Вступ
Склом називають всі аморфні тіла, одержані шляхом переохолодження розплаву, незалежно від їх хімічного складу і температурної області твердіння. Внаслідок поступового підвищення в‘язкості вони набувають властивості твердих тіл, при цьому процес переходу з рідкого стану у склоподібний повинен бути зворотнім.
Скло - штучний матеріал який має такі властивості, як прозорість, твердість, хімічна стійкість, термостійкість. Крім того скло має властивості, які залежать від його прозорості. Завдяки цьому скло широко використовують майже у всіх галузях техніки, медицині, у наукових дослідженнях та у побуті.
В залежності від практичного використання скляних виробів змінюється хімічний склад скла, форма, розміри, та спосіб їх виготовлення.
Сучасна скляна промисловість виготовляє найрізноманітніші вироби - промислове та побутове листове скло, скляні труби і ізолятори, медичне та парфумерне скло, тарне та сортове скло, піно скло, скловолокно, ситали та інше.
Тарне скло займає досить велику частку від загального об’єму продукції, що виготовляють скляні заводи. Це відбувається тому, що тарне скло використовується для фасування, зберігання та транспортування різноманітних рідких пастоподібних та твердих продуктів.
Перевагами скляної тари, що обумовлюють широке її використання у різноманітних галузях промисловості та в побуті є: гігієнічність, прозорість, можливість виготовлення тари різноманітних розмірів та форми, можливість герметичного закривання та багаторазового використання, доступна ціна.
Скло не виділяє
шкідливих речовин, не має запаху, забезпечує тривале зберігання продуктів,
добре миється та дезінфікується, легко утилізується, має добрі декоративні
можливості. Крім того, скляна промисловість забезпечена найбагатшими
сировинними ресурсами [1].
1. Загальна частина
.1 Асортимент та
характеристика продукції. Вимоги стандартів
Скляну тару класифікують: за розміром шийки; за кольором скла; за типом шийки; за призначенням.
За розміром шийки розрізняють вироби з вузькою шийкою (внутрішній діаметр горла менше ніж 30 мм) і вироби з широкою шийкою (внутрішній діаметр горла більше ніж 30 мм).
Тара з вузькою шийкою використовується, як правило для розливу, зберігання і транспортування вин (в тому числі й шампанських), лікеро - горілчаної продукції, пива, безалкогольних напоїв, мінеральних вод, соків.
Виготовляють вироби з вузькою шийкою місткістю від 50 до 1000 мл. В разі виникнення потреби можливе виготовлення тари з вузькою шийкою іншої місткості, ніж вказані. Для виготовлення використовують безкольорове, напівбіле, темно - зелене, і жовтогаряче скло. В пляшках виготовлених з безкольорового скла припускається слабкі кольорові відтінки: зеленуватий, блакитний, жовтуватий та сіруватий. В пляшках виготовлених з напівбілого скла припускаються зелені, блакитні і жовтуваті відтінки.
Тара з широкою шийкою
використовується для розфасування, зберігання та транспортування рідких,
пастоподібних та твердих речовин. Широко використовується у харчовій та
хімічній промисловості. Виготовляють вироби з широкою шийкою місткістю 500,
700, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000 мл, а 10, 15, 20 літрів. Для виготування тари
з широкою використовують безкольорове та напівбіле скло. Метою дипломної роботи
є проект технологічної лінії з виробництва прозорої вузькогорлої тари для
безалкогольних напоїв (рис. 1.1, рис. 1.2).
Рисунок 1.1 - Скляна
пляшка ємністю 0,33 л
Рисунок 1.2 - Види
вузькогорлої скляної тари
Пляшки для харчових продуктів виготовляють великими партіями, якщо виготовляються стандартні серійні вироби. Найчастіше вони є багато обертовими, тобто, багато разів проходять цикл використання: розфасовка, зберігання продукту, продаж продукту, повернення тари на повторне використання. Цей цикл проходить між підприємствами харчової промисловості та торговими організаціями [2].
Скляні пляшки призначені для харчових рідких продуктів відповідають ДСТУ 10117-91 ДСТУ 10117.1:2003 Пляшки скляні для харчових рідин. Загальні технічні умови ДСТУ 10117.2:2003 Пляшки скляні для харчових рідин: типи, параметри і основні розміри
Хімічний склад скла відповідає ГСТУ 21-003-2001.
Група скла - безколірна. Марка скла - БТ.
Вимоги до скляної тари залежать від її призначення і складу скла.
Вимоги до зовнішнього вигляду є спільними для різних видів тари:
щодо якості скла (скляна маса повинна бути добре проварена і освітлена, не допускається відкриті і закриті бульбашки, чужорідні вкраплення, шліри і звилини);
щодо якості поверхні (добре відформована гладка поверхня, без гострих та високих швів, сколів, посічень, особливо на вінчинку);
щодо відповідності розмірів (габаритні розміри, маса, діаметр горла і параметри вінчинка, паралельність площин горла і дна і різнотовщеність стінок і дна, повна місткість).
Вимоги до властивостей регламентується згідно призначення тари за хімічною стійкістю, механічною міцністю, термостійкістю, якості відпалу.
Водостійкість скляної тари (ГОСТ 13905-78) визначається об’ємом 0,01 н розчину HCl (мл), витраченого на титрування дистильованої води після 1 год кипіння у скляній тарі. Водостійкість визначається за складом скла і становить для знебарвленої ї напівбілої тари не більше 0,35, а для зеленої і оранжевої не більше 0,25 мл 0,01 н HCl.
Водостійкість пляшок (ДСТУ ГОСТ 10117.1:2003) залежить від їх місткості і визначається об’ємом 0,01 н HCl на 50 см3 водної витяжки:
для пляшок місткістю 200 см3 - не більше 0,45 см3;
для пляшок місткістю 200-1000 см3 - не більше 0,35 см3;
для пляшок місткістю більше1000 см3 - не більше 0,30 см3;
Кислотостійкість регламентується для скляних банок (ГОСТ 5717-91) після витримки 24 год в 10% розчині остової кислоти при 40˚С поверхня не повинна мати ознак руйнування.
Механічна міцність визначається внутрішнім гідростатичним тиском, який витримує скляна тара без руйнування протягом 5 с (банки) або 60 с (пляшки). Так найбільшу міцність повинні мати пляшки для шампанських вин (1,7 МПа), пляшки для сильногазованих напоїв (1,6 МПа), для пива (1 МПа), банки залежно від місткості - 0,3-0,4 МПа.
Термічна стійкість визначається перепадом температур, який повинна витримувати наповнена водою тара без руйнування: банки - не менше 40˚С, пляшки залежно від призначення - не менше 35-40˚С.
Якість відпалу тари оцінюється різницею ходу променів полярископа - поляриметра: допускається не більше 115 нм/см.
Допускається на
зовнішній поверхні скляної тари наявність оксидно-металевих захисних покриттів/
1.2 Характеристика сировини. Вимоги стандартів
Для виробництва скла використовують шихту. Шихта являє собою однорідну зволожену суміш попередньо підготовлених сировинних матеріалів, складену відповідно до заданого рецепта. Рецепт шихти розраховується виходячи із заданого складу скла з урахуванням хімічного складу сировинних матеріалів (кварцового піску, соди, вапняку, польового шпату, сульфату натрію).
Зволоження шихти зменшую запилення й попереджає або зменшує розшарування шихти при її зберіганні й транспортуванні.
Шихту завантажують у піч, де з неї при відповідній температурі одержують розплав-скломасу, що витримують у печі певний час для того, щоб вона придбала необхідну однорідність. Потім температуру розплаву знижують. Це збільшує в’язкість і дає можливість формувати краплі.
Сировинні матеріали, які застосовуються для виробництва скла, умовно ділять на основні й допоміжні. До основних відносяться кварцовий пісок, сода кальцинована, вапняк, польовий шпат. До допоміжних сировинних матеріалів сульфат натрію, оксид церію, селен, оксид кобальту.
Кварцовий пісок являється основним матеріалом для введення в скло SiO2. Якість кварцового піску визначається вмістом в ньому кремнезему та домішок. Кварцові піски високої якості повинні містити 99 - 99,8% кремнезему та 1-0,2% домішок.
Звичайно в кварцовому піску міститься домішки різноманітних мінералів: магнезиту, польового шпату, каоліну, карбонатів кальцію, магнію та ін. Для безкольорового скла найбільш шкідливими домішками є сполучення заліза, які фарбують скло в зелений або жовтий колір. При температурах варіння скла стійкими є дві форми: Fe2O3 та FeO, при чому, їх вплив на колір скла різний. Fe2O3 надає склу жовтого кольору, а FeO надає синій.
Інтенсивність відтінку, який надає двохвалентне залізо у 15 більше ніж трьохвалентне, а причиною появи зеленого кольору є те, що у склі одночасно можуть існувати обидві оксидні форми. В залежності від того, яка форма переважає скло набуває відповідного жовтувато зеленого, або синювато зеленого кольору. Крім сполучень заліза пісок може містити наступні фарбуючи оксиди Cr2O3 таТіО2.
У виробництві різноманітних видів склотари дозволяється вміст оксидів заліза в піску (мас%):для безкольорової склотари до 0,1 для напівбілої склотари до 0,3. Для виробництва склотари, особливо пофарбованої в зелений колір, вміст оксидів заліза не нормується та у зв’язку з цим використовуються піски, видобуток яких можна організувати неподалік від скляного заводу. Розміри зерен піску, та особливо кількісне відношення зерен по розмірам, дуже важливо враховувати при варінні скла.
У випадку використання однорідних за розмірами зерен піску досягається рівномірне їх розчинення з утворенням гомогенного розплаву. У виробництві склотари бажано вживати такі кварцові піски, в яких вміст фракції розміром 0,2 -0,5 мм складає 85-90%. Бажано вживати дрібний, з гострокутною формою зерен, пісок тому, що в цьому разі значно підвищується швидкість розчинення завдяки збільшенню реакційної поверхні. Це в свою чергу прискорює процес варіння.
Додавання Al2O3 в певних кількостях у склад скла сприяє зниженню ТКЛР скла, підвищує механічну та термічну витривалість, поліпшує кристалізаційні властивості. Al2O3 вводять у склад скла за допомогою технічного оксиду алюмінію, гідрооксиду алюмінію, польових шпатів, каолінів тощо. Крім того можна застосувати відходи гірничо-збагачувальних фабрик, полевошпатного та нефелінового концентратів. Для введення Al2O3 також використовують пегматити.
Глинозе́м, або оксид алюмінію, є основним вихідним матеріалом для виробництва алюмінію. Крім цього, він використовується й в інших сферах народного господарства: для виробництва багатьох видів кераміки, різних сортів скла, нанесення покриттів для захисту металів відокиснення, дії агресивних середовищ і ерозійного зносу, і т.д.
На різницю від польових шпатів, в пегматитах оксиди заліза містяться у вигляді крупно кристалічних включень, і легше піддаються відділенню від основної породи. В роботі Al2O3 вводимо каоліном, що відповідає ДСТУ 196090-89.
Оксид кальцію CaO знижує температуру топлення і в’язкість, тобто полегшує варіння і освітлення скла, підвищує хімічну стійкість і механічну міцність, підвищує здатність до кристалізації, густину, показник заломлення і ТКЛР.
У склад скла CaO вводять через вуглекислий кальцій. Вуглекислий кальцій зустрічається у вигляді крейди, мрамору, вапняку. Вапняк - осадова гірська порода біло-сірого кольору, з жовтим забарвленням залежно від вмісту оксидів заліза. Згідно ГОСТ 23671-79, вапняк поділяється на марки ИК 54-0,1, ИК 53-02, ИК 51-03.
Крейда - осадова порода білого кольору, яка містить, в основному, аморфні частинки вуглекислого кальцію, насипна густина 950-1200 кг/м3.
Крейда мелена за ТУ 21-10-73-90, що застосовується для виробництва скла виготовляється декількох марок (МК-1, МК-2, МК-3).
Оксид натрію Na2О в шихту вводять через соду, сульфат натрію та селітру. Оксид натрію пришвидшує процес склоутворення, знижує температуру палавління і в’язкість скла, тим самим полегшуючи освітлення скляної маси, підвищує ТКЛР та густину, знижує термостійкість і хімічну стійкість скла, а також здатність до кристалізації.
До допоміжних сировинних матеріалів входять прискорювачі варіння скла, освітлювачі, барвники, знебарвлюючі речовини, речовини, що створюють непрозорість у склі (глушники), окисники і відновники.
Прискорювачі варіння скла. До них відносяться невеликі додатки сульфату натрію, сполуки флюору і хлору, а також нітрати натрію, калію, барію, амонію.
Освітлювачі. Так називають речовини, які сприяють виведенню із скляної маси газових включень. Деякі освітлювачі вводяться у шихту через основні компоненти, наприклад, через сульфат натрію (сульфатне освітлення).
Оксид арсену As2O3, ГОСТ 1973-77, 1-го і 2-го ґатунків, містить As2O3 не менше%, відповідно, 98,0 та 92,0. Для освітлення застосовують As2O3 в кількості 0,3-0,5% від маси шихти, при одночасному введенні у неї 1,5-3,5% NaNO3.
Оксид стибію, Sb2O3, ТУ 48-14-1-77, застосовують в кількості 0,3-0,5% при одночасному введенні 4-8 - кратної кількості селітри.
Діоксид церію, CeO2, ГОСТ 23862.12-79. Застосовують в кількості 0,5-1,0%, доцільно вводити селітру.
Барвники. Для
забарвлення скла застосовують іонні, колоїдні і молекулярні барвники. На
забарвлення скла впливають: тип барвника, його концентрація, режим варіння
скла, окисно-відновні умови варіння тощо [3].
1.3 Розрахунок хімічного скла
Шихта - однорідна механічна суміш попередньо приготованих і зважених згідно заданого рецепту сировинних матеріалів.
Складання шихти - одна з важливих стадій технологічного процесу виробництва скла. Від того як складена шихта, від старанності і досконалості її приготування, сталості складу і високого ступеня однорідності залежить як сам процес варіння скла так і якість скляних виробів.
На однорідність шихти впливають такі чинники: зерновий склад, стабільність хімічного складу сировинних матеріалів, їх вологість, точність зважування, якість перемішування шихти, спосіб її транспортування і зберігання, а також способи додаткового оброблення сипкої шихти.
Одержання високоякісної шихти - важливий резерв підвищення ефективності скляного виробництва.
Процес складання шихти охоплює такі операції: аналіз сировинних матеріалів, розрахунок шихти, складання рецепту, зважування та змішування матеріалів, оброблення шихти, якщо воно передбачено в технології, контроль її однорідності та транспортування до скловарильної печі.
Перед складанням шихти розраховують її склад. Як правило, шихту розраховують на 100 м.ч. скла, що дає можливість робити перерахунки на потрібну кількість скляної маси [4].
Розрахунок шихти за заданим складом, мас.%
Хімічний склад скла, яке
передбачено по даним дипломного проекту приведений у таблиці - 1.1
Таблиця 1.1 - Розрахунок
шихти за заданим складом, мас.%
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
SO3
72,2
1,8
0,05
10,75
1,8
13,2
0,2
Хімічний склад
сировинних матеріалів приведений в таблиці - 1.2
Таблиця 1.2 - Хімічний
склад сировинних матеріалів, мас.%
Матеріали
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
C
В.п.п
Пісок
99,1
0,39
0,05
0,02
0,04
-
-
0,4
Глинозем
-
99,5
-
-
-
-
-
0,5
Доломіт
1,0
0,1
0,05
29,0
19,5
-
-
50,35
Крейда
0,4
0,1
0,02
55,1
-
-
-
44,38
Сода
-
-
-
-
-
58,5
-
41,5
Сульфат натрію
-
-
-
-
-
41,5
-
58,5
Вугілля
-
-
-
-
-
-
94
-
Розраховуємо необхідну
кількість доломіту 100 г. доломіту - 19,5 MgO мас.%
Х г доломіту - 1,8 MgO
мас.%
Х=9,23 г. доломіту
З доломітом вводиться:
СаО 100 г. доломіту - 29
мас.% СаО
,23 г. доломіту - Х
мас.%
Х=2,68% СаО2
- 0,0923%2O3 - 0,00923 мас.%
Fe2O3
- 0,00462 мас.%
Розрахунок необхідної
кількості крейди 100 г. крейди - 55,1 мас.% СаО
Х г крейди - 8,07 мас.%
СаО
Х=14,65 г. крейди
З крейдою вводиться:2
- 0,0586 мас.%2O3 - 0,015 мас.%2O3
- 0,00293 мас.%
Розрахунок необхідної
кількості піску 100 г. піску - 99,1 мас.% SiO2
Х г піску - 72,05 мас.%
SiO2
Х=72,2 г піску
З піском вводиться:2O3
- 0,28 мас.%2O3 -0,036 мас.%
СаО - 0,014 мас.%- 0,029
мас.%
Розрахунок необхідної
кількості соди
Содо-сульфатне
співвідношення 90:102O - 13,2 мас.%2O вводиться содою
11,88%2O вводиться сульфатом натрія: 1,32%
Необхідно соди: 20,31 г.
Необхідно сульфата
натрія: 3,18 г.
Розрахунок необхідної
кількості глинозему 100 г. глинозему - 99,5 мас.% Al2O3
Х г глинозему - 1,51
мас.% Al2O3
Х= 1,52 г.
Розрахунок необхідної
кількості вугілля
Для відновлення сульфату
натрію використовується вугілля в кількості до 6% маси сульфату натрію
,32·6/100=0,08% С 100 г.
вугілля - 94% С Х г вугілля - 0,08% С Х=0,09 г.
Результати розрахунків
приведені в табл. 1.3
Таблиця 1.3 -
Розрахунковий склад шихти та скла
Назва матеріалу
Кіл-ть мат-в м.ч. на 100 м.ч скла
Вміст оксидів, мас.%
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
SO3
сума
Пісок
72,2
72,05
0,28
0,036
0,014
0,029
-
-
Глинозем
1,52
-
1,51
-
-
-
-
-
Доломіт
9,23
0,092
0,0092
0,0046
2,68
1,8
-
-
Сода
20,31
-
-
-
-
-
11,88
-
Сульфат натрію
3,18
-
-
-
-
-
1,32
-
Крейда
14,65
0,059
0,015
0,0029
8,07
-
-
-
Вугілля
0,09
-
-
-
-
-
-
-
Розрахунковий склад скла
121,18
72,2
1,81
0,044
10,76
1,83
13,2
0,156
100
Заданий склад
-
72,2
1,8
0,05
10,75
1,8
13,2
0,2
100
2. Технологічна частина
.1 Вибір технологічної
схеми та її опис
На заводи сировинні
матеріали можуть поступати як в обробленому, так і в необробленому вигляді.
Якщо на заводи поступають обробленні матеріали, то вони підлягають тільки
просіюванню. У такому випадку на заводах передбаченні дозувально-змішуючі відділення.
Якщо матеріали поступають в необробленому вигляді, тоді, з метою доведення їх
до відповідних технічних вимог, вони підлягають певним видам оброблення:
подрібленню, сушінню, помелу, просіюванню.
Оптимальний підбір і
розміщення обладнання для оброблення матеріалів у значній мірі забезпечує умови
стабільності технологічного процесу виробництва, а також визначає витрати на
оброблення цих матеріалів.
На більшості скляних
заводів частина сировинних матеріалів поступає непідготовленою і підлягає
певним видам оброблення. Переважно це пісок, доломіт, вапняк, крейда. Тому на
таких заводах передбачені цехи, де відбувається приготування сировинних і
відповідно дозувально-змішуючі технологічні лінії.
На скляних заводах
передбачаються склади матеріалів для створення відповідного їх запасу: не менше
15 діб при роботі на місцевій сировині, 30 і більше діб для сировини, що
транспортується з великої відстані або використовується у малій кількості.
Технологічні операції на
складах сировинних матеріалів та на дозувально-змішувальних лініях повинні бути
повністю механізовані і автоматизовані.
Пісок постачається
автотранспортом і розвантажується в приймальний бункер лінії піску. З бункера
пісок потрапляє до вібраційного живильника, де відбувається рівномірна подача
матеріалів в кількості, необхідної для забезпечення продуктивності машини,
відповідно до відсоткового вмісту матеріалів в шихті або масі. З вібраційного
живильника через елеватор подається на сушильний барабан. Після сушіння в
сушильному барабані пісок, який має температуру 500-700˚С і вологість
0,1%, подається на вібросито №08, потім елеватором подається на стрічковий
конвеєр, що транспортує сипкий матеріал, з конвеєра до магнітного сепаратору, і
знову на конвеєр, звідки подається у розхідний бункер і на автоматичні терези.
Опис лінії підготовки
доломіту
Доломіт надходить на
склад грейферним краном в приймальний бункер, звідки вібраційним живильником -
в магнітний сепаратор, а потім у щокову дробарку. Із дробарки доломіт
елеватором подається у сушильний барабан, а потім у кульовий млин. Помелений
доломіт елеватором надходить на вібросито №09, потім у розхідний бункер, далі
на автоматичні терези.
Опис лінії підготовки
соди
Сода на завод надходить
у цистернах, цементовозах або мішках.
Розвантажується за
допомогою пневмотранспорту в приймальний бункер, звідки вібраційним живильником
надходить на вібросито №1, потім на конвеєр, бункер запасу і на терези.
Опис лінії підготовки
склобою
Склобій постачається
автотранспортом і розвантажується в один з приймальних бункерів лінії склобою.
З бункера склобій живильником вібраційним потрапляє на подрібнення в
валково-зубчату дробарку, з якої потрапляє в бункер запасу і на дозування на
автоматичні терези.
Опис лінії підготовки
глинозему, сульфату натрію, вугілля, крейди
Глинозем, сульфат
натрію, вугілля, крейда автотранспортом розвантажується в один з приймальних
бункерів. З бункера живильником вібраційним та елеватором потрапляє на
вібросито, а потім в бункер запасу і на дозування на автоматичні терези.
Формування тари
полегшеної маси (NNPB процес)
Продуктивність
склоформуючих машин безпосередньо залежить від параметрів виробів (маси,
товщини стінки, площі поверхні). Швидкість процесу механізованого формування
виробу визначається його температурними умовами (температура і тепловіддача
формованого комплекту, режим обдування форми і виробу).
Зменшення маси скляної
тари передбачає зменшення товщини стінки виробу, а це змінює умови розподілення
скла і тепла в стінках. Для збереження міцності і термічної стійкості виробів
необхідно забезпечити високу хімічну і термічну однорідність скляної маси. При
виробітку полегшеної тари основну роль відіграють теплообмінні процеси між
краплею скляної маси і формокомплектом, тому важливо вибрати оптимальний
геометричний профіль виробу і форми.
Перед піччю відпалу
часто встановлюють пристрій для нанесення на поверхню тари зміцнювального
розчину.
Вузькогорловий
пресовидувний процес (NNPB процес) аналогічний ПВ процесу і складається із
наступних операцій:
подача краплі
скла в чорнову форму;
- пресування с
формовкою горла та «пульки»;
перенесення
«пульки» із чорнової в чистову форму;
перерозподіл
тепла в «пульці»;
кінцевий видув;
відставлювання
скловиробів;
охолодження
скловиробів на столику охолодження;
переміщення
готових виробів на конвеєр машини;
подача готових
виробів в піч відпалу [5].
2.2 Фізико-хімічні
основи виробництва
Варіння скла - складний
фізико-хімічний високотемпературний процес, в результаті якого суміш сировинних
матеріалів перетворюється на однорідну розтоплену масу, придатну для формування
з неї скляних виробів.
Процес варіння скла не
можна назвати просто топленням через те, що компоненти шихти топляться при
різних температурах, взаємодіють між собою, при цьому виділяються гази і скляна
маса неначе кипить. Крім того, на відміну від інших матеріалів, скло не має
певної температури топлення і переходить у рідкий стан поступово пом’якшуючись
за певною температурного інтервалу. Так само і варіння скла відбувається у
певному температурному інтервалі, а не при конкретній температурі.
З усіх стадій
технологічного процесу отримання скляних виробів найбільш відповідальною є
стадія варіння скла. Проектування складу скла, вибір сировинних матеріалів та
складання шихти у значній мірі зумовлені вимогами процесу варіння скла.
Зварена скляна маса
повинна характеризуватися високою однорідністю, заданою в’язкістю і швидкістю
тверднення, малою кристалізаційною здатністю, відсутністю в ній вад.
Забезпечення цих вимог досягається відповідними температурними режимами,
тривалістю самого процесу, режимами живлення скловарильних печей шихтою та
скляними зламками тощо.
Варіння скла
супроводжується багатьма хімічними реакціями і різноманітними фізичними
процесами. Зокрема Тернер поділяє всі процеси на фізичні, хімічні та
фізико-хімічні. До фізичних процесів віднесені:
нагрівання
шихти;
випаровування
вологи;
топлення
окремих компонентів шихти і утворення евтектик;
розчинення
речовин в твердому або рідкому стані;
зміна
кристалічної форми (полімерні перетворення);
звітрювання
деяких складових частин.
До хімічних процесів:
розщеплення
гідратів;
видалення
хімічно зв’язаної води;
розклад
карбонатів, сульфатів, нітратів тощо;
взаємодія
різних компонентів і утворення силікатів.
До фізико-хімічних
процесів:
взаємодія між
рідкою скляною масою і газами печі;
взаємодія між
рідкою скляною масою і розчиненими в ній газами;
взаємодія між
газовою фазою скляної маси і газами, що знаходяться у вигляді бульбашок;
взаємодія між
газами печі і газами, що знаходяться в бульбашках;
взаємодія між
скляною масою і вогнетривами.
Варіння супроводжується
тепломасообміном (теплопередача, конвекція, дифузія, тощо). В результаті цього
механічна суміш сировинних матеріалів - шихта перетворюються в складну
розтоплену масу з певними фізико-хімічними властивостями.
Процес варки скломаси
умовно ділять на п’ять стадій: силікатоутво-рення, склоутворення, освітлення,
гомогенізація та студка.
Силікатоутворення для
звичайного скла починається при температурі 300˚С і закінчується при
800-900˚С. Наприкінці процесу силікатоутворення закінчуються основні
хімічні реакціі між компонентами шихти, з’вляється рідка фаза, відходить
основна маса газів.
На стадіі склоутворення
відбувається розчин зерен кварцового піску в силікатному розплаві і одночасно
взаємний розчин силікатів один в одному. Наприкінці процесу склоутворення, який
закінчується при температурах 1400-1450˚С, скломаса стає прозорою, в ній
відсутні непроварені частки, але містится велика кількість пузирів та свілей.
Процес склоутворення
протікає повільніше, ніж силікатоутворення і складає 60-70% загального часу
провару шихти. Швидкість процесу склоутворення залежить від складу скла та
температури.
Третя стадія скловаріння
- освітлення - характеризується виділенням із росплаву газів, які перенасичують
скломасу після закінчення процесу склоутворення, та протікає при максимальній
температурі варки 1560-1600˚С, при цьому температура поверхневих шарів
скломаси складає 1500-1520˚С. Наприкінці цієї стадії скломаса звільняється
від видимих газових включень.
Четверта стадія процесу
варки - гомогенізація - має забеспечувати хімічну однорідність скломаси.
Гомогезізація відбувається одночасно із процесом освітлення, і бульбашки, що
виділяються, сприяють перемішуванню скляної маси.
П’ята і остання стадія
процесу варки - остудження. На цій стадії відбувається підготовка скляної маси
до формування з неї виробів. Вона полягає у самовільному зниженні температури
скляної маси [6].
2.3 Розрахунок
матеріального балансу виробництва
Проектується цех з
продуктивністю 45000000 шт./рік вузькогорлової тари. По нормі технологічного
проектування цеху виробництва вузькоголової тари передбачаються показники, які
приведені в таблиці 2.1
Таблиця 2.1 - Норми
технологічного проектування тарного скла