Combustion properties of biomass residues rich in phosphorus

Tillgången på traditionella biobränslen är begränsad och därför behöver man ta fram nya, tidigare outnyttjade biobränslen för att möta de uppställda CO2 emissionsmålen av EU och det ständigt ökande energibehovet. Under de senare åren har intresset riktats mot termisk energiutvinning ur olika restfraktioner och avfall. Vid produktion av fordonsbränsle ur biomassa är den fasta restprodukten ofta den största procesströmmen i produktionsanläggningen. En riktig hantering av restprodukterna skulle göra produktionen mera lönsam och mer ekologiskt hållbar. Ett alternativ är att genom förbränning producera elektricitet och/eller värme eftersom dessa restprodukter anses som CO2-neutrala. Målsättningen med den här avhandlingen var att studera förbränningsegenskaperna hos några fasta restprodukter som uppstår vid framställning av förnybara fordonsbränslen. De fyra undersökta materialen är rapskaka, palmkärnskaka, torkad drank och stabiliserat rötslam. I studien används ett stort urval av undersökningsmetoder, från laboratorieskala till fullskalig förbränning, för att identifiera de huvudsakliga utmaningarna förknippade med förbränning av restprodukterna i pannor med fluidiserad bäddteknik. Med hjälp av detaljerad bränslekarakterisering kunde restprodukterna konstateras vara en värdefull källa för värme- och elproduktion. Den kemiska sammansättningen av restprodukterna varierar stort jämfört med mera traditionellt använda biobränslen. En gemensam faktor för alla de studerade restprodukterna är en hög fosforhalt. På grund av de låga fosforkoncentrationerna i de traditionella biobränslena har grundämnet hittills inte ansetts spela någon större roll i askkemin. Experimenten visade nu att fosfor inte mera kan försummas då man studerar kemin i förbränningsprocesser, då allt flera fosforrika bränslen tränger in på energimarknaden.

Optimization of hydrogen plant efficiency

The purpose of this master’s thesis was to study ways to increase the operating cost-efficiency of the hydrogen production process by optimizing the process parameters while, at the same time, maintaining plant reliability and safety. The literature part reviewed other hydrogen production and purification processes as well as raw material alternatives for hydrogen production. The experimental part of the master’s thesis was conducted at Solvay Chemicals Finland Oy’s hydrogen plant in spring 2012. It was performed by changing the process parameters, first, one by one, aiming for a more efficient process with clean product gas and lower natural gas consumption. The values of the process parameters were tested based on the information from the literature, process simulation and experiences of previous similar processes. The studied parameters were reformer outlet temperature, shift converter inlet temperature and steam/carbon ratio. The results show that the optimal process conditions are a lower steam/carbon ratio and reformer outlet temperature than the current values of 3.0 and 798 °C. An increase/decrease in the shift conversion inlet temperature does not affect natural gas consumption, but it has an effect on minimizing the process steam overload.

Palvelun laatu tapahtumatuotantoyksikössä

Palvelun laatu on monimuotoinen asetelma, johon vaikuttavat palveluntarjoajan ja asiakkaan yhteistoiminta, kuten myös vuorovaikutustekijät. Kuitenkaan asiakasnäkökulmasta katsottuna palvelun laadun arviointi ei liity ainoastaan yhteen tekijään, vaan koko tuotantoprosessin aikana tapahtuviin asioihin, jota palveluntarjoaja ja asiakas yhdessä toteuttavat. Tämän tutkimuksen aihealue keskittyy siihen millainen on tapahtumatuotantoyksikön palvelun laatu, mitkä tekijät tähän vaikuttavat ja mitkä tekijät nousevat esille erityisen voimakkaina. Keskeisemmät teoriataustat liittyvät palvelun ja tavaratuotannon eroavaisuuksiin, palvelun prosessimaiseen luonteeseen, asiakasarvoon, sekä palvelun laadun eri näkökulmiin. Palvelun laatua tässä tutkimuksessa tarkastellaan mallinnetun tapahtumatuotantoyksikön palveluprosessin myötä, jonka kuvaamiseen hyödynnetään Service Blueprinting tekniikkaa. Teoriaosuudessa keskitytään tarkastelemaan palvelun laadun erilaisia malleja, joiden myötä myös tämän tutkimuksen mittaamiselle saatiin luotua oma pohja. Tutkimuksen tiedonkeruumenetelmänä käytetään aineistotriangulaatiota. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa käytetään kvantitatiivista tutkimusmenetelmää, kyselylomakkeen muodossa ja toisessa vaiheessa kvalitatiivista tutkimusmenetelmää, teema- ja puolistrukturoidun haastattelun muodossa. Tutkimuksen tulokset kertovat tapahtumatuotantoprosessin palvelu laadun tilan, sekä siihen sisältyvät vahvuudet ja heikkoudet. Myös tapahtumatuotantotyöhön vaikuttavat palvelun laadun tekijät, tuotiin esille tutkimuksen kautta.

Stochastic variability of output levels in a pulp mill

Quite often, in the construction of a pulp mill involves establishing the size of tanks which will accommodate the material from the various processes in which case estimating the right tank size a priori would be vital. Hence, simulation of the whole production process would be worthwhile. Therefore, there is need to develop mathematical models that would mimic the behavior of the output from the various production units of the pulp mill to work as simulators. Markov chain models, Autoregressive moving average (ARMA) model, Mean reversion models with ensemble interaction together with Markov regime switching models are proposed for that purpose.

Tuotannonohjausmuodon vaihtaminen tilausohjautuvasta varasto-ohjautuvaan

Diplomityössä tutkitaan tuotannonohjausmuodon vaihtamista tilausohjautuvasta varasto-ohjautuvaan. Tavoitteena on löytää kohdeyritykselle kustannustehokkain vaihtoehto tuotannonohjaukseen. Tutkimuksessa analysoidaan yrityksen tuotantoprosessi nykytila-analyysilla toiminnan tehokkuuden arvioimiseksi ja tuotannon pullonkaulojen löytämiseksi. Asiakastilauksen kytkentäpisteet ja taloudelliset tuotantoeräkoot määritellään yrityksen valmistamille tuotteille. Työn tuloksissa käydään tuotannon tunnuslukujen avulla läpi tuotannon tehokkuuden kehittymistä projektin aikana. Varasto-ohjautuva tuotannonohjausmuoto osoittautui kannattavimmaksi ohjausmuodoksi tarkasteltavana ajankohtana. Toimitusvarmuus ja kapasiteetin käyttöaste parantuivat ohjausmuodon vaihtamisen myötä. Asetuskustannuksia saatiin vähennettyä ja tuotantoprosessia kehitettyä. Tuotannon läpimenoaikojen lyhennyttyä tilausohjautuvuutta tulee tarkastella uudestaan.

Anodivalimon kokoonpanon läpimenoajan lyhentäminen

Tutkimuksen tarkoituksena oli löytää menetelmiä tuotteen kokoonpantavuuden kehittämiseen ja parantaa sitä DFMA-ajattelun sekä Lean–filosofian avulla. Työn teoreettisessa osuudessa tarkasteltiin läpimenoajan käsitettä ja käytettävissä olevien resurssien merkitystä. Lisäksi tarkastelun kohteena oli DFMA:n hyödyntäminen kokoonpanon nopeuttamisessa sekä Lean–filosofian hyödyntäminen tuotantoprosessin kehittämiseksi. Empiirinen osuus kohdentui Outotec Turula Oy:n anodivalimon kokoonpanossa ilmenneisiin ongelmiin ja niiden poistamiseen. Tutkimuksella saatiin selvitettyä resurssien ja osaamisen merkitys valmistusprosessin kehittämisen turvaamisessa. DFMA:n ja Lean:in avulla on mahdollista löytää toimintatapoja, joiden avulla anodivalimon kokoonpanon läpimenoaikaa on mahdollista lyhentää.

Sosiaali- ja terveydenhuollon asiantuntijoiden palveluprosessien mallintaminen osana vastaanottotoiminnan kehittämistä

Diplomityön tavoitteena on soveltaa perinteisesti teollisesta tuotannosta lähtöisin olevia prosessijohtamisen menetelmiä sosiaali- ja terveydenhuollon vastaanottotoiminnan kehittämiseen. Tarkoituksena on asiantuntijapalveluprosessien mallintamisen avulla kartoittaa prosessien nykytilaa tunnistamalla ongelma- ja kehittämiskohteita, joiden ratkaisemiseksi annettavien kehittämistoimenpide-ehdotusten muodostamisessa sovelletaan prosessijohtamisen menetelmien periaatteita. Tutkimuksen teoreettisen viitekehyksen mukaisesti tarkastellaan mm. prosessien mallintamista, eli kuvaamista ja analysointia, sekä sosiaali- ja terveydenhuoltoa palvelutuotantona. Tutkimuksessa hyödynnetään sekä kvalitatiivisia että kvantitatiivisia menetelmiä, ja tutkimusaineistoa kerätään haastattelujen, havainnoinnin ja tilastojen avulla. Asiantuntijoiden palveluprosesseista laaditaan aineiston perusteella kuvaukset, ja tunnistetaan prosesseihin tai laajemminkin sosiaali- ja terveydenhuolto-organisaatioon liittyviä ongelma- ja kehittämiskohteita. Kehittämistoimenpiteissä korostuvat asiakaslähtöisyys ja tuottavuus, ja niissä huomioidaan niin asiakkaan, henkilöstön, prosessien kuin asiakasohjauksen näkökulma. Työn keskeisimmät tulokset ovat prosessikuvaukset, tunnistetut ongelma- ja kehittämiskohteet sekä prosessien uudelleenmäärittämiseksi muodostetut kehittämistoimenpide-ehdotukset, joiden hyötyjä ja vaikutuksia mm. suorituskykyyn arvioidaan. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että prosessijohtamisen menetelmät soveltuvat sosiaali- ja terveydenhuollon toiminnan kehittämiseen, kunhan huomioidaan toimintaympäristön erityispiirteet ja haasteet.

Wastewater Treatment and Deinking Sludge Utilization Possibilities for Energy and Material Recovery in the Leningrad Region

Operation of pulp and paper mills generates waste including wastewater treatment sludge and deinking sludge. Both sludge types are generated in large amounts and are mainly disposed of in landfills in the Leningrad Region resulting in environmental degradation. The thesis was aimed at seeking new sustainable ways of sludge utilization. Two paper mills operating in the Leningrad Region and landfilling their sludge were identified: “SCA Hygiene Products Russia” and “Knauf”. The former generates 150 t/day of deinking sludge, the latter – 145 t/day of secondary sludge. Chemical analyses of deinking sludge were performed to assess applicability of sludge in construction materials production processes. Higher heating value on dry basis of both sludge types was determined to evaluate energy potential of sludge generated in the Leningrad Region. Total energy output from sludge incineration was calculated. Deinking sludge could be utilized in the production process of “LSR-Cement” or “Slantsy Cement Plant Cesla” factories, and “Pobeda” and “Nikolsky” brick mills without exceeding current sludge management costs.

Transient current technique simulation of semiconductor detectors

Nowadays advanced simulation technologies of semiconductor devices occupies an important place in microelectronics production process. Simulation helps to understand devices internal processes physics, detect new effects and find directions for optimization. Computer calculation reduces manufacturing costs and time. Modern simulation suits such as Silcaco TCAD allow simulating not only individual semiconductor structures, but also these structures in the circuit. For that purpose TCAD include MixedMode tool. That tool can simulate circuits using compact circuit models including semiconductor structures with their physical models. In this work, MixedMode is used for simulating transient current technique setup, which include detector and supporting electrical circuit. This technique was developed by RD39 collaboration project for investigation radiation detectors radiation hard properties.

Siiderin ja long drink -juomien sekoitusprosessin kehittäminen

Diplomityössä perehdytään Hartwall Lahden tuotantolaitoksen juomanvalmistuksen osaston siiderin ja long drink –juomien valmistusprosessin kehittämiseen. Diplomityön tavoitteena oli löytää prosessin ongelma- ja poikkeamakohtia, tutkia mahdollisia hävikkikohteita ja suorittaa laadun osalta ajoseurantamittauksia. Ongelmakohtien pohjalta laadittiin parannusehdotuksia ja niitä toteutettiin jo tämän projektin aikana. Ongelma- ja poikkeamakohtia tutkittiin ajoprosessin aikana. Hävikkitutkimus kohdennettiin aromiliuoksen annostelulinjaan, nestesokerin an-nostelulinjaan ja tuotteiden alku- ja lopputyönnöille painetankkeihin. Painetankkien osalta mahdollisia hävikkikohteita tutkittiin kokeellisen toiminnan avulla ajo-prosessin aikana. Ajoprosessin käynnistyksen jälkeen selvitettiin milloin valmis tuote on painetankkien venttiilimatriisilla. Uudet parametrit alku- ja lopputyönnöille määritettiin tuoteputken, painetankkien pohjaputkien ja venttiilimatriisin tilavuuksien avulla. Hävikkitutkimuksen tuloksena saatiin pienennettyä hävikkiä ja näin ollen syntyi kustannussäästöjä. Hiilidioksidin sitoutuvuutta tutkittiin mittauksien avulla valmistusprosessin aikana. Mittauksien perusteella havaittiin, että hiilidioksidipitoisuus laskee painetankissa. Tämä johtuu valmiin tuotteen lämpötilamuutoksista. Tuotteen lämpötilaa voidaan tasata esimerkiksi levylämmönvaihtimen avulla.

Employees’ continuous learning and job satisfaction - effects on productivity

In today’s knowledge intense economy the human capital is a source for competitive advantage for organizations. Continuous learning and sharing the knowledge within the organization are important to enhance and utilize this human capital in order to maximize the productivity. The new generation with different views and expectations of work is coming to work life giving its own characteristics on learning and sharing. Work should offer satisfaction so that the new generation employees would commit to organizations. At the same time organizations have to be able to focus on productivity to survive in the competitive market. The objective of this thesis is to construct a theory based framework of productivity, continuous learning and job satisfaction and further examine this framework and its applications in a global organization operating in process industry. Suggestions for future actions are presented for this case organization. The research is a qualitative case study and the empiric material was gathered by personal interviews concluding 15 employee and one supervisor interview. Results showed that more face to face interaction is needed between employees for learning because much of the knowledge of the process is tacit and so difficult to share in other ways. Offering these sharing possibilities can also impact positively to job satisfaction because they will increase the sense of community among employees which was found to be lacking. New employees demand more feedback to improve their learning and confidence. According to the literature continuous learning and job satisfaction have a relative strong relationship on productivity. The employee’s job description in the case organization has moved towards knowledge work due to continuous automation and expansion of the production process. This emphasizes the importance of continuous learning and means that productivity can be seen also from quality perspective. The normal productivity output in the case organization is stable and by focusing on the quality of work by improving continuous learning and job satisfaction the upsets in production can be handled and prevented more effectively. Continuous learning increases also the free human capital input and utilization of it and this can breed output increasing innovations that can increase productivity in long term. Also job satisfaction can increase productivity output in the end because employees will work more efficiently, not doing only the minimum tasks required. Satisfied employees are also found participating more in learning activities.

AQUAREL CONCEPT Aquatic resources for green energy realization

The AQUAREL project studied the availability and optional utilization methods for fish processing side streams and other aquatic biomaterial in the Republic of Karelia. Additionally processing aquatic biomaterial with manure and sewage sludge was studied. Based on the results, the most feasible option today is to process fish side streams to fish oil and dewatered oil-free residue and to use them for fish or animal feed production. However, it is necessary to highlight, that changes in e.g. economic environment, energy prices and demand may require re-evaluating the results and conclusions made in the project. Producing fish oil from fish processing side streams is an easy and relatively simple production process generating a valuable end product. The functionality of the process was confirmed in a pilot conducted in the project. The oil and solids are separated from the heated fish waste based on gravity. The fish oil separating on top of the separator unit is removed. Fish oil can as such be utilized for heating purposes, fish meal or animal feed production, but it can also be further processed to biodiesel. However, due to currently moderate energy prices in Russia, biodiesel production is not economically profitable. Even if the fish oil production process is not complicated, the operative management of small-scale fish oil production unit requires dedicated resources and separate facilities especially to meet hygiene requirements. Managing the side streams is not a core business for fish farmers. Efficient and economically profitable fish oil production requires a centralized production unit with bigger processing capacity. One fish processing unit needs to be designed to manage side streams collected from several fish farms. The optimum location for the processing unit is in the middle of the fish farms. Based on the transportation cost analysis in the Republic of Karelia, it is not economically efficient to transport bio-wastes for more than 100 km since the transportation costs start increasing substantially. Another issue to be considered is that collection of side streams, including the dead fish, from the fish farms should be organized on a daily basis in order to eliminate the need for storing the side streams at the farms. Based on AQUAREL project studies there are different public funding sources available for supporting and enabling profitable and environmentally sustainable utilization, research or development of fish processing side streams and other aquatic biomaterial. Different funding programmes can be utilized by companies, research organizations, authorities and non-governmental organizations.

Meesauunin kannatuksien suunnittelutyökalun kehitys

Meesauunia käytetään sellun tuotantoprosessissa kemiallisessa reaktiossa, jossa kalsiumkarbonaatti muutetaan kalsiumoksidiksi. Reaktio on osa sellutehtaan kemikaalikiertoa, missä sellun valmistamisessa käytettävät kemikaalit kierrätetään uusiokäyttöön. Tässä diplomityössä on kehitetty meesauunin kannatusten automatisoitu suunnittelutyökalu vanhan AutoLispillä kehitetyn ohjelman perusteella. Kehitetyn suunnittelutyökalun tärkeimmät osat ovat Excelissä tehdyt kuormituslaskenta ja mitoituslaskenta. Näillä ohjataan Autodeskin Inventoriin kehitettyä cad-mallia ja valmistuspiirustusta. Laskentaohjelmat ja cad-malli on kehitetty mahdollistamaan uusien uunikokojen helpon lisäämisen ohjelmaan. Diplomityössä on perehdytty kuormituslaskentaan standardien mukaisesti. Käytettyjä standardeja ovat esimerkiksi Eurokoodi ja Uniform Building Code. Epätavallisten tilanteiden kuormituslaskennassa käytettiin apuna FE-analyysilla kehitettyjä laskentamalleja. Näitä käytettiin uunin taipumisesta aiheutuvien voimien laskennassa ja lovetun kannatinpyörän aiheuttamien impulssivoimien suuruuden määrittämisessä. Lisäksi diplomityössä perehdyttiin suunnitteluautomaatin kehittämiseen Exceliä apuna käyttäen. Suunnittelutyökalun toimivuutta on verifioitu suunnittelemalla kehitetyllä suunnittelutyökalulla standardiuuneja ja verrattu tuloksia ja valmistuspiirustuksia vanhalla ohjelmalla tulostettuihin tuloksiin. Tulosten perusteella uutta suunnittelutyökalua voidaan käyttää meesauunin kannatuksien suunnitteluun.

Sinkityslinjan pesuosan optimointi

Työn tavoitteena oli sinkityslinjan pesuosan toiminnan optimointi. Teoriakatsauksen ja haastattelututkimusten avulla työssä selvitettiin, mitkä tekijät pesuosalla tai teräsnauhan pesua edeltävissä prosessivaiheissa vaikuttavat pesutehoon alentavasti. Pesuosan ajoparametrien muutoskokeiden avulla määritettiin kunkin pesuparametrin suhteellinen vaikutus pesutulokseen sekä pesuosan optimaaliset ajoparametrit. Vaikutuksia arvioitiin pinnanpuhtauden ja pesuvesien laboratorioanalyysien sekä prosessidatan avulla. Jätevesianalyysien ja prosessidatan avulla arvioitiin lisäksi pesuosan muutosten vaikutusta pesusta syntyviä jätevesiä käsittelevän jätevesilaitoksen toimintaan. Laitetestauksen avulla työssä kartoitettiin, mikä menetelmä pinnanpuhtauden määrittämiseen soveltuu pesuosalle parhaiten. Kustannusarvioinnilla selvitettiin, millä toimin pesuosan toimintavarmuutta on edullisinta ylläpitää. Työn tulosten pohjalta lämpötilalla todettiin olevan pesutuloksen kannalta merkittävin vaikutus. Sen sijaan kemikaaliannostelun merkitys oli vähäinen. Vesien säännöllisen uudistamisen todettiin olevan olennainen pesuvesien ylläpitokeino nykyisessä pesutilanteessa. Se todettiin lisäksi ennakoivana toimenpiteenä kannattavammaksi kuin pesuosan täystyhjäykset ongelmatilanteissa. Teippitestein määritettävälle pinnanpuhtaudelle katsottiin sopivaksi vaihteluväliksi 40–75 %. Työssä todettiin, että pesua edeltävän kylmävalssin valssiöljyn vaihto sekä valssilla tuotetun teräsnauhan pinnanpuhtaus vaikuttavat merkittävästi pesuosan toimintakykyyn ja pesuosan pyörittämisestä aiheutuviin kustannuksiin. Toimenpiteet pesuosalla vaikuttavat lisäksi jätevesilaitoksen käsittelyvaatimuksiin, joskin myös tasaavat sen toimintaa. Työssä ehdotettiin ratkaisukeinoja pesuosan toimintavarmuuden varmistamiseksi jatkossa, sekä tarjottiin työkaluja, joiden avulla tulevissa investointipäätöksissä voidaan ottaa huomioon myös pesuosan toiminnan edellytykset.