Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

Suojakaasuseoksen koostumuksen vaikutus CO2-laser-MAG-hybridihitsauksessa

Hitsaavassa teollisuudessa kilpailukyvyn säilyttäminen edellyttää hitsauksen tehokkuuden nostoa. Niinpä metalliteollisuus etsii kuumeisesti uusia yhä tehokkaampia hitsausmenetelmiä. CO2-laserin ja MAG:in yhdistelmän muodostamalla hybridihitsauksella saadaan aikaan syvä tunkeuma kuten laserhitsauksessa, mutta sallitaan laserhitsausta väljemmät railotoleranssit. Samalla muodonmuutokset vähenevät huomattavasti verrattuna perinteiseen kaarihitsaukseen. Kaariavusteisessa laserhitsauksessa yhdistetään laserhitsaukseen perinteinen kaarihitsaus eli MIG/MAG-, TIG- tai plasmahitsaus. Menetelmää voidaan kutsua myös hybridihitsaukseksi ja sillä hyödynnetään molempien prosessien edut välttyen yksittäisten prosessien haitoilta. Prosessin haittapuolena on parametrien suuri määrä, joka on rajoittanut menetelmän käyttöönottoa. Diplomityössä tutkittiin suojakaasuseoksen koostumuksen vaikutusta rakenneteräksen CO2-laser-MAG-hybridihitsauksessa. Laserhitsauksen ja MAG-hitsauksen suojakaasuvirtaukset yhdistettiin siten, että heliumseosteinen suojakaasu tuotiin MAG-polttimen kaasukuvun kautta. Suojakaasun heliumpitoisuus nostettiin niin korkeaksi, että estettiin laserhitsauksen muodostaman plasman syntyminen. Samalla hitsauskokeissa opittiin paremmin ymmärtämään prosessia ja sen parametrien riippuvuutta toisiinsa. Tutkitut suojakaasuseokset koostuivat heliumista, argonista ja hiilidioksidista. Hitsauskokeiden perusteella havaittiin, että suojakaasuseoksen optimaalinen heliumpitoisuus on 40-50 %. Tällöin laserin tunkeumaa häiritsevää plasmapilveä ei synny ja prosessi on stabiili. Päittäisliitosten hitsauksessa suojakaasuseoksen 2 %:n CO2-pitoisuudella saadaan aikaan hyvin vähän huokosia sisältävä hitsi, jonka tunkeumaprofiilin muoto ja liittymä perusaineeseen on juoheva. Pienaliitoksilla 7 %:n CO2-pitoisuudella prosessi pysyy stabiilina ja vähäroiskeisena. Tunkeuma hieman levenee hitsin keskeltä ja hitsin liittyminen perusaineeseen on juoheva.CO2-laser-MAG-hybridihitsauksella aikaansaadaan laadukkaita hitsejä taloudellisesti, mikäli käytetyt parametrit ovat oikein valittuja. Parametrit on sovitettava jokaiseen hitsaustapaukseen erikseen, eikä niitä välttämättä voida suoraan käyttää toisessa tapauksessa.

PREVENTION OF CHILLING INJURY IN 'TOMMY ATKINS' MANGOES PREVIOUSLY STORED AT 5 ºC, USING HEAT TREATMENT AND RADIATION UV (UV-C)

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the effect of heat treatment and ultraviolet radiation (UV-C) in the prevention of chilling injury in mangoes cv. Tommy Atkins previously stored or not under injury condition after their transference to ambient condition. Fruits were divided into groups: two were hydrothermally treated (46.1 ºC/90 min; 55 ºC/5 min) and two were exposed to UV-C radiation (1.14 kJ m-2; 2.28 kJ m-2). These groups were stored under chilling injury conditions (5 ºC for 14 days), as established in preliminary tests. Other untreated groups were stored at 12 ºC or 5 ºC. After the storage period, they were transferred to ambient conditions (21.9 ºC; 55% RH) and the quality was evaluated. All the data were submitted to multivariate analysis as the tool to verify the simultaneous effect of the treatments under the quality parameters. The multivariate analysis indicated that the hydrothermal treatments at 46.1 °C/90 min and 55 °C/5 min and the UV-C radiation at doses of 1.14 kJ m-2 and 2.28 kJ m-2 were effective in minimized the symptoms of chilling injury in mangoes ‘Tommy Atkins’ stored at 5 °C for 14 days. However, after their transference to environmental condition at 21.9 °C, only the UV-C kept this control, especially at a dose of 2.28 kJ m-2. This treatment did not prevent the development of the characteristic color or affected the normal ripening and allowed the conservation of fruit for a period of 14 days at 5 °C, plus seven days of storage at environmental condition, which corresponds to the shipping transportation plus the time for sale.

Particle shape and orientation in laser diffraction and static image analysis size distribution analysis of micrometer sized rectangular particles

Laser diffraction (LD) and static image analysis (SIA) of rectangular particles [United States Pharmacopeia, USP30-NF25, General Chapter <776>, Optical Miroscopy.] have been systematically studied. To rule out sample dispersion and particle orientation as the root cause of differences in size distribution profiles, we immobilize powder samples on a glass plate by means of a dry disperser. For a defined region of the glass plate, we measure the diffraction pattern as induced by the dispersed particles, and the 2D dimensions of the individual particles using LD and optical microscopy, respectively. We demonstrate a correlation between LD and SIA, with the scattering intensity of the individual particles as the dominant factor. In theory, the scattering intensity is related to the square of the projected area of both spherical and rectangular particles. In traditional LD the size distribution profile is dominated by the maximum projected area of the particles (A). The diffraction diameters of a rectangular particle with length L and breadth B as measured by the LD instrument approximately correspond to spheres of diameter ØL and ØB respectively. Differences in the scattering intensity between spherical and rectangular particles suggest that the contribution made to the overall LD volume probability distribution by each rectangular particle is proportional to A2/L and A2/B. Accordingly, for rectangular particles the scattering intensity weighted diffraction diameter (SIWDD) explains an overestimation of their shortest dimension and an underestimation of their longest dimension. This study analyzes various samples of particles whose length ranges from approximately 10 to 1000 μm. The correlation we demonstrate between LD and SIA can be used to improve validation of LD methods based on SIA data for a variety of pharmaceutical powders all with a different rectangular particle size and shape.

Optimizing nozzle flow in laser cutting

The purpose of this study was to investigate different laser cutting nozzles, nozzle flows and possibilities to improve nozzle flow. Another goal was to design new nozzle configuration in which laser cutting would succeed with better cutting speed and smaller gas consumption. Nozzles and nozzle flows were studied with various methods. Computational fluid dynamics was used to calculate old, convergent nozzles and new convergent-divergent nozzles. Measurement apparatus was used to measure both nozzle types. In cutting tests different materials were cut with new nozzles. With the use of design convergent-divergent nozzles 25 % better cutting speed and 33 % smaller gas consumption were achieved when cutting quality was good. Computational fluid dynamics was also discovered to be useful aid in nozzle design.

Determination and characterization of quinolones in foodstuffs of animal origin by CE-UV, LC-UV, LC-Fl, LC-MS and LC-MS/MS

In this work methods for the multiresidue determination of the series of quinolones include in the European regulation in food of animal origin are de veloped and validated in line with Commission Decision 2002/657/EC in terms of linearity, decision limit, capability detection, precision and stability. Mult iresidue methods were established to allow the determination of quinolones covered by EU legislation in 2377/90/EC in muscle of chicken, turkey, pig and cow, plasma of cow and pig, liver of pig and milk of cow. First an extraction step was optimized and a SPE step was applied to clean!up and preconcentrate quinolones prior to their separation by CE or LC and determination by CE!UV, LC!UV, LC!Fl, LC!MS with different ion sources (ESI ,ApCI) and different mass analyser (Q, ToF) and LC!E SI!QqQ tandem mass spectrometry. The limits of quantification obtained are always lower than Maxim um Residue Limit (MRL) established by EU for quinolones in animal products and they can be applied to the control of quinolones in foodstuffs of animal origin . Finally the proposed methods were applied to determine quinolones in samples of turkey and pig muscle, pig plasma and milk of cow. Excellent quality parameters and reduced time of analysis were obtained when LC!ESI!MS/MS is used, although the others techniques presented too satisfactory results.

Les traitements laser en dermatologie pédiatrique [Laser treatments in pediatric dermatology].

Lasers in pediatric dermatology were developed as a result of the treatment of port-wine stains. Infantile hemangiomas may benefit, in some cases, from laser treatment as well as venous and lymphatic malformations. For certain pigmented lesions, as well as some hamartomas, laser treatments are a credible alternative to surgical resection. Bum scars are improved by lasers which stimulate collagen remodeling. Furthermore, hair removal of congenital and acquired hypertrichosis can relieve psychosocial discomfort and improve quality of life. The management of pain and fear of children undergoing laser treatment, using either topical or general anesthesia, remains of central importance.

Assessment of the role of LASER-Doppler in the treatment of port-wine stains in infants.

BACKGROUND: Port-wine stains (PWS) are malformations of capillaries in 0.3% of newborn children. The treatment of choice is by pulsed dye LASER (PDL), and requires several sessions. The efficacy of this treatment is at present evaluated on the basis of clinical inspection and of digital photographs taken throughout the treatment. LASER-Doppler imaging (LDI) is a noninvasive method of imaging the perfusion of the tissues by the microcirculatory system (capillaries). The aim of this paper is to demonstrate that LDI allows a quantitative, numerical evaluation of the efficacy of the PDL treatment of PWS. METHOD: The PDL sessions were organized according to the usual scheme, every other month, from September 1, 2012, to September 30, 2013. LDI imaging was performed at the start and at the conclusion of the PDL treatment, and simultaneously on healthy skin in order to obtain reference values. The results evidenced by LDI were analyzed according to the "Wilcoxon signed-rank" test before and after each session, and in the intervals between the three PDL treatment sessions. RESULTS: Our prospective study is based on 20 new children. On average, the vascularization of the PWS was reduced by 56% after three laser sessions. Compared with healthy skin, initial vascularization of PWS was 62% higher than that of healthy skin at the start of treatment, and 6% higher after three sessions. During the 2 months between two sessions, vascularization of the capillary network increased by 27%. CONCLUSION: This study shows that LDI can demonstrate and measure the efficacy of PDL treatment of PWS in children. The figures obtained when measuring the results by LDI corroborate the clinical assessments and may allow us to refine, and perhaps even modify, our present use of PDL and thus improve the efficacy of the treatment.

Laser Doppler -vibrometrin käyttöönotto tärinämittauksissa

Tässä insinöörityössä otettiin käyttöön VTI Technologies Oy:lle hankittu laser Doppler - vibrometri, joka mittaa tärinää perustuen valon Dopplerin siirtymään. Työn tavoitteena oli perehtyä mittauslaitteistoon, muodostaa sille näytteenottolaitteisto ja käytännössä arvioida sen kyvykkyyttä mitata tärinää ja tuottaa uutta informaatiota. Työn teoreettisessa osuudessa perehdytään laser Doppler -vibrometrin teknologiaan ja toimintaperiaatteeseen sekä värähtelevien systeemien dynamiikkaan ja mallintamiseen. Työn käytännön osuuden suorittamiseksi perehdyttiin myös tärinätestauslaitteiston toimintaan, analogiasignaalin näytteenottoon sekä diskreettiin Fourier-muunnokseen perustuvaan signaalin spektrianalyysiin. Työssä käsitellään myös laser-mittauksen kohinalähteitä ja spektrianalyysin virhelähteitä. Työn käytännön osuudessa ohjelmoitiin Labview-mittausohjelmisto näytteenottolaitteistolle. Mittausohjelmistolla voidaan näytteistää vibrometrin mittaussignaalia ja muodostaa sen taajuusspektri. Mittauskohteita tässä työssä olivat kulmakiihtyvyystäryttimen mekaanisen liikkeen mittaus ja elementtikiekkosahan terän värähtelyjen mittaus. Mittaustulokset kulmakiihtyvyystäryttimestä osoittivat sen mekaanisen liikkeen säröytyvän voimakkaasti, johtuen todennäköisesti sen testialustan rakenteesta. Testialustan rakennetta tullaan kehittämään ja mittaukset toistetaan. Mittaustuloksiin elementtikiekkosahasta tuli suhtautua epäillen, koska mittaussignaalin intensiteetti oli erittäin heikko. Mittausten onnistuminen Laser Doppler -vibrometrillä edellyttää riittävää mittauskohteesta takaisinheijastuneen laser-valon intensiteettiä. Mittaustulokset osoittivat laser Doppler -vibrometrin olevan hyödyllinen työkalu tutkivassa tärinämittauksessa. Mittauskohteet, joiden pinta heijastaa huonosti valoa ja joihin ei voi asentaa erityistä heijastavaa teippiä, ovat kuitenkin haaste ja asettavat rajoituksen laser Doppler -vibrometrin käyttömahdollisuuksille. Tämän työn mittaustuloksia voidaan käyttää kulmakiihtyvyystäryttimen uusintamittausten vertailukohtana, kun arvioidaan kehitystyön onnistumista. Tätä työtä voidaan käyttää myös laser Doppler -vibrometrin ohjekirjana tärinämittauksissa.

Domain matched epitaxial growth of Bi1.5Zn1Nb1.5O7 thin films by pulsed laser deposition

Bi1.5Zn1Nb1.5O7 (BZN) epitaxial thin films were grown by pulsed laser deposition on Al2O3 with a double ZnO buffer layer through domain matching epitaxy (DME) mechanism. The pole figure analysis and reciprocal space mapping revealed the single crystalline nature of the thin film. The pole figure analysis also shows a 60º twinning for the (222) oriented crystals. Sharp intense spots in the SAED pattern also indicate the high crystalline nature of BZN thin film. The Fourier filtered HRTEM images of the BZN-ZnO interface confirms the domain matched epitaxy of BZN with ZnO buffer. An electric field dependent dielectric tunability of 68% was obtained for the BZN thin films with inter digital capacitors patterned over the film.