Bài tập lớn thủy tinh thiết kế thành phần phối liệu thủy tinh cho nhà máy gusevski

Bµi tËp lín thuû tinh ®Ò bµi: ThiÕt kÕ thµnh phÇn phèi liÖu thuû tinh cho nhµ m¸y Gusevski cã thµnh phÇn ho¸ theo khèi l­îng nh­ b¶ng sau: Thµnh phÇn,% theo khèi l­îng SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O SO2 C¸c «xyt kh¸c 71.18 1.85 0.11 6.8 4.04 13.8 1.3 0.4 C¸c b­íc tÝnh to¸n: 1.§¬n phèi liÖu cho 100 phÇn thuû tinh 2.Thµnh phÇn lý thuyÕt cña thuû tinh 3.L­îng thuû tinh thu ®­îc Theo thµnh phÇn khèi l­îng b¶ng trªn ta cã thÓ chän c¸c nguyªn liÖu thµnh phÇn trong b¶ng sau: VËt liÖu sö dông Thµnh phÇn ho¸, %theo khèi l­îng SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O CO2 SO3 MKN C¸t th¹ch anh 98.92 0.23 0.03 0.03 0.25 0.05 0.23 0.26 S«®a 0.05 0.05 0.08 52.54 37.34 8.97 §¸ v«i 2.16 0.21 0.05 54.26 0.19 42.88 0.25 §«l«mit 4.04 0.28 30.45 20.49 45.93 NhËn thÊy s«®a, ®«l«mit cã tæng kh«ng lµ 100% nªn ta quy chóng vÒ 100% theo b¶ng sau b»ng c¸ch nh©n víi hÖ sè: S«®a : ks = §«l«mit : k® = B¶ng thµnh phÇn ho¸ nguyªn liÖu ®· quy vÒ 100%: VËt liÖu sö dông Thµnh phÇn ho¸, %theo khèi l­îng SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O CO2 SO3 MKN C¸t th¹ch anh 98.92 0.23 0.03 0.03 0.25 0.05 0.23 0.26 S«®a 0.05 0.05 0.08 53.07 37.7 9.05 §¸ v«i 2.16 0.21 0.05 54.26 0.19 42.88 0.25 §«l«mit 4.07 0.28 30.7 20.66 46.30 1.§¥N PhèI LIÖUTÝNH CHO 100 PHÇN KhèI L­îng thuû tinh SiO2 ®­a trùc tiÕp tõ c¸c th¹ch anh Na2O ®­a vµo tõ s«®a CaO ®­a vµo tõ ®¸ v«i MgO ®­a vµo tõ ®«l«mit Gäi khèi l­îng C¸t, S« ®a, §¸ v«i, §«l«mit ®­a vµo tõ c¸c nguyªn liÖu t­¬ng øng lµ x,y,z, t ®Ó ®­îc nguyªn liÖu thµnh phÇn ®· cho. Tõ ®ã ta cã hÖ ph­¬ng: 71.8 =0.9892x + 0.0005y + 0.02168z + 0.0407t 13.8 =0.5307y + 0.0023x 6.8 =0.5426z + 0.0008y + 0.0025x + 0.307t 4.04 =0.2066t + 0.0005x + 0.0019z Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh ta ®­îc x= 71.75 y= 25.69 z= 1.20 t= 19.37 2.tÝnh l­îng c¸t, s«®a vµ ®¸ v«i còng nh­ c¸c «xyt kh¸c ®­îc ®­a vµo nguyªn liÖu a. L­îng c¸t ®­a vµo nÊu thuû tinh b»ng : x = 71.75 phÇn khèi l­îng c¸t Cïng víi x phÇn khèi l­îng c¸t®­a vµo phèi liÖu, khèi l­îng c¸c «xyt t¹o thµnh thuû tinh cã lµ: SiO2 = (71.75 x 98.92):100=70.98 Al2O3= (71.750.23):100=0.165 Fe2O3=(71.750.03):100=0.022 CaO =(71.750.25):100=0.18 Na2O =(71.750.23):100=0.165 MgO =(71.750.05):100=0.036 TiO2 =(71.750.03):100=0.022 b. L­îng s«®a ®­a vµo nÊu thuû tinh b»ng : y = 25.69 phÇn khèi l­îng c¸t. NÕu coi sù mÊt m¸t do bay h¬i kiÒm do nÊu thuû tinh lµ 5% th× l­îng s«®a cÇn thiÕt t­¬ng øng sÏ t¨ng lªn lµ: 25.69(1+5%)=25.691.05=26.97 phÇn khèi l­îng. Cïng víi y phÇn khèi l­îng s«®a ®­a vµo phèi liÖu, khèi l­îng c¸c «xyt t¹o thµnh thuû tinh cã lµ: Na2O = (26.97 X 53.07):100 =14.31 Al2O3= (26.970.05):100=0.0133 CaO =(26.970.08):100=0.02 SiO2 = (26.970.05):100=0.0133 c.L­îng ®¸ v«i ®­a vµo nÊu thuû tinh b»ng : z = 1.20 phÇn khèi l­îng ®¸ v«i Cïng víi z phÇn khèi l­îng ®¸ v«i®­a vµo phèi liÖu, khèi l­îng c¸c «xyt t¹o thµnh thuû tinh cã lµ: CaO = (1.20 X 54.26) : 100 =0.65 SiO2 = (1.202.16):100=0.026 Al2O3= (1.200.21):100=0.0025 Fe2O3=(1.200.05):100=0.0006 MgO =(1.200.19):100=0.0023 d.L­îng ®«l«mit ®­a vµo nÊu thuû tinh b»ng : t = 19.37 phÇn khèi l­îng ®«l«mit Cïng víi t phÇn khèi l­îng ®«l«mit ®­a vµo phèi liÖu, khèi l­îng c¸c «xyt t¹o thµnh thuû tinh cã lµ: MgO = ( 19.37 X 20.66) :100 = 4 Al2O3= (19.370.28):100=0.054 SiO2 = (19.374.07):100=0.79 CaO =(19.3730.7):100=5.95 Céng c¸c nguyªn liÖu ®­a vµo phèi liÖu thuû tinh vµ c¸c «xyt tõ c¸c nguyªn liÖu ®ã sÏ n»m trong thµnh phÇn thuû tinh cã thÓ tÝnh ®­îc l­îng phèi liÖu cÇn thiÕt ®Ó cã 100 phÇn khèi l­îng thuû tinh: PhÇn khèi l­îng phèi liÖu : 71.75+25.69+1.20+19.37=118.01 PhÇn khèi l­îng thuû tinh : (70.98+0.165+0.022+0.18+0.165+0.036+0.022) + (14.31+0.0133+0.02+0.0133) +(0.65+0.026+0.0025+0.0006+0.0023) +(4+0.054+0.079+5.95) =96.691 VËy X phÇn khèi l­îng phèi liÖu øng víi 100 phÇn khèi l­îng thuû tinh: X = (118.01100): 96.691 = 122.05 phÇn khèi l­îng phèi liÖu L­îng thµnh phÇn c¸c nguyªn liÖu ®­a vµo: C¸t th¹ch anh : x1=(71.75122.05):118.011=74.21 S«®a : y1=(25.69122.05):118.01 =26.57 §¸ v«i : z1=(1.2122.05):118.01 =1.24 §«l«mit : t1=(19.27122.05):118.01 =19.93 3.thµnh phÇn lý thuyÕt cña thuû tinh  96.691 phÇn khèi l­îng thuû tinh – 71.81 phÇn khèi l­îng SiO2 100 phÇn khèi l­îng thuû tinh t­¬ng øng x phÇn khèi l­îng SiO2 SiO2 = (10071.81):96.691=74.27% T­¬ng tù ta cã B¶ng thµnh phÇn lý thuyÕt cña thuû tinh C¸c «xyt SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O % theo kl 74.27 0.24 0.023 0.023 7.03 4.17 14.97 100 Sù chªnh lÖch gi÷a thµnh phÇn cho tr­íc vµ thµnh phÇn ho¸ häc lý thuyÕt cña thuû tinh chÝnh lµ hamf l­îng c¸c t¹p chÊt n»m trong nguyªn liÖu ban ®Çu. 4.s¶n l­îng thuû tinh ®­îc tÝnh nh­ sau: Cø 122.05 phÇn khèi l­îng phèi liÖu cho ta 100 phÇn khèi l­îng thyñy tinh 100 phÇn khèi l­îng phèi liÖu cho ta x phÇn khèi l­îng thuû tinh x=(100100):122.05=81.93 phÇn khèi l­îng Sù mÊt m¸t,hao hôt khi nÊu thuû tinh: =10081.93 =18.07%.

Bài tập lớn thuỷ tinh

đề bài: Thiết kế thành phần phối liệu thuỷ tinh cho nhà máy

Gusevski có thành phần hoá theo khối lợng nh bảng sau:

Thành phần,% theo khối lợng

SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Na 2 O K 2 O SO 2 Các

ôxyt khác

-Các bớc tính toán: 1.Đơn phối liệu cho 100 phần thuỷ tinh

2.Thành phần lý thuyết của thuỷ tinh

3.Lợng thuỷ tinh thu đợc

Theo thành phần khối lợng bảng trên ta có thể chọn các nguyên liệu thành phần

trong bảng sau:

Vật liệu

sử dụng SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O Thành phần hoá, %theo khối lợng 3 TiO 2 CaO MgO Na 2 O CO 2 SO 3 MKN

Cát

thạch

anh

98.92 0.23 0.03 0.03 0.25 0.05 0.23 - - 0.26

Sôđa

0.05 0.05 - - 0.08 - 52.54 37.3

Đá vôi 2.16 0.21 0.05 - 54.26 0.19 - 42.8

8 0.25

-Đôlômit

4.04 0.28 - - 30.45 20.49 - - - 45.93

Nhận thấy sôđa, đôlômit có tổng không là 100% nên ta quy chúng về 100%

theo bảng sau bằng cách nhân với hệ số:

Sôđa : ks =

03 99 100

Đôlômit : kđ =

2 99 100

Bảng thành phần hoá nguyên liệu đã quy về 100%:

Vật liệu

sử dụng SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O Thành phần hoá, %theo khối lợng 3 TiO 2 CaO MgO Na 2 O CO 2 SO 3 MKN

Cát

thạch

anh

98.92 0.23 0.03 0.03 0.25 0.05 0.23 - - 0.26

Sôđa

0.05 0.05 - - 0.08 - 53.07 37.7 - 9.05

Đá vôi

2.16 0.21 0.05 - 54.26 0.19 - 42.88 0.25

1.ĐƠN PhốI LIệUTíNH CHO 100 PHầN KhốI Lợng thuỷ tinh

SiO2 đa trực tiếp từ các thạch anh

Na2O đa vào từ sôđa

CaO đa vào từ đá vôi

MgO đa vào từ đôlômit

Gọi khối lợng Cát, Sô đa, Đá vôi, Đôlômit đa vào từ các nguyên liệu tơng

ứng là x,y,z, t để đợc nguyên liệu thành phần đã cho Từ đó ta có hệ phơng:

71.8 =0.9892x + 0.0005y + 0.02168z + 0.0407t

13.8 =0.5307y + 0.0023x

6.8 =0.5426z + 0.0008y + 0.0025x + 0.307t

4.04 =0.2066t + 0.0005x + 0.0019z

Giải hệ phơng trình ta đợc

x= 71.75

y= 25.69

z= 1.20

t= 19.37

2.tính lợng cát, sôđa và đá vôi cũng nh các ôxyt

khác đợc đa vào nguyên liệu

a Lợng cát đa vào nấu thuỷ tinh bằng :

x= 71.75 phần khối lợng cát

Cùng với x phần khối lợng cátđa vào phối liệu, khối lợng các ôxyt tạo thành

thuỷ tinh có là:

SiO2 = (71.75 x 98.92):100=70.98

Al2O3= (71.750.23):100=0.165

Fe2O3=(71.750.03):100=0.022

CaO =(71.750.25):100=0.18

Na2O =(71.750.23):100=0.165

MgO =(71.750.05):100=0.036

TiO2 =(71.750.03):100=0.022

b Lợng sôđa đa vào nấu thuỷ tinh bằng :

y = 25.69 phần khối lợng cát

Nếu coi sự mất mát do bay hơi kiềm do nấu thuỷ tinh là 5% thì lợng sôđa cần thiết tơng ứng sẽ tăng lên là: 25.69(1+5%)=25.691.05=26.97 phần khối lợng

Cùng với y phần khối lợng sôđa đa vào phối liệu, khối lợng các ôxyt tạo

thành thuỷ tinh có là:

Na2O = (26.97 X 53.07):100 =14.31

Al2O3= (26.970.05):100=0.0133

CaO =(26.970.08):100=0.02

SiO2 = (26.970.05):100=0.0133

c.Lợng đá vôi đa vào nấu thuỷ tinh bằng :

z= 1.20 phần khối lợng đá vôi

Cùng với z phần khối lợng đá vôiđa vào phối liệu, khối lợng các ôxyt tạo thành thuỷ tinh có là:

CaO = (1.20 X 54.26) : 100 =0.65

SiO2 = (1.202.16):100=0.026

Al2O3= (1.200.21):100=0.0025

Fe2O3=(1.200.05):100=0.0006

MgO =(1.200.19):100=0.0023

d.Lợng đôlômit đa vào nấu thuỷ tinh bằng :

t = 19.37 phần khối lợng đôlômit

Cùng với t phần khối lợng đôlômit đa vào phối liệu, khối lợng các ôxyt tạo thành thuỷ tinh có là:

MgO = ( 19.37 X 20.66) :100 = 4

Al2O3= (19.370.28):100=0.054

SiO2 = (19.374.07):100=0.79

CaO =(19.3730.7):100=5.95

Cộng các nguyên liệu đa vào phối liệu thuỷ tinh và các ôxyt từ các nguyên liệu đó sẽ nằm trong thành phần thuỷ tinh có thể tính đợc lợng phối liệu cần thiết để có 100 phần khối lợng thuỷ tinh:

Phần khối lợng phối liệu : 71.75+25.69+1.20+19.37=118.01

Phần khối lợng thuỷ tinh :

(70.98+0.165+0.022+0.18+0.165+0.036+0.022) +

(14.31+0.0133+0.02+0.0133) +(0.65+0.026+0.0025+0.0006+0.0023)

+(4+0.054+0.079+5.95) =96.691

Vậy X phần khối lợng phối liệu - ứng với 100 phần khối lợng thuỷ tinh:

X = (118.01100): 96.691 = 122.05 phần khối lợng phối liệu Lợng thành phần các nguyên liệu đa vào:

Cát thạch anh : x1=(71.75122.05):118.011=74.21

Sôđa : y1=(25.69122.05):118.01 =26.57

Đá vôi : z1=(1.2122.05):118.01 =1.24

Đôlômit : t1=(19.27122.05):118.01 =19.93

3.thành phần lý thuyết của thuỷ tinh

 96.691 phần khối lợng thuỷ tinh – 71.81 phần khối lợng SiO2

100 phần khối lợng thuỷ tinh tơng ứng x phần khối lợng SiO2

SiO2 = (10071.81):96.691=74.27%

Tơng tự ta có

Bảng thành phần lý thuyết của thuỷ tinh

Các ôxyt SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaO MgO Na 2 O 

% theo kl 74.27 0.24 0.023 0.023 7.03 4.17 14.97 100

Sự chênh lệch giữa thành phần cho trớc và thành phần hoá học lý thuyết của thuỷ tinh chính là hamf lợng các tạp chất nằm trong nguyên liệu ban đầu

4.sản lợng thuỷ tinh đợc tính nh sau:

Cứ 122.05 phần khối lợng phối liệu cho ta 100 phần khối lợng thyủy tinh

100 phÇn khèi lîng phèi liÖu cho ta x phÇn khèi lîng thuû tinh

x=(100100):122.05=81.93 phÇn khèi lîng

Sù mÊt m¸t,hao hôt khi nÊu thuû tinh:

 =100-81.93 =18.07%