Optimal Mechanical PulpingProcesses for Eucalyptus, Acacia and Birch

Tässä diplomityössä tutkittiin ja vertailtiin eukalyptuksen, akaasian ja koivun kemimekaanista kuiduttamista ja valkaisua. Yleensä näitä puulajeja käytetään sellun keittoon. Puulajit eroavat toisistaan kasvupaikan ja kuiturakenteen osalta. Eukalyptus ja akaasia ovat niin sanottuja trooppisia lehtipuita, kun taas koivu kasvaa pohjoisilla vyöhykkeillä. Koivulla on kookkaimmat kuidut ja akaasialla pienimmät kuidut. Myös näiden lajien putkilot eroavat toisistaan. Koivun putkilot ovat pitkiä ja kapeita, kun taas eukalyptuksen ja akaasian putkilot ovat lyhyitä ja leveitä. Prosessiksi valittiin kaksivaiheinen APMP-prosessi. Koeajot tehtiinKeskuslaboratorio Oy:ssä. Massoille asetettiin seuraavat tavoitteet: freeness 150-200 ml ja vaaleus 80 %ISO. Eukalyptukselle ja koivulle tehtiin kaksi erilaista impregnointisarjaa, mutta akaasialle vain yksi. Jauhatuksen viimeisessä vaiheessa kokeiltiin myös jauhinvalkaisua. Jauhatuksen energiankulutus oli korkea varsinkin eukalyptuksella ja akaasialla. Jotta energiankulutus saataisiin pienemmäksi, tulisi käyttää enemmän lipeää, mutta se johtaa alkalitummumiseen. Lopuksi massat valkaistiin laboratoriossa. Eukalyptus ja koivu pystyttiin valkaisemaan vaaleuteen 80 %ISO, mutta eukalyptuksen valkaisu vaati enemmän peroksidia kuin koivun valkaisu. Akaasian lähtövaaleus oli niin alhainen, ettei siinä päästy tavoitevaaleuteen. Eukalyptuksella on parempi valonsironta ja paremmat lujuusominaisuudet kuin koivulla. Kemimekaanista massaa voidaan käyttää hienopaperissa parantamassa jäykkyyttä, bulkkia ja valonsirontaa, mutta usein ongelmana on alhainen vaaleus ja huono vaaleuden pysyvyys. Kemimekaanista massaa voidaankäyttää missä tahansa mekaanisissa painopapereissa. Mekaanisissa painopapereissa kemimekaanisella lehtipuumassalla voidaan korvata mekaanista havupuumassaa. Akaasia on niin tummaa, ettei sitä voida käyttää korkeavaaleuksisiin papereihin. Eukalyptus ja koivu ovat vaaleampia ja helpompia valkaista kuin akaasia, mutta myös niillä on niin huono vaaleudenpysyvyys että käyttö hienopapereissa on rajoittunutta. Mekaanisille eukalyptus ja koivumassoille hienopaperia parempi käyttökohde on mekaaniset painopaperit, kuten MWC-paperi.

Tehdaslogistiikka : value added logistics of the supply and demand chain costfix

VALOSADE (Value Added Logistics in Supply and Demand Chains) on Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja sielläprofessori Anita Lukan VALORE -tutkimusryhmän toteuttama tutkimusprojekti, jonka rahoittaja on ollut Tekes. Projekti on osa Tekesin ELO - Elektronisen liiketoiminnan logistiikka - teknologiaohjelmaa. Tutkimusta rahoittivat Tekesin lisäksi neljä yritystä, jotka toimivat myös tutkimustyön kohteina ja toimivat tarpeen mukaan yhteistyössä tutkijoiden kanssa. Yritysten toimialat ovat metsäteollisuus, laitevalmistaja, joka tarjoaa myös tuotteilleen jälkimarkkinapalveluja sekä kaksi logistiikkapalveluyritystä. Tämä työraportti liittyy VALOSADE - tutkimusprojektin osaprojektiin Costfix (Paper Mill Process - from Fixed Costs into Variable Costs). Costfix - projektin tavoitteena on tutkia ja löytää paperiteollisuudelle uusia toimintamalleja, jotka mahdollistavat kiinteiden kustannusten muuttamisen muuttuviksi. Merkittävä tutkimuksen osa-alue on myös tutkimuskohteiden liike-toiminnan nykytilan aiempaa tarkempi selvittäminen. Tämä työraportti käsittelee kunnossapidon materiaalilogistiikan osalta tehtaan sisällä tapahtuvaa toimintaa, josta tässä tutkimuksessa käytetään nimitystä tehdaslogistiikka. Nykytilaselvityksen perusteella nykyinen prosessiteollisuudessa ja myös pääsääntöisesti valmistavassa teollisuudessa yleisesti vallitseva teollisuusyrityksen käyttöinvestointia ylläpitävän palveluprosessin toimintarakenne, johtamistapa ja prosessin operatiivisten tehtävien toimenkuvat eivät tue ko. palvelukokonaisuuden tehokasta ja tuloksellista toteuttamista. Nykymuotoinen toimintamalli pikemminkin rajoittaa toimintaprosessin kokonaishallintaa ja sen tehostamiseksi investoitujen uusien teknisten ratkaisujen ja teknologian käyttöönottoa. Lisäksi yleisesti vallitseva toimintakulttuuri (mm. arvokäsitykset, uskomukset sekä toiminnan ja tavoitteiden taustalla olevat motiivit) sekä vaikeuttaa nykyisen ja tulevan kilpailutilanteen edellyttämien tehokkuus- ja tuottavuustavoitteiden toteutumista että hidastaa uudistusten onnistumista edellyttävän muutoksen etenemistä yrityksen sisällä. Tutkimuksen tulokset vahvistivat osaltaan sen, että tehdas- ja toimintokeskeinen johtaminen aiheuttavat palveluprosessin eri tehtäville asetettujen tavoitteiden ja perustehtäväkäsityksen välille ristiriitoja, joista seuraa sekä suoria että välillisiä vaikutuksia teollisuusyrityksen tuotantoprosessin toiminnan laatuun ja tuotantolaitteiden käyttövarmuuteen. Palvelukokonaisuuteen kuuluvien eri toimintaprosessien tehtävät on jaettu ristiriitaisesti toiminnoille siten, että erityisestikunnossapidon teknisten toimihenkilöitten hoidettavana on sekä ihmisen henkilökohtaisen kapasiteettirajan ylittävä että toisistaan liian suuri erilaisia osaamisia ja ymmärrystä edellyttävä tehtävämäärä. Nykytilan palvelutuotannossa esiintyvien ongelmien seuraukset ja perussyyt osoittavat, että merkittävästi pääomia sitovan valmistavan teollisuuden (mm. prosessiteollisuus) käyttö-omaisuutta ylläpitävän palveluprosessin hallinta on ulkoistettava tehdastasolta itsenäisesti hoidettavaksi liiketoimintakokonaisuudeksi, jonka operatiivinen johtaminen tapahtuu toimintaprosesseittain konsernin ylätasolta käsin. Johtamismallissa painottuu prosessijohtaminen ja oman vastuualueen toimintaprosessin asiantuntemus. Lisäksi ihmisen osaamiseen, ymmärrykseen ja toimintatapaan perustuva palvelu edellyttää johtamiselta henkilöjohtamistaitoa ja osaamisen johtamista. Liiketoiminnan uudenlainen keskittyminen, verkostoituminen ja globalisoituminen edellyttävät johdoltamyös erilaisten toimintaverkostojen ja sidosryhmien toiminnan ja tarpeen ymmärtämistä. Tutkimustulosten perusteella myös palveluprosesseissa toimivien toimihenkilöitten tehtäväkuvia on muutettava radikaalisti ja osa uusista toimenkuvista edellyttää lisäksi henkilöitten osaamistason aktiivista parantamista. Tässä raportissa esitetään toimintamalli, jossa kuvataan tutkimuksen pohjalta luotu palvelukokonaisuuden johtamismalli ja palveluprosessien eri tehtävätasot tehtävineen. Kuvattu johtamismalli on ollut jo yleisesti käytössä yksittäisillä palvelualoilla, mutta tässä esitetty malli on valmistavan yrityksen teknisiin tukipalveluihin muokattu sovellus.

Metsäteollisuuden jätevesien häiriöpäästöt ja niihin varautuminen. CASE: Kaakkois-Suomi

Metsäteollisuuden jätevesien normaaleja jatkuvia päästöjä hallitaan yhä paremmin. Tästä syystä niin sanottujen häiriöpäästöjen merkitys vesien kuormittajana kasvaa. Työssä tarkasteltiin 14 Kaakkois-Suomen metsäteollisuuden toiminnanharjoittajan jätevesien häiriöpäästöjä.Työn tavoitteena oli selvittää minkälaisia ja kuinka paljon poikkeuksellisia tilanteita on viime vuosina esiintynyt. Työssä selvitettiin mitkä syyt olivat aiheuttaneet häiriöpäästöjä, mitä vaikutuksia häiriöillä oli jätevesipäästöihin sekä kuinka tilanteissa oli toimittu. Työn teoriaosassa tarkasteltiin metsäteollisuuden tuotantoprosessien ja jätevedenpuhdistuksen mahdollisia häiriöpäästölähteitä sekä niiden ominaispiirteitä. Lisäksi tarkasteltiin häiriöpäästöjen vaikutuksia ja seurauksia toiminnanharjoittajien ja lupaviranomaisten näkökulmasta sekä kuinka häiriöpäästöihin tulee lainsäädännön ja ympäristöjärjestelmien mukaan varautua. Tutkimusosio koostui toiminnanharjoittajille lähetetystä häiriöpäästökyselystä, viranomaisille lähetetyistä häiriöpäästöilmoituksista sekä VAHTI –tietokannan vesipäästötiedoista. Kaikilla toiminnanharjoittajilla esiintyi häiriöpäästöjä. Häiriöpäästöt aiheuttivat lupaehtojen ylityksiä vuosina 1998-2003 yhteensä 66 kappaletta. Suurimpana syynä häiriöpäästöihin olivat prosessihäiriöt. Useimmiten häiriöpäästöt olivat usean eri syyn summa. Häiriöpäästöjen ilmoittamiskäytäntö viranomaisille vaihtelee, vaikka lupaehdoissa häiriö- ja poikkeustilanteet on määritelty kaikille lähes samalla tavalla. Jotkut ilmoittavat kaikista päästölisäyksistä, kun taas toiset ainoastaan merkittävistä. Osa ilmoittaa häiriöpäästöistä puhelimitse, jolloin ilmoituksesta ei jää kirjallista dokumenttia. Kaikista lupaehtojen ylityksistä ei ole tehty kirjallista ilmoitusta. Lupaehdoissa on häiriö- ja poikkeustilanteet määritelty sen verran suppeasti, että toiminnanharjoittajat soveltavat niitä haluamallaan tavalla. Valvontaviranomaiset puuttuvat häiriötilanteisiin lähinnä kehottamalla toiminnanharjoittajia poistamaan häiriötilanteet. Viranomaiset eivät ole määränneet toiminnan keskeyttämistä häiriöpäästöjen poistamiseksi. Yhdestä häiriöpäästöstä on tehty rikosilmoitus.

Testing and Monitoring Mill Connection Messages

Tarve tälle työlle on noussut sanomapalvelinsoveluksissa (servers) esiintyvistä ongelmista. Sanomapalvelinsovelluksia käytetään lähettämään ja vastaanottamaan sanomia paperiteollisuuden myynnin ja jakelun järjestelmässä maantieteellisesti erillään olevista paperiteollisuuden tehtaista. Sanomapalvelinsovelusten kunnollinen toimivuus on tärkeää koko järjestelmän toimivuuden kannalta, koska nämä palvelimet käsittelevät päivittäin tuhansia sanomia, jotka sisältävät merkityksellistä järjestelmätietoa. Tässä työssä on tutkittu mahdollisia toteutustekniikoita ja näihin tutkimuksiin pohjautuen toteutettu työkalut sanomapalvelinsovellusten testaukseen ja valvontaan. Sovellus-arkkituuritekniikoita tutkittaessa tutkimus rajattiin 3-tasoarkkitehtuuritekniikkaan, erityisesti TUXEDOTM -järjestelmätekniikkaan, koska toteutettavaa sovellusta käytetään hajautetussa sovellusympäristössä. Sovellusasiakkaan (client) toteutusta varten tutkittiin ja vertailtiin XML-tekniikkaa ja Microsoft Visual C++ -tekniikkaa käytettynä Tieto-Enatorin Phobos Interaktiivisen C++ -luokkakirjaston kanssa. XML-tekniikoita sekä Visual C++ ja Phobos-luokkakirjasto –tekniikkaa tutkittiin niiltä osin, mitä tarvittiin sanomamerkkijonojen katseluun. XML-tietokantatekniikoita tutkittiin mahdollisena vaihtoehtona tietokanta ja sovelluspalvelintekniikalle. Työn ensimmäisenä tavoitteena oli toteuttaa työkalu sanomapalvelinsovellusten testaamiseen. Toisena tavoitteena oli toteuttaa työkalu sanomien sisällön oikeellisuuden valvontaan. Kolmantena tavoitteena oli analysoida olemassaolevaa sanomavirheiden valvontasovellusta ja kehittää sitä eteenpäin. Diplomityön tuloksena toteutettiin sovellus sanomapalvelinsovellusten testaamiseen ja valvontaan. Tutkituista asiakassovelustekniikoista valittiin toteutus-tekniikaksi MS Visual C++ käytettynä Phobos Interaktiivisen C++ luokkakirjaston kanssa tekniikan tunnettavuuden vuoksi. 3-taso TUXEDOTM-tekniikka valittiin sovelluksen arkkitehtuuriksi. Lisäksi löydettiin parannuksia olemassa oleviin sanoma-virheiden valvontatoimintoihin. Tutkitut toteutustekniikat ovat yleisiä ja niitä voidaan käyttää, kun toteutetaan samanlaisia sovelluksia samanlaisiin sovellusympäristöihin.

Gas-phase photocatalytic oxidation of volatile organic compounds

Substances emitted into the atmosphere by human activities in urban and industrial areas cause environmental problems such as air quality degradation, respiratory diseases, climate change, global warming, and stratospheric ozone depletion. Volatile organic compounds (VOCs) are major air pollutants, emitted largely by industry, transportation and households. Many VOCs are toxic, and some are considered to be carcinogenic, mutagenic, or teratogenic. A wide spectrum of VOCs is readily oxidized photocatalytically. Photocatalytic oxidation (PCO) over titanium dioxide may present a potential alternative to air treatment strategies currently in use, such as adsorption and thermal treatment, due to its advantageous activity under ambient conditions, although higher but still mild temperatures may also be applied. The objective of the present research was to disclose routes of chemical reactions, estimate the kinetics and the sensitivity of gas-phase PCO to reaction conditions in respect of air pollutants containing heteroatoms in their molecules. Deactivation of the photocatalyst and restoration of its activity was also taken under consideration to assess the practical possibility of the application of PCO to the treatment of air polluted with VOCs. UV-irradiated titanium dioxide was selected as a photocatalyst for its chemical inertness, non-toxic character and low cost. In the present work Degussa P25 TiO2 photocatalyst was mostly used. In transient studies platinized TiO2 was also studied. The experimental research into PCO of following VOCs was undertaken: - methyl tert-butyl ether (MTBE) as the basic oxygenated motor fuel additive and, thus, a major non-biodegradable pollutant of groundwater; - tert-butyl alcohol (TBA) as the primary product of MTBE hydrolysis and PCO; - ethyl mercaptan (ethanethiol) as one of the reduced sulphur pungent air pollutants in the pulp-and-paper industry; - methylamine (MA) and dimethylamine (DMA) as the amino compounds often emitted by various industries. The PCO of VOCs was studied using a continuous-flow mode. The PCO of MTBE and TBA was also studied by transient mode, in which carbon dioxide, water, and acetone were identified as the main gas-phase products. The volatile products of thermal catalytic oxidation (TCO) of MTBE included 2-methyl-1-propene (2-MP), carbon monoxide, carbon dioxide and water; TBA decomposed to 2-MP and water. Continuous PCO of 4 TBA proceeded faster in humid air than dry air. MTBE oxidation, however, was less sensitive to humidity. The TiO2 catalyst was stable during continuous PCO of MTBE and TBA above 373 K, but gradually lost activity below 373 K; the catalyst could be regenerated by UV irradiation in the absence of gas-phase VOCs. Sulphur dioxide, carbon monoxide, carbon dioxide and water were identified as ultimate products of PCO of ethanethiol. Acetic acid was identified as a photocatalytic oxidation by-product. The limits of ethanethiol concentration and temperature, at which the reactor performance was stable for indefinite time, were established. The apparent reaction kinetics appeared to be independent of the reaction temperature within the studied limits, 373 to 453 K. The catalyst was completely and irreversibly deactivated with ethanethiol TCO. Volatile PCO products of MA included ammonia, nitrogen dioxide, nitrous oxide, carbon dioxide and water. Formamide was observed among DMA PCO products together with others similar to the ones of MA. TCO for both substances resulted in the formation of ammonia, hydrogen cyanide, carbon monoxide, carbon dioxide and water. No deactivation of the photocatalyst during the multiple long-run experiments was observed at the concentrations and temperatures used in the study. PCO of MA was also studied in the aqueous phase. Maximum efficiency was achieved in an alkaline media, where MA exhibited high fugitivity. Two mechanisms of aqueous PCO – decomposition to formate and ammonia, and oxidation of organic nitrogen directly to nitrite - lead ultimately to carbon dioxide, water, ammonia and nitrate: formate and nitrite were observed as intermediates. A part of the ammonia formed in the reaction was oxidized to nitrite and nitrate. This finding helped in better understanding of the gasphase PCO pathways. The PCO kinetic data for VOCs fitted well to the monomolecular Langmuir- Hinshelwood (L-H) model, whereas TCO kinetic behaviour matched the first order process for volatile amines and the L-H model for others. It should be noted that both LH and the first order equations were only the data fit, not the real description of the reaction kinetics. The dependence of the kinetic constants on temperature was established in the form of an Arrhenius equation.

Höyry- ja kaasuturbiinin mallintaminen prosessisimulointiohjelmaan

Tässä diplomityössä on mallinnettu höyry- ja kaasuturbiini Balas -prosessisimulointi-ohjelmaan. Balas on Valtion Teknillisen Tutkimuskeskuksen kehittämä simulointiohjelma, erityisesti paperi- ja selluteollisuuden prosessien staattiseen simulointiin. Työn tavoitteena on kehittää simulointimallit höyry- ja kaasuturbiinille, sekä tutkia niiden toimivuutta vertaamalla simulointeja mittaus- ja mitoitustietoihin. Työssä on muodostettu matemaattiset mallit höyryturbiinille, höyryturbiinin säätövyöhykkeelle sekä höyryturbiinin off-design laskennalle. Kaasuturbiinille muodostettiin toimintakäyrät, joiden avulla tarkastellaan sen toimintaa off-design tilanteessa. Komponentit mallinnettiin diplomityövaiheessa Matlab-ympäristöön, josta ne siirretään Balasiin erillisessä työvaiheessa. Malleissa on kiinnitetty huomiota erityisesti niiden helppokäyttöisyyteen ja monipuolisuuteen. Höyryturbiinimalleja testattiin simuloimalla erään paperitehtaan yhteydessä toimivan voimalaitoksen vastapaineturbiini säätövyöhykkeineen ja vertaamalla simulointituloksia tehtaan mittaustietoihin. Kaasuturbiinimallia testattiin vertaamalla GE Power MS 7001 kaasuturbiinin mitoitustietoja vastaavilla parametreilla simuloituun tapaukseen.

Imatran tehtaiden jätevesipäästöjen hallinta- ja analysointityökalun kehittäminen

Työn tavoitteena oli kehittää Stora Enso Oyj:n Imatran tehtaille Wedge-pohjainen analysointityökalu, jolla voidaan hallita prosessi- ja päästötietojen yhteys nykyistä paremmin. Wedgeen määriteltiin päästömittauksia, olennaisia prosessimittauksia ja tarpeelliset laskennat kuormituksen ennustamiseksi lähtien tuotantoprosessien tilasta. Työssä tehtiin kemialliselle ja biologiselle jätevedenpuhdistamolle meneville jätevesille laskennallisia malleja, joita verrattiin mitattuihin arvoihin. Kemialliselle jätevedenpuhdistamolle meneville jätevesille tehtiin malli jäteveden virtaamalle. Biologiselle jätevedenpuhdistamolle meneville jätevesille tehtiin mallit jäteveden virtaamalle sekä COD-, AOX- ja alkuainekuormituksille. Alkuaineista työhön otettiin mukaan natrium, rikki ja kloori. Teoriaosassa on käsitelty sellu- ja paperitehtaiden vedenkäyttöä, tehtaan eri osastojen jätevesikuormitusta, jäteveden puhdistusmenetelmiä sekä prosessidatan käsittelymenetelmiä. Kokeellisessa osassa on esitelty mitattujen ja laskennallisten mallien yhteyttä. Suurin osa laskennallisista malleista näyttää seuraavan kohtuullisen hyvin mitattuja arvoja. Kokeellisessa osassa on myös havainnollistettu esimerkkien avulla mallien hyödyntämistä. Työn hyötynä on normaalien kuormitusvaihteluiden ja häiriöpäästöjen entistä tarkempi ja nopeampi erottelu. Pitkällä tähtäimellä Wedge-ohjelman avulla pystytään keskittämään jätevesikuormituksen vähentämistoimenpiteet olennaisimpiin kohteisiin.

Pretreatment in membrane filtration of wood hydrolysate

Interest in recovery of valuable components from process streams has increased in recent years. Purpose of biorefinery is to utilize components that otherwise would go to waste. Hemicelluloses, for example, could be utilized in production of many valuable products. One possible way to separate and fractionate hemicelluloses is membrane filtration. In the literature part of this work membrane fouling in filtration processes of pulp and paper process- and wastewaters was investigated. Especially purpose was to find out the possible fouling compounds, after which facilities to remove or modify such components less harmful were studied. In the experimental part different pretreatment methods, mainly to remove or degrade lignin from wood hydrolysate, were studied. In addition, concentration of hemicelluloses and separation from lignin were examined with two ultrafiltration membranes; UFX5 and RC70PP. Changes in feed solution, filtration capacity and fouling of membranes were used to evaluate the effects of pretreatment methods. Changes in hydrolysate composition were observed with different analysis methods. Filtration of hydrolysate proved to be challenging, especially with the UFX5 membrane. The more hydrophilic RC70PP membrane did not seem to be fouled as severely as the UFX5 membrane, according to pure water flux measurements. The UFX5 membrane retained hemicelluloses rather well, but problems arose from rapid flux decline resulting from concentration polarization and fouling of membrane. Most effective pretreatment methods in the case with the UFX5 membrane proved to be prefiltration with the RC70PP membrane, activated carbon adsorption and photocatalytic oxidation using titanium dioxide and UV radiation. An additional experiment with PHW extract showed that pulsed corona discharge treatment degraded lignin quite efficiently and thus improved filtration capacity remarkably, even over six times compared to the filtration with untreated extract.

Online Ultrasound Measurements of Membrane Compaction

There are several filtration applications in the pulp and paper industry where the capacity and cost-effectiveness of processes are of importance. Ultrafiltration is used to clean process water. Ultrafiltration is a membrane process that separates a certain component or compound from a liquid stream. The pressure difference across the membrane sieves macromolecules smaller than 0.001-0.02 μm through the membrane. When optimizing the filtration process capacity, online information about the conditions of the membrane is needed. Fouling and compaction of the membrane both affect the capacity of the filtration process. In fouling a “cake” layer starts to build on the surface of the membrane. This layer blocks the molecules from sieving through the membrane thereby decreasing the yield of the process. In compaction of the membrane the structure is flattened out because of the high pressure applied. The higher pressure increases the capacity but may damage the structure of the membrane permanently. Information about the compaction is needed to effectively operate the filters. The objective of this study was to develop an accurate system for online monitoring of the condition of the membrane using ultrasound reflectometry. Measurements of ultrafiltration membrane compaction were made successfully utilizing ultrasound. The results were confirmed by permeate flux decline, measurements of compaction with a micrometer, mechanical compaction using a hydraulic piston and a scanning electron microscope (SEM). The scientific contribution of this thesis is to introduce a secondary ultrasound transducer to determine the speed of sound in the fluid used. The speed of sound is highly dependent on the temperature and pressure used in the filters. When the exact speed of sound is obtained by the reference transducer, the effect of temperature and pressure is eliminated. This speed is then used to calculate the distances with a higher accuracy. As the accuracy or the resolution of the ultrasound measurement is increased, the method can be applied to a higher amount of applications especially for processes where fouling layers are thinner because of smaller macromolecules. With the help of the transducer, membrane compaction of 13 μm was measured in the pressure of 5 bars. The results were verified with the permeate flux decline, which indicated that compaction had taken place. The measurements of compaction with a micrometer showed compaction of 23–26 μm. The results are in the same range and confirm the compaction. Mechanical compaction measurements were made using a hydraulic piston, and the result was the same 13 μm as obtained by applying the ultrasound time domain reflectometry (UTDR). A scanning electron microscope (SEM) was used to study the structure of the samples before and after the compaction.

Energy Efficiency of Pumping Medium Consistency Pulp with Centrifugal Pump

Approximately a quarter of electrical power consumption in pulp and paper industry is used in different pumping systems. Therefore, improving pumping system efficiency is a considerable way to reduce energy consumption in different processes. Pumping of wood pulp in different consistencies is common in pulp and paper industry. Earlier, centrifugal pumps were used to pump pulp only at low consistencies, but development of MC technology has made it possible to pump medium consistency pulp. Pulp is a non-Newtonian fluid, which flow characteristics are significantly different than what of water. In this thesis is examined the energy efficiency of pumping medium consistency pulp with centrifugal pump. The factors effecting the pumping of MC pulp are presented and through case study is examined the energy efficiency of pumping in practice. With data obtained from the case study are evaluated the effects of pump rotational speed and pulp consistency on energy efficiency. Additionally, losses caused by control valve and validity of affinity laws in pulp pumping are evaluated. The results of this study can be used for demonstrating the energy consumption of MC pumping processes and finding ways to improve energy efficiency in these processes.

Printed low-voltage organic transistors on plastics and paper

The main advantage of organic electronics over the more widespread inorganic counterparts lies not in the electrical performance, but rather in the solution processability that opens up for low-cost flexible electronics (e.g. displays, sensors and smart tags) fabricated by using printing techniques. Replacing the commonly used laboratory-scale fabrication techniques with mass-printing techniques is, however, truly challenging, especially when low-voltage operation is required. In this thesis it is, nevertheless, demonstrated that low-voltage organic transistors can be fully printed with a similar performance to that of transistors made by laboratory scale techniques. The use of an ion-modulated type of organic field effect transistor (OFET) not only enabled low-voltage operation and printability, but was also found to result in low sensitivity to the surface roughness of the substrate. This allows not only the use of low-cost plastic substrates, but even the use of paper as a substrate. However, while absorption into the porous paper surface is advantageous in a graphical printing process, by reducing the spreading and the coffee-stain effect and by improving the adhesion, it provides great challenges when applying thin electrically active layers. In spite of these difficulties we were able to demonstrate the first low-voltage OFET to be fabricated on paper. We have also shown that low-cost incandescent lamps can be used for sintering printed metal-nanoparticles, and that the process was especially suitable on paper and compatible with a roll-to-roll manufacturing process.

Search and Paper SKU Analysis of Recipes Meeting EUPS Standard

The theoretical research of the study concentrated on finding theoretical frameworks to optimize the amount of needed stock keeping units (SKUs) in manufacturing industry. The goal was to find ways for a company to acquire an optimal collection of stock keeping units needed for manufacturing needed amount of end products. The research follows constructive research approach leaning towards practical problem solving. In the empirical part of this study, a recipe search tool was developed to an existing database used in the target company. The purpose of the tools was to find all the recipes meeting the EUPS performance standard and put the recipes in a ranking order using the data available in the database. The ranking of the recipes was formed from the combination of the performance measures and price of the recipes. In addition, the tool researched what kind of paper SKUs were needed to manufacture the best performing recipes. The tool developed during this process meets the requirements. It eases and makes it much faster to search for all the recipes meeting the EUPS standard. Furthermore, many future development possibilities for the tool were discovered while writing the thesis.

Improving the Supply Chain Performance Management System in a Finnish paper mill

This Master’s Thesis studies performance management system and its benefits, risks and costs. Objective of the thesis is to describe and evaluate currently used supply chain performance management system (SCPMS) in a Finnish paper mill and its interfaces with its business unit’s SCPMS. As a result, the host company has improvement road map for improving its SCPMS. Used SCPMS in the host company and its interfaces to business unit’s SCPMS are described based on interviews held in the host company and the business unit. Evaluation of the host company’s SCPMS is based on literature study. For improvement road map, three areas in need of improvements are chosen. The study shows the need of high level top management commitment in successful performance management system implementation and usage, especially when the system is deployed to lower levels in the organization.

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.

Industrial-Scale hydrothermal carbonization of waste sludge materials for fuel production

Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical process used in the production of charred matter similar in composition to coal. It involves the use of wet, carbohydrate feedstock, a relatively low temperature environment (180 °C-350 °C) and high autogenous pressure (up to 2,4 MPa) in a closed system. Various applications of the solid char product exist, opening the way for a range of biomass feedstock materials to be exploited that have so far proven to be troublesome due to high water content or other factors. Sludge materials are investigated as candidates for industrial-scale HTC treatment in fuel production. In general, HTC treatment of pulp and paper industry sludge (PPS) and anaerobically digested municipal sewage sludge (ADS) using existing technology is competitive with traditional treatment options, which range in price from EUR 30-80 per ton of wet sludge. PPS and ADS can be treated by HTC for less than EUR 13 and 33, respectively. Opportunities and challenges related to HTC exist, as this relatively new technology moves from laboratory and pilot-scale production to an industrial scale. Feedstock materials, end-products, process conditions and local markets ultimately determine the feasibility of a given HTC operation. However, there is potential for sludge materials to be converted to sustainable bio-coal fuel in a Finnish context.