PHỤ CHƯƠNG: VÍ DỤ VỀ TÍNH TOÁN ĐƠN PHỐI LIỆU CHO THỦY TINH Việc tính toán phối liệu dựa vào thành phần hoá học của các nguyên liệu được sử dụng, thành phần hoá học của thủy tinh.. Thành
Trang 1PHỤ CHƯƠNG: VÍ DỤ VỀ TÍNH TOÁN ĐƠN PHỐI LIỆU CHO THỦY TINH
Việc tính toán phối liệu dựa vào thành phần hoá học của các nguyên liệu được sử dụng, thành phần hoá học của thủy tinh Thành phần thủy tinh thường được biểu diễn ra bằng phần trăm oxit, bằng công thức phân tử hoặc bằng phần phối liệu
Trong tính toán, ta quy ước là thủy tinh chỉ được tạo thành từ các oxit, anhydric của các axit tương ứng, nước do nhiệt phân hoàn toàn bay hơi, lượng bay hơi của các muối cacbonat và nitrat phân ly khác hoàn toàn, còn muối sunfat không hoàn toàn phân ly Nếu bỏ qua lượng bay hơi của các cấu tử khi nấu thì sai sót cũng không nhiều, trừ trường hợp đối với anhydric boric (15%), fluorua (30%) và một vài nguyên liệu khác
Phối liệu có thể tính toán theo hai hình thức: theo 100 phần trăm trọng lượng cát và 100 phần trăm trọng lượng thủy tinh Tính toán theo 100 phần trăm trọng lượng thủy tinh có lợi hơn vì bây giờ thành phần thủy tinh được phản ánh rõ ràng hơn và việc tính toán giá thành của thành phẩm đơn giản
Tính toán phối liệu theo thành phần phần trăm của thủy tinh là vấn đề giải hệ thống phương trình với số phương trình bằng số oxit nằm trong thủy tinh
Ví dụ: tính phối liệu cho thủy tinh có thành phần % như sau:
SiO2 Al2O3 CaO MgO Na2O+K2O B2O3 BaO
Thành phần hoá học của nguyên vật liệu như sau:
Nguyên
liệu
Hàm lượng % SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO BaO Na2O B2O3 Cát 98,33 0,50 0,12
Đá vôi 0,70 0,30 0,20 54,60 0,20
Muốn tính lượng nguyên liệu trong phối liệu phải lập phương trình với cách gọi lượng cát là x, đá vôi là y, tràng thạch là z, đôlômít là t, sôđa là q, cacbonat bari là r, và axit boric là s
Trang 21- Thành lập phương trình
Với SiO2: oxit này cho vào thủy tinh dưới dạng cát, cứ 100 phần trọng lượng thủy tinh cần x phần trọng lượg cát và nó cung cấp 0,9833x phần trăm trọng lượng SiO2 Ngoài ra, SiO2 còn nằm trong đá vôi (0,007y), tràng thạch (0,6625z), đôlômít (0,0046t)
Trong 100 phần trọng lượng thủy tinh có 69,2 phần trọng lượng SiO2, phương trình với SiO2 có dạng:
SiO2: 69,2 =0,9833x +0,007y +0,6625z +0,0046t
Tương tự như trên ta lập phương trình với các oxit khác:
Al2O3: 2,34 = 0,005x +0,003y +0,1884z +0,005t
CaO: 8,9 =0,546y +0,0066z +0,299t
MgO: 0,8 =0,002y +0,218t
Na2O: 15 =0,1222z +0,5827q
B2O3: 2,5 =0,5624s
BaO: 1,26 =0,545r
2- Giải các phương trình trên ta có
x =63,09 y =14,24 z =10,42 t =3,54
r =2,31 s =4,45 q =23,56
3- Lượng nguyên liệu hao hụt vì bị bay hơi trong quá trình nấu
Sôđa bay hơi 3,2% nên lượng sôđa cần thiết phải là: 23,56 x 1,032 =24,31 phần trọng lượng
Axit boric bay hơi 15% nên hàm lượng H3BO3 thực tế phải dùng:
4,45 x 1,15 =5,12 phần trọng lượng Như thế thành phần phối liệu dùng nấu 100 phần trọng lượng thủy tinh Cát: 62,09 phần trọng lượng
Đá vôi: 14,24 phần trọng lượng
Tràng thạch 10,42 phần trọng lượng
Đôlômít 3,54 phần trọng lượng
Sôđa 24,31 phần trọng lượng
Cacbonat bari 2,31 phần trọng lượng
Axit boric 5,12 phần trọng lượng
Tổng số 122,03 phần trọng lượng
4- Tính thành phần phần trăm các oxit do từng nguyên liệu mang vào thủy tinh
Từ cát:
% SiO2 =62,09 x 0,9833 =61,05
% Al2O3 =62,09 x 0,005 =0,31
Trang 3% Fe2O3 =62,09 x 0,0012 =0,07
Từ đá vôi
% SiO2 =14,25x 0,007 =0,1
% Al2O3 =14,25 x 0,003 =0,04
% Fe2O3 =14,25 x 0,002 =0,03
% CaO =14,25 x 0,546 =7,78
% MgO =14,25 x 0,002 =0,03
Từ tràng thạch:
% SiO2 =10,42x 0,6625 =6,9
% Al2O3 =10,42 x 0,1884 =1,96
% Fe2O3 =10,42 x 0,001 =0,01
% CaO =10,42 x 0,0066 =0,07
% Na2O =10,42 x 0,1222 =1,27
Từ đôlomít
% SiO2 =3,54x 0,0046 =0,02
% Al2O3 =3,54 x 0,005 =0,02
% CaO =3,54 x 0,299 =1,06
% MgO =3,54 x 0,218 =0,77
Từ sôđa
% Na2O =23,56 x 0,5827 =13,73
Từ BaCO3
% BaO = 2,31 x 0,545 =1,26
Từ H3BO3
% B2O3 =4,45 x 0,5624 =2,5
5- Thành phần lý thuyết của thủy tinh:
Nguyên
liệu
Lượng oxit do các nguyên liệu mang vào Tổng
cộng SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O B2O3 BaO
Tràng
thạch
Cộng 68,07 2,33 0,11 8,91 0,8 15 2,5 1,26 98,98
% 68,77 2,35 0,11 9 0,81 15,15 2,53 1,27
Trang 4Sai số 0,43 0,01 0,11 0,1 0,01 0,15 0,03 0,01
6- Hiệu suất thủy tinh khi nấu
122,03 phần trọng lượng phối liệu cho 100 phần trọng lượng thủy tinh
100 x
100.100
122, 03
7- Hao hụt khi nấu: 100 -81,95 =18,05%
8- Chuyển phối liệu ra 100 phần trọng lượng cát : lượng đá vôi
Cứ 62,09 phần trọng lượng cát cần 14, 25 phần trọng lượng đá vôi
100 x
100.14, 25
62, 09
= = phần trọng lượng Tính tương tự với các nguyên liệu khác ta có phối liệu:
Cát 100 phần trọng lượng
Đá vôi 22,95 phần trọng lượng
Tràng thạch 16,78 phần trọng lượng
Đôlômít 5,7 phần trọng lượng
Sôđa 37,94 phần trọng lượng
Cacbonat bari 3,72 phần trọng lượng
Axit boric 7,17 phần trọng lượng
Ví dụ 2: đổi thành phần thủy tinh biểu diễn phần trăm trọng lượng sang phần trăm phân tử và sang công thức phân tử
1- Số phân tử của mỗi oxit tính theo:
n B M
=
trong đó n: % trọng lượng của mỗi oxit
M: phân tử lượng của oxit đó
2- Từ công thức phân tử chuyển sang phần trăm (%) phân tử theo:
1 1
B
=
với B1, B2, …, Bn: số phân tử các oxit trong thủy tinh
b1: % phân tử của oxit đã cho
Giả sử thủy tinh có thành phần % trọng lượng
SiO2 Al2O3 B2O3 Na2O
Trang 5
1- Đổi sang công thức phân tử
2
67,5
60, 06
= = Al O2 3 3,5 0, 03
101,54
2 3
20,3
69, 69
= = Na O2 8, 7 0,14
62
Thành phần thủy tinh biểu diễn bằng số phân tử:
1,12SiO2 0,03Al2O3 0,29B2O3 0,14Na2O Nếu quy lượng B2O3 bằng 1, công thức phân tử thủy tinh trở thành
3,86SiO2 0,1Al2O3 1B2O3 0,48Na2O 2- Chuyển sang phần trăm phân tử
SiO2 1,12.100 1,12.100 70,89%
1,12 0, 03 0, 29 0,14 1,58
Al O2 3 0,03.100 1,90%
1,58
B O2 3 0, 29.100 18,35%
1,58
Na O2 0,14.100 8,86%
1,58
Thành phần thủy tinh biểu diễn bằng % phân tử
SiO2 Al2O3 B2O3 Na2O
Ví dụ 3: đổi thành phần thủy tinh biểu diễn bằng phần trăm phân tử sang phần trăm trọng lượng
Dùng công thức sau
1- Phần trăm trọng lượng của mỗi oxit: N1 =M1 : b1
b1: % phân tử của oxit
M1: phân tử lượng của oxit ấy
2- Phần trăm trọng lượng của mỗi oxit
1 1
N
=
Từ ví dụ 2 ta có:
2
SiO
70,85.60, 06.100
(70,86.60, 06) (1,95.101,54) (18,35.69, 69) (8,85.62)