Kuparituotetehtaan tuoterakenteen ja logistisen tehokkuuden kehittäminen

Tässä tutkimuksessa on keskitytty tutkimaan kuparituotetehtaan tuoterakennetta ja tilausten kohdistumispisteitä sekä esittämäänparannusehdotuksia näiden suhteen. Valssaamon prosessivarasto on kokenut huomattavan pienennyksen ja tavoitteena on, että tästä huolimatta tuotantoa pystyttäisiin ohjaamaan vähemmin resurssein, materiaalipulasta kärsimättä ja nopeammin läpimenoajoin. Lisäksi työssä esitetään muita tuotantoprosessiin liittyviä kehitysehdotuksia, jotka tukevat tuotannon virtaviivaistamista ja varastosaldojen vähentämistä. Teoriaosuudessa selitetään Lean-tuotannon toimivuuttavalssaamon kaltaisessa toimintaympäristössä. Teoriaosuudessa on käsitelty Lean-tuotannon lisäksi myös Agile- ja Leagile-teorioita, koska myös näiden teorioidenyhteensopivuus valssaamon tuotantoon on merkittävä. Empiirisessä osassa on kuvattu tuotantoprosessin ja tuoterakenteen nykytila sekä esitetty kehitysehdotuksianäiden kehittämiseen esiteltyjen teorioiden pohjalta. Tutkimuksen perusteella esitetään muutoksia tämänhetkiseen tuoterakenteeseen, koska nykyisen kaltainen tuoterakenne on jäänyt osittain turhaksi varastojen siirryttyä tuotannon alkupäähän. Lisäksi ehdotetaan kuumavalssaussuunnitelmasta luopumista ja kuumavalssaimen ohjaussyklin lyhentämistä vuorokauden mittaiseksi, sekä esitetään, miten tuotantoon tulisi välittää nykyistä tarkempaa tietoa tilauksien valmistumisajankohdista.

Regenerated cellulose ultrafiltration membranes in the treatment of pulp and paper mill process waters

Ultrafiltration (UF) is widely applied in different separation processes in the pulp and paper industry. The growing need to protect the environment, a lack of pure water and an interest in producing high-value chemicals from compounds present in process waters will probably lead to an increase in the use of UF in the pulp and paper industry. The efficiency and cost-effectiveness of a UF process depends on the applied membrane. The membrane should have a high and stable filtration capacity, a particular selectivity and a long operational lifetime. To meet these requirements a membrane should have a low fouling tendency. In addition, it should withstand the prevailing operational and chemical conditions. This thesis evaluates the performance and applicability of the regenerated cellulose (RC) membranes 00030T and C2 in the treatment of pulp and paper mill process waters based on the requirements above. The results demonstrated that both the tested RC membranes fulfilled well the requirement of high filtration capacity. In addition, in the filtration of a paper mill clear filtrate (CF) the RC membranes were not as greatly affected by variations in the CF quality as a polysulphone membrane. Furthermore, due to their extreme hydrophilicity and weak charge the fouling tendency of the membranes can be expected to be low in pulp and paper mill filtration applications. It is, however, known that fouling cannot be totally avoided even when the membrane is chosen very carefully. This study indicated that carbohydrates influenced negatively on permeability and caused fouling in the filtration of groundwood mill circulation water. Thus, a pre-treatment effectively reducing the amount of carbohydrates might help to maintain a stable capacity. However, the results of the thesis also showed that the removal of some of the possible foulants might just increase the harmful effect of others. Multivariate examination was useful in the understanding of the complicated factors causing the unstable capacity. The thesis also revealed that the 00030T and C2 membranes can be used at high pressure (max. tested pressure 12 bar). The C2 membrane, having a sponge-like substructure, was more pressure resistant, and its performance was more stable at high pressure compared to the UCO30T membrane containing macrovoids in its substructure. Both tested membranes can, according to the results, also be used at temperatures as high as 70°C in acidic, neutral and alkaline conditions. However, the use at extreme conditions might cause faster ageing of the membranes compared to ageing in neutral conditions. The thesis proved that both the tested RC membranes are very suitable for pulp and paper mill applications and that the membranes can be utilised in processes operating in challenging conditions. Thus, they could be used in more demanding applications than supposed earlier.

Tertiary treatment of pulp and paper mill effluents

Työn tavoitteena oli selvittää mitä käsittelyvaihtoehtoja on olemassa jäteveden puhdistamon tertiäärikäsittelyyn ja miten suuri tarve paperi- ja selluteollisuuden prosessivesien puhdistukseen on. Tarkoituksena oli saada käsitys koko tertiäärikäsittelystä eri näkökulmista. Lopuksi läpikäytiin tertiäärikäsittelymenetelmiä ja etsittiin mahdollisia uusia menetelmiä, joita voitaisiin käyttää jäteveden tertiääripuhdistukseen. Ensimmäisenä työssä on perehdytty jäteveden koostumukseen paperi- ja selluteollisuudessa ja puhdistukseen ilmastetulla aktiivilietemenetelmällä, jotta tertiäärikäsittely ymmärrettäisiin konseptina paremmin. Lisäksi työssä selvitettiin tertiäärikäsittelyn tarvetta ja vaihtoehtoja sen käyttämättä jättämiselle teollisuuden ja muun ympäristöä vahingoittavan toiminnan ympäristönäkökohdat huomioonottaen. Lyhyiden menetelmäesitysten jälkeen kiteytetään tertiäärikäsittelyn ympäristönäkökohdatja vaihtoehdot sen käytölle yhteenvetona, jossa otetaan huomioon myös viranomaisten, yrityksen ja BAT referenssien sisältämä tieto tertiäärikäsittelystä. Työn kokeellinen osa sisältää erään tertiäärikäsittelysovelluksenrakentamisen, koekäytön ja laboratorioanalyysien yhteenvedon. Lisäksi menetelmää verrataan kustannus-tehokkuudeltaan vastaavien menetelmien kanssa. Tarkoituksena oli löytää jäteveden tertiäärikäsittelyyn sopiva laitteisto, jonka toimintaanei sisältyisi kemikaalien annostelua ja sitä käytettäisiin lähinnä jätevedenpuhdistamon ongelmatilanteiden väliaikaiseksi ratkaisuksi. Mahdollisesti se voisi toimia myös jatkuvatoimisesti veden kirkastuksessa. Diplomityössä rakennettu laitteisto, jota käytettiin myös pilot koeajoissa, ei ollut paras mahdollinen laitteisto tertiäärikäsittelyn toteuttamiseksi paperi- ja selluteollisuudessa, mutta kilpailukykyinen muiden laitteistojen kanssa. Laitteiston toimintaperiaate on kuitenkin käyttökelpoinen tietyin varauksin ja sitä voidaan käyttää vedenpuhdistamiseen.

Identification of extractives and polysaccharides as foulants in membrane filtration of pulp and paper mill effluents

The search for new renewable materials has intensified in recent years. Pulp and paper mill process streams contain a number of potential compounds which could be used in biofuel production and as raw materials in the chemical, food and pharmaceutical industries. Prior to utilization, these compounds require separation from other compounds present in the process stream. One feasible separation technique is membrane filtration but to some extent, fouling still limits its implementation in pulp and paper mill applications. To mitigate fouling and its effects, foulants and their fouling mechanisms need to be well understood. This thesis evaluates fouling in filtration of pulp and paper mill process streams by means of polysaccharide model substance filtrations and by development of a procedure to analyze and identify potential foulants, i.e. wood extractives and carbohydrates, from fouled membranes. The model solution filtration results demonstrate that each polysaccharide has its own fouling mechanism, which also depends on the membrane characteristics. Polysaccharides may foul the membranes by adsorption and/or by gel/cake layer formation on the membrane surface. Moreover, the polysaccharides interact, which makes fouling evaluation of certain compound groups very challenging. Novel methods to identify wood extractive and polysaccharide foulants are developed in this thesis. The results show that it is possible to extract and identify wood extractives from membranes fouled in filtration of pulp and paper millstreams. The most effective solvent was found to be acetone:water (9:1 v/v) because it extracted both lipophilic extractives and lignans at high amounts from the fouled membranes and it was also non-destructive for the membrane materials. One hour of extraction was enough to extract wood extractives at high amounts for membrane samples with an area of 0.008 m2. If only qualitative knowledge of wood extractives is needed a simplified extraction procedure can be used. Adsorption was the main fouling mechanism in extractives-induced fouling and dissolved fatty and resin acids were mostly the reason for the fouling; colloidal fouling was negligible. Both process water and membrane characteristics affected extractives-induced fouling. In general, the more hydrophilic regenerated cellulose (RC) membrane fouled less that the more hydrophobic polyethersulfone (PES) and polyamide (PA) membranes independent of the process water used. Monosaccharide and uronic acid units could also be identified from the fouled synthetic polymeric membranes. It was impossible to analyze all monosaccharide units from the RC membrane because the analysis result obtained contained degraded membrane material. One of the fouling mechanisms of carbohydrates was adsorption. Carbohydrates were not potential adsorptive foulants to the sameextent as wood extractives because their amount in the fouled membranes was found to be significantly lower than the amount of wood extractives.

Energy and raw material consumption analysis of powder bed fusion: case study: CNC machining and laser additive manufacturing

Laser additive manufacturing (LAM), known also as 3D printing, is a powder bed fusion (PBF) type of additive manufacturing (AM) technology used to manufacture metal parts layer by layer by assist of laser beam. The development of the technology from building just prototype parts to functional parts is due to design flexibility. And also possibility to manufacture tailored and optimised components in terms of performance and strength to weight ratio of final parts. The study of energy and raw material consumption in LAM is essential as it might facilitate the adoption and usage of the technique in manufacturing industries. The objective this thesis was find the impact of LAM on environmental and economic aspects and to conduct life cycle inventory of CNC machining and LAM in terms of energy and raw material consumption at production phases. Literature overview in this thesis include sustainability issues in manufacturing industries with focus on environmental and economic aspects. Also life cycle assessment and its applicability in manufacturing industry were studied. UPLCI-CO2PE! Initiative was identified as mostly applied exiting methodology to conduct LCI analysis in discrete manufacturing process like LAM. Many of the reviewed literature had focused to PBF of polymeric material and only few had considered metallic materials. The studies that had included metallic materials had only measured input and output energy or materials of the process and compared to different AM systems without comparing to any competitive process. Neither did any include effect of process variation when building metallic parts with LAM. Experimental testing were carried out to make dissimilar samples with CNC machining and LAM in this thesis. Test samples were designed to include part complexity and weight reductions. PUMA 2500Y lathe machine was used in the CNC machining whereas a modified research machine representing EOSINT M-series was used for the LAM. The raw material used for making the test pieces were stainless steel 316L bar (CNC machined parts) and stainless steel 316L powder (LAM built parts). An analysis of power, time, and the energy consumed in each of the manufacturing processes on production phase showed that LAM utilises more energy than CNC machining. The high energy consumption was as result of duration of production. Energy consumption profiles in CNC machining showed fluctuations with high and low power ranges. LAM energy usage within specific mode (standby, heating, process, sawing) remained relatively constant through the production. CNC machining was limited in terms of manufacturing freedom as it was not possible to manufacture all the designed sample by machining. And the one which was possible was aided with large amount of material removed as waste. Planning phase in LAM was shorter than in CNC machining as the latter required many preparation steps. Specific energy consumption (SEC) were estimated in LAM based on the practical results and assumed platform utilisation. The estimated platform utilisation showed SEC could reduce when more parts were placed in one build than it was in with the empirical results in this thesis (six parts).

PRODUCT DATA MANAGEMENT FOR FINNISH SMALL AND MEDIUM-SIZED MANUFACTURING ENTERPRISES - Towards a viable information system concept

Product Data Management (PDM) systems have been utilized within companies since the 1980s. Mainly the PDM systems have been used by large companies. This thesis presents the premise that small and medium-sized companies can also benefit from utilizing the Product Data Management systems. Furthermore, the starting point for the thesis is that the existing PDM systems are either too expensive or do not properly respond to the requirements SMEs have. The aim of this study is to investigate what kinds of requirements and special features SMEs, operating in Finnish manufacturing industry, have towards Product Data Management. Additionally, the target is to create a conceptual model that could fulfill the specified requirements. The research has been carried out as a qualitative case study, in which the research data was collected from ten Finnish companies operating in manufacturing industry. The research data is formed by interviewing key personnel from the case companies. After this, the data formed from the interviews has been processed to comprise a generic set of information system requirements and the information system concept supporting it. The commercialization of the concept is studied in the thesis from the perspective of system development. The aim was to create a conceptual model, which would be economically feasible for both, a company utilizing the system and for a company developing it. For this reason, the thesis has sought ways to scale the system development effort for multiple simultaneous cases. The main methods found were to utilize platform-based thinking and a way to generalize the system requirements, or in other words abstracting the requirements of an information system. The results of the research highlight the special features Finnish manufacturing SMEs have towards PDM. The most significant of the special features is the usage of project model to manage the order-to-delivery –process. This differs significantly from the traditional concepts of Product Data Management presented in the literature. Furthermore, as a research result, this thesis presents a conceptual model of a PDM system, which would be viable for the case companies interviewed during the research. As a by-product, this research presents a synthesized model, found from the literature, to abstract information system requirements. In addition to this, the strategic importance and categorization of information systems within companies has been discussed from the perspective of information system customizations.

Utilization of coal combustion residues in glass manufacturing process

The focus of paper is to asses and evaluate new utilisation method of coals combustion resides in glass manufacturing process. Mathematical model of glass manufacturing material balance was used to find favourable proportion of normally used batch materials and coal ash. It was found that possible to substitute up to 20 % of batch with coal ash. On the world glass production scale there is a potential to save 8,4 million tons of silica sand, 6 million tons of dolomite, 3 million tons of clay and 0,2 million tons of lime borate. Furthermore, potential to utilize 2 % of coal combustion products with suggested method.

Effect of antifoams on oxygen mass transfer in pulp and paper mill effluents

Vaahdonestoaineiden haitallinen vaikutus hapen liukenemisnopeuteen biologisen puhdistamon jätevesissä on yleisesti tunnettua. Aineiden eri vaikutusmekanismien takia on silti vaikea etukäteen arvioida, miten ja kuinka paljon aineensiirto muuttuu. Työn tavoitteena oli saada tietoa vaahdonestoaineiden ja muiden pinta-aktiivisten aineiden vaikutuksesta kuplakokoon, kaasun tilavuusosuuteen ja kaasu-neste aineensiirtoon. Työn teoriaosassa on kuvailtu vaahdon muodostumiseen vaikuttavia tekijöitä sekä eri vaahdonestoaineiden vaikutusmekanismeja sellu- ja paperitehtaan jätevedessä. Edelleen on esitetty useita hapen siirtoa estäviä ja parantavia aineita. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenkymmenenviiden eri pinta-aktiivisen aineen vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen yksivaiheisessa kuplakolonnissa. Kokeet tehtiin kahdella pitoisuudella, kahdella eri kaasunjakolaitteella ja kolmella eri kaasun tyhjäputkinopeudella. Aineensiirtokokeiden rinnalla tutkittiin jätevesien laatu- ja fysikaalisiaominaisuuksia, niiden vaikutusta hapen liukenemisnopeuteen sekä testattavien koeaineiden vaikutusta fysikaalisin ominaisuuksiin. Kokeet osoittavat että pinta-aktiivisten aineiden vaikutus hapen aineensiirtoon vaihtelee riippuen kaasunjakolaitteesta ja aineen pitoisuuksista. Testatuista vaahdonestonaineista pienin negatiivinen vaikutus oli aineella AT 35 ja positiivinen vaikutustodettiin olevan vaahdonestoaineiden komponenteilla: P2, S1, F4 ja T9.

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.

Electro-Oxidation Treatment of Pulp and Paper Mill Circulating Waters and Wastewaters

Interest in water treatment by electrochemical methods has grown in recent years. Electrochemical oxidation has been applied particularly successfully to degrade different organic pollutants and disinfect drinking water. This study summarizes the effectiveness of the electrochemical oxidation technique in inactivating different primary biofilm forming paper mill bacteria as well as sulphide and organic material in pulp and paper mill wastewater in laboratory scale batch experiments. Three different electrodes, borondoped diamond (BDD), mixed metal oxide (MMO) and PbO2, were employed as anodes. The impact on inactivation efficiency of parameters such as current density and initial pH or chloride concentration of synthetic paper machine water was studied. The electrochemical behaviour of the electrodes was investigated by cyclic voltammetry with MMO, BDD and PbO2 electrodes in synthetic paper mill water as also with MMO and stainless steel electrodes with biocides. Some suggestions on the formation of different oxidants and oxidation mechanisms were also presented during the treatment. Aerobic paper mill bacteria species (Deinococcus geothermalis, Pseudoxanthomonas taiwanensis and Meiothermus silvanus) were inactivated effectively (>2 log) at MMO electrodes by current density of 50 mA/cm2 and the time taken three minutes. Increasing current density and initial chloride concentration of paper mill water increased the inactivation rate of Deinococcus geothermalis. The inactivation order of different bacteria species was Meiothermus silvanus > Pseudoxanthomonas taiwanensis > Deinococcus geothermalis. It was observed that inactivation was mainly due to the electrochemically generated chlorine/hypochlorite from chloride present in the water and also residual disinfection by chlorine/hypochlorite occurred. In real paper mill effluent treatment sulphide oxidation was effective with all the different initial concentrations (almost 100% reduction, current density 42.9 mA/cm2) and also anaerobic bacteria inactivation was observed (almost 90% reduction by chloride concentration of 164 mg/L and current density of 42.9 mA/cm2 in five minutes). Organic material removal was not as effective when comparing with other tested techniques, probably due to the relatively low treatment times. Cyclic voltammograms in synthetic paper mill water with stainless steel electrode showed that H2O2 could be degraded to radicals during the cathodic runs. This emphasises strong potential of combined electrochemical treatment with this biocide in bacteria inactivation in paper mill environments.

Improving reporting and internal control with process thinking - case study in a multinational corporation

The aim of this Master’s Thesis is to find applicable methods from process management literature for improving reporting and internal control in a multinational corporation. The method of analysis is qualitative and the research is conducted as a case study. Empirical data collection is carried out through interviews and participating observation. The theoretical framework is built around reporting and guidance between parent company and subsidiary, searching for means to improve them from process thinking and applicable frameworks. In the thesis, the process of intercompany reporting in the case company is modelled, and its weak points, risks, and development targets are identified. The framework of critical success factors in process improvement is utilized in assessing the development targets. Also internal control is analyzed with the tools of process thinking. As a result of this thesis, suggestions for actions improving the reporting process and internal control are made to the case company, the most essential of which are ensuring top management’s awareness and commitment to improvement, creating guidelines and tools for internal control and creating and implementing improved intercompany reporting process.

Taloudellinen ja läpimenoajaltaan lyhyt ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi

Tämän diplomityön tavoitteena oli löytää Perlos Tools Joensuun tehtaalle sopiva taloudellinen ja läpimenoajaltaan lyhyt ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi. Kirjallisuusosiossa tarkastellaan valmistuksen prosessimalleja, esitellään tärkeimmät muotinvalmistuksen menetelmät, sekä nykytilan ja tulevaisuuden haasteet. Lisäksi tarkastellaan muotinvalmistuksen työajan ja kulujen jakaantumista, tärkeimpiä investointilaskelmia, sekä investointien perustelemista simulointien avulla. Tutkimusosiossa simuloidaan erilaisia prosessimalleja, selvitetään valmistusmenetelmienja koneiden vaikutusta muotinvalmistuksen läpimenoaikaan, sekä lasketaan investointien ja valmistuskoneiden vaikutukset takaisinmaksuaikoihin. Simulaation tavoitteena on asiaankuuluvien mallien, sopivien kysymysten sekä prosessimallien kehittämisen kautta tuottaa analysoitua informaatiota päätöksenteon tueksi. Tutkimustulosten perusteella ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi on optimoitu. Optimoinnin tuloksena tarkasteltavalla yrityksellä on käytössään taloudellinen ja läpimenoajaltaan lyhyt ruiskupuristusmuotin valmistusprosessi.

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.