesti paremmin. Tutkituista paperikoneista toisella simuloitiin viiraosan vedenpoistomuutoksenvaikutusta viiraretentioon ja paperin koostumukseen. Lisäksi arvioitiin viiraretention säädön toimivuutta. Viiraosan listakengän vedenpoiston todettiin aiheuttavan merkittäviä sakeus- ja retentiohäiriöitä, mikäli sen avulla poistettavan kiintoaineen virtaus tuplaantuisi. Viiraretention säädön todettiin estävän häiriöiden kierron prosessissa, mutta siirtävän ne suoraan rainaan. Retention säädön eikuitenkaan todettu olevan suoranainen häiriön lähde.

Testing Weak-Form Efficiency of the Chinese Stock Market

Tämän tutkielman tavoitteena on tarkastella Kiinan osakemarkkinoiden tehokkuutta ja random walk -hypoteesin voimassaoloa. Tavoitteena on myös selvittää esiintyykö viikonpäiväanomalia Kiinan osakemarkkinoilla. Tutkimusaineistona käytetään Shanghain osakepörssin A-sarjan,B-sarjan ja yhdistelmä-sarjan ja Shenzhenin yhdistelmä-sarjan indeksien päivittäisiä logaritmisoituja tuottoja ajalta 21.2.1992-30.12.2005 sekä Shenzhenin osakepörssin A-sarjan ja B-sarjan indeksien päivittäisiä logaritmisoituja tuottoja ajalta 5.10.1992-30.12.2005. Tutkimusmenetelminä käytetään neljä tilastollista menetelmää, mukaan lukien autokorrelaatiotestiä, epäparametrista runs-testiä, varianssisuhdetestiä sekä Augmented Dickey-Fullerin yksikköjuuritestiä. Viikonpäiväanomalian esiintymistä tutkitaan käyttämällä pienimmän neliösumman menetelmää (OLS). Testejä tehdään sekä koko aineistolla että kolmella erillisellä ajanjaksolla. Tämän tutkielman empiiriset tulokset tukevat aikaisempia tutkimuksia Kiinan osakemarkkinoiden tehottomuudesta. Lukuun ottamatta yksikköjuuritestien saatuja tuloksia, autokorrelaatio-, runs- ja varianssisuhdetestien perusteella random walk-hypoteesi hylättiin molempien Kiinan osakemarkkinoiden kohdalla. Tutkimustulokset osoittavat, että molemmilla osakepörssillä B-sarjan indeksien käyttäytyminenon ollut huomattavasti enemmän random walk -hypoteesin vastainen kuin A-sarjan indeksit. Paitsi B-sarjan markkinat, molempien Kiinan osakemarkkinoiden tehokkuus näytti myös paranevan vuoden 2001 markkinabuumin jälkeen. Tutkimustulokset osoittavat myös viikonpäiväanomalian esiintyvän Shanghain osakepörssillä, muttei kuitenkaan Shenzhenin osakepörssillä koko tarkasteluajanjaksolla.

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

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

Lajitteluparametrit korkeakappaisessa sellulinjassa

Tutkimustyön tarkoituksena oli selvittää Tainionkosken sellutehtaan vuonna 2001 uudistetun kuitulinjan prosessin vaikutusta kuumajauhatukseen, kuumalajitteluun, pesutulokseen ja hienolajitteluun. Työn tavoitteena oli löytää ja todentaa optimaalinen ajotapa lopputuotteen eli Tainionkosken kartonkitehtaan kartongin kannalta pesussa, kuidutuksessa, kuumalajittelussa ja hienolajittelussa. Ennen kuitulinjan uudistusta kartoitettiin tilanne kuumajauhatuksessa ja kuumalajittelussa ennen prosessimuutoksia. Kartoituksessa havaittiin, että kuumalajittelu ja kuumakuidutus toimivat parhaiten puhtaan jauhatusenergian ollessa n. 18 kWh/ADT, sekä tilavuusmääräisen ja massavirtamääräisen rejektisuhteen ollessa n. 30 %.Uuden pesemön valmistumisen jälkeen tutkittiin kappatason ja energiatason vaikutusta kuumalajitteluun, kuumakuidutukseen ja pesutulokseen. Tutkimuksessa todettiin tikkupitoisuuksien kasvavan kappatason kohoamisen seurauksena. Kuumajauhimen syöttösakeus kasvoi kappatason noustua, koska prosessimittaus ei huomioinut sakeuden kasvua ja tällöin jauhimen laimennusveden määrä jäi liian vähäiseksi. Korkean kapan seurauksena keitosta tulevien suurien partikkelien määrä lisääntyi. Kuumajauhatuksessa korkeampi kappaluku merkitsi hienoaineen lisääntymistä jauhetussa massassa. Tämän seurauksena kuidutetun massan suotautumisvastus kasvoi kappatason kohottua. Uuden prosessin kuumajauhatukseen tuleva massa on jo pesty 4-vaiheisella DD-pesurilla. Puhtaampi massa kuumajauhatuksessa ja kuumalajittelussa on merkinnyt jauhimen tikkureduktion paranemista, mutta samalla kuumalajittimen tikkujen puhdistustehokkuus on heikentynyt. Laboratoriomittausten mukaan kappatason kasvu huonontaa pesutulosta uudessa pesemössä. Uuden hienolajittamon suorituskykyä määritettiin taseiden avulla. Vanhan lajittamon toiminnassa huomattiin puutteita siinä, että 2-portaan lajittimen 1-portaan syöttöön tulevan rejektivirran tikkupitoisuus oli suurempi mitä tikkupitoisuus 1-portaan syöttövirrassa. Uudessa lajittamossa molempien virtausten tikkupitoisuudet olivat lähes samat. Kokonaisuudessaan hienolajittamon toiminta havaittiin hyväksi. Pesemö ja hienolajittelu toimivat kokeiden perusteella parhaiten lähellä mitoitettua maksimituotantoa 700 ADT/d.

Sähköisen komponenttikirjaston kehittäminen suurnostureiden mekaanista suunnittelua varten

Suurten satama- ja telakkanostureiden suunnittelussa käytetään suuret määrät valmiita komponentteja. Komponentteja ovat sähköiset ja mekaaniset komponentit. Näiden lisäksi komponenteiksi voidaan käsittää myös teräsrakenteet. Tässä diplomityössä on tehty ostettavista mekaanisista ostokomponenteista sähköinen komponenttikirjasto. Mekaanisia komponentteja ovat esimerkiksi mekaaniset liitososat ja mekaaniset voiman siirtoelimet. Kirjaston tehtävänä on helpottaa ja nopeuttaa suunnittelutyötä. Helpottaen tiedon hakua ja vähentää siihen kuluvaa aikaa. Oleellinen osa tietokantaa ovat käyttöliittymät, joilla tietokannan useiden taulukoiden tiedot esitetään. Näyttöjen suunnitteluun ja ulkoasun muotoiluun on panostettu käytettävyyden ja yksinkertaisuuden parantamiseksi. Tietokanta sisältää myös valmiita raporttipohjia komponenttitietojen tulostamista varten.

Oliorelaatiotietokannan käyttö energianhallintajärjestelmässä

Empower Oy on energia-alan palveluja tarjoava yritys. Energianhallintajärjestelmää käytetään energiatietojen hallintaan ja ylläpitoon sekä tietojen esittämiseen loppukäyttäjille. Palvelun näytöt ja raportit on toteutettu web-pohjaisen käyttöliittymän kautta. Yhtiössä käynnistyi suurprojekti vanhan energianhallintajärjestelmän korvaamiseksi. Vanha järjestelmä otettiin käyttöön vuonna 1995 ja EMS-projekti käynnistettiin vuonna 2001. Diplomityö tehtiin osana EMS-projektia ja työn tavoitteina oli selvittää perusjärjestelmän käyttämän tietokantaratkaisun toimivuutta ja soveltuvuutta tehtävään sekä tutkailla eri tietokantamalleja teoreettisesti. Lisäksi työhön kuului erillisten haku- ja muutoskomponenttien ja rajapintojen toteuttaminen. Näiden avulla voidaan hakea ja muuttaa tietoa perusjärjestelmän pohjalla toimivasta oliorelaatiotietokannasta. Perusjärjestelmän DOR-tietokannaksi (Domain Object Repository) kutsuttu kokonaisuus on olioläheinen tietovarasto, josta tietoa haetaan ilmoittamalla haettavan olion tyyppi ja siihen liitoksissa olevat tyypit. Hakutulokseen mukaan haluttavat ominaisuudet ilmoitetaan kultakin tyypiltä erikseen. Haettaessa ja muutettaessa oliopohjaista DOR-tietoa, tulee noudattaa järjestelmän käyttämiä tietomalleja. Haku- ja muutoskomponentit toteutettiin Microsoftin kehittämällä .NET-teknologialla. Tietokantamallien teoreettinen tarkastelu auttoi ymmärtämään järjestelmän pohjalla toimivaa tietokantaratkaisua. Työssä selvisi, että perusjärjestelmän hyödyntämä oliorelaatiotietokanta soveltuu varsin hyvin tarkoitukseensa. Haku- ja muutoskomponenttien toteutus onnistui ja ne toimivat helppokäyttöisenä rajapintana energianhallintajärjestelmän tietokantaan.

Synteesikaasun liukoisuus ja aineensiirto fermentointiliuokseen

Työssä tutkittiin synteesikaasun komponenttien: hiilimonoksidin, vedyn ja hiilidioksidin liukoisuutta ja aineensiirtonopeutta fermentointiliuokseen. Kirjallisuusosassa käsitellään kaasujen liukoisuuksiin ja kaasu-nesteaineensiirtoon vaikuttavia tekijöitä ja esitellään korrelaatioita, jotka on kehitetty volumetrisen aineensiirtokertoimen ennustamiseen sekoitetussa fermentorissa. Kirjallisuus-osassa esitetään myös synteesikaasun komponenttien liukoisuudet veteen, etanoliin ja etikkahappoon 37 ºC lämpötilassa ja esitellään Flowbat-simulointiohjelman MHV2-mallin käyttöä kaasu-neste tasapainojen mallin-nuksessa. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin synteesikaasun komponenttien liukoisuuksia veteen ja kasvatusalustaan sekä kehitettiin mittausmenetelmä kaasu-neste tasapainojen mittaukseen. Tasapainomittauksissa tutkittiin etanolin ja etikkahapon konsentraatioiden vaikutusta synteesikaasun liukoisuuteen. Lisäksi mallinnettiin kaasu-neste tasapainoja monikomponenttisysteemeissä MHV2-mallin avulla. Kokeellisen osan aineensiirtomittauksissa tutkittiin sekoitusnopeuden ja kaasun volumetrisen syöttönopeuden vaikutusta hiilimonoksidin ja vedyn volumetriseen aineensiirtokertoimeen kLa kahden litran tilavuuksisessa laboratoriofermentorissa. Mittaustulosten perusteella kasvatusalustan komponentit vaikuttavat merkittävästi hiilidioksidin liukoisuuteen. Lisäys etanolin ja etikkahapon konsentraatioissa parantaa hiilimonoksidin liukoisuutta kasvatusalustaan. Kaasun volumetrinen syöttönopeus ja sekoitusnopeus vaikuttavat voimakkaasti volumetrisen aineensiirtokertoimen arvoon. Tutkitussa systeemissä korkein teoreettinen solutiheys, joka voitiin saavuttaa suurimmalla hiilimonoksidin aineensiirto-nopeudella, oli 3 g/L. Tämä on kaksinkertainen verrattuna aiemmissa VTT:n kokeissa saavutettuihin solutiheyksiin.

Keskinopeusalueella toimivan induktiomoottori - puhallinkäytön suorituskyvyn mittaus alipainekäytössä

Keskinopeusalueella toimivaa massiiviroottorista epätahtimoottoria voidaan käyttää teollisissa puhaltimissa, joissa on tärkeää saavuttaa normaalia korkeampi pyörimisnopeus ja paine-ero. Usein tällaisella puhaltimella saavutetaan parempi hyötysuhde ja säädettävyys kuin vanhoilla volumetrisilla pumpuilla. Paperikoneiden vedenpoistossa käytetty alipaineen tuotto muodostaa erään sovelluskohteen tällaiselle puhallinkäytölle. Työssä esitellään tällaiseen sovelluskohteeseen suunnitellun puhaltimen ja sitä käyttävän massiiviroottorisen epätahtikoneen testausmenetelmät niiden ominaisuuksien määrittämiseksi, sekä siihen tarvittavan mittalaitteiston vaatimukset. Puhaltimen osalta esitetään täydellinen laskenta perustuen LTKK:ssa 20.10.2000 - 27.10.2000 välisenä aikana suoritettuun puhaltimen testiajoon.

Kaasuturbiinin polttoainesuuttimien virtausmittaus

Tässä diplomityössä suunniteltiin ja rakennettiin kaasuturbiinin kaasusuuttimien virtausmittauslaitteisto. Suuttimien epätasainen toiminta kasvattaa kaasuturbiinin poistolämpötilahajontaa. Virtausmittauksien perusteella voidaan määrittää suuttimien efektiivinen virtauspoikkipinta-ala. Suuttimien asennusjärjestys opti-moidaan suuttimien välisten pinta-alaerojen mukaisesti, jolloin polttoainevirtaus polttokammioihin on mahdollisimman tasainen ja poistolämpötilahajonta pienenee. Kaasuturbiinin MS6001 esittelyssä keskityttiin tärkeimpiin komponentteihin sekä polttoainesuuttimien testauksen kannalta oleellisiin osiin ja niiden toimintaan. Teoriaosuudessa tarkasteltiin tilavuusvirran sekä suutinvirtauksen laskennassa käytettäviä yhtälöitä. Mittalaitteiston suunnittelu ja toteutus olivat tämän työn laajin osa-alue. Laitteiston keskeiset osat ovat kuristuselin ja suutintestausosa. Kuristuselintyypiksi valittiin rengaskammiollinen kuristuslaippa, joka suun-niteltiin standardin SFS-EN ISO 5167:2003 mukaisesti. Standardissa annettujen yhtälöiden antamia tuloksia verrattiin numeerisella virtauslaskentamallilla lasket-tuihin tuloksiin. Suutinrunkojen ja -kärkien mittauksien suunnittelussa sovellettiin samaa standardia sekä numeerista virtauslaskentaa optimaalisen sijainnin löytämiseksi paineyhteelle. Mittauksissa syntyvien epävarmuuksien arviointiin kiinnitettiin erityistä huomiota. Kokeellisessa osuudessa mitattiin yhden kunnostetun suuttimen, käytetyn suut-timen ja suutinrungon virtausta. Tuloksien perusteella laskettiin efektiiviset pinta-alat, joita verrattiin turbiinivalmistajan ilmoittamiin pinta-aloihin. Lopuksi arvioitiin mittaustulosten perusteella laitteiston toimivuutta. Virhe-arvioinnin ja mittaustulosten perusteella laadittiin teknisiä parannusehdotuksia suutintestauslaitteiston luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

Process intensification: From optimised flow patterns to microprocess technology

This thesis is focused on process intensification. Several significant problems and applications of this theme are covered. Process intensification is nowadays one of the most popular trends in chemical engineering and attempts have been made to develop a general, systematic methodology for intensification. This seems, however, to be very difficult, because intensified processes are often based on creativity and novel ideas. Monolith reactors and microreactors are successful examples of process intensification. They are usually multichannel devices in which a proper feed technique is important for creating even fluid distribution into the channels. Two different feed techniques were tested for monoliths. In the first technique a shower method was implemented by means of perforated plates. The second technique was a dispersion method using static mixers. Both techniques offered stable operation and uniform fluid distribution. The dispersion method enabled a wider operational range in terms of liquid superficial velocity. Using dispersion method, a volumetric gas-liquid mass transfer coefficient of 2 s-1 was reached. Flow patterns play a significant role in terms of the mixing performance of micromixers. Although the geometry of a T-mixer is simple, channel configurations and dimensions had a clear effect on mixing efficiency. The flow in the microchannel was laminar, but the formation of vortices promoted mixing in micro T-mixers. The generation of vortices was dependent on the channel dimensions, configurations and flow rate. Microreactors offer a high ratio of surface area to volume. Surface forces and interactions between fluids and surfaces are, therefore, often dominant factors. In certain cases, the interactions can be effectively utilised. Different wetting properties of solid materials (PTFE and stainless steel) were applied in the separation of immiscible liquid phases. A micro-scale plate coalescer with hydrophilic and hydrophobic surfaces was used for the continuous separation of organic and aqueous phases. Complete phase separation occurred in less than 20 seconds, whereas the separation time by settling exceeded 30 min. Fluid flows can be also intensified in suitable conditions. By adding certain additives into turbulent fluid flow, it was possible to reduce friction (drag) by 40 %. Drag reduction decreases frictional pressure drop in pipelines which leads to remarkable energy savings and decreases the size or number of pumping facilities required, e.g., in oil transport pipes. Process intensification enables operation often under more optimal conditions. The consequent cost savings from reduced use of raw materials and reduced waste lead to greater economic benefits in processing.

Modeling reaction kinetics and mass transfer in ozonation in water solutions

This dissertation is based on four articles dealing with modeling of ozonation. The literature part of this considers some models for hydrodynamics in bubble column simulation. A literature review of methods for obtaining mass transfer coefficients is presented. The methods presented to obtain mass transfer are general models and can be applied to any gas-liquid system. Ozonation reaction models and methods for obtaining stoichiometric coefficients and reaction rate coefficients for ozonation reactions are discussed in the final section of the literature part. In the first article, ozone gas-liquid mass transfer into water in a bubble column was investigated for different pH values. A more general method for estimation of mass transfer and Henry’s coefficient was developed from the Beltrán method. The ozone volumetric mass transfer coefficient and the Henry’s coefficient were determined simultaneously by parameter estimation using a nonlinear optimization method. A minor dependence of the Henry’s law constant on pH was detected at the pH range 4 - 9. In the second article, a new method using the axial dispersion model for estimation of ozone self-decomposition kinetics in a semi-batch bubble column reactor was developed. The reaction rate coefficients for literature equations of ozone decomposition and the gas phase dispersion coefficient were estimated and compared with the literature data. The reaction order in the pH range 7-10 with respect to ozone 1.12 and 0.51 the hydroxyl ion were obtained, which is in good agreement with literature. The model parameters were determined by parameter estimation using a nonlinear optimization method. Sensitivity analysis was conducted using object function method to obtain information about the reliability and identifiability of the estimated parameters. In the third article, the reaction rate coefficients and the stoichiometric coefficients in the reaction of ozone with the model component p-nitrophenol were estimated at low pH of water using nonlinear optimization. A novel method for estimation of multireaction model parameters in ozonation was developed. In this method the concentration of unknown intermediate compounds is presented as a residual COD (chemical oxygen demand) calculated from the measured COD and the theoretical COD for the known species. The decomposition rate of p-nitrophenol on the pathway producing hydroquinone was found to be about two times faster than the p-nitrophenol decomposition rate on the pathway producing 4- nitrocatechol. In the fourth article, the reaction kinetics of p-nitrophenol ozonation was studied in a bubble column at pH 2. Using the new reaction kinetic model presented in the previous article, the reaction kinetic parameters, rate coefficients, and stoichiometric coefficients as well as the mass transfer coefficient were estimated with nonlinear estimation. The decomposition rate of pnitrophenol was found to be equal both on the pathway producing hydroquinone and on the path way producing 4-nitrocathecol. Comparison of the rate coefficients with the case at initial pH 5 indicates that the p-nitrophenol degradation producing 4- nitrocathecol is more selective towards molecular ozone than the reaction producing hydroquinone. The identifiability and reliability of the estimated parameters were analyzed with the Marcov chain Monte Carlo (MCMC) method. @All rights reserved. No part of the publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise, without the prior permission of the author.