THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG GIA CÔNG PHỐI LIỆU VÀ TẠO HÌNH SẢN PHẨM GẠCH ỐP LÁT TRÁNG MEN (Thuyết minh+bản vẽ)

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG GIA CÔNG PHỐI LIỆU VÀ TẠO HÌNH SẢN PHẨM GẠCH ỐP LÁT TRÁNG MEN VỚI CÔNG SUẤT 2.500.000 M2 NĂM Tổng quan; Thiết kế công nghệ; Kiểm tra sản xuất; Tính toán điện – nước; Tính toán kinh tế; An toàn lao động; Phòng cháy chữa cháy; Kiến trúc – Xây dựng;

CHƯƠNG I

THIẾT LẬP DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

I – CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT:

1 – Chuẩn bị bùn phối liệu xương:

Sau khi định lượng thành phần phối liệu xương có thể được nghiền theophương pháp khô hoặc phương pháp ướt tùy theo công nghệ áp dụng

Việc nghiền khô được thực hiện bằng máy nghiền lắc hoặc máy nghiền búa,cho ra bột với thành phần hạt mịn cao Các hạt mịn được làm ẩm và tạo hạtnhằm điều chỉnh sự phân bố kích cỡ hạt thỏa mãn yêu cầu của công đoạn ép.Độ ẩm được điều chỉnh trong khoảng 4%  6% Tuy nhiên, bột ép nhận đượctạo bởi các hạt rắn với hình dạng không đồng đều, trong khi sấy phun luôntạo ra các hạt hình cầu và lõm

Việc nghiền ướt được thực hiện nhờ máy nghiền bi gián đoạn và cần thiếtphải đạt được nồng độ chất rắn cao nhằm hạ chi phí cho công đoạn sấy phuntiếp theo Do đó, chúng ta phải lực chọn loại chất chống sa lắng tối ưu vớiliều lượng thích hợp để hạ lượng nước xuống mức thấp nhất Phối liệu đượcnạp bằng phương pháp trọng lượng Hỗn hợp đất sét và nước được pha mộtlượng chất phụ gia cần thiết để tạo độ linh động cho phối liệu Khi đã nhậnđược sự phân bố kích thước hạt yêu cầu, hỗn hợp được tháo vào bể đồngnhất, những hạt có kích thước lớn hơn 125  200 m được tách ra nhờ máysàng rung và được cấp cho thiết bị sấy phun để sấy khô và tạo hạt (hình cầulõm) với độ ẩm < 5%, thích hợp cho việc ép

Mặc dù cả hai phương pháp nghiền trên đều phù hợp nhưng phương phápnghiền ướt lại phù hợp với điều kiện sản xuất ở Việt Nam hơn, mặc dù chiphí cao hơn do thiết bị, vận hành, cộng thêm việc tiêu hao năng lượng nhiềuhơn (ví dụ trong quá trình sấy phun sau khi gia công phối liệu) Những lợiđiểm trong việc sử dụng phương pháp nghiền ướt là:

- Do điều kiện khí hậu Việt Nam là nóng ẩm, nên lượng nguyên vật liệulúc nào cũng ở trạnh thái có hàm ẩm cao (có khi lên đến 35%) Vì thế lợidụng hàm ẩm đó và phối hợp lượng nước cho vào thêm, ta tạo độ ẩm cầnthiết trong phương pháp nghiền ướt Nếu không làm vậy, ta sẽ tốn thêm nănglượng và công đoạn trong việc sấy khô lượng nguyên liệu ấy (rất tốn kém)

- Hơn nữa, phối liệu sau khi sấy phun tạo được độ đồng nhất trong xươngvà có thể ép dễ dàng bởi hình dạng hạt sau khi sấy phun, tạo độ linh động

cao, nạp liệu vào khuôn ép dễ dàng.

- Nếu sử dụng phương pháp nghiền khô thì việc rây được thực hiện với độtạo hạt cao, xuất hiện trên xương các hạt không đồng nhất, thúc đẩy sự lộdiện các khuyết tật (ví dụ như sự hiện diện của các hạt carbonat canxi lớn –

“calishes”) Mặt khác bột phối liệu không đồng đều, không có độ linh động,gây bất lợi cho quá trình ép

- Phương pháp nghiền khô được sử dụng cho các sản phẩm có chất lượngtrung bình Vì thế, để cho việc phát triển của công nghệ Silicat, chúng ta phảidần dần thay thế những sản phẩm ấy bằng những sản phẩm có chất lượng caohơn và đẹp hơn

 Do những yếu tố như trên, ta chọn phương pháp nghiền ướt để chuẩn bị bùnphối liệu xương với máy nghiền bi không liên tục

( chưa nêu được tai sao phải chọn phương pháp là nghiền liên tục hay khôngliên tục )

2 – Chuẩn bị bột ép:

Sau khi phối liệu được máy nghiền bi nghiền đúng yêu cầu kỹ thuật, sẽđược tháo liệu vào trong bể khuấy trộn để đồng nhất phối liệu của một haynhiều mẻ nghiền Tại đây, bùn phối liệu sẽ được lưu trữ và cân bằng chotoàn dây chuyền công nghệ

Sau đó, bùn phối liệu sẽ được bơm lên lên để gia công tiếp, tách nước tạothành bột ép bằng các phương pháp sau:

- Phương pháp ép lọc khung bản: bùn phối liệu được cho vào các túi vảirồi đem ép để lọc nước ra thành những bánh phối liệu Phương pháp này có

ưu điểm là đầu tư thấp nhưng còn mang tính thủ công nên công suất rất thấp,không kinh tế và chỉ phù hợp cho các nhà máy sản xuất nhỏ

- Phương pháp sấy phun: bùn phối liệu được sấy bằng dòng khí nóng vàđược phát tán trong quá trình sấy Vì thế, phương pháp này giúp cho nguyênliệu đồng nhất (trên quan điểm hóa học) và dễ dàng đạt được các cỡ hạt thíchhợp có thể vận chuyển đơn giản Hàm lượng nước trong bột sấy phun thuđược từ 4  7% và bột ép 7% và bột ép được tạo ra có dạng hình cầu lõmrất thích hợp cho việc ép Ngoài ra, công suất máy sấy phun rất lớn phù hợpcho công nghệ sản xuất hiện đại mang tính tự động cao

 Vì vậy, ta chọn phương pháp sấy phun để chuẩn bị bột ép là hợp lý và hiệuquả nhất

3 – Phương pháp tạo hình:

Đối với công nghệ sản xuất gốm sứ, công đoạn tạo hình rất quan trọng Vìvậy, cần phải chọn lựa phương pháp tạo hình một các tối ưu nhất

Mỗi phương pháp tạo hình đòi hỏi một số điều kiện kỹ thuật nhất định Đểthỏa mãn được các yêu cầu cơ bản của kỹ thuật tạo hình, điều then chốt nhấtlà chọn đúng phương pháp tạo hình cho một loại sản phẩm cụ thể – phươngpháp tạo hình hợp lý nhất.

Cở sở để lự chọn phương pháp tạo hình bao gồm nhiều yếu tố, song tổngquát là các điều chủ yếu sau:

- Hình dạng và tích chất đặc trưng của các loại sản phẩm

- Tính chất kỹ thuật của phối liệu

- Năng suất và giá thành

Căn cứ vào hình dạng sản phẩm để chọn phương pháp tạo hình là chưa đủ,mà điều quan trọng là phải căn cứ cả vào các đặc tính kỹ thuật của phối liệumới chọn đúng phương pháp thích hợp

Sau khi chọn phương pháp sấy phun để tạo những hạt phối liệu có độ ẩmkhoảng 5,5%, sự lựa chọn kế tiếp cho phương pháp tạo hình là tạo hình bằngphương pháp bán khô Với phương pháp này thì có các loại máy ép: cơ học,đẳng tĩnh và thủy lực

- Máy ép cơ học: Máy ép bằng trục vít, máy ép nhanh, có năng suất cao, tỷlệ giữa lực ép và trọng lượng cũng như tỷ lệ giữa năng suất và tiêu hao điệnrất tốt Những hạn chế chủ yếu của loại máy ép này là do bánh đà điều khiểnbằng tiếp xúc ma sát gây nhiều ứng suất Hệ số ma sát thay đổi và gây tíchtụ năng lượng ở bánh đà, máy không thể chạy suốt ngày, không khí được đẩy

ra không hiệu quả, lực ép tối đa 500 tấn

Máy ép đẳn tĩnh: không phải ép chặt vật liệu bằng các yếu tố cơ học cứngmà bằng lực nén thủy lực ép trực tiếp lên gạch mộc qua khuôn ép bằng cao

su, phần lớn được dùng trong sản xuất đồ sứ điện

Máy ép thủy lực: thích hợp cho công nghệ sản xuất gạch ốp ceramic Máyép thủy lực tạo hình bằng sự chuyển đổi từ năng lượng thủy lực vào lực biếndạng Điều quan trọng nhất của máy ép thủy lực là tính ổn định Lực nén vànhịp ép đều có thể cài đặt trước Mặt khác, với máy ép thủy lực, sản phẩmgạch mộc sẽ có độ dính kết và sít đặc cao Bên cạnh đó, với độ bền uốn caosau khi được tạo hình bằng máy ép thủy lực, gạch mộc sẽ thích hợp cho việcsấy, tráng men in hoa và nung sản phẩm

 Vì vậy, để tạo hình cho sản phẩm mộc gạch ốp ceramic, ta chọn phươngpháp sử dụng máy ép thủy lực là thích hợp và kinh tế nhất

II – DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ PHÂN XƯỞNG GIA CÔNG PHỐI LIỆU VÀ TẠO HÌNH:

{Sơ đồ}

III – THUYEÁT MINH DAÂY CHUYEÅN COÂNG NGHEÄ:

1 – Khâu pha trộn phối liệu:

Nguyên vật liệu sau khi khai thác tại mỏ được vận chuyển về kho chứa củanhà máy bằng ôtô tải tự đổ Chú ý các kho chứa nguyên vật liệu này phải đủđể dự trữ từ hai đến ba tháng sản xuất đề phòng có sự cố

Từ kho chứa nguyên vật liệu được xe xúc chuyển vào cân định lượng theođúng toa phối liệu của phòng kỹ thuật Nếu nguyên liệu không đồng nhất thìđược đưa vào máy đập trục tách đá, sau đó theo băng tải vào cân định lượng.Sau khi cân xong, nguyên liệu được băng tải chuyển vào hệ thống bunke trữ Từ bunke chứa, nguyên liệu lại tiếp tục được băng tải đưa vào máy nghiền

bi Tại máy nghiền bi, hỗn hợp phối liệu được nghiền mịn cùng với mộtlượng nước thích hợp và chất điện giải STPP (Sodium Tri Poly Photphate)nhằm tạo độ linh động và chống sa lắng cho bùn phối liệu Bùn phối liệuđược Phòng Kỹ Thuật lấy mẫu kiểm tra đạt yêu cầu (về độ sót sàng, tỷ trọng,độ nhớt, ) sau khi ra khỏi máy nghiền bi sẽ được chuyển vào bể chứa cócánh khuấy Mục đích của bể chứa có cánh khuấy là để trữ và bảo đảm tínhổn định về độ linh động của bùn phối liệu, nhằm phục vụ tốt cho công đoạnsấy phun

2 – Khâu lò sấy phun:

Huyền phù từ bể chứa có cánh khuấy sẽ được bơm màng chuyển qua hệthống sàng rung điện tử và thiết bị phân ly lọc điện từ để vào bể chứa trunggian Mục đích của sàng rung điện từ là lọc bớt các tạp chất còn sót lại trongbùn phối liệu, các hạt có kích thước lớn, tăng sự đồng nhất cho huyền phù.Còn thiết bị phân ly lọc điện từ có công dụng loại bỏ các tạp chất nhiễm từmạnh có hại như sắt, thép gang, Ni, tránh các ảnh hưởng xấu làm giảmchất lượng sản phẩm và tránh gây hư hỏng các loại máy móc, thiết bị (nhất làđầu bet sấy phun) Từ bể chứa trung gian, huyền phù được bơm piston bơmvào thiết bị sấy phun

Tại tháp sấy, bùn phối liệu sau khi trao đổi nhiệt với dòng khí nóng đingược chiều, một phần lớn lượng nước bốc hơi và bột ép được tạo thành rồirơi xuống Bột ép sau khi ra khỏi lò sấy phun theo băng tải đến gầu nâng vàđược chuyển vào hệ thống bunke chứa bột ép Tại đây, bột ép sẽ được ủ 24giờ trước khi đưa đi sử dụng nhằm đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của khâutạo hình (độ đồng nhất, độ ẩm của bột ép)

3 – Khâu máy ép và tạo hình sản phẩm:

Bột ép, đã được ủ 24 giờ tại hệ thống bunke chứa, đạt độ ẩm yêu cầu w =5,5 % theo băng tải đến hệ thống gầu nâng thứ hai và được chuyển thẳng vào

các máy ép thủy lực để tạo hình Các sản phẩm gạch mộc sau khi ra khỏimáy ép, được băng chuyền đưa đến máy sấy đứng sau khi qua hệ thống chổilau sạch bề mặt và bavia.

4 – Khâu chuẩn bị men và engobe:

Men frite và các nguyên liệu phụ khác như Kaolin lọc, Zircon Silicate,Feldspor sau khi nhập về nhà máy được đưa vào kho chứa Từ kho chứa,frite và phụ gia được đưa đến thiết bị cân đong cùng với nước và chất điệngiải STPP Hỗn hơp phối liệu sau khi được cân đong đúng tỷ lệ từng thànhphần của toa phối liệu sẽ được đưa đi nghiền mịn bởi hệ thống máy nghiền biướt dành riêng để nghiền men và engobe

Tương tự như bùn phối liệu xương, men và engobe sau khi ra khỏi máynghiền bi sẽ được chuyển tới hệ thống sàng rung trước khi vào bể khuấy trộn.Công dụng của sàng run cũng nhằm để lọc bớt các tạp chất và thành phầnhạt có kích thước lớn, tăng độ đồng nhất cho men và engobe Tại bể khuấytrộn, men hoặc engobe sẽ được tồn trữ và khuấy trộn liên tục để tăng độ linhđộng, chống sa lăng và phân tầng nhằm phục vụ tốt cho khâu tráng engobevà men lên sản phẩm gạch mộc

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN

Các đặc trưng cơ lý của đất sét (thử nghiệm bằng phương pháp đổ rót):

PTL% 63,80 21,86 2,00 0,80 0,60 1,40 8,50 98,96

2 – Trường Thạch:

Trường thạch được lấy tại mỏ đá ở Đà Nẵng và được gia công đến kíchthước nhỏ hơn hay bằng 5mm tại nơi khai thác theo hợp đồng với nhà máy.Quãng đường vận chuyển khoảng 900km bằng ôtô tải

Các đặc trưng cơ lý của tràng thạch:

Khối lượng riêng : 1,45g/cm3

Màu sắc sau nung : Trắng trong

 Thành phần hóa:

OXYT SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O MKN TỔNG

Tràng

thạch 72.27 14.48 0.20 0.40 0.00 9.30 0.95 97.60

3 – Cao lanh thô (Cuốc thô):

Cao lanh thô được khai thác tại mỏ ở Bình Dương Quãng đường vậnchuyển tương đối ngắn

Các đặc trưng cơ lý của cao lanh thô:

 Thành phần hóa:

Cao

4 – Cao lanh lọc (Cuốc lọc):

Cao lanh lọc dùng tại nhà máy cũng được nhập về từ mỏ cao lanh ở BìnhDương Quãng đường vận chuyển gần khoảng 30km

Các đặc trưng cơ lý của cao lanh lọc (sử dụng phương pháp đổ rót để thửnghiệm):

 Thành phần hóa:

OXYT SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O MKN TỔNGCao

5 – Ngoài cáùc thành phần nguyên liệu trên, còn có các nguyên liệu khác như:

Đất sét Trúc Thôn, Hải Dương

Cát Sông Bé

Đá vôi Hà Tiên

Cao lanh Đà Lạt

 Thành phần hóa (%):

OXYT

II- TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU XƯƠNG:

 Thành phần hóa của nguyên liệu sản xuất và xương sản phẩm:

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O MKN

Xương sản phẩm 63,80 15,91 0,50 6,00 0,50 3,98 9,81 100,50

 Thành phần hoá sau khi quy đổi:

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O MKNĐất sét 64,47 22,09 2,02 0,81 0,61 1,41 8,59 100,00

Tràng thạch 74,05 14,84 0,20 0,41 0,00 9,53 0,97 100,00

Cao lanh thô 71,54 18,86 1,20 0,40 0,30 1,20 6,50 100,00

Cao lanh lọc 55,41 28,28 1,52 0,57 0,41 1,83 11,99 100,00

Đá vôi 6,98 2,67 0,81 45,99 3,63 0,00 39,92 100,00

Cát thạch anh 88,75 7,06 0,81 0,00 0,00 0,00 3,38 100,00

Xương sản phẩm 63,48 15,83 0,50 5,97 0,50 3,96 9,76 100,00

THÀNH PHẦN HÀM LƯỢNG CÁC OXYT (%)

TỔNG

Trong thực tế, đối với quá trình sản xuất gạch ceramic, để bảo đảm độ dẻokhi tạo hình và độ bền của xương, ta chọn trước tỷ lệ các thành phần nguyênliệu dựa vào những yếu tố như:

Lực ép khi tạo hình (300  350 kG/cm2 )

Độ ẩm của nguyên vật liệu (3  5%)

Thành phần phối liệu của xương

Độ hút nước của sản phẩm

Vì thế, ta chọn tỷ lệ đất sét trong phối liệu xương là 25%(PTL: Phần trọnglượng), tỷ lệ đá vôi là 12%(PTL) và hàm lượng cát thạch anh là 8%(PTL)

Ở đây ta chỉ xét đến các Oxyt chính: SiO2 , Al2O3 và R2O Còn các thành

phần khác xem như tạp chất.

Hàm lượng các Oxyt do đất sét đưa vào:

THÀNH PHẦN PHẦN TRỌNG LƯỢNG QUI VỀ 100%

Bên cạnh đó, để tăng tính linh động cho bùn phối liệu mà vẫn đảm bảo độẩm yêu cầu của nó, ta cho vào phối liệu xương chất điện giải STPP (SodiumTri Poly Photphate) với tỷ lệ hàm lượng là 0,2 ( 0,4% tính trên lượng phốiliệu khô

III – TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN PHỐI LIỆU MEN:

Theo bản hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học MENDELEEV, ta cóbảng nguyên tử lượng của các nguyên tố hóa học trong menu:

Nguyên tố B C O Na Mg Al Si K Ca Ba Zn Zr H NNguyên tố

PHÂN TỬ LƯỢNG

OXYT CÓ TRONG NGUYÊN LIỆU

PHÂN TỬ LƯỢNG CỦA OXYT

TỶ LỆ OXYT CÓ TRONG NGUYÊN LIỆU (%)

NHIỆT ĐỘ NÓNG CHẢY (oC)

OXYT SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO ZnO BaO Na2O K2O ZrO2 Tổng Cộng

Tỷ lệ thành phần các nguyên liệu đưa vào :

MgO được đưa vào dưới dạng Mg.Carbonate với tỷ lệ là:

) ( 07 , 1 81 , 47

100 51 , 0

BaO được đưa vào dưới dạng Ba.Carbonate với tỷ lệ là:

) ( 29 , 3 71 , 77

100 56 , 2

ZrO2 được đưa vào dưới dạng Zircon Silicate với tỷ lệ là:

) ( 02 , 12 22

, 67

100 08 , 8

Suy ra, hàm lượng SiO2 do Zircon Silicate đưa vào là:

) ( 94 , 3 100

78 , 32 02 , 12

Còn B2O3 được đưa vào dưới dạng Collemanite với tỷ lệ là:

) ( 93 , 12 81

, 50

100 57 , 6 5

3

Suy ra, hàm lượng CaO được đưa vào dưới dạng Collemanite với tỷ lệ là:

) ( 53 , 3 100

29 , 27 93 , 12

PTL

CaO được đưa vào dưới dạng Ca.Carbonate với tỷ lệ là:

) ( 92 , 9 04

, 56

100 ) 53 , 3 09 , 9 (

Na2O được đưa vào dưới dạng Albite với tỷ lệ là:

) ( 54 , 8 82 , 11

100 01 , 1 6

44 , 19 54 , 8

3

) ( 87 , 5 100

74 , 68 54 , 8

K2O được đưa vào dưới dạng Nitrate Kali với tỷ lệ là:

) ( 84 , 10 60

, 46

100 05 , 5

Al2O3 được đưa vào dưới dạng Kaoline với tỷ lệ là:

) ( 58 , 8 50

, 39

100 ) 66 , 1 05 , 5 ( 2

2

56 , 46 58 , 8

SiO2 được đưa vào dưới dạng Quartz-Cát mịn với tỷ lệ:

NGUYÊN LIỆU

2 – Tính toán thành phần phối liệu của men:

 Thành phần hóa của men:

OXYT SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO ZnO BaO Na2O K2O ZrO2 Tổng Cộng

QUI VỀ

(Hệ số K qui về 100% bằng 1,007)

Trong thành phần phối liệu của men, ta dùng:

95% Frite

5% Kaoline lọc

3 – Tính toán thành phần phối liệu của engobe:

Ta có công thức phối liệu của engobe:

Alumina : 5% (PTL);

 Tính toán thành phần hóa của engobe:

NGUYÊN LIỆU SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO ZnO BaO Na2O K2O ZrO2 Tổng

Qui về 100% ta có hệ số K bằng 1,0739

NGUYÊN LIỆU SiO2 Al2O3 B2O3 MgO CaO ZnO BaO Na2O K2O ZrO2 Tổng

Cộng

Engobe 60,11 9,78 3,88 0,37 5,56 1,49 1,51 2,33 2,99 11,98 100,00

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Tính toán cân bằng vật chất là một khâu quan trọng trong thiết kế Quatính toán cân bằng vật chất cho ta biết được lượng chi phí vật liệu ban đầucần thiết cho sản xuất được số lượng sản phẩm theo yêu cầu đề ra và qua