Mittausjärjestelmän kehittäminen massansyöttöön

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää menetelmä mitata keskisakeuksisen sellumassan virtausta; suuntaa ja suuruutta, vapaassa tilassa ja kehittää koelaite, jolla sellupesurin massansyöttötapahtumaa voidaan tutkia sekä rakenteellisesta että prosessinäkökulmasta. Virtausmittausmenetelmän kehityksessä arvioitiin ensin erilaisten perusmittausmenetelmien soveltuvuutta keskisakeuksisen sellumassan virtausmittaukseen. Valitun menetelmän, vastusvenymäliuskamittauksen, kehityksessä ideoitiin sekä anturin mittoja ja geometriaa että virtauskappaleiden geometriaa. Lopullisella anturikonstruktiolla suoritettiin virtausmittauskokeita erilaisilla virtauskappaleilla putkivirtauksessa. Virtausaineena oli vesi sekä sellumassa eri sakeuksissa. Tulosten analysoinnin perusteella suoritettiin valitulla virtauskappaleella alustava koeajo prosessilaitteessa. Koelaitteen kehityksessä määritettiin ensin laitteelle tutkimukselliset tavoitteet. Erilaisia tutkimusmenetelmien arvioinnin perustella valittiin koelaitteeseen sopivat menetelmät. Tutkimuksellisten tavoitteiden ja sovellettavien menetelmien perusteella mitoitettiin ja suunniteltiin koelaite.

Deinking flotation of recycled linerboard for food packaging applications

Brown packaging linerboard, made entirely from recovered pulp, was subjected to deinking flotation for evaluating the possible improvements in its chemical, optical and mechanical properties. The increase in the rate of recovered paper utilisation, along with the tendency towards lower basis weights, in the packaging paper production, has created a growing need for the utilisation of secondary fibers of improved quality. To attain better quality fibers, flotation deinking of brown grades is being considered, along with the addition of primary fibers to recovered paper furnish. Numerous conducted studies, in which the flotation technology was used in the treatment of brown grades, support this idea. Most of them show that the quality of fibers is improved after flotation deinking, resulting in higher mechanical properties of the deinked handsheets and in lower amounts of chemical contaminants. As to food and human health safety, packaging paper has to meet specific requirements, to be classified as suitable for its direct contact with foods. Recycled paper and board may contain many potential contaminants, which, especially in the case of direct food contact, may migrate from packaging materials into foodstuffs. In this work, the linerboard sample selected for deinking was made from recycled fibers not submitted previously to chemical deinking flotation. Therefore, the original sample contained many noncellulosic components, as well as the residues of printing inks. The studied linerboardsample was a type of packaging paper used for contact with food products that are usually peeled before use, e.g. fruits and vegetables. The decrease in the amount of chemical contaminants, after conducting deinking flotation, was evaluated, along with the changes in the mechanical and optical properties of the deinked handsheets. Food contact analysis was done on both the original paper samples and the filter pads and handsheets made before and after deinking flotation. Food contact analysis consisted of migration tests of brightening agents, colorants, PCPs, formaldehydes and metals. Microbiological tests were also performed to determine the possible transfer of antimicrobial constituents

Häiriöaineiden vaikutus käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Nykypäivänä ympäristön suojelu ja erityisesti jätevesipäästöjen pienentäminen vaikuttavat yhä enemmän metsäteollisuuden toimintatapoihin. Lisäksi veden käytön vähentyessä ja prosesseja suljettaessa silikaatteihin väistämättä liittyvät saostumat ovat kasvava ongelma. Magnesiumhydroksidin on havaittu olevan potentiaalinen natriumhydroksidin korvaava alkali mekaanisen massan peroksidivalkaisussa. Lisäksi magnesiumhydroksidilla voidaan saavuttaa lähes yhtä korkea vaaleus, jopa ilman silikaattia, kuin natriumhydroksidilla natriumsilikaatin kanssa. Magnesiumhydroksidin orgaanista ainesta liuottava vaikutus on myös noin puolet verrattuna natriumhydroksidiin. Työssä selvitettiin, miten häiriöaineet vaikuttavat mekaanisen massan peroksidivalkaisuun käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia. Laboratoriokokeiden tulokset osoittivat, että magnesiumhydroksidi kesti paremmin valkaisussa käytettyjä häiriöaineita. Pienillä metallilisäyksillä ei ole vaikutusta massan vaaleuteen käytettäessä magnesiumhydroksidia. Korvattaessa laimennusvettä viirapuristimen suodoksella peroksidi kului lähes loppuun käytettäessä natriumhydroksidia, mikä näkyi myös vaaleuden heikkenemisenä. Valkaisukokeiden perusteella magnesiumhydroksidialkalilla jäädään jopa kolme prosenttiyksikköä natriumhydroksidin kanssa saadusta vaaleudesta, peroksidiannoksen olleessa kolme prosenttia. Mutta käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia liuenneen orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) sekä biologinen (BOD7) että kemiallinen (CODcr) hapenkulutus pienenivät lähes puolella.

Omistusrakenne ja kannattavuus – empiirinen tutkimus neljällä toimialalla

Metsäteollisuudessa on aika ajoin esitetty ajatus, että perheyritykset menestyvät alalla paremmin kuin muut toimijat. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, onko omistusrakenteen ja kannattavuuden välillä yhteyttä. Omistusrakennetta tarkasteltiin kahdesta näkökulmasta: omistuksen keskittyneisyys ts. omistajan valvonta operatiiviseen johtoon nähden ja omistajatyyppi (perhe, rahoitusyhtiö, ei-rahoitusyhtiö, valtio). Näiden molempien suhdetta kannattavuuteen (ROA tai EBITDA) analysoitiin kvantitatiivisesti kovarianssianalyysilla. Teoreettisena lähtökohtana käytettiin agenttiteoriaa. Tutkimuskohteeksi valittiin pääomavaltaiset alat: metsäteollisuus, kemianteollisuus, konepajateollisuus ja energiateollisuus. Aineisto koottiin eurooppalaisten yritysten tilinpäätöstiedoista Amadeus-tietokannasta. Tutkimuksen tuloksena todettiin, ettei omistuksen keskittyneisyydellä eikä omistajatyypillä ts. omistusrakenteella ole tilastollisesti merkitsevää yhteyttä kannattavuuteen millään tutkituista toimialoista.

Varaosaliiketoiminnan analysointi ja kehittäminen teknologiayrityksessä

Palveluliiketoiminnan merkitys teollisten yritysten kasvusta ja kannattavuudesta kasvaa voimakkaasti. Palveluliiketoiminnan voidaan katsoa olevan asiakaslähtöisyyden perusta. Diplomityön toimeksiantajan yksi palveluliiketoiminnan muoto on varaosaliiketoiminta. Varaosaliiketoiminta muodostaa yrityksen palvelutarjonnasta merkittävän osan, mutta sen asema yrityksessä on ollut epäselvä, eikä yhtenäistä johtamistapaa ole ollut. Tästä syystä nähtiin olennaiseksi analysoida liiketoiminnan nykytilaa ja kehittää varaosaliiketoiminnalle uusi liiketoimintamalli. Nykytilan analysointiin käytettiin syksyllä 2007 käyttöönotettua liiketoimintatiedon hallinnan työkalua. Varsinainen tutkimusosa toteutettiin haastattelututkimuksella, jossa haastateltiin 15 henkilöä joiden toimenkuva liittyi varaosaliiketoimintaan. Haastattelujen tarkoituksena oli selvittää varaosaliiketoiminnan nykytilaa, löytää kehitysehdotuksia ja määritellä varaosaliiketoiminnan kriittiset menestystekijät. Liiketoiminnan analysointiin käytettiin teorioita palvelu- ja varaosaliiketoiminnasta sekä varaosista. Tutkimusmenetelmät perustuivat toimialarakenne-, strategia- ja kilpailija-analyyseihin. Työn tuloksista voidaan todeta, että varaosaliiketoiminnalla tulisi olla oma strategia ja kyseisen liiketoiminnan asema tulisi määritellä selkeämmin palveluliiketoiminnassa. Työn tuloksena esitetään varaosaliiketoiminnan uusi liiketoimintamalli, joka perustuu kriittisiin menestystekijöihin. Kriittiset menestystekijät ovat hankintatoiminta, palvelu, sisäinen prosessi ja liiketoiminnan kehittäminen. Kyseisille tekijöille esitetään kehitysehdotuksia sekä toimenpidesuositukset, joilla uusi liiketoimintamalli on mahdollista implementoida käytäntöön.

Designing a new type of support for rotary kilns

Lime kiln is used as a part of the modern kraft pulp process in order to produce burnt lime from lime mud. This rotating kiln is supported by support rollers, which are traditionally supported by journal bearings. Since the continuous growth in the production of pulp mills requires larger lime kilns, the traditional bearing construction has become unreliable. The main problem especially involves the running-in phase of the bearings. In the present thesis, a new type of support roller was developed by using the systematic approach of machine design. Structural analysis was conducted on the critical parts of the selected structure by the finite element method. The operation of hydrodynamic bearings was examined by analytical methods. As a result of this work, a new type of support for rotating kilns was designed, which is more reliable and easier to service. A new support roller geometry is described, which pro¬vides for significant cost savings.

Sitoutumiskykyisemmän TMP-massan valmistus

Tämän työn tavoitteena oli selvittää TMP-massan lujuusominaisuuksien parantamismahdollisuuksia jauhatuksen keinoin. Tarkastelun kohteena olivat rejektijauhatuksen eriyttäminen päälinjasta, päälinjan ajotapojen vaikutukset massan laatuun sekä energiansäästöterien testaus. Erillisen rejektijauhatuksen pilot kokeiden myötä oli havaittavissa, että erillisjauhettu rejekti itsessään oli todella pitkäkuituista ja hyvät lujuusominaisuudet omaavaa massaa. Koeajo kuitenkin osoitti, että 9 % annostelu määrä päälinjan akseptimassaan ei riitä nostamaan valmiin massaseoksen lujuusominaisuuksia. Eriytetty rejektijauhatus voi kuitenkin parantaa prosessin hallittavuutta ja mahdollistaa tuotantotason noston. Päälinjan ajotavanmuutoskokeiden tulosten myötä voitiin havaita, että 300 t/d tuotantotaso tuotti kuidunpituuksiltaan, lujuuksiltaan ja tikkupitoisuuksiltaan parempaa massaa kuin 270 t/d tuotantotaso. Samaan aikaan tapahtunut bulkin lasku oli siedettävällä tasolla huomioitaessa vetolujuudessa tapahtuva parannus. Ajotavanmuutoskokeet osoittivat myös sen, että pienellä ensimmäisen ja toisen jauhatusvaiheen kuormitussuhteiden muutoksella on saavutettavissa parannusta sekä veto- että repäisylujuudessa, bulkissa tapahtuvien muutosten pysyessä siedettävällä tasolla. Tähän tulokseen päästiin löysäämällä ensimmäisen vaiheen jauhinten teräväliä kymmenyksellä ja vastaavasti tiukkaamalla toisen vaiheen jauhinten teräväliä niin, että jauhatuksen kokonaisenergianominaiskulutus pysyi vakiotasolla. Energiansäästöterien testauksessa havaittiin, että terien avulla on mahdollista säästää jauhatukseen kuluvassa energiassa noin 0,15 – 0,2 MWh/t. Saavutettavissa oleva energiansäästö ei kuitenkaan ole riittävä kompensoimaan massan laadun heikkenemistä, sillä energiansäästöterien myötä massan bulkki, kuidunpituus sekä veto- ja repäisylujuus laskivat verrattaessa niiden tasoon käytettäessä normaaliteriä.

Estudi per a la determinació de la composició òptima d'una barreja de pastes per a la fabricació de paper tripa industrial

El creixent ritme d’exportacions del Brasil, fa que la demanda de papers d’embalatges’incrementi constantment. El material més utilitzat per al transport són les caixes de cartróondulat (OCC). Aquestes caixes, quan se’ls acaba la vida útil, són recuperades per afabricar nou cartró ondulat. El paper de diari, que un cop llegit es converteix en un residu, nos’acostuma a utilitzar per a la fabricació de nous productes paperers, tot i estar fabricat ambfibres de qualitat elevada.Amb la utilització d’aquests materials com a alternativa es disminueix la demanda defibres verges com és el pi, que al Brasil, es troba en una situació crítica a causa de la malagestió de les plantacions.Cal dir que la part pràctica de l’estudi, que consisteix bàsicament en treball de laboratori,ha estat realitzada al Brasil, d’on provenen també les matèries primeres utilitzades. Peraquest motiu, el context de l’estudi està centrat en el mercat, en les necessitats i en larealitat d’aquest país.Aquest projecte té com a objectiu determinar la composició òptima d’una barreja depastes de pi, sisal, retalls i paper de diari, per a la fabricació de paper tripa industrial. Aquestpaper és el que es col•loca, ondulat, enmig de les capes externes del cartró multicapa

Quality potential of DIP and hardwood CTMP based raw materials in woodcontaining printing paper

The objective of the thesis was to define the quality potential of DIP and hardwood CTMP based raw material furnish for a printing paper production and to define the end product's pulp-based boundary conditions especially when thinking of Chinese markets. Although the Chinese paper industry expands rapidly, the production of some paper grades is still exiguous. Especially the softwood resources are limited in Asia, thus the purpose of the thesis was to find out the possibilities to produce printing paper in China from local raw materials. Bleached CTMP can be produced, for example, from fast-growing hardwood species like eucalyptus and poplar. Therefore in this thesis it was examined if good quality printing paper is possible to produce by using deinked pulp and hardwood CTMP based furnish. In the first section of experimental part, various deinked pulps and chemithermomechanical pulps were compared. The deinked pulps were from China, Central Europe and Finland. Central European was made for magazine papers, and the Chinese as well as the Finnish pulps were made for newsprints. Two of the BCTMPs were from China and those both were made from poplar, whereas one BCTMP was made from eucalyptus in a pilot plant. There were significant differences especially between BCTMPs and their paper properties. In the second section of experimental part, the deinked pulp and eucalyptus BCTMP were blended to produce handsheets. The results show that producing the highest quality printing paper would be difficult from these raw materials. Deinked pulp affected especially the strength and optical properties as well as calender blackening. The BCTMP was found to have effects mostly on the smoothness, strength and optical properties as well as calender blackening.

Adaptation of a Gaussia princeps Luciferase reporter system in Candida albicans for in vivo detection in the Galleria mellonella infection model.

For the past 10 years, mini-host models and in particular the greater wax moth Galleria mellonella have tended to become a surrogate for murine models of fungal infection mainly due to cost, ethical constraints and ease of use. Thus, methods to better assess the fungal pathogenesis in G. mellonella need to be developed. In this study, we implemented the detection of Candida albicans cells expressing the Gaussia princeps luciferase in its cell wall in infected larvae of G. mellonella. We demonstrated that detection and quantification of luminescence in the pulp of infected larvae is a reliable method to perform drug efficacy and C. albicans virulence assays as compared to fungal burden assay. Since the linearity of the bioluminescent signal, as compared to the CFU counts, has a correlation of R(2) = 0.62 and that this method is twice faster and less labor intensive than classical fungal burden assays, it could be applied to large scale studies. We next visualized and followed C. albicans infection in living G. mellonella larvae using a non-toxic and water-soluble coelenterazine formulation and a CCD camera that is commonly used for chemoluminescence signal detection. This work allowed us to follow for the first time C. albicans course of infection in G. mellonella during 4 days.

High voltage discharge for degradation of organic contaminants in water

The pulsed dielectric barrier discharge (PDBD) and pulsed corona discharge (PCD) were compared for their efficiency to degrade phenol in water solution. Results show that PCD has higher efficiency than PDBD to degrade phenol. When initial pH of water solution was elevated, phenol degradation in the PCD reactor was significantly enhanced, although no considerable effect was seen in the PDBD reactor. The PCD reactor was also able to degrade lignin significantly, both in synthetically prepared solution and in pulp and paper mill wastewater. Water temperature did not affect phenol degradation; however, lignin was better oxidized at lower temperature.

Validation of plant dynamic model by online and laboratory measurements – a tool to predict online COD loads out of production of mechanical printing papers

COD discharges out of processes have increased in line with elevating brightness demands for mechanical pulp and papers. The share of lignin-like substances in COD discharges is on average 75%. In this thesis, a plant dynamic model was created and validated as a means to predict COD loading and discharges out of a mill. The assays were carried out in one paper mill integrate producing mechanical printing papers. The objective in the modeling of plant dynamics was to predict day averages of COD load and discharges out of mills. This means that online data, like 1) the level of large storage towers of pulp and white water 2) pulp dosages, 3) production rates and 4) internal white water flows and discharges were used to create transients into the balances of solids and white water, referred to as “plant dynamics”. A conversion coefficient was verified between TOC and COD. The conversion coefficient was used for predicting the flows from TOC to COD to the waste water treatment plant. The COD load was modeled with similar uncertainty as in reference TOC sampling. The water balance of waste water treatment was validated by the reference concentration of COD. The difference of COD predictions against references was within the same deviation of TOC-predictions. The modeled yield losses and retention values of TOC in pulping and bleaching processes and the modeled fixing of colloidal TOC to solids between the pulping plant and the aeration basin in the waste water treatment plant were similar to references presented in literature. The valid water balances of the waste water treatment plant and the reduction model of lignin-like substances produced a valid prediction of COD discharges out of the mill. A 30% increase in the release of lignin-like substances in the form of production problems was observed in pulping and bleaching processes. The same increase was observed in COD discharges out of waste water treatment. In the prediction of annual COD discharge, it was noticed that the reduction of lignin has a wide deviation from year to year and from one mill to another. This made it difficult to compare the parameters of COD discharges validated in plant dynamic simulation with another mill producing mechanical printing papers. However, a trend of moving from unbleached towards high-brightness TMP in COD discharges was valid.

Ilmaan johdettavien päästöjen tarkkailun luotettavuus sellutehtaalla

Suomen ympäristönsuojelulaki (86/200) velvoittaa toiminnanharjoittajia olemaan selvillä päästöistään ja hakemaan ympäristöluvan ympäristön pilaantumisen vaaraa aiheuttavalle toiminnalle. Sellutehtaat tuottavat tietoa merkittävimmistä ilmaan johdettavista päästöistään mittaamalla niitä jatkuvatoimisesti. Tuloksia käytetään tiedottamisessa ja päätöksenteossa. Yksi tärkeimmistä käyttökohteista on ympäristöluvan ehtojen täyttymisen seuranta. Mittaustulosten on oltava luotettavia. Luotettavuutta voidaan arvioida vertailumittauksien ja mittausepävarmuustarkastelujen avulla. Tässä työssä määritettiin mittausepävarmuudet Imatran tehtaiden kuorikattilan (LCP-kattila) NOX-mittaukselle sekä sellutehtaan meesauunien ja soodakattiloiden mittauksille. Tämän jälkeen tarkasteltiin, kuinka mittausepävarmuus huomioidaan ympäristö¬luparajaseurannassa. Lopuksi arviointiin, kuinka jatkuvatoimisten mittalaitteiden laadunvarmistusstandardia SFS-EN 141481 voidaan soveltaa Imatran tehtailla. Tarkastellut jatkuvatoimiset mittaukset todettiin varsin luotettaviksi. Etenkin NOx¬mittaukset ovat luotettavia. Kuorikattila 2:lla luotettavuutta heikentää mittauspaikan epä¬edustavuus. Rikin yhdisteiden (SO2 ja TRS) mittausten luotettavuus on alhaisempi, koska mitattavat pitoisuudet ovat pieniä. Mittausten luotettavuus on kuin vertailumittausten. Kuorikattila 2:lla Mittausepävarmuus huomioidaan NOX-pitoisuuden lupaseurannassa LCP-asetuksen mukaisesti. Sellutehtaan TRS-päästöillä mittausepävarmuus voidaan huomioida joko LCP-asetuksen mukaisesti tai tilastomatemaattisesti. Kummallakin tavalla saadaan negatiivisia luparajaan verrattavia keskiarvoja. Standardia SFS-EN 141481 voidaan soveltaa kuorikattilalla mutta sellutehtaalla se voi olla epäkäytännöllistä, eikä välittömästi paranna mittausten luotettavuutta

Catalytic Wet Oxidation of Paper Mill Debarking Water

The objective of the research was to study the influence of temperature, oxygen pressure, catalysts loading and initial COD concentration of debarking wastewater on the pollutants during the catalytic oxidation. More importantly, how the addition of catalyst affects the wet oxidation process. The whole work was divided into two main sections, theoretical and experimental parts. The theoretical part reviews the pulp and paper industry from wood processing to paper production as well as operations that generate wastes. Treatment methods applicable for industrial pulp and paper mill effluents were also discussed. Wet oxidation and catalytic wet oxidation processes including mechanism, reactions, kinetics and industrial applications were previewed. In the experimental part, catalytic wet oxidation process were studied at 120-180°C, 0-10 bar oxygen pressure, 0-1 g/L catalyst concentration and 1000-3000 mg/L initial COD concentration. Responses, such as Chemical oxygen demand (COD), Total organic carbon (TOC), colour, lignin/tannin, Biochemical oxygen demand (BOD) and pH were measured. In the experiment, the best conditions occurred at 180°C, 10 bar, l g/L catalyst concentration and 3000mg/L initial COD. At these conditions; 74% COD, 97% lignin/tannin, 54% TOC, 90% colour were removed from the wastewater. pH was greatly reduced from 7 to 4.6. Lignin/tannin was removed most. Lignin/tannin showed linear dependency with colour during oxidation. Temperature made the most impact in reducing contaminants in debarked wastewater.

LWC-paperin opasiteetin parantaminen

LWC-syväpainopaperilta vaaditaan hyvän ajettavuuden, kiillon ja sileyden ohella hyvää opasiteettia. Tämä on asettanut haasteita LWC-paperin valmistajille paperin neliömassojen laskiessa. Tässä diplomityössä etsittiin keinoja parantaa kevyiden LWC-syväpainolajien opasiteettia heikentämättä oleellisesti muita tärkeitä paperin ominaisuuksia. Tavoitteena oli nostaa CR48-lajin opasiteetti tavoitearvoon 90 %. Työn kirjallisuusosassa perehdyttiin paperin optisten ominaisuuksien teoriaan sekä raaka-aineisiin ja prosessin osiin, joilla on vaikutusta paperin opasiteettiin. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin olemassa olevan aineiston perusteella tekijöitä, joilla uskottiin olevan vaikutusta CR48-lajin opasiteettiin. Tutkimuksen ja kirjallisuuden perusteella ajettiin tehdaskoeajoa, joiden avulla pyrittiin parantamaan paperin opasiteettia. CR48-lajin opasiteettitavoite saavutettiin kolmella eri tavalla. Opasiteettitavoite saavutettiin, kun paperin vaaleus säädettiin tavoitearvoon pigmenttivärin avulla tumman hierteen sijasta. Tällöin väripigmentin määrää päällystyspastassa nostettiin 0,01 osaa ja valkaistun hierteen osuus kokonaishierteen määrästä oli 100 %. Vaaleuden säätö pastavärillä oli käytännössä hidasta ja hankalaa. Opasiteettitavoite saavutettiin myös, kun hierre jauhettiin täysin koeterillä. Koeterillä tapahtuva jauhatus oli rajumpaa ja katkovampaa kuin perinteisillä terillä, joten hienoaineen lisääntyminen ja kuidun lyheneminen paransivat paperin opasiteettia, mutta lujuudet huononivat. Lisäksi tavoiteopasiteetti saavutettiin, kun sellun osuutta vähennettiin 8 %-yksikköä. Lujuuden säilymisen kannalta sellun vähennys oli parempi keino opasiteetin parantamiseksi kuin hierteen jauhaminen koeterillä. Koeajojen perusteella pohjapaperin tuhkapitoisuuden nostolla ja hierteen CSF-luvun alentamisella ei ollut vaikutusta paperin opasiteettiin. Lisäksi 100 %:nen koeterillä jauhettu sahahakehierre antoi paperille huonomman opasiteetin kuin hierre, josta puolet oli jauhettu koeterillä ja raaka-aineesta 25 % oli sahahaketta.