Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Tidseffektivisering av Stora Ensos emballeringsprocess: Simulering av värmeledning och luftflödesberäkningar
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013).
2017 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Time efficiency of Stora Enso´s packaging process : Air flow calculations and heat conduction simulations (English)
Abstract [sv]

Stora Enso Skoghalls Bruk är en av de största kartongtillverkarna på vår planet. Var sjätte kartongförpackning i världen som innehåller något flytande kommer från Skoghalls Bruk. Kartong har liten påverkan på miljön då huvudråvaran, trä, är en naturlig råvara. Kartong har många olika egenskaper och kan variera i utseende och styrka beroende på mängden fiber som använts vid tillverkningen. Kartong är dock inte i sig självt förseglingsbart men kan med hjälp av olika adhesiva material förseglas. Stora Enso tillverkar kartong på rullar som sedan skickas iväg till kund. Innan kartongrullarna skickas iväg packas de i skyddande kartong inför transporten. Denna packning kallas emballering.Syftet med denna studie var att tidseffektivisera emballeringsprocessen. Stora Enso har i dagsläget en överkapacitet i emballeringsprocessen och processen är en trång sektion för produktionen. Delprocessen gavelpressen har studerats då den är mer tidskrävande än omkringliggande delprocesser. När kartongrullarna kommer till gavelpressen tillsätts det sista emballaget. Kartongrullarna har innan emballerats med innerrondeller på gavlarna och mantelomslag runt om. Gavelpressen består av två värmeplattor med tillsatta ytterrondeller. Värmeplattornas uppgift är att försegla kartongrullarna genom att det yttersta lagret, LDPE-skiktet, på ytterrondellerna smälts fast på kartongrullarna. Värmeplattorna har temperaturen 180 °C och rör sig mot kartongrullens gavlar i tre olika hastigheter som gradvis sänks ju närmare kartongrullen de kommer. För att sedan under en tid av sju sekunder pressa ytterrondellerna mot kartongrullens gavlar.Målet med denna studie var att tidseffektivisera gavelpressen samt ta fram en rekommendation för i vilken ordning åtgärderna bör hanteras. Simuleringsprogrammet COMSOL Multiphysics har använts för att bygga upp systemet, simulera verkliga fall och sedan effektivisera dem genom att minska delprocessens cykeltid. Tiden som ytterrondellerna pressas mot kartongrullens gavlar studerades i en 3D-modell. För att ta reda på om presstiden var den mest optimala simulerades temperaturen på kartongrullens gavels yttersta skikt vid pressning. Värmeöverföringen mellan ytterrondellens LDPE-skikt och kartongrullen antogs öka ända tills kartongrullens gavels yttersta skikt uppnått värmeplattans temperatur 180 °C. Vidare studerades om LDPE-skiktet kunde bytas ut mot ett material som gör att värmeöverföringen sker snabbare. Densitet, specifik värmekapacitet och termisk konduktivitet var de faktorer som ändrades. Värmeplattornas maximala hastighet studerades genom beräkningar. Luften mellan värmeplattan och kartongrullen antogs ha en cylindrisk form och luftens hastighet ut ur cylindern beräknades med hjälp av Reynolds tal. Värmeplattans hastighet antogs kunna öka så länge luftflödet var laminärt. Det undersöktes även om värmeplattornas rörelse kunde starta tidigare, då de studerade kartongrullarna står stilla med tillsatta ytterrondeller under olika lång tid innan värmeplattorna börjar röra sig.För att tidseffektivisera gavelpressen rekommenderas fyra åtgärder i följande ordning: minska presstiden, starta värmeplattornas rörelse tidigare, byta ut LDPE-skiktet samt öka värmeplattornas hastighet. Åtgärderna har rekommenderats i ordning efter vad som antagits vara enklast och minst tidskrävande för företaget.Simuleringarna visade att presstiden kan minskas till 3-3,5 sekunder då ingen ökad värmeöverföring sker mellan värmeplattan och kartongrullen efter denna tid. Denna åtgärd ger en tidsbesparing på 3,5-4 sekunder. Att starta värmeplattornas rörelse tidigare är möjligt, då värmeplattorna med tillsatta ytterrondeller står redo 3,35–9,33 sekunder innan de sätts i rörelse. Företaget rekommenderas att starta värmeplattornas rörelse efter 3,35 sekunder oavsett kartongrullens bredd. Detta kan ge en tidsbesparing på upp till 5,98 sekunder.Det rekommenderas att byta ut LDPE-skiktet mot ett material med högre termisk konduktivitet och densitet, men med liknande adhesiva egenskaper. En sekunds tidsbesparing kan fås om den termiska konduktiviteten ändras från 0,33 till 0,5 W/mK samtidigt som densiteten ändras från 605 till 800 kg/m3.Beräkningar av luftens hastighet visade att den maximala hastighet som värmeplattan kan ha var 16,37 m/s på ett avstånd 1700 mm från kartongrullen. Att utföra denna åtgärd kräver en omprogrammering av värmeplattornas rörelse från tre hastighetssteg till en hastighet som hela tiden minskar allt eftersom avståndet mellan värmeplattorna och kartongrullen minskar. Detta är den sista åtgärd som rekommenderas eftersom den antas vara mest krävande för företaget och en ombyggnation kan eventuellt behövas. Värmeplattornas beräknade maximala hastighet är ca 40 gånger större än den snabba hastigheten som värmeplattorna har i dagsläget och därför bör företaget kunna öka den snabba hastigheten och medel hastigheten. Fyra sekunder är den optimala tidsbesparingen för att undvika väntetid mellan delstationerna innan och efter gavelpressen. Med de hastigheter som beräknats vara möjliga för värmeplattorna kan med enkelhet en tidsbesparing på fyra sekunder uppnås.Om samtliga åtgärder görs fås en tidsbesparing på ca 15 sekunder. Då fyra sekunder är den optimala tidsbesparingen kan företaget välja vilka åtgärder som ska göras och i hur stor utsträckning. En tidsbesparing på fyra sekunder innebär att gavelpressens cykeltid minskar med 12-13 % samtidigt som produktionskapaciteten ökar i samma takt.

Abstract [en]

Stora Enso Skoghall Mill is one of the world’s greatest manufacturers of paperboard. Every six paperboard package containing a liquid is made at Skoghall Mill. Paperboard has a small environmental impact since the main product, wood, is a natural source. Paperboard can have many different properties and vary in appearance and strength depending on the amount of fiber used in manufacture. Paperboard is not sealable by itself but can, with other adhesive materials be sealed. Stora Enso is producing paperboard on rolls which later are sent off to the customers. Before they sent them to the customers, the rolls are packed in protective paperboard before transportation. This process is called the packaging process.The purpose of this study was to make the packaging process more time efficient. Stora Enso currently has an overcapacity in the packaging process and the process is a bottleneck for the production. The process end press has been studied since it was more time consuming than surrounded processes. When the paperboard rolls enter the end press, the last packaging is added. The paperboard rolls has earlier been wrapped with inner pads on the ends and cover around. The end press consists of two heated plates with outer pads added. The heated plates purpose are to seal the paperboard rolls by melting the outer layer of the outer pad, the LDPE layer, to the paperboard rolls ends. The heated plates temperature is fixed at 180 °C and the plates are moving towards the paperboard rolls with three different velocities which are gradually decreased the closer the heated plates gets to the paperboard rolls. For later during seven seconds pressing the outer pads to the paperboard rolls ends.The goal with this study was to make the end press more time efficient and make a recommendation in which way the improvements should be handled. The simulation software COMSOL Multiphysics has been used to build the system, simulate the real cases and then making them more time efficient by decreasing the cycle time. The time in which the outer pads are pressed to the paperboard rolls ends was studied in a 3D-model. To find out if the pressing time was the most optimal, the temperature on the paperboard rolls ends outer layer was simulated during pressing. The heat transfer between the LDPE-layer of the outer pad and the paperboard roll were assumed to increase until the paperboard rolls ends reached the temperature of the heated plates 180 °C. Later, it was studied if the LDPE-layer could be replaced by a material which makes the heat conduction go faster. Density, specific heat capacity and thermal conductivity were factors which were varied. The maximum velocities of the heated plates were studied by calculations. The air between the heated plate and the paperboard roll were assumed to have a cylindrical shape and the air flow through the cylinder was calculated by the Reynolds number. The velocity of the heated plates was assumed to be increased as long as the air flow was laminar. It was also examined if the movement of the heated plates could begin earlier since the heated plates with added outer pads are standing still under different time before the heated plates start moving.To make the end press more time efficient, four improvements are recommended as follows: decrease the pressing time, start the movement of the heated plates earlier, replace the LDPE-layer and increase the velocity of the heated plates. The improvements are recommended in order of what was assumed to be easiest and least time consuming for the company.The simulations showed that the pressing time can be decreased to 3-3.5 seconds since no heat transfer occurred between the heated plates and the paperboard roll after this time. This improvement provides a time saving of 3.5-4 seconds. To start the movement of the heated plates earlier was possible since they are standing still with added outer pads 3.35-9.33 seconds before the movement starts. The company is recommended to start the movement of the heated plates after 3.35 seconds regardless of the width of the paperboard rolls. This improvement could save up to 5.98 seconds.It is recommended to replace the LDPE-layer by a material with higher thermal conductivity and density, but with similar adhesive properties. A time saving of one second can be done if the thermal conductivity is changed from 0.33 to 0.5 W/mK at the same time as the density is changed from 605 to 800 kg/m3.Calculations of the air flow showed that the maximum velocity of the heated plates was 16.37 m/s at the distance 1700 mm from the paperboard roll. To make this improvement, a reprogramming of the heated plates movement is required, from three velocity stages to one velocity which decrease as the distance between the heated plates and the paperboard roll decrease. This is the last recommended improvement since it is believed to be the most challenging one for the company and a reconstruction may be needed. The calculated maximum velocity of the heated plates was about 40 times greater than the fast velocity of the heated plates today and therefore the company should be able to increase the fast velocity and the medium velocity. Four seconds is the optimal time saving to avoid waiting time between the sub processes before and after the end press. A time saving of four seconds could easily be done by using the calculated maximum velocities.If all improvements are done a time saving of 15 seconds can be made. Since the optimal time saving is four seconds, the company can choose which improvements that should be done and in which extent. A time saving of four seconds means that the cycle time of the end press is reduced by 12-13 %, while the production capacity increase with same rate.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 37
Keywords [en]
packaging, paperboard, paperboard roll, simulation, time saving, time efficiency
Keywords [sv]
emballage, emballering, kartong, kartongrulle, simulering, tidsbesparing, tidseffektivisering
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-48302OAI: oai:DiVA.org:kau-48302DiVA, id: diva2:1088216
External cooperation
Stora Enso Skoghalls Bruk
Subject / course
Environmental and Energy Systems
Educational program
Engineering: Energy and Environmental Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-04-21 Created: 2017-04-11 Last updated: 2017-04-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1339 kB)68 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1339 kBChecksum SHA-512
148263ca94efddcc7bed4644260d3ac373dbd6614e9b32c74189149a35c6b341ef6ae1f887a8883d4de962115d41e8cd787b0b1effdd56ae35eabb845e762c80
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013)
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 68 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 188 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf