e-Business and collaboration: A case study of pulp supply chain

This thesis studies how the case company could digitalize its supply chain and what kind of advantages this would create in the light of supply chain efficiency. The case company manufactures several pulp products that are used for paper, fabrics and packaging products by customers worldwide. The paper and pulp industry has been paying more and more attention to increasing supply chain efficiency with new operating and service models made possible by today’s information technology. The main focus of this study is on the supply chain between the case company and its key customers and the goal is to find ways to make the operations between them as efficient as possible. The study relays heavily on collaboration techniques and digitalization technologies. In addition to a theoretical framework, the study includes several empirical studies that offer real-life examples of how these theories and technologies are applied in operating environments similar to the case company. A plan with strategic and operational levels is created according to the findings of the previous sections to support the case company’s future operations. The plan is based on an RFID-supported collaboration model that aims to advance information sharing between the supply chain partners. The time for an RFID-investment is sought to be very optimal and the benefits of such system to be noteworthy, but challenging to measure in monetary terms.

Production planning and optimization of a pulp mill: introduction of the optimisation based scheduling software for pulp industry

The objective of this project was to introduce a new software product to pulp industry, a new market for case company. An optimization based scheduling tool has been developed to allow pulp operations to better control their production processes and improve both production efficiency and stability. Both the work here and earlier research indicates that there is a potential for savings around 1-5%. All the supporting data is available today coming from distributed control systems, data historians and other existing sources. The pulp mill model together with the scheduler, allows what-if analyses of the impacts and timely feasibility of various external actions such as planned maintenance of any particular mill operation. The visibility gained from the model proves also to be a real benefit. The aim is to satisfy demand and gain extra profit, while achieving the required customer service level. Research effort has been put both in understanding the minimum features needed to satisfy the scheduling requirements in the industry and the overall existence of the market. A qualitative study was constructed to both identify competitive situation and the requirements vs. gaps on the market. It becomes clear that there is no such system on the marketplace today and also that there is room to improve target market overall process efficiency through such planning tool. This thesis also provides better overall understanding of the different processes in this particular industry for the case company.

Pressforming of a tray from a pulp sheet

The aim of this thesis work was to verify the possibility to produce tray packages directly from pulp sheets using press forming techniques. The different existing raw materials of pulp, various sources of molded pulp and different methods of production of molded pulp were studied. Nine different raw materials which were used for experimental work were provided by Stora Enso mills, and Stora Enso Research Centre, Imatra, Finland. The laboratory tests were carried out using LUT Adjustable packaging line at Lappeenranta University of Technology. The results prove that long virgin fibres of pine pulp seems to have better formability with high moisture content compared to others. No significant improvements were noticed with conditioned samples, never the less far studies has to be done to find optimal conditions for production. The results indicated the possibility for making pressformed tray from two different pulp qualities (Sunila pulp and Enopine). The method could prove to be beneficiary as the production line could be shortened and investment in board machines could be avoided if the trays were pressed directly from pulp sheets. Also the labour costs would be reduced. However, there is much work to be done before the quality of a tray produced out of a pulp sheet is comparable to a tray produced out of tray board.

Explaining the Shifts of International Trade in Pulp and Paper Industry

The pulp and paper industry is currently facing broad structural changes due to global shifts in demand and supply. These changes have significant impacts on national economies worldwide. In this paper, we describe the recent trends in the pulp and recovered paper (RP) production, and estimate augmented gravity models of bilateral trade for chemical pulp and RP exports with panel data. According to our results, there is some variation in the effects of the traditional gravity-model variables between pulp grades and RP. The results imply also that, in comparison to export supply, import demand plays a larger role in determining the volume of exports. Finally, it is evident that Asia, particularly China, is the most important driver of chemical pulp and RP trade: China is hungry for fiber, and must import to satisfy its growing needs. Moreover, the speed of China’s growth in chemical pulp and RP imports has been driving the increased significance of planted forests in the exports of hardwood pulp (BHKP) as well.

Structural dynamics in the global pulp and paper industry

The pulp and paper industry is currently facing broad structural changes due to global shifts in demand and supply. These changes have significant impacts on national economies worldwide. Planted forests (especially eucalyptus) and recovered paper have quickly increased their importance as raw material for paper and paperboard production. Although advances in information and communication technologies could reduce the demand for communication papers, and the growth of paper consumption has indeed flattened in developed economies, particularly in North America and Western Europe, the consumption is increasing on a global scale. Moreover, the focal point of production and consumption is moving from the Western world to the rapidly growing markets of Southeast Asia. This study analyzes how the so-called megatrends (globalization, technological development, and increasing environmental awareness) affect the pulp and paper industry’s external environment, and seeks reliable ways to incorporate the impact of the megatrends on the models concerning the demand, trade, and use of paper and pulp. The study expands current research in several directions and points of view, for example, by applying and incorporating several quantitative methods and different models. As a result, the thesis makes a significant contribution to better understand and measure the impacts of structural changes on the pulp and paper industry. It also provides some managerial and policy implications.

Separation of lignin in Pulp Mill process and its effect on sodium sulphur balance

The aim of this thesis is to define effects of lignin separation process on Pulp mill chemical balance especially on sodium/sulphur-balance. The objective is to develop a simulation model with WinGEMS Process Simulator and use that model to simulate the chemical balances and process changes. The literature part explains what lignin is and how kraft pulp is produced. It also introduces to the methods that can be used to extract lignin from black liquor stream and how those methods affect the pulping process. In experimental part seven different cases are simulated with the created simulation model. The simulations are based on selected reference mill that produces 500 000 tons of bleached air-dried (90 %) pulp per year. The simulations include the chemical balance calculation and the estimated production increase. Based on the simulations the heat load of the recovery boiler can be reduced and the pulp production increased when lignin is extracted. The simulations showed that decreasing the waste acid stream intake from the chlorine dioxide plant is an effective method to control the sulphidity level when about 10 % of lignin is extracted. With higher lignin removal rates the in-mill sulphuric acid production has been discovered to be a better alternative to the sulphidity control.

Tikkureduktio klooridioksidivalkaisussa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten laite- ja prosessitekniikka, ennen kaikkea sekoitus, vaikuttaa tikkujen liukenemiseen eli tikkureduktioon. Tutkimustyön lähtökohdaksi otettiin se, että sekoituksella on vaikutus tikkupitoisuuteen. Sekoituksen lisäksi selvitettiin muiden valkaisuparametrien (reaktiolämpötila, viive ja valkaisukemikaaliannos) merkitys valkaisujen aikana. Valkaisumenetelminä käytettiin pussivalkaisua ja valkaisua Mark IV-reaktorissa. Näiden suurin ero on sekoitus, joka on Mark IV-reaktorissa hyvin tehokas verrattuna pussivalkaisuihin. Valkaisumenetelmien ja prosessiratkaisujen kehittyessä valkaisukemikaalien kulutusta on vähennetty viime vuosien aikana merkittävästi. Tämän seurauksena valkaisukemikaalikustannukset sekä ympäristökuorma ovat pienentyneet. Kun valkaisukemikaalien käyttöä on vähennetty, tikkujen liukeneminen valkaisuvaiheen aikana on hidastunut. Valmis sellu ei saa sisältää tikkuja, joten niiden määrä on pidettävä hyväksyttävänä. Samanaikaisesti on paine optimoida kemikaalien käyttöä. Tämän kandidaatintyön perusteella voidaan todeta sekoituksella olevan vaikutusta tikkujen liukenemiseen valkaisuvaiheessa, sillä tikkureduktio oli selkeästi parempi Mark IV-reaktorissa tehtyjen valkaisujen jälkeen. Parhaiten tikkuja liukeni valkaisusekvenssissä, kun ensimmäisen klooridioksidivaiheen kemikaaliannos oli korkeampi ja toisen klooridioksidivaiheen matalampi. Käytettyjen prosessimuuttujien tarkemman merkityksen selvittäminen vaatii kuitenkin vielä lisätutkimusta.

Mäntyöljyn tislauksen esikäsittely

Raakamäntyöljy on selluteollisuuden sivutuote. Suopa erotetaan mustalipeästä ja palstoitetaan tuottaen siten raakamäntyöljyä. Raakamäntyöljy tislataan tavanomaisesti viiteen pääjakeeseen: rasvahapot, hartsihapot, mäntyöljytisle, esiöljy ja mäntyöljypiki. Näiden jakeiden lisäksi raakamäntyöljyssä on erityisesti mustalipeästä siihen erottuneita epäpuhtauksia, jotka haittaavat raakamäntyöljyn prosessointia. Epäpuhtauksia ovat orgaaniset ja epäorgaaniset yhdisteet, kuten metallit, suolat ja ligniini. Nämä epäpuhtaudet aiheuttavat haitallisia reaktioita prosessissa huonontaen siten lopputuotejakeiden laatua. Tämän lisäksi epäpuhtaudet aiheuttavat saostumia prosessilaitteissa alentaen siten prosessointitehokkuutta. Raakamäntyöljyn esikäsittelyllä tehostetaan tislauksen toimintaa. Työssä esitetään esikäsittelymenetelmistä mm. degumming-menetelmä, laimea happopesu, hiilidioksidikäsittely, valkaisu ja lämpökäsittely. Menetelmien pohjalta valitaan tätä työtä varten yksi menetelmä, jonka pohjalta suunnitellaan kokeellisessa osassa suoritettavat kokeet. Kokeellinen osuus koostuu esikokeista, varsinaisista kokeista ja lisäkokeista. Menetelmän tarkoituksena on saavuttaa epäpuhtauksille 90–95 % reduktioaste. Kokeiden onnistumista tutkitaan analysoimalla alkuperäinen raakamäntyöljy, sekä jokaisen kokeen jälkeen erotetut faasit. Työssä saavutettiin hyvä erotustehokkuus. Alkuperäisen tavoitteen mukaista reduktioastetta ei pystytty määrittämään eri analyysimenetelmien ja niiden analyysituloksissa ilmenneiden eroavaisuuksien vuoksi, mutta lisäkokeiden ansiosta pystyttiin vahvistamaan kyseisen koejärjestelmän optimaalinen poistoaste. Lisäksi työssä havaittiin että esikäsittelytulos on hyvin riippuvainen käsiteltävän raaka-aineen koostumuksesta.

Modelling the exothermic heat and the demand of cooling in paper and pulp industry biological wastewater treatment

This master thesis presents a study on the requisite cooling of an activated sludge process in paper and pulp industry. The energy consumption of paper and pulp industry and it’s wastewater treatment plant in particular is relatively high. It is therefore useful to understand the wastewater treatment process of such industries. The activated sludge process is a biological mechanism which degrades carbonaceous compounds that are present in waste. The modified activated sludge model constructed here aims to imitate the bio-kinetics of an activated sludge process. However, due to the complicated non-linear behavior of the biological process, modelling this system is laborious and intriguing. We attempt to find a system solution first using steady-state modelling of Activated Sludge Model number 1 (ASM1), approached by Euler’s method and an ordinary differential equation solver. Furthermore, an enthalpy study of paper and pulp industry’s vital pollutants was carried out and applied to revise the temperature shift over a period of time to formulate the operation of cooling water. This finding will lead to a forecast of the plant process execution in a cost-effective manner and management of effluent efficiency. The final stage of the thesis was achieved by optimizing the steady state of ASM1.

Purification and fractionation by nanotiltration in dairy and sugar and sweetener industry applications

Nanotiltration is a membrane separation method known for its special characteristic of rejecting multivalent ions and passing monovalent ions. Thus, it is commonly applied with dilute aqueous solutions in partial salt removal, like in drinking water production. The possibilities of nanofiltration have been studied and the technique applied in a wide branch of industries, e.g. the pulp and paper, the textile and the chemical processing industry. However, most present applications and most of the potential applications studied involve dilute solutions, the permeating stream being generally water containing monovalent salts. In this study nanotiltration is investigated more as a fractionation method. A well-known application in the dairy industry is concentration and partial salt removal from whey. Concentration and partial demineralization is beneficial for futher processing of whey as whey concentrates are used e.g. in baby foods. In the experiments of this study nanotiltration effectively reduced the monovalent salts in the whey concentrate. The main concern in this application is lactose leakage into the permeate. With the nanofiltration membranes used the lactose retentions were practically ? 99%. Another dairy application studied was the purification and reuse of cleaning solutions. This is an environmentally driven application. An 80% COD reduction by nanofiltration was observed for alkaline cleaning-in-place solution. Nanofiltration is not as commonly applied in the sugar and sweeteners industry as in the dairy industry. In this study one potential application was investigated, namely xylose purification from hemicellulose hydrolyzate. Xylose is raw material for xylitol production. Xylose separation from glucose was initially studied with xylose-glucose model solutions. The ability of nanofiltration to partially separate xylose into the permeate from rather concentrated xylose-glucose solutions (10 w-% and 30 w-%) became evident. The difference in size between xylose and glucose molecules according to any size measure is small, e.g. the Stokes diameter of glucose is 0.73 nm compared to 0.65 nm for xylose. In further experiments, xylose was purified into nanoliltration permeate from a hemicellulose hydrolyzate solution. The xylose content in the total solids was increased by 1.4—1.7 fold depending on temperature, pressure and feed composition.

Sulfaattiselluloosatehtaan rikki- ja natriumtase sekä kemikaalikierron malli

Tämän diplomityön kirjallisessa osassa on tarkasteltu sulfaattiselluloosatehtaan ympäristöpäästöjen vähentämiseen liittyvää ongelmallisuutta sekä luomaan pääpiirteittäinen kuvaus sulfaattiselluloosatehtaan kemikaalikierrosta lähinnä rikki- ja natriumyhdisteiden kiertoja huomioiden. Pääasiassa kemikaalisäästöjen ja ympäristösyiden vuoksi tehtävää kemikaalikierron sulkemista seuraa rikki- ja natriumtaseisiin sekä kemikaalikierron vierasaineisiin liittyviä ongelmia, kuten prosessilaitteistojen likaantumista, korroosiota ja hajukaasuyhdisteiden muodostumista. Diplomityön mallinnusosassa on luotu Metsä-Botnian Rauman sellutehtaan kemikaalikierron malli pohjautuen tehtaan virtauskaavioihin sekä muuhun tehtaalta saatuun prosessi-informaatioon. BALAS-simulointiohjelmiston avulla luotuja mallikaavioita on käytetty hyväksi tehtaan kokonais- rikki- ja natriumtaseiden laskennassa. Varsinainen simulointi on jätetty projektin aikataulullisten syiden vuoksi jatkoprojektin piiriin.

Kuivatuksen hallintaparametrien vaikutus sellun paperiteknisiin ominaisuuksiin

Sellun kuivatuksesta ei löydy paljoa tutkimustietoa. Työn tarkoituksena on antaa lyhyt teoriakuvaus sellun kuivatuksesta, kuivatukseen vaikuttavista tekijöistä jasellun kuivatuksen vaikutuksesta sellun laatuun. Käytännön osassa tutkittiin kuivauskoneen poikkiradan hienoainepitoisuuden ja vetolujuussuhteiden vaihtelua, suihkusuhteiden, kenkäpuristimen viivakuorman sekä paalipuristimen puristusvoimanvaikutusta sellun paperiteknisiin ominaisuuksiin. Sellun kuivauskone koostuu perälaatikosta, viiraosasta, puristinosasta sekä kuivausosasta.Perälaatikon tehtävä on syöttää massa tasaisesti viiraosalle. Viiraosalla poistuu suurin osa vedestä (noin 94 %) ja viiraosalla tapahtuu pohjan muodostus. Tässä työssä tutkittu suihkusuhde on yksi rainan muodostukseen vaikuttava tekijä. Puristinosalla voidaan sellun ominaisuuksiin vaikuttaa puristuksen voimalla ja kestolla ja tätä työssä tutkittiin kenkäpuristimen viivakuormaa muuttamalla. Varsinainen kuivatus voi tapahtua joko kuumia sylinteripintoja tai ilmaa hyödyntäen. Kuivauskoneen jälkeen on leikkuri, paalauspöytä ja paalipuristin. Paalipuristuksen vaikutusta sellun ominaisuuksiin tutkittiin keventämällä paalipuristusta nykyisestä.

Turvallisuusosaamisen varmistaminen verkko-oppimistyökalun avulla metsäteollisuusyrityksessä

Diplomityön tavoitteena oli kehittää UPM-Kymmene Oyj:n turvallisuuskoulutukseen verkko-oppimistyökalu, jolla voitaisiin tehostaa yrityksen turvallisuuskoulutusta, ja näin parantamaan turvallisuusosaamista, ja sitä kautta vähentää tapaturmia ja sairaspoissaoloja. Työ toteutettiin pilottiprojektina UPM:n Kymin sellutehtaalla Kuusankoskella. Työtä lähestyttiinhuomioimalla mahdollisimman monipuolisesti ne eri osa alueet, jotka turvallisuuden verkko-oppimishankkeeseen liittyivät. Samalla selvitettiin verkko-oppimiseen liittyviä vahvuuksia ja heikkouksia sekä keinot vahvuuksien hyödyntämiseen ja heikkouksien välttämiseen. Teoreettisessa tarkastelussa painotettiin aikuisdidaktisia lähestymistapoja, järjestelmän käytettävyyttä sekä e-oppimismenetelmien erityispiirteitä. Työn tuloksena saatiin kehitettyä verkko-oppimisympäristö oppimateriaaleineen, joka on laajennettavissa muihin yksiköissä sekä kehitettävissä edelleen. Lisäksi saatiin tutkimustuloksia ja kokemuksia, joita voidaan hyödyntää hankkeen jatkokehityksessä.