Komposiittirakenteiden soveltamismahdollisuudet pesureissa

Teräksen raaka-ainekustannusten jyrkkä nousu pakottaa prosessiteollisuuden etsimään vaihtoehtoisia rakennemateriaaleja, joiden ominaisuudet ovat vähintään terästä vastaavia. Prosessiteollisuudessa joudutaan käyttämään runsaasti kemikaaleja kestäviä laitteita, jolloin rakennemateriaaliksi sopiva on haponkestävä teräs. Laitteiden kokojen kasvusta seuraa niiden kokonaispainojen kasvu aiheuttaen haasteita niitä kantaville perustuksille. Komposiitti on yksi varteenotettava vaihtoehto haponkestävän teräksen korvaajaksi, sillä komposiitin ominaisuus/painosuhde on terästä parempi. Diplomityön tavoitteena on ollut selvittää Washers & Filters – tuoteperheeseen kuuluvien laitteiden, DD-pesurin (Drum Displacer) ja GF- suotimen (GasFree Filter), rakenteista löytyvien osien mahdollisuutta korvata komposiitilla. Työn pohjaksi on käsitelty komposiittien ominaisuuksia, tyyppejä ja valmistusmenetelmiä sekä perehdytty sellupesureiden toimintaprosessiin. Tältä pohjalta löytyi valintakriteerien avulla rakenteita, joita olisi mahdollista korvata komposiitilla.

Toimialamuutos ja trendien mukaiset mahdollisuudet yhteistyön avulla – kuitu- ja lastulevyteollisuus

Tämä tutkimus tarkastelee toimialamuutosta kuitu- ja lastulevyteollisuuden näkökulmasta. Metsäteollisuus elää Suomessa murroskautta, johon tarvitaan nopeasti radikaaleja ratkaisuja. Uusia mahdollisuuksia tulisi pohtia, tutkia ja luoda yli toimialarajojen yhteistyössä muiden tahojen kanssa. Tutkimus on tulevaisuudentutkimus ja tutkimus rajattiin kolmen teeman ympärille: raaka-aine, ympäristö ja terveys. Teemojen muodostamisessa huomioitiin kohdeyritysten, Puhos Board Oy:n ja Suomen Kuitulevy Oy:n, lähtötilanteet yhdistämällä ne yrityksille oleellisiin ja potentiaalisiin trendeihin ja signaaleihin. Tutkimuksen empiirinen osio muodostui innovaatiosessiosta, johon osallistui 29 henkilöä. Keskeiset tulokset tutkimuksesta olivat, että mielikuvat kuitu- ja lastulevyteollisuudesta ovat heikot ja kuluttajiin pitäisi saada parempi kosketus. Trendien huomioiminen liiketoiminnassa tuo teollisuuden lähemmäksi kuluttajaa. Trendejä voisi myötäillä esimerkiksi lisäämällä tarkoituksenmukaisen ainesosan tuotteeseen. Kohdeyritysten tulisi miettiä mihin toimialaan kuitu- ja lastulevyteollisuus oikeastaan kuuluu, jolloin koko liiketoiminnan suuntaa voitaisiin muuttaa. Apua liiketoiminnan suunnan muuttamiseen saa innovaatioverkoston kautta.

Reaction Kinetics and Viscosity Modelling in the Fusion Syntheses of Ca- and Ca/Mg-resinates

Rosin is a natural product from pine forests and it is used as a raw material in resinate syntheses. Resinates are polyvalent metal salts of rosin acids and especially Ca- and Ca/Mg- resinates find wide application in the printing ink industry. In this thesis, analytical methods were applied to increase general knowledge of resinate chemistry and the reaction kinetics was studied in order to model the non linear solution viscosity increase during resinate syntheses by the fusion method. Solution viscosity in toluene is an important quality factor for resinates to be used in printing inks. The concept of critical resinate concentration, c crit, was introduced to define an abrupt change in viscosity dependence on resinate concentration in the solution. The concept was then used to explain the non-inear solution viscosity increase during resinate syntheses. A semi empirical model with two estimated parameters was derived for the viscosity increase on the basis of apparent reaction kinetics. The model was used to control the viscosity and to predict the total reaction time of the resinate process. The kinetic data from the complex reaction media was obtained by acid value titration and by FTIR spectroscopic analyses using a conventional calibration method to measure the resinate concentration and the concentration of free rosin acids. A multivariate calibration method was successfully applied to make partial least square (PLS) models for monitoring acid value and solution viscosity in both mid-infrared (MIR) and near infrared (NIR) regions during the syntheses. The calibration models can be used for on line resinate process monitoring. In kinetic studies, two main reaction steps were observed during the syntheses. First a fast irreversible resination reaction occurs at 235 °C and then a slow thermal decarboxylation of rosin acids starts to take place at 265 °C. Rosin oil is formed during the decarboxylation reaction step causing significant mass loss as the rosin oil evaporates from the system while the viscosity increases to the target level. The mass balance of the syntheses was determined based on the resinate concentration increase during the decarboxylation reaction step. A mechanistic study of the decarboxylation reaction was based on the observation that resinate molecules are partly solvated by rosin acids during the syntheses. Different decarboxylation mechanisms were proposed for the free and solvating rosin acids. The deduced kinetic model supported the analytical data of the syntheses in a wide resinate concentration region, over a wide range of viscosity values and at different reaction temperatures. In addition, the application of the kinetic model to the modified resinate syntheses gave a good fit. A novel synthesis method with the addition of decarboxylated rosin (i.e. rosin oil) to the reaction mixture was introduced. The conversion of rosin acid to resinate was increased to the level necessary to obtain the target viscosity for the product at 235 °C. Due to a lower reaction temperature than in traditional fusion synthesis at 265 °C, thermal decarboxylation is avoided. As a consequence, the mass yield of the resinate syntheses can be increased from ca. 70% to almost 100% by recycling the added rosin oil.

Competence Development and Capacity Building of Sawmill Enterprises in Kenya – A Human Resources Development Approach

The Kenyan forestry and sawmilling industry have been subject to a changing environment since 1999 when the industrial forest plantations were closed down. This has lowered raw material supply and it has affected and reduced the sawmill operations and the viability of the sawmill enterprises. The capacity of the 276 registered sawmills is not sufficient to fulfill sawn timber demand in Kenya. This is because of the technological degradation and lack of a qualified labor force, which were caused because of non-existent sawmilling education and further training in Kenya. Lack of competent sawmill workers has led to low raw material recovery, under utilization of resources and loss of employment. The objective of the work was to suggest models, methods and approaches for the competence and capacity development of the Kenyan sawmilling industry, sawmills and their workers. A nationwide field survey, interviews, questionnaire and literature review was used for data collection to find out the sawmills’ competence development areas and to suggest models and methods for their capacity building. The sampling frame included 22 sawmills that represented 72,5% of all the registered sawmills in Kenya. The results confirmed that the sawmills’ technological level was backwards, productivity low, raw material recovery unacceptable and workers’ professional education low. The future challenges will be how to establish the sawmills’ capacity building and workers’ competence development. Sawmilling industry development requires various actions through new development models and approaches. Activities should be started for technological development and workers’ competence development. This requires re-starting of vocational training in sawmilling and the establishment of more effective co-operation between the sawmills and their stakeholder groups. In competence development the Enterprise Competence Management Model of Nurminen (2007) can be used, whereas the best training model and approach would be a practically oriented learning at work model in which the short courses, technical assistance and extension services would be the key functions.

Analyzing the Background Information of an Activity-Based Costing System

The aim of this thesis was to analyze the background information of an activity-based costing system, which is being used in a domestic forest industry company. The reports produced by the system have not been reliable, and this has caused the utilization of the system to diminish. The study was initiated by examining the theory of activity-based costing. It was also discovered, that the system produces management accounting information and therefore also that theory was introduced briefly. Next the possible sources of errors were examined. The significance of these errors was evaluated and waste handling was chosen as a subject of further study. The problem regarding waste handling was that there is no waste compensation in current model. When paper or board machine produces waste, it can be used as raw material in the process. However, at the moment the product, which is being produced, at the time does not get any compensation. The use of compensation has not been possible due to not knowing the quantity of process waste. As a result of the study a calculatory model, which enables calculating the quantity of process waste based on the data from the mill system, was introduced. This, for one, enables starting to use waste compensation in the future.

Calculation of the carbon footprint of Finnish barley products - methodology and possible applications

The purpose of this thesis was to define how product carbon footprint analysis and its results can be used in company's internal development as well as in customer and interest group guidance, and how these factors are related to corporate social responsibility. From-cradle-to-gate carbon footprint was calculated for three products; Torino Whole grain barley, Torino Pearl barley, and Elovena Barley grit & oat bran, all of them made of Finnish barley. The carbon footprint of the Elovena product was used to determine carbon footprints for industrial kitchen cooked porridge portions. The basic calculation data was collected from several sources. Most of the data originated from Raisio Group's contractual farmers and Raisio Group's cultivation, processing and packaging specialists. Data from national and European literature and database sources was also used. The electricity consumption for porridge portions' carbon footprint calculations was determined with practical measurements. The carbon footprint calculations were conducted according to the ISO 14044 standard, and the PAS 2050 guide was also applied. A consequential functional unit was applied in porridge portions' carbon footprint calculations. Most of the emissions from barley products' life cycle originate from primary production. The nitrous oxide emissions from cultivated soil and the use and production of nitrogenous fertilisers contribute over 50% of products' carbon footprint. Torino Pearl barley has the highest carbon footprint due to the lowest processing output. The reductions in products' carbon footprint can be achieved with developments in cultivation and grain processing. The carbon footprint of porridge portion can be reduced by using domestically produced plant-based ingredients and by making the best possible use of the kettle. Carbon footprint calculation can be used to determine possible improvement points related to corporate environmental responsibility. Several improvement actions are related to economical and social responsibility through better raw material utilization and expense reductions.

Raaka-ainemarkkinoiden epävakaisuus hankinnan haasteena

Tässä pro gradu -tutkielmassa tutustutaan raaka-ainemarkkinoiden ominaispiirteisiin. Tutkielman tavoitteena on selvittää, minkälaiset tekijät vaikuttavat raaka-aineiden saatavuuteen ja hintoihin lyhyellä ja pidemmällä aikajänteellä. Lisäksi tavoitteena on tunnistaa teollisuuden kannalta olennaiset raaka-aineiden hankinnoissa kohdattavat haasteet, ja etsiä keinoja, joilla vallitsevaa epävarmuutta voidaan hallita. Tutkielman tarkoituksena on antaa monipuolisten empiiristen esimerkkien avulla ajattelun aihetta raaka-ainemarkkinoiden syy- ja seuraussuhteista. Työssä on raaka-aineita hankkivan ja niitä omassa liiketoiminnassaan hyödyntävän teollisuuden näkökulma. Työn keskeisenä tuloksena on tarkistuslistan kaltainen kysymysjoukko organisaation raaka-ainehankintoihin liittyvän riskin määrittämisen tueksi.

Hemiselluloosien erotus ja in situ -modifiointi

Hemiselluloosat kuuluvat selluloosan ja ligniinin ohella puun ja muiden kasvimateriaalien päärakenneaineksiin. Hemiselluloosan kemiallisessa koostumuksessa on eroja kasvilajien välillä, mikä tekee ryhmästä hyvin monimuotoisen. Lehtipuiden pääasiallinen hemiselluloosa on glukuroniksylaani. Ksylaaneja esiintyy laajasti myös muissa kasveissa erilaisina rakenteina. Havupuiden yleisin hemiselluloosa on puolestaan galaktoglukomannaani. Arabinogalaktaani on erityisesti lehtikuusesta runsaana löytyvä hemiselluloosa, jota muissa puulajeissa on vain vähän. Luonnon polymeerejä tutkitaan jatkuvasti muun muassa vaihtoehtojen löytämiseksi raakaöljypohjaisille tuotteille. Aiemmin hemiselluloosia on pääosin hyödynnetty sellaisenaan tai jalostettu esimerkiksi sokereiksi. Selluloosan ja tärkkelyksen tavoin ne voivat kuitenkin toimia myös kemiallisen, fysikaalisen tai entsymaattisen muokkauksen lähtöaineena. Hemiselluloosien käyttöä rajoittaa usein se, että niiden eristäminen kasvimateriaalista hyvällä saannolla on vaikeaa. Useimmiten hemiselluloosa erotetaan biomassasta ligniinin poiston jälkeen uuttamalla erilaisilla reagensseilla, kuten emäksillä. Arabinogalaktaanin erottamiseen ei kuitenkaan vaadita ankaria olosuhteita, vaan yleisimmin siihen riittää uutto vedellä. Kalvosuodatus puolestaan on hyvä keino hemiselluloosan talteenottoon uuttoliuoksista. Tässä työssä tarkasteltiin arabinogalaktaanin erotusta siperianlehtikuusesta uuttokokein. Saadut uuttoliuokset konsentrointiin ja puhdistettiin kalvosuodatusmenetelmillä. Lisäksi tutkittiin eristetyn arabinogalaktaanin käyttöä kemiallisen muokkauksen lähtöaineena, missä pyrkimyksenä oli etenkin in situ -modifiointi suoraan uuttoliuoksessa oleville yhdisteille. Uuttokokeilla saatiin kuitenkin vain pieni osa lehtikuusen arabinogalaktaanista erotetuksi. Myös kalvosuodatusvaiheen aikana menetettiin osa uuttoliuosten arabinogalaktaanista. Koska arabinogalaktaanipitoisuus uuttoliuoksissa jäi hyvin alhaiseksi, in situ -modifiointeja oli vaikea saada onnistumaan. Uutto-olosuhteiden lisätutkimuksella sekä kiinnittämällä erityistä huomiota suodatuskalvojen valintaan voitaneen pitoisuutta nostaa ja saada lisämateriaalia kemiallista muokkausta varten.

Perheyrityksen strategiamalli muuttuvassa toimintaympäristössä

Tutkimuksen tavoitteena on tutkia teollisuudelle aineita maahantuovan perheyrityksen toimintaympäristössä tapahtuvaa muutosta. Tutkimuksessa lähestytään yrityksen muuttuvaa toimintaympäristöä strategian näkökulmasta ja otetaan huomioon muuttuvana seikkana lainsäädäntö eli REACH -kemikaaliasetus. Tutkimuksen tutkimusongelmaa käsitellään konstruktiivisen tutkimuksen tapaan. Tutkimuksen aineisto on kerätty kvalitatiivisen tutkimuksen tapaan keräämällä tutkimustietoa valmiista aineistosta kuten arkistoista, dokumenteista ja kirjallisuudesta. Tutkimukseen on myös käytetty havaintoja, haastatteluja ja arkikokemuksia tutkimuksen kohteesta. Tutkimuksen viitekehyksessä käytiin läpi strategian teoriaa ulkoisesta toimintaympäristöstä yrityksen sisäiseen toimintaympäristöön. Yritykselle laadittiin strategiakeskeinen malli ottaen huomioon uuden lain tuomat vaikutukset yrityksen sisäiseen ja ulkoiseen toimintaympäristöön. Lakimuutoksen vaikutuspintoja löytyi kaksi: yrityksen toimialan toimintaympäristö ja sisäinen toimintaympäristö. Toimialan toimintaympäristössä eriteltiin lakimuutoksen rajapinnat viiden kilpailuvoiman avulla. Tulokseksi saatiin, että REACH vaikuttaa vahvasti läpi koko toimitusketjun. Vaikutustavat ovat korvaavat tuotteet, ostajien vaikutusvalta ja toimittajien vaikutusvalta. Lisäksi yhtenä vaikuttajana voidaan pitää uusia tulijoita sekä kilpailua nykyisten yritysten kanssa. Yrityksen sisäisestä toimintaympäristöstä löydettiin arvoketjun avulla lisää vaikutuskohtia. Ne olivat raaka-aineiden hankinnat, dokumentointi, näytteiden lähetys, varastointi ja varastokirjanpito. Lisäksi huomioitiin tukitoiminnoista lakiasiat ja henkilöstön koulutus.

Kartonkimateriaalien muotoutuvuus vuokien valmistuksessa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia erilaisten elintarvikekartonkien muotoutuvuutta prässäämällä valmistettujen vuokien valmistuksessa. Kirjallisuusosassa käsiteltiin mm. kartongin muotoutuvuuteen vaikuttavia ominaisuuksia sekä lämpötilan ja kosteuden vaikutusta muotoutuvuuteen. Lisäksi kirjallisuusosassa käytiin läpi vuokien valmistusprosessi, jossa vuoka-aihiot valmistetaan stanssaamalla ja vuoat prässäämällä. Lopuksi on esitetty vuokien valmistuksessa kartongin muotoutuvuuteen vaikuttavia ajoparametrejä. Kokeellisessa osassa valmistettiin prässäämällä vuokia erilaisista kartonkimateriaaleista. Jokaiselle materiaalille etsittiin sopivat ajoparametrit erilaisissa kosteuspitoisuuksissa ja vertailtiin niiden muotoutuvuutta. Työ sisälsi myös kaksi laminointikoeajoa, jonka tuloksena saatuja materiaaleja verrattiin referenssi vuokakartonkiin. Vuokien todettiin muotoutuvan parhaiten kosteuden ollessa 7 – 9,4 % välillä. Työssä erottui kartongit, jotka muotoutuivat muita paremmin sekä kartongit, jotka muotoutuivat muita huonommin. Näiden muotoutuvuutta pyrittiin selvittämään mitattujen paperiteknisten ominaisuuksien avulla, mutta selvää yksittäistä selittävää ominaisuutta ei löytynyt. Parhaiten muotoutuvuutta kuvasivat kartonkien kuitukoostumukset. Laminoitujen rakenteiden todettiin muotoutuvan vuokakartonkia paremmin. Tähän vaikuttivat laminaattien korkeammat lujuus- ja venymäarvot.

Utilization of non-wood pulp in different fibers products

The correct utilization of non-wood raw material allows reducing tree cutting and reduces emissions of carbon dioxide from burning of non-wood plants on farmers fields. Also it allows increasing economical situation in regions that non-wood plants are grown and where they are converted into pulp and paper. Also it gives positive effect on population pressure of work by addition of working place. In the literature survey included an overview of the historical meaning of non-wood pulp on developing paper production and structure of non-wood pulps. Moreover, anatomical and chemical composition of straw, reed and bamboo were studied more detailed. Also, an overview of the utilization of non-wood pulp in papermaking was made. Especially tissue, tree-free and release papers were reviewed. In the experimental part the goal was to investigate suitability of non-wood pulp like wheat straw pulp and bamboo pulp for different fiber products. Finally release and tree-free paper products were selected for experimental studies. It was discovered that wheat straw, especially screened wheat straw, showed good results for release paper. Also utilization of wheat straw and bamboo pulp in tree-free paper showed good results and suitability of these non-wood pulps for tree-free paper production. Also it was noticed that addition of wheat straw pulp gave positive effect on initial wet strength for release and tree-free paper.

Muotin suunnittelu- ja valmistusprossin parantaminen solumuoviteollisuudessa

Diplomityö tehtiin Pohjoismainen Solumuovi Oy:lle. Tutkimusongelmaksi määriteltiin hyvin selkeästi tiedon puute muottien suunnittelusta sekä valmistuksesta. Työn tavoite oli parantaa solumuovituotteiden valmistuksessa käytettävien muottien laatua. Työn rajaus asettuu uusien muottien suunnittelu- ja valmistusprosessin parantamiseen. Työssä käsiteltiin tämän prosessin lisäksi mm. mallisuunnittelua, sekä koneen ja prosessien ominaisuuksia niiden muoteille asettamien vaatimusten pohjalta. Muottien ominaisuuksien oikeaoppinen suunnittelu on erittäin tärkeässä roolissa tulevien tuotantokustannusten muodostumisessa. Oikeaoppisella suunnittelulla tarkoitetaan työssä muottien eri osa-alueiden toisiinsa kytkeytymisen ymmärtämistä, niin muotin toimivuuden, lopputuotteen laadun sekä muotin tehokkuuden kannalta. Muottien ominaisuudet määräävät ideaalitilanteessa pitkälti koneiden sykliaikoja käytettävän raaka-aineen ja kappaleen dimensioiden lisäksi. Tämän vuoksi tilanteessa, jossa itse kone toimii moitteettomasti vakuumin, materiaalinsyötön, jäähdytyksen ja höyrytyksen osalta, saadaan muotin oikeaoppisella suunnittelulla lyhennettyä sykliaikoja ja vähennettyä virhekappaleiden määrää. Solumuovimuotin suunnitteluperiaatteita on lähes yhtä monta kuin suunnittelijoita. Mitään yksittäistä periaatetta ei voida suoraan tuomita vääränä, koska näillä muoteilla pystytään valmistamaan laadun kriteerit täyttäviä tuotteita. Useimmat suunnitteluperiaatteet pohjautuvat kuitenkin vain tietyn osa-alueen hallintaan, jonka jälkeen loput osa-alueet suunnitellaan tämän ehdoilla. Työssä saatujen tulosten pohjalta voidaan sanoa, että muotin tuottavuus on erityisesti kiinni kokonaisuudesta, ei yksittäisestä osa-alueesta.

Economy of converting wood to biocoal

The pre-treatment step has a significant influence on the performance of bioenergy chains, especially on logistics. In nowadays conditions it is important to have technologies allowing to convert biomass at modest scales into dense energy carriers that ease transportation and handling. There are such technologies as charring and torrefaction. It is a thermal treatment of organic waste (only woody biomass is considered as a raw material in this work), which aims to produce a fuel with increased energy density. Wood processing is attractive under meaning of green house gas emissions. Charring and torrefaction are promising technologies due to its high process efficiency. It may be also attractive in the future as a renewable fuel with improved storage properties, increased energy density (compared to raw wood) for co-combustion and/or gasification.

Teknologiateollisuuden sopimusvalmistajayrityksen kustannuslaskennan kehittäminen

Työn päätavoitteena oli kohdeyrityksen kustannuslaskennan kehittäminen, jota varten selvitettiin toimintojen todelliset kustannukset sekä rakennettiin uusi taulukkolaskentaan perustuva hinnoittelumalli. Todellisten kustannukset selvitettiin toimintolaskennan avulla. Yrityksen aiempi kustannuslaskenta perustui perinteiseen lisäyslaskentaan. Työ jakaantui kahteen vaiheeseen: yrityksen kustannuslaskennan nykytilaselvitykseen ja toimintolaskennan toteuttamiseen. Ensimmäisen vaiheen teoriaosuudessa esiteltiin perinteisen kustannuslaskennan ja toimintolaskennan menetelmät sekä vertailtiin niitä keskenään. Empiriaosuudessa käsiteltiin yrityksen kustannusrakenne, tuotekustannuslaskenta, hinnoitteluprosessi ja eri hinnoittelukohteet. Nykytilaselvityksen perusteella laadittiin lista nykyisen kustannuslaskennan ja hinnoittelun kehitettävistä asioista. Kehittäminen päätettiin toteuttaa toimintolaskennan avulla. Toisessa vaiheessa esiteltiin toimintolaskennan toteuttamiseen ja käyttöönottoon liittyvä teoria. Tämän jälkeen suoritettiin toimintokustannusten laskeminen ja uuden hinnoittelumallin rakentaminen. Hinnoittelumallissa haettiin nopeutta uudella materiaalinlaskentatavalla. Työn tuloksina havaittiin, että toteutuneet kustannukset erosivat monen toiminnon kohdalla lisäyslaskennalla lasketuista kustannuksista ja tämä oli vääristänyt tuotteiden hinnoittelua. Toimintolaskennan käyttöönotolla yrityksen kustannuslaskenta ja tuotehinnoittelu saatettiin vastaamaan todellisia kustannuksia. Hinnoittelun nopeutumisella saavutettiin merkittäviä kustannussäästöjä.

Fosforin kierron sulkeminen systeemi-innovaationa, case: Biomeri Oy

Phosphorus is a vital raw material but there is a threat that world's phosphorus reserves will diminish. It is essential to utilize phosphorus in order to feed world's population. Nevertheless phosphorus consumption causes some severe environmental problems. To solve these problems a large-scale change such as system innovation is required. System innovation is structural transition which influence on many interest groups and their interactions. One of the most potential solutions lie on phosphorus recovery. Unfortunately recovery faces many social barriers. This study examines case -company Biomeri Oy, because this company has developed an environmental innovation which meets the same problems as phosphorus recovery.