Chương 4: Áp dụng cân bằng vật chất và năng lượng vào sản xuất sạch hơn

TRẦN NGUYỄN HỒNG PHÚCHÀ THỊ PHƯỚCTRẦN THÚC NHÂN NHĨM 4 TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.1 4.2 4.3 CHƯƠNG 4:ÁP DỤNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG VÀO SẢN XUẤT SẠCH HƠN 4.1 TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 4.1.1 Khái niệm: Cân bằng vật chất và năng lượng thực chất là công cụ thống kê ghi lại một cách định lượng nguyên liệu và năng lượng sử dụng tại mỗi công đoạn sản xuất. Cân bằng vật chất và năng lượng đối với đánh giá SXSH là cân bằng có số liệu tin cậy về tổn thất nguyên nhiên liệu đi theo dòng thải. Căn cứ trên số liệu cân bằng và kiểm chứng trong phần đặc trưng dòng thải ta sẽ có số liệu về chi phí mất theo dòng thải. Cân bằng vật chất có thể được thể hiện dưới một trong hai hình thức sau: + Cân bằng tổng thể: Dùng cho tất cả các dòng nguyên liệu vào dây chuyền sản xuất. Cân bằng được tiến hành qua từng công đoạn với sự biến đổi của tất cả các thành phần tham gia vào dây chuyền sản xuất. + Cân bằng từng phần: Chỉ dùng cho một loại nguyên liệu hoặc từng phần có giá trị. Theo dõi biến đổi của từng phần này trên mỗi công đoạn. Nhằm định lượng tổn thất vật liệu và năng lượng của từng quá trình rồi tập hợp cho cả dây chuyền sản xuất. Trên cơ sở các số liệu đã tính toán, thông thường nhóm SXSH lựa chọn và đề xuất các cơ hội SXSH, sắp xếp theo thứ tự ưu tiên. Đồng thời, thực hiện số liệu nền cho tình hình sản xuất hiện tại. Add Your Text 4.1 TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 4.1.2 Mục đích 4.1 TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 4.1.3 Tầm quan trọng - Cân bằng vật chất và năng lượng không chỉ được dùng để xác định đầu vào và đầu ra mà còn có y ùnghĩa kinh tế liên quan đến chi phí cho dòng thải. - Cân bằng vật chất đóng vai trò quan trọng trong đánh giá SXSH vì nhờ đó có thể định lượng các mất mát hoặc phát tán chưa biết. Cân bằng vật chất còn hỗ trợ việc đánh giá chi phí dòng thải. 4.2.1 Nguyên tắc - Nguyên tắc cơ bản của cân bằng vật chất là nguyên liệu đi vào dây chuyền sẽ phải ra khỏi dây chuyền sản xuất ở một điểm nào đó, dưới một hình thức nào đó. - Phương trình cân bằng vật chất được thể hiện như sau: ∑ Vật chất vào = ∑ Vật chất ra + ∑ Tổn thất - Cân bằng vật chất được dựa trên các số liệu có được bằng phương pháp tính toán lý thuyết hay các số liệu có được bằng phương pháp đo đạc thực tế sản xuất hoặc kết hợp cả hai phương - Lập kế hoạch đo đạc số liệu đầu vào và đầu ra cho một ngày sản xuất, ghi lại lượng tiêu thụ các dòng thải cho một thời gian. - Lập bảng các thông số đầu vào và đầu ra đối với vật chất điển hình, đại diện được đo đạc. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT Ví dụ: 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.2 Chuẩn bị sơ đồ quá trình sản xuất Với quy mô sản xuất lớn hoặc triển khai SXSH mang tính thí điểm, dây chuyền sản xuất chi tiết sẽ được xây dựng cho khu vực được chọn để triển khai. Cần thực hiện cụ thể các bước sau: - Xem xét các công đoạn sản xuất. - Thu thập thông tin toàn bộ qui trình sản xuất. - Mặt bằng nhà máy, hệ thống cấp thoát nước, thông gió, khu vực vận chuyển nguyên vật liệu. - Điều kiện vận hành, điểm xả thải, sự cố,… - Điều kiện làm việc giữa các ca vận hành,… - Các thông tin phải được vẽ, viết theo từng hồ sơ hoặc bảng riêng. 4.2.3. Xây dựng sơ đồ qui trình sản xuất 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Nối các công đoạn sản xuất với nhau dưới dạng sơ đồ khối - Các hoạt động trung gian có thể phân biệt bằng các đường kẻ đứa đoạn - Các qui trình sản xuất phức tạp nên chuẩn bị sơ đồ chính. Sau đĩ vẽ sơ đồ chi tiết cho từng khu vực ra. - Lưu ý đến chất thải phát sinh dễ ngăn ngừa hoặc giảm thiểu - Xác định dòng nguyên liệu đầu vào và xác định đầu ra của quy trình sản xuất 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT Hình 4.1. Dòng nguyên liệu đầu vào và đầu ra của một qui trình sản xuất 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT Hình 4.2. Sơ đồ qui trình sản xuất bia 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4. Các bước cân bằng vật chất Bước 1: Xác định đầu vào. Bước 2: Ghi chép tiêu thụ nước. Bước 3: Tính toán lượng chất thải hiện tại. Bước 4: Lượng hóa dầu ra của qui định. Bước 5: Tính toán lượng nước thải. Bước 6: Tính toán lượng khí thải. Bước 7: Tính toán lượng chất thải đưa ra ngoài địa điểm sản xuất Bước 8: Tổng hợp thông số đầu vào, đầu ra cho các công đoạn sản xuất Bước 9: Thành lập cân bằng vật chất sơ bộ cho từng cơng đoạn sản xuất Bước 10: Đánh giá cân bằng vật chất. Bước 11: Hoàn thiện cân bằng vật chất. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.1. Xác định đầu vào - Lượng hóa việc sử dụng nguyên liệu qua xem xét sổ sách ghi chép về việc mua bán nguyên liệu – tiêu hao nguyên liệu lớn là do lưu kho và vận chuyển nhiên liệu. - Sổ sách ghi chép các nguyên liệu được mua để xác định tổng đầu vào của qui trình. - Ghi chép tất cả vấn đề liên quan đến lưu kho và xử lý nguyên liệu thô - Nếu thông tin chính xác về tỷ lệ tiêu thụ nguyên liệu thô cho từng đơn vị không thể đếm được thì cần phải cân đo xác định được giá trị trung bình. - Việc đo lường cần phải được tiến hành trong một khoảng thời gian thích hợp * Đối với nguyên liệu rắn: - Xác định bao nhiêu kiện được lưu vào kho đầu tuần hoặc trước khi đơn vị sản xuất vận hành - Cân thử một vài kiện và kiểm tra đơn ghi chép về các * Đối với nguyên liệu lỏng: - Cần kiểm tra dung lượng của bể chứa và hỏi nhân viên vận hành xem bể chứa đầy trong thời gian ngắn nhất - Tính dung tích bể. - Kiểm tra mực nước trong bể và số lượng bể trong nhà máy. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.2. Ghi chép tiêu thụ nước Đánh giá sử dụng nước cho từng đơn vị: - Xác định nguồn nước? Nước sông hay nước giếng hoan,hay hồ?.. - Công suất chứa nước tại nhà máy? - Nước được chuyển bằng cách nào? - Lượng nước mưa có quan trọng trên hiện trường không? Mỗi đơn vị sản xuất cần phải xem xét: - Nước dùng làm gì cho mỗi đơn vị? Để làm nguội cọ rửa, tráng, làm ẩm kho nguyên liệu, bão dưỡng chung, ngâm nhúng, làm nguội... - Tần suất sử dụng. Lượng nước sử dụng cho một lần. Các vấn đề cần quan tâm: Quản lý chặt chẽ việc sử dụng nước có thể giảm được lượng nước thải cần phải xử lý và tiết kiệm được chi phí. Chú ý đến các thông lệ bảo dưỡng tốt hằng ngày để có thể giảm được lượng nước sử dụng và giảm được lượng nước thải ra cống thoát nước. Chí phí chứa nước thải để dùng cho việc tái sử dụng có thể ít hơn là chi phí xử lý nước thải và tiêu hủy. Tái sử dụng. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.3. Tính toán lượng chất thải hiện tại Một số chất thải có thể chuyển sang sử dụng trực tiếp vào sản phẩm và có thể chuyển sang cho các đơn vị khác sử dụng. Các loại chất thải khác cần có sự thay đổi trước khi chúng có thể tái sử dụng cho một qui trình sản xuất. Dòng nước thải tái sử dụng này cần phải được lượng hóa. Việc tái chế hay tái sử dụng chất thải có thể làm giảm lượng nước ngọt và nguyên liệu thô cho một qui trình sản xuất. Trong khi xem xét đầu vào cho một đơn vị hãy nghĩ đến khả năng tái sử dụng và tái chế đầu ra của các hoạt động của đơn vị khác. Cơ sơ û cần tính toán Đầu ra bao gồm: Sản phẩm chính bán thành phẩm, nước thải, khí thải, chất lỏng thải, chất rắn cần được chứa hoặc vận chuyển ra ngoài nhà máy để tái sử dụng hay tái chế, có thể dùng bảng thống kê thông tin đầu ra. Điều quan trọng là xác định đơn vị đo lường. Đầu ra của qui trình sản xuất Đánh giá tổng sản phẩm chính hoặc sản phẩm phụ. Nếu sản phẩm được đưa ra ngoài nhà máy để bán, thì tổng sản phảm phải được ghi chép trong sổ hồ sơ của công ty. Nếu sản phẩm được sử dụng là bán sản phẩm, nguyên liệu đầu vào của một qui trình sản xuất khác thì đầu ra không thể lượng hóa một cách dễ dàng. Tỷ lệ sản xuất phải được tính trong một khoảng thời gian tương tự như vậy, việc lượng hóa bất cứ bán thành phẩm nào cũng yêu cầu đo lường đầy đủ. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.4 Lượng hóa đầu ra của qui định Điều cực kỳ quan trọng là phải biết được bao nhiêu nước thải chảy vào cống thoát nước và nước thải đó có chứa những gì. Các dòng nước thải từ mỗi công đoạn sản xuất và từ nhà máy phải được định lượng và lấy mẫu phân tích. Xác định nguồn thải Xác định nơi hội tụ của các dòng chảy từ các công đoạn sản xuất vào dòng thải của toàn nhà máy. Lập kế hoạch chi tiết cho chương trình quan trắc và cố gắng lấy mẫu thật cẩn thận trong điều kiện hoạt động khác nhau của toàn bộ qui trình sản xuất. Các thông số cần xác định: Các thông số cần phân tích bao gồm: pH, nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), cặn lơ lửng, chất dầu mỡ. Các thông số khác cần đo phụ thuộc vào nguyên liệu thô đầu vào. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.5 Tính toán lượng nước thải Khi tính toán lượng thải điều quan trọng là phải xem xét các loại khí thải tiềm năng và thực tế liên quan đến từng đơn vị sản xuất, từ kho chứa nguyên liệu đến kho chứa thành phẩm. Khí thải không phải lúc nào cũng nhìn thấy rõ và có thể rất khó đo, tuy nhiên ta cũng có thể đo khí thải qua lỗ thoát bằng miệng túi. Nơi nào không thể đo được thì ước tính bằng việc sử dụng thông tin sẵn có. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.6 Tính toán lượng phát thải Quá trình sản xuất đôi khi thải ra những chất không thểxử lý tại chỗ mà phải chuyên chở tới nhà máy xử lý hoặc đến điểm thải quy định. Chất thải loại này thường là chất thải dạng lỏng không có cặn lắng, bùn thải hoặc là chất rắn. Thường chi phí xử lý và chuyên chở các chất thải rất cao, vì vậy giảm thiểu các chất thải này sẽ đưa lại hiệu quả trực tiếp và thiết thực. Đo số liệu và ghi thành phần bất cứ loại chất thải nào liên quan đến quy trình nghiên cứu cần phải mang ra thải bỏ bên ngoài. Nên đưa tất cả số liệu vào bảng. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.7 Tính toán lượng chất thải đưa ra ngoài địa điểm sản xuất Bảng 4.3. Lượng chất thải đưa vào xử lý/thải bỏ (m3/năm hoặc m3/ngày) Để tổng hợp được các thông số đầu vào và đầu ra một cách chính xác, chúng ta cần phải liệt kê tất cả các công đoạn của một quá trình sản xuất, vận chuyển, bảo quản,… Chú ý đặc biệt hơn nữa đến các hoạt động theo chu kỳ như quá trình làm sạch… Đồng thời thu thập số liệu để xác định và định mức công suất, tiêu thụ nguyên liệu. Tổng hợp các thông số đầu vào cho một quá trình bằng tổng đầu ra. Sau đó, chuẩn bị cân bằng vật chất ở những quy mô phù hợp với mức độ cụ thể do nghiên cứu đòi hỏi. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.8 Tổng hợp thông số đầu vào, đầu ra cho các công đoạn sản xuất Các nguồn số liệu cần thiết đề thiết lập cân bằng vật chất: - Báo cáo sản xuất. - Báo cáo tác động môi trường. - Các báo cáo mua vào và bán ra. Các đo đạc trực tiếp tại chỗ. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.9 Thành lập cân bằng vật chất sơ bộ cho từng công đoạn sản xuất Để thiết lập một cân bằng vật chất cần lưu ý đến các yếu tố sau: Đối với từng công đoạn sản xuất, sử dụng số liệu có được để xây dựng cân bằng vật chất. Các số liệu đòi hỏi phải có độ tin cậy, độ chính xác và tính đại diện. Không được bỏ sót bất kỳ dòng thải quan trọng nào như phát thải khí, sản phẩm phụ,… Phải kiểm tra tính thống nhất của các đơn vị đo sử dụng Chú ý rằng cân bằng vật chất thường dùng đơn vị khối lượng vì đơn vị thể tích không phải lúc nào cũng an toàn. Thành phần nào mà đơn vị khối lượng phải chuyển sang đơn vị thể tích thì phải tính đến tỉ trọng của chất lỏng, khí và rắn liên quan. Nguyên liệu càng đắt và độc hại cân bằng phải càng chính xác. Kiểm tra chéo có thể giúp tìm ra những điểm mâu thuẫn. Trường hợp không thể đo được thì phải ước tính một cách chính xác nhất. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.9 Thành lập cân bằng vật chất sơ bộ cho từng công đoạn sản xuất Ví dụ: Cân bằng vật chất và năng lượng cho toàn bộ quá trình sản xuất 1 kg xi măng. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.9 Thành lập cân bằng vật chất sơ bộ cho từng công đoạn sản xuất 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.10 Đánh giá cân bằng vật chất Ở giai đoạn này, phải kiểm tra lại toàn bộ công đoạn sản xuất để tìm ra các thất thoát có thể xảy ra. Thậm chí có thể thu thập lại một vài số liệu. Cân bằng vật chất sơ bộ phải được xem xét đánh giá để xác định các thiếu hụt về thông tin và những điểm không chính xác. Nếu phát hiện ra sự không cân bằng lớn thì phải có những nghiên cứu thêm. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.10 Đánh giá cân bằng vật chất Cân bằng vật đươ ïc đánh giá thông qua đánh giá các yếu tố sau: Đánh giá tính khả thi về kỹ thuật: Để thực hiện đánh giá cân bằng vật chất cần phải đánh giá tác động của cơ hội SXSH dự kiến đến quá trình sản xuất, sản phẩm, tốc độ sản xuất, độ an toàn,… Ngoài ra cũng cần phải liệt kê ra những thay đổi kỹ thuật để thực hiện cơ hội sản xuất này. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.10 Đánh giá cân bằng vật chất Danh mục các yếu tố kỹ thuật để đánh giá: - Chất lượng sản phẩm. - Công suất. - Yêu cầu về diện tích. - Thời gian ngừng sản xuất để lắp đặt. - Tính tương thích với các thiết bị đang dùng. - Các yêu cầu về vận hành và bảo dưỡng. - Nhu cầu huấn luyện kỹ thuật. - Khía cạnh an toàn và sức khỏe nghề nghiệp. 4.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.2.4.11 Hoàn thiện cân bằng vật chất Có thể hoàn thiện cân bằng vật chất bằng cách thêmvào các yếu tố được xác định từ các bước trên. Nếu cần thì ước lượng về thất thoát không tính được có thể sẽ phải tính toán thêm. Trong trường hợp phải có mặt các chất thải từ độc hại đến rất độc hại thì phải chú ý đến sự chính xác của phép đo nhằm thiết kế các biện pháp giảm thiểu chất thải. Sự tổng hợp độ chính xác và tính toàn diện của số liệu đảm bảo thành công của kiểm toán và sau đó là các kế hoạch giảm thiểu chất thải. 4.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.3.1 Nguyên tắc Phương trình cân bằng năng lượng: ∑ Năng lượng vào = ∑ Năng lượng ra + ∑ Năng lượng Tổn thất Ví dụ: Sơ đồ cân bằng năng lượng cho nồi hơi 4.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.3.1 Nguyên tắc Cân bằng năng lượng được áp dụng theo hai định luật sau: * Định luật nhiệt động học thứ nhất: Năng lượng không thể tự sinh ra cũng như không thể tự mất đi. Năng lượng có thể chuyển đổi dạng trong bất kỳ quá trình nào. Ví dụ: quang năng >� điện năng �> cơ năng�> nhiệt năng Năng lượng vào = năng lượng ra + năng lượng biến thành nội năng thành nội năng Sự biến đổi nội năng trong một chất nào đó trọng khối là m sẽ làm biến đổi nhiệt độ của chất đo �T: Biến đổi nội năng = m.C. �T C: Tỉ nhiệt của chất, là lượng nhiệt cần thiết để nâng một đơn vị khối lượng chất đó lên 1oC.( kcal/kgoC), (kJ/ kgoC) 4.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.3.1 Nguyên tắc * Định luật nhiệt động học thứ hai: : Không thể có thiết bị máy móc nào đạt được hiệu suất100%, bao giờ cũng có một phần tổn thất năng lượng. Ví du ï: Trong nhà máy nhiệt điện, động cơ nhiệt sẽ tiếp nhận nhiệt từ nguồn có nhiệt độ cao (lò hơi), biến một phần nhiệt điện đó thành công (phát điện) và thải một phần nhiệt qua hệ thống nước làm mát với nhiệt độ thấp hơn rồi thải nhiệt ra sông hay vào khí quyển. Hiệu quả sử dụng năng lượng của nhà máy nhiệt điện về cơ bản phụ thuộc của nguồn cấp nhiệt và nhiệt độ nước làm mát thải nhiệt. 4.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.3.1 Nguyên tắc Th: Nhiệt độ hơi nước nóng (oK) Tc: Nhiệt độ nước làm mát (oK) Qh: Lượng nhiệt truyền đến động cơ W: Phần năng lượng nhiệt truyền đến động cơ QC: Phần nhiệt thải theo nước làm mát 4.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.3.1 Nguyên tắc Hiệu suất của thiết bị: Theo kết quả nghiên cứu cho thấy Ta thấy, do Tc không thể bằng 0 nên hiệu suất khôngthể bằng 100%. 4.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.3.2 Kiểm toán năng lượng (KTNL) Sử dụng năng lượng một cách hiệu quả có tầm quan trọng ngày càng lớn trong bối cảnh thị trường cạnh tranh hiện nay. Tại các nươc đang phát triển, năng lượng được sử dụng kém hiệu quả hơn so với các nước đã có nền kinh tế phát triển. Điều đó nghĩa là cơ hội để TKNL ở các nước đang phát triển lớn hơn nhiều so với các nước phát triển vì hầu hết các hệ thống thiết bị sử dụng năng lượng đã quá cũ và công nghệ còn lạ chậu Việc sử dụng năng lượng không hiệu quả và lãng phí đồng nghĩa với việc gia tăng chi phí sản xuất và giảm sức cạnh tranh của các sản phẩm đưa ra thị trường. Một trong những nguyên nhân chính là nhận thức chưa đầy đủ của lãnh đạo doanh nghiệp, ý thứ c “lố i mò n” của công nhân vận hành hoặc là do sự đầu tư trang thiết bị theo hướng chắp vá, theo hướng không đồng bộ... ngoài ra, sử dụng năng lượng không hiệu quả và lãng phí còn làm tăng sự phát sinh rác thải, gây ô nhiễm môi trường. Thank You! Add Your Company Slogan