Jauhatus on paperinvalmistuksen yksi tärkeimmistä, ellei jopa tärkein yksikköprosessi, jolla voidaan vaikuttaa paperinvalmistuksessa käytettävien kuitujen ominaisuuksiin. Heikko jauhautuvuus ja jauhatustulos näkyvät pahimmillaan paperikoneen heikkona ajettavuutena ja lopputuotteen heikkona laatuna muodostaen taloudellisen riskin. Jauhatukseen vaikuttavat tekijät eivät ainoastaan rajoitu itse jauhimiin, vaan tekijät voivat tulla massanvalmistuksen aikaisemmista vaiheista, mahdollisesti jopa raaka-aineesta asti. Tästä johtuen mielenkiinto ymmärtää mitkä tekijät vaikuttavat kuitujen jauhautuvuuteen ja jauhatukseen on suuri. Tässä työssä pyritään selvittämään mitkä tekijät jauhatuksessa ja massanvalmistuksessa aiheuttavat muutoksia jauhatusprosessissa. Työn teoriaosa keskittyy pääasiassa jauhatuksen teoriaan, ilmiöihin ja vaikutuksiin. Lisäksi teoriaosassa käsitellään integroitua sellu- ja paperitehdasta, sekä kuidun ja prosessiveden laatua kuvaavia suureita. Työn kokeellinen osa jakautuu kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa tutkitaan viiveaikamallia ja tilastollista monimuuttuja-analyysiä hyödyntäen, mitkä tekijät sellutehtaan kuitulinjalla aina hienopaperikoneiden jauhatukseen asti vaikuttavat jauhatuksen energian ominaiskulutukseen mänty- ja koivumassoilla. Viiveaikamallin avulla käytössä oleva data viiveistetään sellaiseen muotoon, että tilastollinen tarkastelu on mahdollista. Vaikuttavien tekijöiden joukosta etsitään sellaiset muuttujat, joilla teorian mukaan voisi olla vaikutusta massan jauhautuvuuteen. Näiden muuttujien pohjalta esitetään mahdollisia jatkotoimenpiteitä. Toisessa osassa tutkitaan jauhinkohtaista vaihtelua jauhatuksen lopputulokseen jauhatuskoeajon avulla. Tehdasmittakaavan koeajon tarkoituksena on selvittää energian ominaiskulutuksen ja jauhimien terien käyttöiän vaikutusta kuituominaisuuksien muutoksiin kahdella rinnan ajettavalla koivujauhimella. Toinen jauhimista on ei-pumppaavaan suuntaan pyörivä, jossa on uudehkot terät, kun taas vanhemmilla terillä oleva jauhin pyörii pumppaavaan suuntaan. Koeajossa jauhimet ajavat neljässä eri energian ominaiskulutuksen tasossa neljässä eri vaiheessa. Koeajon näytteet analysoidaan automaattisesti ja referenssinäytteet kannunäytteinä Metson Pulp Expert -laitteistolla. / Refining is considered the most important unit process affecting the fiber properties in paper and board manufacturing. Low level of refinability and weak outcome in refining is shown as a low runnability of the paper machine or as low quality in a final product, which can be seen as a financial risk. The factors affecting the refining does not only limit to the refiners themselves but also to the previous operations in the pulp manufacturing process, maybe even to the raw materials. Because of these factors there is a great of interest in understanding the changes in refining. The aim of this thesis is to find out which factors in pulp manufacturing and in the refining cause changes in the refining process. The written part of this thesis the main focus is in refining theory, refining phenomena and in effects of refining. Also the written addresses the integrated pulp and paper mill and the quality variables of fibre and the process water. The experimental part is in two parts. In the first part the factors affecting the amount of specific refining energies of birch and pine pulps in refining process are studied by using a delay model and a principal components analysis. The data is delayed with delay model, so that statistical examination is possible to execute. Those variables which in theory could cause changes in refinability are chosen from the group of factors. The actions based on these variables are then suggested. In the second part the refiner level variations are studied in a pilot run, in which the fibre changes caused by specific refining energy and the age of the refining plates are studied with two parallel birch pulp refiners. The refiners are operated in four different specific refining energy levels in four different stages. The samples are taken and analyzed with Metso Pulp Expert equipment, expect the reference samples, which are taken manually but are analyzed in Metso Pulp Expert as well.

Työn tavoitteena oli käydä läpi sahalaitoksen tuotantoprosessia teollisessa sahalaitoksessa ja antaa selvä kuva, mitä vaiheita tavanomaisen suomalaisen sahan tuotantolinjastoon kuuluu. Työssä pyritään tuomaan esille, miten puutavara kulkeutuu laitoksessa tukista valmiiksi tavaraksi. Vaiheet käydään yksi kerrallaan läpi niiden toteutusjärjestyksen mukaan. Työssä kuvataan, kuinka nämä eri tuotannon vaiheet on toteutettu, mitä kaikkea puusta sahalaitoksella saadaan ja mitä nykyajan sahalaitokselta vaaditaan. Lisäksi käydään läpi puun laatuun vaikuttavia tekijöitä, sen merkitystä, sekä puun hintaan ja markkinoihin liittyviä seikkoja. Työn pohjana käytettiin pitkälti erästä suomalaista sahalaitosta ja sieltä saatua käytännön tietämystä. Tarkoituksena kuitenkin kuvata asioita yleisellä tasolla ja käydä läpi erilaisia vaihtoehtoja prosesseille. Sahatavaraa on tuotettu jo vuosia, mutta tuotannossa tapahtuu kehitystä jatkuvasti. Nykyään on jo hyvin tavallista, että käytössä on puiden kuvaustekniikkaa sekä koneellisesti toteutettua optimointia ja laadun arviointia. Näitä pystytään hyödyntämään useissa eri tuotannon vaiheissa, mitä vielä joitain vuosia sitten suoritettiin manuaalisesti. Nämä seikat ovat samalla parantaneet sahojen tuottavuutta ja laadunhallintaa. Laadukkaan lopputavaran ansiosta Suomen sahat saavat valtaosan tuloistaan viennistä, huolimatta pitkistä etäisyyksistä ja suurista kuljetuskustannuksista. Laadukkaan tavaran kysynnän kasvaessa, onkin tärkeää, että tuotannon vaiheissa ei tule tuotteeseen laatua laskevia vikoja. Hyvän laadun ylläpitäminen edesauttaa uusien tilauksien syntyä ja kasvattaa taloudellista hyötyä.

The heat exchanger is a device that transfers heat from one fluid to another or between fluid and the environment. Over the last few decades, the role of heat exchangers has increased in the process of heat recovery and introduction of new energy sources. Surface roughness of heat exchanger wall plays a vital role in the efficiency of heat transfer. Therefore, significance of surface roughness is examined by many researchers applying different shapes of roughness. Roughness is the variation in the height of a surface. It could be either a part of the geometry or due to deposition of undesired materials (which decreases the thermal function of the heat exchanger, increases the pressure drop and could cause corrosion). Dimensionless heat transfer correlations such as Nusselt number provides a clear view about the effect of heat transfer by surface roughness. This thesis combines different Nusselt correlations for distinct shapes of surface roughness and investigates the suitability of them on a test experiment by comparing the values gotten. From this investigation it was clear that the value of Nunner correlation delivers the most reasonable results for a fouled layer formed by means of crystallization. Also the Nusselt correlation by Saini et al. could be more suitable for artificial surface roughness than for a fouled surface. / Lämmönvaihdin on laite, joka siirtää lämpöä fluidista toiseen tai fluidin ja ympäristön välillä. Viimeisimpien vuosikymmenten aikana lämmönvaihtimien rooli on kasvanut lämmön talteenottoprosesseissa ja uusien energialähteiden käyttöönotossa. Lämmönvaihtimien pinnankarheudella, jolla tarkoitetaan seinämän pintakuvion korkeuden muutosta verrattuna tasaiseen pintaan, on merkittävä rooli lämmönvaihtimen tehokkuudessa. Pinnankarheuden vaikutusta lämmönsiirtoon onkin tarkasteltu useissa tutkimuksissa. Pinnankarheus voi olla osa lämmönvaihdinrakennetta tai johtua ei haluttujen materiaalien kerrostumisesta pinnalle. Tällöin puhutaan likaantumisesta, joka heikentää lämmönvaihtimen lämmönsiirtoa, lisää painehäviötä ja voi aiheuttaa korroosiota. Dimensiottomat korrelaatiot, kuten Nusseltin luku antavat tietoa pinnankarheuden aiheuttamasta vaikutuksen lämmönsiirtoon. Tässä kandidaatintyössä on tarkasteltu kirjallisuudessa esitettyjä Nusseltin luvun korrelaatioita ja niiden soveltuvuutta eri pinnankarheuden muotoihin sekä tutkittu niiden soveltuvuutta todellisen lämmönvaihtimen tapauksessa. Tästä tutkimuksessa tarkastelluista korrelaatioista Nunnerin korrelaatio soveltui parhaiten likaantuneen lämmönvaihtimen lämmönsiirron tarkasteluun. Sainin ym. korrelaatio arvioitiin soveltuvan paremmin keinotekoisen pinnankarheuden kuin likaantuneen pinnan lämmönsiirron tarkasteluun.

Tässä kandidaatintyössä tavoitteena on selvittää, kuinka paljon vetyä tarvitaan mäntyöljyn vetykäsittelyssä, joka on yksi keskeinen vaihe mäntyöljystä valmistettavan biodieselin valmistusprosessissa. Lisäksi tavoitteena on selvittää kuinka paljon mäntyöljyn käsittely sekä vetykäsittelyyn valmistetun vedyn valmistusprosessi tuottaa päästöjä. Työn teoriaosassa tarkasteltiin biodieselin eri valmistusmahdollisuuksia, miten biodiesel eroaa fossiilipohjaisesta dieselistä sekä minkälaisia ominaisuuksia biodieselillä tulisi olla. Työssä kerrotaan myös mistä mäntyöljyä saadaan, minkälaiset ominaisuudet mäntyöljyllä on ja mistä komponenteista mäntyöljy koostuu sekä miten mäntyöljyä voidaan hyödyntää. Työssä kerrotaan myös, miten mäntyöljyn koostumus vaikuttaa siitä saataviin tuotteisiin. Työn soveltavassa osassa on muodostettu mäntyöljyn vesikäsittelylle suuntaa antava ainetase. Taseessa lasketaan kuinka paljon mäntyöljyn eri komponenttien reaktiot kuluttavat vetyä ja kuinka paljon reaktioista muodostuu eri kaasumaisia tuotteita. Laskenta pohjautui kirjallisuudessa saatavaan kokeelliseen dataan. Mäntyöljyn eri komponenteista on huomioitu laskujen yksinkertaistamiseksi rasvahapoista vain linolihappo ja hartsihapoista vain abietiinihappo. Laskuissa on myös laskettu mäntyöljyn käsittelyyn tarvittavan vedyn kokonaismäärä ja sen valmistukseen tarvittavan maakaasun määrä. Vetykäsittelyn ympäristöystävällisyyttä arvioitiin laskemalla vedyn tuotannossa käytettävän metaanin höyryreformointireaktion hiilidioksidipäästöjen suuruus. Työn tuloksissa on saatu karkea arvio mäntyöljyn vetykäsittelyn ja vedyn valmistuksen kokonaistaseesta, jossa ilmenee tarvittava vedyn määrä sekä mahdolliset päästöt. Tulosten laskennassa on kuitenkin käytetty yksinkertaistavia oletuksia, joten tuloksia voi hyödyntää vain suuntaa antavina eikä niiden voi olettaa kertovan mäntyöljyn vetykäsittelyn ja vedyn valmistuksen, todellista tarkkaa kokonaistasetta.

Tämä diplomityö tehtiin DigiAuto-hankkeeseen ja sen tavoitteena oli muodostaa mahdollisimman laaja ylätason kuvaus eli tietomalli Oulun alueelle perustettavasta automaation oppimisympäristöstä. Tarkoituksena oli hyödyntää työn tuloksena saatua tietomallia hankittavan tietojärjestelmän määrittelyissä ja yrityksille lähetettävien tarjouspyyntöjen liitteenä. Tavoitteena oli myös selvittää, miten tällainen ainutlaatuinen automaation oppimisympäristökokonaisuus saadaan kuvattua ja dokumentoitua siten, että sitä voidaan hyödyntää tietojärjestelmän käyttöönoton aikana. Työn teoriaosuudessa käsitellään oppimisympäristöjä ja niiden merkitystä oppimisessa, käydään läpi tietoon ja tietomallinnukseen liittyviä käsitteitä sekä tietojärjestelmien toteutusta ja käyttöönottoa. Varsinaisten työn tulosten esittämiseen päätettiin käyttää rakenteeltaan hierarkkista tietomallia. Tietomalliin tarvittavat tiedot kerättiin Oulun ammattikorkeakoululta, Oulun seudun ammattiopistolta, Oulun aikuiskoulutuskeskukselta ja Oulun yliopistolta haastattelututkimuksen avulla. Saatujen tietojen perusteella muodostettiin aluksi laaja käsitekartta, johon haastattelutiedot koottiin. Näiden tietojen muokkaamisen jälkeen tuloksena saatiin hierarkkinen tietomalli, jota hyödynnettiin pienin ulkoasullisin muutoksin suoraan yrityksille lähetettyjen tarjouspyyntöjen liitteenä. Tietomallin tarkoituksena oli tuottaa potentiaalisille järjestelmätoimittajille tietoa siitä, millainen on se toimintaympäristö, johon kyseistä tietojärjestelmää ollaan hankkimassa. Tämän perusteella yritykset pystyivät paremmin arvioimaan oman kykynsä järjestelmän toimitukseen. / This thesis was produced as a part of DigiAuto project and the aim of it was to form the widest possible upper level description i.e. data model of automation learning environment to be established in the Oulu region. The purpose was to utilize the resulting data model in the specifications of the information system required and use it as an attachment of the bids for the companies. The aim was also to find out how this unique automation learning environment can be represented and documented in such a way that it can be utilized during the implementation of the information system. The theoretical part of the thesis deals with learning environments and their importance in learning. Also concepts of knowledge and data modeling as well as the implementation of information systems are discussed. It was decided to use a hierarchical data model to represent the results of the thesis. The information needed for the data model was collected through an interview study from Oulu University of Applied Sciences, the Oulu Vocational College, the Oulu Adult Education Center and the University of Oulu. Based on the information obtained, an extensive concept map was initially formed on which the interview data was gathered. After editing this information, a hierarchical data model was obtained. After few visual modifications, the data model was directly attached to the bidding requests sent to companies. The purpose of the data model was to provide information for potential system vendors about the environment for which the information system is being acquired. This helped the companies to be able to assess their ability to deliver an appropriate system.

Tutkimuksen tavoitteena on rakentaa toimiva, ISO 9001-mukainen laadunhallintajärjestelmä metallialan pk-yritykseen ja saada yritykselle ISO 9001-laatusertifikaatti. Yritys asetti laadunhallintajärjestelmän rakentamisen tavoitteeksi yrityksen sisäisten toimintojen selkeyttämisen ja tehostamisen sekä viestiä asiakkaille kyvykkyys toimia laadukkaasti osana tuotantoketjua. Tutkimusongelma on jaettu kahteen tutkimuskysymykseen: RQ1: Mitkä ovat laadunhallintajärjestelmän toteutuksen keskeiset haasteet pk-yrityksessä? RQ2: Mitkä ovat laadunhallintajärjestelmän toteutuksen hyödyt pk-yrityksessä? Tutkimuksen teoriaosuudessa esitellään ensin PK- yritysten ja mikroyritysten toimintaperiaatteita ja perehdytään hieman johtamistapoihin sekä muutoksen johtamiseen. Teoriaosuudessa esitellään myös ISO 9000 standardiperhe sekä ISO 9001 standardointiprosessi. Tutkimusmenetelmänä käytettiin toimintatutkimusta. Tutkimus aloitettiin marraskuussa 2014 ja tutkimus saatiin päätökseen huhtikuussa 2014. Yrityksessä toteutettu toimintatutkimus eteni vaiheittain. Ensimmäisessä vaiheessa tutustuttiin yrityksen toimintatapoihin ja kartoitettiin yrityksen nykytila sekä selvitettiin, mitä osia ISO 9001 standardista yritys jo täytti nykyisillä toimintamenetelmillä. Toisessa vaiheessa tunnistettiin yrityksen menestymisen kannalta tärkeimmät prosessit ja muokattiin toimintaa lähemmäksi prosessimaista toimintamallia. Kolmannessa vaiheessa rakennettiin yritykseen laadunhallintajärjestelmä, johon lisättiin ISO 9001 kannalta vaadittavat toiminnot. Neljännessä vaiheessa tarkistettiin täyttikö yritys ISO 9001-standardissa vaadittavat kriteerit. Sertifiointiauditoinnin jälkeen tehtiin vielä vastine esille tulleisiin poikkeamiin ja lopulta yritykselle myönnettiin ISO 9001-laatusertifikaatti kolmannen osapuolen toimesta. Tutkimuksessa havaittiin, että pitkään samoilla menetelmillä toimineen yrityksen toimintatapojen muuttaminen on haasteellista. Uudet toimintatavat ja menetelmät tuli perustella yrityksen johdolle tarkasti ja esitellä mitä hyötyjä niistä on, jotta uudistusta lähdettiin edes viemään yrityksessä eteenpäin. / The aim of the research is to implement an effective ISO9001- adequate quality system in small and medium-sized (SME) company which operates in metal industry and the other aim is to get a ISO9001 certification. The company’s targets to this project was to clarify and improve their internal processes and to give the external message that they can work in high quality in a part of the supply chain. The research problem is divided into two research problems: RQ1: What are the main challenges when implementing the quality system in the SME company RQ2: What are the main benefits when implementing the quality system in the SME company The first part of the theory is including the basic policies in SME’s. After that the focus is in a management policy and the management of changes in SME’s. ISO9001 standard family and the process of the ISO9001 standardization is also introduced in the theory part. The used research method was action research. The research was started in November 2014 and was completed in April that year. The research was carried out in company’s office and in the company’s production plant and gone through the step by step. The first part of the research was to get to know of the company present policies and the present condition and to make clear which parts of the ISO9001 standard was already fulfilled and which was not. The second step of the research was to recognize the main processes in the company from the success point of view and to develop these processes towards the processional operating model. In the third part of the research the quality management system was built and the requirements of the ISO9001 standard was added to the processes. The fourth part included the checking if all the requirements were fulfilled from the ISO9001 point of view. After the audit, we did the response to the deviations and after that the ISO9001 certificate was granted by the third part. During the research, it was noticed that it is challenging to change the habits in the company which has worked very long time with the same working methods and with the same organization. New working methods needed to justify very precisely to the lead of the company and also after that it was not so sure that the company will start to use it and to develop it to future.

Tämä kandidaatintyö on kirjallisuustutkielma, jonka tavoitteena on tutkia magnetiitin (Fe₃O₄) sekä hematiitin (Fe₂O₃) vetypelkistysprosesseja ja niihin vaikuttavia tekijöitä termodynamiikan, reaktiokinetiikan ja pelkistymisreaktioissa esiintyvien reaktiomekanismien sekä niihin vaikuttavien tekijöiden näkökulmasta. Vetypelkistysreaktioiden tarkastelu näistä näkökulmista on oleellista, koska niitä kaikkia tarvitaan muun muassa prosessidynamiikkaa kuvaavien mallien muodostamiseen. Samalla saadaan dataa myös esimerkiksi reaktorisuunnittelua varten. Lisäksi esimerkiksi termodynamiikan ja reaktiokinetiikan avulla päästään analysoimaan reaktioiden fysikaalisia perusteita. Aihe on erittäin ajankohtainen, koska terästeollisuudessa pyritään tälläkin hetkellä kehittämään yhä energiatehokkaampia sekä pienemmät CO₂-päästöt omaavia raudan- sekä teräksenvalmistusprosesseja, joihin vetypelkistys tarjoaa mahdollisen vaihtoehdon. Mahdollisuuksia vety- ja suorapelkistysprosessien käyttöönottoon ollaankin tällä hetkellä selvittämässä laajasti.

Outokummun Tornion tehtaalla valmistetaan ruostumatonta terästä, jonka valmistuksessa syntyy myös kuonaa. Kuonan koostumus vaikuttaa valmistettavan teräksen koostumukseen. Tällöin syntyvä kuona on tärkeässä osassa teräksen valmistusprosesseissa ja niiden kehittämisessä. Tässä kandidaatintyössä tarkasteltiin kuonan koostumuksen muutoksia kromikonvertteriprosessin aikana. Outokummulta saatujen puhalluksia koskevien tietojen perusteella esitettiin laskennallinen kuonareitti kolmen komponentin faasipiirroksessa, jossa oli mukana neljäs komponentti vakio-osuutena. Nämä pääkomponentit esitettiin piirrettynä faasipiirroksien päälle. Käytettävät faasipiirrokset saatiin Slag atlas -kirjasta. Työssä on myös esitetty Outokummun terässulaton linja 1:n prosessikuvaus ja yksityiskohtaisempi kuvaus kromikonvertterin toiminnasta Tornion tehtaalla.

Lämmönvaihtimet ovat teollisuudessa laajasti käytössä olevia laitteita, joiden tehtävänä on siirtää lämpöenergiaa prosessivirrasta toiseen. Lämmönvaihtimen tehokkuuden alentuessa lämpöenergian siirto hidastuu, mikä voi johtaa prosessin ajautumiseen pois toimintapisteestään ja energiankulutuksen kasvuun. Tavallisesti lämmönvaihtimista seurataan vain niiden lämpötehoa eikä sen hyvyyteen esimerkiksi virtausolosuhteisiin nähden oteta kantaa. Tässä työssä tutkittiin menetelmiä lämmönvaihdinten tehokkuuden seurantaan ja optimointiin. Tavoitteena oli löytää mittari, joka näyttää lämmönvaihtimen tehokkuuden sen toimintaolosuhteisiin nähden. Tutkimuksen fokuksena oli erityisesti lämmönvaihtimen likaantumisesta seuraava tehokkuuden aleneminen. Tutkimus suoritettiin käyttämällä Äänekoskella toimivan karboksimetyyliselluloosaa valmistavan CP Kelco Oy:n lämmönvaihtimista saatua prosessidataa. Tutkimukseen valittiin kaksi lämmönvaihdinta, jotka erosivat toisistaan sekä ajotavaltaan että sovelluskohteeltaan. Prosessidatan avulla saatiin arvokasta tietoa prosessin toiminnasta ja sen pohjalta kehitettiin menetelmiä lämmönvaihtimien tehokkuuden seurantaan ja optimointiin. Työn kirjallisuusosiossa perehdyttiin teollisuudessa käytettyihin lämmönvaihdinten tunnuslukuihin. Koska olemassa olevat tunnusluvut vaativat paljon mittaustietoa tai ilmensivät vaimeasti lämmönvaihtimissa tapahtuvia ilmiöitä, lämmönvaihtimen kokonaislämmönjohtavuuden ja lämpökapasiteettivirran suhteeseen pohjautuvaa tehokkuusindeksiä ehdotettiin. Tehokkuusindeksin toimivuutta tutkittiin vertaamalla sitä olemassa oleviin tunnuslukuihin. Lisäksi sitä verrattiin lämmönvaihtimen toiminnassa, kuten painehäviössä ja fluidien lähtölämpötiloissa tapahtuviin muutoksiin pistekaavioilla ja tarkastelemalla niiden välisiä korrelaatioita. Vakio-olosuhteissa tehokkuusindeksin todettiin reagoivan johdonmukaisesti lämmönvaihtimen toiminnan muutoksiin sekä olevan herkempi muihin tutkittuihin menetelmiin verrattuna. Tehokkuusindeksin todettiin kuitenkin olevan herkkä fluidien tulolämpötilojen vaihteluille, jolloin data ei ollut vertailukelpoista eri tulolämpötiloilla. Tehokkuusindeksi soveltui siis parhaiten lämmönvaihtimille, joiden fluidien tulolämpötilat eivät vaihdelleet merkittävästi (± 5 ºC). Lämmönvaihdinten tehokkuutta pyrittiin optimoimaan niitä ympäröivän prosessin energiankulutuksen kautta. Prosessin energiankulutuksella huomattiin olevan yhteys lämmönvaihtimen tehokkuuden alenemiseen, jolloin lämmönvaihtimen pesuajankohta oli mahdollista määrittää kohonneen energiankulutuksen perusteella. Pesuajankohdan ennakoimiseen sovellettiin lämmönvaihtimen tehokkuuden alenemisesta johtuneen kulutetun energian ylimäärän lineaarista ekstrapolointia. Toisaalta huomattiin myös, että lämmönvaihtimen tehokkuuden aleneminen ei todennäköisesti ollut ainoa syy prosessin energiankulutuksen kasvuun, sillä niiden välinen korrelaation selitysaste oli pieni (R² = 0,0257). Tämän työn tuloksena syntynyt tehokkuusindeksi on sovellettavissa lämmönvaihtimiin, joissa fluidien tulolämpötilat eivät vaihtele merkittävästi ja joita ajetaan riittävän lähellä niiden mitoitukseen käytettyjä olosuhteita, jotta logaritmisen keskilämpötilaeron korjauskerroin on määritettävissä. Tehokkuusindeksiä voi soveltaa esimerkiksi prosessin seurannassa ja operoinnissa. Muita sovelluskohteita voi olla prosessin kunnossapito, jossa tehokkuusindeksi voi antaa tietoa esimerkiksi lämmönvaihtimen huollon tarpeesta. / Heat exchangers are widely applied equipment in process industry. They are used to transfer heat from a process stream to another. Lowered efficiency of a heat exchanger can lead to rise in energy consumption and shifting in operating point of the process from its desired one. Usually only the transferred heat is monitored and whether the transferred heat is acceptable in relation to the operating conditions is not addressed. Methods for monitoring and optimizing heat exchanger efficiency were studied in this thesis. The goal was to find a suitable figure that shows how well a heat exchanger performs in relation to the operating conditions. Especially the effect of fouling on heat exchanger efficiency was studied. The study was carried out using the process data of carboxymethyl cellulose manufacturer CP Kelco Oy in Äänekoski, Finland. Two independent heat exchangers that were applied in different kind of processes and operated differently were chosen to be studied. The process data yielded valuable information on the process and was used to develop methods for real time monitoring and optimization of heat exchanger efficiency. Several methods for calculating heat exchanger efficiency were found in literature and their applicability was studied. Additionally, an efficiency index based on the ratio of the overall heat conductance to the rate of thermal capacitance was suggested. The performance of the proposed efficiency index was evaluated by comparing it to existing methods. The functionality of the efficiency index was further verified by comparing it to changes in the operating conditions, such as specific pressure loss and degree of temperature approach of a heat exchanger. The comparisons were carried out by using scatter plots and finding correlations between the proposed index and the previously mentioned variables. In nearly constant conditions the efficiency index was found to react well to changes in the operating conditions of a heat exchanger, and it was also found to be more sensitive compared to the other methods studied in this thesis. The efficiency index was also found to be very sensitive to changes in heat exchanger inlet temperatures, which rendered the efficiency index to be incomparable between different inlet temperature conditions. Hence, the efficiency index was best applicable to heat exchangers with relatively constant inlet temperatures, i.e. with changes less than 5 ºC. The efficiency of a heat exchanger was optimized using the energy consumption rate of the surrounding process. The energy consumption rate was found to correlate with the efficiency of the heat exchanger. The optimal cleaning time of the heat exchanger was possible to determine using the energy consumption rate of the process. Linear extrapolation of the extra energy consumed due to lower efficiency of the heat exchanger was used to predict the next optimal cleaning time of the heat exchanger. Although the correlation between the energy consumption rate of the process and the efficiency of the heat exchanger was found, it was not very strong (R² = 0.0257). This finding was used to deduce that a lower heat exchanger efficiency was not the only explanation for the rise in process energy consumption. Based on the results, the efficiency index presented in this thesis is applicable to heat exchangers in which the fluid inlet temperature variation is small (± 5 ºC) and that are operated close enough to their designed operating conditions so that the correction factor of the logarithmic mean temperature difference can be determined. The efficiency index can also be applied to process monitoring, operation and maintenance for providing insight to the process and, for example, to serve as a measure of need for heat exchanger maintenance.

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin kalsiumalumiinisulfaattibeliittisementin (CSAB) valmistusta kierrätysmateriaaleista laboratorio-olosuhteissa sekä perehdyttiin erilaisten ekosementtien valmistukseen ja raaka-aineisiin. Työn tavoitteena oli selvittää ekologisempaa vaihtoehtoa perinteiselle Portland-sementille (OPC). Kirjallisuusselvityksessä tutkittiin yleisimpiä Portland-sementin valmistuksessa käytettäviä seosaineita keskittyen erityisesti sekundäärisiin raaka-aineisiin. Eri materiaalien osalta tarkasteltiin niiden alkuperää, soveltuvuutta ja haasteita. Selvityksessä pyrittiin kartoittamaan valmistetun sementin ominaisuuksia, kun seosaineiden osuus oli yli puolet kokonaismassasta. Työn kokeellisessa osassa valmistettiin CSAB-sementtiä kolmella erilaisella raaka-ainekoostumuksilla ja tutkittiin niiden sisältämiä faaseja. Kokeiden näytteisiin pyrittiin saamaan tietynlaiset faasiosuudet yeelimiittiä ja larniittia käsittelemällä ne kammiouunissa. Lopuksi näytteiden koostumusta analysoitiin XRD-menetelmällä.