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.

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.

Kunnossapidon nykytila metsäteollisuuden voimalaitoksissa

Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa kunnossapidon nykytilaa metsäteollisuuden voimalaitoksissa. Asiaa selvitettiin kvalitatiivisena tutkimuksena, jossa haastateltiin kunnossapidon vastuuhenkilöitä. Tutkimuksen kohteeksi valittiin kahdeksan erikokoista voimalaitosta, jotka edustivat suurimpia Suomessa toimivia metsäteollisuuden konserneja. Työssä käsiteltiin tiedon ja materiaalin hallintaa, kunnossapidon suunnittelua ja organisointia sekä taloudellisia vaikutuksia. Tulokset on esitetty yleisessä muodossa ilman laitoskohtaista erittelyä. Metsäteollisuus toimii hyvin globaaleilla markkinoilla, joilla kilpailu on kiristynyt viime vuosina. Tehokkuutta on pyritty parantamaan kaikilla sektoreilla ja tämä näkyy muutoksena monilla kunnossapidon osa alueilla. Merkittävä muutos oli kunnossapitotoimintojen eriyttäminen omaksi yhtiöksi, joka oli toteutettu yhtiön strategisena valintana puolella tehtaista. Tutkimuksessa kävi myös ilmi, että henkilökunnan koulutukseen panostamalla tietojärjestelmiä voidaan hyödyntää tehokkaammin. Varastoon sidotun pääoman pienentäminen on merkinnyt materiaalilogistiikan tärkeyden korostumista tavoiteltaessa parempaa käyttövarmuutta. Kun lisäksi teollisuuden investointien määrät ovat viime vuosina laskeneet, on kunnossapidon ja etenkin sen suunnittelun rooli kasvanut.

Märkäosan lisäaineet ja kuituflokit konesihdin ympäristössä

Painelajittelu on yksi yleisimmistä yksikköprosesseista paperin ja sellun valmistuksessa. Suurelta osin lajittimet toimivat niille asetettujen vaatimusten mukaisesti, mutta joissakin tapauksissa lajittimissa saattaa esiintyä ei-toivottavaa kuitujen kasautumista sekä kehräymän muodostusta. Niiden seurauksena lajittimien kapasiteetti alenee ja lajittelutulos heikkenee. Tämän työn tarkoituksena on uutta kuvantamistekniikkaa hyödyntäen selvittää miten kehräymät ja kuitukasaumat syntyvät painelajittimen sihtipinnalla ja miten retentioaineen syöttö sihdin ympäristössä vaikuttaa niiden syntyyn. Työn kirjallisuusosassa tarkastellaan painelajittimen toimintaa, rakennetta sekä lyhyen kierron konesihdin erityispiirteitä. Lisäksi tarkastellaan retentiokemikaalien käyttäytymistä leikkausvoimien alaisuudessa ja kuitukehräymien syntyä painelajittimissa. Kokeellisessa osassa on raportoitu kuvantamisjärjestelmällä saatuja tuloksia sekä esitetään havaintoja kehräymien ja kuitukasaumien synnystä ja niiden vaikutuksista painelajittimen toimintaan. Kuvausten perusteella voidaan sanoa, että kehräymän syntyminen sihdissä vaatii aina jonkinlaisen kuitukasauman olemassaoloa. Tällaista alkukasaumaa tarvitaan, jotta kuidut voivat ankkuroitua siihen kiinni ja johon kiinnittyneenä kuidut alkavat pyöriä virtauksessa muodostaen kehräymää. Kuitukasauman muodostuminen painelajittimessa johtuu pääosin sihdissä olevasta epäjatkuvuuskohdasta, massassa olevista epäpuhtauksista ja kuituflokeista jotka jäävät kiinni sihtipinnan aukkoihin tai lajittimen kapasiteetin ylittymisestä. Kehräymän syntyä kasauman jäljessä voidaan pitää enemmän sääntönä kuin poikkeuksena, mutta kehräytyminen on vähäisempää reikäsihdillä kuin rakosihdillä. Silloituspolymeerillä flokattu massa ei muodosta herkemmin kuitukasaumia sihtipintaan verrattuna flokkaamattomaan massaan. Lajiteltavan massan sakeuden nosto vähentää kuitukasaumien ja kehräymien syntyä. Kuitukasaumien ja kehräymien välttämiseksi on tärkeää, että sihtiä ei ajeta suunniteltua mitoitusaluetta suuremmilla tuotannoilla tai virtauksilla.

Uma visão sobre a estrutura, composição e biodegradação da madeira

Wood is the main raw material used in the pulp and paper industry. It is a material that presents heterogeneous structure and complex composition, which results in a relatively resistant material to the biodegradation process. In the present review, we attempted to summarize the structural characteristics of wood and describe the chemical nature of its major components to, afterwards, comment about its biodegradation. The role of the enzyme manganese peroxidase in the lignin degradation by a selective white-rot fungus, Ceriporiopsis subvermispora, was highlighted.

Online Ultrasound Measurements of Membrane Compaction

There are several filtration applications in the pulp and paper industry where the capacity and cost-effectiveness of processes are of importance. Ultrafiltration is used to clean process water. Ultrafiltration is a membrane process that separates a certain component or compound from a liquid stream. The pressure difference across the membrane sieves macromolecules smaller than 0.001-0.02 μm through the membrane. When optimizing the filtration process capacity, online information about the conditions of the membrane is needed. Fouling and compaction of the membrane both affect the capacity of the filtration process. In fouling a “cake” layer starts to build on the surface of the membrane. This layer blocks the molecules from sieving through the membrane thereby decreasing the yield of the process. In compaction of the membrane the structure is flattened out because of the high pressure applied. The higher pressure increases the capacity but may damage the structure of the membrane permanently. Information about the compaction is needed to effectively operate the filters. The objective of this study was to develop an accurate system for online monitoring of the condition of the membrane using ultrasound reflectometry. Measurements of ultrafiltration membrane compaction were made successfully utilizing ultrasound. The results were confirmed by permeate flux decline, measurements of compaction with a micrometer, mechanical compaction using a hydraulic piston and a scanning electron microscope (SEM). The scientific contribution of this thesis is to introduce a secondary ultrasound transducer to determine the speed of sound in the fluid used. The speed of sound is highly dependent on the temperature and pressure used in the filters. When the exact speed of sound is obtained by the reference transducer, the effect of temperature and pressure is eliminated. This speed is then used to calculate the distances with a higher accuracy. As the accuracy or the resolution of the ultrasound measurement is increased, the method can be applied to a higher amount of applications especially for processes where fouling layers are thinner because of smaller macromolecules. With the help of the transducer, membrane compaction of 13 μm was measured in the pressure of 5 bars. The results were verified with the permeate flux decline, which indicated that compaction had taken place. The measurements of compaction with a micrometer showed compaction of 23–26 μm. The results are in the same range and confirm the compaction. Mechanical compaction measurements were made using a hydraulic piston, and the result was the same 13 μm as obtained by applying the ultrasound time domain reflectometry (UTDR). A scanning electron microscope (SEM) was used to study the structure of the samples before and after the compaction.

Happidispersion karakterisointi laboratoriosekoittimessa

Työn tarkoituksena oli tarkastella uutta kuvantamistekniikkaa käyttäen happikaasun dispergointia keskisakeuksisen massasuspension joukkoon laboratoriosekoittimessa. Työssä pyrittiin tarkastelemaan muodostuvan dispersion homogeenisuutta neljästä eri kuvauspisteestä sekoittimen kannesta ja kyljestä. Samalla tarkasteltiin myös sekoittimen tehonkulutusta sekä tehonkulutuksen ja aikaansaadun dispersion välistä yhteyttä. Työn yhtenä tarkoituksena oli myös tarkastella uuden kuvantamistekniikan mahdollisuuksia tämäntyyppisissä sovellutuksissa, sillä työ kuuluu PulpVision-projektiin, jossa kehitetään massa- ja paperiteollisuuden uusia konenäkösovellutuksia. Työn kokeellinen osuus koostui sekoituskokeista, joissa tarkasteltiin neljästä kuvauspisteestä kahdella sekoittimen nopeudella mänty- ja koivususpensioihin muodostuvaa kuplakokojakaumaa. Sekoituskokeiden lisäksi tehtiin tehonkulutuskokeita, joissa tarkasteltiin sekoittimen tehonkulutusta sekoittimen täyttöasteen funktiona koivu- ja mäntysuspensioilla sekä vedellä. Työn tuloksien perusteella todettiin, että koivususpensiosta havaittujen kuplien pinta-ala oli noin puolet mäntysuspensiosta havaittujen kuplien pinta-alasta. Sekoittimen roottorin pyörimisnopeuden puolittuessa suspensioon dispergoidun hapen kuplakoko kasvoi huomattavasti. Neljästä kuvausyhteestä tarkasteltuna havaittiin pienimpien kuplien esiintyvän sekoittimen alaosassa. Mäntysuspension tehonkulutuksen havaittiin kasvavan viidenneksellä, kun sekoittimen täyttöaste kasvoi 10 %, kun taas koivususpension tehonkulutuksen kasvu oli tästä vain puolet. Kuvantamislaitteiston todettiin olevan tämänkaltaiseen sovellutukseen riittävä, varsinkin kun valonlähteenä käytetään pulssilaseria.

EVALUATION OF TECHNOLOGICAL INTENSITY OF EXPORTS IN THE FORESTRY SECTOR

ABSTRACT One of the fastest growing sectors in the domestic industry is the forestry, which has contributed significantly to economic development, job creation, income taxes, putting Brazil in a prominent position in the world market. This paper analyzes the evolution of the technological intensity of 12 main products exported by the sector, from 2000 to 2011. For that, utilizes an indicator called PRODY, which allows classifying different products according to their technological intensity or income content and considers the GDP per capita of exporting countries of each product, weighted by its revealed comparative advantage. It can be seen by the results, a continuous growth in all products' technology indicators and their decomposition into income effects, comparative advantage and joint effects, allowed to verify the main causes of this growth. Products with lower PRODY values are those that presented a higher evolution during the period studied. Products of higher processing, and those from pulp and paper industry, had greater technological advances, thanks to a joint effect, while the ones of lower processing, had a technological improvement due to the increase in GDP per capita in exporting countries. Sawn wood was the standout product, being the only one who proved to be dependent of comparative advantage effect, confirming that this industry has been reinventing itself and incorporating, in fact, more technology. This study revealed the importance of technological intensification to generate comparative advantage and be able to stand against international competition.

Ympäristöinvestoinnit sellu- ja paperiteollisuudessa – empiirinen tarkastelu

Tutkimuksen tavoitteena oli kuvailla ja analysoida sellu- ja paperiteollisuudessa tehtyjä ympäristöinvestointeja. Aineisto rajattiin koskemaan vuosia 2002–2010 ja maantieteellisesti tarkastelun kohteena oli koko maailma. Tutkimuksen teoria muodostui ympäristöä ja liiketoimintaa yhdistelevästä kirjallisuudesta sekä aiemmista tutkimuksista, joista merkittävimmäksi nousi Porterin hypoteesi hyvän ympäristöasioiden hoidon positiivisista vaikutuksista yrityksen kilpailukykyyn. Empiirinen aineisto koottiin RISI – tietokannasta ja sitä kuvattiin kuvioiden ja taulukoiden avulla aineiston sisältöä eritellen. Tutkimuksessa selvisi, että maantieteellisesti Eurooppa hallitsee sellu- ja paperiteollisuuden ympäristöinvestointeja. Myös Aasian merkitys on näkyvä. Ajallisen tarkastelun osalta vuosi 2008 nousi esiin ympäristöinvestointien huippuvuotena, kun taas vuonna 2009 ympäristöhankkeiden määrä supistui huomattavasti edellisvuoteen nähden. Lähes puolet tutkimuksen kohteena olevista investoinneista kohdistui jätevesien käsittelyyn. Myös energian käyttöön liittyvien investointien merkitys on voimistunut.

Innovation management of biorefineries in Finnish forest sector

The aim of this report is to give a comprehensive overview of the opportunities integrated biorefining can offer to Finnish forest industry companies and to assess what changes it would require from these companies to implement biorefining into their business. Also the strengths and weaknesses of the Finnish forest industry companies connected to biorefining are examined through innovation management theory frames, industry comparisons, company examples and couple of case-examples. The conclusions of the report include the statement that the Finnish forest industry has a good starting point for biorefinering and many advantages compared to other countries and industries. Unfortunately the history of the industry is holding it back and the thinking patterns would have to be altered to a more innovative and co-operational direction.

Suomen metsäteollisuuden päästökehitys vuoteen 2020

Metsäteollisuudessa on käynnissä rakennemuutos, joka tuo haasteita toimialan ympäristöasioiden hallintaan sekä ympäristölupia myöntävän ja valvovan viranomaisen toimintaan. Lähivuosina tulee myös runsaasti voimaan uutta lainsäädäntöä, joka vaikuttaa metsäteollisuuden ympäristöasioiden hallintaan. Tämän työn tarkoituksena oli arvioida Suomen kemiallisen metsäteollisuuden päästökehitystä vuoteen 2020 huomioiden metsäteollisuuden uusi tuotanto sekä lähivuosina voimaan tuleva ympäristölainsäädäntö, erityisesti päivitettävänä oleva massa- ja paperiteollisuuden BREF-asiakirja. Päästökehitystä arvioitiin viiden skenaarion avulla. Vesistöpäästöjen osalta tarkasteltiin COD- ja AOX-päästöjä sekä typpi- ja fosforipäästöjä, ja ilmapäästöjen osalta sellun tuotannon rikki- ja typpioksidi- sekä hiukkaspäästöjä. Massan- ja paperintuotannon oletettiin pysyvän muutaman prosentin nykyistä tasoa korkeammalla tasolla. Uuden tuotannon osalta kahdessa skenaariossa huomioitiin nestemäisten biopolttoaineiden tuotanto kolmella laitoksella, yhteensä 600 000 t/a. Päästölaskennassa käytettiin päivitettävänä olevan massa- ja paperiteollisuuden BREF-asiakirjan BAT-päätelmissä annettuja luonnoksia uusista päästötasoista. Skenaarioiden pohjalta havaittiin, että massa- ja paperiteollisuuden BAT-päätelmien mukaiset päästötasot eivät tuo merkittäviä muutoksia metsäteollisuuden vesistöpäästöihin vuoteen 2020 mennessä. Biojalosteiden tuotannon vaikutus vesistöpäästöihin todettiin myös hyvin vähäiseksi. Sen sijaan ilmaan johdettavat päästöt pienenevät huomattavasti: hiukkaspäästöt vähenivät 42–50 prosenttia uusien päästötasojen myötä. Biojalosteiden tuotannon vaikutus oli myös merkittävämpi kuin ilmapäästöihin kuin vesistöpäästöihin. Prosentuaalisesti eniten biojalostus lisäsi rikkidioksidipäästöjä.

Towards Inter-organizational Working Capital Management

Working capital is an investment which is tied up into the inventories and accounts receivable and which is released with accounts payable. Due to the current business landscape with tightened financial conditions and finance markets, organizations emphasize efficient working capital management. With efficient working capital management, a company can reduce the need of finance, free up cash, increase profitability, improve liquidity, increase the efficiency of operations, and decrease (financing) costs. From the perspective of an individual company, efficient working capital management means decreasing inventory levels by shortening the cycle time of inventories, decreasing accounts receivable by shortening the trade credit terms and effective collection procedures, and increasing the level of accounts payable by paying the suppliers later. From an inter-organizational perspective, however, working capital should not be sub-optimized by a single company but holistic view to working capital management through the supply chain should be adopted to create value and improve performance together. The purpose of this research is to take academic research as well as practical management towards inter-organizational working capital management. The thesis discusses the benefits as well as mechanisms of working capital management in the inter-organizational context and has two main objectives: (1) to examine the effect of inter-organizational working capital management on performance in the value chain context and (2) to develop models of working capital management for internal as well as inter-organizational value chains. The results of the archival research conducted in the value chain of the pulp and paper industry and the value chain of the automotive industry indicate that companies can increase relative profitability by managing working capital comprehensively by taking into account all three components, and holistically though the value chain. Companies in the value chain benefit from different strategies in working capital management depending on the position of the company in the value chain. This can be taken into account in inter-organizational working capital management. The effects of inter-organizational working capital management actions on the financing costs of working capital were studied via simulations. Simulations also show that the value chain and individual companies benefit from an inter-organizational view to working capital management. Inter-organizational working capital management actions include for example: shortening the cycle time of inventories, reducing product costs, shifting inventories, shortening payment terms, and considering the cost of capital. The thesis also provides solutions for the practical requirements for tools to control working capital. The design science part of the research introduces the adjusted cash conversion cycle (ACCC) model for internal value chains, as well as models for working capital management in the inter-organizational value chain context: the working capital management model (WCMM) and the financial cycle time model (FCTM) designed in corporation and product levels respectively. This research contributes to literature on working capital management and interorganizational accounting. The research gives a holistic, inter-organizational view to the management of working capital. It advances the knowledge in working capital management on operational level, increases knowledge in the recently risen theme of supply chainoriented, collaborative working capital management, combines management accounting research with supply chain management research, and contributes to the demand of practical inter-organizational accounting methods. In addition, the research has strong practical focus as new managerial methods are introduced.

Industrial-Scale hydrothermal carbonization of waste sludge materials for fuel production

Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical process used in the production of charred matter similar in composition to coal. It involves the use of wet, carbohydrate feedstock, a relatively low temperature environment (180 °C-350 °C) and high autogenous pressure (up to 2,4 MPa) in a closed system. Various applications of the solid char product exist, opening the way for a range of biomass feedstock materials to be exploited that have so far proven to be troublesome due to high water content or other factors. Sludge materials are investigated as candidates for industrial-scale HTC treatment in fuel production. In general, HTC treatment of pulp and paper industry sludge (PPS) and anaerobically digested municipal sewage sludge (ADS) using existing technology is competitive with traditional treatment options, which range in price from EUR 30-80 per ton of wet sludge. PPS and ADS can be treated by HTC for less than EUR 13 and 33, respectively. Opportunities and challenges related to HTC exist, as this relatively new technology moves from laboratory and pilot-scale production to an industrial scale. Feedstock materials, end-products, process conditions and local markets ultimately determine the feasibility of a given HTC operation. However, there is potential for sludge materials to be converted to sustainable bio-coal fuel in a Finnish context.

Paperi- ja selluteollisuus: Kestävän kehityksen rooli alalla ja alan tulevaisuus: Delfoi-tutkimus

Tutkimuksen tavoitteena oli hahmottaa paperi- ja selluteollisuuden nykytilaa ja tulevaisuutta kirjallisuuden sekä empiirisen tutkimuksen avulla. Tutkimuksen avulla hahmotettiin erityisesti kestävän kehityksen ja CSR:n merkitystä paperi- ja selluteollisuudessa, paperi- ja selluteollisuuden tämänhetkistä tilannetta sekä kilpailuedun lähteitä ja liiketoiminnan mahdollisuuksia alalla tulevaisuudessa. Tutkimuksen tutkimusmenetelmä oli kvalitatiivinen ja tutkimusmenetelmänä käytettiin Delfoi-menetelmää. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että kestävä kehitys on tärkeä aihe paperi- ja selluteollisuudessa ja sen voidaan olettaa tulevaisuudessa olevan alalla vieläkin merkityksellisempi. Ympäristöllisistä tekijöistä ja näkökulmista on metsäteollisuudessa puhuttu jo vuosikymmenten ajan ja alan kansainvälistyminen sekä alalla viime aikoina tapahtuneet muutokset ovat nostaneet kiinnostusta kestävää kehitystä kohtaan entisestään. Tutkimuksen mukaan paperi- ja selluteollisuuden nykytilanne on tällä hetkellä haastava ja kilpailu alalla on kovaa. Syitä alan haastavaan tilanteeseen ovat alalla viime aikoina tapahtuneet muutokset ja kilpailun kiristyminen. Tulevaisuuden kilpailuedun lähteinä alalla voidaan nähdä muun muassa kestävään kehitykseen liittyvät tekijät, uudet tuotteet sekä materiaalit, markkinarakojen hyödyntäminen sekä kannattavuuden parantaminen. Uusia liiketoiminnan mahdollisuuksia alalla tulevaisuudessa ovat erikoistuotteet, bioenergia, innovaatiot, sivutuotteiden käyttö, kierrätettävät materiaalit, pakkausmateriaalit sekä biotalous.