Biodieselin valmistusprosessin suunnittelu

Diplomityön tavoitteena oli kehittää prosessi, jolla rypsiöljystä voidaan valmistaa dieselöljyn korvaavaa biodieseliä. Työssä tutustuttiin raaka-aineiden sekä sivu- ja lopputuotteiden aine- ja laatuominaisuuksiin, biodieselin käytettävyyteen ja käytössä oleviin valmistusprosesseihin. Työn aikana kehitettiin uusi tekniikka biodieselin tuottamiseen. Diplomityön tuloksena syntyi pilot-laitteen suunnitelma, jonka mukaan laite rakennettiin. Pilot-laitteen koeajot varmistivat tekniikan toimivuuden ja lopputuote täyttää biodieselille asetetut vaatimukset. Menetelmä tarvitsee vielä jatkokehittelyä tuotantokustannuksien alentamiseksi.

Kuiva-, bio-, hyöty- ja ongelmajätteiden keskitetysti kilpailutettu kuljetusjärjestelmä Etelä-Karjalassa

Tutkimuksen tarkoituksena oli tuottaa tietoa kuiva-, bio-, hyöty- ja ongelmajätteiden keskitetysti kilpailutetun kuljetusjärjestelmän eduista ja haitoista Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy:n alueella. Tutkimuksessa esitellään jätteenkuljetusjärjestelmien ominaisuudet ja niiden suunnittelu sekä jätehuoltoa ja jätteenkuljetuksia koskeva lainsäädäntö. Keskitetysti kilpailutettu jätteenkuljetusjärjestelmä mitoitettiin järjestelmän nykytilan kuvauksen sekä muualla Suomessa kilpailutuksesta saatujen kokemusten avulla. Järjestelmää arvioitiin vertaamalla kaluston tarvetta, kuormapainoja sekä kuljetuskustannuksia nykyiseen tilanteeseen. Lopuksi arvioitiin jatkokehitystarpeita ja tarvittavia toimenpiteitä, kun keskitettyyn kilpailuttamiseen siirrytään. Jätteenkuljetusten keskitetyllä kilpailuttamisella voidaan saavuttaa etuja nykyiseen kuntakohtaiseen jätteenkuljetukseen verrattuna. Edut syntyvät kun päällekkäiset ajot sekä siirtoajot vähenevät ja kuormakoot kasvavat. Kuljetukset voidaan hoitaa pienemmällä kalustomäärällä, jolloin myös kuljetuskustannukset laskevat.

Kustannussäästöpotentiaali sivutuotekuljetuksissa

Tämä diplomityö tehtiin UPM-Kymmene Oyj:lle. Työssä tutkittiin kustannussäästöpotentiaalia hakkeiden, purujen ja kuorien kuljetuksissa uudenlaisten reittisuunnitelmien avulla. Tavoitteena oli löytää uusi tehokkaampi toimintamalli. Sivutuotevolyymeina käytettiin vuonna 2004 toteutuneita määriä ja laskelmat tehtiin vuodelta 2003 olevilla taulukkotaksoilla. Niitä ei ole päivitetty vuoden 2003 jälkeen eikä niihin ole lisätty polttoaineen hinnan noususta johtuvia korotuksia. Vertailun vuoksi liitteissä on esitetty sama laskelma vuoden 2004 sopimushinnoilla. Kustannussäästöjä saavutettiin nykytoimintamallin perusteella muodostettujen monipistekuljetusreittien sekä lineaarisen optimoinnin avulla. Optimoinnissa käsiteltiin ainoastaan koivuviiluhakkeiden ja purujen volyymeja. Monipistekuljetusreitteihin lisättiin mukaan jätepaperikuljetuksia ja vaneritehtaiden välisiä viilukuljetuksia. Niiden avulla oli mahdollista hyödyntää volyymien vastavirtoja. Kustannussäästöjen muodostumiseen vaikutti oleellisesti kuljetusten keskitetty ohjausmalli.

Otsonin käyttö paperin ja kartongin valmistuksen kiertovesien mikrobiologisen tilan hallintaan

Diplomityössä tutkittiin otsonin käytön soveltuvuutta ja etsittiin optimaalista soveltamistapaa kartonki- ja paperikoneen kiertoveden mikrobiologisen tilan hallintaan. Kirjallisuusosassa selvitettiin otsonin tuotannon nykytekniikkaa sekä otettiin selvää saatavilla olevista kapasiteetiltaan riittävistä otsonigeneraattoreista. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin myös otsonin reaktioita paperi- ja kartonkikoneen kiertovesissä olevien orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden kanssa. Lisäksi käsiteltiin otsonin käytön eri sovelluksia vedenpuhdistuksessa sekä perehdyttiin aikaisemmin tehtyihin tutkimuksiin otsonin käytöstä mikrobitorjuntaan paperi- ja kartonkikoneiden kiertovesistä. Kokeellisessa osassa määritettiin sopiva otsoniannos valkaisematonta sellua käyttävän koneen kiekkosuotimen kirkkaalle ja samealle suodokselle. Vesien otsonointi suoritettiin otsonipilotlaitteistolla. Työssä tutkittiin otsonoinnin vaikutusta kiertoveden mikrobiologisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin. Lisäksi tarkasteltiin kiertoveden otsonoinnin vaikutuksia koepaperikoneella valkaisemattomasta sel-lusta ja hylkymassasta valmistettujen lopputuotteiden laatuun. Työssä arvioitiin myös otsonin käytön mahdollisuutta osittain korvaamaan jo käytössä olevia hapettavia biosidejä. Samealle suodokselle sopivaksi otsoniannokseksi osoittautui 120 mg O3/l (0,3 mg O3/mg CODCr) ja kirkkaalle suodokselle riittävä annos olisi 60 mg O3/l (0,2 mg/mg CODCr). Näillä annoksilla kiertoveden mikrobireduktiot olivat 98–100 %. Kiertoveden hapetuskyky kasvoi 9-14 % ja pH laski yhdellä yksiköllä otsonoinnin vaikutuksesta. Kiertoveden kemiallisiin ominaisuuksiin otsonoinnilla oli edullinen vaikutus, sillä veden sameus, kiintoaine- ja CODCr-pitoisuudet laskivat. Koepaperikoneella havaittiin perälaatikon ilmapitoisuuden vähentyneen jopa 49 % käytettäessä ot-sonoitua kiertovettä. Mikrobiologiset analyysit suoritettiin koepaperikoneen massalle, viiravedelle ja lopputuotteelle. Tutkimusten perusteella mikrobientorjunnan kannalta parhaimmaksi otsonin annos-telupaikaksi osoittautui samea suodos. Massan, viiraveden ja lopputuotteen mikrobimäärät alenivat selvästi. Kemialliset analyysit osoittivat, että kirkasta suodosta käytettäessä oli koepaperikoneen vii-raveden kemiallinen tila parantunut LK-aineen muuttuessa hydrofiilisemmäksi ja sen sitoutumisky-vyn parantuessa. Samealla suodoksella ei muutosta havaittu. Valkaisemattomasta sellusta ja päällystetystä hylystä koepaperikoneella valmistettujen lopputuotteiden lujuus- ja aistinvaraisissa ominaisuuksissa ei tapahtunut merkittävää muutosta. Tulosten perusteella otsonia voisi käyttää korvaamaan hinnaltaan kalliimpia hapettavia biosidejä. Otsonin etuna on, ettei sille resistenttejä mikrobikantoja ole. Kirjallisuuden perusteella otsonin heikkoutena on sen tehon paikallisuus eli otsonin lisänä on käytettävä jotain muuta sekundääristä biosidia ylläpitämään matala mikrobitaso otsonoinnin jälkeen.

Mikroaaltopahveihin käytettävien lainereiden kerroksellisuuden merkitys

Diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia mikroaaltopahveihin käytettävien lainerikartonkien tulisi olla ja mitä ominaisuuksia niiltä vaaditaan. Työ on jaettu kirjallisuusosaan ja kokeelliseen osaan. Kirjallisuusosassa esitellään nykyisin käytetyt aaltopahvin raaka-aineet, aaltoprofiilit ja aaltopahvin valmistusprosessi sekä raaka-aineiden ja valmiin aaltopahvin testausmenetelmät ja tärkeät ominaisuudet. Kokeellinen osa koostuu laboratoriokokeista, pilot-koeajoista ja aaltopahvin valmistuksesta. Kokeellisen osan laboratoriovaiheessa käytetty massa fraktioitiin lyhyeen ja pitkään fraktioon. Lyhyestä ja pitkästä fraktioista valmistettiin eri fraktio-osuuksilla yksi- ja kaksikerrosarkkeja. Laboratorioarkkien neliömassa-alue oli 70 - 125 g/m2. Lisäksi muuttujana oli tiheys. Laboratoriomittausten perusteella parhaimmat rakenteet valittiin ajettavaksi pilot-mittakaavan koekartonkikoneella. Koekoneella valmistetuista yksi- ja kaksikerroskartongeista valmistettiin tehdasmittakaavassa F-aaltopahvia ja saadut rakenneyhdistelmät testattiin. Koetulosten perusteella voidaan sanoa, että mikroaaltolainerille on olemassa optimaalinen rakenne, joka riippuu painotettavasta ominaisuudesta. Pintaominaisuuksien painottaminen johtaa erilaiseen rakenteeseen kuin lujuusominaisuuksien painottaminen. Myös lainerin käyttökohde (pinta- tai taustalaineri) johtaa erilaiseen optimaaliseen rakenteeseen.

Tietojärjestelmien dokumentointi

Yritystoiminnassa pätee nykyisin samat periaatteet kuin ennenkin. Ne yritykset, jotka pystyvät saamaan parhaan hyödyn irti resursseistaan ja kehittymään nopeimmin, pärjäävät parhaiten nykyajan nopeasti muuttuvissa olosuhteissa. Yritykset etsivät kuitenkin koko ajan uusia tapoja toimia tehokkaammin. 1990-luvulta lähtien on korostunut yritysten kilpaileminen tiedolla. Yritysten avuksi on luotu useita erilaisia tietojärjestelmiä asiakkuuksien, tuotteiden, raaka-aineiden, kuljetusten, prosessien, henkilöstön ym. hallintaan. Ikävä kyllä muutokset tietojärjestelmissä ovat usein niin nopeita, ettei kaikkia järjestelmiä ehditä kunnolla dokumentoida. Siitä johtuen tietojärjestelmien hallintaan jää suuria mustia aukkoja. Kun tietojärjestelmiä ei kyetä täysin hyödyntämään, yrityksen toimintatehokkuus heikkenee. Tässä työssä kerrotaan kuinka UPM-Kymmenen Voikkaan paperitehtaalla pyrittiin dokumentoimaan tehtaan olennaisimmat tietojärjestelmät. Mitä kaikkea piti ottaa huomioon dokumentointia suunniteltaessa? Miksi päädyttiin valittuun dokumenttienhallintaratkaisuun? Kerrotaan tarkoitusta varten innovoidusta Lotus Notes -sovelluksesta, jonka avulla voidaan keskitetysti hallita tehtaan tietojärjestelmädokumentteja. Kun dokumentoidaan tietojärjestelmät huolellisesti, it-osaston tehokas, järjestelmällinen ja luotettava toiminta varmistetaan kaikenlaisissa tilanteissa. Näin voidaan olla varmoja, että yrityksen liiketoiminnalle ei aiheudu haittaa tietohallinnon nopeasti muuttuvissa olosuhteissa.

Biopolttoaineseoksen poltosta aiheutuvien ongelmien arviointityökalu.

Biopolttoaineiden erityispiirteitä ovat alhainen lämpöarvo, korkea kosteuspitoisuus ja suuri haihtuvien aineiden määrä. Lisäksi biopolttoaineiden tuhkat sisältävät runsaasti alkaleja. Näistä ominaisuuksista seuraa ongelmia, jotka on otettava huomioon biopolttoainetta polttavan voimalaitoksen suunnittelussa ja käytössä. Diplomityössä selvitetään biopolttoaineiden poltosta aiheutuvat ongelmat ja niiden syyt sekä kehitetään työkalu, jonka avulla voidaan arvioida biopolttoaineseoksen polton ongelmien syntymistä. Arviointi tapahtuu biopolttoaineseoksen ominaisuuksien perusteella. Kattilassa vallitsevien, polton aikaisten olosuhteiden vaikutusta syntyviin ongelmiin ei tässä työssä tarkastella. Kun lähtötiedoista lasketut, ongelmien synnyn kannalta olennaiset polttoaineseoksen ja sen tuhkan ominaisuudet tunnetaan, verrataan niitä työssä koottuihin raja-arvoihin. Jos laskettu arvo on suurempi kuin rajaksi asetettu arvo, on todennäköistä, että kattilassa esiintyy ongelmia. Suurimmat ongelmat biopolttoaineiden leijupoltossa ovat likakerrostumien muodostuminen lämpöpinnoille, leijukerroksen sintraantuminen ja agglomeroituminen sekä lämpöpintojen korkealämpötilakorroosio. Raja-arvoina käytetään sekä tutkimustuloksina saatuja että käytännön kokemuksiin perustuvia arvoja. Raja-arvoja määritettäessä on huomioitu niiden soveltuvuus tarkastelun kohteena olevalle voimalaitokselle, jonka tyyppi ja kokoluokka vaikuttavat käytettäviin raja-arvoihin. Työkalu tukee keskikokoisen biovoimalaitoksen, jossa palaminen tapahtuu kerrosleijukattilassa, tuotteistusprosessia. Työkalua käytetään voimalaitoksen tuotteistuksessa optimaalisen polttoaineseoksen etsimiseen, riskienhallintaan sekä konseptikehitykseen. Lisäksi työkalua tullaan käyttämään valmiin tuotteen myyntiin ja markkinointiin.

Arseenin käyttö sinkkitehtaan koboltinpoistoon

Työssä selvitettiin kuparielektrolyysissä syntyvän sivutuotteen, arseenitrioksidin, soveltuvuutta The New Boliden Kokkola Zinc Oy:n sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Nykyään sinkkitehtaalla käytetään puhdasta arseenitrioksidia koboltinpoiston apuaineena. Tällä hetkellä kuparielektrolyysin arseenista valmistetaan puunsuoja-aineita. Lainsäädäntö muuttuu siten että tulevaisuudessa kyseisten puunsuoja-aineiden käyttöä tullaan yhä rajoittamaan. Kun puunsuoja-aineiden kulutus vähenee, täytyy syntyvä arseeni varastoida jätealueelle ellei sille löydetä muuta käyttöä. Arseenin varastointitarve ei lisäänny jos kuparielektrolyysistä saatava arseeni voidaan hyödyntää sinkkitehtaalla. Kuparielektrolyysissä syntyvä arseenitrioksidi ei ole puhdasta. Työssä selvitettiin epäpuh-tauksien vaikutusta sinkkitehtaan liuospuhdistuksen koboltinpoistovaiheeseen. Kokeiden olosuhteet pyrittiin yhdenmukaistamaan sinkkitehtaan koboltinpoistovaiheessa vallitsevia olosuhteita vastaaviksi. Kokeissa käytetyillä arseeniliuosten eri epäpuhtaustasoilla ei havaittu olevan selkeää eroa liuospuhdistuskyvyssä. Koetulokset antavat viitteitä siitä, että koboltinpoistoprosessi on oletettua epäherkempi arseeniliuoksen epäpuhtauksien vaikutuksille. Kirjallisuudesta haettiin arseenitrioksidin valmistukseen ja puhdistamiseen liittyvää aineistoa. Valmistusmenetelminä tarkasteltiin valmistusta arseenimalmista ja kuparielektrolyytistä ja puhdistusmenetelminä uudelleenkiteytystä, jäädytys-sulatusprosessia ja ioninvaihtoa. Työssä puhdistettiin kuparielektrolyysin liuospuhdistuksessa syntyvää arseenitrioksidia. Puhdistuslaitteistosta tehtiin alustava prosessisuunnitelma.

RAAKAPUUKULJETUKSET VENÄJÄN RAUTATEILLÄ, SEKÄ SUOMEN JA VENÄJÄN VÄLISESSÄ YHDYSLIIKENTEESSÄ

Työssä on aluksi tarkasteltu Venäjän raakapuukuljetuksiin vaikuttavia tekijöitä siten, että ne selittäisivät parhaalla mahdollisella tavalla raakapuukuljetuksien tulevaisuutta sekä niissä käytettävän liikkuvan kaluston kehitystä Venäjällä. Lopuksi työssä on keskitytty raakapuukuljetuksissa käytettävän liikkuvan kaluston tämän hetkiseen tilaan ja ongelmiin. Reformi, joka on saanut alkunsa tarpeesta sopeutua markkinatalouden asettamiin vaatimuksiin, poistaa MPS:ltä kaksinaisroolin rahoittajana ja viranomaistahona sekä tuo mukanaan suuria muutoksia nykyiseen tariffipolitiikkaan. Tariffipolitiikka määrittelee Venäjällä mitä kuljetusmuotoa kannattaa käyttää ja millä kalustolla kuljetuksia suorittaa. Venäjän MPS:n uudistuksen kautta kuljetukset ovat avautuneet vuonna 2001 ensimmäistä kertaa yksityisille operaattoriyrityksille. Liikkuvan kaluston puute on Venäjällä rautatietoimialan tämän hetkisistä ongelmista suurin. Venäjän MPS:llä ei ole varaa tehdä riittäviä investointeja liikkuvaan kalustoon, jotta kaikki kuljetukset saataisiin suoritettua. Nykyinen raakapuun kuljetuskalusto on erittäin huonokuntoista. Puutavaravaunuista on jo tällä hetkellä jatkuva pula. Puutavarakuljetuksissa käytettävät vaunut ovat Vok-vaunuja, pankkovaunuja ja puutavaran erikoiskuljetusvaunuja. Vaikka pankkorakenteiset Vo-vaunut ovat kasvattaneet suosiotaan itäisessä yhdysliikenteessämme on niissä huomattavia rakenteellisia ongelmia. Nämä ongelmat johtuvat Venäjän vaunuteollisuuden käyttämistä huonolaatuisista teräksistä ja teollisuuden valmistusmenetelmistä.

Kalvon modifioinnin vaikutus pienten molekyylien nanosuodatukseen

Tässä työssä tutkittiin pienten molekyylien nanosuodatusta kolmella kalvolla. Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun laboratoriomittakaavan nanosuodatuslaitteistolla suodatettiin glukoosin, maitohapon ja oktaanihapon vesiliuoksia 0,45 m/s virtausnopeudella. Lisäksi NF 45, NF 270 ja NTR 7450 –kalvoja modifioitiin UV-säteilytyksellä modifiointiaineen kanssa tai ilman. Modifiointiaineina olivat maito- ja oktaanihappo. Kalvon modifioinnilla pyrittiin parantamaan permeabiliteettia ilman retentiohäviöitä. Kirjallisuusosassa käsiteltiin nanosuodatuksen erottumisperiaatteita ja konsentraatiopolarisaation merkitystä liuenneiden aineiden erottumisessa. Lisäksi käsiteltiin kalvon modifioinnin merkitystä suodatuksen parantamiseen ja pienten orgaanisten molekyylien nanosuodatusta. Aluksi suodatettiin glukoosi- ja oktaanihappoliuoksia NF 270 –kalvolla. Glukoosin retentio oli 80% pitoisuudesta riippumatta, mutta oktaanihapon retentio, 70-100%, riippui pitoisuudesta. 100 ppm oktaanihapon pitoisuudessa retentio oli 100% ja suuremmilla pitoisuuksilla alhaisempi. Kun oktaanihappoa suodatettiin modifioimattomilla kalvoilla pH:n funktiona, niin retentiot olivat pH-riippuvaisia. Alhaisilla pH-arvoilla oktaanihapon retentiot olivat lähes nolla ja nousivat jyrkästi pH:ssa 6 siten, että korkeilla pH-arvoilla retentiot olivat yli 80%. Glukoosin suodatuksissa NF 270 –kalvolla modifiointi aina hieman paransi vuota, mutta retentiot huononivat. Oktaanihapon suodatuksissa vuo parani hieman, kun kalvoja (NF 270 ja NTR 7450) oli modifioitu 20 minuuttia UV-säteilytyksellä 100 ppm maitohappoliuoksessa. NTR 7450 –kalvon vuo moninkertaistui modifioimattoman kalvon vuohon verrattuna, kun kalvoa oli UV-säteilytetty 20 minuuttia 2000 ppm maitohappoliuoksessa. Oktaanihapposuodatuksissa retentiot modifioiduilla kalvoilla olivat suurimmat pH-alueella 7-10. Modifioitujen kalvojen permeabiliteetit nousivat jyrkästi pH:ssa 12 kaikilla malliaineilla, mikä viittaa siihen, että modifiointiaine irtosi pH:ssa 12. Toisaalta korkeilla pH-arvoilla kalvo muuttuu avoimemmaksi, joten modifiointiaineen irtoamista ei voitu näiden mittausten perusteella varmentaa. Kalvon modifiointi oli onnistunut, sillä malliainesuodatuksissa havaittiin vuo- ja retentiomuutoksia.

Uusien polyuretaanimateriaalien kehittäminen

Polyuretaanielastomeerit ovat jaksottaisia sekapolymeerejä, jotka muodostuvat vuoroittaisista joustavien ketjujen segmenteistä ja hyvin polaarisista kovista segmenteistä. Kemiallinen rakenne ja ominaisuudet riippuvat käytetyistä reaktiokomponenteista. Pehmeän segmentin muodostaa polyoli ja kovan segmentin muodostaa yleensä di-isosyanaatti ja ketjunjatkaja. Polyuretaanielastomeerien valmistus tapahtuu valamalla, jolloin reaktiokomponentit ovat nestemäisiä. Työssä tutkittiin kahta perusmateriaalia ja yhden lisäaineen vaikutusta niiden ominaisuuksiin. Erityisesti kiinnitettiin huomiota dynaamisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin ja verrattiin aineita keskenään. Käytettyjä karakterisointimenetelmiä olivat kontaktikulmamittaukset, DMTA-mittaukset, dynaaminen rasittaminen pyörityslaitteella, elektronimikroskopia, hydrolyysitesti, vetotesti ja kulutustesti. Tutkittujen materiaalien pääasiallinen käyttökohde on pyörä- tai telapinnoitteena. Työn aikana kehitettiin pyörityslaite, jolla voitiin tutkia pinnoitemateriaalin käyttäytymistä halutuissa rasitusolosuhteissa. Lisäaineen vaikutus dynaamisiin ominaisuuksiin oli negatiivinen tai olematon, sillä DMTA-testien perusteella lisäaine kasvatti materiaalien häviötekijää (tan d). Pyöritystestien perusteella lisäaineella ei ollut vaikutusta hystereesiin eli pinnoitemateriaalin lämpenemiseen testin aikana. Uusi tutkittu materiaali osoittautui dynaamisissa kokeissa paremmaksi kuin vanha tuotantomateriaali. Lisäaine kasvatti molempien tutkittujen aineiden pintaenergiaa kontaktikulmamittausten perusteella. Tuotantoaineen vetomurtolujuus kasvoi lisäaineen vaikutuksesta, mutta uuden aineen vetomurtolujuus pieneni. Lisäaineella oli lievä hydrolyysiltä suojaava vaikutus tutkituilla perusaineilla. Uusi tutkittu perusmateriaali sieti hydrolyysiä paremmin kuin tuotantomateriaali, koska sen valmistuksessa käytettiin polyeetteripolyolia ja tuotantomateriaalissa polyesteripolyolia.

Raaka-aineen käytön tehostaminen

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kohdeyrityksen puuraaka-aineen käyttöä. Kohdeyritys on massiivipuuparkettia valmistava yritys, jonka tuotantotoiminta oli diplomityön aloitushetkellä noin vuoden ikäinen. Parkettituotannossa uutta tekniikkaa hyödyntävä valmistuslinja sekä uuden tuotantolaitoksen käytännön ongelmat ovat vaatineet henkilöstöltä paljon aikaa. Puuraaka-aineen hankintaan ja käyttöön liittyville tutkimus- ja kehitystoimille olikin yrityksessä selvä tarve. Projektin aikana tutkittiin erilaisin kokein puuraaka-aineen kulutusta parketin valmistuksen eri vaiheissa. Kokeissa keskityttiin materiaalin kulutuksen kannalta kriittisimpiin työvaiheisiin, jotka kohdeyrityksen tuotannossa ovat vannesahaus, jyrsintä, särmäys ja laatulajittelu. Lisäksi suoritettiin kuivauskokeita tuotteessa käytettävillä erityyppisillä puumateriaaleilla. Suoritetuilla kokeilla saatiin selville työvaiheiden puun kulutus sekä merkittävimmät syyt eri vaiheissa syntyvälle materiaalihukalle. Tulosten pohjalta on esitetty tekijöitä, joihin keskittymällä yrityksen puuraaka-aineen hankintaa ja käyttöä voidaan tehostaa. Työn aikana kehitettiin myös erityyppisten puuraaka-aineiden vastaanottoon ja laadun seurantaan liittyvää dokumentointia.

TMP- laitoksen mallinnus ja simulointi

Diplomityössä tehtiin Balas- simulointimalli Stora Enso Publication Papers Oy Ltd Varkauden tehtaiden kuumahierrelaitoksesta, johon sovitettiin tehtaan lämpö-, kuitu- ja kiertovesivirtaukset sekä kiertovesissä olevien liuenneiden ja kolloidisten aineiden virtaukset. Kirjallisuusosassa perehdyttiin simulaattorimallin luontiin ja käyttötarkoituksiin. Siinä käsitellään Balas- simulaattorin ominaisuuksia ja laiteparametrointia. Tarkastellaan kuumahierreprosessin eri vaiheita, olosuhteita ja laitteiden toimintaa. Perehdytään prosessin energian kulutukseen ja talteenottoon sekä kiertovesien liuenneiden ja kolloidisten aineiden mittaussuureisiin ja vaikutuksiin prosessissa. Simulaattorimallin tekemiseen kuului tehtaan virtauskaavion ja simulaattorimallin tekeminen, mittauskoesuunnittelu, tehdasmittaukset, simulaattorin parametrointi, mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittaminen sekä mallin kelpoistaminen. Tehtaan virtauskaavion piirtämisessä käytettiin apuna tehtaan prosessi- ja instrumentointikaavioita, joiden pohjalta mittauskoesuunnitelma ja simulaattorimalli tehtiin. Koesuunnitelman mittaussuureiksi valittiin virtaukset, sakeudet, lämpötilat sekä kiertovesien kiintoaineen-, kokonaisorgaanisen hiilen- ja liuenneen orgaanisen aineen pitoisuuksien määritykset. Mittauksilla saatiin tietoja prosessivirtausten taseista, joita käytettiin simulaattorimallin keskeisempien laiteparametriarvojen määrityksessä. Exceliä hyödynnettiin mittaus- ja simulaattoritulosten taulukoinnissa, laiteparametrien laskemisessa sekä arvojen syötössä ja vastaanotossa Excelin ja simulaattorin välillä. Sitä käytettiin myös graafisessa mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittamisessa, jolla pystyttiin havainnollisesti näkemään eri syöttöparametrien muutoksien vaikutukset simulaattorin laskemissa virtaustuloksissa. Mallin antamien arvojen ja todellisten prosessimittausarvojen yhteensovittamisen ja mallista varmistumisen tuloksista voidaan todeta mallin korreloivan todellista prosessia melko hyvin.

Kysynnän ennustaminen sekä informaatiovirtojen integrointi tuotannonohjaukseen arvoketjun tehostamiseksi

Tässä työssä on tarkasteltu kokoonpano-osien valmistajan näkökulmasta eri keinoja tehostaa tilaus-toimitusketjua sekä mahdollisuuksia parantaa samalla omaa tuotannonohjausta ja suunnittelua. Kysynnän heilahteluihin on pystyttävä varautumaan koko ketjun tasolla, jotta suurilta piiskavaikutuksilta voitaisiin välttyä sekä taattaisiin koko ketjun tehokas toiminta. Piiskavaikutus korostuu erityisesti ketjun alapäässä toimivaan yritykseen. Yritykset eivät kilpaile enää pelkästään keskenään. Kilpailu tapahtuu yhä enemmän ja enemmän myös kokonaisten arvoketjujen välillä. Arvoketjujen toimivuuden pohjana on tehokas informaationvaihto sekä yhteistyö informaation tehokkaaseen hyödyntämiseen. Käytännön tasolla arvoketjun logistista tehokkuutta voidaan lisätä informaation vaihdon lisäämisellä siirtymällä sähköisen tiedon siirtoon (EDI). Tuotannonsuunnittelun tehostamiseksi ja varastoihin sidottujen pääomien vapauttamiseksi on siirrytty toimittajan hallinnoiman varastoinnin (VMI) käyttöön. Kysynnän ennustamisella pyritään tasaamaan kysynnän heilahteluja sekä helpottamaan resurssien varaamista ja raaka-aineiden tilauksia. Näillä toimilla on pystytty tehostamaan tilausten käsittelyä sekä tuotannonohjausta. Lisäksi läpinäkyvyyden lisääntyminen on sitouttanut kahden arvoketjussa peräkkäin toimivan yrityksen toimintaa.

Uuttoprosessin suunnittelu

Teknologian kehitys ja prosessien tiukempi valvonta ovat alentaneet selluteollisuuden häviöitä tehden prosesseista suljetumpia. Valitettavasti nämä edistysaskeleet teknologiassa ovat lisänneet prosessiin kuulumattomien yhdisteiden määrää kemikaalien talteenottokierrossa. Näistä kemikaaleista haitallisimpia ovat kloridi- ja kaliumyhdisteet, jotka tulevat prosessiin raaka-aineiden ja prosessikemikaalien mukana. Kloridi ja kalium muodostavat emäksisissä liuoksissa epäorgaanisia liukoisia yhdisteitä, jotka rikastuvat lipeäkiertoon. Soodakattilassa kloridien läsnäolo alentaa tuhkan sulamislämpötilaa sekä tarttumispistettä, lisää korroosiota ja saostumien muodostumista kattilan pinnalle. Nämä seuraukset voivat vähentää vuosituotantoa ja nostaa korjauskustannuksia. Kaliumin ja kloridin rikastumista talteenottokiertoon voidaan estää poistamalla ne prosessista. Prosessiin kuulumattomat yhdisteet tulisi poistaa talteenottoprosessista ja säilyttää samalla korkea kemikaalien talteenottoprosentti. Koska kaliumin ja kloridin rikastumiskertoimet soodakattilan tuhkassa ovat korkeita, on tuhkan käsittely tehokasta. Kloridin ja kaliumin poistoon on kehitetty menetelmiä, joilla voidaan vähentää hyödyllisten kemikaalien häviöitä. Näitä menetelmiä ovat uutto, ioninvaihto, elektrodialyysi, jäähdytyskiteytys ja haihdutuskiteytys. Menetelmissä tuhka jaetaan kloridi- ja kaliumpitoiseen osaan ja natriumsulfaattipitoiseen osaan. Kloridi ja kalium poistetaan prosessista ja loput palautetaan lipeäkiertoon. Kloridin ja kaliumin poistoa tuhkasta tutkittiin uuttamalla tuhkaa vedellä. Parhaissa käyttöolosuhteissa natriumsulfaatin liukoisuus veteen on huomattavasti alhaisempi kuin kaliumkloridin liukoisuus veteen. Optimaalinen uuttolämpötila ja tuhka-vesisuhde määritettiin siten, että kloridi- ja kaliumpitoisuudet suodoksessa olivat mahdollisimman korkeat sekä natriumin ja muiden anioneiden pitoisuudet suodoksessa mahdollisimman alhaiset. Saatuja tuloksia käytettiin jatkuvatoimisen uuttoprosessin suunnittelussa.