Trong quỏ trỡnh nung sản phẩm gốm sứ, mụi trường khớ giữ vai trũ quan trọng vỡ nú cú thể làm thay đổi thành phần hoỏ học và kộo theo là làm thay đổi tớnh chất của sản phẩm.
Tuỳ loại sản phẩm trong giai đoạn nung mà điều chỉnh mụi trường cần thiết cho chớnh xỏc: ụxy hoỏ- khử, trung tớnh, chõn khụng hay cỏc khớ bảo vệ khỏc.
Khi nung sứ dõn dụng ở giai đoạn 900ữ10500C thường phải duy trỡ O2
mạnh nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quỏ trỡnh phõn huỷ cỏc hợp chất CaCO3, MgCO3 hoặc thực hiện phản ứng chỏy hoàn toàn cỏc hợp chất hữu cơ cú trong nguyờn liệu.
Ở giai đoạn 1050ữ13000C cần duy trỡ mụi trường khử (dư CO) là nhằm khử màu nõu của Fe+3 sang dạng Fe+2 để sứ trắng hơn:
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
Theo Bowen thỡ FeO dễ phản ứg với SiO2 để tạo thành silicat sắt dễ núng chảy:
FeO + SiO2 → FeOSiO2
Cỏc silicat dễ núng chảy ở 11700C và 12050C.
Ở nhiệt độ cao nếu FeO ở dạng tự do (chưa phản ứng kịp với SiO2) và dư O2 thỡ Fe+2 lại dễ chuyển thành Fe+3:
4FeO +3 O2→ 2Fe2O3
và ngay cả silicat sắt cũng cú khả năng sau:
2(2FeOSiO2) + O2 → 2Fe2O3 + 2SiO2
Khi trong mụi trường tồn tại hợp chất sunfat thỡ ở nhiệt độ trờn 13000C cũn cú phản ứng:
2Fe2O3→ 4FeO + O2
3Fe2O3→ 2Fe3O4 + 0.5 O2
Nh vậy nếu duy trỡ mụi trường khụng đỳng thỡ chẳng những sứ khụng đạt được màu sắc mong muốn mà cũn cú thể gõy nờn bọt men. Hàm lượng CO dư ở giai đoạn khử trong khúi lũ cũn từ 2ữ5%.
Ngoài ra nếu nhiệt độ thuận lợi thỡ cũn cú thể xẩy ra phản ứng sau: 2CO → CO2 + C
cỏc hạt cacbon (C) sẽ bỏm vào bề mặt sản phẩm, đú là nguyờn nhõn gõy ra dạng khuyết tật chấm đen; vỡ vậy nếu sứ chỉ nung ở nhiệt độ < 13000C thường trỏng men đục và nung trong mụi trường O2 hay mụi trường trung tớnh.
Đối với sứ kỹ thuật điện điều cần lưu ý là nếu duy trỡ mụi trường nung khụng đỳng sẽ làm thay đổi tớnh chất của sản phẩm. Sứ rutin (TiO2) và cỏc dạng titanat thường nung trong mụi trường O2 để đảm bảo khả năng cỏch điện nếu là mụi trường khử sẽ chuyển Ti+4 sang Ti+3 cú tớnh bỏn dẫn:
TiO2 + CO → Ti2O3
(màu trắng) (màu nõu)
Nếu nguyờn liệu cú tạp chất thỡ Ti2O3 cú thể xuất hiện ở nhiệt độ cao ngay cả trong mụi trường dư O2.
Sau khi nung sản phẩm được đưa ra lũ, phõn loại kiểm tra và được xếp vào kho thành phẩm chờ xuất xưởng.
Nhõn xột:
Qua quỏ trỡnh phõn tớch về cụng nghệ sản xuất gốm sứ núi chung và quỏ trỡnh sản xuất gốm mỹ nghệ núi riờng, ta thấy rằng: kớch thước và thành phần nguyờn liệu đúng một vai trũ quan trọng trong suốt quỏ trỡnh sản xuất. Độ mịn của nguyờn liệu càng cao thỡ bề mặt riờng của phối liệu (phối liệu cỏc nguyờn liệu) càng cao, khi nung cỏc phản ứng giữa cỏc hạt vật chất xẩy ra dễ dàng hơn, tạo ra cỏc sản phẩm đẹp, bền hơn. Nếu đạt được độ mịn mong muốn chẳng những tiết kiệm được nguyờn liệu, nhiờn liệu, sức lao động, hạ giỏ thành sản phẩm mà cũn cú thể tạo ra được những sản phẩm cú hỡnh thức đẹp, chất lượng cao hơn đỏp ứng được yờu cầu thẩm mỹ ngày càng cao của người tiờu dựng. Vỡ vậy vấn đề phõn loại nguyờn liệu để đạt được miền kớch thước yờu cầu là rất quan trọng.
PHầN II Túm tắt lý thuyết lọc
II.1 Động lực lọc:
Độ chờnh lệch ỏp suất cần thiết giữa mặt trờn của lớp bó và mặt dưới của vỏch ngăn gọi là động lực của quỏ trỡnh lọc ∆P
∆P = P1 – P2 vách ngăn lọc bã huyền phù P2 P1
Hỡnh 3: Mụ hỡnh quỏ trỡnh và thiết bị lọc.
Động lực lọc được tạo ra theo một trong ba phương phỏp dưới đõy:
- Do trọng lượng cột chất lỏng trờn bề mặt vật ngăn (ỏp suất thuỷ tĩnh). Động lực lọc lớn nhất trong trường hợp này là:
∆Pmax = 50 N/cm2 = 5 mH2O
- Dựng bơm chất lỏng, dựng khụng khớ nộn tạo nờn một ỏp lực dư trờn bề mặt chất lỏng, thụng thường động lực lọc trong trường hợp này:
∆P = 5 atm.
- Tạo nờn độ chõn khụng bằng cỏch dựng bơm chõn khụng hút phớa sau vỏch ngăn.
∆Pmax = 0,85 atm.
II.2 Vận tốc lọc:
Trong quỏ trỡnh lọc tồn tại hai dạng lọc sau:
- Lọc bề mặt (lọc tạo bó): khi lọc tất cả cỏc phần tử rắn của huyền phự được giữ lại trờn bề mặt của vỏch ngăn lọc tạo thành bó cú chiều dày ngày càng tăng. Thụng thường sản phẩm cú giỏ trị là bó lọc, kớch thước cỏc pha rắn là tương đối lớn và nồng độ của huyền phự tương đối cao.
- Lọc bề sõu (quỏ trỡnh làm trong): khi tạo cỏc phần tử pha rắn chui vào trong cỏc mao quản của vỏch ngăn (kớch thước phần tử rắn nhỏ hơn nhiều lần kớch thước lỗ mao quản) cỏc hạt rắn được giữ lại trờn thành mao quản nhờ lực hấp phụ hoặc nhờ lực giữ cơ học. Khi nào cỏc mao quản chứa gần đầy cỏc phần tử rắn thỡ quỏ trỡnh lọc kết thỳc. Quỏ trỡnh này chỉ dựng lọc cỏc phần tử rắn cú kớch thước rất nhỏ, sản phẩm của quỏ trỡnh lọc là nước trong cũn bó bỏ đi.
Phần lý thuyết giới thiệu sau đõy chỉ dựng cho quỏ trỡnh lọc tạo bó và với cấu trỳc bó khụng bị nộn ép ứng dụng được cho cả hệ lỏng và hệ khớ khụng đồng nhất.
Vận tốc lọc được định nghĩa bằng thể tớch nước lọc đi qua một đơn vị diện tớch bề mặt lọc trong một đơn vị thời gian.
W = [ [ ]
trong đú:
dV: là thể tớch nước lọc, m3
F : là diện tớch bề mặt lọc, m2. dτ: là thời gian lọc, s.
Theo cấu trỳc bó Carman- Kozeny: bó cú cấu trỳc gồm cỏc mao quản hỡnh trụ song song với nhau và cú bỏn kớnh là như nhau cũn chất lỏng chảy trong mao quản chảy theo chế độ chảy dũng.
Lượng nước lọc: V = V = , m3. trong đú: r: là bỏn kớnh lỗ mao quản, m. n: số lỗ mao quản trờn 1m2 bề mặt lọc, m-2. F: là diện tớch bề mặt lọc, m2.
∆P: là hiệu số ỏp suất giữa 2 phớa của vật ngăn, N/m2.
∆P = ∆P1 + ∆P2
trong đú:
∆P1:là hiệu số ỏp suất giữa 2 phớa của vỏch ngăn, N/m2.
∆P2:là hiệu số ỏp suất giữa 2 phớa của lớp bó, N/m2. l: là chiều dài của mao quản trong vật ngăn, m.
l= α1h1 + α2h2
trong đú:
α1, α2: là hệ số kể đến mức độ ngoằn nghốo của mao quản trong vỏch ngăn và trong bó.
h1: là chiều dày của vật ngăn, m. h2: là chiều dày của bó, m.
à: là độ nhớt của chất lỏng, N.s/m2. Theo định nghĩa:
W = = .
Vỡ quỏ trỡnh lọc là một quỏ trỡnh liờn tục cho nờn vận tốc lọc đi qua lớp bó cũng bằng vận tốc lọc đi qua vỏch ngăn. Do đú:
= .
đặt ρ1 = ; ρ2 = .
trong đú: ρ1, ρ2: là trở lực riờng của vỏch ngăn và của bó, m-2. Do đú:
.
Gọi ρ1h1 = ρ2htđ, trong đú htđ là chiều dày của lớp bó cú trở lực đỳng bằng trở lực của vỏch ngăn.
⇒
hoặc Từ đú cho thấy rằng:
- Vận tốc lọc tỷ lệ thuận với động lực của quỏ trỡnh lọc, nghĩa là: nếu chờnh lệch ỏp suất ∆P càng lớn thỡ năng suất lọc càng tăng. Chớnh vỡ vậy mà trong thực tế: lọc ép là tốt nhất, đến lọc chõn khụng và xấu nhất là lọc thuỷ tĩnh. Nhưng nhận xột này chỉ đỳng với bó khụng bị nộn ép.
- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với độ nhớt của pha lỏng. Do đú trờn thực tế để tăng vận tốc lọc người ta tỡm cỏch giảm độ nhớt của pha lỏng mà biện phỏp tốt nhất là gia nhiệt nú đến nhiệt độ thớch hợp rồi mới tiến hành lọc.
- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với trở lực của bó:
Đối với bó bị nộn ép thỡ khi tăng động lực lọc thỡ trở lực của bó cũng tăng lờn theo quy luật sau đõy:
ρ2 = ρ0∆Pm
trong đú:
∆P: là động lực lọc, N/m2.
m: là chỉ số nộn ép bó (m>0 và thường được xỏc định bằng thực nghiệm). Đối với bó khụng bị nộn ép thỡ m = 0 nờn ρ2 = ρ0 = constn.
Vỡ vậy đối với bó bị nộn ép người ta thường cho thờm cỏc chất ổn định để dớnh kết lại tạo thành dạng hạt.
- Vận tốc lọc tỷ lệ nghịch với chiều dầy lớp bó: theo chiều tăng của thời gian lọc thỡ chiều dầy lớp bó càng tăng cũn vận tốc lọc thỡ giảm, do đú phải định kỳ để lấy bớt bó ra hay lấy ra liờn tục.
- Ngoài ra, trở lực vỏch ngăn cũng ảnh hưởng đến vận tốc lọc do đú phải chọn vỏch ngăn thớch hợp với từng loại huyền phự.
II.3 Phương trỡnh lọc:
Thiết lập phương trỡnh lọc tức là thiết lập phương trỡnh để tớnh thời gian lọc hay tớnh lượng nước lọc sau một thời gian nào đú. Xuất phỏt từ phương trỡnh:
Để cú thể tớch phõn phương trỡnh trờn thỡ ta cần biến đổi một số tham số. Ta thấy:
h2= , m. h htd= , m. trong đú:
C: là khối lượng bó khụ được giữ lại trờn bề mặt lọc F ứng với 1m3 nước lọc chảy qua, kg/m3.
C2: là hàm lượng pha rắn trong bó ẩm, %. F: là diện tớch bề mặt lọc, m2.
V: là thể tớch nước lọc chảy qua bề mặt lọc sau thời gian τ kể từ khi bắt đầu quỏ trỡnh lọc, m3.
V0: thể tớch nước trong tương đương, m3.
⇒ = =
⇒ (V+V0) dV= dτ. (*)
trong đú rb= : là trở lực của bó, m/kg.
Trong thực tế quỏ trỡnh lọc thường xẩy ra theo một trong hai phương thức sau:
+ Động lực lọc khụng thay đổi (∆p=constan), vận tốc lọc giảm dần theo thời gian lọc.
W
Hỡnh 4 : Đồ thị W-τ
Lấy tớch phõn hai vế phương trỡnh (*) ta cú:
⇔ V.V0 + 0.5V2 =
đặt ⇒ , phut/m6.
b: được gọi là hằng số lọc. Ta được: 2.V0.V + V2 = b-1.τ
→ Thời gian lọc: τ = b(V2 + 2V0V).
Thể tớch nước trong thu được sau thời gian lọc τ sẽ là: [m3]
Cũng từ phương trỡnh trờn ta cú:
Từ đú ta cú đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa là một đường thẳng.
Hỡnh 5: Đồ thị
+ Vận tốc lọc khụng thay đổi (W = constan): Từ phương trỡnh (*) ta cú:
trong đú ∆Pv là hiệu số ỏp suất tức thời ứng với lượng nước lọc là V.
Đặt: [phut/m6]
Từ đú ta cú thời gian lọc và thể tớch nước trong thu được sau thời gian lọc
τ được xỏc định theo phương trỡnh sau:
bV: đặc trưng cho trở lực của bó.
V0V: đặc trưng cho trở lực của vỏch ngăn. Cũng từ phương trỡnh trờn ta cú:
Từ đú ta cú đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa là một đường thẳng.
Hỡnh 6: Đồ thị
II.4 Cỏc loại mỏy lọc dựng để phõn riờng huyền phự:
Để phõn riờng hệ lỏng khụng đồng nhất nhờ vật ngăn hay núi chớnh xỏc hơn là để lọc cỏc huyền phự, ta cú thể sử dụng rất nhiều loại mỏy và thiết bị khỏc nhau. Sau đõy em chỉ trỡnh bày một số mỏy và thiết bị chủ yếu, thường dựng trong thực tế.
II.4.1 Cỏc mỏy và thiết bị lọc làm việc giỏn đoạn: