Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
MỞ ĐẦU ………………………………………………………… 3
Phần I. Tổng quan về hóa học và KTHH …………………… 4
I.1, Hóa học là gì? ……………………………………………. 4
I.2, Những hiểu biết chung về ngành KTHH ………………. 5
I.3, Chương trình đào tạo ngành KTHH ở trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội ……………………………………….. 7
Phần II: Dây chuyền sản xuất kính tấm xây dựng ….……..10
Chương 1: Khái niệm về thủy tinh ………………………… 10
1. Khái niệm ………………………………………………10
2. Tính chất của thủy tinh ………………………………. 11
3. Ứng dụng ……………………………………………… 12
4. Tái chế …………………………………………………. 12
Chương 2: Nguyên vật liệu và phối liệu …………………… 13
1. Sự phân nhóm các nguyên liệu ………………………. 13
2. Nhóm nguyên liệu chính ……………………………… 14
3. Nhóm nguyên liệu phụ………………………………… 16
4. Gia công nguyên liệu …………………………………. 17
5. Phối liệu ……………………………………………….. 19
Chương 3: Lò nấu thủy tinh …………………………………. 23
1. Kiểu lò ………………………………………………… 23
2. Hướng đí của ngọn lửa ………………………………. 23
3. Cấu tạo lò …………………………………………….. 24
4. Thiết bị tận dụng khí thải …………………………… 26
5. Xác định kích thước lò ………………………………. 27
Chương 4: Tạo hình sản phẩm ………………………………. 30
Chương 5: Ủ sản phẩm ……………………………………... ...33
1. Ứng suất bên trong thủy tinh ………………………… 33
2. Nhiệt độ ủ cao, nhiệt độ ủ thấp,
phương pháp xác định …………………………………34
3. Chế độ ủ thủy tinh …………………………………… 36
Chương 6: Nâng cao và đánh giá chất lượng sản phẩm … 38
1. Nâng cao chất lượng sản phẩm ………………………. 38
2. Đánh giá chất lượng sản phẩm ………………………. 39
Tài liệu tham khảo …………………………...……………. 41
MỞ ĐẦU
Ngày nay thủy tinh là một trong những vật liệu quan trọng nhất. Vậy mà cách đây trên 150 năm nó được sản xuất chỉ dưới dạng những vật dụng thông thường (tuy nó được con người biết đến khoảng 5-6 nghìn năm về trước, mà cũng có thể lâu hơn ). Trong các ngành kỹ thuật thủy tinh được sử dụng rất ít, không đáng kể. Trong lĩnh vực quang học chỉ là mở đầu.
Cùng với sự phát triển của thiên văn học, sinh vật học, động vật học, thực vật học, y học …Công nghệ thủy tinh phát triển đảm bảo cung cấp các chi tiết quang học phức tạp, các thiết bị chứa đựng rẻ, thực tế và vệ sinh.
Từ những cửa sổ kính màu của các nhà thờ thời Trung Cổ cho đến những tấm gương nổi tiếng ở Venecia thời Phục Hưng, kính tấm không những che chở chúng ta trước môi trường mà còn phản chiếu được vẻ đẹp của thiên nhiên, tạo cho con người sự tiện nghi quanh năm, giảm chi phí về năng lượng, nâng cao tính an toàn và thay thế những bức tường với gạch và vữa bằng một bức tranh toàn cảnh của ánh sáng và vẻ đẹp tự nhiên.
Vật liệu kính truyền thống ra đời và được sử dụng trong thiết kế xây dựng khoảng thế kỷ 16 trên thế giới với những ưu điểm chiếu sáng tự nhiên tốt, góp phần thay đổi diện mạo kiến trúc, tạo không gian mở lớn, tải trọng nhẹ hơn vật liệu gạch đá.
Từ cuối thế kỷ 19, kính được sử dụng trong thiết kế kiến trúc như là yếu tố đột phá và được đánh giá góp phần tạo nên những phương án kiến trúc hiện đại trên thế giới.
Ngày nay, việc sử dụng kính trong kiến trúc giúp thời gian thi công nhanh, tiết kiệm năng lượng, đón nguồn năng lượng tự nhiên, giảm tải trọng cho công trình, ngăn bụi, ngăn che gió, cách âm cách nhiệt, giữ nhiệt bên trong ngăn không cho nhiệt độ bên ngoài tác động vào công trình, dễ làm sạch bề mặt, không làm ô nhiễm môi trường.
Phần I : Tổng quan về hóa học và kỹ thuật hóa học
Hàng ngày, con người tiếp xúc và sử dụng nhiều sản phẩm như nước rửa bát, nước hoa, dầu gội, thuốc,... Đây đều là sản phẩm của Kĩ thuật Hóa học, một trong 4 lĩnh vực kĩ thuật lớn nhất. Tuy kĩ thuật Hóa học xuất hiện muộn nhất và chiếm số lượng nhỏ nhất nhưng xã hội càng phát triển thì kĩ thuật Hóa học càng thể hiện tầm quan trọng của mình.
I.1 Hóa học là gì?
a. Khái niệm:
Hóa học là khoa học nghiên cứu về chất và phương pháp biến đổi chất. Hóa học nói về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử, phân tử, và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành phần đó.
Hóa học phát triển từ giả kim thuật, đã được thực hành từ hàng ngàn năm trước ở Trung Hoa, Châu Âu và Ấn Độ.
Khoa giả kim thuật nghiên cứu về vật chất, nhưng thế giới của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh nghiệm thực tế và công thức bắt nguồn từ thực hành chứ không dựa vào những nghiên cứu khoa học. Mục đích của họ là một chất gọi là "Hòn đá phù thủy" dùng để biến đổi những chất như chì thành vàng. Các nhà giả kim thuật đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này và qua đó họ đã phát triển nhiều công cụ mà ngày nay vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học.
Tuy nhiên, không một nhà giả kim thuật nào tìm ra được hòn đá phù thủy và trong thế kỷ thứ 17, các phương pháp làm việc của khoa giả kim thuật được thay đổi bằng những phương pháp khoa học. Một phần kiến thức của các nhà giả kim thuật đang được sử dụng bởi các nhà hóa học, những người làm việc dựa vào kết luận hợp lý dựa trên những gì mà họ quan sát được chứ không dựa vào ý nghĩ biến hóa chì thành vàng.
Lịch sử của hóa học có thể được coi như bắt đầu từ lúc Robert Boyle tách hóa học từ khoa giả kim thuật trong tác phẩm The Skeptical Chemist (Nhà hóa học hoài nghi) vào năm 1661 nhưng thường được đánh dấu bằng ngày Antoine Lavoisier tìm ra khí ôxy vào năm 1783.
Hóa học có bước phát triển mạnh và phân hoá vào thế kỷ 19. Những nghiên cứu của Justus von Liebig về tác động của phân bón đã thành lập ra ngành Hóa nông nghiệp và cung cấp nhiều nhận thức cho ngành hóa vô cơ. Cuộc tìm kiếm một hóa chất tổng hợp thay thế cho chất màu indigo dùng để nhuộm vải là bước khởi đầu của những phát triển vượt bậc cho ngành hóa hữu cơ và dược. Một đỉnh cao trong sự phát triển của ngành hóa học chính là phát minh bảng tuần hoàn nguyên tố của Dmitri Ivanovich Mendeleev và Lothar Meyer. Mendelev đã sử dụng quy luật của bảng tuần hoàn để tiên đoán trước sự tồn tại và tính chất của các nguyên tố germanium, gallium và scandium vào năm 1870. Gallium được tìm thấy vào năm 1875 và có những tính chất như Mendeleev đã tiên đoán trước.
Nghiên cứu trong hóa học đã phát triển trong thời kỳ chuyển tiếp sang thế kỷ 20 đến mức các nghiên cứu sâu về cấu tạo nguyên tử đã không còn là lãnh vực của hóa học nữa mà thuộc về vật lý nguyên tử hay vật lý hạt nhân. Mặc dù vậy, các công trình nghiên cứu này đã mang lại nhiều nhận thức quan trọng về bản chất của sự biến đổi chất hóa học và của các liên kết hóa học. Các động lực quan trọng khác bắt nguồn từ những khám phá trong vật lý lượng tử thông qua mô hình quỹ đạo điện tử.
b. Phân loại các ngành hóa học:
Hóa học được chia ra theo lại chất nghiên cứu mà quan trọng nhất là cách chia truyền thống ra làm:
- Hóa hữu cơ: Hóa học nghiên cứu về những hợp chất của cacbon.
- Hóa vô cơ: Hóa học của những nguyên tố và hợp chất không có chuỗi cacbon.
Một cách chia khác là chia Hóa học theo mục tiêu thành:
- Hóa phân tích: Phân chia những hợp chất.
- Hóa tổng hợp: Tạo thành những hợp chất mới.
Một số chuyên ngành quan trọng khác của hóa học là: Hóa sinh, hóa lí, hóa lí thuyết bao gồm ngành Hóa lượng tử, hóa thực phẩm, hóa lập thể và hóa dầu.
I.2 Những hiểu biết chung về ngành kỹ thuật hóa học?
I.2.1 Kỹ thuật hóa học là gì?
Kỹ thuật hóa học có bản chất là hóa học ứng dụng. Kĩ thuật Hóa học là một nhánh của kĩ thuật mà ứng dụng khoa học Vật lý ( Hóa học và Vật lý ), khoa học đời sống ( Sinh học, Vi sinh học, Hóa sinh học ) với Toán học để chuyển đổi nguyên, vật liệu hay hóa chất trở nên có ích hơn hay hình thức đánh giá hơn. Ngoài ra, để sản xuất vật liệu hữu ích,hiện đại, kĩ thuật Hóa học cũng quan tâm đến vật liệu mới có giá trị tiên phong chẳng hạn như công nghệ Nano, kĩ thuật y sinh.
Kĩ thuật Hóa học chủ yếu liên quan đến việc thiết kế, cải tiến và bảo trì các quá trình liên quan đến Hóa học hay Sinh học cho sản xuất quy mô lớn. Người làm trong lĩnh vực này được gọi là kĩ sư kĩ thuật hóa học. Kĩ sư kĩ thuật hóa học đảm bảo các quá trình được vận hành một cách an toàn,bền vững và kinh tế.
I.2.2 Lịch sử ngành kỹ thuật hóa học
Trước đây, khoa học chỉ có nhiệm vụ chủ yếu là thu thập và phản ánh các sự kiện thực tế, nghĩa là dùng sự kiện trong cuộc sống để giải thích các tính quy luật của hóa học và lý học, chưa nhận thấy sự ảnh hưởng qua lại của chúng với nhau. Đến giữa thế kỉ 18 mới nhận ra sự ảnh hưởng qua lại đó.
Cách mạng công nghiệp cuối thế kỉ 18 đầu thế kỉ 19 đã dẫn đến sự leo thang chưa từng có về nhu cầu số lượng lớn các hóa chất như axit sulfuric và soda, đưa đến nhu cầu là hóa chất phải được sản xuất liên tục chứ không theo mẻ như trước đây. Điều này tạo ra sự cần thiết một người kĩ sư không chỉ sử dụng máy thành thạo mà cũng hiểu được phản ứng hóa học, và ảnh hưởng đến các thiết bị khi các quá trình hoạt động trên quy mô lớn. Như vậy, dưới ảnh hưởng của nền công nghiệp phát triển ngày càng nhanh chóng, kĩ thuật Hóa học được sinh ra như là một ngành kĩ thuật riêng biệt, khác biệt với Cơ khí và hóa học khác.
I.2.3 Vai trò của ngành kỹ thuật hóa học
Kĩ thuật Hóa học được áp dụng trong sản xuất nhiều loại sản phẩm. Các ngành công nghiệp Hóa học có một phạm vi lớn : Sản xuất hóa chất vô cơ và hữu cơ công nghiệp, gốm sứ, nhiên liệu và hóa dầu, hóa chất công nghiệp ( phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ ), chất dẻo và chất đàn hồi, chất nổ, chất tẩy rửa, nước hoa và hương liệu,chất phụ gia, dược phẩm. Một loạt các chất tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày được sản xuất dưới sự điều hành của một kĩ sư Hóa học.
Trong nền Kĩ thuật Hóa học hiện đại, người kĩ sư Hóa học tham gia vào việc phát triển và sản xuất đa dạng hơn sản phẩm, hàng hóa và hóa chất chuyên môn. Những sản phẩm này bao gồm vật liệu hiệu suất cao cần thiết cho hàng không vũ trụ, ô tô, y sinh, điện tử, môi trường, và quân sự. Ví dụ các sợi siêu bền, vải, thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời, chất kết dính, và vật liệu tổng hợp cho xe ; các vật
Chương 5: Ủ SẢN PHẨM
1. Ứng suất bên trong thủy tinh
Khi làm lạnh nhanh một mẫu thủy tinh đang nóng , lớp ngoài của nó sẽ bị nguội nhanh hơn lớp bên trong. Sự chênh lệch nhiệt độ ấy do thủy tinh dẫn nhiệt rất kém. Do sự nguội lạnh không đều của lớp bề mặt và lớp bên trong, trong thủy tinh xuất hiện ứng suất kéo và nén. Khi quá trình làm lạnh hoàn toàn kết thúc, nhiệt độ lớp trong và lớp ngoài bằng nhau ứng suất có thể còn lại( nếu là ứng suất vĩnh viễn) hay có thể biến mất ( ứng suất tạm thời).
Ứng suất vĩnh viễn là ứng suất nảy sinh trong quá trình chuyển thủy tinh từ trạng thái dẻo sang trạng thái giòn. Khi đó tính linh động của thủy tinh dần dần biến mất.
Ứng suất tạm thời nảy sinh trong quá trình tiếp tục làm lạnh thủy tinh ở trạng thái giòn, khi đó thực tế độ linh động của thủy tinh đã bằng không.
Xét quá trình phát sinh ứng suất vĩnh viễn trong một quả cầu thủy tinh ở trạng thái nửa mềm. Khi làm lạnh nhanh lớp vỏ bên ngoài sẽ nguội nhanh hơn rất nhiều so với nhân bên trong. Từ khi bắt đầu làm lạnh đến khi thủy tinh còn khả năng biến dạng dẻo, lớp ngoài sẽ bị biến dạng và co lại khá nhiều. Nhân bên trong lúc đó vẫn còn linh động và giữ được thể tích ban đầu. Tiếp tục làm lạnh nhân cũng sẽ co lại nhưng bây giờ lại bị sức chống lại của lớp vỏ cứng bên ngoài nên nhân không co lại được, khi bị làm lạnh nó vẫn giữ một thể tích lớn hơn thể tích tại nhiệt độ tương ứng. Do đó trong nhân sẽ xuất hiện ứng suất kéo còn lớp vỏ ngoài bị nhân kéo vào bên trong nên nó chịu ứng suất nén.
Ứng suất tạm thời phát sinh khác với ứng suất vĩnh viễn. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ do làm lạnh, lớp thủy tinh nguội ở bê ngoài co lại còn lớp bên trong sẽ chống lại sự co ấy. Vì ở trạng thái giòn, thủy tinh không thể biến dạng dẻo được nên lớp ngoài không thể co lại đến mức cần thiết và trở nên bị kéo. Lớp bên trong lúc đó trở thành bị nén.
Ứng suất tạm thời quá lớn sẽ làm cho sản phẩm bị nứt vỡ một cách nhanh chóng, trong khi đó nếu ứng suất vĩnh viễn quá lớn có thể làm sản phẩm vỡ ngay mà cũng có thể mãi sau này mới gây tác dụng phá vỡ ( khi gia công cơ học hay khi sử dụng). Thực tế sản phẩm thủy tinh ít bị phá hủy bởi ứng suất tạm thời vì khi nhiệt độ cân bằng, ứng suất này cũng biến mất. Đa số trường hợp thủy tinh bị vỡ là do ứng suất vĩnh viễn gây ra.
Tốc độ làm lạnh càng lớn, sản phẩm càng dày thì sự chênh lệch nhiệt độ lớp trong và lớp ngoài càng lớn ứng suất tạo thành càng lớn. Khi làm lạnh chậm ứng suất nội xuất hiện càng ít và khi làm lạnh rất chậm nhiệt độ bên trong bên ngoài không chênh lệch nên ứng suất cũng sẽ bị loại trừ. Thực tế không cần đòi hỏi phải loại trừ triệt để ứng suất trong sản phẩm thủy tinh. Tùy theo hình dáng, giá trị sử dụng và điều kiện làm việc của sản phẩm mà có thể cho phép ứng suất còn lại đến một mức độ xác định nào đó.
Vậy, ủ là quá trình gia công nhiệt để cho ứng suất nội trong sản phẩm thủy tinh ở mức độ đảm bảo sự làm việc lâu dài và bền vững. Trong điều kiện sản xuất, ủ là quá trình làm lạnh sản phẩm mới được tạo thành hình đến nhiệt độ môi trường với lượng ứng suất tồn tại cho phép.
Ứng suất có thể đo bằng đơn vị cơ học [KG/cm2] hay đơn vị quang học [μm/cm]hay
[nm/cm]. ( Theo đơn vị quang học là tính độ lưỡng chiết D = (n1-n2)= Δ/d). Ứng suất phá hủy thủy tinh vào khoảng 700 KG/cm2 hay 2000nm/cm. Khi ủ tốt trong sản phẩm thủy tinh còn lại khoảng 5% ứng suất phá hủy, nghĩa là còn ~ 15-30KG/cm2 hay 50- 100nm/cm.
2. Nhiệt độ ủ cao, nhiệt độ ủ thấp, phương pháp xác định
Để thiết lập chế độ ủ của một loại sản phẩm thủy tinh nào đấy trước hết cần xác định khoảng nhiệt độ có thể nảy sinh hay loại trừ được ứng suất vĩnh viễn. Khoảng nhiệt độ đó phụ thuộc vào thành phần thủy tinh và gọi là khoảng nhiệt độ ủ. Khoảng nhiệt độ ủ được giới hạn bởi nhiệt độ ủ cao và nhiệt độ ủ thấp.
Nhiệt độ ủ cao tương ứng với độ nhớt của thủy tinh vào khoảng 1013p. Tại nhiệt độ này sau 5 phút ứng suất giảm 1/10 ứng suất ban đầu. Nhiệt độ ủ thấp tương ứng với độ nhớt 1014,5-1015p, khi đó để giảm 1/10 ứng suất cần một thời gian 100 lần lớn hơn so với ở nhiệt độ ủ cao. Có thể ủ ở nhiệt độ giới hạn ứng với độ nhớt 1016p nhưng rất chậm.Tại nhiệt độ ủ giới hạn thời gian để ứng suất giảm đi 1/10 lớn gấp 1000 lần thời gian ứng với nhiệt độ ủ cao.
Về mặt lí thuyết, nhiệt độ ủ cao tương ứng với nhiệt độ giới hạn của trạng thái giòn ( nhiệt độ tạo thủy tinh hay nhiệt độ chuyển hóa ) Tg và vì vậy có thể xác định nhiệt độ đó trên đường cong giãn nở nhiệt. Để tránh biến sản phẩm thường chọn nhiệt độ ủ cao thấp hơn Tg khoảng 20-300C.
Người ta có thể xác định khoảng nhiệt độ ủ bằng các phương pháp thực nghiệm và tính toán.
a/ Thực nghiệm : Có 3 phương pháp: Dùng phân cực kế, sợi thủy tinh và đilatomet thạch anh
-Dùng phân cực kế khảo sát độ phân cực, lưỡng chiết của mẫu thủy tinh Sau đó cho mẫu thủy tinh có ứng suất vào lò điện đốt nóng dần và bằng phân cực kế theo dõi sẽ thấy ở nhiệt độ nào ứng suất bắt đầu mất, đó là nhiệt độ ủ thấp. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên nữa đến một lúc ứng suất mất đi rất nhanh đó là điểm nhiệt độ ủ cao.
-Dùng sợi thủy tinh dài L= 20cm, đường kính d= 0,055-0,75cm treo trong lò điện thẳng đứng, bên dưới treo quả cân 1kg, tốc độ nâng nhiệt trong lò 40C/phút sẽ giãn dài với vận tốc v=7,9.10- 8L/d2[cm/phút]. Nhiệt độ trong lò lúc này là nhiệt độ ủ dưới của thủy tinh ấy và tương ứng với độ nhớt η=1014,5p. Tương tự như trên nhưng sợi thủy tinh giãn dài với tốc độ v=2,5.10- 6L/d2[cm/phút] tương ứng với η=1013p là nhiệt độ ủ trên.
Nhiệt độ biến dạng ứng với η= 1011,5 p là nhiệt độ mà sợi thủy tinh và lò tương tự nhưng vật treo ở dưới cỉ 100g sẽ giãn dài với vận tốc v=7,9 . 10-6L/d2[cm/phút]
-Dùng đilatomet thạch anh (xem phần thí nghiệm)
b/ Tính toán
Xác định gần đúng nhiệt độ ủ cao của một thủy tinh khi biết nhiệt độ ủ cao của một loại thủy tinh khác có thành phần hóa tương tự. Chúng ta biết rằng khi thay thế 1% SiO2 bằng 1% ôxyt khác độ nhớt của thủy tinh sẽ thay đổi vì thế nhiệt độ ủ cao cũng thay đổi theo. Số liệu tính toán cho trong bảng sau:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
MỞ ĐẦU ………………………………………………………… 3
Phần I. Tổng quan về hóa học và KTHH …………………… 4
I.1, Hóa học là gì? ……………………………………………. 4
I.2, Những hiểu biết chung về ngành KTHH ………………. 5
I.3, Chương trình đào tạo ngành KTHH ở trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội ……………………………………….. 7
Phần II: Dây chuyền sản xuất kính tấm xây dựng ….……..10
Chương 1: Khái niệm về thủy tinh ………………………… 10
1. Khái niệm ………………………………………………10
2. Tính chất của thủy tinh ………………………………. 11
3. Ứng dụng ……………………………………………… 12
4. Tái chế …………………………………………………. 12
Chương 2: Nguyên vật liệu và phối liệu …………………… 13
1. Sự phân nhóm các nguyên liệu ………………………. 13
2. Nhóm nguyên liệu chính ……………………………… 14
3. Nhóm nguyên liệu phụ………………………………… 16
4. Gia công nguyên liệu …………………………………. 17
5. Phối liệu ……………………………………………….. 19
Chương 3: Lò nấu thủy tinh …………………………………. 23
1. Kiểu lò ………………………………………………… 23
2. Hướng đí của ngọn lửa ………………………………. 23
3. Cấu tạo lò …………………………………………….. 24
4. Thiết bị tận dụng khí thải …………………………… 26
5. Xác định kích thước lò ………………………………. 27
Chương 4: Tạo hình sản phẩm ………………………………. 30
Chương 5: Ủ sản phẩm ……………………………………... ...33
1. Ứng suất bên trong thủy tinh ………………………… 33
2. Nhiệt độ ủ cao, nhiệt độ ủ thấp,
phương pháp xác định …………………………………34
3. Chế độ ủ thủy tinh …………………………………… 36
Chương 6: Nâng cao và đánh giá chất lượng sản phẩm … 38
1. Nâng cao chất lượng sản phẩm ………………………. 38
2. Đánh giá chất lượng sản phẩm ………………………. 39
Tài liệu tham khảo …………………………...……………. 41
MỞ ĐẦU
Ngày nay thủy tinh là một trong những vật liệu quan trọng nhất. Vậy mà cách đây trên 150 năm nó được sản xuất chỉ dưới dạng những vật dụng thông thường (tuy nó được con người biết đến khoảng 5-6 nghìn năm về trước, mà cũng có thể lâu hơn ). Trong các ngành kỹ thuật thủy tinh được sử dụng rất ít, không đáng kể. Trong lĩnh vực quang học chỉ là mở đầu.
Cùng với sự phát triển của thiên văn học, sinh vật học, động vật học, thực vật học, y học …Công nghệ thủy tinh phát triển đảm bảo cung cấp các chi tiết quang học phức tạp, các thiết bị chứa đựng rẻ, thực tế và vệ sinh.
Từ những cửa sổ kính màu của các nhà thờ thời Trung Cổ cho đến những tấm gương nổi tiếng ở Venecia thời Phục Hưng, kính tấm không những che chở chúng ta trước môi trường mà còn phản chiếu được vẻ đẹp của thiên nhiên, tạo cho con người sự tiện nghi quanh năm, giảm chi phí về năng lượng, nâng cao tính an toàn và thay thế những bức tường với gạch và vữa bằng một bức tranh toàn cảnh của ánh sáng và vẻ đẹp tự nhiên.
Vật liệu kính truyền thống ra đời và được sử dụng trong thiết kế xây dựng khoảng thế kỷ 16 trên thế giới với những ưu điểm chiếu sáng tự nhiên tốt, góp phần thay đổi diện mạo kiến trúc, tạo không gian mở lớn, tải trọng nhẹ hơn vật liệu gạch đá.
Từ cuối thế kỷ 19, kính được sử dụng trong thiết kế kiến trúc như là yếu tố đột phá và được đánh giá góp phần tạo nên những phương án kiến trúc hiện đại trên thế giới.
Ngày nay, việc sử dụng kính trong kiến trúc giúp thời gian thi công nhanh, tiết kiệm năng lượng, đón nguồn năng lượng tự nhiên, giảm tải trọng cho công trình, ngăn bụi, ngăn che gió, cách âm cách nhiệt, giữ nhiệt bên trong ngăn không cho nhiệt độ bên ngoài tác động vào công trình, dễ làm sạch bề mặt, không làm ô nhiễm môi trường.
Phần I : Tổng quan về hóa học và kỹ thuật hóa học
Hàng ngày, con người tiếp xúc và sử dụng nhiều sản phẩm như nước rửa bát, nước hoa, dầu gội, thuốc,... Đây đều là sản phẩm của Kĩ thuật Hóa học, một trong 4 lĩnh vực kĩ thuật lớn nhất. Tuy kĩ thuật Hóa học xuất hiện muộn nhất và chiếm số lượng nhỏ nhất nhưng xã hội càng phát triển thì kĩ thuật Hóa học càng thể hiện tầm quan trọng của mình.
I.1 Hóa học là gì?
a. Khái niệm:
Hóa học là khoa học nghiên cứu về chất và phương pháp biến đổi chất. Hóa học nói về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử, phân tử, và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành phần đó.
Hóa học phát triển từ giả kim thuật, đã được thực hành từ hàng ngàn năm trước ở Trung Hoa, Châu Âu và Ấn Độ.
Khoa giả kim thuật nghiên cứu về vật chất, nhưng thế giới của những nhà giả kim thuật đều dựa trên kinh nghiệm thực tế và công thức bắt nguồn từ thực hành chứ không dựa vào những nghiên cứu khoa học. Mục đích của họ là một chất gọi là "Hòn đá phù thủy" dùng để biến đổi những chất như chì thành vàng. Các nhà giả kim thuật đã tiến hành rất nhiều thí nghiệm để tìm ra chất này và qua đó họ đã phát triển nhiều công cụ mà ngày nay vẫn còn được sử dụng trong kỹ thuật hóa học.
Tuy nhiên, không một nhà giả kim thuật nào tìm ra được hòn đá phù thủy và trong thế kỷ thứ 17, các phương pháp làm việc của khoa giả kim thuật được thay đổi bằng những phương pháp khoa học. Một phần kiến thức của các nhà giả kim thuật đang được sử dụng bởi các nhà hóa học, những người làm việc dựa vào kết luận hợp lý dựa trên những gì mà họ quan sát được chứ không dựa vào ý nghĩ biến hóa chì thành vàng.
Lịch sử của hóa học có thể được coi như bắt đầu từ lúc Robert Boyle tách hóa học từ khoa giả kim thuật trong tác phẩm The Skeptical Chemist (Nhà hóa học hoài nghi) vào năm 1661 nhưng thường được đánh dấu bằng ngày Antoine Lavoisier tìm ra khí ôxy vào năm 1783.
Hóa học có bước phát triển mạnh và phân hoá vào thế kỷ 19. Những nghiên cứu của Justus von Liebig về tác động của phân bón đã thành lập ra ngành Hóa nông nghiệp và cung cấp nhiều nhận thức cho ngành hóa vô cơ. Cuộc tìm kiếm một hóa chất tổng hợp thay thế cho chất màu indigo dùng để nhuộm vải là bước khởi đầu của những phát triển vượt bậc cho ngành hóa hữu cơ và dược. Một đỉnh cao trong sự phát triển của ngành hóa học chính là phát minh bảng tuần hoàn nguyên tố của Dmitri Ivanovich Mendeleev và Lothar Meyer. Mendelev đã sử dụng quy luật của bảng tuần hoàn để tiên đoán trước sự tồn tại và tính chất của các nguyên tố germanium, gallium và scandium vào năm 1870. Gallium được tìm thấy vào năm 1875 và có những tính chất như Mendeleev đã tiên đoán trước.
Nghiên cứu trong hóa học đã phát triển trong thời kỳ chuyển tiếp sang thế kỷ 20 đến mức các nghiên cứu sâu về cấu tạo nguyên tử đã không còn là lãnh vực của hóa học nữa mà thuộc về vật lý nguyên tử hay vật lý hạt nhân. Mặc dù vậy, các công trình nghiên cứu này đã mang lại nhiều nhận thức quan trọng về bản chất của sự biến đổi chất hóa học và của các liên kết hóa học. Các động lực quan trọng khác bắt nguồn từ những khám phá trong vật lý lượng tử thông qua mô hình quỹ đạo điện tử.
b. Phân loại các ngành hóa học:
Hóa học được chia ra theo lại chất nghiên cứu mà quan trọng nhất là cách chia truyền thống ra làm:
- Hóa hữu cơ: Hóa học nghiên cứu về những hợp chất của cacbon.
- Hóa vô cơ: Hóa học của những nguyên tố và hợp chất không có chuỗi cacbon.
Một cách chia khác là chia Hóa học theo mục tiêu thành:
- Hóa phân tích: Phân chia những hợp chất.
- Hóa tổng hợp: Tạo thành những hợp chất mới.
Một số chuyên ngành quan trọng khác của hóa học là: Hóa sinh, hóa lí, hóa lí thuyết bao gồm ngành Hóa lượng tử, hóa thực phẩm, hóa lập thể và hóa dầu.
I.2 Những hiểu biết chung về ngành kỹ thuật hóa học?
I.2.1 Kỹ thuật hóa học là gì?
Kỹ thuật hóa học có bản chất là hóa học ứng dụng. Kĩ thuật Hóa học là một nhánh của kĩ thuật mà ứng dụng khoa học Vật lý ( Hóa học và Vật lý ), khoa học đời sống ( Sinh học, Vi sinh học, Hóa sinh học ) với Toán học để chuyển đổi nguyên, vật liệu hay hóa chất trở nên có ích hơn hay hình thức đánh giá hơn. Ngoài ra, để sản xuất vật liệu hữu ích,hiện đại, kĩ thuật Hóa học cũng quan tâm đến vật liệu mới có giá trị tiên phong chẳng hạn như công nghệ Nano, kĩ thuật y sinh.
Kĩ thuật Hóa học chủ yếu liên quan đến việc thiết kế, cải tiến và bảo trì các quá trình liên quan đến Hóa học hay Sinh học cho sản xuất quy mô lớn. Người làm trong lĩnh vực này được gọi là kĩ sư kĩ thuật hóa học. Kĩ sư kĩ thuật hóa học đảm bảo các quá trình được vận hành một cách an toàn,bền vững và kinh tế.
I.2.2 Lịch sử ngành kỹ thuật hóa học
Trước đây, khoa học chỉ có nhiệm vụ chủ yếu là thu thập và phản ánh các sự kiện thực tế, nghĩa là dùng sự kiện trong cuộc sống để giải thích các tính quy luật của hóa học và lý học, chưa nhận thấy sự ảnh hưởng qua lại của chúng với nhau. Đến giữa thế kỉ 18 mới nhận ra sự ảnh hưởng qua lại đó.
Cách mạng công nghiệp cuối thế kỉ 18 đầu thế kỉ 19 đã dẫn đến sự leo thang chưa từng có về nhu cầu số lượng lớn các hóa chất như axit sulfuric và soda, đưa đến nhu cầu là hóa chất phải được sản xuất liên tục chứ không theo mẻ như trước đây. Điều này tạo ra sự cần thiết một người kĩ sư không chỉ sử dụng máy thành thạo mà cũng hiểu được phản ứng hóa học, và ảnh hưởng đến các thiết bị khi các quá trình hoạt động trên quy mô lớn. Như vậy, dưới ảnh hưởng của nền công nghiệp phát triển ngày càng nhanh chóng, kĩ thuật Hóa học được sinh ra như là một ngành kĩ thuật riêng biệt, khác biệt với Cơ khí và hóa học khác.
I.2.3 Vai trò của ngành kỹ thuật hóa học
Kĩ thuật Hóa học được áp dụng trong sản xuất nhiều loại sản phẩm. Các ngành công nghiệp Hóa học có một phạm vi lớn : Sản xuất hóa chất vô cơ và hữu cơ công nghiệp, gốm sứ, nhiên liệu và hóa dầu, hóa chất công nghiệp ( phân bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ ), chất dẻo và chất đàn hồi, chất nổ, chất tẩy rửa, nước hoa và hương liệu,chất phụ gia, dược phẩm. Một loạt các chất tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày được sản xuất dưới sự điều hành của một kĩ sư Hóa học.
Trong nền Kĩ thuật Hóa học hiện đại, người kĩ sư Hóa học tham gia vào việc phát triển và sản xuất đa dạng hơn sản phẩm, hàng hóa và hóa chất chuyên môn. Những sản phẩm này bao gồm vật liệu hiệu suất cao cần thiết cho hàng không vũ trụ, ô tô, y sinh, điện tử, môi trường, và quân sự. Ví dụ các sợi siêu bền, vải, thiết bị chạy bằng năng lượng mặt trời, chất kết dính, và vật liệu tổng hợp cho xe ; các vật
Chương 5: Ủ SẢN PHẨM
1. Ứng suất bên trong thủy tinh
Khi làm lạnh nhanh một mẫu thủy tinh đang nóng , lớp ngoài của nó sẽ bị nguội nhanh hơn lớp bên trong. Sự chênh lệch nhiệt độ ấy do thủy tinh dẫn nhiệt rất kém. Do sự nguội lạnh không đều của lớp bề mặt và lớp bên trong, trong thủy tinh xuất hiện ứng suất kéo và nén. Khi quá trình làm lạnh hoàn toàn kết thúc, nhiệt độ lớp trong và lớp ngoài bằng nhau ứng suất có thể còn lại( nếu là ứng suất vĩnh viễn) hay có thể biến mất ( ứng suất tạm thời).
Ứng suất vĩnh viễn là ứng suất nảy sinh trong quá trình chuyển thủy tinh từ trạng thái dẻo sang trạng thái giòn. Khi đó tính linh động của thủy tinh dần dần biến mất.
Ứng suất tạm thời nảy sinh trong quá trình tiếp tục làm lạnh thủy tinh ở trạng thái giòn, khi đó thực tế độ linh động của thủy tinh đã bằng không.
Xét quá trình phát sinh ứng suất vĩnh viễn trong một quả cầu thủy tinh ở trạng thái nửa mềm. Khi làm lạnh nhanh lớp vỏ bên ngoài sẽ nguội nhanh hơn rất nhiều so với nhân bên trong. Từ khi bắt đầu làm lạnh đến khi thủy tinh còn khả năng biến dạng dẻo, lớp ngoài sẽ bị biến dạng và co lại khá nhiều. Nhân bên trong lúc đó vẫn còn linh động và giữ được thể tích ban đầu. Tiếp tục làm lạnh nhân cũng sẽ co lại nhưng bây giờ lại bị sức chống lại của lớp vỏ cứng bên ngoài nên nhân không co lại được, khi bị làm lạnh nó vẫn giữ một thể tích lớn hơn thể tích tại nhiệt độ tương ứng. Do đó trong nhân sẽ xuất hiện ứng suất kéo còn lớp vỏ ngoài bị nhân kéo vào bên trong nên nó chịu ứng suất nén.
Ứng suất tạm thời phát sinh khác với ứng suất vĩnh viễn. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ do làm lạnh, lớp thủy tinh nguội ở bê ngoài co lại còn lớp bên trong sẽ chống lại sự co ấy. Vì ở trạng thái giòn, thủy tinh không thể biến dạng dẻo được nên lớp ngoài không thể co lại đến mức cần thiết và trở nên bị kéo. Lớp bên trong lúc đó trở thành bị nén.
Ứng suất tạm thời quá lớn sẽ làm cho sản phẩm bị nứt vỡ một cách nhanh chóng, trong khi đó nếu ứng suất vĩnh viễn quá lớn có thể làm sản phẩm vỡ ngay mà cũng có thể mãi sau này mới gây tác dụng phá vỡ ( khi gia công cơ học hay khi sử dụng). Thực tế sản phẩm thủy tinh ít bị phá hủy bởi ứng suất tạm thời vì khi nhiệt độ cân bằng, ứng suất này cũng biến mất. Đa số trường hợp thủy tinh bị vỡ là do ứng suất vĩnh viễn gây ra.
Tốc độ làm lạnh càng lớn, sản phẩm càng dày thì sự chênh lệch nhiệt độ lớp trong và lớp ngoài càng lớn ứng suất tạo thành càng lớn. Khi làm lạnh chậm ứng suất nội xuất hiện càng ít và khi làm lạnh rất chậm nhiệt độ bên trong bên ngoài không chênh lệch nên ứng suất cũng sẽ bị loại trừ. Thực tế không cần đòi hỏi phải loại trừ triệt để ứng suất trong sản phẩm thủy tinh. Tùy theo hình dáng, giá trị sử dụng và điều kiện làm việc của sản phẩm mà có thể cho phép ứng suất còn lại đến một mức độ xác định nào đó.
Vậy, ủ là quá trình gia công nhiệt để cho ứng suất nội trong sản phẩm thủy tinh ở mức độ đảm bảo sự làm việc lâu dài và bền vững. Trong điều kiện sản xuất, ủ là quá trình làm lạnh sản phẩm mới được tạo thành hình đến nhiệt độ môi trường với lượng ứng suất tồn tại cho phép.
Ứng suất có thể đo bằng đơn vị cơ học [KG/cm2] hay đơn vị quang học [μm/cm]hay
[nm/cm]. ( Theo đơn vị quang học là tính độ lưỡng chiết D = (n1-n2)= Δ/d). Ứng suất phá hủy thủy tinh vào khoảng 700 KG/cm2 hay 2000nm/cm. Khi ủ tốt trong sản phẩm thủy tinh còn lại khoảng 5% ứng suất phá hủy, nghĩa là còn ~ 15-30KG/cm2 hay 50- 100nm/cm.
2. Nhiệt độ ủ cao, nhiệt độ ủ thấp, phương pháp xác định
Để thiết lập chế độ ủ của một loại sản phẩm thủy tinh nào đấy trước hết cần xác định khoảng nhiệt độ có thể nảy sinh hay loại trừ được ứng suất vĩnh viễn. Khoảng nhiệt độ đó phụ thuộc vào thành phần thủy tinh và gọi là khoảng nhiệt độ ủ. Khoảng nhiệt độ ủ được giới hạn bởi nhiệt độ ủ cao và nhiệt độ ủ thấp.
Nhiệt độ ủ cao tương ứng với độ nhớt của thủy tinh vào khoảng 1013p. Tại nhiệt độ này sau 5 phút ứng suất giảm 1/10 ứng suất ban đầu. Nhiệt độ ủ thấp tương ứng với độ nhớt 1014,5-1015p, khi đó để giảm 1/10 ứng suất cần một thời gian 100 lần lớn hơn so với ở nhiệt độ ủ cao. Có thể ủ ở nhiệt độ giới hạn ứng với độ nhớt 1016p nhưng rất chậm.Tại nhiệt độ ủ giới hạn thời gian để ứng suất giảm đi 1/10 lớn gấp 1000 lần thời gian ứng với nhiệt độ ủ cao.
Về mặt lí thuyết, nhiệt độ ủ cao tương ứng với nhiệt độ giới hạn của trạng thái giòn ( nhiệt độ tạo thủy tinh hay nhiệt độ chuyển hóa ) Tg và vì vậy có thể xác định nhiệt độ đó trên đường cong giãn nở nhiệt. Để tránh biến sản phẩm thường chọn nhiệt độ ủ cao thấp hơn Tg khoảng 20-300C.
Người ta có thể xác định khoảng nhiệt độ ủ bằng các phương pháp thực nghiệm và tính toán.
a/ Thực nghiệm : Có 3 phương pháp: Dùng phân cực kế, sợi thủy tinh và đilatomet thạch anh
-Dùng phân cực kế khảo sát độ phân cực, lưỡng chiết của mẫu thủy tinh Sau đó cho mẫu thủy tinh có ứng suất vào lò điện đốt nóng dần và bằng phân cực kế theo dõi sẽ thấy ở nhiệt độ nào ứng suất bắt đầu mất, đó là nhiệt độ ủ thấp. Tiếp tục nâng nhiệt độ lên nữa đến một lúc ứng suất mất đi rất nhanh đó là điểm nhiệt độ ủ cao.
-Dùng sợi thủy tinh dài L= 20cm, đường kính d= 0,055-0,75cm treo trong lò điện thẳng đứng, bên dưới treo quả cân 1kg, tốc độ nâng nhiệt trong lò 40C/phút sẽ giãn dài với vận tốc v=7,9.10- 8L/d2[cm/phút]. Nhiệt độ trong lò lúc này là nhiệt độ ủ dưới của thủy tinh ấy và tương ứng với độ nhớt η=1014,5p. Tương tự như trên nhưng sợi thủy tinh giãn dài với tốc độ v=2,5.10- 6L/d2[cm/phút] tương ứng với η=1013p là nhiệt độ ủ trên.
Nhiệt độ biến dạng ứng với η= 1011,5 p là nhiệt độ mà sợi thủy tinh và lò tương tự nhưng vật treo ở dưới cỉ 100g sẽ giãn dài với vận tốc v=7,9 . 10-6L/d2[cm/phút]
-Dùng đilatomet thạch anh (xem phần thí nghiệm)
b/ Tính toán
Xác định gần đúng nhiệt độ ủ cao của một thủy tinh khi biết nhiệt độ ủ cao của một loại thủy tinh khác có thành phần hóa tương tự. Chúng ta biết rằng khi thay thế 1% SiO2 bằng 1% ôxyt khác độ nhớt của thủy tinh sẽ thay đổi vì thế nhiệt độ ủ cao cũng thay đổi theo. Số liệu tính toán cho trong bảng sau:
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: