Identification and energy optimization of supercritical carbon dioxide batch extraction

Abstract. The emergence of green chemistry, aiming to increase ecological and energy efficiency of processes, has gained supercritical fluid extraction increasing amounts of prominence. Traditional extraction methods utilize hazardous chemicals, have low extractive yield in relation to energy consumption, and produce large amounts of organic waste. Supercritical fluid extraction offers improvements to these challenges in the form of reduced processing energy inputs and an alternative solvent approach. Carbon dioxide is the most commonly employed solvent in supercritical fluid extraction due to the many advantages it brings over other solvents including price, smaller environmental and health risks, and simple separation. The research on data-driven system identification and advanced process control of supercritical extraction has been very scarce. According to past research, the control of supercritical is mostly carried out using basic, non-model-based control schemes. Challenges such as coupling between control loops and nonlinearities of fluid and process dynamics create major challenges for the basic control schemes. With advanced control methods, it could be possible to address these challenges better. Model-based control schemes, in theory, pose many advantages and benefits over basic control, such as improved production economics, optimized product quality and yields, and further possibilities in model-driven research and development. The goal of this thesis was to improve control performance and optimize energy consumption a pilot-scale batch supercritical carbon dioxide extraction process by utilizing model predictive control strategies. The modeling of the unit processes of the target batch extraction was based on measurement data gathered by experimental design and careful examination of the system. The models were utilized in a simulator developed in this study. The arrangement of the implemented experimental design (central composite design, CCD) allowed the exploitation of linear regression analysis; the results of which indicated the existence of possible nonlinearities between steady-state electricity consumption and the operative variables of the process. Model predictive control schemes were developed in a simulator environment for carbon dioxide pressure control, carbon dioxide volumetric flow control, extractor temperature control and separator temperature control. The developed control schemes showed major improvements in control performance of the simulated unit processes, resulting in significant decreases in total electricity and heating water consumptions (up to 25% and 21% respectively). Model predictive control also proved to be quite flexible over the base control system for some processes, providing the possibility of modifying control performance by simple tuning adjustments. The simulated control strategies demonstrate the benefits of model-based control in terms of process energy efficiency and economy. In addition to these results, the identified process and controller models have further potential in future research on control and process developments of supercritical fluid extraction.Ylikriittisen hiilidioksidipanosuuton identifiointi ja energiaoptimointi. Tiivistelmä. Prosessien ekologisuuden ja energiatehokkuuden lisäämiseen tähtäävä vihreä kemia edistää ylikriittisen uuton merkittävyyttä yhä enemmän. Perinteiset erotusmenetelmät käyttävät haitallisia kemikaaleja, niillä on alhainen uuteainesaanto suhteessa energian kulutukseen, ja ne tuottavat suuren määrän orgaanista jätettä. Ylikriittinen uutto tarjoaa parannuksia näihin haasteisiin prosessointienergian kulutuksen vähentymisen ja vaihtoehtoisen liuotinratkaisun muodossa. Hiilidioksidi on yleisimmin käytetty liuotin ylikriittisessä uutossa, koska sillä on monia etuja muihin liuottimiin verrattuna, mukaan lukien hinta, pienemmät ympäristö- ja terveysriskit sekä yksinkertainen erottaminen. Ylikriittiseen uuttoprosessiin liittyvän datapohjaisen identifioinnin ja kehittyneen säädön tutkimus on ollut hyvin vähäistä. Aiempien tutkimusten perusteella ylikriittisen uuton säätö toteutetaan pääasiassa perustason ei-mallipohjaisilla säätörakenteilla. Ohjaussilmukoiden vuorovaikutukset sekä neste- ja prosessidynamiikan epälineaarisuudet luovat suuria haasteita perussäätörakenteille. Kehittyneillä säätömenetelmillä olisi mahdollista käsitellä näitä haasteita paremmin. Mallipohjaiset säätöratkaisut tuovat teoriassa useita etuja ja hyötyjä perussäätöön verrattuna parantuvan tuotantoekonomian, optimoidun tuotelaadun ja -saannon sekä malliperusteisen tutkimuksen ja -kehityksen lisämahdollisuuksien muodossa. Tämän työn tavoitteena oli nostaa pilottikoon ylikriittisen hiilidioksidipanosuuttoprosessin säädön suorituskykyä ja optimoida energiankulutusta hyödyntämällä mallipredikriivisiä säätöstrategioita. Tutkimuksen kohteena olleen panosuuton yksikköprosessien mallinnus perustui koesuunnittelulla kerättyyn mittausaineistoon ja järjestelmän huolelliseen tarkkailuun. Malleja hyödynnettiin työssä kehitetyssä prosessisimulaattorissa. Toteutettu koessunnitelma (central composite design, CCD) mahdollisti lineaarisen regressioanalyysin hyödyntämisen, jonka tulokset osoittivat mahdollisten epälineaarisuuksien olemassaolon prosessin vakaan tilan sähkönkulutuksen ja operatiivisten muuttujien välillä. Malliprediktiiviset säätörakenteet kehitettiin simulaatioympäristössä hiilidioksidin paineen, hiilidioksidin tilavuusvirtauksen, uuttoreaktorin lämpötilan, ja erottajan lämpötilan säädöille. Kehitetyt säätörakenteet toivat suuria säätöparannuksia simuloituihin yksikköprosesseihin, johtaen merkittäviin vähennyksiin käyttösähkön- ja lämmitysveden kulutuksissa (vastaavat vähennykset 25 % ja 21 % saakka). Malliprediktiivinen säätö osoitti myös joustavuutensa perusäätöjärjestelmään verrattuna joissakin prosesseissa, mahdollistaen säätösuorituskyvyn modifioinnin yksinkertaisilla viritysmuutoksilla. Simuloidut säätöstrategiat havainnollistavat mallipohjaisen säädön mahdollisia hyötyjä prosessin energiatehokkuuden ja taloudellisuuden kannalta. Näiden tulosten lisäksi identifioiduilla prosessi- ja säädinmalleilla on lisäpotentiaalia tulevaisuuden ylikriittisen uuton säädön tutkimuksissa ja prosessikehityksissä

Uplink data measurement and analysis for 5G eCPRI radio unit

Abstract. The new 5G mobile network generation aims to enhance the performance of the cellular network in almost every possible aspect, offering higher data rates, lower latencies, and massive number of network connections. Arguably the most important change from LTE are the new RU-BBU split options for 5G promoted by 3GPP and other organizations. Another big conceptual shift introduced with 5G is the open RAN concept, pushed forward by organizations such as the O-RAN alliance. O-RAN aims to standardize the interfaces between different RAN elements in a way that promotes vendor interoperability and lowers the entry barrier for new equipment suppliers. Moreover, the 7-2x split option standardized by O-RAN has risen as the most important option within the different low layer split options. As the fronthaul interface, O-RAN has selected the packet-based eCPRI protocol, which has been designed to be more flexible and dynamic in terms of transport network and data-rates compared to its predecessor CPRI. Due to being a new interface, tools to analyse data from this interface are lacking. In this thesis, a new, Python-based data analysis tool for UL eCPRI data was created for data quality validation purposes from any O-RAN 7-2x functional split based 5G eCPRI radio unit. The main goal for this was to provide concrete KPIs from captured data, including timing offset, signal power level and error vector magnitude. The tool produces visual and text-based outputs that can be used in both manual and automated testing. The tool has enhanced eCPRI UL datapath testing in radio unit integration teams by providing actual quality metrics and enabling test automation.Uplink datamittaukset ja -analyysi 5G eCPRI radiolla. Tiivistelmä. Uusi 5G mobiiliverkkogeneraatio tuo mukanaan parannuksia lähes kaikkiin mobiiliverkon ominaisuuksiin, tarjoten nopeamman datasiirron, pienemmät viiveet ja valtavat laiteverkostot. Luultavasti tärkein muutos LTE teknologiasta ovat 3GPP:n ja muiden organisaatioiden ehdottamat uudet radion ja systeemimoduulin väliset funktionaaliset jakovaihtoehdot. Toinen huomattava muutos 5G:ssä on O-RAN:in ajama avoimen RAN:in konsepti, jonka tarkoituksena on standardisoida verkkolaitteiden väliset rajapinnat niin, että RAN voidaan rakentaa eri valmistajien laitteista, laskien uusien laitevalmistajien kynnystä astua verkkolaitemarkkinoille. O-RAN:n standardisoima 7-2x funktionaalinen jako on noussut tärkeimmäksi alemman tason jakovaihtoehdoista. Fronthaul rajapinnan protokollaksi O-RAN on valinnut pakettitiedonsiirtoon perustuvan eCPRI:n, joka on suunniteltu dynaamisemmaksi ja joustavammaksi datanopeuksien ja lähetysverkon suhteen kuin edeltävä CPRI protokolla. Uutena protokollana, eCPRI rajapinnalle soveltuvia data-analyysityökaluja ei ole juurikaan saatavilla. Tässä työssä luotiin uusi pythonpohjainen data-analyysityökalu UL suunnan eCPRI datalle, jotta datan laatu voidaan määrittää millä tahansa O-RAN 7-2x funktionaaliseen jakoon perustuvalla 5G eCPRI radiolla. Työkalun päätarkoitus on analysoida ja kuvata datan laatua laskemalla datan ajoitusoffsettia, tehotasoa, sekä EVM:ää. Työkalu tuottaa tulokset visuaalisena ja tekstipohjaisena, jotta analyysia voidaan tehdä niin manuaalisessa kuin automaattisessa testauksessa. Työkalun käyttöönotto on tehostanut UL suunnan dataputken testausta radio-integrointitiimeissä, tarjoten datan laatua kuvaavaa metriikkaa sekä mahdollistaen testauksen automatisoinnin

A Bayesian test for the appropriateness of a model in the biomagnetic inverse problem

This paper extends the work of Clarke [1] on the Bayesian foundations of the biomagnetic inverse problem. It derives expressions for the expectation and variance of the a posteriori source current probability distribution given a prior source current probability distribution, a source space weight function and a data set. The calculation of the variance enables the construction of a Bayesian test for the appropriateness of any source model that is chosen as the a priori infomation. The test is illustrated using both simulated (multi-dipole) data and the results of a study of early latency processing of images of human faces. [1] C.J.S. Clarke. Error estimates in the biomagnetic inverse problem. Inverse Problems, 10:77--86, 1994.Comment: 13 pages, 16 figures. Submitted to Inverse Problem

Bilingualism Is Associated with a Delayed Onset of Dementia but Not with a Lower Risk of Developing it: a Systematic Review with Meta-Analyses.

Some studies have linked bilingualism with a later onset of dementia, Alzheimer's disease (AD), and mild cognitive impairment (MCI). Not all studies have observed such relationships, however. Differences in study outcomes may be due to methodological limitations and the presence of confounding factors within studies such as immigration status and level of education. We conducted the first systematic review with meta-analysis combining cross-sectional studies to explore if bilingualism might delay symptom onset and diagnosis of dementia, AD, and MCI. Primary outcomes included the age of symptom onset, the age at diagnosis of MCI or dementia, and the risk of developing MCI or dementia. A secondary outcome included the degree of disease severity at dementia diagnosis. There was no difference in the age of MCI diagnosis between monolinguals and bilinguals [mean difference: 3.2; 95% confidence intervals (CI): -3.4, 9.7]. Bilinguals vs. monolinguals reported experiencing AD symptoms 4.7 years (95% CI: 3.3, 6.1) later. Bilinguals vs. monolinguals were diagnosed with dementia 3.3 years (95% CI: 1.7, 4.9) later. Here, 95% prediction intervals showed a large dispersion of effect sizes (-1.9 to 8.5). We investigated this dispersion with a subgroup meta-analysis comparing studies that had recruited participants with dementia to studies that had recruited participants with AD on the age of dementia and AD diagnosis between mono- and bilinguals. Results showed that bilinguals vs. monolinguals were 1.9 years (95% CI: -0.9, 4.7) and 4.2 (95% CI: 2.0, 6.4) older than monolinguals at the time of dementia and AD diagnosis, respectively. The mean difference between the two subgroups was not significant. There was no significant risk reduction (odds ratio: 0.89; 95% CI: 0.68-1.16) in developing dementia among bilinguals vs. monolinguals. Also, there was no significant difference (Hedges' g = 0.05; 95% CI: -0.13, 0.24) in disease severity at dementia diagnosis between bilinguals and monolinguals, despite bilinguals being significantly older. The majority of studies had adjusted for level of education suggesting that education might not have played a role in the observed delay in dementia among bilinguals vs. monolinguals. Although findings indicated that bilingualism was on average related to a delayed onset of dementia, the magnitude of this relationship varied across different settings. This variation may be due to unexplained heterogeneity and different sources of bias in the included studies. Registration: PROSPERO CRD42015019100

Kokonaisvaltainen katse sydänkuntoutukseen

Kuntoutujat kokevat sydänkurssien kohentavan fyysistä kuntoa ja vähentävän ahdistuneisuutta. Kursseille hakeudutaan kuitenkin sattumanvaraisesti ja usein myöhäisessä vaiheessa. Kela järjestää sopeutumisvalmennus- ja kuntoutuskursseja vuosittain noin 1 000 sydänpotilaalle ja heidän omaisilleen. Tavoitteena on parantaa kuntoutujan ja hänen perheensä valmiuksia jatkaa elämää mahdollisimman täysipainoisesti sairaudesta huolimatta. Sepelvaltimotautia sairastavien potilaiden kuntoutusta eli sydänkuntoutusta koskevassa tutkimuksessa selvitettiin kuntoutujien sairaushistoriaa, työkykyä, työ- tai eläketilannetta sekä kuntoutumiselle asetettujen tavoitteiden toteutumista. Samalla selvitettiin kuntoutuskurssien kytkeytymistä potilaiden hoitokokonaisuuteen ja hoitoketjuun. Tutkimuksessa oli mukana neljä kuntoutuslaitosta ja niiden työikäisten sydänkursseille vuosina 2003–2004 osallistuneet 134 kuntoutujaa, joista 27 oli naisia ja 107 miehiä. Lisäksi kerättiin tietoja kurssien sisällöstä niiltä kuntoutuslaitoksilta, jotka olivat järjestäneet sydänkursseja vuosina 2003-2005. Kuntoutujien omasta mielestä heidän kuntonsa parani vuoden seurantajakson aikana. Myös fyysiset rajoitukset, ahdistuneisuus ja masentuneisuus vähenivät. Naiset olivat masentuneempia ja ahdistuneempia kuin miehet, mutta heidän mielialansa parani selvästi. Naiset pystyivät myös miehiä paremmin pudottamaan ylipainoaan. Kuntoutujien työkyky ei kuitenkaan kohentunut toivotulla tavalla. Sydänpotilaiden kuntoutustarpeet tulisi arvioida terveydenhuollossa. Mikäli kuntoutumisessa on vaikeuksia, olisi Kelan sydänkurssit hyvä kytkeä osaksi potilaan hoitoketjua. Nyt kursseille hakeutuminen on melko sattumanvaraista ja monilla osallistujilla on takanaan jo vuosia kestänyt sydänsairaushistoria.10,00 euro

Astrocyte alterations in neurodegenerative pathologies and their modeling in human induced pluripotent stem cell platforms

Astrocytes are the most abundant cell type in the brain. They were long considered only as passive support for neuronal cells. However, recent data have revealed many active roles for these cells both in maintenance of the normal physiological homeostasis in the brain as well as in neurodegeneration and disease. Moreover, human astrocytes have been found to be much more complex than their rodent counterparts, and to date, astrocytes are known to actively participate in a multitude of processes such as neurotransmitter uptake and recycling, gliotransmitter release, neuroenergetics, inflammation, modulation of synaptic activity, ionic balance, maintenance of the blood–brain barrier, and many other crucial functions of the brain. This review focuses on the role of astrocytes in human neurodegenerative disease and the potential of the novel stem cell-based platforms in modeling astrocytic functions in health and in disease.Peer reviewe

Multilingual speech recognition for the elderly: The AALFred personal life assistant

The PaeLife project is a European industry-academia collaboration in the framework of the Ambient Assisted Living Joint Programme (AAL JP), with a goal of developing a multimodal, multilingual virtual personal life assistant to help senior citizens remain active and socially integrated. Speech is one of the key interaction modalities of AALFred, the Windows application developed in the project; the application can be controlled using speech input in four European languages: French, Hungarian, Polish and Portuguese. This paper briefly presents the personal life assistant and then focuses on the speech-related achievements of the project. These include the collection, transcription and annotation of large corpora of elderly speech, the development of automatic speech recognisers optimised for elderly speakers, a speech modality component that can easily be reused in other applications, and an automatic grammar translation service that allows for fast expansion of the automatic speech recognition functionality to new languages.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Sukupolvien ketju : Suuret ikäluokat ja sukupolvien välinen vuorovaikutus Suomessa

Tutkimuksessa selvitään sukulaisten välistä vuorovaikutusta sekä avunantoa suomalaisissa perheissä ja suvuissa. Tutkimuskohteena on kolme perhesukupolvea: suuret ikäluokat, heidän aikuiset lapsensa ja vanhempansa, joista on kerätty laaja postikysely-, lomakehaastattelu- ja teemahaastatteluaineisto. Tutkimuskysymysten muodostamisessa ja tulosten tarkastelussa hyödynnetään aikaisempaa sosiologista sukupolvi- ja perhetutkimusta sekä evoluutioteorian esittämiä vastavuoroisuutta ja altruismia koskevia teorioita ja tuloksia. Tutkimuksessa kysytään, miten eri sukupolvet auttavat toisiaan, millaisia sukupolvikohtaisia eroja auttamiskäytännöissä esiintyy ja mitkä taustatekijät selittävät auttamista. Lisäksi selvitetään sukulaisten auttamisasenteita ja tyytyväisyyttä saatuun apuun sekä auttamiseen liittyviä ristiriitoja. Näiden ohella tarkastellaan, miten sukupolvien väliset sosiaaliset suhteet kytkeytyvät auttamiskäytäntöihin. Tutkimustulokset osoittavat, että sukulaisapu on tärkeä tekijä ihmisten välisessä vuorovaikutuksessa. Ihmiset ovat eniten yhteydessä biologisiin sukulaisiinsa, auttavat heitä eniten ja saavat heiltä eniten apua. Mitä keskeisemmästä avun muodosta on kysymys, sitä tärkeämpiä lähisukulaiset ovat. Toisaalta apua annetaan useille eri sukulaisille, mutta avun nettovirta kulkee sukulinjassa vanhemmilta nuoremmille polville. Keskeinen tulos onkin se, että suuret ikäluokat antavat apua enemmän lapsilleen kuin vanhemmilleen. Sukupolvien väliset erot auttamisessa liittyvät yleensä vastaajien ikään tai elämänvaiheeseen. Vastaajat ovat tavallisesti saaneet pyytäessään apua ja ovat yleensä myös tyytyväisiä saamaansa apuun. Sukulaisten auttaminen onkin valtaosalle itsestään selvää riippumatta siitä, koetaanko sitä varsinaisesti velvollisuudeksi. Huolimatta siitä, että sukulaisten auttaminen on runsasta, vain harvat mieltävät esimerkiksi vanhusten auttamisen yksinomaan perheen velvollisuudeksi.11,00 euro

Utilizing gravity in movement-based games and play

This paper seeks to expand the understanding of gravity as a powerful but underexplored design resource for movement-based games and play. We examine how gravity has been utilized and manipulated in digital, physical, and mixed reality games and sports, considering five central and gravity-related facets of user experience: realism, affect, challenge, movement diversity, and sociality. For each facet, we suggest new directions for expanding the field of movement-based games and play, for example through novel combinations of physical and digital elements. Our primary contribution is a structured articulation of a novel point of view for designing games and interactions for the moving body. Additionally, we point out new research directions, and our conceptual framework can be used as a design tool. We demonstrate this in 1) creating and evaluating a novel gravity-based game mechanic, and 2) analyzing an existing movement-based game and suggesting future improvements

X-ray Raman scattering study of aligned polyfluorene

We present a non-resonant inelastic x-ray scattering study at the carbon K-edge on aligned poly[9,9-bis(2-ethylhexyl)-fluorene-2,7-diyl] and show that the x-ray Raman scattering technique can be used as a practical alternative to x-ray absorption measurements. We demonstrate that this novel method can be applied to studies on aligned $\pi$-conjugated polymers complementing diffraction and optical studies. Combining the experimental data and a very recently proposed theoretical scheme we demonstrate a unique property of x-ray Raman scattering by performing the symmetry decomposition on the density of unoccupied electronic states into $s$- and $p$-type symmetry contributions.Comment: 19 pages, 8 figure