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熔融玻璃节能

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熔融玻璃节能

我们将气泡尺寸加倍，并降低温度（斯托克斯定律）。

气泡尺寸对精炼速率的超声波效应

超声辅助熔融玻璃精炼技术有望在远低于标准工艺的温度下去除 熔融玻璃 ，而且更重要的是，无需增加处理时间。由于熔融玻璃精炼过程能耗极高，降低玻璃精炼温度可显著节省能源。本文表明，超声玻璃 精炼技术 有望将总能耗降低高达 20%。

玻璃熔炼和玻璃精炼

玻璃制造是一个高能耗过程，包括熔化和精炼两个步骤。熔化是指控制原材料熔化成玻璃过程中发生的化学反应，而精炼是指去除已形成的熔融玻璃中的气泡的过程。.

钠钙玻璃的熔化温度约为 1300°C，而精炼则需要更高的温度，约为 1450°C。在更高的温度下，熔融玻璃的粘度足够低，可以使玻璃中的气泡上升到表面。.

将温度从 1300°C 升高到精炼温度 1450°C 大约消耗整个熔炼和玻璃精炼过程中总能量的 40%。通常，熔炼和精炼过程加起来大约需要 24 小时，因此会消耗大量的能量。.

气泡尺寸、玻璃精炼温度和时间之间存在很强的相关性。简而言之，较大的气泡比小的气泡上升得更快；较高的精炼温度会降低熔融玻璃的粘度；粘度越低，气泡上升得越快。因此，为了提高精炼效率，我们希望增大气泡直径和/或降低熔融玻璃的粘度。正如我们将看到的，超声波精炼可以在无需提高熔融玻璃温度的情况下，有效地增大气泡尺寸并去除气泡。.

图1 熔融玻璃节能

气泡尺寸对超声辅助玻璃精炼速率的影响

更正式地说，如果气泡能够合并，那么根据斯托克斯定律，在更高的粘度下也能保持相同的提炼速率。斯托克斯定律描述了半径为 R 的静止球体悬浮在粘度为 η 的流体中，以相对速度 v 运动时所受到的力 F。.

F = 6 π η R v

我们可以利用这种关系来证明，理论上，将气泡直径从 0.4 毫米增加到 0.8 毫米，可以使粘度为 400 帕的熔融玻璃达到与使用较小气泡在粘度为 100 帕时相同的提纯速率。需要注意的是，0.4 毫米通常是能够上升穿过 1 米深度熔融玻璃的最小气泡直径，上升时间约为 16 小时，即每秒上升 20 微米。.

玻璃制造熔融玻璃的节能

从图中可以明显看出这种关系，图中显示了典型商用玻璃的粘度与温度的关系。在 1450 °C 时，粘度为 100 Pa，而在 1280 °C 时，粘度降至 400 Pa。根据斯托克斯定律，粘度为 100 Pa 时直径为 0.4 mm 的气泡的上升速率与粘度为 400 Pa 时直径为 0.8 mm 的气泡的上升速率相同。.

换句话说，通过将气泡尺寸增大一倍，我们可以在约 1250 °C 的较低温度下实现相同的提纯速率。通常，这将节省该工艺总能源成本的 20%。.

虽然这项分析表明，通过增加熔融玻璃中气泡的直径，我们可以大幅节省精炼过程中的能源，但我们能在实践中实现这一点吗？

粘度与温度的关系

利用超声能量强制气泡聚并

超声波精炼技术的最新进展意味着我们现在可以利用超声波能量在玻璃精炼过程中增大气泡尺寸。虽然其中涉及多种过程，但空化作用是主要过程。.

空化 是一种高能过程，它能迅速改变熔融玻璃内部的压力，形成低压空腔或空隙。这些空隙为溶解的气体和气泡提供了成核中心，使其扩散并聚集。实际上，小气泡会聚结形成更大的气泡，正如我们所展示的，这些更大的气泡会更快地上升到表面并消散。

结论

利用超声波能量增大玻璃精炼过程中的气泡尺寸，意味着我们可以在不提高玻璃熔体温度以降低其粘度的情况下，达到标准的精炼时间。也就是说，我们可以选择缩短加工时间或降低加工过程中的能量消耗。

虽然潜在的节能效果会因行业而异，并取决于诸多因素，包括玻璃行业的具体领域和质量要求，但超声波辅助玻璃精炼工艺可实现高达20%的节能效果。对于这个高耗能行业而言，这种节能效果具有巨大的潜在效益。.