4.2. Phân tích các bước công nghệ
4.2.2.Cân bằng vật chất – năng lượng
Cân bằng vật liệu và năng lượng có ý nghóa quan trọng đối với đánh giá SXSH vì thơng qua đó người ta có thể xác định và định lượng những hao hụt và phát thải mà trước đó chưa phát hiện được. Một bước thiết yếu trong cân bằng vật liệu là kiểm tra rằng “cái gì đi vào một cơng đoạn/quy trình thì sẽ phải đi ra ở nơi nào đó.” Vì thế, tất cả đầu vào sẽ có những đầu ra tương ứng. Phép cân bằng này cũng hữu ích trong việc giám sát tiến bộ đạt được từ chương trình SXSH cũng như đánh giá chi phí và lợi ích của chương trình. Do thời gian làm đồ án có hạn nên đề tài chỉ tập trung cân bằng vật chất – năng lượng cho q trình nhuộm vải PES mà thơi.
Cơ sở cân bằng nguyên vật liệu dựa vào nguyên lý: “Tổng đầu vào = Tổng đầu ra + thất thoát”.
a. Cân bằng nguyên vật liệu
Một số ghi chú trong quá trình cân bằng nguyên vật liệu
Theo tài liệu hướng dẫn SXSH trong ngành dệt nhuộm của Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam:
- Hóa chất tẩy trắng NaClO2 có độ tận trích rất thấp, khoảng 10% nên lượng hóa chất có trong nước thải dịng ra là 90%.
- Thuốc nhuộm phân tán có độ tận trích 90% nên lượng thuốc nhuộm có trong nước thải dịng ra là 10%.
- Phương pháp ngấm ép có thể ngấm khoảng 80% lượng hồ vào vải nên lượng hồ ở dòng ra là 20%.
GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Trang 50 SVTH: Nguyeãn Thị Khánh Ly
Bảng 4.2. Bảng cân bằng nguyên vật liệu tính cho 1 mẻ sản xuất = 300kg vải (Đơn vị tính: kg/mẻ)
Cơng đoạn Dịng vào Dịng ra Dịng thải
300 kg vải Tên Lượng Teân Lượng Lỏng Rắn Khí Ghi chú
NaClO2 3 NaClO2 2,7 + + 0,3 kg nằm trên vải
Tẩy traéng
CH3COOH 1,5 CH3COOH 1,5 +
NaOH 15 NaOH 15 +
Giảm trọng
CH3COOH 3 CH3COOH 3 +
CH3COONa (khan) 1,5 CH3COONa (khan) 1,5 +
CH3COOH 0,75 CH3COOH 0,75 +
EDTA 1 EDTA 1 +
Kortamol NNO 1,5 Kortamol NNO 1,5 + Sonadon D-72 1,5 Sonadon D-72 1,5 + Nhuoäm
Thuốc nhuộm 6 Thuốc nhuộm 0,6 + 5,4 kg nằm trên vải
Hồ hồn tất Hóa chất hồ 3 Hóa chất hồ 0,6 + 2,4 kg ngấm vào vải
Ống giấy 5 Ống giấy 0,5 + 4,5 kg được dùng để cuộn vải
Kiểm cuộn
Nylon cuộn vaûi 2 Nylon cuộn vải 0,2 + 1,8 kg được dùng để cuộn vải
Ø Nhaän xét: Khi nhuộm 1 mẻ (300kg vải) thì cơng ty sử dụng hết 44,75kg nguyên vật liệu và thải ra lượng dịng thải là 30,35kg bao gồm các loại hóa chất cơ bản, thuốc nhuộm, chất trợ, ống giấy và nylon. Như vậy, để nhuộm 1 tấn vải thì công ty phải tiêu thụ gần 150 kg nguyên vật liệu và thải ra khoảng 100 kg chất thải. Đó là chưa kể lượng hóa chất bị thất thốt trong q trình lấy hóa chất hoặc cịn dính lại trên thùng chứa hóa chất.
b. Cân bằng nước
Ngành nhuộm là một trong những ngành sử dụng rất nhiều nước. Đây cũng là một trong những trọng tâm thực hiện SXSH. Do vậy, cân bằng nước để so sánh với lượng nước thực tế mà công ty đã tiêu thụ để định lượng được lượng nước thất thoát trong quá trình sản xuất. Từ đó tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất các giải pháp nhằm tiết kiệm nước cho công ty.
Một số lưu ý trong tính tốn cân bằng nước (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo tài liệu hướng dẫn SXSH trong ngành dệt nhuộm của Trung tâm Sản xuất sạch Việt Nam:
- Trung bình trong ngành nhuộm có khoảng 88% nước sử dụng được thải ra dưới dạng nước thải và 12% thoát ra do bay hôi.
- Lượng nước công nghệ được hiểu là lượng nước cho vào máy (trong đó đã bao gồm lượng nước pha hóa chất).
- Đối với q trình hồ hồn tất thì lượng nước cơng nghệ chính là lượng nước dùng để pha dung dịch hồ.
- Lượng nước cịn nằm lại trên vải sau các q trình xử lý hóa học được tính như sau: Tùy theo từng loại vải mà mức độ thấm nước khác nhau nhưng trung bình khối lượng vải ướt trước khi vắt gấp 3 – 4 lần khối lượng vải khơ ban đầu nên: mvải ướt = 3,5 * 300 (kg/meû) = 1.050 (kg/meû).
ð Lượng nước nằm lại trên vải:
GVHD: TS. Đặng Viết Huøng Trang 52 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Ly
(Vì nước có khối lượng riêng là 1.000kg/m3)
- Lượng dung dịch hồ nằm lại trên vải sau cơng đoạn hồ hồn tất chiếm 80% lượng dung dịch hồ ban đầu.
Thực tế tại công ty, tất cả lượng nước làm mát đều được thu hồi tái sử dụng nên:
Lượng nước thải = Lượng nước sử dụng – Lượng nước tuần hoàn – Lượng nước thấm trên vải – Lượng nước bay hơi
Bảng 4.3. Bảng cân bằng nước tính cho 1 mẻ sản xuất (Đơn vị tính: m3/mẻ)
Dịng vào Dòng ra STT Cơng đoạn Nước cơng
nghệ Nước làm mát Tổng lượng nước sử dụng Nước thu hồi Tổng lượng nước thải Ghi chú 1 Tẩy trắng 6 3 9 3 4,53 0,75m
3 nước nằm lại trên vải và 0,72m3 nước bị bốc hơi
2 Giảm trọng 6 3 9 3 5,28 0,72m3 nước bị bốc hơi
3 Nhuoäm 9 3 12 3 7,92 1,08m3 nước bị bốc hơi
4 Hoàn tất 0,2 0,1 0,3 0,1 0,04 0,16m3 dung dịch hồ nằm lại trên vải
TỔNG COÄNG 21,2 9,1 30,3 9,1 17,77 3,43
Nhận xét: Khi nhuộm 1 mẻ vải PES (300kg vải) thì cơng ty sử dụng hết 30,3m3 nước và thải ra 17,77m3 nước thải. Như vậy, để nhuộm 1 tấn vải thì cơng ty phải tiêu thụ gaàn 100m3 nước và thải ra khoảng 60m3 nước thải. Thực tế, số liệu từ đồng hồ nước cho thấy cần khoảng 200 – 250m3 cho mỗi tấn vải. Điều này có nghóa là đã có một lượng lớn nước đã bị rò rỉ, chảy tràn hoặc sử dụng quá nhiều cho việc vệ sinh máy móc, nhà xưởng sau mỗi lần thay mẻ, thay đơn công nghệ. Như vậy lượng nước thải thực tế cao hơn rất nhiều (khoảng 150 – 200m3 nước thải).
GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Trang 54 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Ly
c. Cân bằng năng lượng cho lò hơi
Tiến hành một phép cân bằng năng lượng là nhiệm vụ phức tạp hơn nhiều so với cân bằng vật liệu. Mặc dù đối với các dòng năng lượng, người ta vẫn áp dụng chung một quy luật cơ bản (tức là lượng năng lượng “vào” phải bằng năng lượng “ra"), nhưng các dòng năng lượng đầu ra thường khó nhận biết hơn so với dịng ngun liệu vì khó định lượng và quan sát được.
Theo đánh giá sơ bộ tại khu vực phụ trợ, trong quá trình sinh hơi thì lượng nhiệt bị tổn thất cũng như lượng hơi bị thất thoát tại các van hơi rất lớn.
v Tính tốn tổn thất nhiệt và hiệu suất lịøhơi
Œ Những thơng số cần dùng trong tính tốn tổn thất nhiệt và hiệu suất của
lị hơi đốt dầu
Ÿ Thành phần nhiên liệu (H2, O2, S, C, nồng độ ẩm).
Ÿ Phần trăm O2 và CO2 trong khói lị.
Hình 4.7. Sơ đồ dịng năng lượng tổng qt của lị hơi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
LỊ HƠI Khói thải, khơng khí dư khơng cháy Tổn thất nhiệt bức xạ và đối lưu Hơi nước dùng cho sản xuất - Điện năng (cho bôm, quạt) - Nước cấp - Nhiên liệu
. Trong đó O2 = %O2 trong khói lị. Khí cấp dư (EA) = O2 x 100
21 – O2
Ÿ Nhiệt độ khói lị, tính bằng 0C (Tf).
Ÿ Nhiệt độ mơi trường xung quanh, tính bằng 0C (Ta).
Ÿ Độ ẩm khơng khí, tính bằng kg/kg khơng khí khơ.
Ÿ Nhiệt trị tồn phần của nhiên liệu, tính bằng kcal/kg (GCV).
ð Nhu cầu khơng khí trên lý thuyết:
ð Khối lượng khơng khí cấp trên thực tế/kg nhiên liệu:
ASS = [1 + (EA/100)] x khơng khí khơ trên lý thuyết
a. Phần trăm tổn thất nhiệt do khói lị khơ:
Trong đó k (hằng số Seigert) = 0,56 đối với dầu FO (tham khảo tài liệu hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả của Trung tâm sản xuất sạch Việt Nam)
b. Phần trăm tổn thất nhiệt do bay hơi nước tạo thành do có H2 trong nhiên liệu:
Trong đó H2 = phần trăm H2 trong nhiên liệu.
c. Phần trăm tổn thất nhiệt do độ ẩm trong khơng khí:
d. Phần trăm tổn thất nhiệt do bức xạ và các tổn thất khơng tính được khác:
Tổn thất thực tế vì bức xạ và đối lưu rất khó đánh giá do độ phát xạ cụ thể của các TRA = (11 x C) + {34,5 x (H2 + (O2/8))} + 4,32 x S (kg/kg nhiên liệu)
100
T4 = AAS x độ ẩm khơng khí x 0,45 x (Tf – Ta) x 100 GCV của nhiên liệu
[k x (Tf – Ta)] %CO2 (trong khói lị) T1 =
T2 = 9 x H2 x {584 + 0,45(Tf – Ta)} GCV của nhiên liệu
GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Trang 56 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Ly
bề mặt khác nhau, phương tiện và kiểu dịng khí.v.v… Tổn thất được ước tính tương đối tùy thuộc vào điều kiện của bề mặt.
e. Hiệu suất lị hơi:
• Kết quả tính tốn cụ thể cho lị hơi tại cơng ty
Hiện tại công ty đang sử dụng loại lị hơi đốt dầu FO cơng suất 4 tấn/h với các thông số cụ thể như sau:
Ÿ Thành phần hóa học: C = 84%; H2 = 12%; S = 3%; O2 = 1%.
Ÿ GCV của dầu: 10.200 kcal/kg.
Ÿ Tỷ lệ trong khói lị O2: 7% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ÿ Tỷ lệ CO2 trong khói lị: 11%
Ÿ Nhiệt độ khói lò (Tf): 2200C
Ÿ Nhiệt độ mơi trường (Ta): 270C
Ÿ Độ ẩm khơng khí: 0,018 kg/kg khơng khí khơ
ð Khơng khí dư được cấp (EA) = 50%
ð Yêu cầu khí trên lý thuyết (TAR) = 13,55 kg/kg nhiên liệu
ð Khối lượng thực của khơng khí cung cấp (AAS) = 20,33 kg/kg nhiên liệu
ü Tổn thất nhiệt do khói lị khơ: T1 = 9,82%
ü Tổn thất nhiệt do bay hơi nước hình thành từ H2 trong nhiên liệu: T2 = 7,1%.
ü Tổn thất nhiệt do độ ẩm trong khơng khí: T3 = 0,31%.
ü Tổn thất nhiệt do bức xạ và các tổn thất khác: T4 = 2,0%.
ü Hiệu suất của lò hơi: H = 80,77%.
Với lị hơi cơng suất 4 tấn/h, đốt dầu FO trung bình 2.500l/ngày = 2.425 kg/ngày sinh ra tổng lượng nhiệt là 24.735.000 kcal /ngày(dầu FO có tỷ trọng 0,97kg/l, nhiệt trị tồn phần là 10.200 kcal/kg) thì kết quả sự cân bằng nhiệt được thể hiện cụ thể theo sơ đồ hình 4.8 sau:
Như vậy, theo sơ đồ cân bằng nhiệt trên thì lượng nhiệt bị tổn thất khoảng 4.756.540 kcal/ngaøy.
ð Lượng dầu bị tổn thất:
M = (4.756.540/10.200) * 80,77% = 376,65 kg/ngày = 388,3 lít /ngày
ð Số tiền bị tổn thất: T = 388,3 * 13.300 = 5.164.413 VNĐ/ngày
(giá dầu FO hiện nay là 13.300 VNÑ/l)
4.2.3. Tính tốn chi phí theo dịng thải
Để mơ tả được tiềm năng thu lợi từ các dịng thải, một yêu cầu cơ bản là phải tính được chi phí cho các dịng thải đó. Chi phí này cần phản ánh hao phí quy ra tiền do chất thải. Rõ ràng là một dịng thải thì khơng biểu hiện các chi phí định lượng được trừ khi gắn liền với sự hao phí trực tiếp về nguyên liệu và sản phẩm, ví dụ: hao phí hóa chất do tràn hoặc rơi vãi, hao phí kiềm do khơng thu hồi triệt để dịch kiềm bóng. Tuy nhiên, khi phân tích kỹ hơn thì ta có thể thấy một số yếu tố chi phí trực tiếp và gián tiếp liên quan đến các dòng thải. Trong đồ án này, việc tính tốn chi phí xử lý dịng thải được tham khảo giá trung bình trên thực tế đối với mỗi loại dịng thải khác nhau.
Ÿ Đối với nước thải: Đơn giá xử lý được tính theo chi phí hóa chất được dùng để xử lý nước thải.
Ÿ Chaát thải rắn: Bao gồm ống giấy, nylon sử dụng trong công đọan kiểm cuộn, đóng gói thành phẩm.
Hình 4.8. Sơ đồ cân bằng nhiệt của lị hơi trong một ngày.
9,82% tổn thất nhiệt do khói lị khơ (2.428.977 kcal)
7,1% tổn thất nhiệt do độ ẩm của nhiên liệu (1.756.185 kcal) 0,31% tổn thất nhiệt do độ ẩm trong không khí (76.678 kcal) 2% tổn thất do bức xạ và các tổn thất khác (494.700 kcal) 80,77% nhiệt trong hơi (19.978.460 kcal)
LỊ HƠI
2.500l dầu FO = 24.735.000 kcal
GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Trang 58 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Ly
Ÿ Chất thải rắn nguy hại: Bao gồm một số bao bì, thùng chứa hóa chất và lượng bùn thải từ trạm xử lý nước thải. Trong trường hợp tính cho 1 tấn sản phẩm thì khơng thể tính chi phí xử lý bao bì, thùng chứa hóa chất được vì phải sử dụng hết hóa chất mới thải bỏ loại chất thải này.
Bảng 4.5. Chi phí xử lý các dịng thải (tính cho 1 tấn sản phẩm). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số TT Tên dịng thải Đơn vị tính Số lượng Đơn giá xử lý Thaønh tiền (VNĐ) Ghi chú 1 Nước thải về trạm xử lý m3 60 6.000 VNĐ/m3 360.000
3 Chất thải rắn kg 0,7 0 0 Bán phế liệu 5 Bùn thải từ trạm xử lý nước thải kg 40 7.000 VNÑ/kg 280.000 6 Dầu nhớt lít 0,02 3.000 VNĐ/lít 60 TỔNG CỘNG 640.060
Nhận xét: Để có được 1 tấn vải thành phẩm, công ty đã phải chi trả 640.060 VNĐ cho việc xử lý chất thải. Như vậy, nếu áp dụng được các giải pháp SXSH sẽ giúp công ty tiết kiệm chi phí xử lý vì đã giảm được lượng chất thải đầu ra .
4.2.4. Phân tích nguyên nhân và đề xuất các giải pháp SXSH
Œ Phân tích ngun nhân gây ra dòng thải và đề xuất các giải pháp SXSH.
Cơng đoạn Dịng thải Ngun nhân Giải pháp
Không bảo quản cẩn thận
1. Khi nhận hóa chất phải bảo quản cẩn thận tránh hư
hao, mất mát
2. Nhắc nhở cơng nhân lấy hóa chất nhẹ hơn
Lấy hóa chất khơng cẩn thận để hóa
chất rơi vãi nhiều 3. Trải tấm nhựa tại khu vực lấy hóa chất để thu gom, tận dụng lượng hóa chất rơi vãi Hóa chất cịn dính
lại trên thiết bị chứa.
4. Giũ sạch thiết bị chứa để tận dụng hóa chất cịn sót lại trước khi vệ sinh thiết bị, vệ sinh nhà xưởng 5. Nhắc nhở cơng nhân đổ hóa chất vào thùng trộn nhẹ hơn Chuẩn bị hóa chất Hóa chất bị thất thốt Trộn hóa chất khơng cẩn thận 7. Hứng và tận dụng hóa chất rơi ra trong quá trình trộn hóa chất
Tẩy trắng cho tất cả các loại vải nhuộm
9. Bỏ qua q trình tẩy trắng khi nhuộm vải màu đậm Tẩy trắng Nước thải
nhieàu, tải lượng COD cao
Khơng tuần hồn dịch tẩy
10. Tuần hồn lại dịch tẩy sau khi boå sung thêm hóa chất
GVHD: TS. Đặng Viết Hùng Trang 60 SVTH: Nguyễn Thị Khánh Ly
Sử dụng CH3COOH 11. Thay thế CH3COOH bằng HCOOH hoặc các axit vô cơ mạnh (H2SO4, HCl) để giảm tải lượng ô nhiễm COD Khí thải có
chứa hơi hóa chất độc hại
Sử dụng NaClO2 12. Thay theá NaClO2 bằng H2O2 Lãng phí thuốc nhuộm và tốn thời gian xử lý kỹ thuật
Phối màu thủ công nên khơng chính xác theo cơng thức đã cho
13. Laép đặt hệ thống máy tính để phối màu hợp lý
Dung tỷ nhuộm lớn 14. Giảm dung tỷ nhuộm từ 1 : 15 xuoáng 1 : 10
Thải bỏ dịch nhuộm sau mỗi lần thay đơn
15. Tái sử dụng dịch nhuộm vải PES của mẻ trước bằng cách bổ sung thêm hóa chất 21. Thay thế CH3COOH bằng HCOOH hoặc các axit vô cơ mạnh (H2SO4, HCl) để giảm tải lượng ô nhiễm COD Sử dụng các chất
hữu cơ gây ra tải lượng COD cao
22. Giaûm 10% lượng chất đều màu sử dụng Nhuộm Nước thải nhiều, tải lượng COD cao Pha dư hóa chất, thuốc nhuoäm do (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
23. Xử lý vải tốt, đạt yêu cầu từ công đoạn tiền xử lý để
tiền xử lý khơng kỹ vải có độ ngấm cao, tăng độ bám dính thuốc nhuộm
24. Naâng cao nhận thức cho công nhân vận hành
25. Mở các khóa đào tạo nâng cao tay nghề cho công nhân vận hành máy móc, q trình nhuộm tốt hơn
Chất lượng vải nhuộm khơng đạt u cầu, phải nhuộm lại do dự cố chủ quan hoặc khách quan (trường hợp này rất ít xảy ra)
26. Bảo dưỡng tốt máy móc, thiết bị nhằm hạn chế sự cố Hồ hoàn tất Tiêu hao
nhieàu dung dịch hồ và lượng hồ xả nhieàu Chuẩn bị hồ dư do khơng có sự ước tính trước
27. Tránh chuẩn bị dư hồ vải bằng cách ước tính trước số lượng thực tế dùng trên cơ sở thiết kế của quá trình hồ vải.