Công nghệ silicat là ngành công nghiệp tương đối rộng sản xuất các loại vậtliệu gốm sứ xây dựng, sành sứ, vật liệu chịu lửa, thủy tinh xây dựng, thủy tinh y tế, thủy tinh mỹ nghệ, thủy t
Trang 1
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 giaiđoạn
Công nghệ silicat là ngành công nghiệp tương đối rộng sản xuất các loại vậtliệu 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…Côngnghiệp 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 tổchức thương mại lớn nhất thế giới (WTO)
Thủy tinh là loại vật liệu lịch sử tồn tại hàng ngàn năm được dùng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực của đời sống Hiện nay ngành sản xuất thủy tinh trong nướccòn non trẻ, đặc biệt là thủy tinh ống, các cơ sở sản xuất thủy tinh ống ở nước takhông nhiều, trong khi đó nhu cầu tiêu thụ trong nước và thị trường xuất khẩutrong giai đoạn hội nhập rất cao, các sản phẩm thủy tinh ống sản xuất ra mỗi nămchưa đáp ứng đủ nhu cầu ngày càng tăng của nhân dân Hiện nay để tận dụngnguồn nhân lực dồi dào cũng như nguồn tài nguyên phong phú sẵn có, Đảng vànhà nước ta đang có nhiều kế hoạch đầu tư xây dựng thêm nhiều nhà máy sản xuấtthủy 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 tếđóng 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 tạicác nhà máy lớn
Trong quá trình thực hiện sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, ngoài rakiến thức có một phần còn giới hạn, do đó rất mong nhận được sự giúp đỡ, hướngdẫn tận tình của thầy cô giáo, cùng với sự góp ý của bạn bè để đồ án này đượchoàn thiện một cách tốt nhất
Trang 2
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 nhằmđưa nước ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp Đó là quá trình chuyển đổicăn 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 hộicao 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 sựkiện nước ta chính thức gia nhập vào tổ chức thương mại WTO mở ra cho ngànhsản xuất trong nước một thị trường rộng lớn đầy tiềm năng và việc hướng xuấtkhẩu ra nước ngoài là rất khả quan Do vậy, trong tương lai các sản phẩm thủy tinhống 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 vựcMiền Trung vẫn chưa có nhà máy thủy tinh nào, do đó việc xây dựng nhà máy sảnxuất 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 dựngmột 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:
1.2.1 Về mặt thị trường tiêu thụ
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 côngnghiệp, 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 chếxuất 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
1.2.2 Nguồn lao động và đội ngũ cán bộ
Quảng Nam là một tỉnh nông nghiệp nên lực lượng lao động rất dồi dào nênviệc xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Chu Lai là điểm thu hút và giải quyếtmột 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 CĐCông Nghệ Đà Nẵng
Độ ngũ quản trị kinh doanh, marketing được cung cấp từ trường ĐHKT ĐàNẵng
1.2.3 Nguồn nguyên nhiên liệu
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, K2CO3, BaCO3, Borat ….đượcmua ở trong nước hay nhập khẩu từ nước ngoài
Nhiên liệu dầu được mua ở nhà máy lọc dầu Dung Quất
SVTH: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG 2
Trang 31.2.4 Điều kiện giao thông vận tải
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 biệtđường sắt và đường biển có giá thành vận chuyển thấp nhất, do đó ta có thể hạthấp giá thành sản phẩm một cách hợp lý, mặt khác nhà máy đặt tại đây có thểgiảm bớt chi phí đầu tư vì không phải thiết lập hệ thống giao thông riêng cho nhàmáy
1.2.5 Điều kiện tự nhiên
Khu vực miền Trung nói chung và Quảng Nam nói riêng chịu ảnh hưởngcủa nhiệt đới gió mùa Từ tháng 2 đến tháng 8 là mùa khô, tháng 9 đến tháng 12 làmùa mưa kéo dài
Nhiệt độ trung bình là 26 0C
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 sảnxuất thủy tinh ống là cần thiết Không những đáp ứng nhu cầu thị trường mà cònnhiều lợi ích xã hội khác
Trang 4Chương 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 hoànthiện các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng Loại vật liệu tuy bìnhthường nhưng cung rất diệu kỳ này có mặt ở mọi nơi Những tấm thuỷ tinh trongsuốt hay nhuộm màu, những ô cửa ở các loại toa xe, các lối đi từ nhà này sang nhàkhác, những dụng cụ chai lọ ở gia đình và trong phòng thí nghiệm, những đènlung 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 TrungCận Đông Từ Trung Cận Đông sản xuất thuỷ tinh đã được lan truyền sang Ý, rồisau đó sang các nước Châu Âu như Pháp, Tây Ban Nha, Đức, Nga, Anh Nhờ giaothương 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 vàkhoa học sớm nhất Nền kỹ thuật kim loại và gốm phát triển sớm hơn cả ở cácnước Châu Âu
Sản phẩm thuỷ tinh nhận được có thể tạo hình bằng các cách sau: thổi, épđập, 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 bịhiện 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 đểbảo quản các loại thuốc trong ngành y tế Thủy tinh được thành chai, lọ, ống đểbảo 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 đượctương 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 từthủy 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, Sb2O3 và As2O3
Thủy tinh ampun được sử dụng nhiều nhất là thủy tinh ít kiềm, chứa nhiều
Al2O3 và B2O3
Sau khi sản xuất thành ống để gia công thành ampun phải kiểm tra lại tínhchất của thủy tinh: Cho thuốc vào ampun và giữ rất lâu mà thuốc không bị biếnchất và kết tủa hoặc cho dung dịch phenolphtalein vào ampun và giữ trong khoảng
2 giờ ở 1200C dung dịch vẫn trong suốt (không có màu)
Bảng 2.1: Thành phần hóa của một vài thủy tinh ampun
Số hiệu SiO2 B2O3 Al2O3 + Fe2O3 CaO K2O Na2O
SVTH: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG 4
Trang 52.3 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 Dovậy thành phần nguyên liệu, công nghệ sản xuất cũng khác nhau thể hiện qua bảngsau:
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 caoKhông phản ứng với thuốc Không được thấm khí
2.4 Giới thiệu phương pháp sản xuất và chọn mặt hàng
2.4.1 Chọn lò
Trong công nghệ sản xuất thủy tinh phổ biến dùng lò bể hoặc lò nồi
2.4.1.1 Lò nồi
• 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 thíchhợp để nấu thủy tinh quang học chất lượng cao, thủy tinh bóng đèn, thủy tinh nghệthuật 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 lạitiếp tục
2.4.1.2 Lò bể
• 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 tinhống y tế Ở đây ta chọn lò bể liên tục cở nhỏ với năng suất 10 tấn sản phẩm/ngàyđêm
2.4.2 Giới thiệu phương pháp
Trang 67 Phương pháp tạo hình bằng cách kết hợp các phương pháp
Ống thủy tinh có thể được tạo hình bằng phương pháp thủ công Hiện nayphổ biến hơn là phuơng pháp kéo tự động bằng máy, có thể kéo ngang, kéo đứnghay kéo đứng ngang Do đặc điểm vốn có của thủy tinh là sức căng bề mặt lớn nên
Ống được tạo thành sau khi nhúng mồi vào khối thủy tinh rồi kéo lên phíatrên 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 khílàm lạnh, phía trong bằng không khí nén tạo hình
SVTH: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG 6
Trang 7Đường 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 củhành và chiều cao đặt ống làm lạnh Muốn kéo đũa chỉ việc ngừng cung cấp khínén là được.
2 Phương pháp kéo đứng ngang
Hình 2.4.2: Sơ đồ kéo đứng ngang
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 ổnđịnh và việc làm lạnh thì đơn giản hơn
3 Phương pháp kéo ngang _ kéo Danner
Hình 2.4.3: Sơ đồ kéo ngang_kéo Danner
Phương pháp kéo này cho phép kéo những ống mỏng cũng như dày cóđường kính đến 40 mm Thủy tinh lỏng chảy thành dòng trên bề mặt ống Samôt
Trang 8quay chậm Nhờ ống đuợc đặt nghiêng và quay tròn nên thủy tinh sẽ chảy thànhmột lớp đều đặn ở trên bề mặt ống và ống đó được kéo ra nhờ máy kéo Từ ốngSămôt 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 áplực của dòng khí nén Muốn tăng bề dày mà vẫn giữ nguyên đường kính ống cóthể thực hiện bằng cách giảm tốc độ kéo và giảm áp lực khí nén
2.4.3 Chọn mặt hàng để sản xuất
Thủy tinh ống là một sản phẩm từ thủy tinh được chế tạo ở dạng ống trònvới nhiều kích cỡ khác nhau về đường kính, độ dày Hiện nay trên thị trường cónhiều 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…
SVTH: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG 8
Trang 9Chương 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 nênchúng Các oxyt khi nấu chảy và được làm nguội tạo thành thủy tinh và gọi làthành phần thủy tinh
Các yêu cầu đối với thành phần và tính chất của các loại thủy tinh khácnhau 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 yêucầu 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 tinhtrung tính
- Không thôi kiềm khi tiếp xúc với thuốc
Qua tham khảo thực tế tại các nhà máy sản xuất thủy tinh ống dùng trongngành dược và các tài liệu liên quan, ta chọn thành phần thủy tinh cần nấu theobảng sau:
Bảng 3.1: Thành phần hoá của thuỷ tinh
SiO2 B2O3 Al2O3 + Fe2O3 CaO K2O Na2O
3.2 Vai trò và tác dụng của từng oxyt
3.2.1 Nguyên liệu cung cấp Silic oxyt- SiO 2
Vai trò và tác dụng:
- Là nguyên liệu chính
- Thành lập các tứ diện [SiO4]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 SiO2 thì càng khó nấu
Nguyên liệu: cát
Yêu cầu: hàm lượng SiO2 là nhiều nhất, hàm lượng tạp chất là ít nhất Tạp chất trong cát: - Loại vô hại: Al2O3, Na2O, K2O
- Loại có hại: Fe2O3, FeO, Cr2O3
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
Trang 10Bảng 3.2: Thành phần hóa của SiO 2
T.P
hóa SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O MKN TổngCát 97.47 0.87 0.086 0.8 0.19 0.336 0.152 99.904
Bảng 3.3: Bảng thành phần hóa của SiO 2 quy đổi về 100 %
T.P hóa SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O MKN TổngCát 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 hàmlượng sắt trong cát là 0.015 – 0.02 %, do đó ta phải khử bớt sắt trước khi đưa vàophối liệu bằng cách dùng nam châm điện
Bảng 3.4: Thành phần hóa của SiO 2 sau khi khử sắt
T.P hóa SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O MKN TổngCát 97.633 0.872 0.015 0.802 0.190 0.336 0.152 100
3.2.2 Nguyên liệu cung cấp oxyt Borat B 2 O 3
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 B2O3 :
- Axit boric H3BO3 chứa 56.45 % B2O3 và 43.55 % H2O
- Borax Na2B4O7 chứa 36.65 % B2O3, 16.2 % Na2O, 47.15 % H2O.Borat cung cấp cho thuỷ tinh đồng thời hai oxyt B2O3 và Na2O
- Nguồn cung cấp : Mua trong nước
- 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
SVTH: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG 10