Measurement Problems and Problem-Solving in Kraft Pulping

Tämän työn tarkoituksena on koota yhteen selluprosessin mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat ongelmien ratkaisemiseksi. Pääpaino on online-mittaustekniikoissa. Työ koostuu kolmesta osasta. Ensimmäinen osa on kirjallisuustyö, jossa esitellään nykyaikaisen selluprosessin perusmittaukset ja säätötarpeet. Mukana on koko kuitulinja puunkäsittelystä valkaisuun ja kemikaalikierto: haihduttamo, soodakattila, kaustistamo ja meesauuni. Toisessa osassa mittausongelmat ja mahdolliset mittaustekniikat on koottu yhteen ”tiekartaksi”. Tiedot on koottu vierailemalla kolmella suomalaisella sellutehtaalla ja haastattelemalla laitetekniikka- ja mittaustekniikka-asiantuntijoita. Prosessikemian paremmalle ymmärtämiselle näyttää haastattelun perusteella olevan tarvetta, minkä vuoksi konsentraatiomittaukset on valittu jatkotutkimuskohteeksi. Viimeisessä osassa esitellään mahdollisia mittaustekniikoita konsentraatiomittausten ratkaisemiseksi. Valitut tekniikat ovat lähi-infrapunatekniikka (NIR), fourier-muunnosinfrapunatekniikka (FTIR), online-kapillaarielektroforeesi (CE) ja laserindusoitu plasmaemissiospektroskopia (LIPS). Kaikkia tekniikoita voi käyttää online-kytkettyinä prosessikehitystyökaluina. Kehityskustannukset on arvioitu säätöön kytketylle online-laitteelle. Kehityskustannukset vaihtelevat nollasta miestyövuodesta FTIR-tekniikalle viiteen miestyövuoteen CE-laitteelle; kehityskustannukset riippuvat tekniikan kehitysasteesta ja valmiusasteesta tietyn ongelman ratkaisuun. Työn viimeisessä osassa arvioidaan myös yhden mittausongelman – pesuhäviömittauksen – ratkaisemisen teknis-taloudellista kannattavuutta. Ligniinipitoisuus kuvaisi nykyisiä mittauksia paremmin todellista pesuhäviötä. Nykyään mitataan joko natrium- tai COD-pesuhäviötä. Ligniinipitoisuutta voidaan mitata UV-absorptiotekniikalla. Myös CE-laitetta voitaisiin käyttää pesuhäviön mittauksessa ainakin prosessikehitysvaiheessa. Taloudellinen tarkastelu pohjautuu moniin yksinkertaistuksiin ja se ei sovellu suoraan investointipäätösten tueksi. Parempi mittaus- ja säätöjärjestelmä voisi vakauttaa pesemön ajoa. Investointi ajoa vakauttavaan järjestelmään on kannattavaa, jos todellinen ajotilanne on tarpeeksi kaukana kustannusminimistä tai jos pesurin ajo heilahtelee eli pesuhäviön keskihajonta on suuri. 50 000 € maksavalle mittaus- ja säätöjärjestelmälle saadaan alle 0,5 vuoden takaisinmaksuaika epävakaassa ajossa, jos COD-pesuhäviön vaihteluväli on 5,2 – 11,6 kg/odt asetusarvon ollessa 8,4 kg/odt. Laimennuskerroin vaihtelee tällöin välillä 1,7 – 3,6 m3/odt asetusarvon ollessa 2,5 m3/odt.

Johdon tietojärjestelmän ja tehdasjärjestelmän integrointi: Erikoistapauksena asiakaskannattavuus

Työn tavoitteena oli selvittää tietyn metsäteollisuuskonsernin eräiden tehtaiden osalta kuinka mahdollista uutta tehdasjärjestelmää voitaisiin hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti vähentämään manuaalisesti tehtävää työtä siirrettäessä tietoja tehdasjärjestelmästä tiettyyn johdon strategiseen tietojärjestelmään. Samalla oli tarkoitus etsiä nykyisessä mallissa olevia ongelmakohtia ja etsiä näihin ratkaisut. Näitä ongelmakohtia oli tarkoitus havainnollistaa käytännön esimerkkien avulla. Työ aloitettiin tutkimalla kyseisen johdon strategisen tietojärjestelmän teoreettista taustaa ja mallin käytettävyyttä johdon tiedontarpeiden täyttämiseen. Analyysien tuloksena saatiin selville johdon informaatiotarpeiden ominaispiirteet johtamisen eri tasoilla, mallin asettamat rajoitteet sekä perusta asiakaskannattavuuden arviointiin. Seuraavaksi käsiteltiin ryhmäkeskustelujen perusteella löydetyt käytössä olevan mallin ongelmakohdat erityisten esimerkkitapausten avulla. Esimerkkeinä tutkittiin erään asiakkaan aiheuttamien sivuratojen todellisten kustannusten muodostumista sekä jälkirullauksen kustannusten kohdistamista aiheuttamisperiaatteen mukaan eri asiakkaille. Tuloksena esitettiin valmis malli uuden tehdasjärjestelmän ja kyseisen johdon strategisen tietojärjestelmän liitännästä ottaen huomioon esimerkkitapausten mukana ilmitulleet ongelmakohdat. Uuden mallin myötä käsin tehtävän työn osuus vähenee huomattavasti ja mallin tuottama tieto on entistä todenmukaisempaa ja luotettavampaa.

Kaupallisten ja kunnossapitokiertojen yhteensovittaminen rataliikenteessä

VR Osakeyhtiö on siirtymässä kohti prosessijohtamista, joka on seurausta toiminnan kehittämisohjelmalle. Tämän avulla pyritään kehittämään toimintoja, jotta pystytään olemaan kilpailukykyisiä myös tulevaisuudessa, kun rautatieliikenne tulee avautumaan. Työn keskeinen tavoite oli kehittää VR Kunnossapitopalvelujen ja sen asiakkaiden välistä toimintaa. Tarkoituksena oli tehdä prosessi, joka samalla kuvaisi tätä rajapintaa ja selkiyttäisi kokonaisuutta. Työssäni tutustuin yrityksen eri osastoihin, niiden toimintoihin ja millä tavalla ne liittyivät Kunnossapitopalveluihin ja sen toimintoihin. Tavara- ja henkilöliikenteelle tehdyissä prosesseissa on kuvattu rajapinnassa tapahtuvaa toimintaa ja informaatiota Kunnossapitopalvelujen ja asiakkaiden välillä. Ne auttavat hahmottamaan kokonaisuuden, missä toimitaan sekä kertoo karkeasti mitä kaikkea yhteensovittamiseen liittyy eri suunnittelujaksoilla. Prosesseja tulee jatkuvasti kehittää, jotta ne pysyisivät ajan tasalla. Tätä tullaan varmasti tekemään prosessien omistajien johdolla.

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.

Produção integrada de Anonáceas no Brasil

Os conceitos técnicos e operacionais contidos na Produção Integrada (PI) vêm atender de forma direta às exigências dos órgãos nacionais e internacionais que fiscalizam o comércio de "commodities", dando ênfase à segurança e a qualidade dos alimentos produzidos e consumidos pela população. A garantia da produção de um alimento seguro e rastreável é alcançada mediante o esforço harmônico de todos os integrantes da cadeia produtiva. Esse sistema pressupõe o cumprimento das Normas Técnicas Específicas (NTE) para cada produto, permitindo o controle efetivo do sistema produtivo agropecuário por meio do monitoramento de todas as etapas na cadeia produtiva. Esse conceito teve início com o Manejo Integrado de Pragas (MIP) e, posteriormente, expandiu-se para uma visão holística, estruturada em quatro pilares de sustentação: organização da base produtiva; sustentabilidade do sistema; monitoramento dos processos; e formação de um banco de dados. Dentro desta visão, insere-se a Produção Integrada de Anonáceas, projeto iniciado em 2010, com apoio do CNPq/MAPA/EMBRAPA e instituições parceiras. As anonáceas representam um nome genérico para designar as plantas da família Annonaceae constituída por cerca de 120 gêneros e em torno de 2.300 espécies. No Brasil, estão registrados 29 gêneros, dentro dos quais cerca de 260 espécies. Entre as espécies de maior importância comercial, destacam-se a graviola (Annona muricata L.), pinha (Annona squamosa L., cherimólia (Annona cherimólia, Mill.) e a atemoia, hibrido de A. cherimólia e A. squamosa. Essas frutas têm alta aceitação pelo seu sabor e possibilidade de uso para consumo in natura, sucos e geleias. As áreas comercialmente cultivadas são concentradas nos Estados do Nordeste do Brasil. Os Estados de maior concentração: Bahia para graviola e pinha, Alagoas para pinha e São Paulo para atemoia. Os resultados de pesquisa envolvendo toda a cadeia produtiva dessas culturas são ainda muito preliminares, necessitando, portanto, de maior concentração nas áreas de melhoramento, controle de pragas e doenças, fisiologia da produção e pós-colheita.

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.

Keittomenetelmän esisuunnittelu

Diplomityö tehtiin tutkimusprojektissa yhteistyössä Andritz:n, Botnian ja Keskuslaboratorio KCL:n kanssa. Työn tavoitteena oli tarkastella KCL:n kehittämän hakkeen esikäsittelymentelmän soveltuvuutta tehdasympäristöön ja menetelmän taloudellisuutta. Tarkastelun tavoitteena oli löytää sopivat laitteet ja olosuhteet esikäsittelylle, sekä tutkia onko esikäsittelyn käyttäminen taloudellisesti kannattavaa. Menetelmän asentaminen olemassa olevalle tehtaalle havaittiin hankalaksi ja odotettua kalliimmaksi. Asennus uudelle tehtalle, jolloin menetelmä voidaan integroida suoraan tehdasprosessiin vaikuttaa kannattavalta vaihtoehdolta. Esikäsittely havaittiin kannattavaksi pienellä kemikaaliannoksella, mutta annoksen kasvaessa menelmästä saatava hyötä pienenee. Kokonaisuutena esikäsittely vaikuttaa tuottavalta ja mahdolliselta tavalta parantaa sulfaattikeiton saantoa. Työn perusteella lisätutkimukset menetelmästä ovat suositeltavia, jotta tarkempi suunnittelu voidaan tehdä.

Kunnossapitohitsaus vaneritehtaassa

Diplomityöni tavoitteena on selvittää mekaanisen puunjalostuksen kunnossapitohitsauksessa huomioitavat asiat ja laatia niiden pohjalta vaneritehtaan käyttöön kunnossapitohitsauksen ohjeistus. Diplomityössä käsiteltiin yhtä kunnossapidon aluetta, hitsausta. Työssä esiteltiin erilaisia hitsaukseen liittyviä määritelmiä ja menetelmiä. Käytännön kokeet oli valittu esimerkkitehtaalle tärkeistä kohteista. Diplomityö tehtiin vaneriteollisuuden koneita suunnittelevaan ja toimittavaan yritykseen. Käytännön kokeet suoritettiin toimivassa vaneritehtaassa. Teoriaosassa keskityttiin sellaisiin osa - alueisiin, jotka liittyvät vaneritehtaan jokapäiväiseen kunnossapitohitsaukseen. Käytännön osuudessa havaittiin tiettyjä kokeesta toiseen toistuvia puutteita. Tällaisia olivat mm. vajaa hitsautumissyvyys, lisäaineiden käsittely, puikon koon valinta ja railon valmistus. Näiden seikkojen kautta vahvistui käsitys ohjeistuksen tarpeellisuudesta, joka oli jo työn tavoitteissa yhtenä päämääränä. Ongelmia esiintyi myös eräiden materiaalien hitsauksessa. Tämä alue tulee hoitaa kuntoon koulutuksella pikimmiten. Tilanne esimerkkitehtaassa kunnossapitohitsauksen osalta oli parempi kuin alun perin oletettiin. Muutamien puutteiden poistamisen, ohjeistuksen ja koulutuksen jälkeen tilanne tulee olemaan hyvä. Innostusta hitsauksen salojen selville saamiseen on kunnossapidon työntekijöiden joukossa.

Gas exchanges in annonaceae species under different crop protections

This study aims to investigate the gas exchanges of different species of Annonaceae due to environmental variations provided by different types of crop protection. 'Araticum-de-terra-fria', 'araticum-mirim', 'biribá' and atemoya seedlings were cultived in three different crop protections: nursery, greenhouse and warm house. Gas exchanges were obtained in six plants, from 9:00 am to 11:00 am, with IRGA, LI-6400, at 180 Days After Transplanting. The different types of crop protection had a direct influence on gas exchanges of these species. Thus, nursery provided suitable conditions for 'araticum-de-terra-fria', 'araticum-mirim' and 'biribá', increasing their gas exchanges. To atemoya the best crop protection was the greenhouse.

Kuitupuun tehdaslogistiikka ja sen kustannukset eräässä metsäteollisuusyrityksessä

Jotta pystytään vastaamaan kehittyneen prosessiteollisuuden tuotannon asettamiin haasteisiin, on myös tärkeää kehittää koko puuraaka-aineen hankintaa. Ohjailemalla raaka-ainevirtoja oikein on mahdollista säästää kustannuksissa ja näin saavuttaa kilpailuetua. Tämän työn tarkoituksena on toimenpide-ehdotuksia löytämällä pyrkiä huolehtimaan vaadittavasta raaka-ainetarpeesta alhaisimmilla logistisilla kustannuksilla. Päätavoitteena on tutkia puunkäsittelystä aiheutuvia kustannuksia, keskittyen tehdasalueen operaatioihin. Ensimmäisessä osassa tutkimus sisältää yleistä asiaa puunhankinnasta ja puukuljetuksista. Tutkimuksessa esitellään myös kuljetusmuotojen erikoisuuksia kohdeyrityksen osalta. Ensimmäisessä osassa käsitellään lisäksi raaka-aineen alkuperää ja sen varastointikeinoja.Tutkimuksen empiirinen osuus muodostuu kolmesta eri osasta: 1) Minkälaisista osista logistiset kustannukset rakentuvat. 2) Mitkä ovat häiriötekijät ja minkälaisia kustannuksia ne aiheuttavat. 3) Mitkä ovat puunhankinnan kausivaihtelun vaikutukset raaka-ainevirtoihin ja tehdasvarastoihin. Tutkimusmenetelminä on käytetty sekä haastatteluja että seurantajaksoja. Lopussa on kustannusvertailutaulukko ja parannusehdotuksia, joita voidaan hyödyntää esim. kun pohditaan puuhuoltoon liittyviä tulevaisuuden skenaarioita.