Tiedotusvälineille
VÄITÖS: Mikroprosessitekniikan ja erilaisten virtausilmiöiden tuomat mahdollisuudet kemiantekniikan prosessien tehostamiseksi
Väittelijä: Diplomi-insinööri Eero Kolehmainen
Yhteystiedot: Eero Kolehmainen, puh. (05) 621 6128, sähköp. etunimi.sukunimi@lut.fi
Lappeenrannan teknillinen yliopisto, teknillinen tiedekunta, kemiantekniikan osasto
Väitöstilaisuuden aika ja paikka: Perjantai 19.12.2008 klo 12, sali 1381
Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Skinnarilankatu 34
Väitöskirjan aihe Process intensification: From optimised flow patterns to microprocess technology (Prosessien intensifiointi mikroprosessitekniikan ja virtausilmiöiden avulla)
Mikroprosessitekniikka on suhteellisen uusi tutkimusala kemiantekniikassa. Mikropro¬sessitekniikka yhdistettynä eri virtausilmiöihin mahdollistaa kemiallisille prosesseille entistä optimaalisemmat toimintaolosuhteet. Väitöstyössä on tutkittu mikroprosessitekniikan ja joidenkin virtausilmiöiden tuomia mahdollisuuksia kemiantekniikan prosessien intensifiointiin eli tehostamiseen. Väitöstyön tuloksena on kehitetty mikroprosessitekniikan laitteistoa kuten mikrosekoittimia ja erotuslaitteistoa.
Väitöskirja kuuluu kemiantekniikan, erityisesti tuote- ja prosessikehityksen alaan ja se on tehty yliopiston teknillisen tiedekunnan kemiantekniikan osastolle. Väitöskirja on julkaistu yliopiston Acta Universitatis Lappeenrantaensis –tutkimussarjassa, numero 330.
Vastaväittäjä: Professori Laurent Falk (Nancyn yliopisto, Ranska)
Väitöstilaisuuden valvoja: Professori Ilkka Turunen (Lappeenrannan teknillinen yliopisto)
Ohessa on väittelijän antama tiivistelmä väitöskirjatutkimuksesta sekä häntä koskevat muut tiedot. Väitöstiedote löytyy myös osoitteesta http://www.lut.fi uutiset.
Väitöskirjan ”Process intensification: From optimised flow patterns to microprocess technology” tiivistelmä
Väitöstyössä on tutkittu kemiantekniikan prosessien intensifiointia erilaisten reaktoreiden ja virtausilmiöiden avulla. Lisäksi prosessien intensifioinnin etuja on tarkasteltu taloudellisesta näkökulmasta.
Prosessien intensifioinnilla tarkoitetaan toimintaa, jonka tuloksena aikaansaadaan huomattavia parannuksia tuotteiden valmistusprosesseihin. Näitä parannuksia voivat olla esimerkiksi reaktorilaitteen koon, energian kulutuksen ja jätteiden määrän huomattava pieneneminen sekä tuottavuuden ja turvallisuuden selvä parantuminen. Prosessien intensifioinnin tavoitteena on kustannustehokkuus. Sen kautta saavutetut optimaalisemmat toimintaolosuhteet parantavat valmistusprosessien taloudellisuutta.
Tutkimuksen kohteina toimineet reaktorityypit olivat monoliittireaktoreita ja mikrorakenteisia reaktoreita. Yhteistä näille reaktoreille ovat niiden pienet virtauskanavat. Monoliittireaktorit koostuvat rinnakkaisista virtauskanavista, joiden halkaisijat ovat suuruusluokaltaan millimetrin. Mikrorakenteisissa reaktoreissa virtauskanavien halkaisijat ovat yleensä alle millimetrin. Pienet virtauskanavat mahdollistavat tehokkaan lämmön- ja aineensiirron ja luovat siten mahdollisuuksia prosessien intensifioinnille.
Rinnakkaisia virtauskanavia sisältävässä laitteessa on ensiarvoisen tärkeää varmistua siitä, että syötettävät aineet saadaan jaettua tasan rinnakkaisiin kanaviin. Väitöstyössä on selvitetty kahden erilaisen syöttötekniikan soveltuvuutta kaasun ja nesteen tasaiseen syöttöön monoliittireaktoriin. Dispersio- ja suihkusyöttötekniikat mahdollistavat kaasun ja nesteen tasaisen syötön rinnakkaisiin virtauskanaviin.
Mikrosekoittimet ovat avainasemassa mikroprosessitekniikassa, koska aineiden sekoitus on kemiantekniikan keskeinen osa-alue. Mikrorakenteisissa reaktoreissa virtaus on laminaaria. Markkinoilla on olemassa mikrosekoittimia, joilla aikaan¬saadaan tehokas sekoitus laminaareissa virtauksissa. Nämä sekoittimet ovat yleensä rakenteeltaan monimutkaisia. Väitöstyössä on kehitetty T-mallisia mikrosekoittimia, jotka ovat rakenteeltaan yksinkertaisia ja siten edullisia, mutta sekoitustehokkuudeltaan verrattavissa kaupallisiin mikrosekoittimiin.
Mikromittakaavan virtauskanavissa tapahtuvat ilmiöt poikkeavat joissakin tapauksissa isosta mittakaavasta. Mikrorakenteisissa reaktoreissa kanavan pinta-alan ja tilavuuden välinen suhde on suuri, jolloin pintavoimat ovat tärkeässä roolissa. Joissakin tapauksissa näitä pintavoimia voidaan hyödyntää tehokkaasti. Väitöstyössä on kehitetty mikrokanavaista laitetta neste-neste-seoksien erottamiseen. Neste-neste-dispersion pisarat yhtyvät laitteessa nopeasti ja nesteet saadaan erotettua toisistaan. Erotus perustuu nesteiden ja pintojen välisiin erilaisiin kostumisominaisuuksiin.
Nesteiden virtausta putkistoissa voidaan tehostaa erityisillä lisäaineilla, joita voivat olla esimerkiksi pitkäketjuiset polymeerit. Virtaukseen lisätyt lisäaineet pystyvät alentamaan putkivirtauksien virtausvastusta. Tätä ilmiötä voidaan hyödyntää erityisesti pitkissä öljynsiirtoputkistoissa. Alentunut virtausvastus pienentää putkistovirtauksen painehäviötä ja samalla pumppauksen energiantarvetta. Väitöstyössä on tarkasteltu polymeerin moolimassan, annostelupitoisuuden ja virtauskentän vaikutusta virtausvastuksen alentumiseen. Lisäaineiden avulla virtausvastusta voitiin alentaa 40 % käytettäessä polymeerien annostelupitoisuutena noin 9 mg/kg.
Väittelijän henkilö-, koulutus- ja uratiedot
• Syntynyt Keiteleellä, ikä 31 vuotta
• Kotikunta on Lappeenranta
Koulutus
• Ylioppilas 1996, Pielaveden lukio
• Diplomi-insinööri 2003, Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Työsuhteet
• Tutkijakoulutettava 2003 – 2008, Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Apurahat
• The Graduate School in Chemical Engineering (GSCE)
Väitöskirjojen myynti:
Lappeenrannan teknillinen yliopisto
Aalef-kirjakauppa
Puh. (05) 621 2030
kirjakauppa@aalef.fi
Verkkomyynti
Granum-verkkokauppa
http://granum.uta.fi