Alkylointiyksikön neutralointi- ja puhdistusprosessin kehittäminen

Tämä diplomityö käsittelee Neste Oilin Porvoon jalostamon HF-alkylointiyksikön alasajon ja huoltopysäytyksen rajapintaa. Työssä tarkastellaan erilaisia vaihtoehtoja alasajon aikaisen neutralointi- ja puhdistusprosessin kehittämiseen huomioiden materiaalitekninen näkökulma. Työn alkuosassa esitellään alkyloinnin perusperiaate, huoltopysäytysprosessi sekä eri neutralointi- ja puhdistusprosessit, joista tarkemmin nykyisin jalostamolla käytettävä EnvTech:n prosessi. Työssä on myös kerrottu alkyloinnin erityisvaatimukset materiaaleille, joista tarkemmin on esitelty perusmateriaaleina käytettävät hiiliteräs A106 sekä Monel® 400. Näiden perusmateriaalien kohdalla on myös esitelty kirjallisuuden pohjalta niiden käyttäytyminen fluorivety-ympäristössä. Työn loppuosassa on esitelty eri vaihtoehtoja, jotta käyttövarmuutta voitaisiin kehittää yhdessä mahdollisesti kasvavien tuotantomäärien kanssa. Putkistojen kohdalla työssä on käsitelty kehityskohteeksi valittua erästä pääkolonni-osaan kuuluvaa linjastoa. Eri vaihtoehtoja on vertailtu teknistaloudelliselta näkökulma ja putkiston kohdalla on työssä päädytty geometrian muuttamiseen sekä koon kasvattamiseen. Työssä on myös esitetty kuumatypetysvaiheen uudelleen aikataulutusta alasajovaiheen nopeuttamiseksi sekä jatkotutkimusehdotuksia putkiston passivoimisesta, rautafluoridikalvon paikalleen jättämiseksi ja huoltopysäytyssyklin kehittämiseksi.

Economic optimization method to design telescope irrigation of multiples outlets

In this study is presented an economic optimization method to design telescope irrigation laterals (multidiameter) with regular spaced outlets. The proposed analytical hydraulic solution was validated by means of a pipeline composed of three different diameters. The minimum acquisition cost of the telescope pipeline was determined by an ideal arrangement of lengths and respective diameters for each one of the three segments. The mathematical optimization method based on the Lagrange multipliers provides a strategy for finding the maximum or minimum of a function subject to certain constraints. In this case, the objective function describes the acquisition cost of pipes, and the constraints are determined from hydraulic parameters as length of irrigation laterals and total head loss permitted. The developed analytical solution provides the ideal combination of each pipe segment length and respective diameter, resulting in a decreased of the acquisition cost.

Ratoon sugarcane yield integrated drip-irrigation and nitrogen fertilization

The aim of this study was to compare the use of water and nitrogen on ratoon sugarcane during irrigated and rain-fed conditions, and to assess the production potential of stalks and sugar with different rates of N-fertilizer on the subsurface drip-irrigated management. The experimental design was a randomized block with four replications for each experiment and treatments: (T1) irrigated, 0kg N ha-1; (T2) irrigated, 70kg N ha-1; (T3) irrigated, 140kg N ha-1; (T4) irrigated, 210kg N ha-1; (T5) not irrigated, 0kg N ha-1, and (T6) not irrigated, 140kg N ha-1. Biometric, technological, dry matter and yield variables were analyzed among the treatments. The irrigation system together with the application of N-fertilizer at 140kg ha-1 presented significant differences in dry matter accumulation of shoots, and for the production of stalks and sugar, respectively 94, 105 and 106%, higher when compared to the not irrigated, without N-fertilizer (T5). There was a positive and synergistic effect of irrigation with N-fertilizer on the productivity of stalks and sugar. Ratoon sugarcane irrigated with subsurface dripping had the highest yield (22Mg ha-1 of sugar) with the dosage of 140kg ha-1 N.

Solar energy use for water pre-heating in boilers of agro-industries

Energy consumption in the world has been growing every year. The industrial sector represents 27.32% of the world energy demand. Heating systems that use solar energy may contribute with a percentage of the total energy required by industries. This work aimed to study the use of vacuum solar collectors for water pre-heating in boilers. We used four collectors installed according to NBR 15,569; water flow through the tubes was 0.058 L/s, and temperature in the inlet and outlet pipes was measured. Results showed that instantaneous radiation, and inlet fluid and room temperatures are variables that influence the process, reaching water maximum temperature in the solar collector outlet of 97.9 °C, and efficiency of approximately 65% for most experiments. For the financial viability evaluation, the payback study was applied, which resulted in 4; 7 and 5 years, for the respective sources: firewood, LPG (liquefied petroleum gas), and electricity. Regarding the calculation of the annual contribution to the reduction of greenhouse gases, it was, respectively, 2.162 and 356 kg of CO2 per m² of collector tubes, in comparison with firewood and LPG.

Poultry carcass decomposition and physicochemical analysis of compounds in different Composter types

This study aimed to assess five composter types in poultry carcasses decomposition and to perform a physicochemical analysis of the compounds obtained. Composter types used were six-hole brick, wood, screen, windrow with three PVC pipes with six holes and windrow with three PVC pipes with 10 holes. Composting was followed by four periods using wood shaving like substrate with one bird carcass placed in each composter. Pile turning was performed every 10 days and temperature in each layer was measured on 1st, 7th, 14th, 19th and 29th day, at 3 p.m., as well as room temperature. Temperature during pile turning was also measured at five points per layer and carcass weighing performed to calculate decomposition percentage. Physicochemical parameters evaluated in substrates were moisture, ash, phosphorus, potassium, nitrogen, pH, organic carbon and C/N ratio, up to 30 days. Data were analyzed by repeated measures model, using MIXED method of SAS software. All values of final physicochemical composition of substrates were found according to values of IN-25, except nitrogen. The composter types were efficient in decomposition of poultry carcasses.

Backpressure effects on the flow-pressure relation of driplines

ABSTRACT For drip irrigation design and management, it is necessary to know the relation between flow and pressure acting on emitters. In the case of subsurface drip irrigation, the backpressure phenomenon may change the hydraulic characteristics of emitters. Thus, this study aimed at determining such relationship between flow and pressure of different driplines in surface and subsurface conditions; aiming to find possible differences in hydraulic behavior. We tested four emitter types; two pressure compensating (D5000 and Hydro PCND) and two non-pressure compensating (TalDrip and Jardiline). Emitter flow rates were attained in atmospheric conditions and submerged in water, in which submergence levels represented backpressure. Assays were performed using inlet pressures of 80, 100, 120, and 150 kPa for the Hydro PCND dripline and 25, 50, 100, and 150 kPa for the other ones; the backpressures were of 0.49, 1.47, 2.45, 4.41 and 6.37 kPa with four replications. The emitters had their proportionality constants and discharge exponents changed in submerged applications, representing backpressure effect. Non-pressure compensating emitters had their discharge exponent decreased, while in pressure compensating ones, it was increased. Backpressure reduced emitter flow rates at all evaluated pressures.

Vesihöyrypiirin kiertolaskenta kuplapetikattilassa

Työssä selvitetään kiertolaskennan periaatteita kuplapetikattilassa, esitetään lyhyesti kattilan toimintaperiaate ja paneudutaan alan laskentaohjelmistoihin. Luonnonkierto kattilan vesihöyrypiirissä on seurausta hydrostaattisesta paineesta, joka aiheutuu tiheyserosta nousu- ja laskuputkien välillä. Kiertolaskennassa on huomioitava kaksifaasivirtauksen ominaispiirteet. Höyry ja neste virtaavat putkistossa eri nopeuksilla, jolloin esimerkiksi painehäviön määrityksessä käytetään erilaisia korrelaatioita ja käyrästöjä. Kaksifaasivirtauksen laskennassa tarvitaan kolmea eri taseyhtälöä: energiatasetta, massatasetta ja liikemäärätasetta. Luonnonkiertokattiloissa höyrykierron suunnittelussa on kaksi pääasiallista ehtoa. Ensimmäiseksi tulee varmistaa riittävä kiertoveden massavirta, jotta vältetään höyrystinputkien puhki palaminen. Toiseksi tulee välttää höyrystinputken pinnan lämpötilavaihteluita ja värähtelyitä. Alustavassa luonnonkierron mitoituksessa turvaudutaan kokemusperäiseen tietoon. Myöhemmässä tarkemmassa mitoituksessa käytettäviä ohjelmistoja ovat NOWA sekä kaupalliset PPSD ja Apros. Laskenta lähtee liikkeelle siitä, että lasketaan ensin vesihöyrykierron massavirrat erilaisilla lämpökuormilla ja höyryntuotanto määritellään painehäviöiden perusteella. NOWA- ja PPSD- ohjelmistoilla tehtyjen esimerkkilaskelmien perusteella voidaan sanoa, että tulokset riippuvat käytetystä laskentamallista.

Laser-TIG–hybridihitsauksen soveltuvuustutkimus

Tässä tutkimuksessa selvitetään ilman hitsauslisäainetta tapahtuvan laser–TIG–hybridihitsausprosessin soveltuvuus 6 mm ja 8 mm paksujen päittäisliitettyjen S355 K2 ja Laser 355 MC rakenneterästen hitsaukseen. Hitsien tarkastelussa huomio kiinnitetään hitsausnopeuteen, hitsien tunkeumaan, liittämistehokkuuteen, hitsien kovuuteen ja hitsausliitoksen ulkonäköön. Muita tutkittavia asioita ovat laser-TIG-hybridihitsattujen levyjen muodonmuutokset ja suuresta hitsausnopeudesta sekä pienestä t8/5 jäähtymisajasta johtuvat mahdolliset kylmähalkeamat. Laser-TIG-hybridihitsejä verrataan robotti-MAG- ja käsin MAG-hitseihin sekä kaarihitsausstandardin SFS-EN ISO 5817 hitsiluokkien mukaisiin raja-arvoihin. Laser-TIG-hybridihitsausprosessissa TIG-valokaari mahdollistaa tasaisen ja lähes roiskeettoman hitsin ja lasersäde aikaansaa syvän tunkeuman sekä tasalaatuisen juurihitsin. Laser-TIG-hybridihitsausprosessilla 6 mm paksut S355 K2 rakenneteräslevyt on mahdollista hitsata levyn yhdeltä puolelta kerralla valmiiksi. Paksummat 8 mm levyt voidaan hitsata levyn yhdeltä tai molemmilta puolilta suoritettavalla laser-TIG-hybridihitsauksella. Laser-TIG-hybridihitsausprosessilla hitsatut hitsit ovat hyvin siistejä ja lähes roiskeettomia. Verrattaessa laser-TIG-hybridihitsausprosessia muihin hitsausprosesseihin sen voidaan todeta olevan erittäin kilpailukykyinen 6 mm paksujen päittäisliitettyjen rakenneterästen hitsaamisessa, mutta se soveltuu myös 8 mm paksujen rakenneterästen hitsaamiseen. Tutkitut hitsit täyttävät kaarihitsausstandardin SFS-EN ISO 5817 B- ja D-hitsiluokkien mukaiset raja-arvot. Vertailukokeet 6 mm paksulla S355 rakenneteräksellä osoittavat, että yhdeltä puolelta suoritettavan laser-TIG-hybridihitsauksen hitsausnopeus on robotti-MAG-hitsaukseen verrattuna yli nelinkertainen ja MAG-käsinhitsaukseen verrattuna yli viisinkertainen. Laser-TIG-hybridihitsauksessa liittämistehokkuus on noin viisinkertainen robotti-MAGhitsaukseen verrattuna. Molemmilta puolilta suoritettavalla laser-TIG-hybridihitsauksella voidaan 8 mm paksulla S355 rakenneteräksellä saavuttaa noin kolminkertainen hitsausnopeus ja liittämistehokkuus robotti-MAG-hitsaukseen verrattuna. Laser-TIG-hybridihitsauksessa TIG-kaaren tuoman lisälämmön ansiosta suurillakin hitsausnopeuksilla (1 m/min) voidaan saavuttaa edulliset kovuusarvot. Kovuusmittausten tulosten perusteella 6 mm ja 8 mm paksujen S355 K2 ja Laser 355 MC rakenneterästen hitsit eivät ylittäneet kaarihitsausstandardin määrittelemää 350 HV kovuuden enimmäisrajaa. Laser-TIG-hybridihitsauksen edullisesta lämmöntuonnista johtuen levyjen pituus- ja poikittaissuuntaiset muodonmuutokset ovat noin 80 prosenttia pienemmät kuin käsin suoritettavassa MAG-hitsauksessa. Laser-TIG-hybridihitsausprosessilla käytetään I-railoa, mutta robotti-MAG- ja käsin MAG-hitsausprosesseilla joudutaan käyttämään V-railoa, jolloin lämmöntuonti ja siitä johtuvat muodonmuutokset ovat suuremmat. Korkea liittämistehokkuus ja edullinen lämmöntuonti merkitsevät vähäisempiä muodonmuutoksia ja siten merkittäviä säästöjä työ-, materiaali- ja energiakustannuksissa. 8 mm ja sitä paksummilla S355 rakenneteräksillä levyn yhdeltä puolelta suoritettava päittäisliitoksen hitsaaminen on laser-TIG hybridihitsauksella haastavaa, koska yli 200 A:n TIG-kaarivirralla suuri metallisula aiheuttaa avaimenreiän sulkeutumisen ja avaimenreiän alaosaan muodostuu kaasukuplia. Tästä voidaan tehdä sellainen johtopäätös, että päittäisliitettävien levyjen ilmarakoa pitäisi kasvattaa niin suureksi, että avaimenreiän sulavirtaus ei pääse estymään. Yli 0,25 mm:n ilmarako edellyttää lasersäteen vaaputusta tai säteen halkaisijan kasvattamista. Ilmaraon kasvattaminen edellyttää myös lisäaineen käyttöä. Tutkimustulosten perusteella laser-TIG-hybridihitsausprosessilla voidaan saavuttaa merkittäviä etuja ja kustannussäästöjä, joten sen hyödyntämistä kannattaa harkita 8 mm ja sitä ohuempien päittäisliitettävien tuotteiden konepaja- ja tehdastuotannossa. Laser-TIGhybridihitsausprosessi soveltuu esimerkiksi seuraavien tuotteiden hitsaamiseen: päittäisliitettävät levyt, palkit, koneenosat, putket, säiliöt ja erilaiset pyörähdyskappaleet.

Modeling of residual stresses and distortion due to welding in fillet welds

Welding has a growing role in modern world manufacturing. Welding joints are extensively used from pipes to aerospace industries. Prediction of welding residual stresses and distortions is necessary for accurate evaluation of fillet welds in relation to design and safety conditions. Residual stresses may be beneficial or detrimental, depending whether they are tensile or compressive and the loading. They directly affect the fatigue life of the weld by impacting crack growth rate. Beside theoretical background of residual stresses this study calculates residual stresses and deformations due to localized heating by welding process and subsequent rapid cooling in fillet welds. Validated methods are required for this purpose due to complexity of process, localized heating, temperature dependence of material properties and heat source. In this research both empirical and simulation methods were used for the analysis of welded joints. Finite element simulation has become a popular tool of prediction of welding residual stresses and distortion. Three different cases with and without preload have been modeled during this study. Thermal heat load set is used by calculating heat flux from the given heat input energy. First the linear and then nonlinear material behavior model is modeled for calculation of residual stresses. Experimental work is done to calculate the stresses empirically. The results from both the methods are compared to check their reliability. Residual stresses can have a significant effect on fatigue performance of the welded joints made of high strength steel. Both initial residual stress state and subsequent residual stress relaxation need to be considered for accurate description of fatigue behavior. Tensile residual stresses are detrimental and will reduce the fatigue life and compressive residual stresses will increase it. The residual stresses follow the yield strength of base or filler material and the components made of high strength steel are typically thin, where the role of distortion is emphasizing.

Buckling analysis of PVC sheets with RIB

This study has a technical and applied character. A PVC structured wall pipe can be produced by spirally winding a ribbed sheet having a male-female lock, chemically welded by an adhesive. These pipes are "flexible" and are used mainly in underground installations, to convey fluids in free duct regime. Initial studies have indicated that the buckling resistance of the ribs from the sheet coiling to the tube manufacturing is the critical design parameter. This study presents the theoretical analytical development in order to obtain the critical buckling moment of these sheets. This analysis uses concepts initially developed to calculate buckling resistance in monosymmetrical profiles that are very used in the metallic structure industry. Since the material used was PVC, that has different mechanical properties than steel and aluminum, it was necessary to consider the differences in the analytical treatment. It is important to emphasize that the results obtained are product of the co-operative work of engineers from industry and university.

Ristikkorakenteisen hihnakuljetinsillan mitoitustyökalun kehittäminen

Hihnakuljettimia käytetään muun muassa voimalaitos- ja sellutehdasympäristöissä kuljettamaan kiinteää polttoainetta tai haketta pitkiä matkoja. Pitkät hihnakuljettimet asennetaan yleensä teräsristikoista rakennettujen kuljetinsiltojen sisään. Kuljetinsilta toimii siis hihnakuljettimen ja hoitokäytävän runkona sekä suojaa kuljetinta ja kuljetettavaa materiaalia säältä. Tässä diplomityössä on laadittu mitoitustyökalu, jolla voidaan nopeasti mitoittaa ristikkorakenteisen hihnakuljetinsillan sauvat sekä määrittää rakenteen massa. Laskentaohjelma on toteutettu Microsoft Excel -taulukkolaskentana. Sillan poikkileikkaus voi olla suljettu symmetrinen umpirakenne tai avorakenne, jossa on ulokkeellinen hoitotaso. Ristikon sauvat ovat RHS-putkia. Rakenteeseen voi vaikuttaa jatkuvia kuormia, pistekuormia sekä näistä johdetut, ekvivalenttiin staattiseen voimaan perustuvat maanjäristyskuormat. Diplomityössä on perehdytty mitoitustyökalussa sovellettuihin teorioihin. Voimasuureiden laskenta perustuu 2-tukisina palkkeina käsiteltävien siltalohkojen ratkaisuun ja palkkianalogiaan, jossa ristikon sauvavoimat ratkaistaan käsittelemällä ristikkoa palkkina. Sauvojen kestävyyden laskenta perustuu SFS-EN 1993-1-1 -normiin, joka on osa Eurocode -rakennesuunnittelunormistoa. Lisäksi työssä on käsitelty ristikkoliitosten mitoitusta SFS-EN 1993-1-8 mukaan. Mitoitusohjelman toimivuutta on testattu tarkastelemalla esimerkkisiltaa laaditulla mitoituspohjalla ja Autodesk Robot Professional 2013 -FE-analyysiohjelmisuolla. Tulosten perusteella mitoitustyökalua voidaan käyttää ainakin tarjousvaiheen nopeisiin tarkasteluihin ja omamassan määritykseen, mutta myös lopulliseen mitoitukseen, mikäli hyväksytään konservatiivinen mitoitus.

Grass straw mulching to suppress emergence and early growth of weeds

Sorghum, pearl millet, and Brachiaria ruziziensis have similar characteristics which have led to their use for mulch formation in no-till systems. This study was carried out to evaluate the potential of these three species as straw suppliers to suppress weed emergence. Initial findings led to the conclusion that both pearl millet and Brachiaria ruziziensis have similar or superior potential as weed suppressors, compared to sorghum straw, a species with recognized allelopathic potential. Subsequently, new trials were conducted under greenhouse conditions by sowing weed species in pots, followed by covering of the soil with the straw under evaluation. Independent experiments were conducted for Euphorbia heterophylla and Bidens pilosa. In each experiment, the factors analyzed were type of straw (pearl millet and B. ruziziensis), amount of straw (equivalent to 4 and 8 t ha-1 dry mass) and irrigation method (surface and subsurface). Both pearl millet and B. ruziziensis have shown to be species that can be cultivated to produce straw with allelopathic potential. These effects were effective in suppressing the emergence or early growth of E. heterophylla and B. pilosa. There was no difference in the suppression of emergence of these species when the soil cover level was alternated between 4 and 8 t ha-1 dry mass.

SimpleREST -RESTful DSpace API

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

Effects of nutrient impoverishment on phytoplankton biomass: a mesocosms experimental approach in a shallow eutrophic reservoir (Garças Pond), São Paulo, southeast Brazil

Nutrient impoverishment in mesocosms was carried out in a shallow eutrophic reservoir aiming to evaluate the nutrient removal technique as a method for eutrophication reduction. Garças Pond is located in the Parque Estadual das Fontes do Ipiranga Biological Reserve situated in the southeast region of the municipality of São Paulo. Three different treatments were designed, each consisting of two enclosures containing 360 liters of water each. Mesocosms were made of polyethylene bags and PVC pipes, and were attached to the lake bottom. Treatment dilutions followed Carlson's trophic state index modified by Toledo and collaborators, constituting the oligotrophic, mesotrophic, and eutrophic treatments. Ten abiotic and 9 biological samplings were carried out simultaneously. Trophic states previously calculated for the treatments were kept unaltered during the entire experiment period, except for the mesotrophic mesocosms in which TP reached oligotrophic concentrations on the 31st day of the experiment. In all three treatments a reduction of DO was observed during the study period. At the same time, NH4+ and free CO2 rose, indicating decomposition within the enclosures. Nutrient impoverishment caused P limitation in all three treatments during most of the experiment period. Reduction of algal density, chlorophyll a, and phaeophytin was observed in all treatments. Competition for nutrients led to changes in phytoplankton composition. Once isolated and diluted, the mesocosms' trophic state did not change. This led to the conclusion that isolation of the allochthonous sources of nutrients is the first step for the recovery of the Garças Pond.

Bacterial community structure and petroleum hydrocarbon degradation in the Baltic Sea

The Baltic Sea is unique by its biological, geochemical and physical features. The number of species of larger organisms is small and the species composition is distinctive. On the contrary microbial communities are diverse. Because of the low salinity levels, bacterial communities differ from the ones in the oceans. Knowing the structure of these communities better and how they response to different environmental conditions helps us to estimate how different factors affect the balance and function of the Baltic Sea ecosystem. Bacteria are the key players when it comes to natural biogeochemical processes and human-induced phenomena like eutrophication, oil spills or disposal of other harmful substances to the sea ecosystem. In this thesis, bacterial community structure in the sea surface microlayer and subsurface water of the Archipelago Sea were compared. In addition, the effect of diatom derived polyunsaturated aldehydes on bacterial community structure was studied by a mesocosm experiment. Diesel, crude oil and polycyclic aromatic hydrocarbon degradation capacity of the Baltic Sea bacteria was studied in smaller scale microcosm experiments. In diesel oil experiments bacteria from water phase of the Archipelago Sea was studied. Sediment and iron manganese concretions collected from the Gulf of Finland were used in the crude oil and polycyclic aromatic hydrocarbon experiments. The amount of polycyclic aromatic hydrocarbon degradation genes was measured in all of the oil degradation experiments. The results show how differences in bacterial community structure can be seen in the sea surface when compared to the subsurface waters. The mesocosm experiment demonstrated how diatom-bacteria interactions depend on other factors than diatom derived polyunsaturated aldehydes, which do not seem to have an effect on the bacterial community structure as has been suggested in earlier studies. The dominant bacterial groups in the diesel microcosms differed in samples taken from a pristine site when compared to a site with previous oil exposure in the Archipelago Sea area. Results of the study with sediment and iron-manganese concretions indicate that there are diverse bacterial communities, typical to each bottom type, inhabiting the bottoms of the Gulf of Finland capable to degrade oil and polycyclic aromatic hydrocarbon compounds.