Det var intressant, man måste tänka så mycket : öppna laborationer och V-diagram i kemiundervisningen

Laborationerna utgör i många skolor inom den grundläggande utbildningen en självklar del av kemiundervisningen. Laborationerna är vanligen formulerade som ”recept” och eleverna skall följa en given beskrivning då de genomför laborationen. Kravet på eget tänkande från elevernas sida kan härigenom bli litet. Laborationerna är därför utsatta för en hel del kritik på olika håll i världen, därför att de anses ineffektiva ur lärande-synvinkel. S.k. öppna laborationer är en annan typ av laboration som innebär att eleverna ställs inför ett problem eller en utmaning. Eleverna skall själva inom sin laborationsgrupp komma underfund med och planera hur de skall genomföra laborationen. Denna form av laborationer ställer andra krav på elevernas tänkande än traditionella ”kokbokslaborationer”. I denna studie har elever i en klass i årskurs 7 under sin första kemikurs arbetat med öppna laborationer. Laborationerna har av klassens lärare formulerats som utmaningar för eleverna. Eleverna har som ett hjälpverktyg under laborationen använt s.k. V-diagram. V-diagram utgör ett grafiskt verktyg som kan användas som en laborationsrapport. I V-diagrammet synliggörs de olika momenten som ingår i en laboration eller i en undersökning. Vilken är forskningsfrågan, hur planerar man att söka svar på sin fråga, vilka resultat har man kommit till och vilka slutsatser kan man dra? V-diagrammet innehåller också en teoretisk och begreppslig sida där laborationens teoretiska förankring synliggörs. Resultaten från undersökningen visar att arbetet med öppna laborationer i kombination med V-diagram hade positiv inverkan på elevernas uppfattning om sitt eget lärande. Eleverna upplevde att laborationerna krävde tänkande men att detta samtidigt ledde till förståelse. Eleverna hjälpte varandra att försöka förstå då de gemensamt skulle lösa problem. I diskussionen med sina kamrater och med läraren fick eleverna möjlighet att formulera sina egna uppfattningar och konfrontera dem mot andra uppfattningar. V-diagrammets struktur fungerade som vägledning då eleverna planerade sin laboration, men gav också en överblick över laborationer i efterhand då eleverna förberedde sig inför kursprovet, vilket för en del elever bidrog till deras förståelse. Grupperna var i allmänhet mycket fokuserade på uppgiften då de planerade en öppen laboration. Laborationerna hade alla en förankring i vardagen vilket gjorde att eleverna kunde göra kopplingar mellan sina egna erfarenheter och laborationen. Majoriteten av eleverna uppgav efter kemikursen att de upplevt den som intressant och laborationerna lyftes fram speciellt. De öppna laborationerna ställde stora krav på laborationsgrupperna och på elevernas samarbetsförmåga och gjorde laborationerna känsliga för grupprelaterade problem, genom att eleverna skulle klara av utmaningar gemensamt. För en elev med svag självuppfattning kan tillrättalagda laborationer med klara instruktioner kännas tryggare än en öppen laboration, där utmaningen är större. Samtidigt hade just utmaningarna, som var på en nivå som eleverna klarade av efter att ha tänkt och diskuterat med varandra, en positiv inverkan på självuppfattningen för ett flertal av eleverna. Att klara av utmaningar på rätt nivå kan inverka positivt på den egna själuppfattningen. De öppna laborationerna ställer krav på läraren att vara flexibel och kunna gå in i rollen av bl.a. handledare och coach. Samtidigt utgör lärare en representant för det naturvetenskapliga samfundet och har ansvar för att göra teori och begrepp tillgängliga för eleverna då de behöver dessa i sina undersökningar. För lärare kan de öppna laborationerna kännas problematiska, eftersom de själva sällan har erfarenheter av denna typ av laborationer från sin egen skoltid eller utbildning.

Ohutlevytuotteenvalmistusteknisten piirteiden tunnistaminen ja käyttö suunnittelun apuna

Suunnittelu- ja valmistustoiminnot ovat eriytymässä myös ohutlevyteollisuudessa. Kilpailukyvyn parantamiseksi, valmistusta siirretään alihankkijoille maihin, jossa työvoima on halpaa ja suuret markkinat lähellä, tuotekehityksen ja suunnittelun jäädessä Suomeen tai muualle Länsi-Eurooppaan. Tällöin vanhan lokaalin toimintamallin synergiaedut eivät ole enää mahdollisia ja tuotteen valmistettavuuden arviointi, laadunhallinta ja komponenttien yhteensopivuuden varmistaminen on erittäin haasteellista. Tässä tutkimuksessa etsittiin uuden toimintamallin tuomiin haasteisiin vastauksia piirrepohjaisesta mallintamisesta. Tavoitteen mukaisesti, tutkimuksessa tunnistettiin ohutlevytuotteen valmistusteknilliset piirteet ja luotiin niiden mukainen piirrekaavio. Piirteiden tunnistus vaati tutkimustyötä sekä nykyaikaisten suunnittelumetodien että valmistusmenetelmien ja ohutlevymateriaalien parissa. Lisäksitarkasteltiin, millaisia vaikutuksia piirteillä on tuotteen valmistettavuuteen ja miten nämä tulee huomioida tuotteen suunnittelussa.

Lämmöntalteenotto kosteasta poistoilmasta prosessiteollisuudessa

Tämän diplomityön päämääränä on tehdä prosessiteollisuuden tarpeisiin Excel-taulukkolaskentaohjelmassa toimiva putkilämmönsiirtimen mitoitusohjelma. Prosessiteollisuudessa lämmönvaihtimien toimintaympäristöt ja olosuhteet vaihtelevat merkittävästi ja niinpä jokaisen vaihtimen suunnittelu ja mitoitus on toteutettava tapauskohtaisesti. Työssä käsitellään rekuperatiivisen ristivirtaputkilämmönvaihtimen yleinen lämpötekninen mitoitus sisältäen putken sisäpinnalle tapahtuvan mahdollisen lauhtumisen. Mitoitettava vaihdinkoostuu pystysuorista putkista, joissa lämmin ja kostea ilma virtaa putkien sisäpuolella ja kylmä kuiva ilma vaippapuolella vaakasuoraan. Vaihdinmateriaalina käytetään ruostumatonta AISI 304 -tai haponkestävää AISI 316 terästä. Kuuman ilman tila vaihtelee tarkasteltavan kohteen mukaan. Paperiteollisuuden kuivausyksiköiltä poistuva ilma on usein lämmintä ja kosteaa, ja infrakuivaimilta poistuva ilma on kuumaa. Mitoitettavalle lämmönvaihtimelle tulevan kuuman ilman lämpötila tapauksesta riippuen voi vaihdella 30°C, maksimissaan +300°C:een saakka, vesisisällön ollessa välillä 0,010...0,200 kg/kg ki tai jopa tämän ylikin. Vaihtimen mitoitus perustuu energiataseyhtälöiden käyttöön. Laskennassa määritetään vaihtimen pintalämpötila sekä mahdollinen kostean ilman lauhtuminen putken sisäpinnalle. Lisäksi teoria käsittää molempien virtausten tilanmuutosten laskennan. Työssä on esitetty esimerkkilaskelma, jossa on laskettu ilma- kostea ilma lämmönsiirrinkonstruktio. Esimerkissä on tarkasteltu vaihtimen hyötysuhdetta, virtausten lämpö- ja kosteuskäyttäytymistä ulkoilman lämpötilan funktiona. Ohjelmasta saadaan tulostettua mitoitettavanvaihtimen dimensiot; putkien lukumäärät syvyys- ja pituussuunnassa sekä kokonaisputkilukumäärä, putkien väliset etäisyydet toisiinsa nähden sekä syvyys, että pituussuunnassa, putkipituus ja putken sisä- ja ulkohalkaisijat. Nämä tiedot suunnittelija itse syöttää ohjelmalle alkuarvoina. Laskettuna tietona ohjelma antaa molempien virtausten poistolämpötilat, kuuman ilman poistuvan absoluuttisen kosteuden, kondenssivesimäärän, vaihtimen tehon ja painehäviöt vaippa- ja putkipuolelle. Lisäksi ohjelma laskee kuuman ilman ominaisentalpiat vaihtimen sisään- ja ulostulossa. Tämä mahdollistaa ilman tilapisteiden piirtämisen Mollier-piirrokseen.

Selluradan leijutus ja hallinta ilmakuivaimessa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia selluradan leijutusta sekä hallintaa kapealla ja täysleveällä selluradalla ilmakuivaimessa. Työn sisältö on jaettu neljään osaan teoriaan, numeeriseen virtauslaskentaan, kokeelliseen osuuteen ja johtopäätöksiin. Työn alussa kiinnitettiin huomiota ilmakuivaimen ja selluradan rakenteeseen, selluradan lujuusominaisuuksiin ja niiden testaamiseen laboratorio-oloissa. Teoria osuudessa tarkasteltiin selluradan leijutusteoriaa ja siihen liittyvää virtaustekniikkaa. Leijutusta kuvattiin mekaniikasta tutun vapaakappalekuvan muodossa. Vapaakappalekuva auttaa ymmärtämään sellurataan vaikuttavia voimia ja niiden aiheuttajia. Numeerisessa virtauslaskennassa rakennettiin Fluent -virtauslaskentamalli. Malli kuvaa leijutussuuttimen alusta 0,2 metrin pituista pätkää. Laskennassa simuloitiin selluradan lei-jutusta 2, 5 ja 7 mm etäisyyksillä. Tuloksia tarkasteltiin paine- ja nopeusjakaumien muodossa. Kokeellisessa osuudessa tehtiin mittauksia yksittäisellä ylä- ja alasuuttimella sekä suutinpaketilla. Yksittäisistä suuttimista mitattiin ilmasuihkujen ulostulokulmaa, suuttimensisäistä painejakaumaa ja selluradan pintaan vaikuttavaa staattista painetta suuttimen pituuden funktiona. Suutinpaketilla tutkittiin ilmasuihkujen ja tasomaisen levyn välistä vuorovaikutusta. Ylä- ja alasuuttimen välissä leijutettiin levyä, josta mitattiin ilmasuihkujen aiheuttama z-suuntainen voima ja leijutuskorkeus. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen virtauslaskennan ja kokeellisen osuuden tuloksia. Näiden pohjalta tehtiin teknisiä parannusehdotuksia ilmakuivaimen toiminnan tehostamiseksi ja selluradan hallinnan parantamiseksi kapealla ja täysleveällä selluradalla.

Disc Filter External Models in an Integrated Simulation Environment

Työssä tutkittiin kiekkosuodattimeen liittyviä ulkoisia simulointimalleja integroidussa simulointiympäristössä. Työn tarkoituksena oli parantaa olemassa olevaa mekanistista kiekkosuodatinmallia. Malli laadittiin dynaamiseen paperiteollisuuden tarpeisiin tehtyyn simulaattoriin (APMS), jossa olevaan alkuperäiseen mekanistiseen malliin tehtiin ulkoinen lisämalli, joka käyttää hyväkseen kiekkosuodatinvalmistajan mittaustuloksia. Laitetiedon saatavuutta suodattimien käyttäjille parannettiin luomalla Internetissä sijaitsevalle palvelimelle kiekkosuodattimen laitetietomäärittelyt. Suodatinvalmistaja voi palvella asiakkaitaan viemällä laitetiedot palvelimelle ja yhdistämällä laitetiedon simulointimalliin. Tämä on mahdollista Internetin ylitse käytettävän integroidun simulointiympäristön avulla, jonka on tarkoitus kokonaisvaltaisesti yhdistää simulointi ja prosessisuunnittelu. Suunnittelijalle tarjotaan työkalut, joilla dynaaminen simulointi, tasesimulointi ja kaavioiden piirtäminen onnistuu prosessilaitetiedon ollessa saatavilla. Nämä työkalut on tarkoitus toteuttaa projektissa nimeltä Galleria, jossa luodaan prosessimalli- ja laitetietopalvelin Internetiin. Gallerian käyttöliittymän avulla prosessisuunnittelija voi käyttää erilaisia simulointiohjelmistoja ja niihin luotuja valmiita malleja, sekä saada käsiinsä ajan tasalla olevaa laitetietoa. Ulkoinen kiekkosuodatinmalli laskee suodosvirtaamat ja suodosten pitoisuudet likaiselle, kirkkaalle ja superkirkkaalle suodokselle. Mallin syöttöparametrit ovat kiekkojen pyörimisnopeus, sisään tulevan syötön pitoisuus, suotautuvuus (freeness) ja säätöparametri, jolla säädetään likaisen ja kirkkaan suodoksen keskinäinen suhde. Suotautuvuus kertoo mistä massasta on kyse. Mitä suurempi suotautuvuus on, sitä paremmin massa suodattuu ja sitä puhtaampia suodokset yleensä ovat. Mallin parametrit viritettiin regressioanalyysillä ja valmistajan palautetta apuna käyttäen. Käyttäjä voi valita haluaako hän käyttää ulkoista vai alkuperäistä mallia. Alkuperäinen malli täytyy ensin alustaa antamalla sille nominaaliset toimintapisteet virtaamille ja pitoisuuksille tietyllä pyörimisnopeudella. Ulkoisen mallin yhtälöitä voi käyttää alkuperäisen mallin alustamiseen, jos alkuperäinen malli toimii ulkoista paremmin. Ulkoista mallia voi käyttää myös ilman simulointiohjelmaa Galleria-palvelimelta käsin. Käyttäjälle avautuu näin mahdollisuus tarkastella kiekkosuodattimien parametreja ja nähdä suotautumistulokset oman työasemansa ääreltä mistä tahansa, kunhan Internetyhteys on olemassa. Työn tuloksena kiekkosuodattimien laitetiedon saatavuus käyttäjille parani ja alkuperäisen simulointimallin rajoituksia ja puutteita vähennettiin.

Sanomalehden lehtitilausprosessin kuvaus ja kehittäminen

Työn tavoitteena oli luoda selkeä kuvaus sanomalehden lehtitilausprosessin toiminnasta tilauksesta jakeluun sekä kartoittaa lehtitilausprosessiin liittyvät ongelmakohdat ja esittää alustavia parannus- ja kehittämisehdotuksia niiden ratkaisemiseksi. Kuvauksen rakenteen teoreettisen pohjan luo työn alussa esitetty strukturoitu analyysi eli SA-menetelmä (structured analysis), jota soveltaen varsinainen kuvaus pääosin henkilöhaastatteluista saatuihin tietoihin perustuen toteutettiin.Sanomalehden lehtitilausprosessi on hyvin laaja ja monivaiheinen prosessi. Työn yhtenä tarkoituksena olikin selventää henkilöstölle, mitä kyseisen prosessin sisällä oikein tapahtuu. Kuvausta tehtäessä havaittiin useita lehtitilausprosessiin liittyviä ongelma- ja kehittämiskohteita, joiden kuntoon saattamiseksi on työssä esitetty alustavia ratkaisuvaihtoehtoja. Diplomityön teettämisen perusteena oli halu kehittää lehtitilausprosessia tilauksesta jakeluun nykyprosessin laadun parantamiseksi.Toimenpide-ehdotuksena esitetään tutkimuksessa läpi käytyjen sekä sen pohjalta mahdollisesti ilmenevien uusien parannus- ja kehittämisehdotusten toteuttamista lähitulevaisuudessa. Näin kyetään takaamaan lehtitilausprosessin toimivuus sekä vastaamaan asiakkaiden kasvaviin tarpeisiin myös tulevaisuudessa.

Energiansäästäminen, sen toteutus ja vaikutukset lannoitteita valmistavalla tehtaalla

Suomen täytyy vähentää kasvihuonekaasupäästöt vuoden 1990 tasolle vuosien 2008–2012 velvoitekauden aikana. Suomen kansallisen ilmasto-ohjelman mukaan noin puolet vaadittavasta vähennystavoitteesta voidaan saavuttaa lisäämällä biopolttoaineiden käyttöä ja säästämällä energiaa. Kemira Agro Oy:n Uudenkaupungin tehtaiden energiansäästäminen on alkanut sen liityttyä teollisuuden vapaaehtoiseen energiansäästösopimukseen vuonna 1999. Sopimus velvoittaa vähentämään energian ja veden kulutusta sekä raportoimaan vuosittaisista kulutuksista. Työssä on esitelty energiansäästämisen eteneminen yrityksessä sopimuksen hyväksymisestä energiansäästöanalyysin toteutukseen asti. Työssä on etsitty energiaa säästäviä ratkaisuja lannoitetehtaan käyttöön tehtaan tuotantoprosesseissa. Tuotanto-osastoille on laskettu energiataseet, joiden avulla on piirretty energiavirtoja kuvaavat sankey – diagrammit. Työssä on esitetty perusidea energiansäästön toteuttamiseksi ja alustavat kustannusarviot. Löydetyillä kohteilla voidaan säästää tehtaan sähkönkulutusta yhteensä 19 GWh/a ja lisätä tuotantoa. Ionivaihdettua vettä voidaan säästää noin 6000 m3/a. Laskelmat on esitetty cd-romilla liitteessä 31.

Kromaattisuuserojen laskentamalli

Työssä esitellään Lappeenrannan teknillisen yliopiston Tietotekniikan osastolla kehitettyä kromaattisuuserojen laskentamallia. Työn keskeisimpinä tavoitteina on luoda tiivis katsaus jo olemassa oleviin värierojen laskentamenetelmien tekniikoihin ja käydä läpi värien havaitsemiseen liittyviä yksityiskohtia. Työn käytännön osuudessa tutkitaan kehitettyä mallia ja esitetään ideoita kehittäen mallia täsmällisemmäksi. Kromaattisuuserojen laskentamalli perustuu MacAdamin määrittelemien ellipsien hyödyntämiseen CIE-1931 kromaattisuusdiagrammissa. Ideana on projisoida ellipsit iso- ja pikkuakseleidensa suhteen vakiosäteisiksi ympyröiksi kolmiulotteiselle pinnalle. Kromaattisuuserot lasketaan pinnalta käyttämällä numeerista menetelmää. Tuloksena todetaan mallin täyttävän osittain sille asetetut vaatimukset ja parantavan CIE-1931 kromaattisuusdiagrammin yhtenäisyyttä erityisesti diagrammin vihreän ja sinisen värin alueilla.

Process Interfaces in an After Sales Organization

Työn tavoitteena oli selvittää Larox Oy:n, Lappeenranta, palveluorganisaation prosessit ja prosessien väliset rajapinnat. Prosesseja ja prosessien kehittämistä ja innovointia tarkasteltiin ensin kirjallisuuden perusteella. Rajapintojen selkeää esittämistä varten kehitettiin yksinkertainen metodologia mind mapping -tekniikan pohjalta. Nykyisten prosessien tila ja rajapinnat analysoitiin ja dokumentoitiin haastattelemalla Larox Oy:n työntekijöitä ja asiakkaita sekä tutustumalla prosessikuvauksiin ja muihin olennaisiin dokumentteihin. Analyysin tulosten perusteella tunnistettiin suurimmat ongelmakohdat rajapinnoissa ja pohdittiin mahdollisia ratkaisuja niihin. Pieniä prosessinkehitysaloitteita kehitettiin yhteistyössä Larox Oy:n työntekijöiden kanssa. Työn lopussa on pohdittu mahdollisia tulevaisuuden malleja Larox Oy:n palveluorganisaation toimintamalleiksi.

TMP- laitoksen mallinnus ja simulointi

Diplomityössä tehtiin Balas- simulointimalli Stora Enso Publication Papers Oy Ltd Varkauden tehtaiden kuumahierrelaitoksesta, johon sovitettiin tehtaan lämpö-, kuitu- ja kiertovesivirtaukset sekä kiertovesissä olevien liuenneiden ja kolloidisten aineiden virtaukset. Kirjallisuusosassa perehdyttiin simulaattorimallin luontiin ja käyttötarkoituksiin. Siinä käsitellään Balas- simulaattorin ominaisuuksia ja laiteparametrointia. Tarkastellaan kuumahierreprosessin eri vaiheita, olosuhteita ja laitteiden toimintaa. Perehdytään prosessin energian kulutukseen ja talteenottoon sekä kiertovesien liuenneiden ja kolloidisten aineiden mittaussuureisiin ja vaikutuksiin prosessissa. Simulaattorimallin tekemiseen kuului tehtaan virtauskaavion ja simulaattorimallin tekeminen, mittauskoesuunnittelu, tehdasmittaukset, simulaattorin parametrointi, mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittaminen sekä mallin kelpoistaminen. Tehtaan virtauskaavion piirtämisessä käytettiin apuna tehtaan prosessi- ja instrumentointikaavioita, joiden pohjalta mittauskoesuunnitelma ja simulaattorimalli tehtiin. Koesuunnitelman mittaussuureiksi valittiin virtaukset, sakeudet, lämpötilat sekä kiertovesien kiintoaineen-, kokonaisorgaanisen hiilen- ja liuenneen orgaanisen aineen pitoisuuksien määritykset. Mittauksilla saatiin tietoja prosessivirtausten taseista, joita käytettiin simulaattorimallin keskeisempien laiteparametriarvojen määrityksessä. Exceliä hyödynnettiin mittaus- ja simulaattoritulosten taulukoinnissa, laiteparametrien laskemisessa sekä arvojen syötössä ja vastaanotossa Excelin ja simulaattorin välillä. Sitä käytettiin myös graafisessa mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittamisessa, jolla pystyttiin havainnollisesti näkemään eri syöttöparametrien muutoksien vaikutukset simulaattorin laskemissa virtaustuloksissa. Mallin antamien arvojen ja todellisten prosessimittausarvojen yhteensovittamisen ja mallista varmistumisen tuloksista voidaan todeta mallin korreloivan todellista prosessia melko hyvin.

Tilastollisen laadunhallintatoiminnan kehittäminen selluteollisuudessa

Työn päätavoitteena oli kehittää Oy Metsä-Botnia Ab:n Rauman tehtaan tilastollista laadunhallintatoimintaa ratkaisemalla toimintatapoihin ja DNA SPC -sovelluksen syy-seurauskaavion sisältöön liittyvät ongelmat. Ensimmäinen osatavoite oli erityissyiden tilaston keräysmenetelmänä ja ongelmanratkaisun apuvälineenä käytetyn syy-seurauskaavion sisällön kehittäminen ja sen päivityksen toimintamallien luominen. Toisena osatavoitteena oli aluevastaavien SPC-viikkoraportoinnin kehittäminen ja kolmantena SPC-toiminnan aikaansaaman tehtaan suorituskykymuutoksen määrittäminen. Työn kirjallisuusosassa esiteltiin prosessien kehittämiselle tärkeät työkalut sekä tilastollisen ajattelun ja SPC:n perusperiaatteet. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin myös SPC:n käyttöä hankaloittavia selluteollisuuden erityispiirteitä. Työssä kehitettiin syy-seurauskaaviota entistä helppokäyttöisemmäksi vaihtamalla yleisten pääluokkien tilalle ohjauskortteja vastaavat pääluokat. Syy-seurauskaavion päivitykselle ja SPC-viikkoraportoinnille luotiin tehokkaat toimintamallit. SPC-viikkoraportoinnin toimintamallin pitäisi muun muassa parantaa tiedonkulkua tehtaalla. Työssä tehtyjen tilastollisten testien mukaan Rauman tehtaan suorituskyky oli useiden mittareiden osalta parantunut SPC-toiminnan myötä. Muutaman mittarin osalta Rauman tehtaan suorituskyky oli heikentynyt SPC-toiminnan aloittamisen jälkeen.

Loistehon tuottaminen painehiomon tahtimoottoreilla

Tämän työn tavoitteena on selvittää, millaisia häviöitä loistehon tuottaminen Stora Enson Anjalankosken tehtaiden hiomorakennuksessa sijaitsevilla kuudella 14 MW tahtimoottorilla aiheuttaa. Lähtötietoina käytettiin moottoreiden valmistajalta saatuja rkistotietoja ja niiden perusteella laadittiin äivitetty akselitehon ja loistehotuotannon ilaa kuvaava PQ-diagrammi digitaaliseen muotoon. Saatujen tulosten avulla on mahdollista suunnitella kustannustehokas tapa käyttää painehiomon tahtimoottoreita koko tehdasalueen loistehon säätöön.

Voimalaitoksen BoP-järjestelmien prosessikaavioiden ja -kuvausten suunnitteluohjeistus

Tässä työssä luodaan voimalaitoksen BoP- järjestelmien prosessikaavioiden- ja kuvausten suunnitteluohjeistus Sweco Industy Oy:n energia-yksikölle. BoP- järjestelmiin lukeutuvat tässä kaikki oleellisimmat voimalaitoksen apujärjestelmät kuten esimerkiksi suljettu jäähdytysvesipiiri. Tämä työ on tehty erään Keski-Euroopan alueella sijaitsevan voimalaitosprojektin yhteydessä ja tämä ohjeistus toimii pohjatietona myöhemmin tehtäville täydennyksille. Työn alkuosassa esitellään käytössä oleva piirto-ohjelma sekä sovellettava standardi KKS ja sen käyttö. Käytetyt kaaviotyypit ja niiden sisältö käydään pääpiirteissään läpi. Pääpaino työssä on PI-kaavioiden suunnittelemisen ja piirtämisen ohjeistaminen ja yhdenmukaistaminen. Piirtämiseen ja kaavioiden esittämiseen on kerätty olemassa olevaa tietoa eri suunnittelijoilta joiden avulla on valittu käyttöön tuleva esitystapa. Työn aikana ilmeni ongelmia prosessikaavioiden piirto-ohjelman kanssa. Piirto-ohjelmana käytetty Comos on vielä kehitysvaiheessa ja sen tietokannan ja toiminnan muokkaaminen yhtiön tarpeita vastaavaksi tulee viemään vielä aikaa. Tämä onkin tulevaisuutta ajatellen tärkein kehityskohde.

Reagenssin pinta-aktiivisuuden hyödyntäminen sinkin uutossa

Työssä tutkittiin sinkin uutossa käytettävän di(2-etyyliheksyyli)fosforihappo (D2EHPA) -uuttoreagenssin faasikäyttäytymistä ja miten laimentimen koostumus, lämpötila ja orgaanisen faasin sinkkipitoisuus vaikuttavat faasitasapainoon. Laimentimen vaikutuksen havaittiin olevan pientä, kun taas lämpötilan nostaminen yli huoneenlämpötilan leventää faasidiagrammin yksifaasialuetta. Pienet orgaanisen faasin sinkkipitoisuudet eivät juuri vaikuta faasitasapainoon. Sinkin ja D2EHPA:n moolisuhteen ollessa välillä 0,1–0,2 kompleksin rakenne ilmeisesti muuttuu. Sinkkipitoisuuden kasvaessa yksifaasialue muodostuu pienemmillä ammoniakkimäärillä. Suurilla orgaanisen faasin sinkkipitoisuuksilla ja ammoniakkimäärillä muodostuu orgaanisen faasin ja vesifaasin välille kolmas nestefaasi. D2EHPA:n (40 p %) vesipitoisuuden ja viskositeetin pH riippuvuutta tutkittiin, kun laimentimena oli alifaattinen hiilivetyliuotin. Nostettaessa pH yli 3,5:n uuttoreagenssi alkoi muodostaa käänteismisellejä, jolloin orgaanisen faasin vesipitoisuus ja viskositeetti kasvoivat eksponentiaalisesti. Sinkin mukana uuttautuu epäpuhtauksia kuten Al3+, Co2+, Cu2+, Na+, Ni2+, Cl- ja F-. Takaisinuuton kautta epäpuhtaudet joutuvat talteenottoelektrolyysiin, jossa ne voivat vaikuttaa tuotteen laatuun ja laskea virtahyötysuhdetta. Tarkoituksena oli tutkia väheneekö epäpuhtauksien myötäuuttautuminen jollakin tietyllä sinkin latausasteella. Fluoridin ja kuparin uuttautumisen havaittiin vähenevän vasta, kun sinkin pitoisuus orgaanisessa faasissa oli yli 20 g/L lämpötilasta riippumatta. Fluoridi uuttautuu mahdollisesti alumiinikompleksina ja/tai fluorihappona. Koboltin ja nikkelin myötäuuttautumisen havaittiin vähenevän, kun sinkin latausaste oli yli 10 g/L. Natrium ja kloridi eivät myötäuuttautuneet.

Muutosilmiöt soodakattilakeossa

Soodakattilan sulakeon epästationaarinen käyttäytyminen sekä keon pitkä jäähtymisaika alasajon jälkeen ovat aiheuttaneet ongelmia kattilan taloudellisessa käytettävyydessä. Keon käyttäytymisestä on luotu CFD-malleja, joiden tavoitteena on havainnollistaa keon lämpötilajakaumaa ja rakennetta. Mallien ongelmana on se, että niissä huomioidaan vain keon aktiivinen pintakerros. Keon sisäosan rakennetta ja siinä tapahtuvia prosesseja ei toistaiseksi tunneta kunnolla luotettavan, koko keon kattavan mallin luomiseen. Tässä työssä tutkittiin sulakeon käytön aikana havaittuja muutosilmiöitä, jotka vaikuttavat keon rakenteeseen ja ominaisuuksiin sekä tutkittiin ilmiöiden taustalla olevia tekijöitä. Näitä tekijöitä ovat keon sisässä tapahtuvat kemialliset ja fyysiset prosessit, jotka aiheuttavat muutoksia niin lämpöteknisesti kuin fyysisesti sekä ulkoapäin tulevat tekijät, jotka aiheutuvat ajotilanteiden seurauksena tapahtuvista muutoksista. Työn kokeellisena osana luotiin sulakeon jäähtymismalli käyttäen 1-dimensionaalista ADL-mallia. Mallin pohjana käytettiin StoraEnso Oy:ltä Oulun soodakattilan sulakeosta saatua mittausraporttia. ADL-mallin avulla luotiin keon jäähtymiskäyrät lämpötilan ja syvyyden funktiona. Saadut käyrät täsmäsivät hyvin mittausraportin tuloksiin. Mallin avulla keolle saatiin muodostettua energiatase, jonka tuloksena keosta 12 tunnin aikana poistuva lämpövirta pinnalla oli noin 9.8kW/m2 ja pinnan lämmönsiirtokerroin 58.3W/m²°C. Pohjan poistuvaksi lämpövirraksi saatiin 14.1kW/m2 ja lämmönsiirtokertoimeksi 75.4W/m²°C. Termiseksi diffuusiokertoimeksi saatiin 3.9•10-7m²/s.