ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ 1 NGÀNH KỸ THUẬT HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH SILICAT

ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ NGÀNH KỸ THUẬT HĨA HỌC CHUN NGÀNH SILICAT ĐỀ TÀI: Tính tốn thiết kế lò nấu thủy tinh suất 600,000 tấn/năm Phương pháp sản xuất: Kéo MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển ngành công nghiệp khác, ngành công nghiệp thuỷ tinh ngày phát triển Với đặc tính đặc tính đặc trưng, sản phẩm thuỷ tinh ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, số phải kể đến sản phẩm thuỷ tinh Đây loại vật liệu khơng thể thiếu cơng trình xây dựng, khơng dừng lại việc kính dùng lấy ánh sáng cho cửa mà kính có mặt khắp nơi cơng trình, phận kiến trúc với nhiều cách thức vai trò khác Đất nước ta giai đoạn công nghiệp hố, đại hố việc phát triển sản phẩm thuỷ tinh kính hướng có nhiều triển vọng Tuy nhiên, nhu cầu sản phẩm có đặc tính độ an tồn, tiết kiệm lượng, cách âm, cách nhiệt, dễ tái sử dụng, thân thiện với mơi trường nên địi hỏi yêu cầu khắt khe chất lượng yêu cầu tính thẩm mỹ Những năm gần đây, ngành thuỷ tinh góp phần khơng nhỏ vào tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam Theo số liệu thống kê sơ Tổng Cục Hải Quan, kim ngạch xuất thủy tinh sản phẩm từ thủy tinh Việt Nam giai đoạn 2016-2020 có tốc độ tăng trưởng bình qn 2,1%/năm, kim ngạch xuất trung bình đạt 916,7 triệu USD/năm Xuất thủy tinh sang hai thị trường Singapore Malaysia đạt kim ngạch lớn chiếm 70% tổng kim ngạch xuất nhóm hàng nước Năm 2020, ảnh hưởng dịch Covid-19 tình hình xuất thuỷ tinh sản phẩm từ thuỷ tinh giảm so với 2019 Năm 2021, tình hình dịch bệnh dần kiểm soát nhiều thị trường xuất khẩu, nhu cầu tiêu thụ tăng trở lại lý khiến kim ngạch xuất thuỷ tinh sản phẩm từ thuỷ tinh Việt Nam tăng mạnh Trong tháng đầu năm 2021, kim ngạch xuất thuỷ tinh sản phẩm từ thuỷ tinh đạt 747,86 triệu USD, tăng 34% so với kỳ năm 2020 Với sinh viên ngành học Silicat, kiến thức lý thuyết học việc bổ sung kiến thức thực tế sản xuất điều cần thiết Vì vậy, đồ án cơng nghệ có vai trị giúp cho sinh viên tổng hợp kiến thức học với kiến thức thực tế sản xuất tạo cho sinh viên có cách nhìn tổng thể nhà máy sản xuất làm quen với công việc thiết kế Trong đồ án công nghệ này, em giao đề tài “ Thiết kế lò nấu thủy tinh với suất 600000 tấn/năm phương pháp kéo nổi” Trong q trình thực đồ án kiến thức cịn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Vậy nên, em mong muốn nhận giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy để em hồn thành đồ án cách hoàn thiện BIỆN LUẬN ĐỀ TÀI Nhu cầu thực tế Đất nước giai đoạn chuyển với q trình cơng nghiệp hố - đại hố đất nước nên cơng trình xây dựng ngày nhiều, song hành với phát triển ngành vật liệu xây dựng nói chung, sản xuất kính nói riêng Song hành với điều kiện kinh tế xã hội phát triển ngày đòi hỏi yêu cầu khắt khe khách hàng mặt, chất lượng đa dạng hoá loại mẫu mã, đáp ứng nhu cầu trang trí nhà cửa, cơng trình đại hay tồ nhà lớn,… Vị trí đặt nhà máy Điều việc xây dựng phát triển nhà máy phải lựa chọn địa điểm phù hợp Đây điều quan trọng, ảnh hưởng tới thành bại nhà máy Qua trình tìm hiểu nghiên cứu, em chọn xây dựng nhà máy Khu kinh tế Chu Lai, Quảng Nam Nằm toạ độ 108°26'16" đến 108°44'04" độ kinh Đông, 15°23'38" đến 15°38'43" độ vĩ Bắc Phía Đơng nhìn Biển Đơng Việt Nam, phía Tây giáp Tam Mỹ Tam Thanh, phía Nam giáp huyện Bình Sơn (Quảng Ngãi), phía Bắc giáp huyện Thăng Bình (Quảng Nam) Nơi bao gồm khu cơng nghiệp, khu hành chính, khu du lịch a, Vị trí địa lý giao thơng vận tải Khu kinh tế Chu Lai có vị trí địa lý thuận lợi nằm địa phương có trữ lượng lớn cát đủ để phục vụ sản xuất thuỷ tinh vịng 50 năm, từ tiết kiệm chi phí vận chuyển thu mua nguyên vật liệu Đây đòn bẩy quan trọng Vùng kinh tế trọng điểm Trung Có giao thơng thuận lợi đường bộ, đường sắt, đường biển - Khu kinh tế Chu Lai nằm trục giao thơng quốc gia với hệ thống đường Quốc lộ 1A - Đường biển: có cảng Kỳ Hà cảng tiềm phát triển tầm cỡ quốc tế nên thuận lợi để vận chuyển hàng hóa nước quốc tế b, Điều kiện tự nhiên khí hậu Quảng Nam nằm vùng nhiệt đới gió mùa, có nhiệt độ cao, chế độ ánh sáng mưa ẩm dồi  Nhiệt độ trung bình năm khoảng 25,6 oC  Độ ẩm tương đối trung bình khoảng 84%  Lượng mưa trung bình khoảng 2000- 2500 mm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Lịch phát triển Một vật liệu vô thông dụng sống thuỷ tinh Nhờ có thuỷ tinh, mà ta tạo nên vật dụng sinh hoạt ngày, vật liệu thiết kế vật liệu trang trí cơng trình xây dựng kiến trúc Khoảng 1500 năm TCN Ai Cập, thuỷ tinh tìm thấy Vào khoảng 300 năm TCN, người thợ Siri phát minh ống thổi Các kỷ tiếp theo, ngành sản xuất thủy tinh phát triển mạnh mẽ nhờ phát minh như:  Thế kỷ 13, đời công nghệ sản xuất kính theo phương pháp đúc thủy tinh không màu bàn thép  Năm 1670, George Ravenscoft phát minh kính chì Nhờ phát minh mà thuỷ tinh dần hoàn thiện Cũng khoảng thời gian này, kính sản xuất hàng loạt Pháp theo cách thức mặt trụ cực thông dụng Liên tục cải tiến theo thời gian, công nghệ sản xuất thủy tinh người La Mã thợ sản xuất thủy tinh người Pháp cải tiến bí cán mỏng khối gỗ  Năm 1773, diễn kiện trước tiên lịch sử ngành cơng nghiệp thuỷ tinh nơi làm việc kính Anh đời khiến nước Anh trở thành trung tâm kính cửa sổ chất lượng cao giới  Năm 1825, phát minh máy ép nhờ pit-tông  Năm 1871, William Pilkington phát minh máy tự động sản xuất kính sử dụng phương pháp thổi mặt trụ Q trình giới hóa J.H Lubber cải tiến Mỹ vào năm 1903 Sang kỉ tiếp theo, nhà nghiên cứu sản xuất kính nhận kính cách nung lại lần làm nguội cách nhanh chóng Dựa vào xuất ứng suất đặc biệt vật liệu thuỷ tinh mà độ bền kính tăng khoảng 400% Điều góp phần quan trọng ngành sản xuất tơ lúc cịn sơ khai Mặc dù sản xuất theo phương pháp “kéo” cịn bị gợn sóng, nhiên, chất lượng giá thành sản phẩm đánh giá cao, có chất lượng cao giá thành sản phẩm lại thấp Thực tế, vào năm 1920-1930, kính “kéo” thống trị thị trường làm giá kính giảm khoảng 60% Một bước ngoặc làm thay đổi hồn tồn ngành sản xuất kính Alastair Pilkington phát minh cơng nghệ kính đại vào năm 1960 Bởi, điều giảm thiểu khác biệt so với kính đánh bóng Cơng nghệ Pilkington cho thuỷ tinh lỏng theo dòng hẹp chảy liên tục rót vào bể nơng chứa kim loại nóng chảy, thơng thường thiếc Thuỷ tinh lỏng lan bề mặt kim loại nóng chảy tạo băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định làm bóng nhiệt Giá thành sản phẩm thấp, chất lượng kính lại cao, nên bắt đầu thống trị ngành xây dựng, chế tạo ôtô, công nghiệp gương Hiện này, 90% sản lượng kính giới sản xuất theo công nghệ Pilkington Ngày thuỷ tinh sử dụng phổ biến nhiều lĩnh vực sản xuất với số lượng lớn dây chuyền công nghệ đại 1.2 Định nghĩa tính chất 1.2.1 Định nghĩa Thủy tinh vật liêu vơ định hình, hình thành làm nguội hợp chất vô từ pha lỏng với vận tốc làm nguội đủ lớn để khơng hình thành cấu trúc tinh thể Thủy tinh có gốc silicat với cơng thức hóa học đioxit silic (SiO2) có dạng đa tinh thể cát thành phần hóa học thạch anh Silicat có điểm nóng chảy khoảng 2000°C (3632°F), cao gây tốn lượng để đun nóng chảy tạo hình Chính thế, nung nóng chảy silicat người ta thường có cho thêm sơ đa (cacbonat natri Na2CO3), hay bồ tạt (tức cacbonat kali K2CO3) để làm giảm nhiệt độ nóng chảy xuống 1000 °C Tuy nhiên, Na2CO3 lại làm cho thủy tinh bị hòa tan nước, điều người ta khơng mong muốn Do đó, người ta cho thêm vôi sống (oxit canxi, CaO) hợp chất bổ sung để phục hồi tính khơng hịa tan 1.2.2 Tính chất Thủy tinh chất rắn không màu, suốt, không gỉ, tương đối cứng chúng lại dễ vỡ rơi từ cao xuống vận chuyển Thủy tinh không cháy, khơng hút ẩm, khơng bị ăn mịn với nhiều loại axit mạnh khác nhau, ngoại trừ axit hydro florua (HF) Thủy tinh suốt cho ánh sáng truyền qua cách dễ dàng, hay sử dụng làm lăng kính, đèn trang trí, sợi dây cáp quang Thủy tinh khơng có nhiệt độ nóng chảy định, bổ sung tạp chất khác với thủy tinh làm thay đổi nhiệt độ nóng chảy Thủy tinh giúp ánh sáng tán sắc sử dụng để làm vật trang trí đèn thủy tinh, cốc thủy tinh, bình thủy tinh Ngồi thủy tinh chất cách điện tốt 1.3 Ứng dụng Thủy tinh ứng dụng nhiều sống ngày người, lĩnh vực y học, nông nghiệp công nghiệp sau:  Trong nông nghiệp: Việc lai tạo nhân giống trồng đặc biệt quan trọng ngành nơng nghiệp Trong đó, chất liệu thủy tinh giúp nhà khoa học giám sát theo dõi q trình mơ tế bào phân tử, từ mang đến chất lượng trồng hiệu cao quy trình nhân giống trồng  Trong y học: Ta dễ dàng tìm thấy thủy tinh thiết bị để chăm sóc điều trị ống nghiệm, ống đựng thuốc, lăng kính  Trong đời sống ngày, thủy tinh thơng dụng với Chúng có mặt hầu hết vật dụng sinh hoạt chén bát, bình nước, bóng đèn, gương, tivi, cửa kính  Trong lĩnh vực trang trí , thủy tinh sử dụng nhiều đặc tính cho ánh sáng truyền qua cách dễ dàng tán sắc hiệu với nhiều màu Đèn thủy tinh mẫu đèn trang trí sử dụng phổ biến là: đèn chùm thủy tinh, đèn thả thủy tinh, đèn tường thủy tinh, đèn ốp trần, đèn thông tầng thủy tinh 1.4 Sản xuất thủy tinh phương pháp kéo Dể sản xuất thủy tinh người ta sử dụng phương pháp kéo Quy trình sản xuất thủy tinh phương pháp mô tả Đầu tiên, phối liệu thô (thủy tinh cũ, cát, đá vôi,…) nung chảy khoảng 1600 oC Sau đó, hỗn hợp phối liệu tinh luyện thành hỗn hợp đồng ủ khoảng 1100oC Tiếp theo, phối liệu nóng chảy từ từ chảy vào bể thiếc lan bề mặt thiếc nóng chảy, hình thành băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định Cuối cùng, băng kính làm lạnh, điều chỉnh chất lượng cắt thành Kính (Float Glass) kính sản xuất theo công nghệ kéo theo phương nằm ngang, bề mặt thiếc nóng chảy Ngành sản xuất kính hồn tồn thay đổi Alastair Pilkington phát minh cơng nghệ kính đại vào năm 1960 Trong cơng nghệ Pilkington, thuỷ tinh lỏng theo dịng hẹp chảy liên tục rót vào bể nơng chứa kim loại nóng chảy (thơng thường thiếc) Thuỷ tinh lỏng lan bề mặt kim loại nóng chảy tạo băng kính chất lượng cao với độ dày ổn định làm bóng nhiệt Công nghệ Pilkington làm giảm đáng kể giá thành kính tấm, tạo ứng dụng cho sản phẩm kính trang trí nội thất hay xây nên tồ nhà văn phịng cao chọc trời Với giá thành thấp, kính chất lượng cao bắt đầu thống trị ngành xây dựng, chế tạo ôtô, công nghiệp gương Ngày 90% sản lượng kính giới sản xuất theo cơng nghệ Pilkington Do cân lực trọng trường sức căng bề mặt mà băng kính đạt chiều dày xác định ( ~ 7mm) “ Chiều dày cân “ biểu thị phương trình quan hệ với sức căng bề mặt khối lượng riêng thủy tinh thiếc sau: Trong đó:  d: chiều dày băng kính  S: sức căng bề mặt thủy tinh, ranh giới thủy tinh-thiếc, thiếc  ρ: khối lượng riêng thủy tinh Yếu tố ảnh hưởng độ nhớt thủy tinh Băng kính giữ lâu nhiệt độ cao bề mặt băng kính dàn phẳng hoàn toàn song song ảnh hưởng trọng lực Vì vậy, cần xác định xác đường cong nhớt vùng nhỏ bể thiếc phải giữ xác chế độ nhiệt Băng kính đạt nhiệt độ định có độ cứng nhờ hệ lăn kéo khỏi bể thiếc đưa vào hầm hấp ủ Như vậy, để tạo hình băng kính cần lực kéo khác nữa, lực kéo từ hầm hấp ủ Độ nhớt thủy tinh cuối bể thiếc quan trọng Băng kính vào hầm hấp ủ có độ nhớt bắt đầu xấp xỉ 1013 p Vì băng kính phải đạt độ nhớt cuối bể thiếc chuyển tiếp từ bể thiếc vào hầm ủ để băng kính giữ nguyên hình dáng Ở độ nhớt thủy tinh khơng 1011p ứng với nhiệt độ ~ 600 C Ở nhiệt độ thủy tinh cịn tính dẻo (xem hình 1.2 sau): Để sản xuất băng kính mỏng khơng thể đơn tăng lực kéo làm băng kính hẹp lại khơng mỏng Lúc phải dùng trục giữ song song với tăng lực kéo (xem hình 1.3 sau): Băng kính trước tiên bị làm lạnh vị trí định đến nhiệt độ 700 C( η= 108 p), sau đốt nóng lại đến nhiệt độ 8500 C (η=108 p) dùng cặp trục kéo rộng đồng thời tăng lực kéo Như sản xuất băng kính có chiều dày