Selvitys erilaisten mäntyöljynkeittoprosessien toiminnasta

Työn tavoitteena oli tutustua eri mäntyöljyprosessien toimintaan. Sulfaattisellun valmistuksessa syntyy sivutuotteena mäntyöljyä. Se tuo lisätuottoa sellutehtaalle. Nykypäivänä mäntyöljyn valmistukseen on kiinnitetty yhä enemmän huomiota uusien jalostusmahdollisuuksien vuoksi. Mäntyöljyä syntyy, kun mustalipeän pinnalta kuorittu suopa palstoitetaan sopivalla hapolla. Suopa koostuu puun uuteaineista eli hartsi- ja rasvahapoista sekä saippuattomista aineista. Suopa pitää erottaa mustalipeästä mahdollisimman hyvin, jotta se ei aiheuttaisi ongelmia sellutehtaan eri prosessin vaiheissa. Suopaa voidaan erottaa mustalipeästä säiliöerotuksena, sentrifugeilla tai hydrosykloneilla. Suovan palstoitusprosessi voi olla erä- tai jatkuvatoiminen prosessi. Jatkuvatoimisia prosesseja ovat: sentrifugi-, säiliödekantointi- ja HDS-prosessi. Mäntyöljyä voidaan käyttää kemianteollisuuden raaka-aineena tai siitä voidaan jalostaa biodieseliä. Tämä biodiesel on niin sanottua toisen polven biopolttoainetta eli se ei sisällä ravinnoksi kelpaavaa raaka-ainetta. Nykypäivänä markkinoilla on sekä eräkeitto- sekä jatkuvatoimisia prosesseja. Suovan erotussäiliöiden rinnalle on tullut uusi sentrifugeilla tapahtuva suovan erotussysteemi.

Glukoosi-fruktoosisiirapin kromatografinen fraktiointi

Kuluttajamarkkinoilla on suuri kysyntä vähäkalorisille ruuille ja juomille. Näitä tuotteita voidaan valmistaa mm. korvaamalla makeuttimena perinteisesti käytetty sakkaroosi fruktoosilla joka on 73% makeampi ja sisältää vähemmän kaloreita kuin sakkaroosi. Koska fruktoosi on makeampaa kuin sakkaroosi, sitä tarvitaan vähemmän elintarvikkeissa saman makeusasteen saavuttamiseksi. Glukoosi-fruktoosisiirappia valmistetaan maissista tai sakkaroosista hydrolyysin avulla. Teollisuudessa glukoosi-fruktoosisiirapin fraktiointi tehdään käyttämällä jatkuvatoimista simuloitu liikkuva peti-prosessia (Simulated Moving Bed, SMB-prosessi). Tässä työssä tutkitaan voidaanko kierrätyskromatografiaa (Steady State Recycling , SSR-prosessi) käyttäen fraktioida glukoosi-fruktoosisiirappia tehokkaasti. Fruktoosi erotetaan glukoosista käyttämällä erotusmateriaalina vahvoja kationinvaihtohartseja kalsium-muodossa. Työssä tehtiin kirjallisuusselvitys, jonka perusteella valittiin sopiva erotusmateriaali ja koeolosuhteet. Kokeellisessa osassa glukoosille ja fruktoosille määritettiin adsorptioisotermit Frontal analysis -menetelmällä. Kokeellisesti määritettyihin isotermeihin sovitetut mallit validoitiin ja SSR-prosessi suunniteltiin panoserotuskokeiden avulla. SSR-prosessia mallinnettiin käyttäen MATLAB-ohjelmaa.

Analysis of Phase Separator Design Criteria Using Computational Fluid Dynamics

Gravitational phase separation is a common unit operation found in most large-scale chemical processes. The need for phase separation can arise e.g. from product purification or protection of downstream equipment. In gravitational phase separation, the phases separate without the application of an external force. This is achieved in vessels where the flow velocity is lowered substantially compared to pipe flow. If the velocity is low enough, the denser phase settles towards the bottom of the vessel while the lighter phase rises. To find optimal configurations for gravitational phase separator vessels, several different geometrical and internal design features were evaluated based on simulations using OpenFOAM computational fluid dynamics (CFD) software. The studied features included inlet distributors, vessel dimensions, demister configurations and gas phase outlet configurations. Simulations were conducted as single phase steady state calculations. For comparison, additional simulations were performed as dynamic single and two-phase calculations. The steady state single phase calculations provided indications on preferred configurations for most above mentioned features. The results of the dynamic simulations supported the utilization of the computationally faster steady state model as a practical engineering tool. However, the two-phase model provides more truthful results especially with flows where a single phase does not determine the flow characteristics.

Military Crosstraining - harjoittelun vaikutus varusmiesten fyysisen suorituskyvyn kehittymiseen

Puolustusvoimien fyysisen koulutuksen tavoitteena on tuottaa toimintakykyisiä sotilaita kriisi- ja sodanajan joukkoihin. Liikuntakoulutuksella tuetaan varusmiesten fyysistä koulutusta, ja yhtenä tavoitteena on aktivoida liikunnalliseen elämäntapaan myös reservissä. Varusmiesten lähtökunto palvelukseen astuttaessa on ollut laskusuhdanteessa jo useamman vuosikymmenen ajan, joten sen valossa uusien harjoittelumuotojen ja lajien tutkiminen on ajankohtaista. Tutkimustyön aiheena olevan Military Crosstraining -harjoittelun voidaan sanoa olevan CrossFitin® sotilassovellus, joka urheilu- ja harjoittelumuotona kehittää mahdollisimman monipuolisesti harjoittelijan suorituskykyä eli kestävyyttä ja lihaskuntoa. Tutkimustyön tarkoituksena oli selvittää, millaisia vaikutuksia toiminnallisella ja korkea intensiteettisellä Military Crosstraining -tyyppisellä fyysisellä harjoittelulla (MCH) on varusmiesten fyysisen suorituskyvyn kehittymiseen voimassa olevien normien mukaiseen koulu-tukseen (NH) verrattuna. Työssä vertailtiin kahden samankaltaisen, mutta eri tyyppistä lihaskunto- ja kestävyysharjoittelua tehneen varusmiesjoukon fyysisen suorituskyvyn kehittymistä kuuden kuukauden varusmiespalveluksen aikana. Koehenkilöt olivat jääkäri- ja panssarintorjuntaohjusjoukkueissa palvelleita miehistöön kuuluvia varusmiehiä (n=110, ikä 20,1 ± 0,4, paino 79,3 ± 12,3 kg, pituus 1,81 ± 0,06 m, BMI 24,3 ± 3,3). Kvantitatiivinen tutkimus perustui normin mukaisten varusmiesten kuntotestien sekä kehonkoostumuksen tulo- ja lähtötestien tuloksiin. Tilastolliset analyysit tehtiin SPSS 22 ohjelmalla. Muuttujien välisiä yhteyksiä selvitettiin Pearsonin sekä Spearmanin korrelaa-tiokertoimilla. Ryhmien keskiarvojen välisiä eroja sekä muuttujien muutoksia selvitettiin kaksisuuntaisella T-testillä sekä mediaanitestillä. Lähtötilanteessa ryhmät olivat fyysiseltä kunnoltaan käytännössä samantasoisia. Tutkimuk-sessa ei havaittu merkitseviä eroja (p<0.05) ryhmien välillä kuntotestien lopputuloksissa eikä kestävyys- ja lihaskunnon kehityksessä, vaikkakin kehitys molemmilla oli huomattavaa (p<0.001). Suurimmat erot havaittiin kehon painoissa ja BMI:ssa ja niiden muutoksissa (p<0.001). MCH:n kehonpainossa ja BMI:ssa ei tapahtunut juuri muutoksia. Kehonpainojen erotus kasvoi oli 6,5 %:sta 9,4 %:iin (p>0.001), NH:n painon ollessa pienempi. BMI:n erot kasvoivat vastaavasti 5,2 %:sta 8,4 %:iin (p<0.001). Johtopäätöksenä todettakoon, että mahdollisesti Military Crostraining -tyyppinen harjoittelu lisää lihasmassaa normaalia liikuntakoulutusta enemmän aerobisen kunnon siitä kuitenkaan kärsimättä. Tällä olisi positiivisia vaikutuksia moniin sotilaan kenttätehtäviin, kuten haavoittuneen evakuointiin, taakaan tai kuorman kantoon sekä raskaiden tavaroiden nostamiseen.

Separation of lignin in Pulp Mill process and its effect on sodium sulphur balance

The aim of this thesis is to define effects of lignin separation process on Pulp mill chemical balance especially on sodium/sulphur-balance. The objective is to develop a simulation model with WinGEMS Process Simulator and use that model to simulate the chemical balances and process changes. The literature part explains what lignin is and how kraft pulp is produced. It also introduces to the methods that can be used to extract lignin from black liquor stream and how those methods affect the pulping process. In experimental part seven different cases are simulated with the created simulation model. The simulations are based on selected reference mill that produces 500 000 tons of bleached air-dried (90 %) pulp per year. The simulations include the chemical balance calculation and the estimated production increase. Based on the simulations the heat load of the recovery boiler can be reduced and the pulp production increased when lignin is extracted. The simulations showed that decreasing the waste acid stream intake from the chlorine dioxide plant is an effective method to control the sulphidity level when about 10 % of lignin is extracted. With higher lignin removal rates the in-mill sulphuric acid production has been discovered to be a better alternative to the sulphidity control.

Hemiselluloosien talteenotto paineistetulla kuumavesiuutolla tuotetuista puu-uutteista

Puunjalostusteollisuus keskittyy tällä hetkellä lähinnä sellun ja paperin tuotantoon. Sellun tuotannossa käytetään puun komponenteista vain selluloosa. Puun muita pääkomponentteja ovat hemiselluloosa ja ligniini. Nämä yhdisteet ovat mahdollisia tulevaisuuden biomateriaalien lähtöaineita, mutta tähän mennessä ne on jätetty käyttämättä hyödyksi. Paineistettu kuumavesiuutto on menetelmä, jolla hemiselluloosat ja ligniinit olisi mahdollista erottaa puumateriaalista ennen sellunkeittoa, ja sen jälkeen fraktioida uutteesta erilleen jatkojalostusta varten. Fraktioinnista on tehty tutkimusta monella erilaisella menetelmällä ja eri menetelmiä yhdistelemällä. Tämä kandidaatin työ on kirjallinen työ, jossa käsitellään paineistettua kuumavesiuuttoa, sekä eri yksikköoperaatioita ja niiden mahdollisuuksia hemiselluloosan erotukseen puu-uutteista. Membraanisuodatus on menetelmä, jolla puu-uutteesta saadaan erotettua konsentroitu hemiselluloosafraktio. Membraanisuodatuksessa on kuitenkin puu-uutteiden tapauksessa havaittu ongelmia muun muassa kalvon likaantumisen kanssa. Yhdistämällä muutamia eri yksikköoperaatioita, saadaan parannettua membraanisuodatuksen tehoa, sekä hemiselluloosan puhtautta ja saantoa. Näitä mahdollisia yksikköoperaatioita ovat adsorptio, hapetus, saostus, kromatografiset menetelmät ja neste-nesteuutto.

Koron- ja valuutanvaihtosopimus sekä keskuspankkien päätösten vaikutus sen hintaan

Tutkimuksen tavoitteena on luoda kirjallisuuskatsaus koron- ja valuutanvaihtosopimuksen toimintaan ja hinnoitteluun, sekä tutkia vaikuttavatko eri keskuspankkien rahapoliittiset päätökset ja tapahtumat niiden hintaan. Talousteorian mukaan koron- ja valuutanvaihtosopimuksessa korkoeroa ei tulisi olla, vaan kyseisen korkokäyrän arvon tulisi olla nolla. Tästä huolimatta finanssikriisin jälkeen EURSEK koron- ja valuutanvaihtosopimuksen osto- ja myyntihinnan välinen erotus on kasvanut merkittävästi, mahdollistaen tiettyjen taloudellisten toimijoiden arbitraasivoitot. Tämä tutkimus on sekä kirjallisuuskatsaus että empiirinen tutkimus, jossa tutkitaan onko keskuspankkien päätöksillä tilastollisesti merkittävää vaikutusta EURSEK koron- ja valuutanvaihtosopimuksen korkokäyrään. Koska koron- ja valuutanvaihtosopimus on käytännössä koronvaihtosopimuksen sekä valuutanvaihtosopimuksen yhdistelmä, puramme tämän johdannaisen sekä korko- että valuuttaosaan ja tarkastelemme näiden kaikkien hinnanmuodostumista ensin erikseen, ja sitten yhdisteltynä koron- ja valuutanvaihtosopimuksena. Empiirisen osuuden aineistona on Euroopan keskuspankin sekä Ruotsin keskuspankin rahapoliittisia päätöksiä ja -tapahtumia syyskuulta 2008 kesäkuulle 2012, joita tutkimukseen valikoitui yhteensä 49 tutkittavaksi tapahtumaksi. Näiden tapahtumien tilastollista merkitystä EURSEK koron- ja valuutanvaihtosopimuksen toteutuneelle korkokäyrän liikkeille testattiin parittaisena t-testinä, jossa vertailtiin havaittua tuottoa eli todellista korkokäyrän liikettä odotettuun tuottoon joka on nolla. Testien perusteella tilastollista merkitystä ei havaittu. Tutkimusaineiston tapahtumia tutkittaessa käytettiin sekä kahden että viiden päivän tapahtumaikkunoita, jotta nähtäisiin lisäksi se, onko tapahtumaikkunan pituudella merkitystä saatuihin tuloksiin. Joitain eroja olikin havaittavissa, mutta molemmissa tapauksissa H0-hypoteesi hylättiin. Vaikka EKP:n ja Riksbankenin rahapoliittiset päätökset muokkaavatkin rahan tarjontaa eri markkinoilla, taloudellisten toimijoiden todellinen kysyntä ja tarjonta näyttävät muuttavan EURSEK koron- ja valuutanvaihtosopimusten korkokäyriä vielä enemmän.

Lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien kromatografinen fraktiointi

Väkevän hapon katalysoiman hydrolyysin avulla lignoselluloosasta on mahdollista valmistaa arvokkaita sokereita. Katalyyttinä toimiva happo voidaan käyttää uudelleen hydrolyysissä, jos se saadaan erotettua sokereista ilman neutralointia. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää, soveltuuko happoretardaatiotekniikka väkevähappohydrolysaatin fraktiointiin. Työssä verrattiin happoretardaatiotekniikkaa elektrolyyttiekskluusiotekniikkaan. Työn kirjallisuusosassa käsiteltiin happoretardaation ja elektrolyyttiekskluusion teoriaa. Lisäksi esiteltiin elektrolyyttiekskluusioon ja happoretardaatioon liittyviä tutkimuksia. Työn kokeellisessa osassa suoritettiin panoskromatografiakokeita käyttäen syöttöliuoksena rikkihappoa, etikkahappoa, glukoosia ja ksyloosia sisältävää synteettistä liuosta. Erotusmateriaaleina käytettiin neljää eri anionin- ja yhtä kationinvaihtohartsia. Kokeiden perusteella tutkittiin anioninvaihtohartsin tyypin ja kolonnin latauksen vaikutusta happoretardaatiotekniikalla saavutettavaan erotustulokseen sekä verrattiin elektrolyyttiekskluusiota happoretardaatioon. Työn tulosten perusteella rikkihappo laimeni happoretardaatiotekniikalla jopa 20-kertaisesti kromatografiakolonniin syötettyyn liuokseen verrattuna, riippumatta kolonnin latauksesta ja anioninvaihtohartsista. Rikkihapon laimenemisen vuoksi happoretardaatio ei soveltunut lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien fraktiointiin. Elektrolyyttiekskluusiotekniikalla rikkihapon laimeneminen oli merkittävästi vähäisempää, minkä vuoksi elektrolyyttiekskluusion todettiin soveltuvan happoretardaatiota paremmin lignoselluloosapohjaisten väkevähappohydrolysaattien fraktiointiin.

Ultraäänen käyttö ligniinin ja hemiselluloosan ertuksessa puu-uutteesta

Puusta valmistetussa puu-uutteessa on puun polymeerejä, ligniiniä ja hemiselluloosaa, joiden käyttöä halutaan lisätä biojalostamoissa. Polymeerit tulisi erottaa mahdollisimman puhtaasti jatkojalostusta varten. Erotus voidaan tehdä ultrasuodatuksella. Puu-uutetta pitää kuitenkin esikäsitellä, sillä polymeerit ovat lähes samankokoisia. Ultraäänikäsittelyn on osoitettu kasvattavan ligniinin moolimassaa, jolloin myös erotus parantuisi. Ultraäänikäsittely on aikaisemmin käytettyihin esikäsittelymenetelmiin verrattuna ympäristöystävällisempi, sillä sen käytössä ei tarvita erillisiä kemikaaleja. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka ultraäänikäsittely vaikuttaa ligniinin ja hemiselluloosan erotukseen PHWE-puu-uutteesta. Näytteen pH säädettiin emäksiseksi, näyte ultraäänikäsiteltiin eri koeolosuhteissa ja ultrasuodatettiin. Ultraäänikäsiteltyä näytettä verrattiin käsittelemättömään referenssinäytteeseen. Näytteet analysoitiin UV- ja TOC-analyyseillä konsentraattien ligniini- ja hiilipitoisuuksien selvittämiseksi. Lisäksi tarkasteltiin suodatusprosessin parametreja. Tulosten perusteella ultraäänikäsittely paransi ligniinin ja hemiselluloosan erotusta erilleen. Erotus parani eniten pH 12 -näytteessä, joka ultraäänikäsiteltiin 65 °C lämpötilassa, 45 minuutin ajan laiteteholla 175 W.