Thiết kế nhà máy sản xuất kính tấm công suất 4,5 triệu m2/năm

y dựng công nghiệp. I.Giới thiệu chung địa điểm xây dung nhà máy. II.Bố trí tổng mặt bằng nhà máy. 1.Diện tích mặt bằng xây dung. 2.Bố trí tổng mặt bằng nhà máy. 3.Giai pháp thiết kế một số kiểu nhà công nghiệp trong nhà máy. Phần V.tính toán điện nước. I.Điện chiếu sáng. II.Điện chạy máy. III.Lựa chọn máy biến thế. Phần VI. kinh tế. I.Chi phí cơ bản cho nhà máy. 1.Đầu tư cho thiết bị. 2.Đầu tư cho xây dung cơ bản. II.Ước tính giá thành sản phẩm. 1.Chi phí chủ yếu. 2.Chi phí khác. 3.Giá thành. III.Lãi và thu hồi vốn đầu tư. IV.kếtluận Kết luận. Tài liệu tham khảo Phần I: Mở đầu I. Lời mở đầu Cùng với sự phát triển của các nghành công nghiệp khác, nghành công nghiệp Thủy tinh đang ngày càng phát triển. Với các đặc tính đặc trưng, các sản phẩm thủy tinh được ứng dụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những sản phẩm thủy tinh đang có nhu cầu sử dụng ngày càng tăng là các sản phẩm thủy tinh kính tấm. Thị trường lớn mạnh của chúng là nghành xây dựng và dân dụng… Với đất nước đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa như đất nước ta thì việc phát triển các sản phẩm thủy tinh kính tấm là một hướng đi có rất nhiều triển vọng. Đối với mỗi sinh viên sắp tốt nghiệp ngoài kiến thức lý thuyết được học thì việc bổ sung kiến thức thực tế sản xuất là điều rất cần thiết. Vì vậy đồ án tốt nghiệp có vai trò giúp cho sinh viên tổng hợp kiến thức đã học và kết hợp với thực tế sản xuất tạo cho sinh viên có một cách nhìn tổng thể một nhà máy sản xuất và làm quen với công việc thiết kế. Trong đồ án tốt nghiệp này tác giả được giao nhiệm vụ: "Thiết kế nhà máy sản xuất thuỷ tinh kính tấm - kính cán với công suất 4,5 triệu m2/ năm". II. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy. 2.1. Cơ sở kinh tế kỹ thuật của vùng dự án. Điều kiện tự nhiên Vị trí địa lý phải thuận lợi: Địa điểm xây dựng nhà máy phải là nơi gần đường giao thông (đường bộ, đường sông,đường sắt), gần bến tàu ,bến cảng càng tốt Điều kiện khí hậu tự nhiên: Ôn hoà, ít có bão lụt thuận lợi cho việc sản xuất ổn định. Gần nguồn nguyên liệu, gần nguồn cung cấp điện, nước cho nhà máy. Tình hình Chính trị - Xã hội - Kinh tế trong vùng Là vùng canh tác sản xuất công nghiệp, đất đai bằng phẳng - rộng rãi, nằm trong dự án đầu tư xây dựng các nhà máy (Khu công nghiệp) của chính phủ. Tình hình dân cư ổn định. Tiềm năng phát triển của dân cư trong vùng phù hợp với việc xây dựng nhà máy cũng như mở rộng thị trường tiêu thụ sản phẩm sau này. 2.2. Chọn lựa địa điểm xây dựng nhà máy. Với các nhu cầu kinh tế - kỹ thuật đã nêu khái quát ở trên, kết hợp với nhu cầu cấp thiết của việc xây dựng nhà máy trong bối cảnh hiện nay của đất nước, em đã chọn địa điểm xây dựng nhà máy ở xã Song Hồ -huyện Thuận Thành - tỉnh Bắc Ninh . Đây là vùng đất đồng bằng ven sông Cầu gần khu công nghiệp Tiên Sơn, tương lai là khu công nghiệp lớn nhất miền Bắc, đã được chính phủ phê duyệt và cấp phép đầu tư xây dựng. Địa điểm đặt nhà máy ở đây sẽ có rất nhiều thuận lợi cho việc thiết kế xây dựng lắp đặt nhà máy cũng như cho việc phát triển sau này. Điều kiện địa lý: Hướng gió Đông Bắc - Tây Nam bốn mùa ổn định, rất thuận lợi cho việc bố trí sắp xết tổng mặt bằng cũng như điều kiện sản xuất ổn định quanh năm của Việt Nam. Địa hình tương đối bằng phẳng do đây là khu vực đồng bằng sông Cầu. Cơ cấu địa tâng ổn định, vững chắc: Bề mặt nền là lớp đất cát, ở sâu dưới là mạch nước ngầm thuận lợi cho việc thiết kế cho nhà chịu lực và có nguồn cung cấp nước sạch dự trữ dồi dào cho nhà máy. Tình hình chính trị - xã hội: là vùng có dự án để hình thành khu công nghiệp sánh với khu công nghiệp Tiên Sơn tạo thành khu công nghiệp trọng điểm cuả tỉnh,hiện đã được chính phủ phê duyệt đang trong giai đoạn thu hút vốn đầu tư. Đây cũng là vùng thuộc diện đông dân cư, mức độ đời sống cũng như trình độ dân trí ngày càng phát triển. Nếu nhà máy được xây dựng ở đây sẽ tận dụng được nguồn nhân lực lao động dồi dào và thu hút nhân lực, giải quyết được công ăn việc làm cho dân quanh vùng. Tuy là nhà máy sản xuất kính tấm xây dựng dân dụng thứ ba của miền Bắc với quy mô lớn nhưng tiềm năng thị trường tiêu thụ sản phẩm vẫn rất lớn. Giao thông vận chuyển nguồn nguyên - nhiên liệu. Do nằm cạnh con sông Cầu cho nên rất thuận tiện cho giao thông thủy.Địa điểm hết sức thuận lợi về mặt giao thông vận chuyển nguyên vật liệu cũng như tiêu thụ hàng hoá: gần đường bộ (quốc lộ 1A.1B) gần đường sắt, sẽ phong phú và đa dạng trong vấn đề giao thông vận chuyển. Tuy nhiên, với vị trí này có thêm thuận lợi lớn là gần vùng nguyên liệu (nguồn cung cấp đá vôi hiện tại Hà Tây,Hải Dương,Thái Nguyên và nguồn cung cấp cát Vân Hải – Quảng Ninh). Do đó, việc vận chuyển nguyên liệu cũng thuận lợi và dễ dàng. Còn về vấn đề nhiên liệu: khu vực quy hoạch nhà máy gần với tổng kho hóa chất Đức Giang –Gia Lâm , nên việc vận chuyển nhiên liệu dầu đốt phục vụ nhà máy là hoàn toàn thuận tiện . III. Nhận xét đánh giá sơ bộ địa điểm xây dựng nhà máy: Sau khi cân nhắc và phân tích các điều kiện thuận lợi cho việc xây dựng phát triển nhà máy, cùng với việc giải quyết vấn đề tiêu thụ sản phẩm phục vụ tốt cho nhân dân trong vùng, góp phần phát triển ngành thuỷ tinh nói riêng ngành sản xuất vật liệu Silicat nói chung, em quyết định lựa chọn địa điểm để xây dựng nhà máy cho đồ án tốt nghiệp của bản thân, đó là địa điểm xã Song Hồ – huyện Thuận Thành – tỉnh Bắc Ninh,gần khu công nghiệp Tiên Sơn – Bắc Ninh . Phần II: Phần thiết kế công nghệ và sản xuất I. Kế hoạch sản xuất 1.1.Phương án sản phẩm: Với năng suất Q = 4,5 triệu m2/năm theo đề tài thiết kế là tương đối lớn, do đó cần phải có phương án sản phẩm để phân bổ các loại sản phẩm cho phù hợp. Giả thiết lượng sản phẩm thuỷ tinh được sản xuất đồng bộ theo kích cỡ diện tích. Bảng kế hoạch sản xuất theo kích cỡ theo chiều dày. Loại sản phẩm (mm) Số lượng (triệu m2) 3(mm) Có hoa văn 0.5 3.5(mm) Có hoa văn 0.5 4(mm) Có hoa văn 1 4.5(mm) Có hoa văn 1 5(mm) Có hoa văn 1 5.5(mm) Có hoa văn 0.5 Tổng số 4.5 triệu m2/năm Với DTT = 2400 kg/m3 (theo giá trị TCVN) ta có thể tính được sơ bộ năng suất làm việc của nhà máy/năm. SKL SFTT = 10-3. (3.0,5+3,5.0,5+4.1+4,5.1+5.1+5,5.0,5).106 .DTT Tấn TT/năm =2.4 . 19500 = 46800 Tấn TT/năm. Nếu xét 1 năm lò nấu T2 của nhà máy hoạt động liên tục 365 ngày (với chu kỳ làm việc của lò bình thường 5 á 7 năm tu sửa 1 lần) thì năng suất làm việc cho 1 ngày đêm của lò: Q=()/365=46800/365=128 TấnTT/24h( ngày đêm) 1.2. Phương án nguyên liệu: a. Tiêu chuẩn kỹ thuật của nguyên vật liệu. Do thuỷ tích kích tấm dân dụng là loại thuỷ tinh có T/P chính là hệ SiO2 - Al2O3 - R2O - RO . (Thuỷ tinh kiềm - kiềm thổ - silicat). Do đó nguyên liệu chính cung cấp cho lò hoạt động là các loại nguyên liệu có thành phần chứa chủ yếu SiO2, Al2O3, R2O (Na2O, K2O), RO (MgO, CaO), còn các thành phần khác coi là tạp thì cần phải hạn chế và phải khống chế hàm lượng tạp có trong nguyên liệu trước khi nhập kho của nhà máy. Qua một số tài liệu tham khảo về phần nguyên liệu cung cấp cho lò nấu thuỷ tinh kính tấm của công ty kính Đáp Cầu . Em có kế hoạch về nguồn cung cấp cũng như thành phần nguyên liệu như sau: + Cát: SiO2 > 98.5%, Al2O3 < 0,5%, W < 0,6%, R2O < 0,05%. Nguồn cung cấp chủ yếu: Vân Hải (Quảng Ninh), Cam Ranh(cát trắng cực tốt có % SiO2 đạt > 99,5%, % R2O rất ít). + Đá vôi + Đô: Cung cấp CaO và MgO. +Trường thạch: Cung cấp SiO2, Al2O3, R2O. + Soda: Na2CO3(Thuộc loại nguyên liệu sạch và sử dụng ít trong thành phần phối liệu,được nhập ngoại từ Mỹ, Trung Quốc .... hoặc mua từ các nhà máy hoá chất). b. Vận chuyển nguyên liệu. Đối với các loại nguyên liệu nhập thì vận chuyển chủ yếu bằng đường bộ, đường sắt, thuỷ. 1.3.Gia công nguyên liệu: Do năng suất lớn Qlò lớn à yêu cầu nhập nguyên liệu Các nguyên liệu nhập về không thể đem vào sử dụng ngay được (trộn thành phối liệu). Do yêu cầu kĩ thuật phải đảm bảo các nguyên liệu có thành phần hạt nhất định, đạt thành phần hoá theo chỉ tiêu nào đó... Do đó, cần phải qua công đoạn gia công nguyên liệu đạt yêu cầu mới tiến hành đem trộn thành phối liệu theo tỉ lệ nhất định mới phục vụ cho quá trình nấu thuỷ tinh,và các loại nguyên liệu khác nhau thì có phương án gia công khác nhau. Khái quát các công đoạn gia công chính của nguyên liệu. Đối với nguyên liệu cát. Yêu cầu khi nhập về phải tơi, không vón cục (độ ẩm không quá lớn) % tạp ít. Nếu như vón cục phải sấy cát tự nhiên cho giảm W sau đó tiến hành rửa hoặc làm giảm tạp, sấy (giảm W triệt để ằ 0%) ở 700 á 8000C sấy thùng quay, sấy để cho thành phần hạt đảm bảo đồng đều hơn (sàng thùng,sàng rung). Sau đó qua khử từ khi đạt tiêu chuẩn rồi mới cho vào Bunke chứa. Cát à rửa à sấy à sàng à khử từ à Bunke. Tương tự đối với các loại nguyên liệu dạng cục, quặng như đối với Đôlomit, trường thạch... Đập à sấy à nghiền à sấy à khử từ à Bunke. Còn đối với các loại nguyên liệu tinh khiết như sođa,C khử bọt (cần thiết) thì quá trình gia công đơn giản hơn. Do nguyên liệu dạng thành phẩm nên % tạp ít hơn. Do đó chỉ cần đập nhỏ ( nếu bị vón cục) sau đó sàng mà không qua khử từ. (Soda) à đập à sàng à Bunke chứa. 1.4. Lựa chọn kiểu lò và nhiên liệu đốt: a. Lựa chọn kiểu lò nấu cho thuỷ tinh: Với công suất yêu cầu thiết kế 4.5 triệu m2 (tương đương 128 tấn T2/24h) là tương đối lớn . Do nămg suất nấu đòi hỏi là rất lớn cho nên ta sẽ lựa chọn kiểu lò bể hoạt động liện tục có buồng hơi nhiệt làm việc gián đoạn.Vì chúng ta biết rằng chỉ có kiểu lò được thiết kế theo kiểu này mới đáp ứng được yêu cầu của sản xuất ứng với năng suất lớn và nhiệt độ nấu đạt yêu cầu với Buồng hồi nhiệt hoạt động gián đoạn. b. Nhiên liệu dùng để nấu thuỷ tinh: Chọn loại nhiên liệu có nhiệt trị cao ,thành phần hóa ổn định,ít tạp,được sử dụng rộng rãi trên thị trường. Do đó em lựa chọn loại nhiên liệu chính là dầu FO,còn dùng LPG làm nhiên liệu đốt phụ. 1.5. Phương án tạo hình sản phẩm: Để phù hợp với công nghệ và sản phẩm làm ra là loại kính cán, em chọn phương án tạo hình sản phẩm là phương pháp cán liên tục,phôi thuỷ tinh liên tục từ trong bể sản xuất đi ra kênh tạo hình rồi qua cặp trục cán để tạo hình và tạo bề mặt của tấm thuỷ tinh. Tấm thuỷ tinh sau khi đã được tạo hình theo yêu cầu nhờ cặp trục cán sẽ đi vào lò ủ Nhờ giàn con lăn thuỷ tinh và tại đây,với chế độ nhiệt thích hợp, sản phẩm được ủ để có cường độ đạt yêu cầu .Tiếp đến sản phẩm được đem đi gia công (cắt, bẻ mép) và được đóng gói, chở vào kho thành phẩm. 1.6. Lò ủ thuỷ tinh: Thuỷ tinh sau khi cán tạo hình còn ở trạng thái mềm. Để đảm bảo cho thuỷ tinh không gây khuyết tật (vân, kết tinh, rạn vỡ...) thì cần phải có một chế độ nhiệt thích hợp sau khi tạo hình, mục đích làm hạ nhiệt độ của thuỷ tinh xuống một cách từ từ đến nhiệt độ mà thuỷ tinh không còn khả năng kết tinh. Do đó cần phải thiết kế lò ủ cho thuỷ tinh có chế độ ủ thích hợp để đảm bảo chế độ nhiệt cho thuỷ tinh khi thành hình. Trong quá trình giảm nhiệt độ của thuỷ tinh, cần phải duy trì đường cong nhiệt độ của thuỷ tinh được ổn định, tránh gây khuyết tật không đáng có trong thuỷ tinh. Chiều dài lò ủ theo kinh nghiệm lấy từ 40 á 60 m tuỳ theo chế độ nhiệt thích hợp. II. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất. 2.1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ (hình trang cuối). 2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất: Các loại nguyên vật liệu Cát, Đá vôi, Đôlômít, Fenspat,Potash, soda khi được vận chuyển về phải qua khâu kiểm nghiệm về thành phần hoá,hạt, sau đó mới đươc nhập kho. Soda, potash, than khử bọt cũng được kiểm nghiệm thành phần hoá trước khi nhập kho. Các loại nguyên liệu khác nhau được gia công trên các thiết bị dây chuyền công nghệ khác nhau. Cát được bốc vào bunke chứa 1, từ Bunke 1 qua tiếp liệu lắc, được đưa vào tang sấy nhờ gầu tải 1. Sau khi được sấy để làm giảm độ ẩm, lượng mất khi nung và một số tạp dễ bay hơi khác, được đưa vào sàng thùng để phân loại cỡ hạt nhờ gầu tải 2. Sau đó được cho qua máy phân ly từ để tách tạp oxit kim loại, và cho vào Bunke chứa 2. Đá vôi từ Bunke 1 qua tiếp liệu lắc vào máy đập hàm để đập nhỏ. Sau đó cũng được sấy bằng tang sấy, từ đó qua máy đập búa và đi vào sàng rung nhờ gầu tải 2, từ đây được qua máy phân li từ vào Bunke chứa 2. Đôlômít từ Buke 1 qua tiếp liệu lắc vào máy đập hàm, tại đây thì đôlômít được đập vừa tiếp đến đôlômít được đập nhỏ nhờ máy đập búa. Sau đó được qua hai lần sàng:lần đầu qua sàng rung,tiếp theo đó sàng thùng(nghiền sàng liên hợp), cuối cùng được phân li từ để cho vào Bunke chứa 2. Trưòng thạch từ Bunke 1 qua máy đập hàm, đập búa nhờ hệ thống gầu tải và tiếp liệu lắc. Sau đó được qua sàng rung, sàng thùng và phân li từ để vào Bunke chứa 2. Soda được nhập về ở dạng bao thành phẩm, do đó phải qua máy tháo bao. Từ máy tháo bao được đập nhỏ và qua sàng thùng để vào Bunke chứa. Các loại nguyên liệu sau khi được gia công về thành phần hoá, hạt chứa trong Bunke của từng loại, từ Bunke, chúng được cân bằng cân định lượng theo đơn phối liệu để vào băng tải liệu và cuối cùng cho vào máy trộn phối liệu. Tại đây, phối liệu được bổ sung thêm lượng ẩm cần thiết (5%) và với một tỉ lệ mảnh thuỷ tinh nhất định (20%) được trộn đều thành một thể đồng nhất về thành phần (hạt, hoá). Sau đó được đưa vào Bunke của máy tiếp liệu nhờ hệ thống băng tải và gầu tải. Từ Bunke chứa, phối liệu được qua máy nạp liệu để vào lò nấu thuỷ tinh. Quá trình nấu thuỷ tinh cần được cung cấp nhiên liệu là dầu FO và khí đốt LPG(nhiên liệu phụ). Thuỷ tinh lỏng được kéo lên qua cặp trục cán để tạo hình tấm kính cũng như tạo hình bề mặt cho trấm kính,rồi đưa qua lò ủ nhờ giàn con lăn. Sau đó được qua máy cắt kính ngang và qua giàn con lăn rơi tấm, qua máy cắt mép và máy bẻ mép và được đưa lên bàn thổi khí, được đóng gói và qua xe chở để nhập kho. Kính vụn ở công đoạn bẻ mép được đập nhỏ nhờ máy đập hàm, và được đưa vào vào Bunke chứa kính vụn. Tại đây nó được trộn cùng phối liêu theo tỉ lệ mảnh/ phối liệu nhất định để tiếp tục đưa vào lò nấu. III. Căn bằng vật chất: 3.1. Chọn lựa thành phần hoá của Thuỷ tinh: Thuỷ tinh kính tấm hiện nay thường phổ biến là loại thuộc hệ chính: SiO2- R2O - RO - Al2O3. Dựa vào một số tài liệu tham khảo, em chọn thành phần của nó như sau: Bảng thành phần hoá của Thuỷ tinh kính tấm kéo ngang: theo khối lượng TPKL SiO2 Al2O3 Na2O CaO MgO FeO % 73 1,5 14,5 6,9 4.0 0,1 Thành phần FeO có trong thuỷ tinh được coi là tạp chất có hại (gây màu) đo đó cần phải khống chế dưới mức 0,1% càng tốt. 3.2. Chọn lựa nguyên liệu: Từ phương án nguyên liệu, ta có thể xác định được từng nguyên liệu cần cung cấp cho quá trình nấu thuỷ tinh thuộc hệ SiO2 - Al2O3 - RO -R2O + Cát: Nguồn cung cấp chủ yếu Vân Hải (Quảng Ninh), Quảng Bình. Đặc biệt là loại cát trắng Quảng Bình cực tốt có hàm lượng SiO2 đạt > 99,5%, % FeO rất ít. Tiêu chuẩn kỹ thuật của nguyên liệu cát: SiO2 > 98,5%, Al2O3 < 0,5%, W < 0,6%, FeO < 0,05%. + Đá vôi, Đô lô mít: Là nguồn cung cấp chủ yếu CaO, MgO. Ngoài ra còn có thể có thêm một ít FeO, Al2O3, SiO2 có lẫn trong đát sét. Nguồn cung cấp chủ yếu là lấy từ Thái Nguyên, Thanh Hoá, Hà Nam, Ninh Bình... Loại nguyên liệu này phổ biến ở các tỉnh miền Bắc vì có nhiều núi Đá vôi và mỏ Đô lô mít. Tiêu chuẩn kĩ thuật: - Đá vôi: SiO2 52%; MgO < 2%: Fe2O3 < 0,3%: w < 0,5%: - Đô lô mít: SiO2 19%: Fe2O3 < 0,3%: w < 0,5%: + Trường thạch: Là loại quặng giàu SiO2, Al2O3 và R2O. Nguồn nguyên liệu này được khai thác từ Lào Cai, Yên Bái. Tiêu chuẩn kĩ thuật: SiO2 12%; R2O > 7,5%; Fe2O3 < 0,9% + Soda: Do nhu cầu nhập ngoại dạng thương phẩm nên về kĩ thuật đòi hỏi phải đạt yêu cầu: Na2CO3 > 98%; NaCl < 1%; F2O3 < 0,01%; MKN < 0,5% Bảng thành phần hoá của nguyên liệu. TPPL (kg) Nguyên liệu Hàm lượng (% khối lượng) SiO2 Al2O3 Na2O MgO CaO FeO MKN1 X1 Cát 98,83 0,5 - - 0,52 0,12 0,53 X2 Đá vôi - 0,76 - 1,81 53,07 0,16 42,85 X3 Trường thạch 66,25 19,3 12,25 0,2 0,6 0,1 1,33 X4 Đô lô mít 0,46 0,51 - 21,8 29,9 - 47,33 X5 So da - - 51.33 - - - 42,48 Ngoài thành phần chính là các nguyên liệu trên ra, còn có thể dùng một số chất phụ gia nhằm làm tăng độ đồng nhất, khử bọt, giảm thời gian nấu, tăng chất lượng của thuỷ tinh... 3.3. Tính toán đơn phối liệu - cân bằng vật chất cho lò nấu: Giảt thiết tính toán trên là cho 100 kg thuỷ tinh lỏng nóng chảy. Gọi X1, X2, X3, X4, X5, lần lượt là thành phần khối lượng của Cát, Đá vôi, Trường Thạch, Đôlômít, Sôda trong một mẻ phối liệu để nấu 100 kg thuỷ tinh. Dựa vào bảng thành phần hoá của thuỷ tinh và nguyên liệu nhập,từ đó có thể xây dựng được các phương trình cân bằng vật chất cho phối liệu để nấu 100 kg thuỷ tinh. - Cung cấp SiO2: 0,9833 X1 + 0,6625 X3 + 0,0046X4 = 73 (1) - Cung cấp Al2O3: 0,005 X1 + 0,0076 X2 + 0,193X3 = 1,5 (2) - Cung cấp Na2O: 0,1225 X3 + 0,5733 X5 = 14,5 (3) - Cung cấp MgO: 0,0181 X2 + 0,002 X3 + 0,218 X4 = 4 (4) - Cung cấp CaO: 0,0052 X1 + 0,5307 X2 + 0,0063X3 + 0,299 X4 = 7 (5) Từ các phương trình (1, 2, 3, 4, 5) giải rat a được nghiệm như sau : X1 =70,73 phần khối lượng thuỷ tinh . X2 =2,23 phần khối lượng thuỷ tinh . X3 =5,34 phần khối kượng thuỷ tinh . X4 =18,11 phần khối lượng thuỷ tinh . X5 =24,15 phần khối lượng thuỷ tinh . Do Sôda (Na2CO3 ) bị bay hơi 3,2 % khối lượng trong quá trình nấu thỷ tinh cho nên lượng Sôda thực tế cân cho phối liệu là : X’5 = 1,032 X5 = 24,92 phần khối lượng thuỷ tinh . Trong quá trình nấu ta có trộn một lượng nhỏ (0,0097 phần khối lượng thuỷ tinh ) than để khử bọt và để cho quá trình nấu thuỷ tinh trở nên dễ dàng hơn (tham khảo tư liệu tại công ty kính Đáp Cầu ) từ đó ta có thành phần của bột liệu dùng để nấu thuỷ tinh như sau : Cát : 70,73 phần khối lượng thuỷ tinh . Đá vôi : 2,23 phần khối kượng thuỷ tinh . Trường Thạch : 5,34 phần khối lượng thuỷ tinh . Đôlômít : 18,11 phần khối lượng thuỷ tinh . Sôda : 24,92 phần khói lượng thuỷ tinh . Than 0,097 phần khối lượng thuỷ tinh . Tổng lượng phối liệu là 121,43 phần khối lượng thuỷ tinh Hiệu suất nấu : H = =82,35% Thành phàn khối lượng của tổng nguyên liệu tính theo phối liệu là : Cát = X1.100% = =58,25% phối liệu Đá vôi = X2.100% = .100% = 1.84% phối liệu Trường thạch= X3.100% = = 4,40% phối liệu Đôlômít = X4.100% =.100% = 14,91% phối liệu . Sô da = X5.100% = 20,52% phối liệu Tổng phần khối lượng của phối liệu là 100 phần khối lượng. Phối liệu tính theo phấn khối lượng của cát là - Đá vôi ; 3,16 phần khối lượng cát - Trường thạch : 7,55 phần khối lượng cát -Đôlômít : 25,60 phần khối lượng cát - Sôda : 35,23 phần khối lượng cát 3.4.Kế hoạch cấp liệu : Với năng suất thiết kế là 128 tấn thuỷ tinh/ ngày đêm thì lượng nguyên liệu cần cung cấp cho lò hoạt động một ngày đêm là: Lượng mảnh sinh ra bằng 20% lượng thuỷ tinh nấu: Mmảnh =0,2.128103 =25,6103 Sử dụng lượng mảnh tái nấu (80% lượng mảnh sinh ra trong quá trình tạo hình) Mmảnh tái nấu = 0,8.25,6103 =20,48103 (kg) Gọi Gthuỷ tinh là lượng thuỷ tinh cần nấu =128.103 kg thuỷ tinh Gbột là lượng bột liệu cần dùng để nấu 128.103 kg thuỷ tinh /24h, Gnấu là tổng lượng bột liệu và lượng mảnh dùng để nấu thuỷ tinh ,kg Gmảnh là lượng mảnh dùng để nấu thuỷ tinh ,kg Ta có : Gthuỷ tinh = Gbột.H + Gmảnh kg đ Gbột ===130,56103 kg bột liệu/24h Tổng lưọng (liệu + mảnh) dùng để nấu thuỷ tinh là : Gnấu = Gbột + Gmảnh =130,56103 +20,48103=151,04103 kg /24h Thành phần của mảnh trong phối liệu nấu thuỷ tinh là : Mảnh ==13,56% phối liệu Lượng các nguyên liệu cung cấp cho phối liệu : Mcát = 58,25. .103= 76,05.103 (kg) MĐávôi = 1,84..103 = 2,4.103 (-) MTrưòng thạch = 4,40..103= 5,74.103 (-) MĐôlômít =.103 = 19,47.103 (-) MSôda =.103 = 26,79.103 (-) Từ kết quả tính toán trên ta lên kế haọch cung cấp nguyên liệu cho lò nấu trong một ngày, trong một tuần trong một tháng,sáu tháng và trong năm theo bảng sau: Nguyên liệu Ngày đêm (T) Một tuần (T) Một tháng (T) Sáu tháng (T) Một Năm (T) Cát 76,05 532,35 2129,40 12776,40 25552,80 Đá vôi 2,40 16,80 67,20 403,20 806,40 Đô lô mít 19,47 136,29 545,16 3270,96 6541,92 Trường thạch 5,74 40,18 160,72 964,32 1928,64 Soda (Na2CO3) 26,79 187,53 750,12 4500,72 9001,44 Mảnh 20,48 143,36 573,44 3440,64 6881,28 3.5. Chỉ tiêu kĩ thuật - phối liệu: - Lượng khí sinh ra từ 100 kg phối liệu (không kể mảnh& w = 2%). Nguyên liệu Tính lượng khí sản sinh Lượng khí sản sinh (m3) CO2 H2O ồ Cát 58,25.0,98.0,5310-2 =0.3 0,3 0,3 Đá vôi 1,84.0,98.0,4285 = 0,77 0,77 0,77 Trường thạch 4,4.0,98.0,00133 = 5,8510-3 5,8510-3 5,8510-3 Đôlô mít 14,91.0,98.0,4739 = 6,92 6,92 6,92 Soda 20,15.0,98.0,415 =0,2 0,2 0,2 ẩm 0,02.100 =2 2 2 Tổng khối lượng (kg) 7,43 2 9,43 Tổng thể tích (m3) 3,78 2,49 6,27 Phần trăm thể tích 60,29 39,71 100 - Lượng Oxit tạo thuỷ tinh có trong 100 kg phối liệu. Bảng tổng hợp lượng oxit tạo thuỷ tinh trong 100 kg phối liệu. Nguyên liệu Lượng Oxít tạo thuỷ tinh Lượng Oxít tạo thuỷ tinh (phần khối lượng) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O ồ Cát 58,25.0,9833.0,98 = 56,13 58,25.0.0,005.0,98 = 0,29 58,25.0,0052.0,98 = 0,30 58,25.0,0012.0,98 = 0,07 56,13 0,29 0,07 0,30 56,79 Đá vôi 1,84.0,0076.0,98 =0,01 1,84.0,0016.0,98 =0,003 1,84.0,5307.0,98 =0,96 1,84.0,0181.,098 =0,03 0,01 0,003 0,96 0,03 2,83 Trường thạch 4,4.0,6625.0,98 = 2,86 4,4.,0193.0,98 =0,83 4,4.0,1225.0,98 =0,53 4,4.0,002.0,98 = 0,01 4,4.0,006.0,98 = 0,03 4,4.0,001.0,98 = 0,005 2,86 0,83 0,005 0,03 0,01 0,53 . 4,27 Đô lô mít 14,91.0,0046.0,98 = 0,07 14,91.0,0051.0,98 = 0,07 14,91.0,218.0,98 = 3,19 14,91.0,299.0,98 = 4,37 0,07 0,07 4,37 3,19 7,70 Soda 20,520,5733.0,98 = 11,53 14,83 14,83 Tổng lượng các ôxít 59,06 3,03 0,094 5,66 3,23 12,06 74,27 IV.Tính toán lò nấu thuỷ tinh. 4.1. Lựa chọn kiểu lò. Với lò cần thiêt kế có C/S lớn: Q = 128 tấn/ ngày đêm. Do đó cần thiết kế kiểu lò bể hoạt động liên tục và có buồng hồi nhiệt gián đoạn. Chọn kiểu lửa ngang, buồng hồi nhiệt bố trí 2 bên lò. 4.2. Kích thước cơ bản và kết cấu của lò: 4.2.1. Kích thước cơ bản lò nấu. Diện tích bể nấu được tính theo công thức : F = Trong đó : Q: Năng suất của lò theo ngày đêm tấn /24h. k Năng suất riêng của lò tấn/m2 .Hệ số k được lựa chọn theo kinh nghiệm sản xuất ,ở đây ta chọn hế số nấu là k=1,07tấn /m2. F = = 120 m2 Chọn chiều rộng lò: 6m Chiều dài lò: 20 m. Chiều sâu tường bể nấu: 1,3 m Chiều sâu mực T2 lỏng trong lò nấu: 1,2 m 4.2.2. Kết cấu lò: a. Vòm lò: Ta lựa chọn vòm lò hình vòng cung có góc ở tâm là 600. Vòm lò được xây bằng gạch Dinas chịu lửa, vỏ ngoài là gạch Dinas xốp. d1 = 300mm. d2 = 250mm. - Rộng vòm: Khi xây dựng vòm lò cho dịch tường không gian đỡ vòm ra mỗi bên so với mặt trong tường bể nấu 0,2 m nhằm hạn chế vật liệu chịu lửa rơi vào thuỷ tinh. Do đó chiều rộng vòm lò sẽ là B= a+2.0,2 = 6+2.0,2 =6,4m - Chiều cao vòm: f = = 0,8 m Các thông số của vòm : - chiều dài dây cung mặt trong cùng của vòm L1 = 6,7m - Chiều dài dây cung cua mặt tiếp xúc giữa lớp Đinát và lớp Đinát xốp là L2 = 7,01m. - Chiều dài của dây cung ở mặt ngoài cùng của lớp Đinát xốp là L2 = 7,27m. -Diện tích truyền nhiệt trung bình của lớp Đinát : F1 = 2. - Diện tích truyền nhiệt trung bình của lớp Đinát xốp : F2 = (m2) -Diện tích cấp nhiệt của bề mặt Đinát xốp là F3 = L3.(20+2.0,2) = 7,27.(20+2.,02)=148,31 (m2) . b. Tường không gian lò: Tường không gian được xây bằng 12 lớp gạch chịu lửa (chiều cao mỗi viên gạch 0.065m). Vật liệu chịu lửa dùng để xây tường không gian: Lớp trong ta xây bằng gạch cao nhôm có chiều dầy =0,3m. Lớp ngoài xây bằng gạch samốt nhẹ dày =0,23m . Chiều cao tường không gian tính được: h= 12.0,065+0,15=0,93m. Diện tích truyền nhiệt của tường không gian là Fkhônggian =2.h.(b+2.0,2) =2.0,93.(20+2.0,2)=31,82m Tường không gian được kê trên lớp gạch móc cao 0,15m . Lớp gạch móc được xây bằng vật liệu cao nhôm có chiều dày Ta bố trí tường không gian mỗi bên lùi 0,2m so vơi mặt tường bể nhằm tránh vật liệu chịu lửa bị phá huỷ sẽ rơi vào thuỷ tinh . c. Tường bể nấu: Tường bể nấu chia làm hai phần: Phần trên không bảo ôn , nơi tiếp xúc với mực thuỷ tinh dao động được xây bằng vật liệu chịu lửa AZS đúc nóng chảy cao h=0,2m và dày AZS =0,3m Diện tích truyền nhiệt của lớp gạch AZS là Fkhông bảo ôn = h.(a+2.b) = 0,2.(6+2.20) = 9,2m - Phần dưới không cần bảo ôn tường được xây 3 lớp: + Lớp trong cùng được xây bằng vật liệu AZS đúc nóng chảy có chiều dày 1 = 0,3m . + Lớp tiếp theo là cao nhôm dày 2 = 0,3m. +Lớp ngoài cùng là samốt nhẹ có chiều dày 3 = 0,25m. Phần tường bảo ôn được xây cao h = 1,3m . Diện tích truyền nhiệt của phần tường có bảo ôn được tính như sau Fbảo ôn =h.(a+2.b) = 1,3.( 6+2.20) = 59,8m. d. Đáy lò: Gồm 4 lớp: Lớp trên cùng: Gạch AZS đúc nóng chảy. d1 = 0,1 m. Lớp gạch cao nhôm dày d2 = 0,3 (m) Lớp dưới: Gạch Samos: d3 = 0,25 (m). Lớp thép đỡ đáy dày d4 = 0,005 (m). Các loại VLCL xây lò đều được thiết kế theo kiểu Block hoặc dị hình theo kiểu thiết kế của lò. Diện tích truyền nhiệt đáy lò: FĐ = 120 (m2) f. Kết cấu vỏ lò: Vỏ lò được thiết kế theo kiểu dầy bởi hệ thống dầm và cột thép. Toàn bộ phần nấu lò được làm mát bởi hệ thống quạt thổi cung cấp không khí. Tường không gian lò được thiết kế theo kiểu treo trên cột và dầm. Nền lò được đặt trên hệ thống dầm ngang dọc, có cột bê tông chịu lực. Đối với bể sản xuất ta có các thông số như sau : Vì năng xuất nấu là rất lớn cho lên ta chọn diện tích của bể sản xuất = 60%diện tích của bể nấu Fsx = 60% Fnấu . Fsx = 0,6 . 120 = 72 (m2) Trong đó chiều dài x chiều rộng = a x b = 5 x 14,4 . Tường bể sản xuất cũng xây làm hai phần (phần bảo ôn và phần không bảo ôn). Phần không bảo ôn xây bằng lớp vật liệu chịu lửa AZS đúc nóng chẩy cao h =0,2(m), dày AZS = 0,3(m). Phần có bảo ôn gồm hai lớp : Lớp trong bằng vật liệu AZS đúc nóng chảy dày 1 = 0,3m. Lớp ngoài bằng vật liệu Samốt nhẹ dày 2 = 0,23m. Tường không gian , đáy , vòm có kết cấu giống như bể nấu . V. Tính toán quá trình nhiệt. 5.1. Quá trình cháy nhiên liệu: 5.1.1. Lựa chọn nhiên liệu. Như phần đầu đã nêu, nhiên liệu được lựa chọn là dầu FO. Có thành phần theo bảng sau. Bảng thành phần hoá của nguyên liệu TP C H O+N S S % KL 86,3 13,3 0,1 0,3 100 Nhiệt trị của nhiên liệu: QT = 10180 kcal/ kg nhiên liệu. 5.1.2. Tính toán quá trình cháy. Giả sử coi không khí có 21% O2 79% N2 theo thể tích. Khi đốt cháy 1kg dầu trên ta thu được bảng tổng hợp quá trình cháy như sau Bảng quá trình cháy nhiên liệu ứng 1 kg nhiên liệu. TP Kg Kmol Phản ứng O2 (kmol) CO2 (kmol) H2O (kmol) SO2 (kmol) C 0,863 C+O2 = CO2 H 0,133 2H + O2 = H2O S 0,003 S + O2 =SO2 O 0,001 W 0,01 1 1 0,11 0,07 0,07 9,38.10-5 Giả sử không khí cần cung cấp cho quá trình cháy là không khí khô có thể tích 22,4 kg/Kmol kkk. Lượng không khí khô cần cung cấp cho quá trình cháy 1 kg nhiên liệu. L0 = = 11,73 m3kkk/Kg mol. Nếu lấy hệ số dư a = 1,2 thì lượng không khí khô thực tế cần để cháy 1 kg nhiên liệu: L= 1,2 L0 = 1,2.11,73 =14,08 m3 kkk/ Kg mol. Do trong không khí có chứa một lượng hơi ẩm nhất định nên lượng không khí thực tế cần cho phản ứng cháy là L’ = (1+0,0016.d).L Trong đó : d là hàm ẩm cuă không khí d = 16g/kgkkk. L’ = (1+0,0016.16).14,08 = 14,44 m3 . Thể tích hơi nước theo không khí đi vào : VHO = L’-L = 14,44-14,08 =0,36m3 5.1.3. Thành phần thể tích sản phẩm cháy. VCO = 22,4.Cl = 1,61 m3/kg nl VSO = 22,4. S1 = 2.10-3 m3/kg nl VHO = 22,4. Hl +VHO (ẩm) = 22,4.0,07 + 0,36 =1,93 m3/kg nl VN = 0,79 La =0,79.14,08 = 11,12 m3/kgnl (298 - IV) Theo đó. Tổng thể tích sản phẩm cháy. V = Vồ = VCO + VHO + VN + VSO + VO =15,15 m3/kg nl - Thành phần thể tích sản phẩm cháy. % VCO=.100% = 10,63 % %VHO =.100% = 12,74 % % VN =.100% = 73,4 % % VO =. 100% = 3,23 % %VSO = 0,01% - Nhiệt trị của nhiên liệu: QT = 10180 kcal/kg mol Bảng thành phần % thể tích sản phẩm cháy của nhiên liệu. Thành phần của sp cháy CO2 H2O N2 O2 SO2 Thành phần thể tích sp cháy(%) 12,20 13,35 72,69 1,76 0,01 5.2 Nhiệt độ cháy nhiên liệu. 5.2.1. Nhiệt độ Calo: Nhiệt độ Calo là nhiệt độ đạt được trong điều kiện nhiên liệu cháy hoàn toàn và tất cả nhiệt sinh của nhiên liệu, nhiệt lý học của nhiên liệu và không khí mang vào chỉ dùng để đốt nóng sản phẩm cháy. tc = (174 - I). Trong đố : QT: nhiệt sinh của nhiên liệu,QT = 10180 Kcal/kg mol. Cn,tn: tỉ nhiệt và nhiệt độ của nhiên liệu cháy. tn = 1500C.Nhiệt độ dầu FO được sấy để đưa vào vòi phun . Cn = 1738 + 2,5 tn .= 0,48 kcal/kg.0C Ckk, tkk: tỉ nhiệt và nhiệt độ của không khí cung cấp cho quá trình cháy. tkk =1000 0C Ckk =0,33 Kcal/ m3 0C. L’a: Lượng không khí thực tế cần cho quá trình cháy. Va: Thể tích sản phẩm cháy từ 1kg nhiên liệu. CK: Tỷ nhiệt khí thải Kcal/m3 Ck = Kcal/m3 0C Trong đó : Xi,Ci lần lượt là thành phần và tỉ nhiệt của các khí trong sản phẩm cháy. Giả thiết nhiệt độ cháy Calo tC = 2400 0C CCO= 0,59 Kcal/m3 0C CN = 0,36 Kcal/m3 0C CO= 0,38 Kcal/m3 0C (316 - IV) CHO = 0,49 Kcal/m3 0C CSO = 0,54 Kcal/m3 0C Từ đó CK = = CC0. XCO + CN + CO . XO + CHO . XHO = 0,59 . 0,1063 + 036 . 0,734 + 0,48 . 0,1274 + 0,38 . 0,0323 + + 0,54 . 0,001 = 0,4 Kcal/m3 0C tc' = = 2474,52 0C 5.2.2. Nhiệt độ lý thuyết: Nhiệt độ lý thuyết là nhiệt độ khi cháy hoàn toàn nhiên liệu, đồng thời toàn bộ nhiệt sinh, nhiệt lý học của nhiên liệu, của không khí tiêu tốn một lượng dùng để đốt nóng phối liệu và phân li sản phẩm cháy. CO2 đ CO + O2 – 2961,61 Kcal/m3 (174-I) H2O đ H2 + O2 – 2627,18 Kcal/m3 (174-I) Tại nhiệt độ t0 = 2474,52 0C thì lượng nhiệt cần để phản ứng phân huỷ xảy ra la Q = 0,44.2961,55 + 0,16.2627,18 = 1723,43 (Kgcal/Kgnl). Vậy nhiệt độ lý thuyết tính được tlt=0C tlt = 2190,13 OC 5.2.3. Nhiệt độ thực tế của lò: Trong thực tế đối với lò công nghiệp, quá trình cháy được thực hiện đồng thời với quá trình trộn không khí và nhiên liệu cháy, nó ảnh hưởng đến lượng nhiệt toả ra của nhiên liệu cháy. Không gian lửa trong lò có nhiệt độ rất khác nhau trong cùng một ngọn lửa. Do đó khi tính toán cần phải xá._.