Thiết kế lò nấu thủy tinh y tế năng suất 10 tấn sán phẩm thủy tinh ống trong ngành dượcngày đêm
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (784.19 KB, 21 trang )
LỜI MỞ ĐẦU
Nhằm phát huy thế mạnh của đất nước về tài nguyên và khoáng sản thì bên
cạnh sự phát triển của những ngành công nghiệp khác, ngành công nghiệp silicat
đã ra đời từ rất lâu và đang ngày càng khẳng định vị thế của mình qua các giai
đoạn.
Công nghệ silicat là ngành công nghiệp tương đối rộng sản xuất các loại vật
liệu gốm sứ xây dựng, sành sứ, vật liệu chịu lửa, thủy tinh xây dựng, thủy tinh y
tế, thủy tinh mỹ nghệ, thủy tinh dân dụng, các loại ximăng, chất kết dính…Công
nghiệp silicat đã và đang giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế của đất nước,
nhất là trong giai đoạn hiện nay nước ta chính thức trở thành thành viên của tổ
chức thương mại lớn nhất thế giới (WTO).
Thủy tinh là loại vật liệu lịch sử tồn tại hàng ngàn năm được dùng rộng rãi
trong nhiều lĩnh vực của đời sống . Hiện nay ngành sản xuất thủy tinh trong nước
còn non trẻ, đặc biệt là thủy tinh ống, các cơ sở sản xuất thủy tinh ống ở nước ta
không nhiều, trong khi đó nhu cầu tiêu thụ trong nước và thị trường xuất khẩu
trong giai đoạn hội nhập rất cao, các sản phẩm thủy tinh ống sản xuất ra mỗi năm
chưa đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng tăng của nhân dân. Hiện nay để tận dụng
nguồn nhân lực dồi dào cũng như nguồn tài nguyên phong phú sẵn có, Đảng và
nhà nước ta đang có nhiều kế hoạch đầu tư xây dựng thêm nhiều nhà máy sản xuất
thủy tinh ống với công nghệ tiên tiến hiện đại, nâng cao chất lượng của sản phẩm,
mở rộng thị trường, giải quyết việc làm cho người lao động, tăng thu nhập kinh tế
đóng góp vào công cuộc đi lên CNH-HĐH của đất nước.
Từ thực tế nói trên tôi được bộ môn CNHH & vật liệu - khoa Hoá kỹ thuật
và cô giáo hướng dẫn Dương Thị Hồng Phấn giao nhiệm vụ làm đồ án với đề tài
“Thiết kế lò nấu thủy tinh y tế năng suất 10 tấn sán phẩm thủy tinh ống trong
ngành dược/ngày đêm” nhằm mục đích tìm hiểu thực tế, nâng cao kiến thức đã
được học để sau này có thể hoà nhập tiếp cận nhanh với thực tế khi làm việc tại
các nhà máy lớn.
Trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, ngoài ra
kiến thức có một phần còn giới hạn, do đó rất mong nhận được sự giúp đỡ, hướng
dẫn tận tình của thầy cô giáo, cùng với sự góp ý của bạn bè để đồ án này được
hoàn thiện một cách tốt nhất.
1
Chương 1: LUẬN CHỨNG KINH TẾ KẾ HOẠCH
1.1. Nhu cầu xã hội
Nghị quyết đại hội VIII của Đảng cộng sản Việt Nam đã khẳng định từ nay
đến năm 2020 là giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước nhằm
đưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp. Đó là quá trình chuyển đổi
căn bản toàn diện các hoạt động kinh tế, xã hội từ sử dụng sức lao động thủ công
là chính sang sử dụng một cách phổ biến sức lao động cùng với công nghệ,
phương tiện và phương pháp tiên tiến, hiện đại tạo ra năng suất lao động xã hội
cao. Thực chất quá trình này là tạo ra những tiền đề cần thiết về vật chất, kỹ thuật,
con người, công nghệ _ những yếu tố cơ bản của lực lượng sản xuất hiện đại.
Trong những năm trở lại đây, kinh tế đất nước ta ngày càng đi lên, tiêu biểu là sự
kiện nước ta chính thức gia nhập vào tổ chức thương mại WTO mở ra cho ngành
sản xuất trong nước một thị trường rộng lớn đầy tiềm năng và việc hướng xuất
khẩu ra nước ngoài là rất khả quan. Do vậy, trong tương lai các sản phẩm thủy tinh
ống sản xuất trong nước không thể đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng tăng đó. Ở nước
ta hiện nay có rất ít các cơ sở sản xuất thủy tinh ống, đặc biệt đối với khu vực
Miền Trung vẫn chưa có nhà máy thủy tinh nào, do đó việc xây dựng nhà máy sản
xuất thủy tinh ống tại Miền Trung là cần thiết.
1.2. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy
Khi lập dự án xây dựng nhà máy mới thì khâu lựa chọn địa điểm là rất quan trọng,
là một trong những yếu tố quyết định đến sự sống còn của nhà máy. Để xây dựng
một nhà máy sản xuất thủy tinh ống tại Miền Trung thì khu công nghiệp Chu Lai -
Quảng Nam rất thuận lợi bởi các lý do sau:
!"#$$%$&'($)*+$,
Thị trường tiêu thụ là một vấn đề cần đặt ra đầu tiên trước khi muốn xây
dựng một nhà máy, nó gắn liền với nhu cầu sử dụng. Miền Trung và Tây Nguyên
là một khu vực đang trên đà phát triển cơ sở hạ tầng rất rầm rộ, có nhiều khu công
nghiệp, khu đô thị đã và đang hình thành như: khu đô thị Phú Mỹ An-Đà Nẵng,
khu đô thị Điện Nam- Điện Ngọc, khu kinh tế mở Chu Lai-Quảng Nam, khu chế
xuất Dung Quất-Quảng Ngãi… đặc biệt gần trung tâm đô thị loại một Đà Nẵng.
Đó là một thị trường rất tiềm năng và hấp dẫn.
+ /012301)451
Quảng Nam là một tỉnh nông nghiệp nên lực lượng lao động rất dồi dào nên
việc xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Chu Lai là điểm thu hút và giải quyết
một lượng lớn lao động cho tỉnh nhà và các tỉnh thành lân cận.
Đội ngũ kỹ thuật được cung cấp từ trường ĐHBK Đà Nẵng và trường CĐ
Công Nghệ Đà Nẵng.
Độ ngũ quản trị kinh doanh, marketing được cung cấp từ trường ĐHKT Đà
Nẵng.
6 ++7*)*-)+
Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất thủy tinh là cát Thăng Bình và vận
chuyển về nơi sản xuất bằng ô tô rất thuận lợi.
Các nguyên liệu phụ: Tràng Thạch, sô đa, K
2
CO
3
, BaCO
3
, Borat ….được
mua ở trong nước hay nhập khẩu từ nước ngoài.
Nhiên liệu dầu được mua ở nhà máy lọc dầu Dung Quất.
2
8)!+9))./$2:$;)
Nhà máy đặt tại Quảng Nam có ưu điểm lớn về giao thông vận tải, vì có thể
sử dụng cả 3 phương tiện giao thông: đường thuỷ, đường bộ, đường sắt, đặc biệt
đường sắt và đường biển có giá thành vận chuyển thấp nhất, do đó ta có thể hạ
thấp giá thành sản phẩm một cách hợp lý, mặt khác nhà máy đặt tại đây có thể
giảm bớt chi phí đầu tư vì không phải thiết lập hệ thống giao thông riêng cho nhà
máy.
<)!+9)$=)*
Khu vực miền Trung nói chung và Quảng Nam nói riêng chịu ảnh hưởng
của nhiệt đới gió mùa. Từ tháng 2 đến tháng 8 là mùa khô, tháng 9 đến tháng 12 là
mùa mưa kéo dài.
Nhiệt độ trung bình là 26
0
C.
Độ ẩm tương đối trung bình là 81 %.
Lượng mưa trung bình 2277.7 mm/năm.
Hướng gió chủ đạo trong năm là hướng Đông- Nam.
Từ việc phân tích các điều kiện trên thì việc cho ra đời và phát triển nhà máy sản
xuất thủy tinh ống là cần thiết. Không những đáp ứng nhu cầu thị trường mà còn
nhiều lợi ích xã hội khác.
3
Chương 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu chung về thủy tinh
Thuỷ tinh là loại vật liệu không thể thiếu trong xây dựng và trong hoàn
thiện các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng. Loại vật liệu tuy bình
thường nhưng cung rất diệu kỳ này có mặt ở mọi nơi. Những tấm thuỷ tinh trong
suốt hay nhuộm màu, những ô cửa ở các loại toa xe, các lối đi từ nhà này sang nhà
khác, những dụng cụ chai lọ ở gia đình và trong phòng thí nghiệm, những đèn
lung linh các loại, những kính thiên văn và hiển vi…….
Thuỷ tinh đã được biết đến từ 4000 năm về trước thế kỷ 20 ở vùng Trung
Cận Đông. Từ Trung Cận Đông sản xuất thuỷ tinh đã được lan truyền sang Ý, rồi
sau đó sang các nước Châu Âu như Pháp, Tây Ban Nha, Đức, Nga, Anh. Nhờ giao
thương và cũng do chiến tranh lâu dài giữa Ai Cập với La Mã mà kẻ chiến thắng
là Ý đã mang tù binh và công nghệ về nước mình.
Ở Châu Á, Trung Quốc là một trong những cái nôi phát triển văn hoá và
khoa học sớm nhất. Nền kỹ thuật kim loại và gốm phát triển sớm hơn cả ở các
nước Châu Âu
Sản phẩm thuỷ tinh nhận được có thể tạo hình bằng các cách sau: thổi, ép
đập, ly tâm, cán, kéo. Phương pháp gia công thổi thuỷ tinh có lịch sử lâu đời nhất,
cho đến ngày nay người ta vẫn sử dụng rộng rãi để tạo hình những sản phẩm rỗng,
có hình dáng từ đơn giản đến phức tạp như bóng đèn, chai lọ, đèn ….
Trải qua nhiều giai đoạn lịch sử cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật,
ngành sản xuất thủy tinh hiện nay đã tương đối hoàn thiện về công nghệ, thiết bị
hiện đại, đa dạng về mẫu mã, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
2.2. Sơ lược về sản phẩm thủy tinh y tế
Thủy tinh y tế (hay còn gọi là thủy tinh ampun) là loại thủy tinh dùng để
bảo quản các loại thuốc trong ngành y tế. Thủy tinh được thành chai, lọ, ống để
bảo quản thuốc ở dạng viên, dạng bột hay dạng lỏng.
Yêu cầu của thủy tinh y tế: Các thành phần hóa của thủy tinh không được
tương tác với các thành phần hóa học của thuốc, làm thay đổi tính chất của thuốc,
…Do đó, tất cả các loại thuốc tiêm dưới da đều phải chứa trong dụng cụ làm từ
thủy tinh trunh tính.
Đặc điểm của thủy tinh ampun là không thôi kiềm khi tiếp xúc với thuốc,
không được chứa các ôxyt kim loại nặng như: PbO, ZnO, Sb
2
O
3
và As
2
O
3
.
Thủy tinh ampun được sử dụng nhiều nhất là thủy tinh ít kiềm, chứa nhiều
Al
2
O
3
và B
2
O
3
.
Sau khi sản xuất thành ống để gia công thành ampun phải kiểm tra lại tính
chất của thủy tinh: Cho thuốc vào ampun và giữ rất lâu mà thuốc không bị biến
chất và kết tủa hoặc cho dung dịch phenolphtalein vào ampun và giữ trong khoảng
2 giờ ở 120
0
C dung dịch vẫn trong suốt (không có màu)
Bảng 2.1: Thành phần hóa của một vài thủy tinh ampun
Số hiệu SiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
+ Fe
2
O
3
CaO K
2
O Na
2
O
1 72,5 6,0 4,0 7,0 2,5 9,0
2 66,5 6,0 11,0 8,0 2,0 6,5
4
2.3. Sự khác nhau giữa thủy tinh ống trong ngành dược và trong điện chiếu
sáng
Do tính chất sử dụng khác nhau nên có sự khác nhau tính chất hóa lý. Do
vậy thành phần nguyên liệu, công nghệ sản xuất cũng khác nhau thể hiện qua bảng
sau:
Thủy tinh ống trong ngành dược Thủy tinh ống trong điện chiếu sáng
Sử dụng ở điều kiện thường (nhiệt độ
không khí, áp suất khí quyển, không có
độ chân không) nên không có các điều
kiện: hệ số dãn nở nhiệt, độ nhớt, tính
cách điện, không thấm khí
Hệ số dãn nở của kim loại và thủy tinh
phải tương thích nhau
Độ bền hóa cao Độ bền hóa cao,cách điện tốt, chịu được
nhiệt độ cao
Không phản ứng với thuốc Không được thấm khí
2.4. Giới thiệu phương pháp sản xuất và chọn mặt hàng
8>?-@
Trong công nghệ sản xuất thủy tinh phổ biến dùng lò bể hoặc lò nồi
8A@)
• Ưu điểm: Trong quá trình nấu, thủy tinh được tạo thành lần lượt qua các
giai đoạn: tạo silicat, tạo thủy tinh, khử bọt, đồng nhất và làm lạnh. Vì vậy thích
hợp để nấu thủy tinh quang học chất lượng cao, thủy tinh bóng đèn, thủy tinh nghệ
thuật và các loại thủy tinh đặc biệt khác.
• Nhược điểm: Lò nồi thường có năng suất không cao và không kinh tế. Tại
nồi của lò tất cả quá trình nấu và gia công thủy tinh đều tiến hành lần lượt theo chu
kỳ. Sau khi gia công xong mẻ thứ hai, các quá trình nấu, khử bọt và gia công lại
tiếp tục.
8 A@5B
• Ưu điểm: Kinh tế, năng suất cao, dễ cơ khí và tự động hóa. Lò có thể làm
việc liên tục hay gián đoạn căn cứ theo buồng hồi nhiệt sử dụng.
• Nhược điểm: Sự phân bố nhiệt độ không đều của khối thủy tinh trong bể nấu
nhưng ta có thể điều chỉnh được.
Từ những ưu nhược điểm của mỗi loại ta chọn lò bể liên tục để nấu thủy tinh
ống y tế. Ở đây ta chọn lò bể liên tục cở nhỏ với năng suất 10 tấn sản phẩm/ngày
đêm.
8 )C)$)+D'EDD
• >D'EDD$F/GH;DI"$J7$)
1. Phương pháp kéo.
- Kéo đứng có thuyền.
- Kéo đứng không thuyền.
- Kéo ngang.
- Kéo nổi.
- Kéo sợi, ống, đũa.
2. Phương pháp cán:
- Cán gián đoạn.
5
- Cán liên tục.
3. Phương pháp ép.
4. Phương pháp đúc.
5. Phương pháp li tâm.
6. Phương pháp thổi.
7. Phương pháp tạo hình bằng cách kết hợp các phương pháp
• 'EDD$F/GH;DI"$J7$)K
Ống thủy tinh có thể được tạo hình bằng phương pháp thủ công. Hiện nay
phổ biến hơn là phuơng pháp kéo tự động bằng máy, có thể kéo ngang, kéo đứng
hay kéo đứng ngang. Do đặc điểm vốn có của thủy tinh là sức căng bề mặt lớn nên
nó sẽ tự co lại tạo bề mặt rất phẳng.
'EDD9L/0M
G 8: E09L/0M
1. Tạo mồi ban đầu 2. Bắt đầu kéo 3. Quá trình kéo ổn định 4. Thiết bị tạo
mồi
5. Ống dẫn khí nén 6. Ống thủy tinh
Với phương pháp này có thể kéo ống dài với đường kính từ 50-200 mm.
Thủy tinh chảy vào buồng đốt, ở đáy có đặt một ống sămôt quay quanh trục thẳng
đứng, ống sămôt có kênh đứng để dẫn khí nén.
Ống được tạo thành sau khi nhúng mồi vào khối thủy tinh rồi kéo lên phía
trên. Quanh ống cũng tạo ra một củ hành để kéo dần thành ống hình trụ.
Trong quá trình kéo, ống được làm lạnh từ 2 phía, phía ngoài bằng dòng khí
làm lạnh, phía trong bằng không khí nén tạo hình.
6
Đường kính và bề dày ống được điều chỉnh bằng cách thay đổi tốc độ kéo,
đường kính ống Sămôt, nhiệt độ khối thủy tinh trong buồng làm việc, trong củ
hành và chiều cao đặt ống làm lạnh. Muốn kéo đũa chỉ việc ngừng cung cấp khí
nén là được.
'EDD9L/0M.
G 8 E09L/0M.
1. Thủy tinh lỏng 2. Thanh chắn 3. Ống thổi khí 4. Trục chuyển hướng
5 .Ống thủy tinh 6. Trục vận chuyển 7. Trục kéo 8. Lò ủ
Sử dụng phương pháp này có thể kéo được ống mỏng hơn, chế độ nhiệt ổn
định và việc làm lạnh thì đơn giản hơn.
6'EDD9L/.N9L/.O&
G 86E09L/.N9L/.O&
Phương pháp kéo này cho phép kéo những ống mỏng cũng như dày có
đường kính đến 40 mm. Thủy tinh lỏng chảy thành dòng trên bề mặt ống Samôt
7
quay chậm. Nhờ ống đuợc đặt nghiêng và quay tròn nên thủy tinh sẽ chảy thành
một lớp đều đặn ở trên bề mặt ống và ống đó được kéo ra nhờ máy kéo. Từ ống
Sămôt khí nén được đưa vào để thổi thành ống rỗng.
Giữa buồng đặt ống sămôt và máy kéo có một máng dài để đỡ và ủ ống.
Đường kính ống và bề dày thành ống phụ thuộc vào nhiệt độ phôi tạo hình,
đường kính ống sămôt, góc nghiêng, và số vòng quay của ống, tốc độ kéo và áp
lực của dòng khí nén. Muốn tăng bề dày mà vẫn giữ nguyên đường kính ống có
thể thực hiện bằng cách giảm tốc độ kéo và giảm áp lực khí nén.
86>?"#$30BH;P+Q$
Thủy tinh ống là một sản phẩm từ thủy tinh được chế tạo ở dạng ống tròn
với nhiều kích cỡ khác nhau về đường kính, độ dày. Hiện nay trên thị trường có
nhiều chủng loại sản phẩm thủy tinh ống như: ống tiêm, ống thuốc y tế, các thiết
bị thủy tinh dùng trong phòng thí nghiệm: ống đong hóa chất, nhiệt kế….
8
Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
3.1. Lựa chọn thành phần hóa cho thủy tinh ống dùng trong ngành dược
Thành phần thủy tinh được biểu thị ở dạng tổng các oxyt cấu tạo nên
chúng. Các oxyt khi nấu chảy và được làm nguội tạo thành thủy tinh và gọi là
thành phần thủy tinh.
Các yêu cầu đối với thành phần và tính chất của các loại thủy tinh khác
nhau phụ thuộc vào lĩnh vực sử dụng, công dụng, phương pháp sản xuất chúng.
Đối với thủy tinh ống dùng trong ngành dược thì cần phải đảm bảo các yêu
cầu kỹ thuật sau:
- Không tương tác với các thành phần hóa của thuốc.
- Không làm thay đổi tính chất của thuốc.
- Tất cả các loại thuốc tiêm dưới da đều phải trong dụng cụ thủy tinh
trung tính.
- Không thôi kiềm khi tiếp xúc với thuốc
Qua tham khảo thực tế tại các nhà máy sản xuất thủy tinh ống dùng trong
ngành dược và các tài liệu liên quan, ta chọn thành phần thủy tinh cần nấu theo
bảng sau:
R;63DS/J.$+T$)
SiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
+ Fe
2
O
3
CaO K
2
O Na
2
O
72,5 6,0 4,0 7,0 2,5 9,0
3.2. Vai trò và tác dụng của từng oxyt
6 +7*-)++QD)-)/P7$U)V
Vai trò và tác dụng:
- Là nguyên liệu chính.
- Thành lập các tứ diện [SiO
4
]
4-
tạo khung thủy tinh cơ bản.
- Làm tăng độ bền cơ, bền hóa, bền nhiệt của thủy tinh lên rất nhiều.
- Tuy nhiên thủy tinh chứa càng nhiều SiO
2
thì càng khó nấu.
Nguyên liệu: cát
Yêu cầu: hàm lượng SiO
2
là nhiều nhất, hàm lượng tạp chất là ít nhất.
Tạp chất trong cát: - Loại vô hại: Al
2
O
3
, Na
2
O, K
2
O
- Loại có hại: Fe
2
O
3
, FeO, Cr
2
O
3
Hàm lượng Fe chứa trong cát cho phép tùy thuộc vào loại thủy tinh:
- Đối với thủy tinh tấm cho phép từ: 0.1 - 0.2 %
- Đối với thủy tinh quang học:
≤
0.01 %
- Đối với thủy tinh pha lê:
≤
0.02 %
- Đối với thủy tinh bao bì: + Không màu 0.3 ÷ 0.5 %
+ Có màu
≤
4 %
Kích thước hạt cát: - Đối với lò bể: 0.1-0.5 mm.
- Đối với lò nồi: 0.1-0.3 mm.
Hình dáng hạt cát: - Hạt tròn khó nấu, dễ phân lớp.
- Hạt sắc cạnh dễ nấu hơn.
Nguồn cung cấp: Cát Thăng Bình
9
R;6 3DSW.J.)V
T.P.
hóa
SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Cát 97.47 0.87 0.086 0.8 0.19 0.336 0.152 99.904
R;66 R;$3DSW.J.)V
X+70Y)2!ZZ[
T.P. hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Cát 97.564 0.871 0.086 0.801 0.190 0.336 0.152 100
Hàm lượng sắt trong cát là 0.086 %. Đối với thủy tinh y tế thì yêu cầu hàm
lượng sắt trong cát là 0.015 – 0.02 %, do đó ta phải khử bớt sắt trước khi đưa vào
phối liệu bằng cách dùng nam châm điện.
R;68 3DSW.J.)V
H.+9)9\H]$
T.P. hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Cát 97.633 0.872 0.015 0.802 0.190 0.336 0.152 100
6 +7*-)++QD/P7$R/&.$R
V
6
Vai trò và tác dụng:
- Là oxyt tạo thuỷ tinh.
- Làm tăng độ bền cơ, bền hóa, bền nhiệt cho thủy tinh.
- Làm tăng độ bền cơ, bền hóa, bền nhiệt cho thủy tinh.
- Giảm độ nhớt của thuỷ tinh ở nhiệt độ cao, làm tăng nhanh quá trình
nấu và khử bọt dễ dàng.
Nguyên liệu:
- Nguyên liệu cung cấp B
2
O
3
:
- Axit boric H
3
BO
3
chứa 56.45 % B
2
O
3
và 43.55 % H
2
O
- Borax Na
2
B
4
O
7
chứa 36.65 % B
2
O
3
, 16.2 % Na
2
O, 47.15 % H
2
O.
Borat cung cấp cho thuỷ tinh đồng thời hai oxyt B
2
O
3
và Na
2
O
- Nguồn cung cấp : Mua trong nước
R;6 <3DSW.J.R
V
6
T.P. Hóa K
2
O B
2
O
3
MKN Tổng
Borat 16.25 36.25 47.23 99.73
R;6^ 3DSW.J.R
V
6
X+72!ZZ[
T.P. Hóa K
2
O B
2
O
3
MKN Tổng
Borat 16.294 36.348 47.348 100
6 6 +7*-)++QD_-
V
6
Vai trò và tác dụng:
- Là oxyt trung gian tạo thủy tinh.
- Làm giảm hệ số giãn nở của thủy tinh, tăng độ bền hóa của thủy
tinh, nâng cao độ bề cơ học.
- Ảnh hưởng thuận lợi đến sự biến thiên độ nhớt theo nhiệt độ.
Làm giảm khuynh hướng kết tinh cuả thủy tinh.
10
Nguyên liệu:
- Để sản xuất thủy tinh alumo silicat cao cấp, thủy tinh alumo boro
silicat và các sản phẩm thủy tinh khác có hàm lượng Al
2
O
3
≥
5 % người
ta dùng các nguyên liệu oxyt nhôm kỹ thụât. ( > 99 % Al
2
O
3
)
- Đối với thủy tinh khác, Al
2
O
3
được đưa vào dưới dạng các nguyên
liệu thiên nhiên: tràng thạch
- Nguồn cung cấp: Trường thạch Phú Thọ dạng thành phẩm.
R;6 `3DS/J.$&'($Fa?
T.P. Hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Tr.Thạch 66.25 19.3 0.1 0.6 0.1 12.25 1.33 99.93
R;6b 3DSW.J.$&'($FX+72!ZZ[
T.P. Hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Tr. Thạch 66.296 19.314 0.100 0.600 0.100 12.259 1.331 100
R;6c 3DSW.J.$&3$FH.+9)9\H]$
T.P. Hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Tr.
Thạch
66.352 19.330 0.015 0.601 0.100 12.269 1.332 100
6 8+7*-)++QD.
V
Vai trò và tác dụng:
- Là oxyt biến hệ.
- Giảm độ nhớt, giảm nhiệt độ nấu.
- Tăng tốc độ khử bọt.
- Tăng tốc độ hòa tan các hạt cát.
- Tuy nhiên làm giảm độ bền cơ, bền hóa, bền nhiệt của thủy tinh.
Nguyên liệu:
Nguyên liệu cung cấp Na
2
O: sô đa Na
2
CO
3
, sunfat Na
2
SO
4
, NaCl, NaNO
3
…
Na
2
SO
4
chứa 43.7 % Na
2
O: khi dùng Na
2
SO
4
để nấu thủy tinh cần dùng
cacbon làm chất khử để tạo điều kiện phân hủy sunfat natri thành dạng sunfua dễ
phản ứng hơn. Cacbon đưa vào dưới dạng than cốc, than gỗ, mạt cưa….Tuy nhiên
khi dùng sunfat lượng chất khử đưa vào đòi hỏi phải được định lượng chính xác,
nếu thừa cacbon thì thủy tinh dễ bị nhuộm màu vàng nâu, ngược lại sẽ xuất hiện
lớp sunfat nóng chảy phá hủy vật liêu chịu lửa xây lò.
Na
2
CO
3
cung cấp khoảng 58.5 % Na
2
O.
NaNO
3
: giá thành cao, khi nấu tạo khí N
2
O
x
độc hại nên được dùng với
lượng ít, tạo môi trường oxi hóa và có tác dụng khử bọt khi kết hợp với Sb
2
O
3
hoặc As
2
O
3
.
Nguồn cung cấp: Sođa mua từ nước ngoài
R;6 Z 3DS/J.H0.
Tp hóa SiO
2
Na
2
O MKN Tổng
Sôđa 0.13 57.92 41.95 100
11
6 <+7*-)++QDd
V
Vai trò và tác dụng:
- Tác dụng của K
2
O tương tự như Na
2
O tuy nhiên K
2
O có ưu điểm hơn
là làm giảm khả năng kết tinh của thủy tinh và làm cho thủy tinh ánh
hơn và có sắc thái đẹp hơn.
Nguyên liệu:
- Potat K
2
CO
3
chứa 68.2 % K
2
O và 31.8 % CO
2
- Hỗn hợp sôđa potat
- Nguồn cung cấp : Thường dùng đôlômit
6 ^ +7*-)++QD>.V
Vai trò và tác dụng:
- Là thành phần cơ bản của thủy tinh
- Giúp cho quá trình nấu và khử bọt được dễ dàng
- Làm tăng tính bền hóa.
- Nếu dùng hàm lượng lớn thì thủy tinh giòn và dễ kết tinh
Nguyên liệu:
- Đá vôi chứa khoảng 54 % CaO
- Đá phấn: CaCO
3
tinh khiết hơn, mềm hơn, dùng nấu thủy tinh cao
cấp
- Nguồn cung cấp : Mua tại Quảng Bình dạng thành phẩm
R;6 3DS/J.02)e+;RG
T.P.
Hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Đá vôi 0.5 0.1 0.42 53.34 1.1 1.59 42.95 100
R;6 3DS/J.02)H.+9)9\H]$
T.P.
Hóa SiO
2
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O MKN Tổng
Đá vôi 0.502 0.100 0.015 53.557 1.104 1.596 43.125 100
6 ` >Q$9\5?$f9\"3+
- Chọn Na
2
SO
4
để khủ bọt thủy tinh vì khả năng khử bọt tốt lại giá rẻ
R;6 63DSW.J..
V
8
SiO
2
Fe
2
O
3
Na
2
O MKN Tổng
0.21 0.05 43.19 56.55 100
R;68 3DSJ..
V
8
H.+9)9\H]$
SiO
2
Fe
2
O
3
Na
2
O MKN Tổng
0.210 0.015 43.205 56.570 100
3.3. Lựa chọn nguyên liệu nguyên liệu – Tính bài phối liệu
66 3DSW.E5;J.$J7$)
R;6<3DS/J.$+T$)
SiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
+ Fe
2
O
3
CaO K
2
O Na
2
O
72.5+ 6.0 4.0 7.0 2.5 9.0
12
66 3DSW.J.+7*-)+
R;6 3DSW.J.+7*-)+Hghi
Ng.Liệu Cát Borat Tr.Thạch Sôđa Đá vôi Na
2
SO
4
SiO
2
97.633 - 66.352 0.13 0.502 0.210
B
2
O
3
- 36.348 - - - -
Al
2
O
3
0.872 - 19.330 - 0.100 -
Fe
2
O
3
0.015 - 0.015 - 0.015 0.015
CaO 0.802 - 0.601 - 53.557 -
Na
2
O 0.336 - 12.269 57.92 1.596 43.205
MgO 0.190 - 0.100 - 1.104 -
K
2
O - 16.294 - - - -
MKN 0.152 47.348 1.332 41.95 43.125 56.570
Tổng 100 100 100 100 100 100
666. j53)DK)-)+
j$3DS+7*-)+0BQ+ZZDS$&?-'k$J7$)
Hàm lượng chất khử bọt Na
2
SO
4
đưa vào là 0.31 % mol tức là:
(0,31*142)/100 = 0,44 pkl/100 [pkl thủy tinh]
Na
2
SO
4
hay được dùng nhất để khử bọt thủy tinh vì khả năng khử bọt tốt lại
giá rẻ. Na
2
SO
4
nóng chảy ở 880
0
C, phân hủy mạnh ở 1300 -1350
0
C và tiến hành
các phản ứng:
Na
2
SO
4
+ SiO
2
= Na
2
O.SiO
2
+ SO
3
2SO
3
= 2SO
2
+ O
2
Theo phương trình trên, lượng SiO
2
mất đi khi phản ứng với Na
2
SO
4
là:
186.0
142
60*44.0
=
[pkl]
Thành lập phương trình theo các oxit trong thành phần thủy tinh:
Gọi x, y, z, t, k là phần khối lượng của cát, borat, tràng thạch, sôđa, đá vôi cần để
nấu 100 phần trọng lượng thủy tinh.
Phương trình theo SiO
2
- Lượng SiO
2
do Na
2
SO
4
mang vào:
001.0
100
44.0*210.0
=
(pkl)
- Lượng SiO
2
mất đi do phản ứng với Na
2
SO
4
: 0.186 [pkl]
- Ta có phương trình:
0.97633x + 0.66352z + 0.0013t + 0.00502k + 0.001 – 0.185 = 72.5
Hay: 0.97633x + 0.66352z + 0.0013t + 0.00502k = 72.685
Phương trình theo Al
2
O
3
0.00872x + 0.19330z + 0.001k = 4.0
Phương trình theo CaO
0.00802x + 0.00601z + 0.53557k = 7.0
Phương trình theo Na
2
O
- Lượng Na
2
O do Na
2
SO
4
mang vào:
13
19.0
100
205.43*44.0
=
[pkl]
- Ta có phương trình:
0.00336x + 0.12259z + 0.5792t + 0.0159k + 0.19 = 9.0
Hay: 0.00336x + 0.12269z + 0.5792t + 0.01596k = 8.81
Phương trình theo B
2
O
3
0.36348y = 6.0
Phương trình theo K
2
O
0.16294y = 2.5
Vậy ta có hệ các phương trình:
[SiO
2
] 0.97633x + 0.66352z + 0.0013t + 0.00502k = 72.622
[B
2
O
3
] 0.36348y = 6.0 → y = 16.507
[Al
2
O
3
] 0.00872x + 0.19330z + 0.001k = 4
[CaO] 0.00802x + 0.00601z + 0.53557k = 7
[Na
2
O] 0.00336x + 0.12269z + 0.5792t + 0.01596k = 8.81
[K
2
O] 0.16294y = 2.689>2.5(2.689 – 2.5 = 0.19 %: có thể chấp nhận đươc) → y =
16.507
Giải hệ phương trình trên, ta được:
x = 62.156 t = 10.733
y = 16.507 k = 11.939
z = 17.879
Trong quá trình nấu một lượng nguyên liệu bị tiêu hao do quá trình bay
hơi. Do vậy trong quá trình tính toán ta phải dự trữ thêm.
Sô đa bay hơi 3.2 % nên lượng sô đa thực tế là:
10.733 * 1.032 = 11.076
Borat bay hơi 15 % nên lượng thực tế là:
16.507 * 1.15 = 18.983
Như vậy thành phần phối liệu dùng để nấu 100 phần trọng lượng thủy tinh
Cát 62.156
Borat 18.983
Tràng thạch 17.879
Đá vôi 11.939
Soda 11.076
Tổng 121.943
668j-'k/P7$h/+7*-)++QD
Ta có công thức: [oxyt]
i
= ([x, y, z, ] * [% oxyt]) / 100
l$
[SiO
2
] : 62.156 * 0.97633 = 60.685 [PTL]
[Al
2
O
3
] : 62.156 * 0.872 = 0.542 [PTL]
[Fe
2
O
3
] 62.156 * 0.00015 = 0.009 [PTL]
14
[CaO] : 62.156 * 0.00802 = 0.498 [PTL]
[Na
2
O] : 0.00336 * 62.156 = 0.209 [PTL]
[MgO] : 62.156 * 0.00190 = 0.118 [PTL]
MKN : 0.00152 * 62.156 = 0.094 [PTL]
lR/&.$
[K
2
O] : 18.983 * 0.16294 = 3.093 [PTL]
[B
2
O
3
] : 18.983 * 0.36348 = 6.900 [PTL]
MKN : 18.983 * 0.47348 = 8.988 [PTL]
l$&3$F
[SiO
2
] : 17.879 * 0.66352 = 11.863 [PTL]
[Al
2
O
3
] : 17.879 * 0.19330 = 3.456 [PTL]
[Fe
2
O
3
] : 17.879 * 0.00015 = 0.003 [PTL]
[CaO] : 17.879 * 0.00601 = 0.107 [PTL]
[Na
2
O] : 17.879 * 0.12269 = 2.194 [PTL]
[MgO] : 17.879 * 0.00100 = 0.018 [PTL]
MKN : 17.879 * 0.01332 = 0.238 [PTL]
l02)
[SiO
2
] : 11.939 * 0.00502 = 0.060 [PTL]
[Al
2
O
3
] : 11.939 * 0.00100 = 0.012 [PTL]
[Fe
2
O
3
] : 11.939* 0.00015 = 0.002 [PTL]
[CaO] : 11.939 * 0.53557 = 6.394 [PTL]
[Na
2
O] : 11.939 * 0.01596 = 0.191 [PTL]
[MgO] : 11.939 * 0.0104 = 0.132 [PTL]
MKN : 11.939 * 0.43125 = 5.149 [PTL]
lH/h.
[SiO
2
] : 11.076 * 0.0013 = 0.014 [PTL]
[Na
2
O] : 11.076 * 0.5792 = 6.415 [PTL]
MKN : 11.076 * 0.4195 = 4.646 [PTL]
15
R;66 : 3DS-m$+7n$J.$J7$)
Ng.liệu SiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
Fe
2
O
3
CaO MgO Na
2
O K
2
O
Cát 60.685 - 0.542 0.009 0.498 0.118 0.209 -
Borat - 6.900 - - - - - 3.093
Tr.thạch 11.863 - 3.456 0.003 0.107 0.018 2.194 -
Đá vôi 0.060 - 0.012 0.002 6.394 0.132 0.191 -
Soda 0.014 - - - - - 6.415 -
Na
2
SO
4
0.001 - - - - - 0.19 -
Tổng 72.623 6.900 4.010 0.014 6.999 0.268 9.119 3.093
Lượng
mất do
bay hơi
Soda
3.2 %
0.0004 - - - - - 0.205 -
Borat
15 %
- 1.035 - - - - - 0.464
Mất do phản ứng 0.186 - - - - - - -
% Thực tế 72.6226 5.865 4.010 0.014 6.999 0.268 8.994 2.629
% Lý thuyết 72.5 6.000 4.000 0.015 7.00 - 9.000 2.500
Sai số 0.123 0.135 0.01 0.001 0.001 0.268 0.006 0.129
Với sai số nhỏ, có thể chấp nhận. Vậy thành phần thủy tinh đã chọn phù hợp với
thành phần thủy tinh lý thuyết.
66<)+H+Q$Q+$J7$)
Cứ 121.943 PTL phối liệu thì nấu được 100 PTL thủy tinh
Vậy 1 PTL phối liệu thì nấu được X PTL thủy tinh:
X =
943.121
100*1
= 0.820 = 82 [%]
Vậy hao hụt khi nấu là:
100 – 82 = 18 [%]
16
66^>+7BDK)-)+&.ZZA$
R;68dK)-'k+7*-)+$O/ZZdA$
Cát Borat Trường thạch Đá vôi Soda
100 30.5409 28.765 19.208 17.819
66`jDK)-)+9)hi";
Chọn lượng mảnh thủy tinh đưa vào lò: 20 % so với nguyên liệu thô
Năng suất: 10 tấn sản phẩm/ngày đêm
Lượng nguyên liệu tính toán cần nạp vào lò theo công thức:
q =
100
)100(* nm −
+
100
* mp
[Tấn/h]
Với: - q : Lượng thủy tinh cần nấu trong một đơn vị thời gian
q =
24
10
= 0.416 [Tấn/h]
- m : Lượng phối liệu tính toán cần nạp vào lò [Tấn/giờ]
- n : Phần trăm hao hụt khi không có mảnh, n = 18 [%]
- p : Lượng mảnh đưa vào, p = 20 [%]
Lượng phối liệu cần đưa vào lò (gồm phối liệu và mảnh) là:
m =
20)18100(
100*416.0
+−
= 0.4078 [Tấn/h]
→ m = 407.8 [kg/h]
Lượng mảnh đưa vào lò:
G
m
=
100
8.407*20
= 81.56 [Kg/h]
Tổng nguyên liệu khô và mảnh cung cấp trong 1giờ:
G = m + G
m
= 407.8 + 81.56 = 489.36 [Kg/h] = 11744.64 [Kg/ngày]
→ G = 11.745 [Tấn/ngày]
Tính phối liệu và mảnh cho 100 kg thủy tinh
- Lượng phối liệu:
0.416*10
3
[kg] thủy tinh cần 407.8 [kg] phối liệu
100 [kg] thủy tinh cần X [kg] phối liệu
→
X =
1000*416.0
8.407*100
= 98.029 [kg]
17
- Lượng mảnh:
98.029 * 0.2 = 19.6058 [kg]
A'k+7*-)+9hi$&/"1$370*"
Tính cho mảnh:
Để nấu 100 [kg] thủy tinh cần 19.6085 [kg] mảnh
Để nấu 10*10
3
[kg] thủy tinh cần X [kg] mảnh
→
X =
100
6085.19*1000*10
= 1960.85 [kg/ngày đêm] = 1.96085 [tấn/ngày đêm]
Tính tương tự cho các nguyên liệu khác ta có bảng sau:
Cát Borat Tràng thạch Đá vôi Soda Mảnh
6.2156 1.8983 1.7879 1.1939 1.1076 1.96085
A'k+7*-)+I"hi$&/"1$370*"
Thực tế nguyên liệu luôn tồn tại một lượng ẩm nhất định. Vì vậy khi tính
toán ta cần quy đổi về nguyên liệu ẩm.
Giả sử độ ẩm của các nguyên liệu như sau:
R;6<: 1I"+7*-)+
Ng.liệu Cát Borat Tràng thạch Đá vôi Soda Mảnh
Độ ẩm [%] 5 2 3 2 5 1
• Khối lượng nguyên liệu tính theo lý thuyết
G
ẩm
ngl
= G
khô
ngl
* 100 /(100 - W) [Tấn/ngày đêm]
Thế vào công thức, ta có:
+ Đối với cát:
6.2156 * 100 / (100 - 5) = 6.5427 [Tấn/ ngày]
+ Tương tự ta có:
R;6<.: dK)-'k+7*-)+I"hi$&/370*"
Ng.liệu Cát Borat Tràng thạch Đá vôi Soda Mảnh
[Tấn/ngày đêm] 6.5427 1.937 1.8432 1.2182 1.1659 1.9806
18
Vậy độ ẩm phối liệu:
W
pl
= (G
ẩm
– G
khô
)/G
ẩm
*100 [ %]
Trong đó: G
ẩm
- Tổng lượng nguyên liệu ẩm dùng trong 1 ngày đêm
G
ẩm
= 14.6876 [Tấn/ngày đêm]
Gkhô - Tổng lượng nguyên liệu khô dùng trong 1 ngày đêm
G
khô
= 14.16415 [Tấn/ ngày đêm]
→
W
pl
= (14.6876 - 14.16415 )*100/14.6876 = 3.56 [%]
dK)-'k+7*-)+9$=$n
Trong quá trình gia công nguyên liệu, trộn và nạp liệu không tránh khỏi rơi
rớt và bay bụi ra ngoài gây tổn thất. Đây là phần hao hụt không tình được. Chọn
hao hụt là 2.3 [%].
Sử dụng công thức:
G
khô
tt
= G
khô
ngl
* 100/(100 – 2.3) [Tấn/ngày đêm]
R;6^dK)-'k+7*-)+9$=$nH\h,$&/370*"
Ng.liệu Cát Borat Tràng thạch Đá vôi Soda Mảnh
[Tấn/ngày đêm] 6.362 1.943 1.8299 1.222 1.1336 2.007
dK)-'k+7*-)+I"$=$n
Tính theo công thức: G
ẩm
tt
= G
ẩm
lt
*100/(100 – 2.3) [Tấn/ngày đêm]
R;6`: dK)-'k+7*-)+I"$=$nhi$&/37
Ng.liệu Cát Borat Tràng thạch Đá vôi Soda Mảnh
[Tấn/ngày đêm] 6.6967 1.9826 1.8866 1.2469 1.1933 2.0272
4.3.Xây dựng đường cong nhớt
R;63DS/J.$+T$)
SiO
2
B
2
O
3
Al
2
O
3
+ Fe
2
O
3
CaO K
2
O Na
2
O
72,5 6,0 4,0 7,0 2,5 9,0
Áp dụng công thức M-V OKhôtin để tính nhiệt độ ứng với độ nhớt
η = 10
3
÷ 10
13
P
T = a.X + b.Y + c.Z +d [
o
C] (Trang 38 - GTTT tập1)
Trong đó: X - Tổng hàm lượng kiềm
X = 9 + 2.5 = 11.5 [%]
19
Y - Tổng hàm lượng CaO và 3 % MgO
Y = 7 + 3 = 10 [%]
Z - Tổng hàm lượng Al
2
O
3
Z = 4 [%]
Và a, b, c, d là các hằng số cho ở bảng sau:
R;86 : oBảng 5 - trang 40 - GTTT tập1)
Khi hàm lượng MgO lớn hay nhỏ hơn 3 %, nhiệt độ hiệu chỉnh theo số liệu
của bảng sau khi thay 1 % CaO = 1 % MgO.
R;86 : R;)+p)$01oR;^q$&.8Zq$:Dr
Ta có MgO = 0 %, lượng MgO cần hiệu chỉnh là:
(0 – 3) = - 3 [%]
Để xây dựng đường cong nhớt, ta phải xác định nhiệt độ ứng với Lgμ = 3,
4, 5, 6.5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13.
Tính các giá trị nhiệt độ bằng cách thay vào công thức M - V.OKhôtin có
hiệu chỉnh
T
3
= -22.87*11.5 - 16.1* 10 + 6.5*4 + 1700.4 + 9*(- 3) = 1275.395 [
0
C]
T
4
= -17.49*11.5 - 9.95* 10 + 5.9*4 + 1381.4 + 6*(-3) =.1086.365 [
0
C]
T
5
= -15.37*11.5 - 6.25* 10 + 5*4 + 1194.27 + 5*(-3) = 960.015 [
0
C]
T
6.5
= -12.19*11.5 - 2.19* 10 + 4.58*4 + 980.72 + 3.5*(-3) = 826.455 [
0
C]
T
7
= -10.67*11.5 - 1.18* 10 + 4.35*4 + 910.96 + 2.6*(-3) = 786.055 [
0
C]
T
8
= -8.71 *11.5 + 0.47* 10 + 4.24*4 + 815.89 + 1.4*(-3) = 733.185 [
0
C]
T
9
= -2.05 *11.5 + 2.3* 10 + 3.6*4 + 656.75 + 0*(-3) = 670.575 [
0
C]
T
10
= -8.61*11.5 + 2.64* 10 + 3.56*4 + 715.46 + (-1)* (-3) = 660.085 [
0
C]
T
11
= -7.9 *11.5 + 3.34* 10 + 3.39*4 + 669.41 + (-2) *(-3) = 631.520 [
0
C]
20
T
12
= -7.43*11.5 + 3.2* 10 + 3.52*4 + 637.27 + (-3) *(-3) = 606.905 [
0
C]
T
13
= -6.14*11.5 + 3.15* 10 + 3.78*4 + 590.03 +(-4) *(-3) = 578.040 [
0
C]
Từ các số liệu ta có đồ thị Lgη – T sau:
G ^: Quan hệ đường cong nhớt theo nhiệt độ
:PL$: Từ các số liệu tính toán được ta đã xây dựng được mối quan hệ
Lgμ - T. Đó là hàm có phương trình: y = 1228740.67*x
-1.82
.
Nhiệt độ nấu của thuỷ tinh tương ứng với lgη = 2
Vậy nhiệt độ nấu : t
n
= 1462. 24 [
o
C]
21
