Учреждение образования
«Белорусский государственный технологический университет»
УТВЕРЖДЕНА
Ректором БГТУ
Профессором И.М. Жарским
24.06.2010 г.
Регистрационный № УД-410/баз.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ
ТЕХНИЧЕСКОГО СТЕКЛА
Учебная программа для специальности 1-48 01 01 «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» специализаций 1-48 01 01 06 «Технология стекла и ситаллов» и 1-48 01 01 10 «Технология эмалей и защитных покрытий»2010 г.
УДК 666.117(073) ББК 35.41я Т Рекомендована к утверждению:
кафедрой технологии стекла и керамики учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»
(протокол № 16 от 18.05. 2010 г.);
научно-методическим советом факультета учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет»
(протокол № 7 от 23.06. 2010 г.) Составитель:
Ю.Г. Павлюкевич, доцент кафедры технологии стекла и керамики учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент Рецензенты:
В.В. Тавгень, ведущий научный сотрудник лаборатории вяжущих и лакокрасочных материалов института общей и неорганической химии НАН Беларуси, кандидат технических наук С.В. Плышевский, доцент кафедры химической технологии вяжущих материалов УО «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент Научно-методическим советом по химическим технологиям учебнометодического объединения вузов Республики Беларусь по химикотехнологическому образованию (протокол № _ от 2010 г.)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Дисциплина «Технологические процессы в производстве технического стекла» занимает важное место в инженерной подготовке студентов, обучающихся по специальности 1-48 01 01 «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» специализаций 1-48 01 01 06 «Технология стекла и ситаллов» и 1-48 01 01 10 «Технология эмалей и защитных покрытий».Дисциплина «Технологические процессы в производстве технического стекла» базируется на знании ранее усвоенных дисциплин общеинженерного цикла, общей химической технологии, процессов и аппаратов химических производств, физической химии неорганических неметаллических материалов и основ технологии силикатных материалов, а также химической технологии стекла и ситаллов.
Дисциплина имеет своей целью обеспечить:
знание технологических процессов получения изделий из кварцевого, оптического, светотехнического, электротехнического стекла, термически и химически устойчивого стекла, теплозвукоизоляционного стекла;
приобретение навыков выполнения химико-технологических расчетов;
умение разрабатывать и анализировать технологические схемы производства различных типов изделий из технического стекла.
Основными задачами при изучении дисциплины являются:
– ознакомление с ролью технического стекла в народном хозяйстве и перспективами их производства в Республике Беларусь и за рубежом;
– изучение свойств применяемого сырья и методов его обогащения;
– изучение современных методов подготовки шихты, процессов варки стекол, изготовления изделий технического стекла;
– ознакомление с возможными путями снижения расхода топливноэнергетических ресурсов, повышения качества продукции, методами предотвращения и устранения дефектов производства;
– ознакомление со специальными требованиями охраны труда, противопожарной техники, охраны окружающей среды при производстве технического стекла.
Преподавание дисциплины «Технологические процессы в производстве технического стекла» направлено на обеспечение специальной подготовки инженеров-технологов стекольного производства.
Объектом изучения дисциплины являются основные сырьевые материалы; составы технического стекла; технологические приемы подготовки сырьевых материалов, варки и выработки стекол, их отжига и другие приемы изготовления специальных видов технического стекла.
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
современный уровень развития стекольной промышленности, состояние производства важнейших видов технического стекла, достижения науки и технологии в производстве технического стекла;
перспективы развития производства технического стекла;
химические составы и классификацию стекол технического назначения;
эксплуатационные свойства основных видов изделий из технического стекла;
технологические стадии и способы производства изделий из технического стекла;
особенности варки, выработки и отжига стекол технического назначения;
преимущества и недостатки различных способов производства изделий из технического стекла.
Студент должен уметь:
контролировать технологический процесс производства технического стекла;
оценивать эффективность принимаемых технических решений в производстве кварцевого, оптического, светотехнического, электротехнического стекла, термически и химически устойчивого стекла, теплозвукоизоляционного стекла.
Требования к уровню подготовки выпускника Выпускник должен иметь достаточный уровень знаний и умений в области дисциплины специализации для осуществления социальнопрофессиональной деятельности.
Требования к академическим компетенциям Выпускник должен иметь следующие академические компетенции:
– уметь работать самостоятельно и постоянно повышать свой профессиональный уровень;
– уметь применять полученные базовые научно-теоретические знания для решения научных и практических задач в области создания и совершенствования инновационных технологий производства технического стекла;
– уметь использовать технические и программные средства компьютерной техники;
– уметь создавать и использовать в своей деятельности объекты интеллектуальной собственности.
Требования к профессиональным компетенциям Выпускник должен обладать следующими профессиональными компетенциями по видам деятельности и быть способным:
в производственно-технологической:
– разрабатывать производственные процессы с использованием инновационных технологий в производстве технического стекла;
– использовать современные информационные, компьютерные технологии;
– применять прогрессивные энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии в производстве технического стекла;
– выбирать материалы, технологические процессы и аппараты, безопасные и оптимальные по технико-экономическим, энергетическим, экологическим и иным показателям;
в проектно-конструкторской:
– разрабатывать технологическую схему новых процессов производства тонкой и технической керамики;
– рассчитывать и обосновывать технические параметры химических и теплотехнических процессов;
– оценивать технический уровень и экономическую эффективность применяемых технологических решений;
в научно-исследовательской:
– работать с научной, нормативно-справочной и специальной литературой в области производства технического стекла;
– анализировать и оценивать достижения науки в области производства технического стекла;
в инновационной:
– осуществлять поиск, систематизацию и анализ информации по перспективам развития отрасли, инновационным технологиям;
– оценивать конкурентоспособность и экономическую эффективность разрабатываемых технологий.
Диагностика компетенции студентов будет осуществляться при проведении практических занятий, контрольных работ по отдельным разделам курса и итоговой, выполнении и защите курсовой работы, а также на экзамене по дисциплине.
Для повышения эффективности усвоения теоретических знаний и профессиональной подготовки студентов следует наряду с традиционными методами обучения использовать модульное обучение, выполнение индивидуальных заданий и написание научных рефератов, выполнение студенческих научно-исследовательских работ.
Программа определяет разделы лекционного курса, последовательность их изложения и объем учебных материалов по отдельным вопросам.
На изучение дисциплины отводится 144 часа, из них 68 аудиторных, в т.ч. по видам занятий: лекций 52 часа, практических занятий 16 часов.
Рекомендуется выполнение курсовой работы в зависимости от специализации студентов.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ
Кварцевое стекло Виды и свойства стекол Технология изготовления прозрачного кварцевого стекла Технология изготовления непрозрачного кварцевого стекла Оптическое стекло Номенклатура и состав оптических стекол Технология получения оптических стекол Новые оптические стекла Светотехническое стекло Классификация и свойства стекол Технология получения светотехнических стекол Электротехническое стекло Технология электровакуумных стекол Электроизоляционное стекло Технология получения электроизоляционных Химически и термически стойкое стекло Химико-лабораторное стекло Медицинское стекло Другие виды стекол Теплозвукоизоляционное стеклоСОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Предмет и содержание курса «Технологические процессы в производстве технического стекла», его значение и связь с другими дисциплинами.Современное состояние и перспективы развития технического стекла в Республике Беларусь и в мире: сырьевая база стекольной промышленности, механизация и автоматизация производственных процессов, создание новых прогрессивных типов оборудования и эффективных технологий. Роль науки и основные направления научно-исследовательских работ в технологии технического стекла.
1 Кварцевое стекло 1.1 Виды и свойства стекол Классификация кварцевых стекол: непрозрачное, прозрачное техническое и оптическое стекло, особо чистое стекло, керамическое стекло. Назначение и область применения. Механические, термические, электрические, акустические и химические свойства кварцевых стекол.
1.2 Технология изготовления прозрачного кварцевого стекла Основные виды природного сырья для производства прозрачного кварцевого стекла: природный кварц, горный хрусталь, жильный кварц. Технологические процессы приготовления кварцевой крупки для плавления кварцевого стекла. Искусственные кристаллы кварца, синтетический диоксид кремния (СДК). Получение СДК гидролизом различных кремнийсодержащих соединений, гидротермальной переработкой горных пород.
Основные методы получения кварцевого стекла: парофазный, электрохимический, газопламенный. Технологические аспекты плавки кварцевой крупки в газопламенных, стержневых и тигельных электропечах.
Легирование кварцевого стекла. Особенности получения безгидроксильного особо чистого кварцевого стекла.
1.3 Технология изготовления непрозрачного кварцевого стекла Сырье и его характеристика. Технологические особенности получения заготовок из непрозрачного кварцевого стекла в электрических печах сопротивления с графитовыми нагревателями.
2 Оптическое стекло 2.1 Номенклатура и состав оптических стекол Классификация оптических стекол. Составы стекол и их общая характеристика. Показатели качества оптического стекла. Оптические постоянные стекол. Оптическая и химическая однородность стекла. Свойства оптических стекол (оптические, термические, термооптические, механические, химические и др.). Контроль качества оптических стекол.
2.2 Технология получения оптических стекол Сырьевые материалы и их подготовка. Подготовка и хранение боя.
Приготовление шихты. Режимы варки оптических стекол, гомогенизация стекломассы. Летучесть расплавов стекол. Химическое поведение осветлителей. Пороки в оптическом стекле и источники их образования. Влияние газов на свойства стекол.
Выработка и разделка стекла. Отливка, прессование, прокат и моллирование стекла.
Тонкий отжиг оптического стекла. Основы тонкого отжига и режимы отжига. Контроль оптической однородности стекла.
Механическая обработка оптических стекол. Абразивные материалы и инструменты. Технология шлифовки и полировки стекла.
2.3 Оптические стекла специального назначения Лазерные стекла. Химические составы, свойства и технология получения.
Фотохромные стекла. Назначение, составы, технология получения.
Стекловолоконная оптика. Световоды. Передача излучения оптического диапазона. Явление полного внутреннего отражения. Затухание сигнала в волокне, его причины. Составы стекол для оптических волокон. Технология изготовления оптических волокон.
Стекла для градиентной оптики. Составы и свойства. Получение и применение граданов.
Стекла, прозрачные в ИК области спектра. Составы стекол и особенности получения.
3 Светотехническое стекло 3.1 Классификация и свойства светотехнических стекол Виды стекол. Светотехнические характеристики, назначение и области применения.
Требования к светотехническим стеклам: пропускание, отражение, поглощение проходящего излучения, предельный цветовой тон, чистота цвета.
Теория цвета. Законы Ламбера и Бера. Цвет и его количественное выражение.
Система цветовых координат (длина волны, чистота и яркость цвета).
3.2 Технология получения светотехнических стекол Глушеное стекло. Химические составы и свойства глушеных стекол.
Стекла, заглушенные фосфатами, фторидами, сульфидом цинка, коллоидными красителями. Особенности режима варки, выработки и формования глушенных стекол.
Производство бесцветного стекла для линз Френеля и фарного стекла.
Составы стекол и режимы варки.
Сигнальные стекла. Составы и свойства стекол. Стекла, окрашенные сульфоселенидами кадмия, оксидами меди, хрома, кобальта, титана, церия и никеля. Особенности варки, выработки и формования цветных стекол.
Увиолевые стекла. Природа поглощения в дальней (ИК) и короткой (УФ) областях спектра. Граница пропускания. Химические составы стекол, прозрачных в дальней ИК и УФ областях спектра. Технические характеристики стекол и особенности технологии производства.
4 Электротехническое стекло 4.1 Составы и свойства стекол Типы электровакуумных стекол и ассортимент изделий из них. Требования, предъявляемые к электровакуумным стеклам и их свойства (термические, электрические, вакуумные, химические). Марки электровакуумных стекол. Стекла для спаев, их классификация. Припоечные стекла и ситаллоцементы.
4.2 Технология электровакуумных стекол Много- и малотоннажные производства изделий из электровакуумного стекла. Сырьевые материалы, приготовление шихты, варка стекла, способы формования изделий.
Технология производства колб для галогенных ламп и ламп специального назначения. Технология производства стеклянных трубок для люминесцентных ламп. Технология производства кинескопов. Контроль качества изделий.
5 Электроизоляционное стекло 5.1 Составы и свойства стекол Назначение и классификация стеклянных изоляторов. Линейные и аппаратные изоляторы: условия работы и надежность их эксплуатации. Технические требования к стеклянным изоляторам. Составы стекол, используемые в производстве стеклянных изоляторов. Диэлектрические свойства стекол.
5.2 Технология получения электроизоляционных стекол Сырьевые материалы, их переработка и приготовление шихты. Варка стекла и формование стеклоизделий. Технология производства стеклодеталей изоляторов. Контроль качества стеклянных изоляторов.
6 Химически и термически стойкое стекло 6.1 Химико-лабораторное стекло Ассортимент изделий и их назначение.Составы и физико-химические свойства стекол (натрий-кальций силикатных; боросиликатных и алюмоборосиликатных, алюмосиликатных безборных и малоборных, кварцоидных стекол). Химическая устойчивость стекол. Технология изготовления тонкостенных и толстостенных изделий из химико-лабораторного стекла. Методы градуировки изделий.
6.2 Медицинское стекло Составы и свойства стекол. Ассортимент стеклоизделий и их назначение. Основные требования, предъявляемые к медицинскому стеклу. Технология варки и выработки стекла. Изготовление стеклянной трубки, аптечномедицинской тары, флаконов и ампул.
6.3 Другие виды стекол Термометрическое стекло. Классификация, химические составы, основные свойства, области применения. Стекла, устойчивые к термическому удару. Особенности технологии производства изделий. Обработка трубок и капилляров. Отжиг и старение стекла.
Водомерные стекла. Стеклофильтры. Составы стекол, назначение и технология изготовления.
7. Теплозвукоизоляционное стекло Пеностекло и его классификация. Свойства и применение пеностекла.
Химические составы стекол и пенообразователи. Способы формования пеностекла. Процессы, протекающие в пенообразующей смеси и пеностекле при термообработке и формовании. Особенности производства тепло- и звукоизоляционного пеностекла: составы стекол и газообразователей, подготовка шихты, режимы вспенивания и отжига, механическая обработка. Одно- и двухстадийный способы производства пеностекла.
8 Растворимое стекло Растворимое стекло и его характеристика. Теоретические основы производства и применения растворимого стекла на основе систем Na2O–SiO2, K2O–SiO2, Li2O–SiO2, Na2O– K2O–SiO2. Химические составы промышленных стекол. Процессы формирования силикат глыбы. Особенности производства растворимых силикатов натрия и калия. Области применения растворимого стекла в строительстве и промышленности.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Расчет состава стекла и шихты. Расчет состава шихты по составу технического стекла. Определение теоретического состава стекла.2. Расчет физико-химических свойств стекол по их химическому составу методами А.А. Аппена и Хаггинса.
3. Расчет оптических постоянных стекол методами Л.И.Демкиной и О.С. Щавелевой.
4. Расчет электрических свойств стекла. Расчет электрической проводимости и диэлектрической проницаемости стекла.
5. Расчет термических свойств стекла. Расчет температурного коэффициента линейного расширения, теплопроводности и теплоемкости стекла.
6. Расчет выработочных характеристик стекол. Расчет вязкости стекол.
7. Расчет режима отжига изделий из стекла. Тонкий отжиг стекла.
8. Расчет материального баланса стекольного производства.
9. Составление технологических схем производства технического стекла.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ
1. Проект по подготовке шихты в производстве изделий из стекла.2. Проект цеха по производству оптического стекла.
3. Проект цеха по производству пеностекла.
4. Проект цеха по производству химико-лабораторного стекла.
5. Проект цеха по производству медицинского стекла.
6. Проект цеха по производству кварцевого стекла.
7. Проект цеха по производству теплозвукоизоляционного стекла.
8. Проект цеха по производству электроизоляционного стекла.
9. Проект цеха по производству светотехнического стекла.
10. Проект цеха по производству растворимого стекла.
11. Проект цеха по производству электротехнического стекла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Химическая технология стекла и ситаллов: учебник для вузов / М.В. Артамонова [и др.]; под общ. ред. Н.М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1983. – 432 с.2. Поляк, В.В.Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов / В.В. Поляк [и др.]. – М.: Стройиздат, 1983. – 432 с.
3. Хоркевич, Л.П. Кварцевое стекло в производстве электровакуумных изделий / Л.П. Хоркевич, В.К. Леко. – М.: Энергоиздат, 1981. – 88 с.
4. Халилев, В.Д. Основы технологии производства кварцевого стекла: учеб.
пособие / В.Д. Хапилев, Г.И. Прохорова.– Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1983. – 66 с.
5. Бужинский И.Н. Физико-химические основы производства оптического стекла / И.Н. Бужинский, Л.И. Демкина, К.С. Евстропьев. Л.: Химия, 1976.
456 с.
6. Халилев, В.Д. Основы технологии оптического стекла: учеб. пособие / В.Д. Хапилев.– Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1989. – 100 с.
7. Артамонова, М.В. Новые технические стекла: учеб. пособие / М.В. Артамонова.– М.: МХТИ им Д.И. Менделеева, 1973. – 62 с.
8. Стекло. Справочник / Под ред. Н.М.Павлушкина.– М.: Стройиздат, 1973. – 487 с.
9. Демидович, Б.К. Пеностекло / Б.К. Демидович. М.:Наука и техника, 1975. 248 с.
10. Павлушкин, Н.М. Легкоплавкие стекла / Н.М. Павлушкин, А.К. Журавлев. – М.: Энергия, 1970. – 145 с.
11. Матвеев, М.А. Расчеты по химии и технологии стекла / М.А. Матвеев, Г.М. Матвеев, Б.Н. Френкель. М.: Стройиздат, 1972. 240 с.
12. Цимберов, А.И. Стеклянные изоляторы / А.И. Цимберов, А.В, Штерн. – М: Энергия, 1973. – 200 с.
13. Корнеев, В.И. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло / В.И. Корнеев, В.В. Данилов. – Л: Стройиздат, 1991.– 175 с.
«