CHIMIE SI INGINERIE CHIMICA

 

STICLA OPTICA

1.

Sa se prezinte o linie de fabricare a sticlei optice cu productivitate de 500t/an

2. Datele de pornire

*Compozitia sticlei optice:

SiO = 53.33%

HBO=16.20%

AlO =8.8%

AsO=0.2%

KO =16.30%

F =5.30%

*Constantele optice:

n_D=1.4700

(n_F-n_D)^.10^-5=701

* Materii prime:

• cuart/ nisip
• acid boric
• alumina calcinata
• oxid de arsen
• carbonat de potasiu
• floruri

3. Introducere

3.1. Sticla optica

Lentilele sunt folosite in sisteme optice de sticla sau orice alta substanta

transparenta avand o forma care le permite sa refracteze lumina orcarui obiect de forma reala sau virtuala. Lentilele de contact si lentilele din ochelarii sunt folosite in scopuri medicinale.

Lentilele mai sunt folosite si la microscoape, telescoape si alte instrumente optice, ele sunt la fel de importante la ochi cat si designul lor. Majoritatea lentilelor sunt formate dintr-un tip de sticla de calitate superioara .

Aceasta se mai numeste si sticla optica care nu are defecte interne bule de aer sau alte imperfectiuni. Procesul de a face o lentila dintr-un bloc de sticla implica mai multe operatiuni . Primul pas este de a trasa o forma de lentila pe blocul de sticla. Dupa ce este taiata ea este presata de o bucata subtire de metal a carui margini sunt presarate cu praf de diamant.

Bucata de sticla este adusa la forma sa fiind taiatǎ de o placa din fier acoperitǎ cu o amestecare din apa si adezive. Pentru a fi obtinuta suprafata lentilei se folocesc unelte concave sau convexe incarcate cu abrasive. Ultimul process de terminare al lentilei este slefuirea, iar dupa aceasta nu mai trebuie decat taiat din margini incat sa fie egale.

Istoria Lentilelor : Primele lentile dateazǎ de pe vremea Grecilor si Romanilor,unde sferele de sticla erau umplute cu apa.Aceste lentile umplute cu apa erau folosite ca pahare cu foc.Adevaratii ochelari nu au aparut in timpurile clasice au fost fabricati probabil pentru prima data la sfarsitul sec. al 13-lea in Europa.

Procesul de fabricare al lentilelor nu s-a schimbat prea mult din Evul Mediu, inafara de utilizarea gradului in slefuire introdus de Isaac Newton.

Developarea recenta a plasticului si a proceselor speciale pentru a le modula a dus la cresterea productiei de lentile . Lentilele de plastic sunt mai usoare mai ieftine si mai putin fragile decat cele din sticla.

Lentilele gravitationale : Fenomen atrologic preis de Teoria Relativitatii a lui Albert Einstein.

Teoria explica ca obiectele din spatiu care sunt sutficient de masive ar putea sa actioneze ca lentile pentru lumina venind de la mai multe obiecte care sunt la mai mare departare in acceasi linie incat observatorii de pe Pamant sa poata observa.

Daca aceasta teorie este adevarata acel obiect poate forma mai multe imagini identice in departare. Prima lentila gravitationala a fost descoperita in 1979 de astronomul britanic ,Dennis Alsh.

Lentila este o galaxie eliptica, si produce o imagine dubla intr-o departare. Alte asemenea fenomene au fost observate care include si Ielul lui Einstein din 1988 care a fost format din alinierea perfecta unor obiecte mai apropriate sau mai departate.

Ochelarii : Lentile sau prisme purtate in fata ochilor pentru a compensa diferite defecte ale vederii.Cele mai obisnuita forma de ochelari este o pereche de lentile din sticla,intr-o rama de metal sau plastic si cu suportul pentru nas. Rama este tinuta prin suruburi ,sau brate ,care prind capul sau carligul dupa urechi.

Ochelarii cu lentile facute din plastic tare sunt folosite de obicei pentru motive care maresc gradul de siguranta si pentru a nu fi la fel de grele ca cele de sticla.

Alte forme de ochelari care sunt tinuti pe loc aplicand presiune nasului si care de obicei sunt numiti pince-nez Franceza

-Lentile singure care sunt folosite pentru corectia unui singur ochi care sunt prinse de orbita ochiului si care se numesc monochelari

-Ochelari cu maner decat brate ,de obicei folositi pentru citit ,si care se numesc lorgnetts folositi foarte rar in zilele de astazi. Frecvent este nevoie de slefuirea lentilelor pentru ca acestea sa corecteze mai multe defecte deodata .

Lentile Bifocale sunt folosite pentru a corecta o anumita cantitate din defect .Acestea sunt folosite si pentru vederea apropiata si pentru cea departata. -Lentilele Trifocale sunt lentile Bifocale cu un centru unde se afla o alta dioptrie.

De mult timp sticla este un material optic consacrat. Aceasta pentru ca sticla cumuleaza cateva propritati fizice si tehnologice pretioase. Se pot obtine cantitati mari de sticla perfect omogena din punct de vedere optic (transparenta, indice de refractie, dispresia); variatia compozitiei poate duce la modificari ale proprietatilor optice, rezistenta sticlei la diferiti agenti externi.

Sticlele optice se grupeaza in doua mari categorii care difera intre ele prin compozitie, dar mai ales prin valorile constantelor optice.

Sticlele cron (crown) care este o sticla silico-calco-sodica, ce mai contine suplimentar diferite propritatii de alti oxizi sau fluoruri (BaO, P2O5, Al2O3, NaF, KF, La2O3, etc.). Sticla cron are indicii de refrectie mici si dispersii mari.

Sticlele flint care contin un procent ridicat de oxizi ai metalelor grele (TiO,CdO,LaO,BiO) Ele au indicii de refractie ridicati si dispresii mici.

Instrumentele optice moderne necesita sticle cu o mare varietate de indicii de refractie pe cand dispresia, le este necesara doar in spectroscopie.

3.2. Fibrele optice

Fibrele din sticla si-au gasit o aplicare neasteptata in optica si se bazeazape proprietatea acestor fibre de a conduce lumina de-a lungul firului de sticla cu foarte putine pierderi. Cand firul este drept, lumina se transmite in linie dreapta. Daca firul este indoit, lumina urmeaza toate ondulatiile datorita reflexiilor totale repetate care au loc la suprafata de separare sticla-aer.

In felul acesta lumina poate fi condusa la distante mari. Aplicatiile au devenit interesante numai dupa ce s-au folosit fibre de sticla extrem de subtiri inmanuncheate intr-un fascicol de grosimea necesara si care poate fi indoit cu usurinta. Se practica uneori vopsirea acestor la exterior cu negru, pentru a evita trecerea parazitǎ a luminii intre fibre. Astfel s-au putut transmite imagini prin cablu din spatii sau incaperi greu accesibile sau in care exista conditii periculoase. S-a pus la punct un aparat care permite vizionarea si fotografierea unor imagini transmise de un fascicol de fibre de 1,25mm diametru si de circa 1m lungime. Aparatul se foloseste in medicina pentru vizualizarea interiorului stomacului dupa ce pacientul a inghitit capatul cablului optic. Imaginea totala, desi mica este foarte clara si precisa. Exista posibilitatea ca un astfel de dispozitiv, introdus printr-o vena, sa observe starea de functionare a inimii.

Printre aplicatiile fibrelor optice se numara si laserele. Laserul este un dispozitiv care realizeaza emisia stimulata a luminii. In mare, principiul emisiei stimulate a luminii poate fi descris astfel: unii electroni din invelisul electronic al unor anumiti atomi sunt determinati sa treaca pe un nivel energetic superior iar apoi sa revina simultan pe nivelele initiale, emitand diferente de energie sub forma de lumina cu o anumita lungime de unda. ,,Ridicarea" electronilor pe un nivel superior se realizeaza iradiind atomii respectivi cu lumina de o lungime de unda aleasa astfel incat sa corespunda cu diferenta de energie dintre cele doua nivele. Revenirea electronilor pe nivelele energetice inferioare, insotita de emisia luminii este stimulata tot de iradiere cu lumina de o alta lungime de unda (ce da electronilor impulsul initial).

In realizarea laserelor, sticla reprezinta mediul transparent in care atomii alesi in functie de lungimea de unda a luminii ce trebuie emisa si de particularitatile invelisului de electroni, sa fie inglobati intr-o anumita concentratie.

Pe baza proprietatilor ei optice, sticla se foloseste in executarea semnelor de circulatie care stralucesc puternic cand sunt iluminate de farurile autovehiculelor, devenind astfel vizibile in timpul noptii. In acest scop se folosesc bile de sticla de mici dimensiuni. Astfel se valorifica proprietatea corpurilor sferice de a reflecta practic intreaga cantitate de lumina incidenta in directia din care sunt iluminate. Aceste bile se aplica pe placa semaforului rutier deasupra unui polimer alb sau colorat.

Desi aceasta scurta istorie a sticlei se inchieie la inceputul sec. 20, evolutia tehnologica evident a continuat. Domenii precum controlul computerizat, tehnologii solare sau materie inteligenta (integrarea de elemente microelectronice si mecanice in sticla pentru a crea sticla capabila sa "reactioneze" la forte exterioare) nu sunt inca gata pentru a fi incluse intr-o istorie a sticlei.

4. Calculul retetei

4.1. Notiuni introductive

La baza calcului compozitiei amestecului de materii prime se afla compozitia chimica a sticlei, ce trebuie fabricata. In cazul unui proces tehnologic utilizat in mod curent, compozitia sticlei este stabilita pe baza experientei producatoruilui. Daca este vorba despre de introducerea in fabricatie a unui sortiment nou de sticla, atunci alegerea compozitiei necesita folosirea datelor din literatura privind proprietatile noului tip de sticla si rezultatele cercetarilor proprii.

Pornind de la compozitia sticlei se aleg materiile prime si se face calculul amestecului de materii prime. Din acest punct de vedere calculul amestecului de materii prime are o importanta la fel de mare ca si stabilirea compozitiei sticlei, deoarece de corectitudinea cu care el se efectueaza depind rezultatele tehnice si economice ale productiei. Pentru calcularea corecta a unui amestec trebuie sa se tina seama de compozitia chimica a amestecului, alegerea materiilor prime, cantitatea de gaze ce rezulta prin descompunerea componentilor, granulatia lor, omogenitatea amestecului etc.

4.2. Metoda exacta de calcul

Sa se determine amestecul de materii prime pentru o sticla cu urmatoarea compozitei oxidica:SiO=53.30%, HBO=16.20%,AlO=8.8%, AsO=0.2%, KO=16.30%, F=5.30%

Pentru obtinerea acestei sticle s-a ales ca materii prime: cuart, acid boric, alumina calcinata, oxid de arsen, carbonat de potasiu, florurii.

Se scrie sistemul de ecuatii pentru fiecare component al sticlei:

Pentru cuart: 8kg(cuart)

kg HBO

kg alumina)

kg AsO

kg carbonat de potasiu

kg floruri)

Total: x+y+z+t+v+w=125.78(amestec de materiale)

125.78 kg amestec 53.83 kg cuart 28.72 kg acid boric .. 8.37 kg alumina 0.2 kg AsO 29.36 kg carbonat de potasiu.5.3 kg floruri

100.a..bc.d.ef

a =42.79% (cuart)

b=22.83%(acid boric)

c=6.65%(alumina)

d=0.15% (AsO)

e=23.34%(carbonat de potasiu)

f=4.2% (floruri)

Materii prime

Baza dezvoltarii industriei sticlei o constituie materiile prime, care reprezinta o gama relativ larga, incepand cu nisipul, soda, calcarul , dolomita si terminand ci oxizii coloranti si alte materii prime folosite ca adaos.

Materiile prime pot intra in compozitia sticlei in intregime, cum este cazul nisipului si a altor oxizi sau partial, cum este cazul carbonatilor, sulfatilor, azotatilor, care in procesul de topire se descompun ramanand in sticla numai oxizii respectivi.

Proportiile in care materiile prime intra in amestec sunt bine determinate si calculate in functie de compozitia oxidica dorita sau necesara pentru sticla. De asemenea adaosul unor componenti noi la materiile prime, chiar in cantitati foarte mici, schimba compozitia si mai ales proprietatile sticlei.

Materiile prime se pot clasifica in functie de rolul detinut in procesul de topire ca materii prime de baza si materii prime ajutatoare.

Materiile prime de baza contin oxizii principali si contribuie cu o pondere mare la formarea sticlei de o anumita compozitie si cu propritati fundamentale bine determinate. Din aceasta clasa fac parte:

Vitrifiantii, prin care se inteleg materiile prime care prin structura, ponderea si compozitia lor chimica se transforma prin topire in materiale vitroase. Acestia sunt: SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, si mai rar Al₂O₃, Ge₂O₃, V₂O₅, As₂O₃.

Fondantii, care au rolul de a cobori temperatura de formare a sticlei si din care fac parte Na₂O, K₂O introdusi ca soda, sulfat de sodiu si respectiv carbonat de potasiu.

Stabilizantii, sunt materiile prime care prin aportul lor in oxizi stabilizeaza sticlele, dandu-le o rezistenta chimica, fizica si mecanica mai mare. Dintre acestia fac parte CaO, MgO, Al₂O₃ introdusi prin calcar, dolomita, feldspat.

Materiile prime ajutatoare se introduc in sticla, in general, in cantitati mici si foarte mici, dar influenteaza in mod sensibil procesul de topire si mai ales proprietatile sticlei. Din aceasta grupa fac parte acceleratorii de topire, afanatii, colorantii si decolorantii, opacizantii, oxidantii si reducatorii.

Materiile prime se mai pot calsifica dupa provenienta in:

Materii prime naturale, ce se gasesc in natura in forma in care pot fi utilizate direct in procesul de fabricatie sau in urma unor prelucrari. De ex.: nisipul, calcarul, dolomita, feldspatul, alabastrul etc.

Materii prime artificiale, care se obtin in cadrul unor ramuri de productie specializat, prin tehnologii complexe, plecandu-se de la alte materii prime. Din aceasta grupa fac parte: Na₂CO₃, K₂CO₃, BaCO₃, Na₂SO₄ etc.

4.3.1. Vitrifiantii

Vitrifiantii sunt materiile prime care prin topire, urmata de solidificare, se transforma intr-o masa vitroasa. Principalii vitrifianti in sticle sunt: SiO₂, B₂O₃, P₂O₅.

Bioxidul de siliciu

Bioxidul de siliciu, componenetul principal al sticlelor industriale este foarte raspandit in natura, intrand in componenta celor mai diferite roci si minerale. In stare pura se gaseste cel mai adesea sub forma de cuart si anume: cristal de stanca, cuartit si nisip cuartos. In ordinea enumerarii scade puritatea si creste marimea zacamintelor. Din aceasta cauza, cristalul de stanca este o materie prima scumpa, folosindu-se numai pentru sorturi cu totul speciale de sticla, cum este sticla transparenta de cuart.

Bioxidul de siliciu prezinta mai multe stari polimorfe, transformarile polimorfe au loc dupa cum urmeaza:

-cuart 575 α-cuart870 α-tridimit 1470 α-cristobalit 1713 lichid

Cea mai utilizata materie prima prin care se introduce bioxidul de siliciu in sticla este nisipul cuartos. Calitatea nisipului cuartos este caracterizata in principal prin 2 parametrii: compozitia sa chimica si compozitia granulometrica.

Din punct de vedere chimic, nisipul folosit pentru fabricarea sticlei trebuie sa fie omogen, cu un continut de peste 97% SiO₂ si impuritati cat mai putine.

Un component principal al fractiuni usoare este curtul ,care poate atinge si 99%. Nisipurile cu peste 98% SiOsunt considerate de calitate superioara.

In nisip pot sa existe si cantitati variabile de substante organice: resturi de vegetale, acizi humici,etc care in general nu dauneaza asupra calitatii sticlei, dar in cantitate prea ridicata pot creea, la topire, un mediu reducator in anumite cazuri.

Pentru fabricarea sticlei prezinta interes la fel de mare si granulometria nisipului cuartos fiind importanta atat dimensiunea particulelor cat si compozitia granulometrica, adica proportia in nisip a granulelor de diferite dimensiuni. In ce priveste dimensiunea granulelor de nisip nu este valabila regula generala conform careia un component cu cat este mai fin cu atat este mai potrivit pentru accelerarea reactia acestuia cu alti componenti

Topiturile din sticla sunt formate din tetraedrii de (SiO₄) in care ionul de Si⁴⁺ este inconjurat de 4 ioni de O^2-. Datorita proprietatilor pe care le au teraedrii de (SiO₄) de a se lega intre ei prin ioni de oxigen prin varfuri si datorita legaturilor Si - O - Si foarte puternice, chiar la temperaturi inalte, topiturile de sticla sunt foarte vascoase.

Astfel, in cazul in care se introduce in cuptor un amestec preparat cu nisip fin (sub 0.05 mm) reactiile intre acesta si soda vor fii foarte rapide la suprafata gramezilor de amestec si se va forma un strat de sticla care va ingreuna degajarea gazelor formate ulterior in interiorul acestor gramezi si a cantitatii mari de aer introdus cu nisipul fin. Toate acestea vor duce in cele din urma la scaderea vitezei de obtinere a sticlei.

In afara de marimea granulelor, pentru industria sticlei are importanta si forma acestora. Forma granulelor determina suprafata lor exterioara si din acest punct de vedere sunt considerate mai bune nisipurile cu granule de forme neregulate, cuartoase, care avand o suprafata de contact mai mare asigura o viteza mai mare a reactiilor de formare a sticlei.

Zacamintele de nisip cuartos care prezinta importanta pentru industria sticlei in tara noastra se gasesc la Valenii de Munte, Miorcani, Aghires si la Fagetul Ierii.

4.3.2.Fondantii

Principalii fondanti utilizati in industria sticlei sunt Na₂O si K₂O. in masura mult mai redusa si numai pentru sticle cu proprietati speciale se intrebuinteaza Li₂O. Acesti oxizi ai metalelor alcaline joaca un rol important in elaborarea sticlei deoarece formeaza impreuna cu oxizii vitrifianti eutectice cu temperaturi de topire coborate, care inlesnesc reactiile si accelereaza inglobarea generala a SiO₂ si a celorlalti oxizi acizi.

Oxidul de potasiu

Pentru introducerea K₂O in sticla se foloseste carbonatul de potasiu, sulfatul de potasiu sau mai rar alti compusi. Carbonatul de potasiu este un produs al industriei chimice anorganice obtinut prin procedeul Solvay. In industria sticlei se foloseste numai carbonat de potasiu mai rar azotatul de potasiu pentru sticle cu proprietati optice deosebite. Potasiul este mai putin raspandit in natura si de aceea sarurile lui sunt scumpe.

4.3.3. Formatorii si modificatorii

Trioxidul de aluminiu are un caracter intermediar (amfoter), in unele sticle mai bazice , avand NC=4 si deci rol de formator. In sticle acide NC=6 si functioneaza ca modificator. Drept materie prima se poate folosi AlO fabricat industrial ,de puritate corespunzatoare, dar avand un cost ridicat.

AlO in stare pura se topeste la 2050C.Intra in compozitia sticlelor in proportie 2-3% dar in unele sticle poate depasi 12%.

Materii prime auxiliare

In categoria materiilor prime auxiliare sunt cuprinse un numar mare de substante ce se introduc in sticla in cantitati mici sau foarte mici si care nu sunt necesare pentru definitivarea structurii sticlei. Prezenta acestor substante influenteaza in special modul cum decurg diferite faze ale procesului de topire sau confera sticlei anumite propritati particulare.

4.3.4Afinantii

Au rolul de a inlesni limpezirea sticlei topite, prin degajarea unei cantitati de gaze ce mareste dimensiunile bulelor existente in sticla si accelereaza astfel ridicarea lor spre suprafata .Un efect asemanator se obtine prin reducerea vascozitatii si tensiunii superficiale a sticlei topite . O utilizare larga o are amestecul se AsO si NaNO,dar se folosesc adesea si sulfatul de sodiu, sulfatul de calciu, etc.

Acceleratorii de topire

Acceleratorii se folosesc pentru a intensifica procesele de topire ce au loc la elaborarea sticlei. Aceasta actiune se datoreste urmatoarelor cauze:

Formarea unor eutectice usor fuzibile cu unii din componentii amestecului care la temperatura de topire intensifica dizolvarea silicei in masa de topitura. In aceste conditii interactiunea componentilor este mult marita iar timpi de topire sunt redusi.

Micsorarea vascozitatii si a tensiunii superficiale ceea ce contribuie la usurarea afanarii si a omogenizarii sticlei topite. In acest fel se realizeaza intr-un timp mai redus conditiile necesare pentru prelucrarea sticlei.

Prin utilizarea acceleratorilor se realizeaza indici de topire mai buni, creste randamentul cuptoarelor iar consumul de combustibil se reduce.

Se mentioneaza ca si BO in proportie de 0.5-1.5%,introdus in locul SiO₂

are efect accelerator,putand mari productia cuptorului cu 15-20%.

4.3.6.Colorantii

Colorantii sunt substante ce se introduc in amestecul de materii prime pentru a da sticlei o anumita culoare sau nuanta de culoare. Prezenta acestor compusi determina o absorbtie selectiva pentru anumite domenii ale spectrului, fapt ce explica aparitia culorii in sticla.

4.3.7. Decolorantii

Decolorantii au rolul de a elimina culoarea imprimata sticlei de cantitatile mici de oxizi de fier, prezenti intotdeauna in amestecul de materii prime . Acest rezultat se poate obtine pe 2 cai:

Oxidarea oxidului feros la oxid feric, care are o actiune coloranta mai slaba. Aceasta este asa denumita decolorare chimica. Drept decoloranti chimici se utilizeaza diferite substante care, in sticla, la temperaturi inalte au o actiune oxidanta cum ar fi : sulfatul de sodiu si amestecul de oxid de arsen si azotat de sodiu.

Prin compensarea culorii imprimate de oxizii de fier cu culorile complementare date de alte substante, adica prin decolorare fizica drept decoloranti fizici se utilizeaza substante ce imprima sticlei portocalii , rosii sau violete care reprezinta culorile complementare ale nuantelor galbene, verzi, albastre imprimate de oxizii de fier in functie de compozitia sticlei si conditiile topirii.

4.3.8. Opacizantii

Opacizantii sunt acei componenti care introdusi in sticla produc, in conditii de temperatura si de compozitie bine determinate, numeroase cristale submicroscopice raspandite uniform in masa de sticla si care pot reduce transparenta partial sau total. In acest scop se utilizeaza compusii cu fluor si cu fosfor care avand o mare viteza de nucleatie se separa in sticla sub forma de microcristale de culoare alba ,dand un aspect laptos.

4.3.9. Oxidantii

Se introduc in amestecul de materii prime ,atunci cand este necesara crearea unui mediu oxidant in sticla topita. Dupa cum s-a aratat mai sus ,substantele utilizate ca afananti si decoloranti au in general o actiune oxidanta.

4.3.10. Reducatorii

Servesc la crearea in masa de sticla topita a unui mediu reducator, necesar de exemplu la utilizarea sulfatului de sodiu ca inlocuitor partial al carbonatului de sodiu sau la obtinerea sticlei termoabsorbante, cand Fe₂O₃ trebuie redus la FeO. In acest scop se utilizeaza carbunele, unele substante organice si unele metale sub forma de pulbere acestea, evident, mai putin pe scara industriala.

Materii prime complexe

Numeroase materii prime contin doi sau mai multi oxizi utili. Drept materii prime complexe se folosesc feldspatul, dolomita, caolinul, boraxul, roci naturale, roci vulcanice, precum si unele produse secundare si deseuri industriale cum ar fi cioburile de sticla.

4.3.11. Cioburile de sticla

Cioburile de sticla constituie un component important in amestecul de materii prime, in care intra in proportie de 15 - 30% fata de total sarja incarcata in cuptor. Folosirea lor este justificata atat de utilizarea deseurilor cat si pentru avantajele tehnologice pe care acestea le reprezinta. Cioburile necesita caldura numai pentru inmuiere nu si pentru reactiile de formare, astfel ca, ajungand mai repede in stare fluida, favorizeaza procesul de topire, reducandu-se si consumul de combustibil.

Se pot utiliza atat cioburile rezultate din procesul tehnologic propriu cat si cele colectate de la consumatori. Inainte de utilizare cioburile trebuie sortate, curatite de impuritatile solide si uneori spalate.

Folosirea cioburilor in proportii mai mari decat cantitatile optime stabilite pentru fiecare sticla are urmari negative asupra calitatii masei de sticla topita, acest lucru reflectandu-se prin ingreunarea limpezirii si omogenizarii topiturii.

5. Calculul bilantului de materiale

P25=0.5% P23=0.5% P22=0.5% P26=0.5% P24=0.5% P18=0.5%

P17=1%

insiloz

P16=1%

P10=0.5% P11=0.5% P12=0.5% P13=0.5% P14=0.5% P15=0.5%

P2=2%

P1=1%

57.08Kg/h

5.1. Calculul bilantului de materiale

Productivitatea =57.08kg/h

Bilant de materiale pe operatii : 

Ambalarea

O=57.08kg/h material iesit

N=O+0.001N=57.657kg/h maretial intrat

P1=1%=0.577kg/h pierderi la ambalare

2.Sortarea

N=57.657kg/h material iesit

M=N+0.05M=58.83kg/h material intrat

P2=2%=0.05M=0.02^.58.83=1.173kg/h pierderi la sortare

3.Finisare

M=58.83 Kg/h material iesit

L=M+0.01L=59.42 kg/h material intrat

P3=1%=0.01∙59.42=0.59 kg/h pierderi la finisare

4.Decalotare

L=59.42 kg/h material iesit

K=L+0.01K=60.02 kg/h material intrat

P4=1%=0.01∙60.02=0.6 kg/h pierderi la decalotare

5 Recoacere.

K=60.02kg/h material iesit

J=K+0.02J=61.245 kg/h material intrat

P5=2%=0.02∙61.245=1.225kg/h pierderi la recoacere

6.Fasonare 

J=61.245 kg/h material iesit

I=J+0.5I=64.468 kg/h material intrat la fasonare

P6=5%=0.5∙64.568=3.223 kg/h pierderi la fasonare

7. Calculul coibului

X=P1+P2+P3+P4+P5+P6= 0.577+1.173+0.59+0.6+1.225+3.223

=7.388 kg/h ciob

8. Topire

I=64.468 kg/h material iesit

I= O+P7+PC

O=I+P7+PC=86.698 kg/h material intrat

* Pierderi la calcinare:

125.78 Kg amestec . . . ..100%

25.78 Kg amestec . . . . .PC

PC=20.476%

*P7=1.734Kg/h

*P_TOPIRE=p7+PC =1.734+20.496 Kg/h

9.Amestecarea

O=86.698 kg/h material iesit

W=O+0.1W=87.574 kg/h

P8=0.876Kg/h

Amestec.dozare=W-cioburi=87.574-7.388=80.186 kg/h

kg/h . . . . . . . ..100%

H . . . . . . . . . 42.79%

H . . . . . . . . . . .6.65%

H . . . . . . . . . ..22.83%

H . . . . . . . . . .0.15%

H . . . . . . . . . . 23.34%

H . . . . . . . . . . 4.2%

H=34.312 kg/h (cuart)

H₅=18.715 kg /h (KCO)

H=18.306kg /h ( HBO)

H₂ =5.33 kg /h (alumina)

H₆=3.369 kg /h (CaF)

H₄=0.120 kg /h (AsO )

H=7.388 kg /h (ciob)

Nisip

a.  Dozare

H=34.312 kg /h material iesit

G=H+0.01G=34.4844 kg/h material intrat

P9=0.5%=0.1724 kg/h pierderi la dozare

b. Insilozare

G=34.4844 kg/h material iesit

F =34.833 kg/h material intrat

P19=0.01^.34.833=0.3486 pierderi la insilozare

c.  Deferizare

F =34.833 kg/h material iesit

E = F+0.001E=35.1849 kg/h material intrat

P20=1%=0.3519 kg/h pierderi la deferizare

d. Cernere

E=35.1849 kg/h material iesit

D = E₁=35.1849 kg/h material intrat

e.  Uscare

D =35.1849 kg/h material iesit

C = D+0.005C =35.3617 kg/h material intrat

P27=0.1768 kg/h pierderi la uscare

f.  Depozitare

C =35.3617 kg/h material iesit

B =C +0.005B =35.5394 kg/h cantitatea de nisip necasarǎ

P21 =0.1777 kg/h pierderi la depozitare

KCO

a. Dozare

H₅=18.715 kg/h material iesit

G₅=H₅+0.005 G₅₌18.809 kg/h material intrat

P₁₀=0.5%=0.094 kg/h pierderi la dozare

b.   Depozitare

G₅=0.373 kg/h material iesit

B₅= G₅+0.005B₅=18.904 kg/h cantiatea necesara

P₂₅=0.5% =0.094kg/h pierderi la depozitare

HBO

a.  Dozare

H=18.306 kg /h ( HBO) material iesit

G=H+0.005 G=18.398 kg/h material intrat

P=0.5%=0.0921 kg/h pierderi la dozare

b.  Depozitare

G=18.809 kg/h material iesit

B= G++0.005B= 18.904 cantitatea necesara

P=0.092 kg/h pierderi la depozitare

Alumina

a.    Dozare

H₂ =5.3 kg /h material iesit

G₂=H₂+0.005 G₂=5.3266 kg/h material intrat

P₁₂=0.5%=0.0268 kg/h pierderi la dozare

b.   Depozitare

G₂=5.3266 kg/h material iesit

B₂= G₂+0.005B₂= 5.3534 kg/h cantitatea necesara

P₂₂ =0.5%=0.0266 kg/h pierderi la depozitare

CaF

a.      Dozare

H₆=3.369 kg /h (CaF) material iesit

G₆=H₆+0.005 G₆=3.3859 kg/h material intrat

P₁₃=0.5%=0.0169 kg/h pierderi la dozare

b.     Depozitare

G₆=3.3859 kg/h material iesit

B₆= G₆+0.005B₆=3.386 kg/h cantiatea necesara

P₂₆=0.5%=0.017 kg/h pierderi la depozitare

AsO

a. Dozare

H₄=0.120 kg /h (AsO ) material iesit

G₄=H₄+0.005 G₄=0.1206 kg/h material intrat

P₁₄=0.5%=0.0006 kg/h pierderi la dozare

b.  Depozitare

G₄ =0.1206 kg/h material iesit

B₄= G₄+0.005B₄=0.1212 kg/h cantitatea necasara

P₂₄=0.00002 kg/h pierderi la depozitare

Ciob

a.  Dozare

H=7.388 kg /h (ciob) material iesit

G=H+0.005 G=7.425 kg/h material intrat

P₁₅=0.5%=0.037 kg/h pierderi la dozare

b.  Insilozare

F=7.5 kg material intrat

G=7.425 kg material iesit

P₁₆=1%=0.075

c.  Concasare

F=7.5 kg/h material iesit

D = E+0.01 D=7.576 kg/h material intrat

P₁₇=1%=0.076 kg/h pierderi la concasare

d.  Depozitare

D=7.756 kg/h materil iesit

B= D+0.005B=7.614 kg/h cantitaea necasara

P₁₈=0.038 kg/h pierderi la depozitare

6. Dotarea cu utilaje

6.1. Depozitarea materialelor

6.1.1Notiuni introductive

Pentru industria sticlei, in functie de natura si de cantitatea lor, materiile prime pot fi livrate in vrac (nisipul, calcarul, dolomita) sau in ambalaje (soda, feldspatul, colorantii).

In cazul fabricari sticlei optice fiind nevoie de cantitatii mici de material transportul materilor se face in ambalaje.

Sistemul de depozitare variaza de la o fabrica la alta, putand fii boxe deschise sau acoperite sau silozuri din beton sau otel. Boxele trebuie prevazute cu posibilitati de scurgere a apei din nisip prin drenaje pe fundul depozitului, pentru a nu mai fi necesera uscarea lui ulterioara. Se prevad 3 randuri de boxe: pentru materia prima nereceptionata, pentru materialele in curd de receptie si pentru acelea receptionate si bune pentru a intra in circuitul de productie.

Silozurile sunt proiectate avandu-se in vedere urmatoarele considerente:

Capacitatea sa fie suficient de mare pentru a asigura continuitatea productiei

Unghiul de panta al silozurilor trebuie in asa fel ales incat sa asigure evacuarea usoara si totala a materiei prime.

Gura de descarcare a silozurilor trebuie sa fie suficient de mare si de bine obturata.

Dispozitivele de evacuare a materiilor prime din silozuri trebuie astfel alese incat sa asigure o buna evacuare, atat a materiilor usor de insilozat, cat si acelor care se preteaza mai greu la aceasta operatie.

Trebuie luate masuri pentru prevenirea condensarii umiditatii din aer pe peretii silozurilor si pe materialele insilozate.

Silozurile trebuie prevazute cu dispozitive care sa indice nivelul de materii din ele

Silozurile nu trebuie sa permita amestecarea de materii prime intre ele

Componentii secundari ai amestecului cum ar fi afanantii, acceleratorii de topire, decolorantii, colorantii, reducatorii etc. sunt pastrati de obicei in ambalajele lor initiale si sunt depozitati intr-o camera separata.

6.1.2Dimensiunea depozitului de materiale

L=lungimea depozitului

l= 2 m latimea boxei

h= 1 m inaltime boxei

Boxa nisip:35.5394[kg/h]=26441.3136 kg/lunǎ

V=masa material /densitatea material=26441.3136/1380=19.161 m

V= V/0.75=19.161/0.75=25.548 m

V=L∙h∙l→L

L=V/h∙l=25.548/2=12.774 m

Boxa HBO : 18.490 [kg/h]=13756.56 kg/lunǎ

V=masa material /densitatea material=13756.56/1240=11.094 m

V= V/0.75=11.094/0.75=14.792 m

V=L∙h∙l→L

L=V/h∙l=14.792/2=7.396 m

6.2.Transportul materialelor

6.2.1Notiuni introductive

Instalatiile de transport vor fi divizate in doua grupe. Prima grupa va cuprinde transportul exterior, prin care se intelege transportul intre zacamintele de materii prime principale si teritoriul fabricii avand o raza de 20-30 km. Nu se va include in transportul exterior racordarea la retelele de transport republicane.

Sistemele de transport exterior cele mai folosite sunt urmatoarele: feroviar, rutier, cu furniculare, cu transportoare cu benzi, hidraulic.

A doua grupa cuprinde instalatiile de transport pe distante scurte intre si in cladiri si depozite din incinta fabricii.

Instalatiile de transport extern si intern pot fi cu functionare ciclica (intermitenta) sau cu functionare continua.

Materialele transportate si manipulate in industria silicatilor sunt in majoritatea lor materiale granulare sau pulverulente varsate; dar in unele fabricii, mai ales in industria ceramica industria sticlei si industria prefabricatelor trebuie transportaet semi-fabricate si produse finite fasonate.

Bineinteles trebuie avut in vedere cateva caracteristici importante ale materialelor de care trebuie sa se tina seama la alegerea instalatiilor.

6.2.2 Transportoare cu banda

6.2.2.1 Caracteristici generale

Transportoarele cu banda servesc pentru transportul orizontal sau in panta ascendenta si descendenta a materialelor pulverulente, granulare, sau a sarcinilor individuale( bucati, saci, lazi, etc). De obicei se folosesc pentru distante mici, dar au fost adaptate in ultimul timp si pentru distante care depasesc zece kilometii.Sunt in functiune , la noi in tara, instalatii pentru transportul calcarului, nisipului si al pietrisului pe o lungime toatala de 15 km, formate in 20-26 transportoare consecutive cu benzi de 900mm latime , pentru un debit de 1000-20.000 t/h, la o viteza de transport de 2.75-6m/s. Inclinarea transportorului pe orizontala fiind pentru benzi din cauciuc cu suprafata neteda pana la 30⁰si pana la 60⁰ pentru benzi din cauciuc cu nervuri. Temperatura materialului transportat poate fi cuprinsa intre 230-400⁰K. Sarcinile individuale pot avea masa de o tona. Transportoarele cu banda au o functionare linistita, fara zgomot, consum specific de energie relativ mic si siguranta in exploatare.

Pentru transportul unor materiale fierbinti pana la 400⁰K se vor folosi insertii de bumbac si cauciuc special,termorezistent. La temperaturi de pana la 670⁰K se vor folosi insertii de fibra de sticla , benzi de otel sau impletitura de sarma, iar la temperaturi de pana la 1200⁰K se vor utiliza benzi de sarma de otel refractar. Dupa traseul pe care trebuie sa-l parcurga, transportoarele pot avea scheme geometrice foarte variate, din care cateva variante tipice se prezinta in figura 7.2.1

Fig. 7.2.1

In planul orizontal traseul uniu transportor cu banda nu poate fi decat strict rectiliniu; deoarece banda simpla de cauciuc sau hotel nu poate trece prin curbe. Daca transportorul trebuie sa urmeze un drum sinuos, el se subdivizeaza pe mai multe portiuni rectilinii , fiecare deservita de cate un transportor separat, care debiteaza in dispozitivul de alimentare al transportorului urmator.

Alcatuirea constructiva a transportoarelor cu banda este redata in figura 7.2.2. Banda transportoare este o banda fara sfarsit din material textil (canepa, bumbac, lana) impregnant, cauciuc cu insertii de bumbac, materiale plastice, impletitura de sarma, benzi de otel, etc.

Fig. 7.2.2

Pe doi tamburi , dintre care unul de antrenare, este intinsa banda si sustinuta de role atat pe portiunea de transport cat si pe portiunea de intoarcere. Alimentarea benzii se face printr-o planie cu dispozitiv de repartizare uniforma si grosime reglabila; iar descarcarea se face prin cadere libera sau aruncare la capatul transportului. Uneori se folosesc dispozitive speciale care descarca materialele din orice punct al benzii9 (fig 7.2.2. )

Din punct de vedere al utilizarii benzii, transportoarele pot fi :- cu banda plata fig 7.2.2 sau cu banda in forma de jgheab (fig 7.2.3). Pot fi plate sau in forma de jgheab atat benzile de cauciuc cat si cele metalice.

Fig 7.2.3

Intervalul la care se monteaza rolele de rezemare pe ramura incarcata a benzii depinde de latimea benzii si de natura materialului transportat (tabelul 7.2.1), iar pentru ramura neincarcata, rolele se monteaza la intervale de 2,5-4m.

Tabelul 7.2.1

Intervalul l [ m] , intre rolele de rezemare

Actionarea benzilor transportoare se face de obicei cu ajutorul unui tambur motor(mai rar doi sau chiar trei tambururi) de un motor electric prin intermediul unui reductor, sau transmisii cu curele. Tamburul de actionare transmite benzii forta de tractiune necesara prin frecare. Daca unghiul de infasurare al benzii pe tambur este a radiani si coeficientul de frecare este m se poate scrie conform relatiei lui Euler

S_infas.=S_desf.e^ma [7.2.1]

In care S_infas.= forta prin care ramurea benzii care se infasoara pe tambur(fig 7.2.4)

S_desf.=forta din ramura benzii care se desfasoara pe tambur;

E= baza logaritmilor naturali

Cu ajutorul relatiei [7.2.2] se obtine valoarea maxima pentru S_infas., la o anumita valoare pentru a si m

Fig.2.4.

In practica nu se lucreaza cu aceasta valoare limita, la a care depasire accidentala banda ar incepe sa patineze si s-ar uza excesiv de mult. De aceea se utilizeaza , relatia

C ^.S_infas.=S_desf.e^ma [7.2.2]

S_infas.= S_desf..e^ma

C

Unde C-coeficient de siguranta (C=1,2). Cu alte cuvinte unghiul total disponibil de infasurare a se utilizeaza pentru transmiterea fortei numai o parte a', restul b al unghiului este doar numai un unghi de ghidare si abatere a ramurii care se infasoara (fig 7.2.5). Rezulta de aici concluzia ,ca pentru a realiza o forta de infasurare cat mai mare trebuie ca a sim sa aiba valori mari. In tabelul 7.2.2 se prezinta valorile e^ma pentru diferiti coeficienti de frecare intalniti frecvent in practica. Atunci forta tangentiala pe care o transmite tamburul de actionare are expresia:

P=S_esf(e^ma-1)=S_inf-S_desf=S_imf[e^ma-1/ e^ma

Tabelul 7.2.2 : Valorile e^ma pentru benzi din cauciuc

Intinderea benzii se realizeaza cu ajutorul unor ispozitive de intindere care asigura o functionare linistita a benzii si o aderenta suficienta intre banda si tamburul de actionare pentru evitarea patinarii. Durata de serviciu a benzii depinde si de constructia corecta a dispozitivelor de incarcare a materialelor pe banda, care trebuie sa depuna materialul in directia de miscare a benzii si cu viteza egala sau apropiata de viteza acesteia. In figura 7.2.6 se prezinta schematic un dispozitiv de incarcare. Inaltimea jgheabului de incarcare este aproximativ 2/3 din latimea benzii

Fig 7.2.6

6.2.2.2 Determinarea productivitatii transportoarelor cu banda si a latimii benzii

Capacitatea maxima de transport este data de relatia(STAS E 7539-66)

Q=K_i^.K_sv^.r_m(0.00B-0.5)² [ t/h ] [7.2.4]

In care K_i= coeficient care ia in considerare inclinarea ramurii purtatoare de material

K_i = 1

K_s= coeficient care tine seama de forma sectiunii transversale a ramurii purtatoare de material a benzii de transport

K_s= 4

r_m= densitatea medie a materialului de transport [t/m³]

v= viteza de deplasare a benzii [m/s]

v=2.0 m/s

Latimea benzii rezulta din relatia [7.2.5]

B= 1.1^. [Q: ( K_i^.K_s^.v^.r_m)+55 [mm] [7.2.5]

B=1.1^.

B=1.1^.7.6053

B=8.5 mm

Valorile obtinute din relatia [7.2.5] trebuie amplificate cu cate 100 mm de fiecare parte mai ales la transportul sarcinilor individuale. La transportul in bucati a materialului , latimea benzii trebuie luata de 2-4 ori mai mare decat cele mai mari dimensiuni ale bucatilor de material.

6.3.Procedee de maruntire

6.3.1. Notiuni introductive

Maruntirea materialelor granulare trebuie efectuata numai pana la gradul de maruntire necesar prelucrarii sau utilizarii ulterioare; granulele de material maruntite pana la marimea ceruta trebuie sa fie eliminate imediat in masina.

La grade mari de maruntire, procesul trebuie sa se efectueze in trepte. Pentru fiecare treapta se va alege masina de maruntire cea mai avantajoasa din punct de vedere tehnico-economic. De cele mai multe ori se va intercala o masina de clasare intre treptele de maruntire.

Se foloseste unul din urmatoarele procedee de maruntire:

Procedeul discontinuu( figura .7.1) la care maruntirea se face in sarje; este folosit pentru productivitati mici, nedepasind cateva tone pe ora

Procedeul continuu( fig 7.1.) in circuit deschis,in care materialul trece o singura data prin masina de maruntire: la macincarea fina in mori tubulare se foloseste procedeul in circuit deschis pana la cca. 50t/h, daca macinarea se face intr-o singura treapta.

Procedeul continuu in circuit inchis (fig7 .1) la care masina de maruntire este urmata de o masina de clasare care separa materialul maruntit in doua fractiuni : refuzul care este reintrodus in masina de maruntire si produsul care urmeaza mai departe fluxul tehnologic. Acest procedeu este cel mai recomandabil din punct de vedere tehnic si economic Cu acest procedeu se realizeaza actualmente macinari fine pana la 300t/h intr-un singur agregat.

Fig 7.1 a,b,c

Procedee de maruntire: a)procedeul discontinuu, b)pocedeul continuu in circuit descis; c) Procedeul continuu in circuit inchis

6.3.2. Concasoare cu falci

In concasoarele cu falci, maruntirea se efectueaza prin strivirea materialului granular varsat intre doua placi metalice, din care una este de cele mai multe ori fixa(falca fixa), iar cealalta este oscilanta (falca mobila).

Concasoarele cu falci pot fi impartite , dupa natura miscarii falcii mobile in:

Concasoare cu miscare oscilatorie simpla a falcii fata de axul de suspensie fix O din fig 7.2. La acestea, fiecare punct al falcii, care se afla la distanta x de axul de supensie O, descrie un arc de cerc cu aceasta raza.

Concasoare cu miscare complexa a falcii mobile (fig 7.2.) care va executa , la rotirea arborelui O, nu numai o miscare de oscilatie datorita existentei placii de distantare e, dar si o miscare complexa plana, analoaga miscarii bielei in mecanismul biela-manivela. Fiecare punct al suprafetei active a falcii mobile descrie cure inchise cere se apropie in partea superioara de un cerc, in partea inferioara a suprafetei falcii de o elipsa. In cazul cand sensul de rotatie al excentricului este cel indicat, evacuarea materialului din concasor va fi mult usurata, insa falca mobila va exercita o actiune suplimentara de frecare asupra materialului, care accentueaza uzura falcilor.

Dupa amplasamentul axului de suspensie al falcii mobile (oscilante) se pot distinge:

Concasoare cu punctul de suspensie superior

Concasoare cu punctul de suspensie sinferior

6.3.3.Constructia concasoarelor cu falci

In figura 7.3. este aratata schematic constructia unui concasor cu miscare simpla a falcii oscilante. Batiul 1 se executa turnat intr-o bucata din otel sau fonta sau in piese de otel asamblate si/ sau sudate.

Fig 7.3. Schema constructiva a unui concasor cu falci, cu miscare simpla a falcii oscilatorii: batiu; placi concasoare; biela; placi de distantare; piesa de reglare.

Placile concasoare sunt executate din fonta dura sau din oteluri speciale. Suprafata lor de lucru este de obicei nervurata si prin aceata procesul de concasare este considerabil usurat, deoarece la actiunea de zdorbire se adauga si cea de incovoiere.

Efortul de zdrobire este transmis bilei prin placile de distantare; la miscarea simpla a falcii oscilante se prevad doua placi de distantare. Ele servesc si ca piese de siguranta a concasorului, avand o sectiune slabita care produce ruperea lor in cazul unei suprasolicitari. Placile de distantare sunt intrebuintate totodata ca dispozitiv de reglare pentru modificarea latimii orificiului de evacuare, adica pentru schimbarea gradului de maruntire. Deplasarea placilor de distantare se fece, de obicei , cu ajutorul unei piese de reglare, prevazuta cu surub. Arborele excentric este din hotel aliat ( crom-nichelsau crom-molibden, s.a.m.d.).

Lagarele bilei, ale arborelui principal si ale falcii oscilante sunt de obicei lagare de alunecare. Se observa insa tendinta la constructiile moderne de a le inlocui prin lagare cu rulmenti.

Masinile medii si mari sunt prevazute cu racire cu apa, atat a palierelor arborelui excentric cat si a corpului superior cu biela.

Dezavantajele comune ale tuturor constructiilor de concasoare cu falci provin din functionarea discontinua provocata de miscarile alternative ale falcii mobile. In acelasi timp, ele dezvolta o forta variabila in timpul unei oscilatii duble, ceea ce face necesara existenta unui volant. Functionarea concasorului este insotita de trepidatii putrnice cere reclama fundatii masive.

6.4. Dozatoare gravimetrice cu functionare intermitenta

Dozatoarele gravimetrice cu functionare continua nu pot asigura in toate cazurile precizia de cantarire ceruta de procesul tehnologic.

In cazurile in care se cere o precizie deosebita pentru dozarea componentilor amestecurilor de materii prime se folosesc dozatoare gravimetrice cu functionare intermitenta. Precizia de cantarire a acestor dozatoare atinge 1:1000.

Din categoria acestor dozatoare gravimetrice cu functionare intermitenta , am ales CANTARUL AUTOMAT CU RECIPIENT

In procesele tehnologice in care precizia dotarii sarjelor are o importanta considerabila, s-a impus tot mai mult in ultimul timp folosirea cantarelor automate cu recipient pentru dozarea amestecurilor de materii prime din retetele de fabricatie. Industria sticlei, a ceramicii fine sunt echipate cu astfel de instalatii care se preteaza la includerea intr-o linie tehnologica cu un inalt grad de automatizare.

Precizia dotarii la cantarele automate cu recipient se realizeaza la o umiditate constanta a materialelor care se dozeaza.

Fig 7.4.1. Schema de functionare a cantarului automat cu recipient

cupa; balansoar;greutate; supapa; tija; electromagnet

Modul de functionare a unui cantar automat electromagnetic cu recipient este urmatorul: cupa , in care se dozeaza materiile prime este fixata la capatul unui balansor , care permite echilibrarea cu ajutorul greutatii . In pozitia I, o supapa incepe inchiderea orificiului de evacuare a materialului, iar o palnie speciala asigura indepartarea ultimelor ramasite de material ramas in orificiul de evacuare. In pozitia II, cand cupa este umpluta cu material, ea este retinuta de o tija , care se ridica atunci cand electromagnetul permite trecerea curentului. Prin aceasta cupa se poate rasturna si permite descarcarea materialului, pozita III. Dupa descarcare, electromagnetul se deconecteaza si cupa revine in pozitia initiala, permitand reluarea procesului de dozare. Pentru a permite o reglare corespunzatoare a proportiei de diverse materii prime ce intra in compozitia unei retete, contactele elctrice ale electromagnetului se regleaza printr-un anumit numar de inchideri ale circuitului.

Fig 7.4.2. Schema de aplicare a cantarelor cu recipienti pentru dozarea amestecului intr-o fabrica de sticla. a) instalatie de dozare discontinua, b)instalatie de dozare continua

A₁,A₂,A₃- silozuri pentru componentii sarjei

extractor vibrator; transportor cu melc;

cantar cu recipient

amestecator

La cantarele moderne cu recipient se aplica principiul cantaririi cu ajutorul dozelor dinamometrice( cantare electromagnetice). La cantarirea materialelor umede, de ex nisip, se folosesc uneori recipienti de cantarire din cauciuc, dispusi intr-un schelet metalic. Eroarea maxima a valorii indicate in timpul unei verificari statice nu depaseste in cazul unor cantare electromagnetice ce mare precizie +1/-1%.

In figra 1.2 este reprezentata folosirea cantarelor cu recipienti intr-o instalatie de formare discontinua si continua a amestecului intr-o fabrica de sticla.

6.5.Amestecarea materiilor prime

Se acordǎ o deosebiata atentie dozarii materiilor prime , precum si omogenizarii

lor. Substantele introduse in cantitatii mici se cantaresc la balante de precizie mare si se introduc in amestec dupa ce au fost fin dispersate si eventual pre-amestecate cu o cantitate mai mare de nisip, pentru a asigura imprastierea lor uniforma in intreaga masa a amestecului

In industria sticlei se intalnesc mai multe tipuri de amestecatoare (malaxoare):

Amestecatorul tambur

Amestecatorul tip betoniera..

Malaxoarele Eirich.

6.5.1. Amestecatorul cu miscare complexa a materialului. Amestecatorul Eirich

Aceste amestecatoare sunt folosite mai mult in industria sticlei si cea a materialelor refractare, unde omogenitatea amestecului format din mai multe materiale trebuie sa fie foarte buna. In fiugura 7.5.1. se prezinta vederea in ansamblu a amestecatorului. Amestecatorul este format in ptincipiu dintr-un arbore cu patru brate pe care sunt montate de obicei doua palete si doua roti rostogolitoare(in cruce),amplasat excentric in interiorul unei cuve in forma de farfurie (fig7.5 .2.).

Fig 7.5 .1. Amestecator Eirich

Amestecatorul este format in ptincipiu dintr-un arbore cu patru brate pe care sunt montate de obicei doua palete si doua roti rostogolitoare(in cruce),amplasat excentric in interiorul unei cuve in forma de farfurie(fig 7.5.2.).

Fig 7.5.2. Principiul de functionate (schematic)

In timp ce tavalugii si paletele se rotesc in interiorul cuvei cu o turatie de aproximativ 70 rot/min, cuva se roteste in sens invers cu circa 10 14 rot/min. Pentru a preintampina degaiarea unor cantitati mari de praf, intregul ansamblul este inchis ermetic intr-o carcasa.

Fig 7.5.3. Miscarea materialului

Descarcarea amestecului se face printr-un orificiu central direct in vagonet sau in buncar. Productivitatea amestecatorului depinde de durata amestecarii unei sarje. Pentru amestecarea uscata sunt suficiente 2-3 minute. Iar pentru amestecare umeda 4-5 minute. Durata redusa de amestecare se explica prin vitezele mari ale paletelor si cuvei. In timpul functionarii amestecatorului , fiecare particula din amestec parcurge un drum in spirala, de la periferie spre centru, descriind traiectorii care nu coincid pe intregul parcurs (fig 7.5.3.) ceea ce contribuie la o amestecare foarte intensa.

Dezavantajul acestor amestecatoare constau in funcitonarea periodica si productivitate redusa.

6.5 .2. Caracteristicile amestecatorului Eirich

Capacitate: 500 h

Diametrul cuvei [m]: 2.2

Turatia [rot/min]: 12.5

Diametrul rotilor( tavalugilor) [m]: 0.470

Turatia tavalugilor [rot/min]: 70

Productivitatea [t/h]: 7

Puterea necesara :[KW] : 15KW

6.6.Cuptoare de topit sticla

6.6.1. Introducere

Cuptoarele pentru topirea sticlei se impart, dupa forma constructiva a spatiului de topire, in: cuptoare cu oale si cuptoare cu vana. La cuptoarelel cu oale, denumite si cuptoare cu creuzete, amestecul este topit in niste suporti mobili( oale sau creuzete) asezati pe vatra unui cuptor camera. La cuptoarele vana, denumite uneori si cuptoare bazin, topirea amestecului are loc intr-un singur spatiu. Cuptoarele cu oale au functionare intermitenta, pe cand cuptoarele cu vana pot fi atat cu functionare intermitenta (in cazuri speciale pentru vane mici), cat si cu functionare continua. Cele mai raspandite sunt cuptoarele cu vava cu functionare continua.Cuptoarelel cu oale se utilizeaza numai la topirea numai la topirea unor cantitati mici de sticle speciale , de calitate superioara. Utilizarea cuptoarelor cu oale este indicata pentru topirea sticlelor cu temperaturi inalte de topire, din cauza deteriorarii rapide a oalelor.In asemenea cazuri se decurge, uneori la folosirea cuptoarelor cu vana cu functionare intermitenta. La aceste cuptoare peretii , nefiind expusi incalzirii directe prin flacara, nu ating temperaturi asa de ridicate ca peretii unei oale, care sunt expusi direct actiunii flacarii sau a gazelor de ardere.Pentru incalzirea cuptoarelor de topit sticla, se foloseste de cele mai multe ori combustibil gazos , dar si combustibilul lichid. Se poate observa, de asemenea, o intensificare a utilizarii energiei electrice, ata pentru incalzirea completa a cuptoarelor, cat si pentru cai si pentru completarea incalzirii cu combustibil. Temperatura de topire a amestecurilor pentru diferite calitati de sticla este cuprinsa intre urmatoarelel limite:

1 270 . 1 470⁰k pt glazuri si emailuri

1 570 . 1 720⁰k pt sticle de menaj si sticle tehnice

1 770 . 1 870⁰k pt sticla tehnice greu fuzibila

070 . 2 170⁰k pt sticla de cuart

Recuperarea caldurii gazelor de ardere evacuate din spatiul de lucru al cuptoarelor se realizeaza prin preincalzirea aerului de ardere si a combustibilului in regeneraroare sau in recuperatoare. La folosirea combustibililor gazosi si lichizi cu putere calorica ridicata nu este necesara preincalzirea combustibilului. Astfel rezulta simplificari constructive importante, care sunt extinse prin folosirea recuperatoarelor in locul regeneratoarelor.

6.6.2.Cuptoare vana

6.6.2.1 Notiuni introductive

Cuptorul vana sau cuptorul cu bazin se compune din unul sau oua bazine, legate intre ele printr-un canal , in care are loc simultan , in diferite zone, integtl proces termotehnologic de topire a sticlei si anume: topire, afanare-omogenizare -conditionare termica. Prima parte a bazinului comun, sau primul bazin, in cazul cand cuptorul cuprinde doua bazine distincte, se numeste bazin de topire; iar cea de-a doua parte a bazinului sau cel de-al doilea poarta numele de bazin de lucru. Vana se construieste din blocuri de material ceramic refractat, zidite uscate ( fara mortar). Deasupra, vana are o bolta, executata , de obicei, din caramizi silica.

Cuptoarele se impart in

v    Cuptoare cu functionare continua

v    Cupotare cu functionare intermitenta

6.6.2.2 Cuptoare vana cu functionare intermitenta

Modul de functionare al acestor cuptoare corespunde celui al cuptoarelor cu oale. Durata operatiilor este fixata astfel, ca elaborarea sticlei sa aiba loc in schimbul de zi, de unde provine si denumirea de vana de zi. Din punct de vedere constructiv, vana de zi se aseamana cu cuptoarele vana cu functionare continua. La vana de zi, masa de sticla nu se deplaseaza si se obtine mai omogena decat in vanele cu functionare continua. Posibilitatea de a raci vana de zi la exterior, permite ralizarea unor temperaturi mai ridicate decat la cuptoarele cu oale, unde rezistenta acestora la actiunea caldurii limiteaza temperaturile. Vana de zi mai are fata de cuptorul cu oale si avantajul ca se elimina dificultatile de de exploatare, legate de inlocuirea si tratarea oalelor. De asemenea se poate mecaniza mai usor introducerea amestecului de materii prime in vane de zi decat in oale. Dezavantajul vanei de zi, in comparatie cu cu cuptoruarelel cu oale constau in limitarea numarului de cocuri de elaborare, precum si faptul , ca se poate topi in acelasi timp numai un singur fel de sticla. In ceea ce priveste calitatea sticeli, este de mentionat , ca in vanele de zi nu se poate obtine pentru unele produse aceeai calitae superioara ca in cuptoarele cu oale. Capacitatea specifica de topire si consumul specific de caldura ale vanelor de zi nu sunt in general mai favorabile decat la cuptoarele cu oale .Vanele de zi se folosesc indeosebi pentru sticle speciale, greu fuzibile.

Fig 7.6.1. Schita unui cuptor-vana regenerator , cu functionare intermitenta

In figura 7.6.1. este prezentat schematic cuptorul vana regenerativ cu functionare intermitenta, incalzit cu pacura, pentru sticla boro -silicatica. Productia este de 1.3-1.4t sticla/24h. Vana se executa, in general, din blocuri de material refractar, cu sectiune 300 300mmsau de 300 400mm.Grosimile fundului si a peretilor sunt de obicei de 300mm.In unele cazuri , cand se intrebuinteaza materialele refractare speciale( corhart-zac, corvizit, etc) se admite, la peretii laterali, si o grosime de 200mm.

6.6.2.3 Dimensiunile cuptorului vana cu functionare intermitenta

Conform tabelului7.39 de la pag 377 din"Cuptoare si uscatoare in industria silicatilor"

D Becherescu , vol I

6.7 Fasonarea

Procedeul cel mai vechi prin care s-au obtinut sticle optice de calitate foarte buna consata in racirea lenta a intregului creuzet.

In acest scop, creuzetul este scos din cuptor, peste suprafata rigidizata a sticlei se asterne un strat de nisip sau de diatomit, iar apoi intregul creuzet este izolat termic prin invelirea cu nisip sau diatomit introdus intre peretii creuzetului si o carcasa exterioara de tabla. Racirea dureaza 8-10 zile, dupa care stratul izolator se inlatura, creuzetul se sparge si se aleg bucatiile de sticla de buna calitate. Bucatile alese se modeleaza prin mulare sau presare, dandu-li-se forme mai mult sau mai putin regulate, necesare urmatoarelor operatii. Mularea se face prin incalzirea in forme de samota, usor conic, acoperite cu un strat de caolin, pentru a evita lipirea. Intre 600-1000C, sticla se inmoaie si se modeleaza dupa forma.

In acelasi scop se utilizeaza prese manuale sau hidraulice, cu forme metalice. Se valorifica insa, mai putin de 50% din sticla optica.

Un alt prosedeu consata in turnarea sticlei din creuzet sub forma unui bloc de mari dimensiuni , folosind in acest scop o placǎ, metalicǎ , pe care se pune o rama ce limiteaza dimensiunile blocului. In acest fel se pot obtine semifabricate de dimensiuni mari, dar defectele sub forma de ate si vine sunt frecvente.

Pentru produse mai pretentioase , sticla se lamineaza prin turnare pe masa.

In cazul cand topirea se face in creuzete de platina , sticla se toarna printr-un orificiu , sub forma unui bloc de sectiune dorita, de exemplu 10 ^.5cm, care se taie apoi in bucati de circa 100cm lungime.In acest fel se poate utiliza pana la 80% din sticla.

Fig 7.7.1. Principiul fasonarii prin presare

Principiul functionarii unei masini de fasonat prin presare poate fi urmarit in fig.1.

In pozitia I se arata starea initiala a celor doua parti principale ale masinii.Forma1, prevazuta de obicei cu un fund mobil 2, este alimentata cu cantitatea de sticla 3. Deasupra se afla asa-numitul poason 4, pe care este fixata prin intermediul unor arcuri piesa5, numita inel de inchidere.

In pozitia II, poasonul a fost coborat, patrunzand in forma pana ce inelul de inchidere astupa spatiul dintre poanson si peretii laterali ai formei.

In pozitia III, prin presarea poansonului sticla topita este obligata sa umple intreaga forma pana la inelul de inchidere.

In pozitiaIV, dupa ridicarea poansonului, obiectul presat este scos din forma prin inaltarea fundului acestuia . Inelul de inchidere fiind fixat pe arcuri poate sa se deplaseze pe verticala, in cazul unor mici variatii a cantitatii de sticla introduse , asigurand astfel obtinerea unor obiecte cu grosimi uniforme si doar cu oarecare variatii ale inaltimii

6.8 Recoacerea

6.8.1. Notiuni introductive

Procedeul cel mai vechi prin care s-au obtinut sticle optice de calitate foarte buna consata in racirea lenta a intregului creuzet.

In acest scop, creuzetul este scos din cuptor, peste suprafata rigidizata a sticlei se asterne un strat de nisip sau de diatomit, iar apoi intregul creuzet este izolat termic prin invelirea cu nisip sau diatomit introdus intre peretii creuzetului si o carcasa exterioara de tabla. Racirea dureaza 8-10 zile, dupa care stratul izolator se inlatura, creuzetul se sparge si se aleg bucatiile de sticla de buna calitate. Bucatile alese se modeleaza prin mulare sau presare, dandu-li-se forme mai mult sau mai putin regulate, necesare urmatoarelor operatii. Mularea se face prin incalzirea in forme de samota, usor conic, acoperite cu un strat de caolin, pentru a evita lipirea. Intre 600-1000C, sticla se inmoaie si se modeleaza dupa forma.

In acelasi scop se utilizeaza prese manuale sau hidraulice, cu forme metalice. Se valorifica insa, mai putin de 50% din sticla optica.

Un alt prosedeu consata in turnarea sticlei din creuzet sub forma unui bloc de mari dimensiuni , folosind in acest scop o placǎ, metalicǎ , pe care se pune o rama ce limiteaza dimensiunile blocului. In acest fel se pot obtine semifabricate de dimensiuni mari, dar defectele sub forma de ate si vine sunt frecvente.

Pentru produse mai pretentioase , sticla se lamineaza prin turnare pe masa.

In cazul cand topirea se face in creuzete de platina , sticla se toarna printr-un orificiu , sub forma unui bloc de sectiune dorita, de exemplu 10 ^.5cm, care se taie apoi in bucati de circa 100cm lungime.In acest fel se poate utiliza pana la 80% din sticla.

Semifabricatele astfel obtinute sunt supuse unei recoaceri deosebit de ingrijite , in cuptoare electirce tip camera , bine izolate termic si cu temperatura controlata uniform cu un microcalculator

6.8.2.Cuptorului pentru recoaere

6.8.2.1 Proiectarea cuptorului tunel cu role

Proiectarea cuptorului tunel presupune determinarea dimensiunilor spatiului de lucru util al cuptorului, realizarea bilantului termic si determinarea consumului de combustibil pentru un anumit tip de produs. Pentru aceata sunt necesare date referitoare asupra produsului, tipul de produs, compozitia mineralogica, forma si dimensiunile precum si tratamentul termic necesar.

Fig 7.8.1 Cuptor tunel cu role

6.8.2.2 Predimensionarea cuptorului tunel cu role

Are scopul de a determina dimensiunile spatiului de lucru al cuptorului. Valorile obtinute vor fi definitive numai dupa verificarea termtehnologica.

Volumul util al cuptorului se determina cu relatia[7.8.1]

[m³] [7.8.1]

in care :V_c - volumul util al cuptorului

P -productia anuala a cuptorului

t- durata ciclului de ardere ( ore)

t_a- indicele extensiv de functionare al cuptorului (ore/an)

G- densitatea de asezare a incarcaturii in cuptor(t/m³)

m-cantitatea de rebuturi in timpul arderii(%)

Volumul util al cuptorului se poate exprima prin relatia :

V_c=L l h [m³] [7.8.2]

unde: L -lungimea cuptorului[m]

l-latimea cuptorului[m]

h-inaltimea cuptorului[m

De obicei, latimea si inaltimea cuptoarelor tunel se stabilesc in functie de destinatia lor, respectiv de tipul si dimensiunile produsului supus arderii.

Se adopta l=1.2m

H=0.56m

Din bilantul de materiale rezulta ca pentru operatia de recoacere se impune o productivitate de 60.02 Kg/h=0.06002 t/h=1.44048t/zi produs finit ceea ce reprezinta

P=1.44048^.365=525.7752 t/an

t- durata ciclului de ardere este 12 ore conform diagr de ardere

t_a -indicele extensiv de utilizare al cuptorului ; reprezinta numarul total de ore de functionare al cuptorului intr-un an.

t_a 365^.24=8760 ore/an

G -densitatea de asezare a incarcaturii se determina calculand greutatea materialului aflat intr-un m³ volum util al cuptorului.

Semifabricatele se introduc la ardere asezate pe placi in material refractar de dimensiuni 0.5 1 m, numarul de piese pe o placa fiind de 128, asezate in 8 randuri a cate 16 bucati fiecare.

G=G_p :V_p [t/m³] [7.8.3]

G_p -greutatea produselor de pe o placa[t]

V_p- volumul cuptorului aferent unei placi [m³] .

G_p : d_lentila=15cm

Pe o placa imi incap :18 buc lentile

Greutatea lentilei=200g(=0.2kg=0.2^.10^-3t)

G_p=0.2^.10^-3. 8=3.6^.10^-3[t]

V_p=0.5^.1.2^.0.56=0.336 [m³]

G=G_p :V_p=3.6^.10^-3: 0.336=10.7143^.10^-3 [t/m³]

In cazul de fata, cantitatea de rebuturi m=0 deoarece rebuturile in urma arderii se reintroduc in fluxul tehnologic, fapt specificat in bilantul de materiale

Din relatia [7.8.1], prin inlocuirea valorilor, se obtine :

V_c=[(535.7752^.12^.100) : (10.7143^.10^-3.8760(100-0))]

V_c=642930.24 :9385.73

V_c=68.50 m³

Lungimea cuptorului : L= V_c: (l^.h)   [m] [7.8.4]

L=68.50 : (1.2^.0.56)

L=101.9m 102m

In urma calculului de predimensionare s-au stabilit urmatoarele dimensiuni pentru spatiul de lucru :

L=102 m

l=1.20m

h=0.56m

7.Bibliografie

1. P Balta - TEHNOLOGIA STICLEI,Ed Didactica si Pdagogica, Bucuresti, 1984
2. E. BEILICH, D. BECHERESCU- CUPTOARE SI UTILAJE IN INDUSTRIA SILICATILOR, vol I ,CUPTOARE, Ed Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1973
3. E. BEILICH, D. BECHERESCU- CUPTOARE SI UTILAJE IN INDUSTRIA SILICATILOR, vol II , MASINI SI APARATE, Ed Didactica si Pedagogica, Bucuresti 1973
4. L. LITERAT, L. GAGEA, F.GOGA -CERAMICA TEHNICA -PRINCIPII DE CALCUL SI PROIECTARE, Ed Casa Cartii de Stiinta, Cluj-Napoca 2001
5. ELISABETA  IVAN -OPERATII IN INDUSTRIA SILICATILOR, Vol I, Fac de Tehnologie chimica pentrul uzul studentilor, Ed Institutul Politehnic Timisoara 1980
6. E. IVAN -OPERATII IN INDUSTRIA SILICATILOR, Vol II, Fac de Tehnologie chimica pentrul uzul studentilor, Ed Institutul Politehnic Timisoara 1980
7. FLAVIU  EMIL BUTURCA - CHIMIA SI TEHNOLOGIA STICLEI, Vol I, II, UBB, Cluj-Napoca 1993
8. I. TEOREANU -CALCULE DE OPERATII, UTILAJE SI INSTALATII TERMOTEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA SILICATILOR, PROBLEME SI EXEMPLE DE PROIECTARE, Ed Didactica si Pedagogica,Bucuresti 1983

Cuprins

Cap. 1. Tema de proiectare

Cap. 2. Datele de pornire

Cap. 3. Introducere

3.1. Sticla optica

3.2. Fibre optice

Cap. 4. Calculul retetei

4.1. Notiuni introductive

4.2. Metoda exacta de calcul

4.3. Materii prime

4.3.1. Vitrifiantii

4.3.2. Fondantii

4.3.3. Formatorii si modificatorii

4.3.4. Afinantii

4.3.5. Acceleratorii de topire

4.3.6. Colorantii

4.3.7. Decolorantii

4.3.8 Opacizantii

4.3.9. Oxidantii

4.3.10. Reducatorii

4.3.11. Cioburile de sticla

Cap. 5. Calculul bilantului de materiale

5.2. Calculul bilantului de materiale

Cap. 6. Dotarea cu utilaje

6.1. Depozitul de materiale

6.1.1. Notiuni introductive

6.1.2. Dimensionarea depozitului de materiale

6.2. Transportul materialelor

6.2.1. Notiuni introductive

6.2.2. Transportoare cu banda

6.2.2.1. Caracteristici generale

6.2.2.2. Determinarea productivitatii

transportoarelor cu banda si latimea benzii

6.3. Procedee de maruntire

6.3.1. Notiuni introductive

6.3.2. Concasorul cu falci

6.3.3. Constructia concasorului cu falci

6.4. Dozatoare gravimetrice cu functionare intermitenta

6.5. Amestecarea materiilor prime

6.5.1. Amestecarea cu miscare complexa.

Amestecatoare Eirich

6.5.2. Caracteristicile amestecatorului Eirich

6.6. Cuptoare pentru topirea sticlei

6.6.1.Introducere

6.6.2. Cuptoare vana

6.6.2.1. Notiuni introductive

6.6.2.2. Cuptoare vana cu functionare intermitenta

6.6.2.3. Dimensiunile cuptorului vana cu functionare

intermitenta

6.7.Fasonarea

6.8. Recoacerea

6.8.1. Notiuni introductive

6.8.2. Cuptoare pentru recoacere.Cuptoare tunel

6.8.2.1. Proiectarea cuptorului tunel cu role

6.8.2.2. Predimensionarea cuptorului tunel cu role

7. Bibliografie