Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim zn ni cho linh kiện ô tô Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim zn ni cho linh kiện ô tô Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim zn ni cho linh kiện ô tô Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim zn ni cho linh kiện ô tô Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim zn ni cho linh kiện ô tô Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim zn ni cho linh kiện ô tô
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim Zn-Ni cho linh kiện xe ô tô LÊ THỊ PHƯỢNG phuong.lt163269@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật hóa học Chun ngành Cơng Nghệ Điện Hóa Bảo Vệ Kim Loại Giảng viên hướng dẫn: GS TS Mai Thanh Tùng Chữ ký GVHD Bộ môn: Viện: Cơng Nghệ Điện Hóa Bảo Vệ Kim Loại Kỹ thuật hóa học HÀ NỘI, 7/2021 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q thầy cơ, gia đình bạn bè Với lời biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy mơn Cơng Nghệ Điện Hóa Bảo Vệ kim Loại – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn GS.TS Mai Thanh Tùng suốt thời gian làm đồ án, thầy tận tình giúp đỡ hướng dẫn cho em nhiều kiến thức để em hồn thành đồ án tốt nghiệp thời gian quy định Với lượng kiến thức cịn hạn chế, khơng thể tránh khỏi thiếu sót q trình làm đồ án, em mong nhận nhận xét, góp ý quý báu thầy cô bạn để kiến thức em ngày hoàn thiện Sau cùng, em xin kính chúc q thầy Bộ Mơn Cơng Nghệ Điện Hóa & Bảo Vệ Kim Loại thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng! TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Với đề tài “Thiết kế dây chuyền mạ hợp kim Zn-Ni cho linh kiện xe ô tô dây chuyền mạ treo với công suất 16.000 dm2/ngày (tương đương 20.000 sp/ngày) mạ màu trắng xanh 80% đen 20%” Nội dung đồ án gồm phần chính: Thuyết minh cơng nghệ mạ kẽm-nikel Tính tốn, thiết kế dây chuyền mạ Hệ thống xử lý nước thải, khí thải Các vẽ thiết kế (mặt bằng, bể mạ, chi tiết, gá mạ) Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC CHƯƠNG LÝ THUYẾT CHUNG 1.1 Cơ sở lý thuyết Quá trình catot Quá trình anot 1.2 Tổng quan mạ hợp kim Zn-Ni 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng Thành phần dung dịch Nhiệt độ pH Mật độ dòng điện Xung 1.4 Ứng dụng mạ hợp kim Zn-Ni CHƯƠNG THIẾT KẾ 12 2.1 Giới thiệu chi tiết mạ 12 2.2 Quy trình cơng nghệ 12 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 12 Thông số trình mạ 13 Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ 16 2.3 Tính tốn kỹ thuật 23 Diện tích sản phẩm 23 Chế độ làm việc 23 Kế hoạch sản xuất 23 Thời gian gia công 24 Tính tốn thơng số dây chuyền 25 Kính thước bể 28 Sơ đồ dây chuyền tự động 32 Kích thước dây chuyền (kiểu giá trượt) 32 2.4 Tính tốn nguồn điện 32 Cường độ dòng điện vào bể 33 GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Hiệu điện bể 33 Mật độ dịng thể tích 34 Tính tốn chọn dịng điện chiều 34 Chọn thông số cho chỉnh lưu 34 2.5 Tính tốn điện dùng để đun nóng làm mát 35 Nhiệt lượng để đun nóng dung dịch 35 Nhiệt lượng để giữ cho bể làm việc ổn định 35 Tính lượng nhiệt sinh q trình mạ qj 36 Tính tổn thất nhiệt q 37 Nhiệt lượng tiêu tốn năm Q 38 2.6 Các thiết bị phụ trợ 39 Bể 39 Bơm thiết bị lọc 39 Thiết bị sục khí 39 2.7 Phân luồng khí thải chọn quạt 40 2.8 Thơng gió nhà xưởng 43 2.9 Tiêu tốn điện 44 2.10 Tính tiêu tốn nước 45 2.11 Tiêu hao hóa chất 48 Tiêu hao hóa chất năm 48 Lượng hóa chất tiêu tốn lúc đầu để pha dung dịch 50 Tiêu hao anot 52 2.12 Tính tốn kinh tế 52 Số tiền đầu tư ban đầu 52 Số tiền đầu tư hàng năm 55 Trả lương cho nhân viên 56 CHƯƠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 58 3.1 Hệ thống xử lý nước thải mạ 58 Hệ thống xử lý nước thải axit kiềm 59 Hệ thống nước thải crom 61 GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Hệ thống nước thải kim loại nặng (Zn2+, Ni2+) 62 3.2 Xử lý nước thải sinh hoạt 64 3.3 Xử lý khí thải 66 Quy trình cơng nghệ xử lý khí thải axit, bazo 66 Quy trình cơng nghệ xử lý bụi mù crom 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình thái vi mô lớp phủ hợp kim kẽm-nikel với hàm lượng nikel khác (a) 6,49; (b) 10,09; (c) 12,25; (d) 95,13; (e) 15,08 % nikel Hình 1.2 Hiệu suấy ăn mịn ốc vít mạ kẽm-niken (14%) so với kẽm kiểm tra theo ISO 9227 Hình 1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đến hàm lượng niken trình lắng đọng điện hợp kim kẽm-niken Hình 1.4 Ảnh hưởng pH dung dịch mạ đến hàm lượng niken lớp mạ Điều kiện mạ: Aldm2, 30 °C, khuấy trộn khơng khí, 15 g/l Ni dung dịch Hình 1.5 Sơ đồ ứng dụng lớp phủ hợp kim kẽm-niken 10 Hình 2.1 Chi tiết mạ hợp kim Zn-Ni linh kiện ô tô 12 Hình 2.2 Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ mạ hợp kim Zn-Ni 13 Hình 2.3 Cơ chế hình thành lớp thụ động 20 Hình 2.4 Quạt thơng gió xưởng mạ 44 Hình 3.1 Nước rửa, cơng nghệ rửa nước thải mạ điện 58 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải mạ chứa axit – kiềm 60 Hình 3.3 Sơ đồ xử lý nước thải crom 62 Hình 3.4 Sơ đồ xử lý nước thải Zn2+, Ni2+ 63 Hình 3.5 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 65 GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng so sánh kẽm với hợp kim kẽm Bảng 2.1 Thơng số q trình mạ 14 Bảng 2.2 Thời gian làm việc 23 Bảng 2.3 Kế hoạch sản xuất 23 Bảng 2.4 Số vật mạ khung 25 Bảng 2.5 Tỷ số thời gian công đoạn số đơn nguyên bể 27 Bảng 2.6 Thể tích bể mạ 30 Bảng 2.7 Kích thước bể lắp đặt 32 Bảng 2.8 Số liệu tính tốn thiết kế 34 Bảng 2.9 Bảng số liệu tính tốn nguồn điện 34 Bảng 2.10 Thông số chỉnh lưu silic 35 Bảng 2.11 Các thơng số để tính tốn nhiệt cấp cho bể 36 Bảng 2.12 Nhiệt sinh dòng điện chạy qua bể 37 Bảng 2.13 Tính tốn thơng số nhiệt tổn thất, nhiệt đun nóng bể nhiệt giữ ổn định làm việc 37 Bảng 2.14 Nhiệt lượng tiêu tốn năm Q 38 Bảng 2.15 Tổng hợp thông số đun nóng 38 Bảng 2.16 Đặc tính khí độc phân xưởng 40 Bảng 2.17 Bảng thể tích riêng phần khơng khí cần hút Lo bể 41 Bảng 2.18 Hệ số KΔt chênh lệch nhiệt độ dung dịch khơng khí phịng 41 Bảng 2.19 Hệ số độc hại Kđ khe hút đóng mở, chuyển đảo ngược 42 Bảng 2.20 Bảng số liệu tổng hợp 42 Bảng 2.21 Tiêu thụ điện cho xưởng mạ 45 Bảng 2.22 Lượng dung dịch bám theo bề mặt gia cơng, lít/m2 46 Bảng 2.23 Nồng độ giới hạn hóa chất nước 47 Bảng 2.24 Lượng nước tiêu thụ dây chuyền 47 Bảng 2.25 Định mức tổn thất dung dịch 49 Bảng 2.26 Tiêu hao hóa chất năm 49 Bảng 2.27 Lượng hóa chất tiêu tốn ban đầu cho pha chế dung dịch 50 Bảng 2.28 Tổng hợp tiêu hao hóa chất năm 51 Bảng 2.29 Giá thành hóa chất tiêu tốn ban đầu 52 GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Bảng 2.30 Bảng thông số tủ sấy 53 Bảng 2.31 Thông số kỹ thuật bơm 54 Bảng 2.32 Thông số kỹ thuật máy lọc 54 Bảng 2.33 Tiêu tốn hóa chất năm 55 GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng SVTH: Lê Thị Phượng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG LÝ THUYẾT CHUNG 1.1 Cơ sở lý thuyết Mạ điện trình kết tủa kim loại lên bề mặt lớp phủ có tính chất cơ, lý, hóa, … đáp ứng yêu cầu mong muốn Lớp mạ điện để trang trí, để bảo vệ, chống ăn mịn, tăng cứng, phục hồi kích thước … [1] Điện cung cấp nguồn điện chiều Chi tiết mạ catot nối với cực âm nguồn, nơi xảy trình khử Anot nối với cực dương nguồn, nơi xảy trinh oxy hóa - Q trình catot Q trình chính: Trên Catot, Cation phóng điện thành nguyên tử kim loại mạ (quá trình khử): Men+ + ne → Me (1) Để phải trải qua nhiều giai đoạn khác như: Cation hydrat hóa Men+.nH2O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt Catot (giai đoạn tiền hấp phụ) Cation vỏ hydrat (nH2O), vào tiếp xúc với bề mặt catot (giai đoạn hấp phụ) Electron từ catot điền vào vành điện tử hóa trị cation biến thành ngun tử kim loại trung hịa dạng hấp phụ Các nguyên tử kim loại tạo thành mầm tinh thể mới, tham gia nuôi lớn mầm tinh thể sinh trước tạo thành lớp mạ - Quá trình phụ: Song song với q trình phóng điện cation kim loại, cịn có q trình phóng điện nước ion hydro giải phóng khí H2 Khi mơi trường axit: 2H+ + 2e → H2 (2) Khi môi trường kiềm trung tính: 2H2O + 2e → 2OH- + H2 (3) Hoặc q trình phóng điện Cation kim loại từ hóa trị cao hóa trị thấp: Me+ne + (n- m)e → Mem+ (4) Chính q trình phụ làm cho hiệu suất dòng điện catot ion kim loại mạ hà H < 100% - Quá trình anot Quá trình chính: Trên anot xảy q trình hịa tan kim loại anot: Me → Men+ + ne - Quá trình phụ: (5) Mơi trường axit trung tính: SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội 2H2O → O2 + 4H+ + 4e (6) Môi trường kiềm: 4OH- → 2H2O + O2 + 4e (7) Các ion kim loại vào dung dịch mạ, cịn khí anot Electron chuyền vào mạch qua nguồn điện trở catot Nếu dùng anot họp kim q trình anot hịa tan đồng thời cấu tử kim loại tạo nên kim loại 1.2 Tổng quan mạ hợp kim Zn-Ni Hiện nay, lớp phủ hợp kim kẽm-nikel sử dụng để cải thiện tuổi thọ lớp phủ hy sinh kẽm Lớp phủ hợp kim kẽm-nikel có lịch sử lâu đời lớp phủ hợp kim kẽm khác coi hợp kim kẽm chống ăn mòn Và đặc tính quan trọng loại lớp phủ tính chất dẻo miếng thép phủ sau xử lý nhiệt tác nhân định hình khả chống ăn mòn tăng cường lên đến mức tối ưu Do đặc tính vậy, hợp kim nghiên cứu việc phủ chi tiết bulong kết nối, phận hệ thống phanh hệ thống nhiên liệu [7] Và phát triển khoa học kỹ thuật, chi tiết tàu thủy, máy móc khí, điện tử, tơ… u cầu chống gỉ ngày cao Đặc biệt môi trường khắc nghiệt, lớp mạ kẽm sắt thép không thỏa mãn yêu cầu chống gỉ Tuy nhiên, cadimi lớp mạ có tính chống gỉ tốt, dung dịch cadimi độc, gây nhiễm mơi trường Vì lớp mạ hợp kim sở kẽm Zn-Ni, Zn-Co, Zn-Fe, Zn-Ti… nghiên cứu phát triển rộng rãi, đặc biệt lớp mạ hợp kim Zn-Ni áp dụng công nghệp ô tô Độ bền chống gỉ quan hệ lớn đến thành phần hợp kim Hợp kim Zn-Ni hàm lượng 10-15% có độ bền chống gỉ tốt nhất, dễ thụ động hóa [7] Khả chống nhiệt, tia cực tím, chất lỏng thủy lực nhiên liệu đặc điểm khác lớp phủ Việc sử dụng lớp phủ hợp kim kẽm-niken ngày tăng ngành công nghiệp bulong phận có ren Vì lớp phủ khơng ngăn cản ăn mịn điện tiếp xúc với alu min, nên chúng sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp xử lý thân nhôm Tuy nhiên, hợp kim kẽm-nikel coi lớp phủ đắt tiền Các hợp kim phủ bể axit kiềm cung cấp đặc tính lớp phủ khác Ở đồ án này, em sử dụng hệ dung dịch mạ kiềm lớp mạ hợp kim kẽm-nikel [7] Các lớp phủ kẽm-nikel thường sử dụng cơng nghiệp khả chống ăn mòn tuyệt vời chúng, khả tăng tuổi thọ lớp mạ kẽm sử dụng để giảm độ dày lớp mạ kẽm Kẽm tiêu chuẩn ngược -0,76 V/SHE âm sắt (Fe/Fe2+ = -0,44 V/SHE) Vì vậy, sử dụng lớp phủ anot hy sinh cho thép chống lại ăn mòn Kẽm thường sử dụng để bao phủ phân sắt thép yếu tố để bảo vệ thép khỏi bị ăn mịn Các đặc tính lớp phủ kẽm-nikel phụ thuộc vào thành phần độ pH bể, nhiệt độ, mật độ dòng điện, lắng đọng điện, chế độ ứng dụng lớp phủ (xung DC) Nikel đóng vai trị quan trọng khả chống ăn mịn lớp phủ hợp kim kẽm-nikel làm giảm q trình hydrat hóa Zn(OH)2 thành sản phẩm ăn mòn ZnO Hydroxit SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Đèn LED panel 40 W, 220V quang thông FĐ = 3600 lumen; sử dụng 20 đèn, giá 1.100.000 đồng/đèn Tổng chi phí cho đèn là: 16x2.100.000 + 20x1.100.000 = 55.600.000 đồng + Cầu trục: Cầu trục dây chuyền mạ tự động + đường ray chữ I giá 150.000.000 đồng Tổng số tiền đầu tư ban đầu là: 619.100.000 đồng - Chi phí xây dựng nhà xưởng Kích thước mặt 66 x 30 = 1980 m2, chiều cao 6m Nhà máy xây dựng thép, có tường bê tơng Giá xây dựng 1m2 (cả tiền nhân công) là: 3.000.000 đồng Vậy tổng chi phí xây dựng xưởng là: 2.940.000.000 đồng - Chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải khí thải: Chi phí xây dựng hệ thống xử lý nước thải khí thải: 800.000.000 đồng Như ta có bảng tổng hợp vốn đầu tư sau: Thiết bị Chi phí Chi phí làm bể 406.160.000 đồng Chi phí hóa chất ban đầu 204.708.000 đồng Chi phí anot, catot, dây dẫn, đồ gá 20.400.000 đồng Thiết bị phụ trợ (tủ sấy,bơm lõ,dây dẫn, sục khí, quạt, thơng gió, đèn chiếu sáng,…) 1.008.100.000 đồng Chi phí xây dựng nhà xưởng 2.940.000.000 đồng Hệ thống nước thải 800.000.000 đồng Tổng chi phí đầu tư ban đầu 5.379.368.000 đồng Bảng 2.33 Bảng tổng chi phí đầu tư ban đầu Vậy số tiền đầu tư ban đầu là: 5.379.368.000 đồng Số tiền đầu tư hàng năm 2.12.2.1 Giá thành hóa chất hàng năm Bảng 2.33 Tiêu tốn hóa chất năm Cấu tử NaOH Na3PO4 Tổng tiêu tốn hóa chất (kg) 1373,92 330,87 Giá thành 20.000 25.000 SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 55 Đồ án tốt nghiệp Na2SiO3 HCl urotropin HNO3 H2SO4 Zn2+ Ni2+ N2C2H8 KNaC4H4O6 C8H8O2 Chất phụ gia ZN-A5 CuSO4 CH3COOH HCOONa Đại học Bách Khoa Hà Nội 48,9 763,56 203,62 687,2 585,4 1018,08 407,23 254,52 152,71 381,78 30,54 203,62 636,3 152,71 18.000 35.000 24.000 55.000 30.000 17.000 80.000 13.000 140.000 40.000 30.000 1.500.000 36.000 200.000 Tổng tiền: 569.931.000 đồng 2.12.2.2 Lượng điện tiêu tốn Từ mục 2.9, tổng lượng điện dùng cho chỉnh lưu, đun nóng, chiếu sáng thơng gió 863650,84 kWh Phân xưởng sản xuất ca, khung làm việc bình thường, giá điện cấp từ tập đoàn điện lực Việt Nam 1.572 đồng/kWh Tổng tiền điện cho năm sản xuất 1.357.659.000 đồng 2.12.2.3 Lượng nước rửa tiêu tốn Tiêu tốn nước rửa ngày: 15,7 m3 Tiêu tốn nước rửa tháng 408,2 m3 Giá nước sản xuất 15.000 đồng/m3 Tổng tiền: 6.123.000 đồng/tháng Trả lương cho nhân viên Công nhân vận hành: công nhân chia ca, lương 8.000.000 đồng/tháng/1 công nhân, thưởng tết tháng lương → 1cn/năm: 104.000.000 đồng Quản lý phân xưởng: nhân viên, lương 12.000.000 đồng/tháng, thưởng tết tháng lương → năm: 156.000.000 đồng Kỹ sư: nhân viên, lương 10.000.000 đồng/tháng/1 công nhân, thưởng tết tháng lương → cn/năm: 130.000.000 đồng nhân viên phân tích: lương 9.000.000 đồng/tháng, thưởng tết tháng lương → năm: 117.000.000 đồng Vậy số tiền phải trả lương năm cho nhân viên là: 1.157.000.000 đồng SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 56 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiêu tốn Chi phí tiêu tốn hóa chất năm Tiêu tốn điện Tiêu tốn nước rửa Trả lương nhân viên Tổng chi tiêu năm Chi phí 569.931.000 đồng 1.357.659.000 đồng 1.561.365.000 đồng 1.157.000.000 đồng 4.645.955.000 đồng Bảng 2.35 Tổng chi phí vân hành tiêu tốn hàng năm Vậy, tổng chi phí vận hành để đạt suất năm là: 4.645.955.000 đồng Tổng chi phí: Chi phí đầu tư ban đầu: 5.379.638.000 đồng Chi phí vận hành: 4.645.955.000 đồng Sản lượng nhà máy: 424.200 kg/năm Giá mạ 5250 đồng/kg Giá mạ thị trường: 15000 đồng/kg Doanh thu phân xưởng là: 15000x 424200 = 6.363.000.000 đồng Tiền lãi năm phân xưởng: 6.363.000.000 – 4.645.955.000 = 1.717.045.000 đồng => Vậy sau 3,5 năm phân xưởng thu hồi vốn đầu tư SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 57 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI 3.1 Hệ thống xử lý nước thải mạ Nước thải mạ sử dụng nhiều nước rửa để rửa vật gia cơng q trình sản xuất, bình thường cần m3 cho m2 sản phẩm Vì khối lượng nước thải cần xử lý lớn, gây nhiều tốn Để giảm nhẹ cho khâu này, mặt phải tìm cách giảm khối lượng nước thải, mặt khác phải đảm bảo nâng cao chất lượng rửa Muốn cần phải đại hóa hệ thống rửa, ứng dụng phương pháp tiên tiến làm nước thải để dùng lại phần cho xưởng mạ, áp dụng hệ thống rửa hợp lý có số kinh tế-kỹ thuật cao, nước để rửa phải có chất lượng cao có phương tiện kiểm tra, khống chế chặt chẽ phẩm chất định mức tiêu thụ nước, đồng thời phải nâng cao tính văn hóa sản xuất, tuân thủ quy định hệ thống rửa,… Theo hướng nhiều nhà máy hạ mức tiêu thụ nước xuống 0,2-0,4 m3/m2, người ta phấn đấu giảm tiếp đến 0,12 m3/m2 Sơ đồ sau cho thấy quan hệ chặt chẽ chất lượng nước rửa, cách rửa, công nghệ mạ, rửa, … với lượng nước thải phương pháp cần chọn để xử lý loại nước thải đó: Sơ đồ rửa Nước tiêu thụ Cơng nghệ mạ Chất lượng mạ Chất lượng rửa Chất lượng nước Đặc tính nước thải Phương pháp xử lý nước thải Hình 3.1 Nước rửa, cơng nghệ rửa nước thải mạ điện [4] Nước từ xưởng mạ thải có thành phần đa dạng, nồng độ lại thay đổi rộng, pH biến động từ axit đến trung tính kiềm Tuy nhiên nước thải từ xưởng mạ thường phân riêng thành loại: Nước thải kiềmaxit, nước thải crom nước thải xyanua Sở dĩ tách riêng vì: nước thải xyanua gặp nước thải axit hay nước thải crom (cũng có lẫn axit) sinh khí HCN độc, làm ô nhiễm xưởng mạ lẫn phận xử lý nước Hai nước thải crom đặc xử lý dễ dàng triệt để khơng nên pha lỗng chúng nước thải axit hay nước thải khác SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 58 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Ngoài xưởng mạ có lúc cần thải bỏ dung dịch cũ, hỏng Trường hợp không nên thải chúng cống rãnh mà dùng chúng hóa chất cho trạm xử lý nước thải xưởng tổ chức thu hồi hóa chất trước thải bỏ, vừa tận dụng vật tư vừa dễ cho khâu xử lý nước thải Ở đồ án này, em xử lý hệ thống nước thải cách phân loại nước thải thành đường để dễ dàng xử lý: - Nước thải chứa axit, bazo - Nước thải chứa ion crom - Nước thải chứa kim loại nặng (mạ kẽm-nnikel) Hệ thống xử lý nước thải axit kiềm Nước thải bể rửa gồm có: - Nước thải chứa axit (bể rửa sau bể tẩy gỉ, tẩy sáng) - Nước thải chứa kiềm (bể rửa sau tẩy dầu nóng, tẩy dầu điện, trung hịa bể mạ kẽm-nikel) SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 59 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Nước thải chứa axit Nước thải chứa kiềm Bể chứa nước thải axit Bể chứa nước thải kiềm Thêm NaOH đến pH=8-9 Thêm chất trợ lắng polymer Bể trung hịa (5 bể nhỏ) Bể Tạo bơng Mùn Bể Hóa lý Bể chứa bùn Nước Bể lắng Máy ép bùn Bể lắng Đóng bao Nước sử dụng lại Đưa ngồi xử lý Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải mạ chứa axit – kiềm Nước thải sản xuất đưa vào bể chứa để đưa lên bể điều hòa Từ bể điều hòa nước thải bơm lên bể nhỏ để điều chình pH (pH = 7-8) để kết tủa kết kim loại nặng (Fe(OH)3) cách cho từ từ NaOH vào bể chảy tràn từ bể sang bể Ở bể (bể tạo bông) ta cho thêm chất trợ lắng polyme tan nước có cơng thức C3H5NO, sử dụng q trình xử lý nước thải với vai trị chất hộ trợ keo tụ chất lơ lửng nước thải Ngồi polymer cịn kết hợp với nước để tạo thành hydroxit khơng hịa tan, kết tủa lại với chúng tạo thành mắt lưới giữ hạt keo nhỏ thành hạt cặn có kích SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 60 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội thước lớn lắng tốt để kết tủa keo tụ tạo mùn lắng đọng đáy bể sau chảy tràn qua bể lắng hóa lý Tại lớp mùn chìm dáy bể lớp nước phía Lớp nước phía lọc qua bể lắng bể lắng để nước đưa vào sử dụng lại Cịn mùn từ vể hóa lý đưa vào để chứa mùn đưa để xử lý Hệ thống nước thải crom Nước thải crom sinh q trình thụ động hóa mạ Zn-Ni Ở đồ án này, em dùng Cr3+ nên dễ dàng xử lý nước thải so với Cr6+ mà không bị độc hại Kết Cr(OH)3 dung dịch natri sunfit, natri bisunfit, natri hydrosunfit pyrosunfit, sắt (II) sunfat, khí SO2… để nâng cao độ pH nước thải, làm cho Cr3+ thành Cr(OH)3 kết tủa, sau loại bỏ Phản ứng xảy trình xử lý là: Cr3+ kết hợp với tác nhân trung hòa tạo kết tủa dạng hydroxyt: Cr3+ + 3OH- → Cr(OH)3 (22) Thông thường giá trị pH giảm sau kết tủa Nguyên nhân do: - Trong q trình kết tủa, hydroxyt kim loại khó tan, lượng OH- giảm - Hấp phụ chất trung hịa vào bơng cặn có bề mặt lớn - Trong dung dịch có mặt hợp chất Fe2+ nên Fe2+ bị oxi hóa O2 tan nước tạo ion H+ theo phản ứng: 2Fe2+ + 5H2O + 1/2O2 = 2Fe(OH)3 + 4H+ (23) Do để trình keo tụ đạt hiệu cao cần bổ sung thêm hóa chất điều chỉnh pH q trình xử lý Ta có sơ đồ chung để xử lí nước thải Crom: SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 61 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Nước thải chứa Cr3+ Bể chứa nước thải Hồn ngun Hóa chất điều chỉnh pH Hệ thống bể phản ứng pH = 9.5 Hóa chất keo tụ Bể tạo bơng Hóa chất khử Hệ thống bể lắng Bể chứa bùn Nước sau xử lý Hình 3.3 Sơ đồ xử lý nước thải crom Hệ thống gồm bể chứa với tác dụng chứa điều hòa lưu lượng, bể phản ứng thiết bị hệ thống, hóa chất thêm vào chất khử, chất điều chỉnh pH chất keo tụ để tạo hydrroxit hay muối kim loại kết tủa Sau phản ứng hỗn hợp đưa qua bể lắng để tách cặn Sau thu nước thải sau xử lý bùn thải Hệ thống nước thải kim loại nặng (Zn2+, Ni2+) Khi phân loại nguồn, loại nước thải xi mạ xử lý theo cách trình bày theo sơ đồ sau: SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 62 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Nước thải chứa Zn2+, Ni2+ Thêm NaHSO4, FeSO4 vào bể Thêm NaOH, CaO Bể điều hòa Bể phản ứng pH = 10,11 Bể tạo Lắng Bể chứa Bể chứa bùn Lọc áp lực Bùn thải Nước sau xử lý Hình 3.4 Sơ đồ xử lý nước thải Zn2+, Ni2+ Thuyết minh quy trình: Nước thải bể mạ kẽm-nikel dẫn theo đường thoát nước riêng để vào bể chứa nước thải mạ Zn-Ni Dòng thải đưa vào bể điều hòa qua song chắn rác để loại bỏ chất rắn có kích thước lớn để bảo vệ máy móc thiết bị cơng đoạn xử lý nước Ở bể điều hòa, máy khuấy trộn chìm hịa trộn đồng nước thải tồn diện tích bể, ngăn ngừa tượng lắng cặn bể sinh mùi khó chịu Bể điều hịa có chức điều hịa lưu lượng nồng độ nước thải vào hệ thống xử lý Nước thải bể điều hòa bơm qua bể phản ứng Ở bể bơm định lượng bơm dung dịch NaHSO4, FeSO4 vào bể với liều lượng định kiểm soát chặt chẽ để tạo kết tủa Dưới tác dụng hệ thống cánh khuấy SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 63 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội với tốc độ lớn lắp đặt bể, hóa chất hòa trộn nhanh vào nước thải Hỗn hợp nước thải tự chảy qua bể keo tụ tạo bơng Tại bể keo tụ tạo bơng, hóa chất NaOH, CaO thêm vào bể với liều lượng định Trong bể này, ta dùng cánh khuấy có tốc độ chậm để cặn li ti từ bể phản ứng chuyển động, va chạm, kết dính hình thành nên bơng cặn bể keo tụ tạo bơng có kích thước khối lượng lớn gấp nhiều lần cặn ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho trình lắng bể lắng Hỗn hợp nước cặn hữu dụng tự chảy sang bể lắng Nước thải sau bể lắng tự chảy qua bể chứa để chuẩn bị trình lọc áp lực Bùn đọng bể chứa bơm bể chứa bùn Bùn bể chứa bung lưu trữ khoảng thời gian định sau đưa ngồi Tại bể chứa bùn, khơng khí cấp vào bể để tránh mùi hôi sinh phân hủy sinh học chất hữu Bể lọc áp lực gồm lớp vật liệu: sỏi đỡ, cát thạch anh than hoạt tính để loại bỏ hợp chất hữu hịa tan, chất khó không phân giải sinh học halogen hữu nhằm xử lý tiêu đạt yêu cầu quy định Nước thải sau qua bể lọc áp lực đưa xả thải theo quy định 3.2 Xử lý nước thải sinh hoạt Nguồn nước thải bao gồm nước phục vụ ăn uống, vệ sinh, sinh hoạt cho công nhân khu vực sản xuất hành Lượng nước thải sinh hoạt ước tính m3/ngày Nên xưởng thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho công suất phù hợp SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 64 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Nước thải nhà bếp Nước thải sinh hoạt Bể gom/Điều hòa Bể phốt Bể gom dầu mỡ Bể thiếu khí Bùn tuần hồn Bể earotank Bùn xả Thiết bị lắng Bể chứa bùn Nước thải sau xử lý Bùn thải Cấp khí Hóa chất khử trùng Hình 3.5 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải sinh hoạt Thuyết minh quy trình: Bể gom dầu mỡ: Bể nhận nước thải từ nhà máy, dầu mỡ giữ Lớp dầu mỡ nhẹ lên trên, lớp cặn lắng đáy hút bỏ định kì xe bồn chuyên dụng Nước thu sau tự chảy tràn từ bể sang bể điều hòa Nước thải từ nhà bếp nhà vệ sinh đưa đến hệ thống xử lý nước thải nhà máy Bể điều hịa: Bể có nhiệm vụ điều hịa lưu lượng nồng độ chất ô nhiễm hệ thống khuấy trộn Nước thải trộn lẫn đồng thành phần BOD, COD, pH, N, P, … Bể thiếu khí: Trong nước thải có chứa hợp chất Nito photpho Những hợp chất cần phải loại bỏ bể anoxic – bể thiếu khí Ở điều kiện này, bể lắp đặt thêm hệ thống máy khuấy chìm để tránh tình trạng kỵ khí bốc mùi Hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển, xử lý N P thơng qua q trình Nitrat hóa Photphoril Bể sinh học MBBR: Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống vi sinh vật hiếu khí như: sedomonas, Denitrificans, Baccillus, Licheniforms Chúng sử dụng oxy hịa tan có nước để phân giải chất hữu SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 65 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Giá thể sinh học MBBR thêm vào giúp xúc tác, đẩy nahnh hiệu xử lý so với cơng nghệ hiếu khí truyền thống Các màng sinh học thả trôi bể giúp vi sinh có điều kiện tiếp xúc với oxy nhiều hơn, phát triển nhanh, xử lý tốt Bể lắng: Sau đó, hỗn hợp nước vi sinh (vi sinh bị bong từ bề mặt vật liệu màng vi sinh) qua bể lắng, nhằm tách bỏ bùn khỏi nước Toàn vi sinh lắng thug om bể chứa bùn Nước sau thug om sang bể khử trùng Bể khử trùng: Bể có nhiệm vụ xử lý vi khuẩn cịn sót lại nước thải làm Hóa chất clo Ozone thêm vào nước Sau tiếp tục chảy vào hệ thống thoát nước khu vực vào bể chứa để tái sử dụng Bể chứa bùn: Bùn bể lắng, bể điều hòa chuyển bể chứa bùn hút bỏ định kì xe chuyên dụng Khi vận hành cần cẩn thận với bể bùn chứa bể thời gian dài sinh khí metan gây cháy nổ gây sốc cho người 3.3 Xử lý khí thải Trong q trình mạ, sinh bụi khí độc hại, bụi mù axit crom, axit, kiềm, … Những chất ảnh hưởng nghiêng trọng đến môi trường, ảnh hưởng sức khỏe người, cần phải tiến hành xử lý [6] Sương mù axit chủ yếu tạo q trình mài đánh bóng hóa học (hoạt hóa) q trình ăn mịn q trình tiền xử lý Khi có rỉ sét, dầu chất hữu khác bề mặt số chi tiết cần mạ khó loại bỏ, hóa chất đánh bóng thường xuất chất có tính axit Axit clohydric axit dễ bay Ở nhiệt độ bình thường, nồng độ hydro clorua axit clohydric đạt đến mức định, phân tử hydro clorua dễ dàng tách trạng thái khí, vào khơng khí, kết hợp với phân tử nước khơng khí trở lại axit clohydric Những giọt nhỏ axit clohydric phân bố không khí tạo lớp sương mù axit clohydric Bể đánh bóng hóa học mạ điện thường có hệ thống sấy Trong điều kiện này, tạo nhiều sương mùa axit clohydric Lượng axit clohydric tạo có liên quan mật thiết đến quy mô sản xuất, lượng axit clohydric, nồng độ axit clohydric, điều kiện làm việc (nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng thơng gió, …) kích thước bể mặt làm việc Khí thải chứa bụi mù crom sinh chủ yếu trình thụ động Trong trình thụ động crom, sinh nhiều khí hidro, oxi Những chất khí bay mang theo axit crom Gia nhiệt mạ crom, dung dịch bay mang theo axit làm ô nhiễm mơi trường Ngồi ra, khí thải bụi phát từ q trình phun làm chi tiết, loại khí thải bụi xử lý hệ thống lọc bụi túi Quy trình cơng nghệ xử lý khí thải axit, bazo Khí thải chứa HCl H2SO4 chủ yếu quạt hút đặt hộp giảm tiếng ồn thổi vào tháp hấp thụ Khí thải đưa từ đáy tháp lên, dung môi hấp thụ đưa từ xuống Tháp hấp thụ sử dụng tháp SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 66 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội đệm, đệm lựa chọn bề mặt tiếp xúc pha lớn Khí thải dung mơi hấp thụ tiếp xúc với lớp đệm, H2SO4 HCl hấp thụ vào dung mơi Khí thải sau hấp thụ phóng khơng ngồi Dung môi hấp thụ gom bể đặt đáy hấp thụ Dung mơi hấp thụ khí axit, pH giảm xuống cần phải bổ sung NaOH để nâng pH dung môi hấp thụ Quy trình cơng nghệ xử lý bụi mù crom Dùng máy làm bụi mù axit crom có thiết bị lợi dụng giảm áp quạt hút đẩy ra, bụi mù crom chịu trở lực mà lắng xuống, tách khỏi thể khí Máy thu hồi crom kiểu mắt lưới có hiệu suất cao, trở lực ít, cấu tạo đơn giản, dễ quản lý bảo dưỡng, dùng rộng rãi chi phí cao, điện tiêu thụ nhiều SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 67 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội KẾT LUẬN Nội dung đồ án tốt nghiệp thiết kế dây chuyền mạ hợp kim Zn-Ni cho linh kiện ô tô mạ treo với công suất 16.000 dm2/ngày (tương đương 20.000 sp/ngày) Với số liệu tính tốn như: Tiêu hao điện năng, tính tốn thơng số kỹ thuật nguồn điện, mặt xử lý nước thải, … Đồ án sử dụng công nghệ tự động đại với nhiều ưu điểm, sản phẩm làm đạt theo u cầu cơng nghệ tự động làm suất tăng nhanh đồng thời giảm bớt sức lao động người dễ cải tiến dây chuyền Nhưng phải phù hợp với điều kiện làm việc như: Sản lượng, chất lượng Các bể mạ có kích thước dây chuyền tự động nên hệ thống làm việc chúng liên tục từ đầu kết thúc, thuận tiện cho việc thao tác vận hành Các vấn đề bố trí tổ chức sản xuất, vấn đề xử lý nước thải, … áp dụng biện pháp kỹ thuật tốt nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm thân thiện với môi trường Sau thời gian hoàn thành đồ án em nắm nguyên tắc trình thiết kế phân xưởng mạ điện Đồ án giúp em tổng hợp kiến thức chuyên ngành học kiến thức khác biết bố trí sản xuất, lựa chọn quy trình công nghệ đảm bảo phù hợp điều kiện cần thiết kèm theo Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS.Mai Thanh Tùng tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn Bộ mơn Cơng Nghệ Điện hóa Bảo Vệ Kim Loại – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thiết kế SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 68 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] PGS.TS Trần Minh Hồng, Cơng nghệ mạ điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 PGS.TS Trần Minh Hoàng, Mạ điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 PGS.TS Trần Minh Hoàng, Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Trần Minh Hồng, Nguyễn Văn Thanh, Lê Đức Trí, Sổ tay mạ điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2003 Nguyễn Văn Lộc, Kỹ thuật mạ điện, 2001 TCVN 5945-1995, Nước thải công nghiệp – tiêu chuẩn thải N.Lotfi, M.Aliofkhazraei, H.Rahmani, anhd Gh.Barati Darband, ZincNikel alloy electrodeposition: Characterization, properties, multilayers and composites, Department of Materials Engineering Tarbiat Modares University Tehran, 2018 Bui Thi Thanh Huyen, Le Viet Dai, Ngo Thi Minh Thuy, Hoang Thi Bich Thuy, “Influence of nikel concentration on the characteristics of the electroplating Zn-Ni alloy”, Vietnam Journal of Science and Technology, 2017 Abibsi, J K Dennis & N R Short (1991) The Effect of Plating Variables on Zinc-Nickel Alloy Electrodeposition, Transactions of the IMF SVTH: Lê Thị Phượng GVHD: GS.TS Mai Thanh Tùng 69 ... mạ hợp kim Zn-Ni CHƯƠNG THIẾT KẾ 12 2.1 Giới thiệu chi tiết mạ 12 2 .2 Quy trình cơng nghệ 12 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 12 Thơng số q trình mạ. .. Aldm2, 30 °C, khuấy trộn khơng khí, 15 g/l Ni dung dịch Hình 1.5 Sơ đồ ứng dụng lớp phủ hợp kim kẽm-niken 10 Hình 2. 1 Chi tiết mạ hợp kim Zn-Ni linh kiện ô tô 12 Hình 2. 2 Sơ đồ dây chuyền. .. 20 0 mm - Kích thước dây chuyền (kiểu giá trượt) Chiều dài dây chuyền: Chiều dài dây chuyền tính: L = 800x27 + 20 0x25 = 26 ,6 m - Chiều rộng dây chuyền: Chiều rộng dây chuyền tính: W = 1100 + 2. 100