Paperitehtaan lämpöenergianhallinta

Diplomityön tavoitteena oli kehittää oikeudenmukainen keino lämmönkulutuksen osastokohtaisen jaolle, sekä löytää lämmönkäytön tehostamismahdollisuuksia Stora Enson Summan tehtailta. Työ liittyi osana Summan tehtaille tehtyyn energiakatselmukseen. Todenmukainen lämmöntuotannon ja -kulutuksen tunteminen luo perustan oikeansuuntaisille lämpötaloutta parantaville teoille ja mahdollistaa lämpöenergian kustannusten oikean jaon osastoille. Osastokohtaisen lämmönkulutuksen selvittämiseksi tarvitaan uusia virtaus- ja lämpötilamittauksia. Tärkeintä on kuitenkin saada ensin tehtaan kokonaistase selville. Tehtaan lämmöntuotanto ja –kulutus eivät nykyisten mittausten mukaan täsmää täysin. Suurimpien höyryn massavirtojen mittaukset on saatava luotettaviksi kalibroinnein tai uusinnoin, ja vasta tehtaan kokonaislämpötaseen täsmätessä on järkevää pyrkiä täydellisiin osastokohtaisiin lämpötaseisiin. Lämmönkulutuksen pienentäminen vähentää polttoainekustannuksia, jolloin paperintuotannon kokonaiskustannukset pienenevät parantaen tehtaan kilpailukykyä. Vuonna 2005 alkava hiilidioksidipäästökauppa tulee luultavasti vaikuttamaan teollisuuden lämmönkäyttöön. Päästökaupan rasituksia voidaan vähentää pienentämällä lämmönkulutusta. Tehtaan lämmönsäästömahdollisuuksia tutkittiin systemaattisesti mm. lauhteenpalautusten järjestämisen tuomia säästöjä laskemalla, sekä osastokohtaisesti eri lämmönkulutuskohteita tarkastelemalla. Tehtaan lämmöntarvetta on mahdollista pienentää merkittävästi muutamilla toimenpiteillä.

Kalvosuodatusprosessin tehostaminen paperiteollisuuden sovelluksissa

Tässä diplomityössä tutkittiin kalvosuodatuksen esikäsittelymenetelmiä ja kalvonpesua. Työn kirjallisuusosassa käsitellään vuon alenemiseen vaikuttavia tekijöitä, esikäsittelymenetelmiä ja kalvonpesua. Kokeellisessa osassa tutkittiin kemiallisten esikäsittelyjen vaikutusta vuon alenemiseen paperitehtaan happaman kiertoveden kirkkaan suodoksen kalvosuodatuksessa. Esikäsittelykemikaalit olivat ympäristöystävällisiä ja paperinvalmistusprosessiin soveltuvia. Lisäksi tutkittiin kalvonpesuaineiden pesutehokkuuksia. Tutkitut esikäsittelyaineet olivat mikrokiteinen kitosaani, karboksimetyyliselluloosa, selluloosa- ja puukuitu sekä kaupallinen antiskalantti. Pesuaineista tutkittiin kolmea kaupallista kalvonpesuainetta, yhtä kalvopesun tehostusainetta sekä peretikkahappoa. Kokeet tehtiin kahdella laboratoriomittakaavaisella kalvosuodattimella. Kalvoina käytettiin kahta nanosuodatus- ja yhtä ultrasuodatuskalvoa. Vuon alenemista tutkittiin suodatuksen aikaisena alenemisena ja vesivuohon verrattavana alenemisena. Esikäsittelyjen vaikutusta erotustehokkuuteen tutkittiin ioni-, johtokyky-, orgaanisen hiilen kokonaispitoisuus-, sokeri-, sameus- ja ligniinireduktioilla. Lisäksi määritettiin kalvon likaantuminen suodatuksen aikana vesivuon määrityksillä ennen ja jälkeen suodatuksen. Pesutehokkuus määritettiin vesivuon määrityksillä suodatuksen jälkeen ja pesun jälkeen. Kitosaani- ja karboksimetyyliselluloosakäsittelyillä oli vuon alenemista estävä vaikutus hydrofiilisellä nanosuodatuskalvolla suodatettaessa. Kitosaanikäsittelyn 5 g/dm3:n ja karboksimetyyliselluloosakäsittelyn 2 g/ dm3:n annostuksella vuot alentuivat suodatuksen aikana 8 %-yksikköä vähemmän kuin ilman esikäsittelyä. Puukuitukäsittely stabiloi 0,1 g/dm3:n annostuksella saman kalvon vuota, kun kiintoainetta ei poistettu syötöstä. Hydrofobisen nanosuodatuskalvon vuon alenemista ehkäisivät puu- ja selluloosakuitukäsittelyt sekä karboksimetyyliselluloosakäsittely. Karboksimetyyliselluloosakäsittely vähensi vuon alenemista 25 %-yksikköä ja puukuitukäsittely 13 %-yksikköä. Hydrofiilisellä ultrasuodatuskalvolla vuon aleneminen oli pientä ilman esikäsittelyä. Reduktioihin esikäsittelyt vaikuttivat parhaiten ultrasuodatuskalvolla. Kitosaanikäsittely nosti 1 g/dm3:n annostuksella alumiinireduktion 50 %:sta 96 %:iin ja 5 g/dm3:n annostuksella rautareduktion 30 %:sta 55 %:iin. Karboksyylimetyyliselluloosakäsittelyt vaikuttivat parantavasti mangaanin, magnesiumin, raudan ja kalsiumin reduktioihin. Optimi karboksyylimetyyliselluloosa-annostus oli 2 g/dm3. Merkittävin reduktion nousu oli kalsiumilla, jonka reduktio nousi esikäsittelyllä 4 %:sta 57 %:iin. Reduktiota nostava mekanismi oli kalvon pinnalle muodostuva sekundaarikerros. Pesuaineista tehokkain oli entsyymiä sisältävä kalvonpesuaine. Suurin vaikutus sillä oli hydrofobisen nanosuodatuskalvon pesussa. Optimiannostuksella (0,5 %) kalvon vesivuo pesun jälkeen oli 114 % pesua edeltäneestä vesivuosta. Muut kaupalliset pesuaneet oli tehokkaita hydrofiilisille kalvoille. Peretikkahappo oli yksittäisenä pesuaineena heikkotehoinen.

Paperitehtaan avaintehtävissä tarvittava talousosaaminen

Tutkielman päätavoitteena oli määritellä, mitä on paperitehtaan avaintehtävissä tarvittava, tulos- ja kustannustietoista toimintaa edistävä talousosaaminen. Kirjallisuusanalyysin perusteella muodostettiin malli talousosaamisen rakentumisesta. Mallia testattiin haastattelemalla erään paperitehtaan avaintehtävissä toimivia henkilöitä. Tulosten perusteella muodostettiin lopullinen käsitys paperitehtaassa tarvittavasta talousosaamisesta ja sen kehittämiseksi soveltuvista menetelmistä. Tutkimus osoitti, että talousosaaminen rakentuu sekä työntekijän sisäisten ominaisuuksien että hänen tiedollisen ja taidollisen talousosaamisen yhdistelmästä. Tietotaitotaso näyttäisi jakautuvan useaan eri kerrokseen sen mukaan, miten laajalti tiedot ja taidot ovat organisaatiossa sovellettavissa. Tärkeimmiksi sisäisiksi ominaisuuksiksi muodostuivat vuorovaikutusosaaminen, vastuuntuntoisuus ja ongelmanratkaisukyky. Talousosaamisen vahvistamisessa avainasemaan nousivat vuorovaikutukselliset, erityisesti viestintään liittyvät keinot ja osaamisen hyödyntämistä tukevan työympäristön luominen.

Organisaatiomuutoksen vaikutukset paperitehtaan tuotannon esimiestyöhön, case: UPM-Kymmene Oyj, Kaukas

The main target of this research was to define effects of the organizational change on leaders' work in a paper mill's production. It also focuses on producing knowledge of how the change process succeeded in its context. The theoretical part of this study emphasizes the organizational change as a phenomenon, introduces different change models, and reviews leadership in the change and also employees' engagement to the change. From the middle-managers' point of view it was essential to study, how the change process had been implemented. The empirical part of this study is comprised of the interviews of 14 middle-managers in the production of UPM-Kymmene Oyj, Kaukas Paper Mill. The interview data was gathered up and analyzed by the qualitative research method. The research findings underline that the change increases the middle-managers' responsibility for their subordinates welfare at work and work motivation, likewise responsibility for their safety at work. The employees also need more guidance and supervision in order to keep up with their work. The manager is in a key position when engaging the employees to the change. The research results do not offer only one detailed answer to choose a certain change model. As a multiform and complex process, change always requires some situational evaluation.

PGW-linjan käyttövarmuuden ja kunnossapidon tehokuuden parantaminen kiinteällä kunnonvalvonnalla

Tämän diplomityön lähtökohtana on tutkia kiinteän kunnonvalvonnan ja ehkäisevän kunnossapidon edellytyksiä ja mahdollisuuksia Anjalan Paperitehtaan painehiomossa. Työn tavoitteena on kunnossapidon kustannustehokkuuden parantaminen ja häiriöaikojen vähentäminen ja sitä kautta koko tuotantoprosessin tuottavuuden nostaminen. Työn alussa tarkastellaan tämänhetkisiä prosessilaitteiston häiriötekijöitä ja kunnossapidon vaikutusmahdollisuuksia häiriöiden korjaukseen ja kustannuksiin. Tarkastelun perusteella päädyttiin painehiomossa ehkäisevän kunnossapidon määrän nostamiseen ja kiinteän kunnonvalvontajärjestelmän käyttöönottoon H4-linjalla. Jatkuvatoimisen kunnonvalvonnan edut tutkimuksen ja teorian perusteella ovat laitteiden käyttövarmuuden olennainen paraneminen ja kunnossapitokustannusten aleneminen. Työn kokeellisen osan perusteella kunnossapitokustannukset alenivat noin 24 % ja käytettävyyden tehostumisen johdosta laitehäiriöt alenivat 50 %:lla. Tulokset saatiin aikaan toteuttamalla suunnitellut ehkäisevät huollot kriittisille laitteille. Kiinteä kunnonvalvonta antoi kunnossapidolle tiedon laitteiden oikea-aikaisesta huoltovälistä. Investoinnin hyödyt saatiin täysmääräisesti käyttöön jo laitteiston ensimmäisen käyttövuoden aikana. Henkilöstön osaamiskapasiteetin nosto tulee vielä lisäämään edellä mainittuja hyötyjä.

Lastaus- ja jakelutoiminnan kehittäminen paperitehtaalla

Stora Enso Oyj:n Anjalan paperitehdas on vuoden 2008 alussa muutosten keskellä; tehtaalla pysäytetään yksi paperikone, ja samalla kahden käyntiin jäävän paperikoneen tuoteportfoliota muutetaan. Näin ollen tehtaalla on tarve päivittää logistista strategiaa ja kehittää tehtaan lähtölogistiikan toimintoja. Tämän diplomityön tavoitteena oli määrittää Anjalan paperitehtaan lastausaseman resurssit tehtaalla toteutettavan rakennemuutoksen jälkeisessä tilanteessa sekä tuoda esille ja pohtia tehtaan lähtölogistiikan toimintojen mahdollisia kehitystoimenpiteitä. Työssä pohdittiin rakennemuutoksen vaikutuksia lastausaseman resursseihin niin auto- kuin junalastauksenkin osalta sekä käsiteltiin mahdollisia logististen järjestelyjen kehitystoimenpiteitä. Lastausaseman resurssit todettiin riittäviksi. Keskeisimmiksi ja tärkeimmiksi kehitystoimenpiteiksi työssä nähtiin tehdas-satama -toimituksissa käytettävien autokuljetusten määrän kasvattaminen, Stora Enson systeemiliikenteen junalastausten kehittäminen sekä Anjalan paperitehtaan ja Inkeroisten kartonkitehtaan yhteisen kuljetussuunnittelijan toimen käynnistäminen.

Titaanisen valkaisutornin korjaussuunnitelma

Tämän työn tarkoituksena on poistaa toistuvasti esiintyneet vauriot titaanisessa valkaisutornissa Kuusankosken paperitehtailla. Vauriot esiintyivät melko pian käyttöönoton jälkeen ja niitä esiintyi toistuvasti jokaisen korjauksen jälkeen. Jatkuvatoimisen prosessin vuoksi käyttökatkokset eivät olleet suotavia. Aikataulu suunnittelulle ja korjaukselle oli erittäin tiukka, jolloin kenttämittauksia ei ollut mahdollista tehdä laskelmien tueksi. Tämän vuoksi tähän työtön parhaiten soveltuvaksi menetelmäksi valittiin FEA. Alkuperäisessä rakenteessa pääsäiliöön oli hitsattu pintatasku, jota käytettiin välisäiliönä varastoimaan suuri määrä vaarallista nestettä. Tämä aiheutti valkaisutornin vaipalle murtumia ja vuotoja sekä suuronnettomuuden riskin koko valkaisutornille. Kuormitustietojen puutteesta johtuen kuormitukset mallinnettiin virtuaalisesti FE-menetelmällä ja analyyttisin keinoin. Kuormitusten suuruudet arvioitiin konservatiivisesti. Tämän työn tärkein oivallus oli määritellä uudelleen pintataskun toiminto siten, että sitä ei enää käytetty nesteen välivarastona, vaan ohjaimena nesteelle. Tämä innovatiivinen ongelmankorjauskonsepti on havaittu onnistuneeksi, koska vaurioita ei ole enää esiintynyt viimeisimmän korjauksen jälkeen.

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.

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.

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.

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.

Transformações químicas da matéria orgânica durante a compostagem de resíduos da indústria madeireira

Composting of sawdust and paper mill sludge, using a "Kneer" process reactor, was studied in an attempt to elaborate upon organic matter (OM) transformation during the process and to define parameters to measure the compost maturity level. Temperature, electron paramagnetic resonance (EPR) data, ash and C, H, N and S contents, and a spectroscopic method using ultraviolet-visible (UV-VIS) for alkaline (pH = 8.5) and solid samples was used to study the maturity of the compost samples. These parameters were measured in 6 humic acids (HA) extracted from the compost samples during 29 days. The results of this work show that the "Kneer" process is efficient in transforming ligno-celulitic residues in a short time (29 days), into an organic fertilizer material with application perspectives.

Ferro zero: uma nova abordagem para o tratamento de águas contaminadas com compostos orgânicos poluentes

Anthropogenic pollution of groundwater and surface water has become a very serious environmental problem around the world. A wide range of toxic pollutants is recalcitrant to the conventional treatment methods, thus there is much interest in the development of more efficient remediation processes. Degradation of organic pollutants by zero-valent iron is one of the most promising approaches for water treatment, mainly because it is of low cost, easy to obtain and effective. After a general introduction to water pollution and current treatments, this work highlights the advances, applications and future trends of water remediation by zero-valent iron. Special attention is given to degradation of organochloride and nitroaromatic compounds, which are commonly found in textile and paper mill effluents.

Imobilização e caracterização de lacase e seu uso na biodegradação de efluentes de indústrias papeleiras

Laccase from Aspergillus sp was immobilized on glutaraldehyde-activated chitosan beads. A comparative study between free and immobilized laccase was conducted and the potential of the resulting immobilized derivative in the biodegradation of pulp and paper mill effluent was evaluated. The immobilized laccase is more resistant to various denaturing conditions, which allows for the reduction of 65% of the phenols (total and low molecular weight) and loss of 60% of total color in the effluent. These results show the potential of the immobilized laccase in the biodegradation of phenols, the chemical agents responsible for the high toxicity of the effluent generated in cellulose pulp industries.