Проект завода по производству хрусталя производительностью 300 млн. штук условных изделий в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проект завода по производству хрусталя производительностью 300 млн. штук условных изделий в год

Введение

хрусталь технологический оборудование

Актуальность темы. Стекло (хрусталь - его разновидность) - удивительный материал, изобретенный гением человеческого разума. Так же, как и в доисторические времена, его основу составляют природные сырьевые материалы, смесь которых варится в специальных печах при температуре около 1500° С. Затем горячее расплавленное стекло вырабатывается вручную или с помощью стеклоформующих машин. Используются самые различные методы обработки стекла и хрусталя.

Развитие производств по выпуску хрусталя предусмотрено: «Государственной программой индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019». «Государственная программа индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2015-2019» ставит конкретные задачи по увеличению доли всех отечественных промышленных товаров на рынке, в области стекольной промышленности успешное их решение зависит от дальнейшей технологической модернизации производства и умения создать конкурентоспособные продукции. Все это возможно только на основе научных разработок и ускоренного внедрения инновационных технологий, а также полного обеспечения отрасли доступными, не дорогостоящими высококачественными отечественными сырьевыми материалами [1].

Научная новизна. Проект завода по производству хрусталя производительностью 300 млн. штук условных изделий в год с использованием отечественных сырьевых материалов Казахстане

Практическая значимость. При достижении цели исследования результаты исследования могут быть рекомендованы для производства хрусталя в ЮКО.

Оценка современного состояния решаемой научной проблемы. Поставленная задача по исследованию химико-минералогического состава сырьевых материалов отечественных месторождений для производства хрусталя будет решаться. Разработываются составы шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов.

Цель исследования. Синтез хрусталя на основе сырьевых материалов месторождений ЮКО

Задачи исследования:

Проект завода по производству хрусталя производительностью 300 млн. штук условных изделий в год

- разработка состава шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов.

Объекты исследования: кварцевые пески Аральского месторождения, известняки Састюбинского месторождения, доломиты Карактауского месторождения, полевые шпаты Сарыбулакского месторождения, сода кальцинированная (Россия), составы шихты для синтеза хрусталя на основе отечественных сырьевых материалов.

Производителями хрусталя в России являются действующие заводы такие как Дятьковский хрустальный завод (Дятьково), Первомайский стекольный завод (Смоленская область), Гусевской хрустальный завод, (Гусь-Хрустальный).в республике Казахстан можно отметить такие заводы как Компания Crystal Glass - занимается обработкой стекла, рельефный пескоструй, художественное матирование, лакозаливной витраж. Мы занимаемся изготовлением дверей и перегородок из стекла, стеклянных полов и ступеней, а также различных предметов интерьера в г. Алматы, KazGlassCompany (Стекольные заводы и мастерские Алматы - Алматинская область), Стекольная компания 'САФ', АО (Стекольные заводы и мастерские Алматы - Алматинская область), Авангард Астана 2010, ТОО (Стекольные заводы и мастерские Астана - Акмолинская область), SEVA PLAST, ТОО (Стекольные заводы и мастерские Караганды - Карагандинская область), УК Триплекс, ТОО (Стекольные заводы и мастерские Усть-Каменогорск - Восточно-Казахстанская область), Шымкент - Фасадное остекление: - Цельностеклянные перегородки и двери; - Спайдерное остекление и козырьки; - Стеклянные сантехнические кабины и душевые; - Стеклянный пол, потолок, лестницы, ограждения; - Стеклянные лифты; - Стеклянные фартуки (скинали) - Эксклюзивные изделия.

Мир стекла Агава (Стекольные заводы и мастерские Шымкент - Южно-Казахстанская область).

1. Схема производства: описание процессов

Хрустальное стекло - это свинцово-силикатное стекло, содержащее 13-23% оксидов свинца и до 17% оксидов калия. Из хрустального стекла производят высококачественную посуду и декоративные изделия. Оно обладает повышенными плотностью, прозрачностью, лучепреломляемостью и блеском, но меньшей термостойкостью по сравнению с другими видами стекол. Благодаря содержанию свинца и определённому подбору углов, образуемых гранями, изделия из хрусталя отличаются необыкновенно яркой, многоцветной игрой света. Обладают красивым звоном. Хрусталем называется также высококачественное венецианское и чешское стекло. Стиль художественного стекла (хрусталь) - торжественно-парадный, сувенирно-подарочный. Способы обработки изделий из хрусталя: гравировка, огранка, резьба, шлифовка.

Основным достоинством хрусталя всегда считали его прозрачность и белизну. Действительно, именно прозрачность стекол является наиболее ценным и характерным их свойством. В этом отношении стекло нередко сравнивают с алмазом и другими драгоценными минералами. В более позднее время под термином «хрусталь» стали понимать свинцовые стекла (флинты), так как при отсутствии в те времена достаточно чистых материалов только свинцовые стекла удавалось получать вполне бесцветными, тогда как другие стекла имели зеленоватый оттенок. Именно в связи с этим и теперь нередко отождествляют термины «хрусталь» и «свинцовый хрусталь». Более правильно называть хрусталем стекло с высокой степенью прозрачности и белизны, считая эти два свойства основными характеристиками хрустальных стекол. Хрустали следует подразделять на отдельные виды, характеризуемые составом и зависящими от него другими свойствами.

Свинцовый хрусталь, применяемый для изготовления высокосортных художественных изделий и лучшей столовой посуды, имеет наибольшие белизну, прозрачность и показатели преломления и дисперсии. Изделия из свинцового хрусталя обычно обрабатываются алмазной гранью, как правило, покрывающей большую часть их поверхности, что придает им особую «игру».

К числу свойств, издавна ценимых в хрустале, нередко относили его высокий удельный вес.

К числу таких же свойств можно отнести и «звонкость» хрусталя: при ударе друг о друга хрустальные изделия издают мелодичный звук. Такой хрусталь раньше называли «поющим». Это свойство хрусталя также не имеет первостепенного значения. Итак, требования, предъявляемые к хрустальным стеклам, можно сформулировать следующим образом:

1. Максимальная прозрачность в видимой части спектра, характеризуемая

светопоглощением, не превышающим 2% на 1 см (желательно 0,5-1,0% на 1 см).

2. Белизна, т.е. отсутствие цветных оттенков при естественном дневном

свете. Допустим (иногда и желателен) очень слабый синий оттенок. Совершенно недопустимы фиолетовый, зеленый и сине-зеленый оттенки. Эти два требования являются основными и обязательными для хрустальных стекол. Остальные требования: высокий показатель преломления (желательно не ниже 1,54), высокая дисперсия и высокий удельный вес (около 3,0), являются лишь желательными.

Хрусталь хорошего качества обычно содержит 0,010-0,020% Fе₂O₃, включая и количество железа, перешедшее из огнеупора.

Выше 0,035% содержание окислов железа в хрустальном стекле недопустимо. Не менее вредны соединения хрома и ванадия, которые кра¬сят стекло сильнее, чем железо. Желательно полное отсутствие в сырье соединений хрома или в крайнем случае наличие его не более 0,0005% в пересчете на Сг₂Оз. Соединения хрома попадают в стекло, по-видимому, лишь из песка и поташа; в остальных видах сырья редко приходится считаться с наличием хрома.

Существенную роль играют соединения титана. Двуокись титана слабо красит сама, но значительно усиливает красящее действие окислов железа. Титан попадает в стекло из песка и огнеупора, так как в обычных огнеупорных глинах содержится около 1-2% ТіО₂. Поскольку на обесцвечивание хрустальной стекломассы влияют даже тысячные доли процента красящих веществ, все производство хрусталя, начиная от добычи песка и глины и кончая погрузкой изделий в вагоны, требует особенного внимания.

Перевозка песка в открытых вагонах, хранение его в открытых срубах, сушка на железных трубах могут быть источниками его загрязнений. Для производства хрусталя используют поташ К₂СО₃, SіО₂, PbO. Все составляющие очищают, смешивают и сплавляют.

Расход тепла на собственно варку стекломассы при температуре 1 500° составляет для шихты без боя свинцового хрусталя и аппаратного 536 ккал/кг. Для боя, вводимого с шихтой, тепло затрачивается только на нагрев. Средняя теплоемкость стекломассы при 1 500° составляет для свинцового хрусталя. 0,21 ккал/кг град. Величина Q2,3 составляет долю величины Q, т.е. Q2,3=K1Q. При отоплении мазутом, природным газом и очищенным генераторным газом К1 =0,2 - 0,25, а при отоплении неочищенным генераторным газом - 0,25-0,3. Потери тепла в окружающую среду всей печью w ккал/м2 час зависят от размеров печи.

Увеличение расхода тепла, связанное с повышением температуры в печи, можно приближенно учесть по данным Английского печного комитета с помощью коэффициента К2, который имеет следующие значения: при 1 300°-0,88; 1 350°-0,93; 1 400°-1; 1 500°-1,15 и 1600°-1,3. Расход тепла при варке темноокрашенных стекол примерно на 10 - 15% меньше, чем при варке слабоокрашенных. Расход топлива увеличивается с возрастом печи и составляет 2% в месяц, считая от расхода топлива в начале кампании. Это зависит от ряда факторе свойств и размеров огнеупоров, способа охлаждения, применения изоляции, заноса регенераторов.

2. Обоснование и выбор методов производства

Виды хрусталя

Хрусталь разделяется по типам производства на ручной и прессованный. Ручное производство сохраняется там, где форму из-за ее сложности нельзя сделать механически. Этим способом изготавливается сравнительно небольшое количество хрусталя, а также производятся изделия разных цветов и цветовых комбинаций. Автоматически производятся относительно простые формы, объем их производства в сутки варьирует от 20 000 до 50 000 штук и носит серийный характер. Таким образом, прессованный хрусталь представляет собой группу недорогих предметов, изготавливаемых путем прессования в формах из серого чугуна.

Отличить качественный прессованный хрусталь от хрусталя ручной работы зачастую может только профессионал. Кроме того, и прессованный хрусталь может быть доработан вручную (шлифовкой, гравировкой, матированием, золочением), поэтому иногда даже огромная разница в цене между ручной и машинной работой может быть более или менее сглажена. Минусом прессовки, если можно так выразиться, можно считать только полную идентичность производимых предметов, поскольку изделия ручной работы, производимые мастерами, всегда обладают некоей индивидуальностью и хоть немного, но непохожи друг на друга.

По видам декорирования можно выделить полированный, матированный, шлифованный (включая богатую шлифовку) и гравированный виды хрусталя. Хрусталь также можно украсить драгоценными металлами, смальтой, листрами и иными видами декорирования, применимыми для стекла.

Стекло варят в ванных и горшковых печах, в основном регенеративных, изредка рекуперативных. Стекловаренные печи отапливают преимущественно генераторным газом. Однако многие печи переведены на отопление природным газом-высококалорийным, дешевым и чистым топливом.

Жидкое топливо (мазут, нефть, соляровое масло) используют в малых количествах, но ее применение будет значительно шире. Горшковые печи используют для варки оптических, хрустальных, художественных и других специальных высококачественных стекол Хрусталь и цветное стекло обычно варят в печах с несколькими горшками. Горшковые регенераторные печи различают по конструкции горелок, определяющей направление движения газов и обогрева горшков В печах с нижним пламенем горелки расположены у пода (подовые горелки).

Горшковые печи имеют следующие недостатки: многочисленные перерывы в работе вследствие разрушения горшков и их смены, плохое использование площади пода, неравномерность варки стекла в отдельных горшках, периодичность выработки и, следовательно, невысокая производительность, дороговизна и сложность изготовления горшков.

Контроль и управление процессами. В шихту свинец вводится в виде свинцового сурика, Рb₃O₄, имеющего перед глетом РbО то преимущество, что содержит лишний кислород; кроме того, глет иногда содержит примесь металлического свинца (в сурике это менее возможно). Щелочи вводятся в виде поташа, селитры, калиевой и натриевой, и, если нужно, соды. Все сырьевые материалы должны иметь высокую степень чистоты (особенно поташ, нередко имеющий загрязнения: сульфаты, хлориды, фосфаты, окислы железа, иногда даже хром).

Отметим, что хлориды, сульфаты и фосфаты, содержащиеся в большом количестве, могут образовывать в хрустале опаловость. Некоторые свинцовые стекла (например, медный рубин) требуют восстановительных условий варки. В них свинец вводится в виде глета, а вместо селитры применяются восстановители, при нагревании не дающие угля (обычно винная кислота к ее соли). Для свинцового хрусталя с 30-35% РbО целесообразны и достаточно пониженные температуры варки, подобно тому, как это делается в отношении флинтов. Однако свинцовый хрусталь можно варить и при обычных температурах. Иногда даже рекомендуют повышенную температуру варки хрусталя, считая, что это способствует устранению свильности камней, особенно при многократном бурлении. Но необходимо иметь в виду, что, помимо устранения пороков по неоднородности, следует помнить о прозрачности стекла, которая находится в зависимости от растворения горшка стеклом.

Дробление размол смешение твёрдых материалов при подготовке сырьевой смеси обработка шихты спекание. Подготовка сырьевой смеси в производстве хрусталя должна обеспечить высокую интенсивность последующих высокотемпературных процессов обжига и спекания для получения с заданным составом и свойствами. Для этого производят тонкое измельчение твёрдых сырьевых материалов, точный расчет и дозировка их, тщательное перемешивание шихты. Центральной стадией производства является высокотемпературная обработка шихты, при которой происходит синтез минералов и образование стекловидной фазы в спекшемся материале. В технологии хрусталя в качестве окислов наиболее часто применяют SiO2, As2O3, K2O, Na2O, ZnO, BaO, РЬО. При нагревании силикатной шихты, включающей эти окислы, последовательно происходят следующие элементарные процессы: удаление влаги физической и гидратной, удаление конституционной воды и СО2, разрыхление кристаллических решеток, их перестройка вследствие полиморфных превращений.

Получение, контроль и транспортировка шихты Отвешивание и смешивание материалов. На стекольных заводах для отвешивания сырьевых материалов используют весы разнообразных конструкций. По принципу действия весы бывают стационарными, отвешивающими только один сырьевой материал; подвижными, отвешивающими все материалы поочередно (весы-тележка, весы на монорельсе); стационарными автоматическими и полуавтоматическими, отвешивающими все сырьевые материалы поочередно (весы снабжены бункером, в который подаются материалы из расходных бункеров); автоматическими, устанавливаемыми под каждым бункером.

В настоящее время на крупных заводах сырьевые материалы отвешивают на автоматических весах, причем весы, транспортные средства и смеситель связаны системой автоматики, обеспечивающей их синхронную работу. Взвешенные в соответствии с рецептом шихты сырьевые материалы перемешивают в смесителях. Контейнерные смесители исключают операцию выгрузки шихты. Их целесообразно применять при малом объеме производства и варке небольших количеств различных стекол (например, при варке окрашенных стекол в Горшковой печи, свинцового хрусталя и т.п.)

Для приготовления шихты при механизированном производстве применяют тарельчатые смесители. В смесителях типа СТ сырьевые материалы через приемную воронку загружают на вращающуюся чашу-тарелку. Перемешивание материалов осуществляется при одновременном вращении чаши-тарелки и установленных с эксцентриситетом по отношению к оси смесителя лопастей или катков, имеющих самостоятельный привод. На стекольных заводах цикл смешивания в тарельчатых смесителях автоматизирован.



Схема технологической линии приготовления шихты с линейным расположением бункеров сырьевых материалов

1 - бункера сырьевых материалов; 2 - автоматические весы; 3 - сборочный конвейер; 4 - бункер рукавного переключателя; 5 - смеситель; 6 - шнек; 7 - вагонетка (кюбель, конвейер) для транспортировки шихты к стекловаренной печи; 8 - расходный бункер; 9 - элеватор.

На заводах, выпускающих небольшие партии бытовых изделий из различных стекол, для приготовления шихты целесообразно использовать контейнеры. Шихту с применением контейнеров можно приготовить на поточной линии (рис.).

В этом случае контейнеры последовательно проходят первый и второй весовые участки и участок ручного ввода малых добавок (красители, обесцвечиватели и т.п.). Далее контейнеры подаются на участок смешивания шихты, закрепляются в специальных устройствах, вращаются в течение определенного времени, после чего транспортируются к стекловаренной печи.



Технологическая схема дозировочно-смесительного отделения с применением контейнеров

1 - контейнер; 2 - первый весовой участок; 3 - распределительный щит; 4 - второй весовой участок; 5 - участок ручного ввода малых добавок; 6 - участок подачи контейнера вилочным загрузчиком на участок смешивания; 7 - участок смешивания материалов в контейнерах; 8 - участок транспортировки контейнеров к стекловаренной печи; 9 - щит управления; 10 - бункера для сырьевых материалов; 11 - бункера для песка и стекольного боя.

3. Расчет материального баланса

Расчет участка приготовления шихты

Выбор марки стекла, его характеристики

ПС5

Показатель преломления n_e (n_D) = 1, 677

Поправка на отражение (Dс_m) = 0, 055

Группа: - устойчивости к влажной атмосфере A

- кислотоустойчивости 2

Оптический коэффициент напряжения 2, 10 В·10^12, Па^-1

Пузырность: - среднее число пузырей в 1 кг стекла 100

- среднее число пузырей в 100 см³ стекла 40, 9

- наименьший диаметр пузыря 0, 05 мм

Плотность с = 4, 09 г./см³

Состав стекла

Компонент	Массовая для компонента в стекле, %
SiO2	39,50
PbO	55,57
K2O в виде KNO3	4,93
Добавки на 100% компонентов
Mn2O3	0, 09
Сумма добавок	0, 09

Роль оксидов в стекле

Si₂O - оксид кремния, стеклообразователь. Основной компонент силикатных оптических стекло - кремнезем. Применяют в виде кварцевого песка, молотого жильного кварца (муки) и может быть в виде синтетической двуокиси кремния (тонкопластинчатые крупные частицы). Влияние на свойства: увеличивает время варки, улучшает механические и химические характеристики, повышение термостойкость, снижает ТКЛР, увеличивает склонность к кристаллизации.

PbO - повышает плотность стекла, увеличивает показатель преломления, что придает стеклу блеск, «игру цвета», кроме того, снижает твердость стекла, что позволяет механически нарезать грани на хрустале. Облегчает процесс стеклообразования за счет высоких поляризационных свойств. Свинецсодержащие расплавы агрессивно действуют на огнеупоры, что уменьшают кампанию печи.

K₂O - щелочной оксид, снижает температуру варки стекла за счет того, что разрывает Si - O каркас стекла, благодаря чему уменьшается размер частиц, что способствует плавлению сырьевых материалов, снижению вязкости стекломассы и образованию однородного стекла.

Mn₂O₃ - ионный краситель. Для стекол, сваренных в умеренных условиях окисления, устанавливается равновесие, которое в значительной степени смещается в пользу Mn⁺³. Ион Mn⁺³ окрашивает стекло в слабо розовый цвет (фиолет. - 3% Mn₂O₃; черный - 12-20% Mn₂O₃).

Выбор сырьевых материалов производится по нормативным документам: ГОСТам, ОСТам, и ТУ.

1. Si₂O вводим двуокисью кремния. Кремния двуокись, кремния (IV) окись; ТУ 6-09-3379; Ос. ч. 12-4; массовая доля основного вещества не менее 99,9%; массовые доли красящих и прочих примесей: Fe₂O₃ = 5·10^-5, MnO₂ = 0.5·10^-5, CuO = 0.5·10^-5, Cr₂O₃ = 0.5·10^-5, NiO = 0.5·10^-5, CoO = 0.2·10^-5; массовая доля потерь при прокаливании не более 2,0%.

2. PbO вводим свинцовым суриком. Свинцовый сурик, Pb₃O₄; ГОСТ 19151; М-4; массовая доля Pb₃O₄ в пределах 74.05 - 83.0%; массовые доли красящих и прочих примесей: Fe₂O₃ = 200·10^-5.

3. K₂O вводим калиевой селитрой. Калий азотнокислый, KNO₃; ТУ 6-09-354; Ос. ч. 7-4 для оптического стекла; массовая доля на сухое вещество 99.8%; массовые доли красящих и прочих примесей: Fe₂O₃ = 1·10^-5, MnO₂ = 5·10^-5, CoO = 0.5·10^-5.

4. Mn₂O₃ вводим калием марганцовокислым. Калий марганцовокислый, KMnO₄; ГОСТ 20490; Ч. д. а.; массовая доля основного вещества не менее 99,5%; массовые доли красящих и прочих примесей: MnO₂ = 10000·10^-5.

Расчет состава шихты

1. Приведение химического состава к стопроцентному,

где P_i - содержание компонента по анализу, мас.%;

У P_i - суммарное содержание компонентов по анализу, мас.%.

Psio₂ = мас.%

PPbO = мас.%

PK₂O = мас.%

PMn₂O₃ = мас.%

УР = 100 мас.%

2. Пересчет состава сырьевых материалов на безугарный

Pb₃O₄ > 3PbO + Ѕ O₂

мас. ч. Pb₃O₄ дают мас. ч. PbO, а 75 мас.% Pb₃O₄ дают x мас.% PbO.

Содержание PbO в Pb₃O₄ равно

мас.%

Следовательно, химический состав свинцового сурика, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксида PbO = 73.24 мас.%.

2KNO₃ >K₂O + N₂ + 2.5O₂

мас. ч. KNO₃ дают мас. ч. K₂O, а 99.8 мас.% KNO₃ дают x мас.% K₂O.

Содержание K₂O в KNO₃ равно

мас.%

Следовательно, химический состав калия азотнокислого, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксида

K₂O = 46.44 мас.%.

2KMnO₄>Mn₂O₃ + K₂O +2O₂^

мас. ч. KMnO₄ дают мас. ч. Mn₂O₃ и мас. ч. K₂O, а 99.5 мас.% KMnO₄ дают x мас.% Mn₂O₃ и K₂O.

Содержание Mn₂O₃ в KMnO₄ равно

мас.%

Содержание K₂O в KMnO₄ равно

мас.%

Следовательно, химический состав калия марганцовокислого, пригодный для расчета шихты, выражается в виде оксидов

Mn₂O₃ = 49.72 мас.% и K₂O = 29.62 мас.%.

Химический состав сырьевых материалов после пересчетов

Зад. оксиды Сыр-е мат-ы	SiO2	PbO	K2O	Mn2O3	Fe2O3	CuO	Cr2O3	NiO	CoO
Кремния двуокись, кремния (IV) окись	99.9	-	-	0.5·10-5	5·10-5	0.5· ·10-5	0.5· ·10-5	0.5· ·10-5	0.2· ·10-5
Свинцовый сурик, Pb3O4	-	73.24	-	-	200· ·10-5	-	-	-	-
Калий азотнокислый, KNO3	-	-	46.44	5·10-5	1·10-5	-	-	-	0.5·10-5
Калий марганцовокислый, KMnO4	-	-	29.62	49.82	-	-	-	-	-

Поправочные коэффициенты на улетучивание оксидов:

KPbO = 1.14 KK₂O = 1.12

Количество каждого сырьевого материала в шихте:

где - количество сырьевого материала в шихте, мас. ч.;

- заданное содержание оксида в стекле, мас.%;

- поправочный коэффициент на улетучивание оксида при варке;

- содержание заданного оксида в сырьевом материале, мас.%.

Количество кремния двуокиси в шихте

мас. ч.

Расчетный состав стекла

Сырьевые материалы	Переходят в стекло, мас. ч.
	SiO2	PbO	K2O	Mn2O3	Fe2O3	CuO	Cr2O3	NiO	CoO
Кремния двуокись	39.45	-	-	0.197· ·10-5	1.974· ·10-5	0.197· ·10-5	0.197· ·10-5	0.197· ·10-5	0.079· ·10-5
Свинцовый сурик	-	55.5	-	-	0.17· ·10-2	-	-	-	-
Калий азотнокислый	-	-	4.93	0.59· ·10-5	0.12· ·10-5	-	-	-	-
Калий марганцово-кислый	-	-	0.048	0.09	-	-	-	-	-
Расчетный состав	39.45	55.5	4.978	0.09	2.265· ·10-5	0.197· ·10-5	0.197· ·10-5	0.197· ·10-5	0.079· ·10-5
Урасч = 100.018

Сумма компонентов в расчетном химическом составе стекла оказалась выше 100 за счет вхождения в стекло примесей и красителей.

По результатам расчета шихты определяются важные с технологической точки зрения показатели: выход стекла при стеклообразовании и угар шихты.

Выход стекла при стеклообразовании B определяется из пропорции

Q мас. ч. шихты дают 100 мас. ч. стекла

100 мас. ч. шихты дают B мас. ч. стекла, тогда

Угар шихты Y вычисляют по выражению

Расчет производственной программы составного цеха

Варка стекломассы производится в 80 платиновых сосудах, объемом V=300 л. Загрузка шихты осуществляется 100% от общего объема тигля.

Описание технологической схемы

Двуокись кремния

Поступает на склад железнодорожным транспортом в количестве 10 вагонов в месяц. Выгрузка производится грейферным граном в отсеки для хранения кремния двуокиси, из которых этим же краном песок подается в приемный бункер. Из него через лотковый питатель на ленточный транспортер. Затем двуокись кремния поступает на установку «взвешенного слоя» для сушки. Далее песок по элеватору поступает в сито - бурат, а потом в расходный бункер, после чего песок через питатель идет на дозаторные весы, а затем сборным ленточным транспортером в смеситель шихты.

Свинцовый сурик

Поступает на склад железнодорожным транспортом в количестве 21 вагон в месяц. Материал растаривается и подается в приемный бункер, из него с помощью питателя подается на элеватор и далее проходит просев на сите - бурат и подается в расходный бункер. Затем с помощью питателя подается на весы и далее в смеситель шихты.

Калий азотнокислый

Поступает на склад железнодорожным транспортом в количестве 3 вагонов в месяц. Материал растаривается и подается в приемный бункер. Из него через лотковый питатель на ленточный транспортер. Затем калиевая селитра поступает в аэробильную мельницу, где происходит помол и сушка материала. Далее калий азотнокислый по элеватору поступает в сито - бурат, а потом в расходный бункер, после чего через питатель идет на дозаторные весы, а затем сборным ленточным транспортером в смеситель шихты.

Калий марганцовокислый

Поступает на склад автотранспортом в количестве 1 КАМАЗ в квартал. Материал растаривается и подается в приемный бункер (бочка 200 л), из него с помощью питателя подается на элеватор и далее проходит просев на сите - бурат и подается в расходный бункер. Затем с помощью питателя подается на весы и далее в смеситель шихты.

Стеклобой

Поступает со склада в количестве 20% от массы шихты в приемный бункер. По лотковому питателю стеклобой поступает на дробление. Далее он промывается и поступает в расходный бункер, затем взвешивается и транспортируется к печи.

Расчет площадей и емкостей складов сырья, расходных бункеров

Расчет площадей крытых механизированных складов

При проектировании составных цехов целесообразно использовать типовые проекты крытых механизированных складов в соответствии с нормами запаса сырьевых материалов каждого типа.

В складах, оборудованных грейферным краном, высота насыпки песка - 8 м, известняка, доломита - 5-6 м, угля - 5 м. Для малооборудованных складов высота насыпки сырьевых материалов не более 2-3 м.

Сырьевые материалы, поступающие затаренными в мешки, на складе укладывают в штабеля. В этом случае площадь складов (отсеков) увеличивают на 30% под проходы между штабелями.

Условия хранения: свинцовый сурик хранят в упакованном виде в закрытых складских помещениях при температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 40°С. Тару укладывают в штабели высотой не более 3 м на подкладки или деревянные поддоны.

Условия хранения: калий марганцовокислый в железных банках по 50 кг следует хранить в сухих помещениях, исключающих попадание атмосферных осадков во внутрь и на поверхность банок.

Исходные данные для расчета силосов:

1) суточная потребность в каком-либо сырьевом материале, М, т/сут;

2) норма запаса, N, сут.

Расчет емкости и размеров расходных бункеров

Наименование сырьевых материалов	Насыпной вес, т/м3	Ежесуточная потребность	Запасы нормативные	Принимаемая к установке емкость, м3	Количество бункеров, шт.
		т	м3	т	м3
Двуокись кремния	1.5	31.5	21	63	42	12.16	4
Свинцовый сурик	3.05	63.4	20.8	63.4	20.8	12.16	2
Калий азотнокислый	1.1	9.8	8.9	9.8	8.9	12.16	1
Калий марганцовокислый	0.84	0.14	0.17	0.14	0.17	0.2	1

По конструктивным соображениям принимается (рисунок б) а = 1,5 м; размер выпускного отверстия (b) принимается как для сухого песка 0.15 м; угол наклона пирамидальной части бункера 55°.

Поскольку h/k=tg 55°, k=(a-b)/2, то h=1/2 (a-b) tg 55°.

Учитывая принимаемую к установке емкость бункера и коэффициент заполнения бункера, равный 0.9, определяем высоту призматической части (H).

Расчет оборудования механизированного склада сырья

Исходными данными для расчета производительности мостового крана являются:

1) технологическая схема отделений хранения и обработки сырья;

2) влажность сырья, W, %;

3) суточный расход сырьевого материала со склада, М_с, т/сут;

4) общий суточный расход сырьевых материалов со склада, Q, т/сут.

С учетом показателей мощности проектируемого цеха емкость грейфера (V) принимается равной 1 или 1,5 м³.

Суточное число циклов работы грейферного крана (N_циклов) будет равно

На склад в сутки поступает М_т материалов и столько же подается в расходные бункера, поэтому в расчете N принимается 2М_с.

Протяженность грузопотоков сырьевых материалов принимается согласно выбранным технологическим схемам и рассчитанным ранее размерам складов.

Согласно паспортным данным грейферных кранов принимается V_K = 2 м/с, V_T = 0,66 м/с, V_Г = 0,66 м/с.

Общая суточная продолжительность работа крана (Т) составляет

На складе к установке принимается 1 грейферный кран с технической характеристикой:

1) грузоподъемность - 5 т,

2) высота подъема - 16 м,

3) пролет - 17 м,

4) мощность электродвигателя - 58 кВт.

Для транспортирования и штабелирования материалов в мешках, уложенных на поддоны, используются автомобильные погрузчики, имеющие высоту подъема 4.5 м.

Механизированный склад приемки и хранения сырьевых материалов работает в 2 смены.

Выбираем смеситель тарельчатый СТ-355:

Вместимость чаши, л 500

Производительность, т/ч 7-8

Мощность электродвигателя, кВт 10

Габаритные размеры, м 3.35Ч2.62Ч1.54

Суточная практическая производительность выбранного смесителя (П) оценивается с учетом коэффициента использования его по времени (ц), часовой паспортной производительности (П_п) из выражения

П = 24·П_п·ц = 24·8·0.48 = 92.16

Данный смеситель обеспечивает заданную производительность.

4. Расчет и подбор основного оборудования. Технические характеристики оборудования, обоснование и подбор основного оборудования

Варка стекла производится в печах различных конструкций с газовым или электрическим обогревом. По режиму работы различают периодические (горшковые) и непрерывные (ванные) печи. В некоторых случаях применяются периодические ванные печи.

Работа печей характеризуется производительностью, коэффициентом полезного действия и расходом тепла на варку стекла. Коэффициент полезного действия горшковых печей 6 - 8%, периодических ванных 10 - 15%, непрерывных ванных 20 - 60%, электрических 50 - 80%.

Наиболее эффективны по доле полезно затрачиваемого тепла электрические печи. Однако их широкое применение в промышленности сдерживается относительно высокой стоимости электроэнергии по сравнению со стоимостью природного газа.

В современных условиях стекловаренная печь рассматривается как агрегат с рациональным использованием энергии. В современных печах необходимая для стекловарения энергия получается при сжигании природного газа, жидкого топлива и при использовании электроэнергии. Использование электроэнергии для стекловарения наиболее эффективно, но стоимость ее пока еще выше стоимости органических видов топлива. Поэтому использование электроэнергии в стекловаренных печах, должно быть экономически оправдано, т.е. должна быть увеличена производительность печи, сокращен расход материалов, улучшено качество продукции или уменьшено выделение вредных веществ. При использовании различных видов пламенных печей нужно сравнивать удельные расходы тепла на варку стекла. В пламенно-электрических печах сохраняется основное пламенное топливо, а ввод электроэнергии определяется экономическими соображениями. Электроды могут располагаться в зонах варки, осветления и гомогенизации и вводиться через дно или стены печи. Особенно эффективна установка электродов в высокопроизводительных проточных печах прямого нагрева и с подковообразным направлением пламени. Полностью электрические печи сравнительно небольшой производительностью применяются при варке стекол для изделий бытового и технического назначения. По направлению процесса варки электрические печи разделяют на два типа:

1.горизонтальные;

2.вертикальные.

В печах горизонтального типа стадии стекловарения осуществляются последовательно по длине печи, как в пламенных ванных печах традиционной конструкции.

В печах вертикального типа процесс стекловарения осуществляется по глубине печи. При этом шихта и бой загружаются сверху и варка происходит под слоем шихты. Температура над шихтой не превышает 300 градусов, что значительно снижает потери легколетучих компонентов (B2O3, PbO, Se, Na2O и др.). Вертикальные печи применяются для варки стекол с легколетучими или восстанавливающимися компонентами.

Преимущества электрической варки по сравнению с пламенной на примере варки свинцового хрусталя производительностью 6-8- т в сутки.

Технология электрической варки постоянно совершенствуется. Ведутся разработки электрических стекловаренных печей с удельными съемами до 15 т/м2 сутки. В будущем при получении достаточно дешевой электроэнергии, электрические печи получат преимущественное развитие.

Стадии стекловарения

Процесс стекловарения протекает в сложной обстановке, создаваемой рядом химических и технологических факторов.

В реальных производственных условиях отдельные этапы процесса трудно выделить изолированно. Однако для ясного освоения процесса стекловарения в целом, знание элементов, из которых он слагается, необходимо и важно.

Процесс стекловарения проходит в пять стадий.

Первая стадия - силикатообразование - характеризуется тем, что к концу ее: а) в шихте не остается отдельных составляющих ее компонентов (нет отдельно песка, соды, сульфата, мела и т.д.); б) большинство газообразных составляющих шихты улетучивается; в) основные химические реакции в твердом состоянии между компонентами шихты закончены.

Вторая стадия - стеклообразование - характеризуется тем, что к ее концу масса становится прозрачной, т.е. в ней отсутствуют непроваренные частицы шихты, однако она пронизана большим количеством пузырей и свилей, т.е. неоднородна. Для обычных стекол эта стадия завершается при 1150-1200 ^оС.

Третья стадия - дегазация - характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от видимых газовых включений, и тем, что устанавливается равновесное состояние между стекломассой и газами, остающимися в самой стекломассе.

Четвертая стадия - гомогенизация - характеризуется тем, что к ее концу стекломасса освобождается от свилей и становится однородной. Колебания в показаниях преломления отдельных частей стекломассы минимальные. Так, в оптическом стекле эти колебания не превышают 0,0005.

Пятая стадия - студка - характеризуется тем, что температура стекломассы снижается на 200 - 300 ^оС для создания необходимой рабочей вязкости. Каждая из перечисленных стадий процесса стекловарения имеет свои особенности и для проведения каждой из них существует свои оптимальные условия.

Декорирование обработка стеклоизделий

Шлифование и полировование рисунков на изделиях абразивными инструментами и материалами производятся с применением вращающихся абразивных кругов и специальных щеток с подачей суспензии полирующего материала. При шлифовании стекла происходит два параллельных процесса: при первом (подготовительном) поверхность стекла разрушается на некоторую глубину и образуется система трещин; при втором (производительном) из верхнего трещиноватого слоя удаляются осколки. В результате образуется множество выколок, придающих шлифовальной поверхности шероховатость и матовость.

При механическом полировании шлифованной поверхности удаляется кремнекислородная пленка, образующаяся на поверхности стекла под действием воды. При этом мягкий полировальник с закрепленными на нем зернами полирующего материала снимает при своем движении защитную пленку с выступов шлифованной поверхности стекла. После этого обнажившаяся поверхность стекла взаимодействует с водой, образуя новый слой пленки, который снова снимается полировальником. Такое чередование процессов происходит до максимального сглаживания выступов и приобретение блеска.

Среди наносимых на изделия рисунков различают следующие виды:

· Валовое и номерное шлифование - простейшие виды

неполированных рисунков, наносимых на изделия из бесцветного и накладного стекла.

· Широкополоскостное гранение - украшение изделий

шлифованными и полированными плоскостями (изделия из хрусталя и накладного стекла).

· Алмазная резьба - рисунок из различного сочетания прорезанных в стекле и полированных клиновидных граней, создавающих эффектную «игру» света (изделия из свинцового хрусталя и накладного стекла).

Гравирование - способ нанесения рисунка глубиной 0,5-5 мм абразивным порошком или твердыми абразивными инструментами малых размеров. Художественную гравировку на мелких изделиях можно выполнять медными кругами малых размеров, приваренных к сменным держателям. В процессе работы на медные круги подают суспензию тонкого порошка наждака или карбида кремния в масле, керосине или их смеси. Гравирование осуществляется зернами абразивного материала, а медные круги лишь передают давление этих зерен на стекло. На крупные изделия гравированные рисунки наносят с помощью бормашин, снабженных гибким валом. К разновидностям гравирования относят обработка поверхности стеклоизделий резцами (рисование, выстукивание), а так же с помощью ультразвука и лазерного излучения. Гравированные рисунки обычно не полируют.

Химическая обработка изделий основана на разрушении стекла плавиковой кислотой. Существует следующие виды химической обработки: химическое полирование рисунков алмазной резьбы, матирование поверхности стекла, декоративное травление.

Химическое полирование применяется главным образом для полирования рисунков алмазной резьбы на изделиях из свинцового хрусталя. Полирование осуществляется в смеси плавиковой HF и серной кислоты. Главной частью смеси является плавиковая кислота, которая, вступая во взаимодействие со стеклом, растворяет его, сглаживая шероховатости шлифованной поверхности. Образующиеся фториды и кремнефториды в основном малорастворимы и очень быстро покрывают стекла плотным слоем. Вводимая в полирующую смесь серная кислота взаимодействует с фторидами и кремнефторидами, превращая их в легкосмываемые сернокислые соли.

Для приготовления полирующих смесей используют 40% или 70%-ную плавиковую кислоту и 92-96%-ную серную кислоту. Применяют полирующие смеси, содержащие 1,3-12% HF и 50-60% серной кислоты и имеющие температуру 50-70 градусов. Для химического полирования кроме плавиковой кислоты могут быть использованы ее соли, например, фторид-бифторид аммония. Для полирования используют следующие способы:

1.многоцикловый с промывкой изделий в воде и сернокислотном растворе.

2.одноцикловый с промывкой изделий в воде.

Декоративное травление. Как правило, все способы декоративного травления предусматривают следующие операции: подготовка стекла, нанесение защитного покрытия, выполнение рисунка (если он был уже нанесен на предыдущей операции), собственно травление, отмывка изделий от защитного покрытия и окончательная промывка. Рецепт травительного раствора зависит от химического состава стекла, вида травления (светлое, матовое), вида изделия.

При светлом травлении в результате химических реакций стремятся получить растворимые соли. При этом рисунок получается гладким и блестящим. Растворы, применяемые для светлого травления, по составу аналогичны растворам, применяемым для химического полирования.

Заключение

Технологические схемы производства различных силикатов, как правило, складываются из однотипных процессов и операций. К ним относятся чисто механические операции. Дробление - размол - смешение твёрдых материалов при подготовке сырьевой смеси - обработка шихты - спекание. Подготовка сырьевой смеси в производстве хрусталя должна обеспечить высокую интенсивность последующих высокотемпературных процессов обжига и спекания для получения с заданным составом и свойствами. Для этого производят тонкое измельчение твёрдых сырьевых материалов, точный расчет и дозировка их, тщательное перемешивание шихты. Центральной стадией производства является высокотемпературная обработка шихты, при которой происходит синтез минералов и образование стекловидной фазы в спекшемся материале. В технологии хрусталя в качестве окислов наиболее часто применяют SiO2, As2O3, K2O, Na2O, ZnO, BaO, РЬО. При нагревании силикатной шихты, включающей эти окислы, последовательно происходят следующие элементарные процессы: удаление влаги физической и гидратной, удаление конституционной воды и СО2, разрыхление кристаллических решеток, их перестройка вследствие полиморфных превращений, диффузия реагентов, образование твёрдых растворов, спекание

Na2SO4 + CO-Na2SO3+CO2

Na2SO4 + H - Na2SO3+H2O

4Na2SO3 - 3Na2SO4 + Na2S

Na2S + H2O - Na2O + H2S

Na2O + H2O - 2NaOH

SiO2 + 2NaOH - Na2SiO3 + H2O

Спекание - важнейший процесс, происходящий при нагревании смеси твердых веществ. При спекании в результате взаимодействия между компонентами спека или расплава образуются новые химические соединения. При этом реакция производства хрусталя выглядит так:

K2CO3 + 6SiO2 + PbO = K2O*PbO*6SiO2 + CO2

Список использованной литературы

1. Данилевский В.В. Ломоносов и художественное стекло. - М: Высшая школа, 1989.

2. Даувальтер А.Н. Хрустальные, цветные и опаловые стёкла.-М: Просвещение, 1990.

3. Китайгородский В.Т. Изготовление стекла. - М: Наука, 1995.

4. Мухлёнов И.П. Общая химическая технология. - М: Высшая школа, 1977.

5. Китайгородский И.И. Технология стекла - М.:высшая школа 1970

6.Ю.А. Гулоян Технология стекла и стеклоизделий - Владимир: Тронзит-Икс, 2003.

Размещено на Allbest.ru

...