Ion-exchange resins as stationary phase in reactive chromatography

Dynamic behavior of bothisothermal and non-isothermal single-column chromatographic reactors with an ion-exchange resin as the stationary phase was investigated. The reactor performance was interpreted by using results obtained when studying the effect of the resin properties on the equilibrium and kinetic phenomena occurring simultaneously in the reactor. Mathematical models were derived for each phenomenon and combined to simulate the chromatographic reactor. The phenomena studied includes phase equilibria in multicomponent liquid mixture¿ion-exchange resin systems, chemicalequilibrium in the presence of a resin catalyst, diffusion of liquids in gel-type and macroporous resins, and chemical reaction kinetics. Above all, attention was paid to the swelling behavior of the resins and how it affects the kinetic phenomena. Several poly(styrene-co-divinylbenzene) resins with different cross-link densities and internal porosities were used. Esterification of acetic acid with ethanol to produce ethyl acetate and water was used as a model reaction system. Choosing an ion-exchange resin with a low cross-link density is beneficial inthe case of the present reaction system: the amount of ethyl acetate as well the ethyl acetate to water mole ratio in the effluent stream increase with decreasing cross-link density. The enhanced performance of the reactor is mainly attributed to increasing reaction rate, which in turn originates from the phase equilibrium behavior of the system. Also mass transfer considerations favor the use ofresins with low cross-link density. The diffusion coefficients of liquids in the gel-type ion-exchange resins were found to fall rapidly when the extent of swelling became low. Glass transition of the polymer was not found to significantlyretard the diffusion in sulfonated PS¿DVB ion-exchange resins. It was also shown that non-isothermal operation of a chromatographic reactor could be used to significantly enhance the reactor performance. In the case of the exothermic modelreaction system and a near-adiabatic column, a positive thermal wave (higher temperature than in the initial state) was found to travel together with the reactive front. This further increased the conversion of the reactants. Diffusion-induced volume changes of the ion-exchange resins were studied in a flow-through cell. It was shown that describing the swelling and shrinking kinetics of the particles calls for a mass transfer model that explicitly includes the limited expansibility of the polymer network. A good description of the process was obtained by combining the generalized Maxwell-Stefan approach and an activity model that was derived from the thermodynamics of polymer solutions and gels. The swelling pressure in the resin phase was evaluated by using a non-Gaussian expression forthe polymer chain length distribution. Dimensional changes of the resin particles necessitate the use of non-standard mathematical tools for dynamic simulations. A transformed coordinate system, where the mass of the polymer was used as a spatial variable, was applied when simulating the chromatographic reactor columns as well as the swelling and shrinking kinetics of the resin particles. Shrinking of the particles in a column leads to formation of dead volume on top of the resin bed. In ordinary Eulerian coordinates, this results in a moving discontinuity that in turn causes numerical difficulties in the solution of the PDE system. The motion of the discontinuity was eliminated by spanning two calculation grids in the column that overlapped at the top of the resin bed. The reactive and non-reactive phase equilibrium data were correlated with a model derived from thethermodynamics of polymer solution and gels. The thermodynamic approach used inthis work is best suited at high degrees of swelling because the polymer matrixmay be in the glassy state when the extent of swelling is low.

Sähköisen liiketoiminnan kehittäminen konsernitasolla

This thesis studies the transformation to utilizing e-business in corporate business activities. This transformation is called e-transformation. The transformation requires changes in both the IT infrastructure, as in the way things are done within the company. In this thesis the most focal needs for change are evaluated and solutions are suggested for the utilization of e-business at the corporate level. E-business sets demands to the corporate level management of customers, users and products. Also new kinds of demands are set to the IT systems used. A major practical problem in e-transformation is the growing need for the integration of corporate databases and information systems. In this thesis methods are sought to perform this integration. As an example, the challenges relating to the development of a CRM-system were examined. In this thesis the aim was to develop a model for an electronic portal with the help of which centralized electronic services can be offered to customers. In addition to the developed model, possible development phases were studied in the transformation to a portal as well as presenting a model of a multilevel portal.

Prosessijohtamisen soveltaminen metsäteollisuusyrityksessä

Tämän päivän metsäteollisuusyrityksillä on käynnissä kova kansainvälinen kilpailu. Prosessijohtamisen soveltamisella toimintaan mahdollistetaan menesty-minen kiristyvillä markkinoilla. Prosessijohtamista pidetään kilpailukyvyn parantamisen keinona, koska sitä soveltamalla voidaan tehostaa omaa toimintaa ja parantaa asiakaslähtöisyyttä. Tässä työssä esitellään prosessijohtamisen periaatteet ja terminologia yleisesti sekä sovelletaan sitä järjestelmällisesti sanomalehtipaperitehtaan toimintaan. Lisäksi työssä käydään läpi kohdeyrityksen harjoittama Business Intelligence-toiminta (BI) prosessijohtamisen keinoin. Tärkeimpänä tavoitteena työssä on selkeyttää ja lisätä tietoutta prosessijohtamisen toteuttamisesta metsä-teollisuudessa. Tutkimus antaa selkeän kuvan prosessijohtamisesta ja sen käytöstä sanomalehtipaperitehtaan toiminnassa. Diplomityö voi toimia mallina prosessijohtamisen toteuttamisesta toisenlaisessakin toimintaympäristössä yleistettävyytensä ansiosta. Kokonaisvaltainen prosessijohtamisen saattaminen yhtiön toimintaan on yksi työn kohdeyrityksen johdon asettamista tavoitteista ja strategioista toimintansa jatkuvassa kehittämisessä. Prosessijohtamisen soveltamisen hyödyt yhtiölle ovat kiistattomia.

On-line –jatkojalostuksen integrointi mäntysahan tuotantoprosessiin

Diplomityön tavoitteena oli selvittää erilaisia jatkojalostusmahdollisuuksia, joilla voidaan nostaa suuren mäntysahan tuotteiston arvoa. Lisäksi tuli tarkastella jalostuksen integrointia sahan tuotantoprosessiin. Työn taustalla on toisaalta puutuotemarkkinoiden muuttuminen ja toisaalta raaka-aineen laadullinen huononeminen. Molemmat seikat vaikuttavat negatiivisesti perinteisen mäntysahan kannattavuuteen .Jatkojalostuksen integroinnilla sahatavaraprosessiin saavutetaan säästöjä tuotantokustannuksissa, kun tarkastellaan koko prosessia tukista jatkojalosteeksi. Myös raaka-aineen tuottavuutta voidaan nostaa integraation avulla. Jatkojalostus voidaan integroida sahatavaraprosessiin raaka-aineen valikoinnilla sahatavaraprosessin eri osissa, on-line –jalostuksella sekä taloudellisesti. Sahatavaraprosessissa tapahtuva raaka-aineen valikointi voidaan suorittaa tukeista ja sahatavarasta. Valikointikriteerinä voi olla puun ominaisuudet, sahatavaran mitat ja laatu. Valikointiin voidaan nykyteknologiasta hyödyntää röntgentekniikkaa sekä konenäköä. On-line –jalostus tarkoittaa kiinteästi sahatavaraprosessiin liittyvää jalostusta, jolloin ns. turhia prosessivaiheita jää pois ja syntyy säästöjä. On-line –jalostuksen edellytys on raaka-aineen jonkin asteinen valikointi, esim. pituus. Taloudellisesti integroitu jalostus tarkoittaa, että jalostuslaitoksella pyritään nollatulokseen ja jalostuksen lisäarvo palautetaan sahan toimittamaan raaka-aineen hintaan. Tällainen toiminta yhtiön sisällä poistaa turhaa keskustelua raaka-aineen siirtohinnoista ja siten vapauttaa osaltaan resursseja tuottavampaan toimintaan. Erilaisten jatkojalostusmuotojen ja puun ominaisuuksien hyödyntämisen seulonnan perusteella löytyi yksi jalostusmuoto, jolla voidaan kohottaa mäntysahan tuotteiston arvoa. Työn tuloksena syntyi investointiehdotus aihiotankotuotannosta ikkunateollisuuden tarpeisiin. Raaka-aineen hyödynnettäviä ominaisuuksia ovat männyn sydänpuun luonnollinen kestävyys sekä keskimääräinen oksaväli. Valikointi tehdään välitukeista, joiden sahaamisen kannattavuus on männyn rungon osista heikoin. Aihiotankoprosessissa hyödynnetään konenäköä ja sormijatkostekniikkaa. Jatkojalostuksen integrointi sahatavaraprosessiin toteutetaan rakentamalla on-line –jalostuslaitos sekä soveltamalla röntgentekniikkaa raaka-aineen valinnassa.

SAHAUSTEKNOLOGIA TEOLLISILLA SAHALAITOKSILLA NYT JA TULEVAISUUDESSA

Diplomityössä on selvitetty teollisen sahaustekniikan nykytilaa ja sahausprosessissa käytettävien sahakoneiden teknistä kehitystä Pohjois- ja Keski-Euroopassa. Sahakonevalmistajia on tutkittu niiden tuottamien laitteiden kautta sekä yleisen saatavilla olevan taloudellisen ja tieteellisten tutkimusten tarjoaman informaation avulla. Tutkimuksessa mukana oleviin sahakoneisiin tutustuminen suoritettiin sahalaitosvierailuilla suomalaisilla sahalaitoksilla kevään 2002 aikana. Tieteellisten julkaisujen tietoja verrattiin samalla vallitsevaan tilanteeseen sahoilla. Samalla tehtyjen haastatteluiden avulla selvitettiin sahakoneisiin liittyvien investointien vaikuttimia. Haastatteluiden kohteena olivat sahateollisuuden tuotannosta ja teknisestä suunnittelusta sekä johtamisesta vastaavia henkilöitä erikokoisista sahateollisuusyrityksistä. Myös muutamat sahakonevalmistajien edustajat antoivat haastattelun omia laitteitaan koskien. Sahaustuotannon raaka-ainetilannetta tutkittiin tutkimusalueella maakohtaisesti. Sahaustekniikkana nelisahaus on vallitseva työstömuoto. Siinä käytettävät sahakoneet ovat pelkkahakkuri, joka hakettaa tukin sivut sivutuotehakkeeksi, profilointiyksiköt, jotka työstävät tukin tai pelkan pintaan sivutavarakappaleiden leveyden ennen tai jälkeen pyörösahayksiköitä, jotka erottavat sahatavarakappaleet toisistaan. Merkittävimmät oheislaitteet ovat tukin ja pelkan mittauslaitteet sekä tukinsyöttölaitteet, joiden perusteella puun käytön optimointi sahausprosessissa ja suuntaus sahakoneisiin tapahtuu. Mittatarkimmat ja tuotantonopeudeltaan nopeimmat pyörösahayksiköt ovat kaksiakselisia, profiloivia sahakoneita. Näillä ominaisuuksilla on suurin painoarvo myös sahojen investointisuunnittelussa nopean käyntiinajon lisäksi. Sahakoneiden kehitykseen vaikuttavia seikkoja ovat tulevaisuudessa tukkien koon pieneneminen istutusmetsien jalostuksen lisääntyessä ja suurten aarniometsien vähetessä. Terätekniikan kehitys on tuottaa edelleen ohuempia teriä teräohjaimin, luomalla teriin sisäisiä jännityksiä tai kehittämällä uusia terägeometrioita.

Biocide analysis, usability and stability

Biosidien toimittajat tavallisesti suorittavat biosidien annostelumäärien hallinnan paperi- ja kartonkiteollisuudessa. Useimmiten annostelun hallinta määritetään epäsuorilla menetelmillä, kuten esimerkiksi määrittämällä bakteerien kasvua. Biosidien tehoaineiden todellista konsentraatiota tai määrää prosessivesissä tai lopputuotteessa ei tavallisesti mitata. Diplomityössä kehitettiin kolmelle paperiteollisuudessa yleisesti käytetyllä biosidin tehoaineelle analyyttiset menetelmät. Menetelmät kehitettiin glutaraldehydille, 2,2-dibromi-3-nitriilipropionamidi:lle (DBNPA) ja 5-kloori-2-metyyli-4-isotiatsoliini-3-oni:lle (CMI). Kehitettyjä menetelmiä käytettiin tehoaineiden stabiilisuuden seuraamiseen vesiliuoksessa eri pH:ssa ja lämpötilassa. Lisäksi kartonkinäytteistä tehtiin uuttokokeita ja yritettiin kehittää uuttomenetelmät, joilla pystyttäisiin määrittämään biosidien tehoaineiden jäännöspitoisuuksia lopputuotteesta. Glutaraldehydille ja CMI:lle onnistuttiin kehittämään uuttomenetelmät, joilla pystyttiin määrittämään kartongista tutkittujen tehoaineiden jäännöspitoisuudet. Saadut tulokset vaikuttavat realistisilta. Glutaraldehydille ja DBNPA:lle tehtiin stabiilisuuskokeita ja tulokset ovat samankaltaisia mitä muut tutkijat ovat saaneet.

Kuivumiskutistuman yhteys massaseosten ominaisuuksien synergiseen käyttäytymiseen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää kuivumiskutistuman yhteyttä massojen synergiseen käyttäytymiseen. Kirjallisuusosassa on pohdittu kuitujen, kuitujen koostumuksen ja massaseosten ominaisuuksien vaikutusta kuivumiskutistumiseen. Lisäksi on pohdittu erilaisten kuivatustapojen vaikutusta kuivumiskutistuman suuruuteen ja SC-paperin mekaanisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osassa valmistettiin kiertovedellä seosarkkeja. Massoina seoksissa käytettiin hioketta, TMP:tä ja kahta eri valmistajan sellua, jotka molemmat koostuivat kuusesta ja männystä. Seosarkkeja kuivattiin vapaasti, estetysti ja siten, että arkkia vedettiin konesuunnassa 2 % ja siten, että arkin annettiin kutistua konesuunnassa 2 %. Vapaasti kutistuneista arkeista mitattiin kuivumiskutistuma, käyttäen mahdollisimman tarkkaa menetelmää, jotta saatiin selville kunkin massaseoksen ja puhtaan massan kutistumapotentiaali. Kokeellisen osan mittaustulosten perusteella työssä pohdittiin kuivumiskutistumisen yhteyttä massojen synergiseen käyttäytymiseen. Tuloksista käy ilmi, että kuivumiskutistumalla on yhteys massaseosten synergiseen käyttäytymiseen. Kuivumiskutistuma vaikuttaa eniten selluilla, joilla on suurin kutistumispotentiaali. Arkin kuivuessa, kuitujen kutistuessa, rikkoutuu arkissa jo syntyneitä sidoksia heikentäen mm. vetolujuutta. Sidoksien rikkoutuminen ilmenee selvästi valonsironnan kasvamisena, mutta myös palstautumislujuuden huonontumisena, joka kertoo sidosten vähentymisestä. Selluosuuden kasvattaminen vaikuttaa useimpien arkin ominaisuuksia huonontaen ja siis synergiaa huonontaen. Puhtaita massoja vertaillessa puhtailla selluilla on useimpien ominaisuuksien kohdalla huonoimmat suhteellisesti saavutetut lujuudet, joten selluista ei saada kaikkea lujuuspotentiaalia, mikä taas näkyy selvästi selluosuuden kasvaessa suurempana poikkeamina additiivisesti lasketuista lujuuksista. Mekaanisilla massoilla, joilla on pienempi kuivumiskutistuma, ei vaikutus ole niin voimakas kuin selluilla ja puhtaat mekaaniset massat säilyttävätkin ominaisuutensa paremmin kuin sellut.

Henkilökohtaisen päätelaitteen käyttö lähimaksujärjestelmässä

Henkilökohtaista luotettavaa päätelaitetta voidaan käyttää maksuvälineenä langattomissa maksujärjestelmissä. Päätelaitteen luotettavuus saadaan aikaan sen sisältämien tietojen salauksen ja käyttäjän tunnistuksen avulla. Kaupankäynnin tietoturvan kannalta järjestelmien tärkeimpiä tehtäviä ovat osapuolten tunnistaminen ja tietoyhteyden suojaaminen. Tässä työssä esitellään automaatti- ja ruokalamaksamisen järjestelmä, jossa käytetään maksuvälineenä Bluetooth-ominaisuudella varustettua kämmentietokonetta. Henkilökohtaisen luotettavan päätelaitteen vaatimuksia ja uhkia käydään läpi. Samoin erilaisia menetelmiä käyttäjän ja laitteiden tunnistukseen sekä tietoyhteyden suojaamiseen. Käyttäjän tunnistus perustuu julkisten avainten varmenteisiin, joihin on sisällytetty tietoa niin asiakkaasta, maksuvälineestä kuin maksumenetelmästäkin. Maksumenetelmäksi on valittu tilien käyttö. Tietoyhteyden suojaamiseen käytetään epäsymmetristä salausta.

A Segmentation Model for Hi-tech Business Markets

Segmentointi on strateginen työkalu, joka tehostaa yrityksen resurssien käyttöä ja siten vaikuttaa kaikkiin asiakkuuksiin liittyviin liiketoimintaprosesseihin. Työn tavoitteena oli muodostaa segmentointimalli (sisältää sekä segmentointiprosessin että kriteerit) yritysinternetmarkkinoille. Työn tuloksia voidaan kuitenkin tulkita ja soveltaa laajemmin korkean teknologian yrityspalvelumarkkinoille. Tämä tutkielma lisää tietämystämme ja tarjoaa uudenlaisen näkemyksen segmentointiin korkean teknologian yrityspalvelumarkkinoilla. Työssä kuvataan korkean teknologian ja yritys- sekä palvelumarkkinoinnin erityispiirteitä ja kuinka nämä tekijät vaikuttavat segmentointimallin. Tutkimuksessa selvitettiin kohdeyrityksen nykyiset segmentointikäytännöt henkilökohtaisin asiantuntijahaastatteluin. Haastatteluiden avulla luotiin kuva nykyisistä lähestymistavoista sekä niiden lähtökohdista, vahvuuksista ja haasteista. Haastatteluiden analysoinnin jälkeen perustettiin projekti segmentoinnin kehittämiseksi. Työ tuloksena luotiin segmentointimalli, joka tarjoaa vankan perustan segmentoinnin kehittämiselle jatkuvana prosessina. Työssä esitetään segmentoinnin integroimista yrityksen asiakkuuksiin liittyviin liiketoimintaprosesseihin, joka usein puuttuu aiemmista töistä, sekä informaationkulun tehostamista segmentoinnin hyödyntämiseksi tehokkaammin. Segmentointi on strateginen työkalu ja vaatii siksi ylemmän johdon tuen ja sitoutumisen. Oikein sovellettuna segmentointi tarjoaa liiketoiminnalle mahdollisuuden merkittäviin etuihin kuten asiakastyytyväisyyden ja kannattavuuden kehittämiseen.

Jätevesilaitosten mallinnus

TäTässä työssä tarkastellaan jäteveden biologiseen puhdistukseen käytettävän aktiiviliete-prosessin kuvaamista matemaattisen mallintamisen avulla. Jäteveden puhdistus on jo vanha keksintö ja aktiivilieteprosessikin on otettu ensimmäisen kerran pilot- käyttöön vuonna 1914. Myös jätevesilaitosten matemaattinen mallintaminen on ollut pitkään tunnettu tekniikka ja ensimmäiset dynaamiset mallit kehitettiin 1950–luvulla. Työn alkuosassa on tarkasteltu jätevesilaitosten matemaattista mallintamista kirjallisuus-lähteiden pohjalta. Tarkastelun painopiste on suunnattu erilaisiin matemaattisiin malleihin ja mallintamisen kehitykseen. Mallintamisen ohessa on kiinnitetty huomiota aktiiviliete-prosessiin ja siihen vaikuttaviin tekijöihin. Mallintamiseen vaikuttavista tekijöistä erityistä huomiota on kiinnitetty ilmastukseen, bakteerien kasvuun ja selkeytykseen sekä niiden vaikutuksiin prosessin kannalta. Matemaattisen mallintamisen tarkastelun jälkeen työssä on pohdittu CFD–mallintamisen hyödyntämismahdollisuuksia aktiivilieteprosessien kuvaamisessa. Mallintamisosiossa on tarkasteltu Activated Sludge Model No. 3 (ASM 3) mallin rakennetta ja sisältöä sekä sen eri tekijöiden vaikutuksia malliin. Työn tässä osassa on tarkasteltu myös hapensiirtoa ilmastuksessa ilmakuplista veteen ja selkeytystä osana aktiivilieteprosessia. Tässä osiossa on käyty läpi myös kaikki prosessin kannalta oleelliset yhtälöt, esimerkiksi reaktionopeus- ja massataseyhtälöt.

Hankintatoimen päätöksentekomallin kehittäminen rakennus-teollisuudessa

Työn tarkoituksena on kehittää omaperustaiseen toimitilarakentamiseen soveltuva hankintatoimen päätöksentekomalli. Keskeisintä on ohjata päätöksentekoprosessia pois osaoptimointipäätöksistä kohti yhteisiä tavoitteita tukevia päätöksiä. Hankintatoimen vaikutusmahdollisuus koko hankkeen onnistumiseen ja sujumiseen on keskeinen. Työssä analysoitiin nykyinen hankintaprosessi ja nykyiset hankintatoimeen vaikuttavat tekijät. Tieto kerättiin haastattelemalla hankintahenkilökuntaa, yhtä suurta toimittajaa sekä tutustumalla aiheesta tehtyihin kirjallisiin tutkimuksiin. Suurimpina ongelmien aiheuttajana on hankkeen eri osapuolten yhteistyön ohuus, hankkeen prosessien puutteellinen linkitys, kyvyttömyys vaikuttaa päätöksiin oikealla hetkellä, suunnittelun ohjaus ja johtaminen, lyhytjänteisyys eri osapuolten kesken ja hankinnassa käytettävien kriteereiden suppeus. Työn tuloksena muodostettiin hankintatoimen päätöksentekomalli, jossa hanke on jaettu ajallisesti neljään osittain päällekkäiseen vaiheeseen. Vaiheet ovat ideavaihe, suunnitteluvaihe, joka on myös prosessien päätöksentekovaihe, rakentamisvaihe, joka on prosessien ohjausvaihe, sekä jälkihoitovaihe. Vaiheiden sisältämät tehtävät, tehtävien tavoitteet, käytettävät keinot, tehtävän vastuut ja osallistujat sekä tehtävään liittyvän päätöksenteon kriteerit sisältyvät malliin. Keskeisimpiä asioita tehokkaan hankintatoimen rakentamisessa on toimiva ja strategisesti johdettu hankintaorganisaatio, toimittajasuhteiden syvyys ja suunnittelun johtamisen sekä ohjaamisen hallinta.

Arinan hydraulisen käytön tuotekehitys ja kunnonvalvolvonta

Tämän insinöörityön aiheen tarjosi Wärtsilä Biopower Oy. Tutkimuksen tavoitteena oli BioGrate-arinan hydrauliikan tuotekehitys ja käyttölaitteiston kunnonvalvonnan tehostaminen. Arinan käyttölaitteiston toiminnasta ei saatu aikaisemmin muuta tietoa laitoksen valvontajärjestelmään kuin hydraulisten käyttösylinterien liike induktiivisista rajakytkimistä. Arinakehä saattoi pysähtyä käyttölaitteiston mekaanisen vian vuoksi. Tätä ei pystytty välittömästi havaitsemaan, koska hydrauliikka jatkoi normaalisti toimintaansa. Teoriassa käyttösylinterin paineen pitäisi työliikkeen aikana nousta vain virtausvastusten ja omien sisäisten kitkavastusten verran, jos sylinterillä ei ole ulkopuolista kuormaa. Tutkimukset käyttösylinterien painetasoista laitoksen toiminnan aikana tehtiin kahdella paikkakunnalla Suomessa. Mittauksissa käytettiin kannettavaa mittauslaitteistoa ja tilapäisesti asennettuja paineenmittauspisteitä. Myönteisten mittaustulosten perusteella suunniteltiin kiinteän painemittauslaitteiston tuotteistamista markkinoitavaksi voimalaitostarjouksien yhteyteen. Ensimmäinen paineenmittauslaitteiston kiinteä asennus on tehty Amel 1 BioPower-laitokseen Belgiassa. Tuotekehitystä vaativia kohteita olivat käyttösylinterien kiinnitys ja männänvarsien tiivistyksen kestävyyden parantaminen. Tutkimuksen kohteena oli myös hydrauliikkasylinterien korvaaminen sähköisillä karamoottoreilla. Arinakäytön työntötangoille tehtiin nurjahdustarkastelu. Näihin tuotekehityskohteisiin löytyi uusia rakenneratkaisuja, jotka vaativat lisää käytännön testaustyötä. Karamoottorit eivät olleet soveliaita tähän käyttökohteeseen. Työntötankojen lujuuslaskennalla saavutettu mitoitus ja oikea materiaalivalinta varmistavat osien kestävyyden.