Pituusleikkureiden 3D-suunnittelun kehittäminen

Tämä diplomityö tehtiin Valmet Technologies Oy:n Järvenpään toimipisteelle. Työn tavoitteena oli tutkia miten pituusleikkureiden 3D-suunnittelua voidaan tehostaa hyödyntämällä uuden 3D-CAD -järjestelmän ominaisuuksia optimaalisesti. Työ koostuu teoriaosuudesta, haastattelututkimuksesta sekä käytännön osuudesta. Teoriaosuudessa perehdytään pituusleikkurin toimintaan ja rakenteeseen, 3D-suunnittelun teoriaan sekä CATIA-järjestelmään. Teoriaosuudessa etsitään myös uusia näkökulmia 3D-suunnitteluun. Haastattelututkimuksessa kartoitetaan nykyinen suunnitteluprosessi, suunnittelun kehitettäviä kohteita, sekä käytössä olevia suunnittelumenetelmiä, jotka ovat todettu toimiviksi. Haastattelututkimuksessa haastatellaan Valmet Technologies Oy:n Järvenpään toimipisteessä työskenteleviä pituusleikkureiden pääsuunnittelijoita sekä heidän esimiehiään. Lisäksi erillisten haastattelujen avulla kerätään kokemuksia CATIA V6 -ohjelmiston käytöstä sekä suunnitteluohjelmiston vaihtumisesta. Käytännön osuuden tavoitteena on arvioida pituusleikkurin parametroitujen mallirakenteiden siirtämiseen sekä korjauksiin kuluvia aikamääriä kyseisiin toimenpiteisiin tarvittavien resurssien määrittämiseksi. Käytännön osuudessa siirretään kaksi Valmet OptiWin Drum Compact -pituusleikkurin parametroitua osakokonaisuutta uuteen CAD-järjestelmään ja niille suoritetaan tarvittavat korjaustoimenpiteet Tutkimuksen tulosten perusteella yhteisen mallinnusmetodologian puuttuminen on merkittävin kehityskohde suunnittelun kehittämisessä. Lopuksi luotiin kehitysehdotukset sekä implementointisuunnitelma, joiden avulla pituusleikkureiden 3D-suunnittelua voidaan kehittää ja CATIA V6 -ohjelmisto voidaan ottaa käyttöön tehokkaasti.

Päällystävän paperikoneen vesikiertojen mallinnus

Työssä mallinnettiin kevyesti päällystettyjä aikakauslehtipapereita valmistavan paperikoneen vesikierrot Balas-ohjelman avulla. Mallin avulla selvitettiin paperikoneelle suunniteltujen muutosten vaikutuksia haitallisten aineiden tasoihin, muihin mallinnettuihin parametreihin ja vedenkulutukseen. Mallin luotettavuutta testattiin käytännössä tehdyillä muutoksilla. Vesinäytteistä haitallisina aineina tarkasteltiin lipofiilisten uuteaineiden, kalsiumin, alumiinin, raudan, piin ja sulfaatin pitoisuuksia. Pohjapaperinäytteistä määritettiin lipofiilisten uuteaineiden sekä kalsiumin ja alumiinin pitoisuudet. Paperikoneelle suunniteltuja muutoksia olivat kiekkosuodattimien kirkkaan suodoksen käyttö viiraosan suihkuvetenä ja päällystyksen yhteydessä syntyvän pastajätteen käyttö pohjapaperin täyteaineena. Kirkkaan suodoksen käytön lisäämisellä pyrittiin vähentämään raakaveden käyttöä. Pastajäte sisältää arvokkaita raaka-aineita, jotka kannattaisi hyödyntää paperitehtaalla. Nykyisin pastajäte kuljetetaan läjitysalueelle. Balas-mallin todettiin mallintavan melko luotettavasti liuenneiden haitallisten aineiden pitoisuuksien sekä muista parametreista muun muassa sakeuden ja tuhkapitoisuuden muutoksia. Pastajätteen palautuksen mallinnuksessa haitallisten aineiden pitoisuudet laskivat prosessissa. Tämä toteutui koeajossa, koska jätepastasta suurin osa oli vettä, joka huuhtoi prosessia. Kirkkaan suodoksen käyttö suihkuvetenä ei nostanut epäorgaanisten haitallisten aineiden pitoisuuksia niin paljon kuin malli ennusti. Todennäköisesti haitalliset aineet saostuivat tai poistuivat tuotteen mukana prosessista. Kirkassuodos-koeajon aikana otetussa pohjapaperinäytteessä kiinteän kalsiumin pitoisuus oli 40 % ja kiinteän alumiinin pitoisuus 11 % korkeampi mutta uuteaineiden pitoisuus 20 % alhaisempi kuin referenssipohjapaperissa.

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.

Sinkkirikasteen liuotusprosessin kineettinen mallinnus

Työssä on tehty kineettinen simulointimalli sinkkirikasteen liuotusprosessista. Prosessi on pieni osa Kokkolan sinkinvalmistusprosessia, jonka muita osia ovat: pasutus, neutraaliliuotus, konversio, liuospuhdistus ja elektrolyysi. Rikasteen liuotukseen tulee konversioprosessin liuos ja liuotuksesta lähtevä neste menee takaisin neutraaliliuotukseen. Saostunut jarosiitti läjitetään. Kokkolan liuotusprosessi koostuu liettoreaktorista ja kahdesta neljän liuotusreaktorin sarjasta. Liuotukseen syötetään paluuhappoa liettoreaktoriin ja liuotuspiirien ensimmäisiin liuotusreaktoreihin. Happea syötetään kaikkiin liuotusreaktoreihin. Prosessin mallintamiseen käytettiin Aspen Plus-simulointiohjelmaa, johon pystyttiin syöttämään kineettisiä yhtälöitä. Reaktionopeusyhtälöitä käytettiin raudan hapetuksen, sulfidien liuotuksen ja jarosiitiin saostumisen mallintamiseen, eli kaikkiin liuotusreaktoreissa tapahtuviin reaktioihin. Kineettiset yhtälöt etsittiin kirjallisuudesta. Liettoreaktori puolestaan mallinnettiin syöttämällä ohjelmaan reaktioyhtälöt ja antamalla niille etenemisasteet. Jarosiitin liukenemisesta työssä on tehty laboratoriokokeita, koska aiheesta ei kirjallisuudesta löytynyt kineettistä tietoa. Liuotuskokeissa käytetyn kiintoaineen kuitenkin todettiin sisältävän liikaa götiittiä, että tuloksista olisi voitu laskea kinetiikkaa jarosiitin liukenemiselle. Simulointimallilla laskettiin yksi tapaus vertailukohdaksi, johon malliin tehtyjä muutoksia verrattiin. Mallilla tutkittiin konversiosta tulevan jarosiitin määrän vaikutusta, reaktorikoon merkitystä ja rikasteen liuotuksen sekä jarosiitin saostuksen reaktionopeuksien muutoksen vaikutuksia. Käytetyillä kineettisillä yhtälöillä reaktioiden todettiin tarvitsevan vain ¾ käytetystä reaktiotilavuudesta, rikasteen liuotusnopeuden kohtalaisen pienellä hidastamisen todettiin vähentävän sinkin saantoa ja jarosiitin saostuksen reaktionopeuden kasvulla todettiin myös olevan negatiivinen vaikutus sinkin saantoon. Simulointimallissa käytettyjen reaktionopeusyhtälöiden varmentaminen kokeilla todettiin tarpeelliseksi, sillä jo kohtalaisen pienillä muutoksilla havaittiin olevan merkitystä prosessin toimivuuteen. Lisäksi todettiin jarosiitin liukenemisen huomioimisen olevan tarpeen.

Kiertoleijupetikattilateknologia ja sen matemaattinen mallinnus energiantuotantoprosessissa

Työn teoreettisessa osuudessa tehdään katsaus kiertoleijupetiteknologian eri osa-alueisiin: leijupedin virtausdynamiikkaan, hiukkaserottimeen ja kiintoaineen palautusmekanismiin. Myös teknologian historiaa ja muita käyttötarkoituksia energiantuotannon ohella käydään läpi. Termodynamiikkaa sekä lämmönsiirron ja voimalaitosprosessien teoriaa käsitellään mallinnuksessa tarvittavilta osin. Mallinnusosiossa käydään läpi kiertoleijupetihöyrykattilan matemaattisen mallin tekoprosessia. Malli perustuu yleisesti saatavilla oleviin yhtälöihin ja korrelaatioihin. Mallintaminen koostuu höyrykattilan jakamisesta lämpöpintoihin ja niiden mitoittamisesta. Mallissa esitetään myös näkemys siitä, miten lämpö siirtyy savukaasuun ja miten petimateriaalin kierto tapahtuu tulipesässä.

Solid Lipid Nanoparticles For Hydrophilic Biotech Drugs: Optimization And Cell Viability Studies (caco-2 & Hepg-2 Cell Lines).

Insulin was used as model protein to developed innovative Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) for the delivery of hydrophilic biotech drugs, with potential use in medicinal chemistry. SLNs were prepared by double emulsion with the purpose of promoting stability and enhancing the protein bioavailability. Softisan(®)100 was selected as solid lipid matrix. The surfactants (Tween(®)80, Span(®)80 and Lipoid(®)S75) and insulin were chosen applying a 2(2) factorial design with triplicate of central point, evaluating the influence of dependents variables as polydispersity index (PI), mean particle size (z-AVE), zeta potential (ZP) and encapsulation efficiency (EE) by factorial design using the ANOVA test. Therefore, thermodynamic stability, polymorphism and matrix crystallinity were checked by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Wide Angle X-ray Diffraction (WAXD), whereas the effect of toxicity of SLNs was check in HepG2 and Caco-2 cells. Results showed a mean particle size (z-AVE) width between 294.6 nm and 627.0 nm, a PI in the range of 0.425-0.750, ZP about -3 mV, and the EE between 38.39% and 81.20%. After tempering the bulk lipid (mimicking the end process of production), the lipid showed amorphous characteristics, with a melting point of ca. 30 °C. The toxicity of SLNs was evaluated in two distinct cell lines (HEPG-2 and Caco-2), showing to be dependent on the concentration of particles in HEPG-2 cells, while no toxicity in was reported in Caco-2 cells. SLNs were stable for 24 h in in vitro human serum albumin (HSA) solution. The resulting SLNs fabricated by double emulsion may provide a promising approach for administration of protein therapeutics and antigens.

The Crystal-t Algorithm: A New Approach To Calculate The Sle Of Lipidic Mixtures Presenting Solid Solutions.

Lipidic mixtures present a particular phase change profile highly affected by their unique crystalline structure. However, classical solid-liquid equilibrium (SLE) thermodynamic modeling approaches, which assume the solid phase to be a pure component, sometimes fail in the correct description of the phase behavior. In addition, their inability increases with the complexity of the system. To overcome some of these problems, this study describes a new procedure to depict the SLE of fatty binary mixtures presenting solid solutions, namely the Crystal-T algorithm. Considering the non-ideality of both liquid and solid phases, this algorithm is aimed at the determination of the temperature in which the first and last crystal of the mixture melts. The evaluation is focused on experimental data measured and reported in this work for systems composed of triacylglycerols and fatty alcohols. The liquidus and solidus lines of the SLE phase diagrams were described by using excess Gibbs energy based equations, and the group contribution UNIFAC model for the calculation of the activity coefficients of both liquid and solid phases. Very low deviations of theoretical and experimental data evidenced the strength of the algorithm, contributing to the enlargement of the scope of the SLE modeling.

Assessment Of Robustness On Analysis Using Headspace Solid-phase Microextraction And Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography Through Experimental Designs.

Plackett-Burman experimental design was applied for the robustness assessment of GC×GC-qMS (Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography with Fast Quadrupolar Mass Spectrometric Detection) in quantitative and qualitative analysis of volatiles compounds from chocolate samples isolated by headspace solid-phase microextraction (HS-SPME). The influence of small changes around the nominal level of six factors deemed as important on peak areas (carrier gas flow rate, modulation period, temperature of ionic source, MS photomultiplier power, injector temperature and interface temperature) and of four factors considered as potentially influential on spectral quality (minimum and maximum limits of the scanned mass ranges, ions source temperature and photomultiplier power). The analytes selected for the study were 2,3,5-trimethylpyrazine, 2-octanone, octanal, 2-pentyl-furan, 2,3,5,6-tetramethylpyrazine, and 2-nonanone e nonanal. The factors pointed out as important on the robustness of the system were photomultiplier power for quantitative analysis and lower limit of mass scanning range for qualitative analysis.

Chemical Immobilization Of Crosslinked Polymeric Ionic Liquids On Nitinol Wires Produces Highly Robust Sorbent Coatings For Solid-phase Microextraction.

Super elastic nitinol (NiTi) wires were exploited as highly robust supports for three distinct crosslinked polymeric ionic liquid (PIL)-based coatings in solid-phase microextraction (SPME). The oxidation of NiTi wires in a boiling (30%w/w) H2O2 solution and subsequent derivatization in vinyltrimethoxysilane (VTMS) allowed for vinyl moieties to be appended to the surface of the support. UV-initiated on-fiber copolymerization of the vinyl-substituted NiTi support with monocationic ionic liquid (IL) monomers and dicationic IL crosslinkers produced a crosslinked PIL-based network that was covalently attached to the NiTi wire. This alteration alleviated receding of the coating from the support, which was observed for an analogous crosslinked PIL applied on unmodified NiTi wires. A series of demanding extraction conditions, including extreme pH, pre-exposure to pure organic solvents, and high temperatures, were applied to investigate the versatility and robustness of the fibers. Acceptable precision of the model analytes was obtained for all fibers under these conditions. Method validation by examining the relative recovery of a homologous group of phthalate esters (PAEs) was performed in drip-brewed coffee (maintained at 60 °C) by direct immersion SPME. Acceptable recoveries were obtained for most PAEs in the part-per-billion level, even in this exceedingly harsh and complex matrix.

Solid Lipid Nanoparticles As Nucleic Acid Delivery System: Properties And Molecular Mechanisms.

Solid lipid nanoparticles (SLNs) have been proposed in the 1990s as appropriate drug delivery systems, and ever since they have been applied in a wide variety of cosmetic and pharmaceutical applications. In addition, SLNs are considered suitable alternatives as carriers in gene delivery. Although important advances have been made in this particular field, fundamental knowledge of the underlying mechanisms of SLN-mediated gene delivery is conspicuously lacking, an imperative requirement in efforts aimed at further improving their efficiency. Here, we address recent advances in the use of SLNs as platform for delivery of nucleic acids as therapeutic agents. In addition, we will discuss available technology for conveniently producing SLNs. In particular, we will focus on underlying molecular mechanisms by which SLNs and nucleic acids assemble into complexes and how the nucleic acid cargo may be released intracellularly. In discussing underlying mechanisms, we will, when appropriate, refer to analogous studies carried out with systems based on cationic lipids and polymers, that have proven useful in the assessment of structure-function relationships. Finally, we will give suggestions for improving SLN-based gene delivery systems, by pointing to alternative methods for SLNplex assembly, focusing on the realization of a sustained nucleic acid release.

Molecularly Imprinted Solid Phase Extraction Of Fluconazole From Pharmaceutical Formulations.

This work encompasses a direct and coherent strategy to synthesise a molecularly imprinted polymer (MIP) capable of extracting fluconazole from its sample. The MIP was successfully prepared from methacrylic acid (functional monomer), ethyleneglycoldimethacrylate (crosslinker) and acetonitrile (porogenic solvent) in the presence of fluconazole as the template molecule through a non-covalent approach. The non-imprinted polymer (NIP) was prepared following the same synthetic scheme, but in the absence of the template. The data obtained from scanning electronic microscopy, infrared spectroscopy, thermogravimetric and nitrogen Brunauer-Emmett-Teller plot helped to elucidate the structural as well as the morphological characteristics of the MIP and NIP. The application of MIP as a sorbent was demonstrated by packing it in solid phase extraction cartridges to extract fluconazole from commercial capsule samples through an offline analytical procedure. The quantification of fluconazole was accomplished through UPLC-MS, which resulted in LOD≤1.63×10(-10) mM. Furthermore, a high percentage recovery of 91±10% (n=9) was obtained. The ability of the MIP for selective recognition of fluconazole was evaluated by comparison with the structural analogues, miconazole, tioconazole and secnidazole, resulting in percentage recoveries of 51, 35 and 32%, respectively.

Comparing Near-infrared Conventional Diffuse Reflectance Spectroscopy And Hyperspectral Imaging For Determination Of The Bulk Properties Of Solid Samples By Multivariate Regression: Determination Of Mooney Viscosity And Plasticity Indices Of Natural Rubber.

Conventional reflectance spectroscopy (NIRS) and hyperspectral imaging (HI) in the near-infrared region (1000-2500 nm) are evaluated and compared, using, as the case study, the determination of relevant properties related to the quality of natural rubber. Mooney viscosity (MV) and plasticity indices (PI) (PI0 - original plasticity, PI30 - plasticity after accelerated aging, and PRI - the plasticity retention index after accelerated aging) of rubber were determined using multivariate regression models. Two hundred and eighty six samples of rubber were measured using conventional and hyperspectral near-infrared imaging reflectance instruments in the range of 1000-2500 nm. The sample set was split into regression (n = 191) and external validation (n = 95) sub-sets. Three instruments were employed for data acquisition: a line scanning hyperspectral camera and two conventional FT-NIR spectrometers. Sample heterogeneity was evaluated using hyperspectral images obtained with a resolution of 150 × 150 μm and principal component analysis. The probed sample area (5 cm(2); 24,000 pixels) to achieve representativeness was found to be equivalent to the average of 6 spectra for a 1 cm diameter probing circular window of one FT-NIR instrument. The other spectrophotometer can probe the whole sample in only one measurement. The results show that the rubber properties can be determined with very similar accuracy and precision by Partial Least Square (PLS) regression models regardless of whether HI-NIR or conventional FT-NIR produce the spectral datasets. The best Root Mean Square Errors of Prediction (RMSEPs) of external validation for MV, PI0, PI30, and PRI were 4.3, 1.8, 3.4, and 5.3%, respectively. Though the quantitative results provided by the three instruments can be considered equivalent, the hyperspectral imaging instrument presents a number of advantages, being about 6 times faster than conventional bulk spectrometers, producing robust spectral data by ensuring sample representativeness, and minimizing the effect of the presence of contaminants.

Evaluation of a simple hyphenated system for flow injection solid-phase pre-concentration and capillary electrophoresis

In this work, the development and evaluation of a hyphenated flow injection-capillary electrophoresis system with on-line pre-concentration is described. Preliminary tests were performed to investigate the influence of flow rates over the analytical signals. Results revealed losses in terms of sensitivity of the FIA-CE system when compared to the conventional CE system. To overcome signal decrease and to make the system more efficient, a lower flow rate was set and an anionic resin column was added to the flow manifold in order to pre-concentrate the analyte. The pre-concentration FIA-CE system presented a sensitivity improvement of about 660% and there was only a small increase of 8% in total peak dispersion. These results have confirmed the great potential of the proposed system for many analytical tasks especially for low concentration samples.

Solid-phase microextraction for determination of 3-chloro-4-(dichloromethyl)-5-hydroxy-2[5H]-furanone in water

Solid-phase microextraction, using on-line bis(trimethylsilyl)trifluoroacetamide derivatisation, gas chromatography, and mass spectrometry, was evaluated in the quantification of 3-chloro-4-(dichloromethyl)-5-hydroxy-2(5H)-furanone (MX) in water samples. Fibres encompassing a wide range of polarities were used with headspace and direct immersion sampling. For the immersion procedure, various parameters affecting MX extraction, including pH, salinity, temperature, and extraction time were evaluated. The optimised method (polyacrylate fibre; 20% Na2SO4; pH 2.0; 60 min; 20 °C) was applied for reservoir chlorinated water samples-either natural or spiked with MX (50 ng L-1 and 100 ng L-1). The recovery of MX ranged from 44 to 72%. Quantification of MX in water samples was done using external standard and the selected ion monitoring mode. Correlation coefficient (0.98%), relative standard deviation (5%), limit of detection (30 ng L-1) and limit of quantification (50 ng L-1) were obtained from calibration curve.

Synchrotron X-ray powder diffraction and extended X-ray absorption fine structure spectroscopy studies on nanocrystalline ZrO(2)-CaO solid solutions

The crystal structure and the local atomic order of a series of nanocrystalline ZrO(2)-CaO solid solutions with varying CaO content were studied by synchrotron radiation X-ray powder diffraction and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy. These samples were synthesized by a pH-controlled nitrate-glycine gel-combustion process. For CaO contents up to 8 mol%, the t' form of the tetragonal phase (c/a > 1) was identified, whereas for 10 and 12 mol% CaO, the t '' form (c/a=1; oxygen anions displaced from their ideal positions in the cubic phase) was detected. Finally, the cubic phase was observed for solid solutions with CaO content of 14 mol% CaO or higher. The t'/t '' and t ''/cubic compositional boundaries were determined to be at 9 (1) and 13 (1) mol% CaO, respectively. The EXAFS study demonstrated that this transition is related to a tetragonal-to-cubic symmetry change of the first oxygen coordination shell around the Zr atoms.