Paperin ominaisuuksiin vaikuttaminen kuitulajeilla ja valmistuksen osaprosesseilla

Työn tarkastellaan massalaatujen valmistusmenetelmiä ja paperinvalmistuksen osaprosesseja pitäen silmällä massalaadun ja jälkikäsittelyn vaikutusta paperin optisiin ja reologisiin ominaisuuksiin. Pääpaino oli käytössä olevilla prosesseilla, mutta myös muutaman viimeisen vuosikymmenen aikaisiin valmistusmenetelmiin tutustuttiin suppeasti. Koska asiakkaat ja kuluttajat vaativat yhä vaaleampia, kestävämpiä ja lujempia papereita, on tärkeää kyetä tunnistamaan eri osa-prosessit, joilla voidaan vaikuttaa näihin ominaisuuksiin. Asiakaslähtöisyyden ohella prosessien pitää nykyisten tiukkojen päästömääräysten vuoksi pyrkiä ympäristöystävälliseen liiketoimintaan. Myös keräyspaperin käytöstä on säädetty asetus, jonka mukaan keräyspaperin pitää päätyä ensisijaisesti uusiopaperin raaka-aineeksi. Ympäristövaatimukset ja kierrätyskuidun käyttö antavatkin omat haasteensa hyvien optisten ja reologisten ominaisuuksien saavuttamisessa.

Hylynkäsittelyn ja annostelun vaikutus kartongin laatuun

Tämän työn tavoitteena oli löytää keinot taivekartongin riittävän z-suuntaisen lujuuden saavuttamiseksi tilanteessa, jossa runkokerrokseen annosteltavan hylyn määrää joudutaan pysyvästi vähentämään. Työn kirjallisuusosassa selvitettiin taivekartongin tärkeimmät ominaisuudet, joista tarkemmin tarkasteltiin palstautumislujuutta ja siihen vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi käytiin läpi palstautumislujuuden mittausmenetelmät. Merkittävimpiä teoriaosassa käsiteltyjä palstautumislujuuteen vaikuttavia tekijöitä olivat massojen käsittely ja annostelu, kuivalujalisäaineiden käyttö sekä rainanmuodostus. Hylyn annosteluosuuden pienentäminen vähensi taivekartongin paksuussuuntaista lujuutta ja runkomassan vedenpoistovastusta, mutta samanaikaisesti lisääntyivät kartongin paksuus ja taivutusjäykkyys. Hylyn vähäisemmän käytön seurauksena menetettyä lujuutta ei pystytty palauttamaan hylyn jauhatuksen määrää lisäämällä, eikä kartonkikoneen runkoviiraosan vedenpoistoon vaikuttamalla. Kun hylyn annosteluosuus laskettiin 20 %:in, saavutettiin runkokerroksen riittävä lujuus ainoastaan runkomassan pääkomponenttina käytettävän hiokemassaseoksen jauhatusastetta nostamalla tai korvaamalla pieni osa hiokkeesta hyvin hienoksi jauhetulla mäntysellulla. Hiokkeen freeness oli laskettava tasolta 300 ml CSF tasolle 250 ml CSF. Vastaavasti mäntysellu oli jauhettava hyvin pitkälle (°SR 74) tai annosteluosuuden oli oltava vähintään 2 %, jolloin jauhatusaste °SR 49 oli riittävä. Vähäisemmällä hylyn käytöllä saavutettu etu vedenpoistossa saatettaisiin menettää näiden toimenpiteiden vaikutuksesta.

Fractionation of wood hydrolysate by ultrafiltration membranes at high temperature

Ultrafiltration (UF) is already used in pulp and paper industry and its demand is growing because of the required reduction of raw water intake and the separation of useful compounds from process waters. In the pulp and paper industry membranes might be exposed to extreme conditions and, therefore, it is important that the membrane can withstand them. In this study, extractives, hemicelluloses and lignin type compounds were separated from wood hydrolysate in order to be able to utilise the hemicelluloses in the production of biofuel. The performance of different polymeric membranes at different temperatures was studied. Samples were analysed for total organic compounds (TOC), lignin compounds (UV absorption at 280 nm) and sugar. Turbidity, conductivity and pH were also measured. The degree of fouling of the membranes was monitored by measuring the pure water flux before and comparing it with the pure water flux after the filtration of hydrolysate. According to the results, the retention of turbidity was observed to be higher at lower temperature compared to when the filtrations were operated at high temperature (70 °C). Permeate flux increased with elevated process temperature. There was no detrimental effect of temperature on most of the membranes used. Microdyn-Nadir regenerated cellulose membranes (RC) and GE-Osmonics thin film membranes seemed to be applicable in the chosen process conditions. The Polyethersulphone (NF-PES-10 and UH004P) and polysulphone (MPS-36) membranes used were highly fouled, but they showed high retentions for different compounds.

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.

Epäpuhtauksien optinen laskenta sulpusta

Työn tarkoituksena oli hakea mittausjärjestelmän raja-arvoja optiselle kamerapohjaiselle roskalaskentajärjestelmälle sekä testata roskalaskentajärjestelmän toimivuus käytännössä. Tavoitteena oli tuotteistaa kamerapohjainen roskalaskenta-analyysi palvelutuotteeksi, jota voitaisiin hyödyntää sihtien kuntokartoituksessa ja ongelmanratkaisuvälineenä. Teoriaosa koostui kahdesta kokonaisuudesta: sulpun epäpuhtauksista, roskalaskennan teoriasta ja epäpuhtauksien mittausmenetelmistä sekä markkinoinnista, tuotteistamis- ja lanseerausprosessista palvelutuotteen näkökulmasta. Kokeellisessa osassa selvitettiin kamerapohjaiseen roskalaskentaanalyysiin vaikuttavia tekijöitä: kameran tarkennus, kuvan terävyys, analysoitavan arkin väri, neliömassa ja roskapitoisuus, impregnointi, valonlähde, kuvan muokkaus, tiedostomuoto ja pikselimäärä. Kamerapohjaisen roskalaskenta-analyysin soveltuvuus käytäntöön testattiin tehdasesimerkin avulla. Havaittiin, että kamerapohjaista roskalaskenta-analyysiä voitaisiin käyttää lähes kaikille massatyypeille. Työssä määriteltiin kalibrointimenetelmä kameran tarkentamiseksi arkin tasoon sekä suljinnopeusanalyysi massatyypistä riippuvan suljinnopeuden selvitykseen. Kamerapohjaisessa roskalaskenta-analyysissä määritettiin käytettäväksi arkin neliömassana 60 g/m2, suljinaukkoa F5 ja terävyysasetusta 5. Tulokseksi saatiin, että analysoitavia arkkeja ei tarvitse impregnoida tai jälkikäsitellä. Korrelaatiota Somerville-erotustehokkuuteen ei löytynyt. Esimerkkitehtaasta selvitettiin primääriportaan roskapitoisuudet ja erotustehokkuudet. Tehdasesimerkin tulosten perusteella havaittiin happivaiheen ja D0-vaiheen olleen tehokkaimpia epäpuhtauksien poistajia.

Biossensores amperométricos para determinação de compostos fenólicos em amostras de interesse ambiental

Phenols are widely used in many areas and commonly found as industrial by-products. A great number of agricultural and industrial activities realise phenolic compounds in the environmental. Waste phenols are produced mainly by the wood-pulp industry and during production of synthetic polymers, drugs, plastics, dyes, pesticides and others. Phenols are also released into the environmental by the degradation of pesticides with phenolic skeleton. The phenols level control is very important for the environmental protection. Amperometric biosensor has shown the feasibility to complement laboratory-based analytical methods for the determination of phenolic compounds, providing alternatives to conventional methods which have many disadvantages. This brief review considers the evolution of an approach to amperometric measurement using the catalytic properties of some enzymes for phenolic compounds monitoring.

Höyry- ja kaasuturbiinin mallintaminen prosessisimulointiohjelmaan

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

Paperin puhtauden parantaminen lajittelun ja muiden prosessiteknisten keinojen avulla

Tämä työ suoritettiin UPM- Kymmene Oyj:n Tervasaaren tehtaan PK 5:llä. PK 5 valmistaa tarrantaustapaperia. Tämän työn tarkoituksena oli löytää eri keinoja paperin puhtauden parantamiseksi. Puhtaamman paperin valmistaminen parantaa paperikoneen kilpailukykyä kilpailijoihinsa nähden sekä vähentää asiakasvalituskustannuksia. Työn kirjallinen osa koostuu kolmesta suuremmasta kokonaisuudesta, joiden tarkoituksena on luoda teoriapohjaa kokeellisen osan suoritusta varten. Kirjallisuusosan pääpaino on kohdistettu PK 5:llä esiintyviin saostumanaiheuttajiin, kuten uuteaineisiin, ASA- liimaan ja mikrobeihin. Tarkemmassa tarkastelussa on kirjallisuusosassa myös painelajittelu ja pyörrepuhdistus. Kokeellisessa osassa suoritettiin PK 5:n prosessissa syntyvien epäpuhtauksien karakterisointi. Suurimmat saostuman aiheuttajat analyysien perusteella olivat puuperäiset uuteaineet ja ASA- liima. Epäorgaanisista aineista päällystyskomponenttina toimiva kaoliini ja sellun mukana tuleva pihkatalkki esiintyi useimpien saostumien komponentteina. Selvityksessä havaittiin, että prosessille vieraita aineita ei löydetty muista, kuin kalanteroidusta paperista analysoiduista tummista täplistä. Tummista täplistä analysoitu styreenin alkuperä voi selittyä mm. prosessiin päässeellä kumilla tai muovilla. PK 5:n prosessissa selvityksen mukaan silikonipohjainen vaahdonestoaine aiheuttaa erittäin suuria tummia saostumia, joten sen pääsy prosessiin tulee estää sellutehtaalla tarkoin. Epäpuhtauksien määrä on suurin PK 5:n prosessissa hylkylinjassa ja lyhyessä kierrossa. Hylyn painelajittelu poistaa hyvin roskia syöttömassasta. Hylyn lajittelun toisen portaan lajittimen rejektin roskapitoisuus on suhteellisen suuri. Rejektin ohjaaminen ulos prosessista vähentää roskaisuuden rikastumista prosessiin. Sakeamassalajittelun sijoittaminen PK 5:n konekyypin jälkeen vähentää roskien päätymistä paperiin. Hylyn painelajittelun ja PP- laitoksen rejektin ohjaaminen sakeamassalajittelun toiseen portaaseen vähentäisi priimakuitutappiota ja roskien määrää käytetyissä massoissa. Seisokin aikaisen putkilinjojen pesujen lopputulos parani huomattavasti BA- pesuaineen käyttöönoton jälkeen. Kyseisen pesuaine soveltuu liuottamaan putkistosta mm. PK 5:llä esiintyvät uuteaine- ja ASA- saostumat. BSA- sellun pH- säädön lopettamisella oli suuri vähentävä vaikutus tummien täplien esiintymistiheyteen. pH- säädössä BSA- tornin pohjalaimennukseen annosteltu lipeä edesauttoi tummien saostumien syntymistä saippuoiden uuteaineita.

A utilização de perácidos na deslignificação e no branqueamento de polpas celulósicas

Peracids are strong oxidant species and their use is being largely studied in the delignification and cellulose pulp bleaching. Some of them has already an industrial application, specially in non-conventional bleaching sequences like ECF (Elemental chlorine free) and TCF (Totally chlorine free). This review presents the main aspects of the structure, properties, preparation and reaction of peracids (peracetic acid, peroxymonosulfuric acid and their mixture) with lignin, specially for peracetic acid. Information about bleaching and delignification of wood pulps with peracids and the factors affecting its efficiency are also presented.

Redução de poluentes de efluentes das indústrias de papel e celulose pela floculação/coagulação e degradação fotoquímica

The abatement of recalcitrant lignin macromolecules from effluents of pulp and paper industry was investigated by combined process. Flocculation and coagulation with aluminum sulfate and natural polyelectrolytes extracted from cactus Cereus peruvianus were used in the first step. After separation of solid residues by filtration, the photochemical methods using TiO2 as catalyst were employed for photocatalytic degradation of lignin compounds from solution. The abatement of lignin compounds after flocculation and coagulation was 46%, and after the overall process, the pollutants reduction observed were 66%. The remaining organic compounds may be removed by any biological treatment.

Biohajoavat kompleksinmuodostajat mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Mekaanisen massan peroksidivalkaisussa on perinteisesti käytetty kahta kompleksinmuodostajaa, jotka ovat dietyleenitriamiinipentaetikkahappo (DTPA) ja etyleenidiamiinipentaetikkahappo (EDTA). Kompleksinmuodostajat saavat aikaan hyvän kelatointituloksen muodostamalla valkaisulle haitallisten metalli-ionien kanssa kompleksin ja estäen näin metalli-ionien valkaisutulosta huonontavan vaikutuksen. Perinteiset kompleksinmuodostajat DTPA ja EDTA eivät kuitenkaan ole biohajoavia ja niiden epäillään irrottavan metalleja vesistöjen sedimenteistä. Työssä selvitettiin kolmen eri biohajoavan kompleksinmuodostajan valkaisuteho verrattuna perinteisiin kompleksinmuodostajiin. Laboratoriossa suoritetut pesukokeet osoittivat, että mikään biohajoava kompleksinmuodostaja ei saavuttanut samaa pesutehoa kuin perinteiset kompleksinmuodostajat. Valkaisukokeet kuitenkin osoittivat, että biohajoava kompleksinmuodostaja ISA pääsi hyvin lähelle perinteisten kompleksinmuodostajien valkaisutuloksia suoritettaessa valkaisu siten, että massa esipestään kompleksinmuodostajalla ja sen jälkeen valkaistaan vakiokemikaaliannoksella alkalina ollessa natriumhydroksidi. Kaksi muuta biohajoavaa kompleksinmuodostajaa, ISA+EDDS ja HAS, eivät saavuttaneet samaa tasoa. HAS toimi kyllä stabilaattorina, muttei pystynyt nostamaan massan vaaleutta.

Mahdollisuudet pakkausten hiilijalanjäljen pienentämiseen. Case: Kuituvalos

Ilmastonmuutoksen myötä tuotteiden hiilijalanjälkien laskeminen on yleistynyt. Tässä työssä perehdytään pakkausten aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin niiden elinkaaren aikana. Työssä lasketaan hiilijalanjälki myymäläpakkaukselle, joka on valmistettu kuituvaloksesta. Vertailua varten lasketaan hiilijalanjälki paisutetusta polystyreenistä valmistetulle pakkaukselle samassa käyttötarkoituksessa. Tavoitteena on selvittää, miten pakkausten kasvihuonekaasutaseet eroavat toisistaan, ja mitkä elinkaaren aikaiset vaiheet muodostavat merkittävimmät päästöt. Työssä käytetään PAS 2050 -ohjeistusta hiilijalanjäljen laskentaan. Laskennassa on huomioitu suorien ja epäsuorien päästöjen lisäksi myös vältetyt päästöt. Tulosten mukaan materiaalien välisen paremmuuden ratkaisee käytetty jätteenkäsittelytapa. Mikäli kuituvalos kierrätetään, on sen hiilijalanjälki paisutettua polystyreeniä (EPS) pienempi. Tarkastellut jätteenkäsittelytavat EPS:lle olivat kaatopaikkasijoitus ja energiahyötykäyttö. Mikäli kuituvalos kompostoidaan tai käytetään hyödyksi energiana, on sen hiilijalanjälki suurempi kuin EPS:n. Kuituvaloksella selkeästi merkittävimmäksi kasvihuonekaasujen aiheuttajaksi osoittautui pakkauksen valmistusvaihe. EPS:llä merkittäviä vaiheita olivat raaka-aineen tuotanto ja kuljetukset. Tulokset antavat kuvan materiaalien ilmastonmuutospotentiaalista, mutta on huomioitava, ettei hiilijalanjälkitarkastelussa huomioida muita pakkausten ympäristövaikutuksia niiden elinkaaren ajalta.

Utilisation of biomass for energy production in the North-West Russian forest industry

Traditionally, fossil fuels have always been the major sources of the modern energy production. However prices on these energy sources have been constantly increasing. The utilization of local biomass resources for energy production can substitute significant part of the required energy demand in different energy sectors. The introduction of the biomass usage can easily be started in the forest industry first as it possesses biomass in a large volume. The forest industry energy sector has the highest potential for the fast bioenergy development in the North-West Russia. Therefore, the question concerning rational and effective forest resources use is important today as well as the utilization of the forestry by-products. This work describes and analyzes the opportunities of utilising biomass, mainly, in the form of the wood by-products, for energy production processes in general, as well as for the northwest Russian forest industry conditions. The study also covers basic forest industry processes and technologies, so, the reader can get familiar with the information about the specific character of the biomass utilization. The work gives a comprehensive view on the northwest forest industry situation from the biomass utilisation point of view. By presenting existing large-scale sawmills and pulp and paper mills the work provides information for the evaluation of the future development of CHP investments in the northwest Russian forest industry.

Mahdollisuudet pakkausten hiilijalanjäljen pienentämiseen. Case: kuituvalos

Ilmastonmuutoksen myötä tuotteiden hiilijalanjälkien laskeminen on yleistynyt. Tässä työssä perehdytään pakkausten aiheuttamiin kasvihuonekaasupäästöihin niiden elinkaaren aikana. Työssä lasketaan hiilijalanjälki myymäläpakkaukselle, joka on valmistettu kuituvaloksesta. Vertailua varten lasketaan hiilijalanjälki paisutetusta polystyreenistä valmistetulle pakkaukselle samassa käyttötarkoituksessa. Tavoitteena on selvittää, miten pakkausten kasvihuonekaasutaseet eroavat toisistaan, ja mitkä elinkaaren aikaiset vaiheet muodostavat merkittävimmät päästöt. Työssä käytetään PAS 2050 -ohjeistusta hiilijalanjäljen laskentaan. Laskennassa on huomioitu suorien ja epäsuorien päästöjen lisäksi myös vältetyt päästöt. Tulosten mukaan materiaalien välisen paremmuuden ratkaisee käytetty jätteenkäsittelytapa. Mikäli kuituvalos kierrätetään, on sen hiilijalanjälki paisutettua polystyreeniä (EPS) pienempi. Tarkastellut jätteenkäsittelytavat EPS:lle olivat kaatopaikkasijoitus ja energiahyötykäyttö. Mikäli kuituvalos kompostoidaan tai käytetään hyödyksi energiana, on sen hiilijalanjälki suurempi kuin EPS:n. Kuituvaloksella selkeästi merkittävimmäksi kasvihuonekaasujen aiheuttajaksi osoittautui pakkauksen valmistusvaihe. EPS:llä merkittäviä vaiheita olivat raaka-aineen tuotanto ja kuljetukset. Tulokset antavat kuvan materiaalien ilmastonmuutospotentiaalista, mutta on huomioitava, ettei hiilijalanjälkitarkastelussa huomioida muita pakkausten ympäristövaikutuksia niiden elinkaaren ajalta.

Fouling management and retention in nanofiltration of integrated paper mill effluents

Nanofiltration performance was studied with effluents from the pulp and paper industry and with model substances. The effect of filtration conditions and membrane properties on nanofiltration flux, retention, and fouling was investigated. Generally, the aim was to determine the parameters that influence nanofiltration efficiency and study how to carry out nanofiltration without fouling by controlling these parameters. The retentions of the nanofiltration membranes studied were considerably higher than those of tight ultrafiltration membranes, and the permeate fluxes obtained were approximately the same as those of tight ultrafiltration membranes. Generally, about 80% retentions of total carbon and conductivity were obtained during the nanofiltration experiments. Depending on the membrane and the filtration conditions, the retentions of monovalent ions (chloride) were between 80 and 95% in the nanofiltrations. An increase in pH improved retentions considerably and also the flux to some degree. An increase in pressure improved retention, whereas an increase in temperature decreased retention if the membrane retained the solute by the solution diffusion mechanism. In this study, more open membranes fouled more than tighter membranes due to higher concentration polarization and plugging of the membrane material. More irreversible fouling was measured for hydrophobic membranes. Electrostatic repulsion between the membrane and the components in the solution reduced fouling but did not completely prevent it with the hydrophobic membranes. Nanofiltration could be carried out without fouling, at least with the laboratory scale apparatus used here when the flux was below the critical flux. Model substances had a strong form of the critical flux, but the effluents had only a weak form of the critical flux. With the effluents, some fouling always occurred immediately when the filtration was started. However, if the flux was below the critical flux, further fouling was not observed. The flow velocity and pH were probably the most important parameters, along with the membrane properties, that influenced the critical flux. Precleaning of the membranes had only a small effect on the critical flux and retentions, but it improved the permeability of the membranes significantly.