Gốm sứ là một loại vật liệu không quá xa lạ với con người, chúng cực kỳ đa dạng và phong phú về chủng loại và mẫu mã sản phẩm. mỗi loại có yêu cầu và phạm vi sử dụng riêng. Sứ mỹ nghệ là một sản phẩm gốm sứ, thường được sử dụng để trang trí, trưng bày, đôi khi chúng sử dụng trong sinh hoạt hằng ngày. Để có được sản phẩm sứ mỹ nghệ có tính thẩm mỹ cao cùng với tính năng kỹ thuật khác thì khâu sản xuất cần phải được chú trọng để đảm bảo yêu cầu đưa ra
Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Mục Lục Mở Đầu Chương 1: Tính Tốn Kích Thước Lị .3 1.1 Lựa chọn sản phẩm nội thất lò 1.2 Tính tốn xe gng 1.3 Tính tốn kích thước lò Chương 2: Xây Dựng Đường Cong Nung 2.1 Thuyết minh 2.2 Đường cong nung Chương 3: Tính Tốn Q Trình Cháy Nhiên Liệu 3.1 Tính nhiệt trị nhiên liệu 3.2 Tính lượng khơng khí cần thiết .7 3.3 Thành phần sản phẩm cháy Chương 4: Thiết Lập Cân Bằng Nhiệt 4.1 Nhiệt cung cấp .9 4.2 Nhiệt tiêu tốn .12 4.3 Lượng nhiên liệu tiêu tốn 18 Chương 5: Tính Tốn Các Thiết Bị Phụ Trợ 20 5.1 Tính tốn vịi đốt 20 5.2 Nhiệt thu từ trình làm nguội 20 Tài Liệu Tham Khảo 21 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Mở Đầu Gốm sứ loại vật liệu không xa lạ với người, chúng đa dạng phong phú chủng loại mẫu mã sản phẩm loại có yêu cầu phạm vi sử dụng riêng Sứ mỹ nghệ sản phẩm gốm sứ, thường sử dụng để trang trí, trưng bày, chúng sử dụng sinh hoạt ngày Để có sản phẩm sứ mỹ nghệ có tính thẩm mỹ cao với tính kỹ thuật khác khâu sản xuất cần phải trọng để đảm bảo yêu cầu đưa Nhiệm vụ thiết kế đồ án mơn học em “Thiết kế lị thoi lửa đảo nung sứ mỹ nghệ, dung tích 12 m3, nhiệt độ nung 1250oC” Nội dung tính tốn thiết kế bao gồm chương: Chương 1: Tính tốn kích thước lò Chương 2: Xây dựng đường cong nung Chương 3: Tính tốn q trình cháy nhiên liệu Chương 4: Thiết lập cân nhiệt lò nung Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ trợ cho lị Trong trình thực đề tài giúp đỡ, bảo tận tình thầy Nguyễn Thành Đơng, em hoàn thành đề tài thời hạn Tuy nhiên, q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy giáo xem xét, góp ý để đồ án em hồn thiện Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy trực tiếp hướng dẫn, sát em thực đề tài Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đơng Chương 1: Tính Tốn Kích Thước Lị 1.1 Lựa chọn sản phẩm nội thất lò 1.1.1 Lựa chọn sản phẩm nung Sản Phẩm Kích Thước (cm) Lọ Hoa HxD = 23x10 Tượng Phật HxLxW = 26x10x6 Cốc HxD = 10x8.5 1.1.2 Lựa chọn nội thất lị Kích thước (cm) Tấm kê LxWxT = 52x49x1.2 LxWxH = 5x3x11 LxWxH = 5x3x25 Trụ Đỡ LxWxH =5x4x28 1.2 Tính tốn xe gng 1.1.1 Kích thước hữu ích Khối Lượng (Kg) 0.9 0.4 0.35 Khối lượng (Kg) 0.4 1.0 1.2 Loại vật liệu SiC SiC Xếp kê theo chiều rộng xe goòng kê theo chiều dài xe gng ta có: Dài: 5x520 + 20x4 = 2680 (mm) Rộng: 3x490 + 40x2 = 1550 (mm) Chiều cao khối xếp: m 1.1.2 Kích thước xe gng Chiều rộng: 1550 + 20x2 = 1590 mm Chiều dài: 2680 + 150x2 = 2980 mm Chọn khoảng cách từ đến bề mặt khung kim loại 370 mm Xây lớp gạch cách nhiệt cao nhơm xe gng, chiều dày thép mm Chiều cao: 5x65 + = 330 mm Chọn khoảng cách từ mép goòng đến ghế đẩu 50 mm để làm zích zắc Xây xe gng lồi lớp gạch thứ thứ từ xuống lồi ghế đẩu lớp thứ 4,5 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đơng Chọn kích thước kênh ngầm: làm ba kênh ngầm xe goòng (hai kênh ngầm bên chiều rộng 210 mm, kênh 250 mm), chiều cao kênh ngầm hàng gạch: 5x65 = 195 mm Xếp sản phẩm: Mỗi kê xếp được: 28 tượng, 16 lọ hoa, 25 cốc Một xe goòng xếp được: tầng tượng, tầng lọ hoa, tầng cốc Một xe goòng ta xếp 3x15x28 = 1260 tượng 4x15x16 = 960 lọ hoa 8x15x25 = 3000 cốc 1.3 Tính tốn kích thước lị Chọn chiều dày tường lò, cửa lò, vòm lò 300 mm Chiều rộng lò: 1590 + (50 + 200)x2 = 2090 mm Chiều dài lò: 2980 mm Chiều cao lị tính từ mặt gng 12 + 30 + 2890 +150 = 3082 mm Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Chương 2: Xây Dựng Đường Cong Nung 2.1 Thuyết minh Giai đoạn chuyển tiếp 25 đến 300oC Đây giai đoạn tách nước liên kết vật lý sản phẩm Trong giai đoạn tốc độ nâng nhiệt lớn nước lịng vật liệu chưa kịp tăng áp suất dẫn đến nứt, nổ sản phẩm Vì tốc độ nâng nhiệt giai đoạn phải đủ chậm Giai đoạn nâng nhiệt 300 đến 900oC Trong sản phẩm xảy q trình tách nước hóa học, cháy hợp chất hữu cơ, phân giải hợp chất cacbonat Giai đoạn nâng nhiệt nhanh giai đoạn trước mà phải đảm bảo an tồn cho sản phẩm nung Mơi trường nung oxy hóa Giai đoạn hãm nhiệt oxy hóa 900 đến 1040oC Mục đích hãm nhiệt với tốc độ nâng nhiệt chậm phản ứng phân hủy có đủ thời gian để kết thúc hồn tồn Duy trình mơi trường oxy hóa mạnh Giai đoạn 1040 đến 1250 oC Mơi trường nung oxy hóa Giai đoạn lưu lửa trung tính từ 1250oC đến nhiệt độ nung cuối Trong giai đoạn tốc độ nâng nhiệt độ nung chậm Vào cuối giai đoạn lớp men bề mặt sản phẩm chảy dàn đạt độ bóng cao, sản phẩm nung kết khối hoàn toàn Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông 2.2 Đường cong nung Nhiệt độ - thời gian 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 10 12 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đơng Chương 3: Tính Tốn Q Trình Cháy Nhiên Liệu 3.1 Tính nhiệt trị nhiên liệu Chọn nhiên liệu khí hóa lị LPG Saigon petro 50/50 Thành phần C3H8 C4H10 %V 51.5 47.5 Nhiệt trị làm việc nhiên liệu C5H12 = 25080.88 kcal/m3 3.2 Tính lượng khơng khí cần thiết Thể tích Khí Phương trình phản ứng (%V) C3H8 51.5 C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O C4H10 47.5 C4H10 + 6.5O2 = 3CO2 + 4H2O C5H12 C5H12 + 8O2 = 3CO2 + 4H2O Tổng 100 Lượng khơng khí khơ lý thuyết Lượng Sản phẩm cháy O2 cần thiết (m3) CO2 H2O 257.50 308.75 8.00 574.25 154.5 190 5.0 349.5 206 237.5 6.0 449.5 m3 Chọn hệ số dư α = 1.1 Lượng khơng khí khơ thực tế m3 Chọn độ ẩm khơng khí là: 80% Lượng nước khơng khí ẩm m3/m3 Lượng khơng khí ẩm cần thiết để cháy m3/m3 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông 3.3 Thành phần sản phẩm cháy Lượng sản phẩm cháy: m3 m3 m3 m3 Tổng sản phẩm cháy: m3 Thành phần sản phẩm cháy Hàm nhiệt khơng khí nhiệt độ 25oC I = 7.79 (kcal/m3) [79,1] Hàm nhiệt khói lị Kcal/m3 Chọn hệ số pyromet Kcal/m3 Tra đồ thị 2.2 [76-1] Nhiệt độ thực tế t = 1580 oC Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Chương 4: Thiết Lập Cân Bằng Nhiệt 4.1 Nhiệt cung cấp 4.1.1 Nhiệt cháy nhiên liệu kcal (B lượng nhiên liệu tiêu tốn) 4.1.2 Nhiệt lý học nhiên liệu mang vào Nhiệt dung riêng chất khí 25oC kcal/m3.oC kcal/m3.oC kcal/m3.oC Nhiệt dung riêng nhiên liệu kcal/m3.oC kcal 4.1.3 Nhiệt khơng khí để cháy nhiên liệu kcal (Trong ikk =7.79 kcal/m3 ứng với nhiệt độ 25oC) 4.1.4 Nhiệt nguyên liệu vào lò nung Khối lượng tượng: 1260x0.4 = 504 kg Khối lượng lọ hoa: 960x0.9 = 864 kg Khối lượng cốc: 0.35x3000 = 1050 kg Tổng khối lượng sản phẩm: 504 + 864 + 1050 = 2418 kg Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đơng Chọn ngun liệu có thành phần hóa sau: NL ĐS SiO2 Al2O3+TiO2 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O MKN Trúc 69 20.8 1.3 0.5 0.2 1.7 0.43 6.0 47.61 35.51 0.64 0.09 0.26 1.81 0.28 13.36 98.75 0.3 0.12 0.22 69.46 17.88 0.2 0.56 0.45 Thôn CL Yên Bái TA Phú 0.35 0.12 Thọ Fenpat Lào 8.2 2.78 0.38 Cai Chon thành phần phối liệu: Đất sét: 25% Cao lanh 40% Thạch anh 10% Fenpat 25% Quy thành phần hóa học nguyên liệu 100% ta có: MKNDS = 6%, MKNCL = 13.42%, MKNTA = 0.12%, MKNF = 0.38% Khối lượng vật liệu vào lò nung Kg Nhiệt dung riêng vật liệu Kcal/kg.oC Nhiệt vật liệu mang vào: kcal 4.1.5 Nhiệt phận vận chuyển vật liệu, nội thất lò mang vào Thông số gạch cách nhiệt JM 26: Nhiệt dung riêng kcal/kg.oC 10 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đơng Khối lượng thể tích kg/m3 Thể tích lớp gạch cách nhiệt xe goòng: m3 Khối lượng gạch cách nhiệt xe goòng kg Khối lượng lớp thép kg Khối lượng kê Một xe gng có 240 kê kg Khối lượng trụ đỡ Một xe gng có 257 trụ 3x5x11 99 trụ 5x4x28 132 trụ 5x3x25 kg Nhiệt phận vận chuyển nội thất mang vào lò kcal Tổng lượng nhiệt thu kcal 4.2 Nhiệt tiêu tốn 4.2.1 Nhiệt tiêu tốn để bay ẩm từ vật liệu kcal (trong kg) 4.2.2 Nhiệt tiêu tốn cho phản ứng hóa học 11 Đồ Án Mơn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Nhiệt tiêu tốn để phân hủy khoáng chứa nước kg kcal Nhiệt tiêu tốn để phân hủy cacbonat Hàm lượng MgO phối liệu Hàm lượng CaO phối liệu kcal 4.2.3 Nhiệt để nung nóng nước đến nhiệt độ khí thải Nhiệt dung nước nhiệt độ khí thải tkt = 300 oC C = 0.477 kcal/kg.oC Lượng CO2 từ phối liệu khô Do MgCO3 phân hủy kg Do CaCO3 phân hủy kg Lượng nước hóa học phối liệu kg kcal 12 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông 4.2.4 Nhiệt CO2 từ phối liệu mang Nhiệt dung riêng CO2 nhiệt độ khí thải kcal/kg.oC kcal 4.2.5 Nhiệt khói lị mang ngồi Trong m3/m3 Tra hàm nhiệt chất khí nhiệt độ tkt ta có: kcal/m3, kcal/m3, kcal/m3, kcal/m3 ikt = 101.19 kcal/m3 kcal 4.2.6 Nhiệt nung nóng tường, vịm lị Nhiệt độ trung bình lị oC Thơng số kỹ thuật gốm 1430 nhiệt độ oC Độ dẫn nhiệt W/m.oC Nhiệt dung riêng kcal/kg.oC Khối lượng riêng kg/m3 Chia chiều dày gốm thành phần mm Ta có: m/h h Cứ sau khoảng thời gian nhiệt độ mặt tường lị tăng lên o C Bảng phân bố nhiệt độ tường lò theo phương pháp smith Thời Tmt T2 T3 T4 T5 Tmn gian 0∆S 1∆S 2∆S 3∆S 4∆S 5∆S (h) 13 Đồ Án Môn Học 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 0.000 0.429 GVHD: TS Nguyễn Thành Đông 25 78 25 25 25 25 25 25 52 25 25 0.858 131 39 25 1.287 184 78 25 1.716 237 112 52 2.145 290 145 72 39 2.574 343 181 92 51 3.003 396 218 116 63 3.432 449 256 141 78 3.861 502 295 167 94 4.290 555 335 195 111 4.719 608 375 223 129 5.148 661 416 252 148 5.577 714 457 282 168 6.006 767 498 313 188 6.435 820 540 343 209 6.864 873 582 375 229 7.293 926 624 406 251 7.722 979 666 440 272 8.151 1032 710 469 295 8.580 1085 751 503 315 9.009 1138 794 533 339 9.438 1191 836 567 359 9.867 1250 879 598 383 10.296 1250 924 631 404 10.725 1250 941 664 427 11.154 1250 957 684 449 11.583 1250 967 703 466 12.012 1250 977 717 481 Nhiệt độ mặt xác định theo công thức 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 29 33 39 46 54 63 73 83 94 105 115 126 137 149 161 174 185 198 209 222 234 247 259 269 26 27 29 30 32 35 37 39 41 41 43 45 47 49 52 54 56 59 61 64 66 68 71 73 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt tường cho khơng khí W/m2.oC Ví dụ đoạn 5: oC 14 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Khi nhiệt độ mặt ngồi đạt 41oC tính lại α2 theo cơng thức: W/m.oC Nhiệt độ trung bình giai đoạn đốt nóng đến 1250 oC đoạn 23: o C Tính tốn tương tự ta có giá trị nhiệt độ trung bình bảng sau Giai đoạn Đốt nóng 25 – 1250 Lưu nhiệt 1250 Thể tích tường lị Bông gốm 1430 544.9 621.1 Nhiệt độ tổn thất 40.375 67.167 m3 Thể tích cửa lị m3 Khối lượng tường, cửa lò kg kcal 4.2.7 Nhiệt để nung nóng xe gng Thơng số kỹ thuật gạch cách nhiệt JM26 nhiệt độ trung bình oC Độ dẫn nhiệt W/m.oC Nhiệt dung riêng kcal/kg.oC Khối lượng riêng kg/m3 Chia chiều dày gạch cách nhiệt thành phần m Ta có m/h h 15 Đồ Án Mơn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Cứ sau khoảng thời gian nhiệt độ mặt tăng lên oC Bảng phân bố nhiệt độ theo phương smith Thời gian Tmt T2 (h) 0∆S 1∆S 0 25 25 1.704 234 25 3.408 443 130 5.112 652 349 6.816 861 365 8.520 1070 524 10.224 1250 640 11.928 1250 783 Tính tốn tương tự mục 3.2.6 T3 T4 T5 Tmn 2∆S 25 25 25 78 187 209 315 382 3∆S 25 25 25 25 52 106 124 192 4∆S 25 25 25 25 25 39 68 82 5∆S 25 25 25 25 25 30 40 45 Bảng giá trị nhiệt độ trung bình Giai đoạn Đốt nóng 25 – 1250 Duy trì 1250 Cách nhiệt 1430 358.4 458.3 Nhiệt độ tổn thất 27.857 42.5 kcal 4.2.8 Nhiệt tích lũy kê, trụ đỡ kcal 4.2.9 Nhiệt tổn thất qua tường, cửa, vòm lò xe goòng Nhiệt tổn thất qua tường, cửa vòm lò kcal Nhiệt tổn thất qua xe gng kcal kcal 4.2.10 Nhiệt để nung nóng vật liệu Nhiệt để nâng vật liệu từ 25 – 300oC 16 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông kcal Nhiệt để nâng vật liệu từ 300 – 1040oC kcal Nhiệt để nâng vật liệu từ 1040 – 1250oC kcal kcal 4.2.11 Nhiệt tổn thất khơng tính tốn hết Nhiệt tiêu tốn kcal 4.3 Lượng nhiên liệu tiêu tốn Theo định luật bảo tồn lượng m3 17 Đồ Án Mơn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đơng Chương 5: Tính Tốn Các Thiết Bị Phụ Trợ 5.1 Tính tốn vịi đốt Mỗi bên gần tường lò lắp 10 vòi đốt, khoảng cách vòi đốt 290 mm Tổng số vòi đốt 20 Mỗi vòi đốt cung cấp m3 5.2 Nhiệt thu từ trình làm nguội kcal kcal 18 Đồ Án Môn Học GVHD: TS Nguyễn Thành Đông Tài Liệu Tham Khảo Nguyễn Đăng Hùng, 2014, Lò Silicat, NXB Bách Khoa Hà Nội Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thành Đông, 2009, Công nghệ sản xuất gốm sứ, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Tập thể tác giả, 2006, Sổ tay trinh thiết bị tập 1, NXB Khoa học Kỹ Thuật G Bicney Remey, 1994, Firing ceramic, World Scientific publishing http://www.engineeringtoolbox.com 19 ... phẩm sứ mỹ nghệ có tính thẩm mỹ cao với tính kỹ thuật khác khâu sản xuất cần phải trọng để đảm bảo yêu cầu đưa Nhiệm vụ thiết kế đồ án mơn học em ? ?Thiết kế lị thoi lửa đảo nung sứ mỹ nghệ, dung tích. .. đảo nung sứ mỹ nghệ, dung tích 12 m3, nhiệt độ nung 125 0oC” Nội dung tính tốn thiết kế bao gồm chương: Chương 1: Tính tốn kích thước lò Chương 2: Xây dựng đường cong nung Chương 3: Tính tốn q trình... 4.2.4 Nhiệt CO2 từ phối liệu mang Nhiệt dung riêng CO2 nhiệt độ khí thải kcal/kg.oC kcal 4.2.5 Nhiệt khói lị mang ngồi Trong m3/m3 Tra hàm nhiệt chất khí nhiệt độ tkt ta có: kcal /m3, kcal /m3, kcal/m3,