Mở đầu Trong tất ngành công nghiệp, vấn đề thiết bị kỹ thuật sản xuất vấn đề quan trọng Việc nghiên cứu tìm quy trình sản xuất đà khó khăn nhng nghiên cứu-thiết kế-chế tạo thiết bị công nghệ phù hợp để tiến hành cách có hiệu trình công nghệ sản xuất công nghiệp lại khó khăn Chính vậy, nghiên cứu phát triển thiết kế-chế tạo thiết bị công nghệ vấn đề then chốt công tác triển khai công nghệ Trong thực tiƠn c«ng nghiƯp nãi chung cịng nh c«ng nghiƯp hoá chất nói riêng, thờng gặp hệ không đồng bao gồm: - Hệ rắn-khí: hạt rắn lơ lửng môi trờng khí - Hệ huyền phù: hạt rắn lơ lửng pha lỏng - Hệ nhũ tơng: gồm phần tử chất lỏng phân tán chất lỏng khác Nh hệ không đồng tối thiểu phải có hai pha: pha gọi pha phân tán hay pha (pha nội) pha gồm hạt rắn (hay lỏng) phân tán môi trờng khí (hoặc lỏng) Pha thứ hai gọi pha liên tục hay pha (pha ngoại) pha bao quanh phần tử nhỏ pha thứ môi trờng để pha thứ phân tán vào Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này, em xin đề cập đến hệ pha phân tán hạt rắn pha liên tục chất lỏng Đó hệ huyền phù Vấn đề đợc đặt là: phần tử rắn pha phân tán huyền phù tập hợp hạt đa phân tán, làm để tách hoàn toàn phần tử rắn khỏi hệ huyền phù tách phần tử theo yêu cầu kích thớc khỏi hệ huyền phù? Để giải toán có nhiều phơng pháp, cụ thể là: + Phơng pháp phân riêng hệ rắn-lỏng không đồng dới tác dụng trọng lực (phơng pháp lắng trọng lực) Các thiết bị tơng ứng là: phòng lắng, đờng lắng (đối với hệ khí) thiết bị lắng làm việc gián đoạn, bán liên tục liên tục (đối với hệ lỏng không đồng nhất) Đây phơng pháp đơn giản để làm sơ hệ Trong phơng pháp này, suất hiệu suất làm phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc lắng hạt rắn vào cấu tạo thiết bị Đối với huyền phù mịn huyền phù khó lắng sử dụng phơng pháp cho suất hiệu suất thấp + Phơng pháp phân riêng hệ rắn-lỏng không đồng nhờ vật ngăn (thờng gọi phơng pháp lọc) Các máy thiết bị tơng ứng là: tháp đệm, lọc tay áo, lọc ống sứ xốp (đối với hệ khí không đồng nhất) Lọc Ðp khung b¶n, läc tÊm, läc b»ng èng sø xèp, loại máy lọc chân không kiểu thùng quay, kiểu đĩa kiểu băng (đối với hệ lỏng không đồng nhất) đây, lọc trình cho huyền phù qua vách ngăn xốp, hạt rắn đợc giữ lại bề mặt vách ngăn tạo thành lớp bà ẩm, nớc lọc (nớc trong) qua vách ngăn Phân riêng hệ không đồng theo phơng pháp đợc ¸p dơng rÊt réng r·i c«ng nghiƯp ho¸ chÊt, thực phẩm, luyện kim số ngành công nghiệp khác Phơng pháp cho khả phân riêng cao Thiết bị làm việc đợc áp suất thờng, áp suất d hay áp suất chân không Ngoài làm đợc môi trờng nhiệt độ cao có tính ăn mòn hoá học, có khả tự động hoá trình làm Hơn nữa, trình làm việc ổn định phụ thuộc vào thay đổi tính chất lý-hoá pha, vận hành thiết bị đơn giản + Phơng pháp phân riêng hệ rắn-lỏng không đồng dới tác dụng lực ly tâm (phơng pháp lắng ly tâm) Các máy thiết bị tơng ứng là: loại xyclon thuỷ lực, loại máy ly tâm thờng ly tâm siêu tốc (đối với hệ lỏng không đồng nhất) Phân riêng dới tác dụng lực ly tâm phơng pháp phân riêng có hiệu quả, suất cao đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp hoá chất ngành khác Nh vậy, sâu vào nghiên cứu tìm hiểu máy thiết bị chúng có u nhợc điểm riêng đây, hệ rắn-lỏng không đồng mà cần phân riêng có kích thớc hạt rắn trung bình Do để phân riêng đạt hiệu tối u nên chọn phơng pháp lọc tuỳ thuộc vào dây chuyền sản xuất mà thiết bị làm việc gián đoạn hay làm việc liên tục Trong phạm vi nghiên cứu này, em sâu vào tìm hiểu dạng huyền phù cao lanh-đất sét thiết bị sử dụng để phân riêng máy lọc ép kiểu phòng Trong công nghiệp gốm sứ việc sử dụng máy lọc ép kiểu phòng để phân riêng huyền phù cao lanh-đất sét có hiệu đợc sử dụng phổ biến lĩnh vực Về phơng diện kỹ thuật, máy lọc ép kiểu phòng có cấu tạo đơn giản dễ chế tạo, kết cấu máy gọn nhẹ Về phơng diện thao tác, vận hành máy đơn giản nên phù hợp với doanh nghiệp nhỏ, công nghiệp gốm sứ mỹ nghệ nói riêng nh c«ng nghiƯp gèm sø nãi chung Trong khu«n khổ đồ án tốt nghiệp em xin trình bày máy lọc ép kiểu phòng đợc sử dụng dây chuyền sản xuất gốm sứ mỹ nghệ Thiết bị làm việc gián đoạn, có sử dụng cấu thuỷ lực để tạo lực ép lọc với máy hoạt động để lùi di động trình lọc đà kết thúc Để sâu vào tìm hiểu tính toán thiết kếchế tạo nh vận hành loại thiết bị em xin đợc trình bày phần PHầN I tổng quan công nghệ sản xuất gốm sứ I.1 Giới thiệu Danh từ gốm sứ đợc xuất phát từ chữ Ceramic bao gồm sản phẩm đợc sản xuất từ đất sét-cao lanh nguyên liệu không thuộc Silicat nh Titanat, Pherit Đồ gốm sản phẩm đợc tạo hình từ nguyên liệu dạng bột, nung nhiệt độ cao chúng kết khối, rắn nh đá cho nhiều tính quý nh: độ bền học cao, bền nhiệt, bền hoá, bền điện Để đạt đợc tính chất nh yêu cầu dây chuyền công nghệ sản xuất gốm sứ phức tạp Với thuộc tính quý trên, sản phẩm gốm sứ đợc sử dụng phổ biến tất lĩnh vực từ dân dụng đến ngành công nghiệp đại bao gồm kỹ thuật điện-điện tử, vô tuyến điện tử, truyền tin truyền hình, tự động hoá kỹ thuật điều khiển kể ngành du hành chinh phục vũ trụ Chính vậy, sản phẩm gốm sứ đợc phân chia thành nhiều loại với nhiều tên gọi khác nhau, cụ thể là: Theo cấu trúc tính chất sản phẩm ngời ta phân thành: gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt Theo mặt hàng, cách trớc hết vào tên loại nguyên liệu chủ yếu để sản xuất loại sản phẩm nh: gạch ngói, sành, tràng thạch, sành đá vôi, sứ pherit, sứ xơng Phân loại theo lĩnh vực sử dụng Theo cách không cø vµo cÊu tróc hay tÝnh chÊt chđ u cđa nó, không quan tâm đến loại nguyên liệu dùng để sản xuất chúng mà dựa vào phạm vi sử dụng Thực chất cách gọi nhóm sản phẩm có đặc tính kỹ thuật giống nên chúng đợc dùng lĩnh vực định Các sản phẩm loại cho ta khái niệm chung vai trò ngành kỹ thuật gốm sứ nỊn kinh tÕ qc d©n Theo lÜnh vùc sư dơng phân loại sản phẩm gốm sứ nh sau: + Gèm sư dơng d©n dơng, bao gåm: gốm dân dụng (chum, vại ), gốm xây dựng (gạch, ngãi ), gèm sư dơng y häc, gèm mü nghƯ + Gèm sư dơng c«ng nghiƯp nh: gèm vật liệu mài, đá mài, dao tiện, gốm phủ kim loại, gốm chịu lửa, gốm dùng kỹ thuật ®iƯn (sø c¸ch ®iƯn, gèm b¸n dÉn, gèm tõ tÝnh) ë níc ta gèm sø cịng ®· xt hiƯn tõ sớm Từ thời thợng cổ ông cha ta đà sản xuất đợc đồ gốm, di vật lịch sử gốm văn hoá thời Hùng Vơng phát đợc nhiều địa điểm khảo cổ khắp miền đất nớc ta chứng minh thời kỳ tổ tiên đà có văn minh rực rỡ Đặc biệt sản phẩm gốm thời Lý-Trần với hoạ tiết trang trí kiểu hoa văn nhiều màu sắc mang tính dân tộc độc đáo, men ngọc men lý đợc nhiều ngêi a thÝch Thêi kú nµy, hµng gèm ViƯt Nam đợc xuất cảng sang Nhật Bản nớc Đông Nam khác Chúng ta có nhiều sở sản xuất gốm sứ dân dụng gốm mỹ nghệ nh: Hơng Canh (sành-sứ dân dụng), Bát Tràng (gốm sứ mỹ nghệ), Móng Cái, Biên Hoà Trong ngành gốm sứ mỹ nghệ ngày đợc phát triển với phát triển đất nớc Sản phẩm gốm sứ mỹ nghệ sản phẩm tốt nhất, đẹp mặt hàng gốm Vì công nghệ sản xuất gốm sứ mỹ nghệ yêu cầu nghiêm ngặt từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, tạo hình, tạo tráng men đến khâu nung sản phẩm Ngày với phát triển không ngừng khoa học- ỹ thuật với yêu cầu ngày cao ngời tiêu dùng việc cải tiến quy trình công nghệ, nâng cao chất lợng sản phẩm điều sống doanh nghiệp, đơn vị sản xuất Để giải vấn đề cần có nghiên cứu nhiều ngành nh: học, hoá häc, vËt lý, nhiƯt häc cho tõng kh©u cđa quy trình công nghệ Với phạm vi ngành giải toán cụ thể cho khâu quy trình công nghệ, kết hợp lại ta có quy trình công nghệ tối u I.2 Dây chuyền sản xuất KCS: khâu kiểm tra Phần cốt: nguyên liệu làm cốt sau đợc tuyển chọn chuẩn bị đợc đa vào tạo hình chờ tráng men Phần men: nguyên liệu làm men sau đợc tuyển chọn chuẩn bị đợc đa vào khâu tráng men cho phần men Sau đợc tráng men nung thành phẩm Dới em xin trình bày sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất gốm sứ ®ỵc sư dơng xÝ nghiƯp gèm sø mü nghƯ X51 quốc phòng Tất nguyên liệu vào tập kết KCS Cốt Men Đất sét Cao lanhThạch anh Trờng thạch Đá vôi Hoạt thạch Cao lanh Phân tích Phân tích Cao lanh Máy nghiền bi ớt Tuyển chọn Khuấy Đập hàm Khuấy Máy sàng rung Nghiền Đất hồ đổ rót Máy tuyển từ Sàng Máy nghiền bi Bể chứa Máy làm men KCS Lọc ép khung Bể chứa Sàng rung, tun tõ S¶n phÈm Cao cÊp KCS S¶n phÈm Trung cấp Đổ rót KCS Kho chứa KCS Gắn quai vòi Kho chứa Kho chứa Luyện thờng Hút chân không Tạo hình ép Phôi Sửa gạt In hoa Tráng men 4 Cạo chân Chuyển lên lò Đóng bao Xếp lò Đốt lò Ra lò Chuyển vào kho Phân loại KCS Kho thành phẩm Xuất kho Hình 1: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất gốm sứ mỹ nghệ Thuyết minh sơ đồ dây chuyền công nghệ: Đối với cốt: cao lanh đất sét sau đợc phân tích xác định độ ẩm , tuyển chọn ®ỵc trén theo tû lƯ (thêng cao lanh 85%, ®Êt sét 15% khô tuyệt đối) Sau đợc qua khuấy trộn, lắng lọc tuyển từ để tách tạp chất sắt chứa nguyên liệu Phần nớc có chứa tạp chất xenlulô lên đợc thải bỏ Phần hồ sau đà đợc khử bỏ tạp chất sắt đợc bơm màng bơm vào máy lọc ép khung để loại bỏ bớt nớc, ta đợc lớp đất mộc (thờng có độ ẩm 25% 35%) Đất mộc sau qua máy lọc ép khung (máy lọc ép kiểu phòng) đợc kiểm tra để phân loại thành phần thô phần mịn Phần có chứa hạt thô, rắn đợc đa qua máy nghiền bi Phần mịn đợc ủ kho để tăng độ dẻo, độ ẩm Sau phối liệu đà đợc ủ đợc luyện máy hút chân không (đối với nguyên liệu dùng để sản xuất mặt hàng cao cấp) luyện thờng (đối với nguyên liệu dùng để sản xuất mặt hàng thứ cấp) để nhằm tăng độ dẻo, giảm lợng không khí có lớp đất mộc tạo nên độ đặc sít cho cốt gốm Sau đa qua công đoạn tạo hình ép Đối với đất hồ đổ rót, đạt độ mịn trung bình đợc đa qua máy nghiền bi (thông thờng tỷ lệ: nguyên liệu/ bi/ nớc =1/1/1) Sau đợc đa kiểm trađa gắn quai vòitạo hình ép Đối với men: cao lanh nguyên liệu khác trớc vào sản xuất đợc phân tích xác định ®é Èm, tun chän Cao lanh cã ®é mÞn cao nên chuẩn bị đa vào máy làm men (máy nghiền bi) Các nguyên liệu lại (thờng gọi nguyên liệu gầy) cứng thờng đạt độ mịn trung bình, sau đà trộn theo tỷ lệ đợc đa qua máy đập hàm, nghiền sàng phân loại Cuối cao lanh nguyên liệu đợc trộn đa qua máy làm men sau qua sàng rung, tuyển từ để loại bỏ tạp chất chứa sắt có nguyên liệu Hồ đợc kiểm tra ủ kho I.3 Phân tích nguyên liệu để sản xuất gốm sứ: I.3.1 Nguyên liệu: Nguyên liệu để sản xuất gốm sứ loại cao lanh đất sét (gọi nguyên liệu dẻo), thạch anh, trờng thạch, hoạt thạch (gọi nguyên liệu gầy) Cao lanh đất sét sản phẩm phong hoá tàn d loại đá gốc chứa trờng thạch nh pecmatit, grabit, gabro, bazan,rhyolit cuội sỏi thềm biển đệ tứ, hay đá phun trào axít nh Kê-ra-tô-phia, phen-zit Ngoài hình thành phong hoá kiểu tàn d, có hình thành trình biến chất trao đổi đá gốc cộng sinh nhiệt dịch quắc-pho-phia, quắc-zit Kiểu phong hoá tàn d biến chất trao đổi hình thành mỏ cao lanh mỏ đá gốc-là cao lanh nguyên sinh (tức cao lanh thô) Nếu sản phẩm phong hoá tàn d nhng bị nớc băng hà, gió lắng đọng chổ trũng hình thành nên mỏ cao lanh hay đất sét, trầm tích-hay gọi cao lanh thứ sinh Phần lớn mỏ đất sét chịu lửa hay đất sét khó cháy Sự hình thành mỏ cao lanh đất sét, yếu tố có đá gốc chứa trờng thạch phải kể đến yếu tố địa mạo cấu tạo nên vùng chứa đá gốc yếu tố môi trờng (độ ẩm nhiệt độ) Phần lớn mỏ cao lanh đất sét nằm vùng đồi núi dốc thoải hay thung lũng núi Quá trình nghiên cứu hình thành Trái Đất ngời ta cho tạo thành mỏ cao lanh đất sét xẩy thời kỳ đầu đệ tứ mạnh thời kỳ đệ tứ muộn Giai đoạn khí hậu ẩm ma nhiều, thảm thực vật phát triển mạnh tạo môi trờng thuận lợi cho trình phong hoá đá gốc trình hoá học Mặt khác thời kỳ vận động Trái đất xẩy mạnh bao gồm nâng lên hay tụt xuống vỏ Trái đất phần tiếp xúc với khí tạo nên nhiều nếp uốn khe nứt Nh hình thành mỏ cao lanh đất sét chịu tác dụng tơng hỗ trình hoá học, học (kể sinh vật học) bao gồm tợng phong hoá, rửa trôi lắng đọng thời gian dài Về mặt hoá học, chất phức tạp, bao gồm nhiều khoáng chất có chứa Al, Mg, Si Đất sét phổ biến đợc tạo thành trầm tích lắng đọng nên thành phần hạt mịn cao lanh thành phần khoáng vật phức tạp Về kích thớc hạt nhìn chung cao lanh đất sét nằm giới hạn phân tán keo (khoảng 60m) Thành phần kích thớc hạt có ảnh hởng lớn đến khả hÊp thơ, trao ®ỉi ion, ®é co ngãt sÊy, cêng ®é méc cịng nh diƠn biÕn tÝnh chÊt cđa khoáng theo nhiệt độ nung Nguyên liệu để sản xuất men cao lanh có thạch anh, trờng thạch, đá vôi hoạt thạch Trờng thạch loại khoáng vật silicat Trong đá mácma trờng thạch chiÕm tíi 60% VỊ mỈt cÊu tróc tinh thĨ trêng thạch loại silicát dạng khung gồm tứ diện (Si, Al)O4 xếp theo không gian liên tục; tỷ số (Si +Al)/O gốc anion =1:2 Si:Al=3:1:1.Bao gồm Si3Al8, [Si2Al20]-2 hay [Si3Al3O10]-2 Ngoài có anion khác nh Cl-1, [OH]-1, [SO4]-2 Về mặt hoá học trờng thạch alumosilicat K, Na, Ca Trong thực tế chúng tồn dạng đơn khoáng mà thờng phổ biến dạng hỗn hợp Vai trò trờng thạch công nghiệp gốm sứ quan trọng định điều kiện công nghệ (nhiệt độ nung) mà ảnh hởng lớn đến tính chất kỹ thuật sứ Sứ muốn có độ cao (khả cho ánh sáng xuyên qua lớn) việc hạn chế ôxýt gây màu (Fe 2O3+TiO2) phải đa vào lợng trờng thạch đủ lớn (29 30%) Đối với sứ cách điện cao thế, muốn có độ bền điện cao hàm lợng trờng thạch phải lớn 30% Thạch anh khoáng chất silicat mà chủ yếu hợp chất SiO 2, thiên nhiên thạch anh tồn hai dạng chính: dạng tự nhiên dạng vô định hình Dạng tinh thể bao gồm cát, thạch anh, quắc-zít sa thạch Cát sản phẩm phân huỷ kho¸ng chøa nhiỊu SiO (vÝ dơ granit) díi t¸c dụng học, hoá học, khí hậuv.v Sản phẩm phong hoá đợc nớc hay gió mang đi, hạt mịn bị kéo xa, hạt thô (tức cát) đọng lại chổ trũng thành mỏ hay bÃi cát lớn cửa sông hay bÃi biển Loại cát chứa chủ yếu SiO nguyên liệu cho công nghiệp thuỷ tinh men sứ Sa thạch liên kết quắc với chất liên kết khác nh sét, vôi thạch cao hay axít silicat thành khối quặng rắn Nếu sa thạch sít đặc gọi quắc-zít tinh thể, sa thạch gồm hạt quắc đợc liên kết lại axít silicat vô định hình gọi quắc-zít xi măng Quắc-zít tinh thể nguyên liệu cho gốm sứ vật liệu chịu lửa Đặc tính loại biến đổi hình thù yếu (chậm) quắc-zít xi măng có khả chuyển hoá mạnh nên thích hợp cho sản xuất gạch đy-nát Dạng vô định hình bao gồm đá cuội axít silic sạch, tơng đối xốp, loại độ cứng cao độ mài mòn nhỏ bề mặt nhẵn dùng làm bi để nghiền nguyên phối liệu gốm sứ tốt Yêu cầu thạch anh trình sản xuất gốm sứ hàm lợng SiO2 cao hàm lợng tạp chất ôxýt gây màu (nh ôxýt Fe ) tốt Ngoài có hoạt thạch (3MgO4 SiO2.H2O) đá vôi (CaCO3) Trong trình sản xuất sử dụng số phụ liệu khác nh: samốt, thạch cao, ôxýt mang màu nh Cr2O3, CrO, MnO2 I.3.2 Đặc tính đất sét cao lanh có nớc: Nh đà biết, sản phẩm gốm sứ sản xuất từ cao lanh đất sét tạo hình nhiều phơng pháp khác nhờ đặc tính trộn với nớc Nh đà nói trên, cao lanh đất sét tổng hợp nhiều hạt mịn với kích thớc hạt khác nhau, bề mặt riêng chúng lớn, hệ thèng èng mao qu¶n chóng võa lín võa phøc tạp khả tự hút ẩm để không khí (nớc vật lý chứa đất sét cao lanh nguyên khai có lúc lớn 20%) Trộn thêm nớc vào đất sét cao lanh, tuỳ thuộc vào hàm lợng nớc thêm vào mà tính chất hỗn hợp khác (ít dẻo, dẻo, chảy dẻo chảy thành dòng liên tục) Đặc tính gọi độ dẻo Theo cách phân loại lu biến học đất sét cao lanh vật liệu biến dạng dẻo Chính nhờ tính dẻo cao lanh đất sét mà phối liệu gốm sứ tạo hình phơng pháp khác nhau: ép bán khô, tạo hình dẻo (ép dẻo, vuốt gắn ráp khuôn thạch cao) hay đổ rót hồ khuôn thạch cao Nh độ dẻo hỗn hợp đất sét cao lanh trộn với nớc khả giữ nguyên hình dạng chịu tác dụng lực bên mà không bị nứt Độ dẻo hỗn hợp ảnh hởng nhiều trình hoá lý phức tạp dới tác động nhiều yếu tố khác xảy đồng thêi Tuy nhiªn chóng ta cã thĨ thõa nhËn tÝnh dẻo tợng sau gây nên: + Khả trợt lên hạt sét có hình dạng kích thớc khác Khả trợt lên dễ dàng hạt sét hấp phụ đủ nớc cation hấp phụ trao đổi + Hiện tợng dính kết hạt sét với thành khối Hiện tợng mÃnh liệt hạt sét hấp thụ cation hay anion trao đổi đặc biệt trờng hợp lợng nớc vừa đủ để thực trình hydrat hoá hoàn toàn