3.2.3 Bước 3: kiểm tra các cơ hội SXSH
Vấn đề và nhu cầu của cơng ty là gì?
• Chất lượng.
• Số lượng.
• An tồn và sức khoẻ nghề nghiệp.
• Chi phí.
• Thiệt hại gây ra cho mơi trường.
Quy trình và các bước hiện tại cĩ phù hợp với mặt hàng sản xuất của cơng ty? Liệu cĩ thể thay thế quy trình này bằng một quy trình khác tốt hơn và ít độc hại hơn? Cĩ cơng nghệ nào phù hợp và tốt hơn khơng?
3.2.4 Bước 4: tính tốn quy trình và cơng nghệ tối ưu
Thứ tự ưu tiên:
• Tránh lãng phí.
• Giảm chất thải.
• Tái sử dụng.
3.2.5 Bước 5: xây dựng sơ đồ mặt bằng
Sơ đồ mặt bằng này sẽ thể hiện trường hợp tối ưu của một cơng nghệ tốt và phù hợp. Cần bao gồm sơ đồ mặt bằng của các thiết bị trong day chuyền sản xuất
Cơ – Điện Tuấn Phương”
và các bước xử lý theo cách tối ưu để tránh các hoạt động khơng phù hợp và rị chảy hố chất của các quy trình và hạ tầng khác.
3.2.6 Bước 6: tìm kiếm cơng nghệ hợp lý
Thiết bị hiện đại nhất khơng phải lúc nào cũng là giải pháp tốt nhất cho một trường hợp cụ thể. Tuỳ trường hợp mà lựa chọn cơng nghệ thích hợp với khả năng tài chính của cơng ty. Khă năng áp dụng quan trọng hơn là cĩ một giải pháp cơng nghệ cao.
3.3 Tìm hiểu và phân tích quy trình sản xuất ở nhà máy
3.3.1 Sơ đồ dịng chi tiết
Kết cấu cần mạ
3.3.2 Thuyết minh qui trình cơng nghệ 3.3.2.1 Tẩy dầu mỡ
Nước thải (cĩ hố chất tẩy dầu mỡ). Bùn thải Các ion Fe2+, Na+, CO2+ 3 Tẩy dầu mỡ Làm nguội bằng nước Tẩy axit Rửa Rửa 1 Rửa 2 Nhúng trợ dung Sấy Cromat hố Nước sạch Chất tẩy
Rơi vãi (cĩ hố chất tẩy dầu mỡ). Bùn thải. Dd tẩy tháo bỏ định kỳ Nước sạch
Chất tẩy
Nước sạch
HCl Nước sạch Nước thải (cĩ axit).Chất thải rắn, FeRơi vãi (cĩ axit)2+, Cl-, H+
Nước sạch Nước thải (cĩ axit)
Chất thải rắn Nước sạch NH4Cl, ZnCl2 Rơi vãi cĩ NH4Cl, ZnCl2 Khí nĩng Khí thải
Nước sạch Hơi nước
CrO3, H2SO4 Rơi vãi hố chất
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Mục đích: tẩy lớp dầu mỡ trên bề mặt kết cấu sinh ra trong quá trình gia cơng. Thành phần dung dịch tẩy: NaOH, chất hoạt động bề mặt.
Thời gian: tẩy đến khi sạch dầu mỡ.
3.3.2.2 Rửa
Mục đích: làm sạch các dung dịch kiềm cịn dính bám trên bề mặt kết cấu.
3.3.2.3 Tẩy axit
Mục đích: tẩy lớp gỉ sét trên bề mặt ống thép. Dung dịch tẩy: H2SO4.
Thời gian tẩy: đến khi sạch gỉ sét.
3.3.2.4 Rửa 1, rửa 2
Mục đích: nhằm làm sạch lớp dung dịch H2SO4 cịn dính bám trên bề mặt kết cấu.
3.3.2.5 Nhúng trợ dung
Mục đích: tạo lớp màng trên bề mặt kết cấu để quá trình mạ kẽm tốt hơn. Dung dịch trợ dung: ZnCl2, NH4Cl
3.3.2.6 Sấy
Mục đích: làm khơ bề mặt kết cấu sau qua trình nhúng trợ dung để nhúng kẽm.
Thời gian: 16 – 18 giây.
3.3.2.7 Nhúng kẽm nĩng
Mục đích: tạo lớp kẽm mạ trên bề mặt kết cấu. Thành phần dung dịch mã: Kẽm, Al, Pb.
Thời gian nhúng kết cấu: 1m/23 giây = 2.6m/phút.
3.3.2.8 Thụ động Crơm
Cơ – Điện Tuấn Phương” Thành phần dung dịch: CrO3, H2SO4… Thời gian: 5 -10s. 3.3.2.9 Làm nguội bằng nước Mục đích là làm sạch lớp dung dịch thụ động cịn dính bám trên bề mặt kết cấu.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
3.3.2.10 Tháo sản phẩm
3.3.3 Đánh giá chi tiết các bước trong quy trình 3.3.3.1 Tẩy dầu mỡ
Hình 2: Tẩy dầu mỡ
Bể tẩy dầu mỡ khơng cĩ thiết bị tách dầu hay vớt váng tự động nên dầu nổi trên bề mặt sẽ bám lại kết cấu khi nhấc ra khỏi bể làm bẩn bề mặt kết cấu.
Bể hoạt động ở nhiệt độ thường, khơng cĩ khuấy cưỡng bức do đĩ sự trao đổi dung dịch với bề mặt kết cấu nên mất nhiều thời gian tẩy dầu mỡ và hiệu quả tẩy dầu thấp.
Lượng dung dịch bám dính theo kết cấu mạ nhiều (do thời gian rĩc nước thấp) nên tổn thất hố chất tẩy dầu mỡ cao và gây ơ nhiễm mơi trường làm việc.
Bể tẩy dầu mỡ nhỏ hơn một số kết cấu nên những kết cấu này bị bỏ qua bước tẩy dầu dẫn tới hậu quả bề mặt khơng thể xử lý tốt ở các bước tiếp theo và chất lượng sản phẩm kém.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
3.3.3.2 Rửa1
Hình 3: Rửa1
Kết cấu được rửa bằng vịi phun trực tiếp nên tốn nước và ơ nhiễm mơi trường làm việc.
3.3.3.3 Tẩy gỉ
Hình 4: Tẩy gỉ
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Kết cấu tẩy gỉ được ngâm tĩnh rất lâu trong bể nên tiêu hao nhiều axit; kết cấu sẽ bị giịn hydrơ; giảm cơ tính kim loại; cĩ thể bị phồng dộp lớp mạ sau này.
Bể cĩ nhiều váng khơng được vớt váng thường xuyên nên sẽ bám trở lại kết cấu mạ khi nhấc ra khỏibể và gây nhiễm bẩn các bể gia cơng tiếp theo.
Kết cấu bị nổi trên bề mặt dung dịch nên tẩy gỉ kém sẽ ảnh hưởng tới độ bám dính lớp mạ khơng đều.
Bể khơng cĩ hệ thống hút hơi axit nên gây ơ nhiễm mơi trường và ảnh hưởng lớn tới sức khoẻ cơng nhân.
3.3.3.4 Rửa 2
Hình 5: Rửa 2
Rửa hiện trạng đang dùng 2 bể ngược chiều. Do khâu tẩy dầu mỡ và tẩy gỉ cĩ nhiều váng nên kết cấu mang theo dầu mỡ vào tới tận bể rửa và bể trợ dung nên ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm.
Cơng nhân thao tác kém: thời gian rĩc nước rất thấp nên kết cấu mang theo hố chất từ bể axit sang bể rửa làm nhiễm bẩn bể rửa. Từ đĩ dầu mỡ, sắt hồ tan…sẽ lọt vào bể trợ dung làm bể trợ dung nhanh xuống cấp và sinh ra nhiều kẽm cứng khi nhúng.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
3.3.3.5 Nhúng trợ dung
Hình 6: Nhúng trợ dung
Bể trợ dung cĩ nhiều váng dầu cho thấy chất lượng sau tẩy axit và rĩc nước khơng tốt.
Nồng độ chất trợ dung khơng được phân tích thường xuyên nên khơng đảm bảo chất lượng. Theo kết quả phân tích, nồng độ trợ dung quá thấp (Zn2+= 47.93g/l, NH+
4= 15.5g/l).
Bể hoạt động ở nhiệt độ thường nên hiệu quả trợ dung kém.
3.3.3.6 Sấy
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Hiện trạng cĩ bể sấy tận dụng khĩi lị nhưng khi thao tác cơng nhân bỏ qua bước sấy trong bể mà sấy bằng cách treo chi tiết trên bể nhúng nĩng vì vậy lãng phí năng lượng. Thời gian sấy trên bể rất thấp (16 – 18s) nên kết cấu khơng đủ khơ nên khi nhúng sẽ cĩ hiện tượng nổ mạnh làm tổn hao kẽm nguyên liệu.
3.3.3.7 Nhúng kẽm nĩng
Hình 8: Nhúng kẽm nĩng
Bể khơng cĩ che chắn, cĩ hai quạt thổi thẳng vào bề mặt để đuổi khĩi nên tổn thất năng lượng cao, đồng thời sẽ tạo thành nhiều kẽm tro do phản ứng oxi hố giữa kẽm nĩng chảy và oxi trong khơng khí.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Đầu phun dầu FO để đốt khơng tốt nên dầu cháy khơng hồn tồn, cĩ nhiều muội khĩi đen làm tổn thất dầu cao.
Tốc độ nhấc kết cấu quá nhanh (1m/23 giây= 2.6m/phút) gấp 2 lần tốc độ tối ưu (1.2 – 1.5m/phút) nên kẽm rĩc khơng hết khỏi bề mặt mạ gây ra tổn thất kẽm rất cao.
Sau khi nhấc kết cấu ra khỏi bể, cơng nhân di chuyển ngay nên kẽm rĩc khơng kịp rơi sẽ rơi vãi trên sàn và rơi vào bể Crơm nên sẽ gây ra tiêu hao kẽm kim loại và làm hỏng axit của bể Crơm.
Độ nghiêng của kết cấu khi nhấc khơng đủ lớn nên kẽm rĩc khơng hết. Kẽm rĩc chảy vào bể Crơm (khơng thu hồi được kẽm và hỏng bể Crơm do phản ứng kẽm với axit của bể Crơm).
3.3.3.8 Thụ động Crơm
Hình 9: thụ động Crơm
Do cĩ quá nhiều kẽm nĩng bị rơi vào bể nên axit bị phân huỷ dẫn tới thiếu axit cho phản ứng thụ động.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
3.3.3.9 Tháo sản phẩm
Hình 10: Tháo sản phẩm
Thao tác tháo sản phẩm khơng đúng quy cách nên hỏng lớp mạ do kết cấu bị va đập mạnh khi rơi.
3.3.4 Đánh giá sự tuân thủ các thơng số của quy trình mạ kẽm 3.3.4.1 Thơng số kỹ thuật tốt nhất hiện cĩ (BAT)
Bảng 7: Thơng số kỹ thuật tốt nhất hiện cĩ
Bước cơng nghệ BAT
Tẩy dầu mỡ Thành phần dung dịch:
• Kiềm + chất hoạt động bề mặt. • Nhiệt độ: 30 – 70oC • Thời gian: 20 – 40 phút Mức tiêu thụ: • Kiềm: 4 kg/tấn • Nước: 20 lít/tấn • Điện: 44.6 kW/tấn
Rửa Rửa sạch kiềm trên bề mặt kết cấu mạ.
Rửa tốt sẽ giảm tiêu hao axit trong bể tẩy gỉ, giảm lượng nước rửa, tăng chất lượng sản phẩm.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Số lượng bể rửa: 2 bể. Tẩy gỉ Thành phần dung dịch
• Thường dùng HCl 15% (160g/l)
• Chất ức chế ăn mịn: hexametylêntetramin hoặc dibenzylsunfoaxit Mức tiêu thụ: • HCl: 9.2 – 40 kg/tấn (trung bình 20 kg/tấn) • Chất ức chế ăn mịn:0.2 kg/tấn • Nước: 0 – 35 lít/tấn. • Điện: 0 – 25 kW/tấn
Thải bỏ dung dịch khi FeCl2 = 140 – 170 g/l.
Rửa sau tẩy gỉ Rửa theo nguyên tắc ngược chiều, thường dùng 3 bể.
Thời gian rĩc nước cần đủ lớn để hạn chế lượng dung dịch bám theo vào bể sau (lượng bám dính: 5 – 20 lít/tấn cấu kiện).
Rửa và rĩc nước kém sẽ mang Fe vào bể trợ dung và vào bể kẽm nĩng chảy, tạo ra nhiều kẽm cứng.
Cứ 1 gam Fe lẫn vào bể kẽm nĩng chảy sẽ tạo ra 25 gam kẽm cứng. Nhúng trợ dung Thành phần dung dịch: • ZnCl2 = 150 – 300g/l • NH4Cl = 150 – 300 g/l • Tỷ trọng dung dịch: 1.15 – 1.3 g/ml • Sắt hồ tan < 2 g/l
• pH = 4.5. nhiệt độ: 40 – 80oC, thịi gian nhúng: 40 – 60s
Cơ – Điện Tuấn Phương”
• Chất trợ dung: 0 – 3 kg/tấn.
• Nước: 0 – 20 lít/tấn Sấy Nhiệt độ sấy: 150 – 200oC
Thời gian: 8 – 10 phút. Nhúng kẽm nĩng Thành phần bể
• Zn: 98.9%, Pb: 1%, Fe: 0.03%, Al: 0.002%, Cd: 0.02%, các kim loại khác (thiếc, đồng): vết.
• Nhiệt độ: 445 – 465oC (ở trên 480oC bể sẽ bị phá huỷ rất nhanh)
Mức tiêu thụ:
• Kẽm: 20 – 200 kg/tấn (trung bình 75 kg/tấn).
• Năng lượng: 180 – 1000 kW/tấn. Tốc độ nhấc kết cấu: 1.2 – 1.5 m/phút.
Thụ động Crơm CrO3: 10 – 15 g/l; H2SO4: 0.5 ml/l; HCOOH: 24 ml/l Nhiệt độ: 25 – 60oC, thời gian: 5-10s.
Nguồn: TTSXSVN
3.3.4.2 Đánh giá
3.3.4.2.1 Nhiệt độ quy trình:
Nhiệt độ quy trình là 1 thơng số chất lượng của quá trình sản xuất và cĩ ý nghĩa đặc biệt quan trọng ảnh hưởng tới các đặc tính của lớp mạ như độ bám dính, độ đồng đều và hình thức của lớp mạ, khả năng chống ăn mịn…
Hiện tại, tất cả các bể đều hoạt động ở nhiệt độ thường nên hiệu quả xử lý bề mặt sẽ khơng cao.
Nhiệt độ bể kẽm nĩng chảy hiện tại đang được kiểm sốt tốt.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Các bể cĩ các chức năng và mục đích khác nhau như chứa dung dịch, chứa hố chất, tiết kiệm nhiệt, thu gom bụi…Trong sơ đồ, cần tính đến khả năng rị rỉ, hư hỏng (an tồn vận hành). Độ dày thành bể phù hợp và gia cố chắc chắn là những yêu cầu cơ bản. Những bể làm bằng thép tấm hiện tại cho thấy khả năng chịu lực kém, khơng được gia cố. Mặt bằng quá chật hẹp khĩ cĩ thể bố trí lại các bể hợp lý.
3.3.4.2.3 Hút khí, nguy hiểm đến sức khoẻ
Dây chuyền khơng trang bị thiết bị hút khí ở các vị trí cần thiết. Các mù khí, khĩi bụi lị nhúng nĩng độc hại cĩ thể ảnh hưởng tới cơng nhân.
3.3.4.2.4 Thời gian rĩc nước
Thời gian rĩc nước thích hợp sẽ giảm lượng dung dịch bám theo kết cấu cần mạ (giảm tới 50%) và giảm tiêu thụ hố chất xử lý bề mặt, nhờ đĩ giảm nhẹ cơng việc xử lý nước thải.
Trong dây chuyền xử lý bề mặt hiện tại, do cơng nhân khơng tuân thủ quy trình rĩc nước nên lượng dung dịch bám theo kết cấu rất nhiều, gây tổn thất hố chất và lẫn nhiều tạp chất giữa các bể. Kết quả là chất lượng sản phẩm rất kém.
3.3.4.2.5 Nồng độ hố chất
Thành phần của hố chất phải nằm trong khoảng nhất định. Trong phần lớn các trường hợp, các giá trị này do các nhà cung cấp quy trình thiết lập. Để biết được nồng độ của các hố chất trong dung dịch xử lý bề mặt, nhất thiết phải phân tích hợp lý.
3.3.4.3 Tác động mơi trường
Sàn nhà của xưởng mạ là khu vực ướt và luơn luơn cĩ hỗn hợp đậm đặc hố chất độc hại đổ tràn ra. Những hố chất này cĩ thể thấm qua sàn nhà, xuống đất và làm nhiễm bẩn nước ngầm.
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Giả sử rằng hiện đất đã bị nhiễm bẩn nặng. Theo kinh nghiệm từ các nước Châu Âu, khử nước đã bị nhiễm bẩn hố chất sẽ rất tốn kém và cĩ thể phải ngừng dây chuyền. Nước ngầm bị nhiễm bẩn với kim loại nặng sẽ gây ảnh hưởng nặng nề tới chất lượng nước uống và sức khoẻ con người.
Chỉ những sàn nhà kín (gạch lát, bê tơng) và chủ yếu là sàn nhà khơ ráo mới ngăn được nước thấm. Vì vậy, cần giữ sạch khu vực ướt của dây chuyền, chẳng hạn như sử dụng hệ thống ống hoặc kênh nối với hệ thống xử lý nước thải.
3.4 Phân tích mức độ tụt hậu về cơng nghệ
3.4.1 Các định mức
Dưới đây là các định mức điển hình của các quy trình mạ kinh tế và tiên tiến theo các dây chuyền của Châu Âu.
3.4.1.1 Chất lượng và các tiêu chí rửa
Để tránh các trục trặc về chất lượng, chất lượng nước rửa trong bước rửa cuối ngay trước quy trình mạ tiếp theo phải rất sạch. Chất lượng rửa chính xác phụ thuộc vào mức độ nhạy của quy trình mạ và cĩ thể hỏi ý kiến nhà cung cấp quy trình. Các định mức quốc tế về chất lượng rửa như sau:
Ion kim loại 10 – 20 mg/l.
Xyanua 10 – 20 mg/l
Kiềm pH < 9.5
Axit pH > 3.5
Sử dụng hệ thống bể rửa tràn sẽ mang lại chất lượng rửa cao và chỉ tốn ít nước.
3.4.1.2 Tiêu thụ nguyên liệu và năng lượng
Theo số liệu cung cấp của cơng ty cho thấy:
• Tiêu thụ axit HCl: 20.4 lít/tấn sản phẩm (số liệu trung bình từ tháng 6 – tháng 11/2007).
Cơ – Điện Tuấn Phương”
• Tiêu thụ kẽm: 80.5 kg kẽm/tấn sản phẩm.
• Tiêu thụ dầu FO: trung bình tiêu thụ dầu từ tháng 3 đến tháng 7/2007: 53.88 lít/tấn sản phẩm, trung bình tiêu thụ dầu từ tháng 8 đến tháng 12/2007: 36.34 lít/tấn SP.
Từ các số liệu này cho thấy:
• Lượng tiêu thụ axit HCl nằm trong khoảng cho phép. Tuy nhiên vẫn cịn tiềm năng giảm tiêu thụ axit HCl nếu kiểm sốt cơng nghệ tốt.
• Tiêu thụ kẽm tương đối ổn định. Tiềm năng giảm tiêu thụ kẽm rất lớn (ước tính cĩ thể giảm 10 – 15% tiêu thụ kẽm).
• Tiêu thụ nhiên liệu đang cĩ xu hướng giảm dần chứng tỏ cơng ty đã cĩ nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả. Nếu áp dụng các cơng nghệ mới sẽ cĩ thể cĩ khả năng giảm nhiều hơn tiêu thụ nhiên liệu FO.
Hình 11: Đồ thị theo dõi tiêu thụ kẽm/tấn
Tiêu thụ kẽm/tấn 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Mẻ Kg k ẽm /ta án
Cơ – Điện Tuấn Phương”
Hình 12: Đồ thị theo dõi tiêu thụ dầu FO
3.4.1.3 Chất lượng sản phẩm
Trong quá trình nghiên cứu, cĩ thể tìm thấy rất nhiều quy trình cĩ các thơng số nằm ngồi khoảng biến thiên cho phép. Giải pháp duy nhất đê nâng cao chất lượng sản phẩm là duy trì tất cả các thơng số của quy trình trong khoảng thích hợp. Do đĩ, rất cần quy trình mạ phù hợp với các thiết bị tiên tiến.
3.4.1.4 An tồn và sức khoẻ