- Sulametallien ultraäänikaasunpoisto jopa 2 300 °C:seen asti ja sulan lasin
- Maanantai - perjantai: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Aps - Østerbrogade 226 st. TV. - 2100 Kööpenhamina - Tanska
Kaksinkertaistamme kuplan koon ja alennamme lämpötilaa (Stoken laki)
Kuplakoon ultraääninen vaikutus jalostusnopeuteen
Ultraääniavusteista lasisulaa voidaan mahdollisesti käyttää kaasukuplien poistamiseen lasisulasta huomattavasti alhaisemmissa lämpötiloissa kuin standardiprosessissa ja, mikä erittäin tärkeää, ilman käsittelyaikojen pidentämisen tarvetta. Koska lasisulaa koskeva puhdistusprosessi on erittäin energiaintensiivinen, lasin puhdistuslämpötilan alentaminen tuo merkittäviä energiansäästöjä. Tässä osoitamme, että ultraääniavusteisella lasinpuhdistuksella on potentiaalia vähentää kokonaisenergiakustannuksia jopa 20 %.
Lasin sulatus ja lasin jalostus
Lasin valmistus on erittäin energiaintensiivinen prosessi, johon kuuluu sekä sulatusta että jalostusta. Sulatus viittaa lasin muodostumisessa raaka-aineista tapahtuvien kemiallisten reaktioiden hallintaan, ja jalostus viittaa kuplien poistamiseen muodostuneesta sulasta lasista.
Natronkalkkilasien sulaminen saavutetaan noin 1 300 °C:n lämpötilassa, kun taas jalostaminen vaatii huomattavasti korkeampia, noin 1 450 °C:n lämpötiloja. Tässä korkeammassa lämpötilassa sulan lasin viskositeetti on riittävän alhainen, jotta lasin kuplat pääsevät nousemaan pintaan.
Lämpötilan nostaminen 1 300 °C:sta 1 450 °C:n jalostuslämpötilaan kuluttaa noin 40 % lasin sulatus- ja jalostusprosessissa käytetystä energiasta. Tyypillisesti yhdistetty sulatus- ja jalostusprosessi kestää noin 24 tuntia ja kuluttaa siten huomattavan määrän energiaa.
Kuplakoon, lasin raffinointilämpötilan ja ajan välillä on vahva korrelaatio. Yksinkertaisesti sanottuna suuremmat kuplat nousevat nopeammin kuin pienemmät kuplat; korkeammat raffinointilämpötilat vähentävät sulan lasin viskositeettia; kuplat nousevat nopeammin, kun viskositeetti on alhaisempi. Näin ollen rafinointiprosessin tehokkuuden parantamiseksi haluaisimme suurentaa kuplan halkaisijaa ja/tai vähentää sulan lasin viskositeettia. Kuten tulemme näkemään, ultraääniraffinointi mahdollistaa kuplan koon kasvattamisen ja kuplien tehokkaan poistamisen ilman, että sulan lasin lämpötilaa tarvitsee nostaa.
Kuplakoon vaikutus ultraäänellä avustettuun lasinpuhdistusnopeuteen
Muodollisemmin sanottuna, jos kaasukuplat yhdistyisivät, Stokesin lain mukaan sama jahvatusnopeus voitaisiin ylläpitää korkeammilla viskositeeteilla. Stokesin laki ilmaisee kiinteän, säteeltään R olevan pallon voiman F, joka on leijutettu viskositeetiltaan η olevaan nesteeseen ja liikkuu suhteellisen nopeuden v mukaan.
F = 6πηRv
Voimme käyttää tätä suhdetta osoittamaan, että kuplan halkaisijan kaksinkertaistaminen esimerkiksi 0,4 mm:stä 0,8 mm:iin antaisi teoriassa mahdollisuuden saavuttaa saman jahvatusnopeuden sulassa lasissa, jonka viskositeetti on 400 Pa, kuin mitä tapahtuisi pienemmillä kuplilla ja 100 Pa:n viskositeetilla. Huomaa, että 0,4 mm on tyypillisesti pienin kuplan halkaisija, joka nousisi metrin syvyydessä sulassa lasissa noin 16 tunnissa, nopeudella 20 mikrometriä sekunnissa.
Suhde käy ilmi kaaviosta, joka esittää tyypillisen kaupallisen lasin viskositeetin ja lämpötilan suhdetta. 1 450 °C:ssa viskositeetti on 100 Pa, kun taas 1 280 °C:ssa se on laskenut 400 Pa:iin. Stokesin lain mukaan 0,4 mm:n kuplan nousunopeus viskositeetilla 100 Pa on sama kuin 0,8 mm:n kuplan nousunopeus 400 Pa:ssa.
Toisin sanoen, kaksinkertaistamalla kuplan koon voisimme saavuttaa saman jauhatusnopeuden noin 1250 °C:n alemmassa lämpötilassa. Tyypillisesti tämä säästäisi 20 % prosessin kokonaisenergiakustannuksista.
Vaikka tämä analyysi viittaa siihen, että voimme saavuttaa huomattavia energiansäästöjä jalostusprosessissa lisäämällä sulan lasin kuplien halkaisijaa, voimmeko saavuttaa tämän käytännössä?
viskositeetti lämpötilan funktiona
Kuplien koalesenssin pakottaminen ultraäänienergialla
Ultraäänijalostuksen uusimmat edistysaskeleet tarkoittavat, että voimme nyt käyttää ultraäänienergiaa kuplien koon lisäämiseen lasinjalostuksen aikana. Vaikka prosesseja on useita, hallitseva niistä on kavitaatio.
Kavitaatio on korkeaenerginen prosessi, joka muuttaa nopeasti sulan lasin painetta luoden matalapaineisia onteloita tai tyhjiöitä. Tyhjiöt muodostavat ydintymiskeskuksia, joihin liuenneet kaasut ja kuplat diffundoituvat ja kerääntyvät. Käytännössä pienet kuplat yhtyvät muodostaen suurempia kuplia, jotka, kuten olemme osoittaneet, nousevat nopeammin pintaan, josta ne haihtuvat.
Johtopäätös
Kuplakoon kasvattaminen lasin raffinoinnin aikana ultraäänienergian tarkoittaa, että voimme saavuttaa standardinmukaiset raffinointiajat ilman, että lasisulaa tarvitsee alentaa viskositeettia nostamalla sen lämpötilaa lasin sulamisprosessin jälkeen. Tämä tarkoittaa, että voimme joko lyhentää käsittelyaikoja tai vähentää prosessissa käytettävää energiaa.
Vaikka potentiaalinen energiansäästö vaihtelee toimialakohtaisesti ja riippuu monista tekijöistä, kuten lasiteollisuudesta ja laatuvaatimuksista, ultraääniavusteisen lasinpuhdistuksen avulla voidaan saavuttaa jopa 20 prosentin energiansäästöpotentiaali. Tämä energiansäästö tarjoaa merkittävän potentiaalisen hyödyn tälle erittäin energiaintensiiviselle teollisuudenalalle.