无机非金属材料工程专业毕业论文年产35万吨白酒瓶工厂原料车间工艺初步设计

I 摘 要 此设计是关于年产 3.5 万吨白酒玻璃瓶工厂原料车间工艺的初步设计。首先，要 说明选题的理由以及依据，并给予一定的说明；其次，要根据要生产白酒瓶玻璃的特 殊质量需要，确定白酒瓶的生产原料。并且对其原料进行物料平衡计算，算出原料的 分配，要把在生产过程中的物料损失计算在内；再者，对其工艺流程进行设计，以节 能环保为前提。本设计主要是要针对原料车间的设计，在这个过程中要根据原料的要 求进行设备选型，选型就是选用最佳的型号，即符合生产要求，也不至于产生浪费得 到合理的利用，画出工艺流程图，其中要有手绘版和 CAD 两种方式；最后，要把各个 原料的来源以及价格等方面说明清楚，并计算生产过程中具体的开支。整个设计的内 容比较完整、具体，并且在设计过程中结合了实际情况，所以对实际生产有一定的指 导意义。 关键词：白酒瓶；原料车间；工艺设计；物料计算；设备选型 II Abstract This design is about forty thousand tons of white bottle factory with an annual output of raw materials the preliminary design of the workshop process. First of all， to show topic basis， and give some description; Secondly， according to the requirements of the production of white glass bottle， white bottle to determine the raw materials into products. And its raw materials for material balance calculation，calculate the distribution of raw materials， put the losses in the production process into account; Furthermore， its design process， in line with the requirements of energy saving. The design of its raw materials mainly to the design of the workshop， to be in the process equipment selection， selection is the choice of the best models， in line with production requirements， and reasonable use， draw flow chart， which should be hand-drawn and CAD in two ways; Finally， should the source of raw materials and price so that clear， and calculate the production process of specific expenses.The contents of the entire design more comprehensive， specific， and in the design process with the actual situation， so the actual production of some significance. Key words：White spirit bottle；Workshop materials；Process；Balance calculation III 目录 摘 要 ABSTRACT.II 第 1 章绪论 1 1.1 本设计价值以及依据.1 1.2 玻璃啤酒瓶产业环境分析2 1.3 指导思想及原则3 1.4 工艺流程的先进程度4 第 2 章技术经济基础 5 2.1 建厂地区的综合条件5 2.1.1 地理位置.5 2.1.2 环境条件.6 2.1.3 地址气象.6 2.2 原料的使用7 2.3 使用原料7 2.4 供电排水情况7 2.5 主要技术经济指标7 2.6 经济技术评价8 第 3 章 原料成分的设计 .9 3.1 玻璃成分的内涵9 3.1.1 玻璃的成分设计的重要性.9 3.1.2 玻璃成分设计的原则.9 3.1.3 玻璃的成分10 第 4 章 生产工艺的确定 12 4.1 玻璃成分的设计的选择及配方计算12 4.1.1 玻璃成分的设计的选择.12 IV 4.1.2 配方计算.13 4.2 生产工艺的确定16 4.2.1 工艺流程的设计.16 4.2.2 物料流程图的设计.17 第 5 章 生产计算 18 5.1 生产班制的确定18 5.2 物料平衡计算参数18 5.3 物料平衡计算过程18 5.4 机械设备19 5.4.1 筛分.20 5.4.2 原料的干燥.20 5.4.3 破碎和粉碎.20 5.4.4 电磁除铁.21 5.4.5 称量设备.22 5.4.6 配合料的混合.22 5.4.7 配合料的传输和贮存.22 5.4.8 配合料的粒化.24 5.5 给水设备24 5.6 采暖和除尘24 第 6 章 车间布置 25 第 7 章 车间组织及人员编制 26 7.1 车间组织及生产管理26 7.2 车间工段岗位定员明细表工资总额及工资附加26 第 8 章 车间设计成本的估算.28 8.1 配合料成本的估算28 8.2 设备的经济成本估算28 第 9 章 安全技术与措施 30 第 10 章 本设计的经济效益 .31 10.1 经济上的优缺点31 10.2 设计中存在的问题31 10.3 具体的成本及利润表31 结 论 33 参考文献 .34 致 谢.35 1 第 1 章绪论 白酒瓶材料有很多种的，有陶瓷、玻璃、紫砂等等，本课题主要针对白酒玻璃瓶 的生产原料以及原料车间进行设计。玻璃是熔融、冷却、固化的非晶体（在特定的情 况下也可能成为晶体）无机物。玻璃的物理化学性质不仅取决于其化学组成，而且与 玻璃结构有密切的联系。只有认识玻璃的结构，掌握玻璃组成、结构、性质三者之间 的内在联系，才有可能通过改变化学组成、热历史，或利用某些物理化学、化学处理， 制取符合规定要求的物理化学性能的玻璃材料或制品。 白酒瓶生产所需的原料，针对不同原料的产地、选取方法、质量控制的不同对浮 法玻璃质量造成的影响加以阐述，并介绍了一些质量指标的控制与检测方法以及需要 采取的工艺措施。 1.1 本设计价值以及依据 随着国民经济的快速发展，社会交流、国内外的旅游行业的发展空间越来越大， 人民的生活水平得到前所未有的提高。人们饮食、消费习惯呈多元化发展趋势，带动 酒类行业达到空前的顶峰，致使白酒瓶的需求量也大幅度提高。 根据国家轻工总会统计，我国现有日用玻璃规模以上行业（产值 500 万以上）有 700 余家，年产各种玻璃制品 800 万吨以上的，其中各种瓶罐的占 95%。就估计，我 国人均消费轻工玻璃制品的数量不足 7KG，仅为西方国家的 1/71/8，尤其是随着人们 环保理念和健康理念的不断极强塑料和纸包装将日渐萎缩。可见轻工玻璃制品，尤其 瓶罐产品在我国乃至世界的需求市场和潜力是十分巨大的。特别是近年来白酒企业为 提高产品档次纷纷使用专用瓶和非回收瓶，通用回收瓶日渐淘汰，这对于促进白酒瓶 需求量的增加具有十分积极的作用。 本文主要论述了浮法玻璃生产所需的原料，针对不同原料的产地、选取方法、质 量控制的不同对浮法玻璃质量造成的影响加以阐述，并介绍了一些质量指标的控制与 检测方法以及需要采取的工艺措施。玻璃原料以石英砂为主要原料，加上其他辅料在 高温下溶化成液态，然后注入模具，冷却、切口、回火，就形成玻璃瓶。 玻璃瓶一般有刚性标志，标志也由模具形状制成。玻璃瓶的成型按照制作方法可 以分为人工吹制、机械吹制和挤压成型三种。 1.2 玻璃啤酒瓶产业环境分析 2 种种问题表明目前在日用玻璃行业仍存在及其的突出问题。 首先，节能环保问题一天比一天突出，环境保护的喊声也是一天比一天高。虽然 日用玻璃行业并不是轻工行业上的污染大户，可是能量毕竟来自于煤的燃烧。只要烧 煤就会有有毒气体的排放问题。所以控制有毒气体的排放问题现在已经成为日用玻璃 行业的重中之重。同时找出解决此问题的技术，投资还是企业可以接受的了的，已经 成为我们这一代人身上的责任。 其次，日用玻璃行业的技术人员短缺，现在社会上技术过硬的人员少之又少，既 懂技术又懂得管理的人员就更是寥寥无几了。致使一些民营的日用玻璃行业到处高薪 挖人，使得行业内部的技术人员队伍不稳定，流动量大。固然说培养这方面的人才也 是社会上待迫切解决的问题。 再次,玻璃窑炉是一个玻璃企业的核心部分，重中之重。许多企业的技术人员都大 胆的对窑炉进行了改造，由于目前的玻璃生产面向工业化、大型化，并且为了提高玻 璃的生产量有对玻璃的熔化率进行了提高。但是整体来看，我们的技术改造好行进入 了一个误区。在实现了大型化和提高了熔化率的同时降低了燃料的单耗，也降低了玻 璃液的质量牺牲了炉龄。 随后，近几年由于物价上涨的厉害，带动煤、石油等燃料价格猛增，石英砂、方 解石等原料价格也水涨船高。造成了玻璃的生产行业成本上升，但是产品的单价又并 非由自己说了算，收益大大下降。致使一些中小企业最终走上了倒闭的道路。 最后，近几年世界频繁爆发金融危机，是玻璃行业的订单大大减少，虽然国家政 府提出减税、退税的政策，但是并不能在根本上解决问题。根本的问题还是需要我们 玻璃行业自己去解决。比如为了降低成本可以增加碎玻璃的加入量，同时还可以增加 玻璃的融化效率，及节能又环保，既经济又实惠，真的可以说是一件好事。但是在废 玻璃的回收、清洗、破碎方面还存在一些技术问题，比如说废玻璃的回收价格太低使 得大量的废玻璃得不到回收，资源浪费严重。 1.3 指导思想及原则 工艺设计人员在进行设计之前，必须明确玻璃瓶罐工厂工艺设计的指导思想，掌 握其基本原则和程序，并在设计中严格贯彻和执行有关方针政策，积极采用合理可靠 的先进技术，提高产品质量，增加产量，降低成本。在高温、粉尘、重体力诸方面， 尽量改善操作条件。设计中应留有适当发展余地。在广泛收集国内外有关详尽资料基 础上，做出合理可靠的、正确的、先进的设计。 生产过程严格按照国家相关标准，严控污染物排放指标，对多种矿渣实行尽量消 耗工艺，减少其他污染。下面是工艺设计的基本原则的简介： 3 根据设计计划任务书规定的产品品种质量、产量要求进行设计，设计产量应该略 超出计划任务书规定的产品产量，也可以略低于计划任务书规定的产品产量（如在受 设备选型限制条件下） ，但在实际的工厂设计中，应提出报告，说明原困，在取得上级 同意后，可按此继续设计。熔窑、原料加工机械、成型机械等主机的产量，除了参考 设备说明书和进行经验公式计算外。还应根据国内同类型主机的生产数据，并参考国 内近似规格的主机产量进行标定。在工厂建成后的较短时期内，主机能达到标定的产 量，即达到设计要求。同时，标定的主机产量应符舍优质、高产、低消耗和设备长期 安全运转的要求既要发挥设备生产能力，又不能过分追求强化操作。 选择技术先进可靠、经济合理的工艺流程和设备。工厂的工艺流程和主要设备确 定以后，整个工厂设计大局已定。工厂建成后，再想改变其工艺流程和主要设备，将 是十分困难的。在选择生产工艺流程和设备时，应尽量节省能源，采用国内较成熟的 先进经验和技术，对于新技术、新工艺、新设备，必须经过生产实践鉴定合格后，才 可在新建厂设计中采用。设计中引进国外的新技术、新工艺、新设备必须达到预期的 技术要求和经济效益，即应格外慎重。工艺流程和设备的选择应进行方案对比，以达 到投术先进、经济合理的目的。在进行具体设备选型时，尽量选用结构新、体型小、 重量轻、效率高、能耗省且操作可靠、经久耐用、维修方便、供应有保证或能自行加 工制造的设备。各种附属设备的型号、规格应尽量统一，以便于生产管理和减少配备 件的种类。 全面解决工厂生产、厂外运输和各种储备的关系。由于玻璃工厂的生产是长期连 续不断的，而机械设备常需进行检修，同时，厂外运输又是间歇的，且受各种条件的 制约，团此，各种物料都应有适当的储备。各种堆场、储库的容量，应满足各种物料 储存期的要求，储存期的确定应使生产有一定的机动性，以利于工厂均衡连续地生产。 但储存期也不应太长，以免增加基建工程童及工厂生产时的流动资金。 注意、考虑工厂建成后生产挖潜的可能和留有工厂发展余地。工厂从设计到建成 投产往往要几年时间，而生产技术却在不断地发展，因此，设备的生产能力应能切实 满足生产要求并留有余地。例如，各车间主机对熔窑应有一定的储备能力，各种附属 设备对其主机应有一定的储备能力。考虑工厂扩建的原则是：既要便于今后的扩建， 使工厂扩建时尽量不影晌原有的生产，又要尽可能不增加当前建厂的占地面积和投资。 合理考虑机械化、自动化装备水平。机械化水平应与工厂规模和装备水平相适应， 其中主要是研究经济效果。连续生产过程中大宗物料的装、运、卸，必须实现机械化； 高温、粉尘浓度高的操作环节、重大设备的检修、起重，以及需要减轻繁重体力劳动 的场合，也应尽可能实现机械化。我国工厂生产过程的自动化有自己的特点，目前不 强调高度全盘自动化，而是注重讲求实效的局部自动化。如保证熔窑连续生产的自动 4 化；调节频繁、非人力所能的环节的自动化等。 注意保护环境、减少和避兔环境污染。贯彻执行国家环境保护、工业卫生等方面 的规定，采取积极措施，减少和避免环境污染，以保证职工身体健康和延长设备使用 寿命。 方便施工、安装，方便生产、维修。工艺布置应做到生产流程顺畅、紧凑、尽置 简单化，力求缩短物料的运输距离，并充分考虑设备安装、操作、检修和通行的方便， 以及其他专业对布置的要求。 1.4 工艺流程的先进程度 工艺流程是现阶段比较先进的，符合国家要求的规格，安全、适用、节能。并且 对废旧玻璃瓶进行回收，减少了浪费。计算过程中的误差较小，玻璃原料熔化率较高， 尽可能的使资源得到合理的利用。 合理的改造出效益，玻璃原料车间将现阶段的科研成果应用其中，有也就是说在 科技含量方面可以说是相当高的，可以在玻璃瓶罐行业里面起到带头作用。当然社会 的进步科技在不断的完善过程就会不停歇的前进，改造是永远不会停止的，在以后的 生产过程中，还会有许多需要改善的地方。 5 第 2 章 技术经济基础 技术经济研究技术领域的经济问题和经济规律，技术与经济的相互影响与相互作 用，并寻找技术与经济的最佳结合。它已广泛应用于社会经济生活的各个领域，成为 政府和企业乃至个人进行投资决策分析的工具。 2.1 建厂地区的综合条件 本设计的是玻璃厂，所以确定建厂位置时需要根据地理位置，环境条件，地址气 象等方面加以说明。 2.1.1 地理位置 富拉尔基交通电讯便利。号称“亚欧大陆桥”的滨洲铁路横贯东西城区，嫩江富拉尔 基江段建有滨洲铁路嫩江桥（滨洲铁路于嫩江上曾建三桥，原为单线桥，现为复线桥） 。 富拉尔基铁路货场吞吐能力：一次堆货量最高为 13221.2 吨，年办理量最高为 152.4 万 吨。区域内公路四通八达，有县级以上公路七条，通车里程 342.3 公里（2001 年） 。碾 北公路（301 国道省内段）穿城而过，西可达龙江县、碾子山区、内蒙古等地，北可达 梅里斯区、齐齐哈尔。齐富跃进公路（28 公里）直通齐齐哈尔、富拉尔基两地。跃进 公路改造齐富高速公路工程已于 2006 年 5 月启动，浮桥已于 8 月竣工。向东有汽 车轮渡至嫩江东岸，由富昂公路通向昂昂溪区，远期将建设嫩江公路桥，并与碾北公 路、111 国道构成齐齐哈尔外环线。投资 1800 余万元建设的富拉尔基公路客运站业已 完工，将于 10 月投入使用。 富拉尔基港距区中心 8 公里，机动船上溯可达嫩江县，下行可至哈尔滨。拥有千 吨级泊位两个，年物资吞吐能力近 26 万吨，年水动量 2.33 万吨。全区共有机动车近三 千台，出租车 600 余台。从本区出发到齐齐哈尔大民机场仅 23 公里。通讯系统具有国 际、国内所有通讯业务，有中国网通、中国电信、中国铁通、中国移动、中国联通等 电信运营商。 富拉尔基区位于齐齐哈尔中心城区西南 37 公里的嫩江西岸，东与昂昂溪区毗邻， 西与龙江县接壤，南临泰来县，北连梅里斯达斡尔族区。主城区东西长 4.5 公里，南北 6 长 12.7 公里。区域总面积 375 平方公里，其中城区面积 38.5 平方公里，可耕地面积 235422 亩，草地面积 108,488 亩，林地用地面积 1597.4 公顷，流域面积嫩江 88 平方公 里，长 34.5 公里；库勒河 33 平方公里，长 38.75 公里；二沟河 9 平方公里，长 15 公 里。 2.1.2 环境条件 富拉尔基区是齐齐哈尔市下辖七区之一。区中心位于齐齐哈尔市中心城区西南 37 公里，嫩江齐齐哈尔段下游西岸。地处东经 12345，北纬 4715。东与昂昂溪区毗邻， 西与龙江县接壤，南临泰来县，北连梅里斯达斡尔族区。主城区东西长 4.5 公里，南北 长 12.7 公里。区域总面积 375 平方公里，其中，城区面积 37 平方公里。可耕地面积 13.2 万亩，草地面积 11.5 万亩，水域面积 3.6 万亩。 富拉尔基地处嫩江平原，平均海拔 146 米，属中温带大陆性季风气候。年平均气 温 3.37，一月平均气温-16.8，七月平均气温 24.1，平均年降水量 415.5 毫米， 无霜期 136 天左右。嫩江流经区东部进入龙江、泰来县，库勒河流经区西部注入嫩江。 区域远古时期气候湿润，野生动物众多，曾于嫩江富拉尔基城区段西岸发掘出披毛犀 完整骨架化石一副（现存于黑龙江省博物馆） 。 富拉尔基矿产资源丰富，石油、天然气储量可观，现已由大庆联谊公司开采。沿 江地带盛产建筑用砂和铸型砂、河流石产量丰富，可供高层、大型建筑使用。齐齐哈 尔市位于中国东北松嫩平原，地处东经 122 至 126、北纬 45 至 48，东临大庆市和绥 化市，南接吉林省白城市，西靠内蒙古呼伦贝尔市，北与黑河、大兴安岭接壤，土地 总面积为 42289 平方公里，海拔高度一般在 200 至 500 米之间。 这样的环境适合开工厂，但是其气温较低，需要消耗一定的热量来原料预热，算 是美中不足。 2.2 原料的使用 本设计所需要的原料：石英粉；长石粉；纯碱；硼砂；硝酸钠；氧化锌粉；方解 石粉；萤石粉等。 2.3 使用原料 石英粉，含有 99.75的氧化硅，0.17氧化铝，0.01氧化铁。 长石粉，含有 66.20的氧化硅，18.41氧化铝，0.31氧化铁，0.85氧化钙， 14.74氧化钠。 纯碱，含有 57.70的氧化钠。 7 氧化锌粉，含有 99.76的氧化锌。 硼砂，含有 36.31的氧化硼，16.55的氧化钠。 硝酸钠，含有 36.45的氧化钠。 方解石粉，含有 55.88的氧化钙。 萤石粉，含有 68.42的氧化钙。 2.4 供电排水情况 富拉尔基区的电路网已经健全，可以随时安装一条线路，工业用电。 排水方面更方便，经过净化达标的水的可以用来浇灌农田，资源的合理利用，更 可以体现出来。 2.5 主要技术经济指标 表 2-1 建厂的主要经济技术指标 序号项目单位数量备注 1产量吨/年40 000 2人员数人 人 26 20其中工人数 行政人员数人2车间主任 石英粉吨/年 长石粉吨/年 硼砂吨/年 3纯碱吨/年 17 336 8 964 329 3 000 方解石吨/年1 634 氧化锌吨/年662 萤石吨/年389 芒硝吨/年455 白砒吨/年76 4日用水量立方米/日3.8 5最大日用水量立方米/日4.5 6车间用地面积平方米4 920 7运输量吨/年47 093.3 运出量吨/年400 000 8配合料均成本元/吨837.3 8 2.6 经济技术评价 对本设计的经济合理性进行计算、分析、论证，并得出结论：此设计方案可行。 这是设计可行性研究工作的一项重要内容，也是最终可行性研究报告的一个重要组成 部分。目的是根据国民经济长远规划和地区、部门（或行业）规划的要求，结合产品 需求预测和工程技术研究，通过计算、分析、论证和多方案比较，提出全面的评价报 告，为方案决策和编制设计任务书提供可靠的依据。 此设计的经济技术评价是适合生产，可以产出期望的利润。产品的质量合格，并 且可以为消费者所接受。 9 第 3 章 原料成分的设计 3.1 玻璃成分的内涵 玻璃成分是指玻璃中所含化合物的种类与比例，严格一点的说，应该称为化学组 成通常称为成分或者组成。成分是本质，是影响玻璃结构的、性质和功能的内因，成 分对结构、性质和功能起决定性的作用。合成和制备方法也要根据成分来确定。但这 属于外因玻璃的成分应该保证通过合适的制备方法，以破坏晶体的有序结构而进行无 序化，而得到非晶体固体。 3.1.1 玻璃的成分设计的重要性 玻璃成分对玻璃材料或者产品功能、性质和成本均会产生巨大的影响，普通的钠 钙硅酸盐玻璃的膨胀系数在（8590）10-7 /之间所以必须设计低碱高硅的玻璃成 分，已满足玻璃产品的性质和功能方面的需要。玻璃制品的性质和功能不仅取决于玻 璃的成分，并且还控制着原料的成本。有些特种玻璃种根据性质的需要还需加入了稀 土元素，成本昂贵。在玻璃的组成设计时使用性质相似的其他成分替代稀土元素，可 以使成本下降。所以原料选用不合理会使产品质量降低，废品增多，成本升高。玻璃 原料组成与生产工艺也有紧密的关联，一般根据玻璃的原料组成来确定生产工艺，但 是对生产工艺已经确定了的来选择相适应的玻璃成分是不适合的，会导致熔制、成型、 退火出现问题，严重时甚至导致无法生产。设计玻璃成分不合理时，如未考虑到晶化 速率过快，可能成型时在池窑的某个部位可能发生整体析晶，此时只能停止生产。其 他玻璃品种也有因析晶而影响生产的。至于玻璃成分设计不当造成融化困难，溶质时 产生结石、条纹、气泡等缺陷，在现实生产中时有发生所以大多数情况下都是根据设 计的玻璃成分来制定生产工艺。 3.1.2 玻璃成分设计的原则 玻璃的成分设计是依据我们所要玻璃的功能、用途、性质、和成本来设计的。最 近几年里成分设计除了根据以上几点要求外，还得将环境因素考虑在其中，要将保护 生态环境作为成分设计的最终目标和出发点，将环境指标结合产品功能、性质、和成 10 本作为成分设计的第一思想。在构思和成分的设计途中，必须将节能减排、资源的重 复使用以及保护生态环境方面贯彻始终。 3.1.2.1 玻璃成分必须在玻璃成型区内 设计透明玻璃的成分必须要在玻璃成型内，经过融化的过程和冷却过程，玻璃不 析晶。 不同成分的系统有不同的玻璃成型区，通常是根据是要拿得出的。由 SiO2-CaO- Na2O 系统的成型范围，可知钠钙硅玻璃实用成型范围为 SiO2 60%80% CaO 5%20% Na2O 10%20%。 3.1.2.2 玻璃性质必须达到要求的指标 不同用途的玻璃材料与制品有不同性质指标，设计的玻璃成分的性质必须满足产 品性质的要求。玻璃的性质指标是根据标准要求或根据客户使用要求而制定的。现代 化的社会是个标准化的社会，离开标准我们将寸步难行。随着全球化的进展，标准对 国家利益、企业利益具有越来越重要德的意义。 3.1.3 玻璃的成分 玻璃的成分的类型很多，而且每年一较高的速度增加，但是基本上可以分为实用 玻璃成分和研究、开发的玻璃成分。根据需要我们主要使用硅酸盐玻璃中的钠钙硅酸 盐玻璃（SiO2-CaO-Na2O） 。 钠钙瓶罐玻璃成分在（SiO2-CaO-Na2O）三元系统的基础上添加 Al2O3和 MgO，与 平板玻璃不同之处在于瓶罐玻璃中 Al2O3 含量比较高，CaO 含量也比较高，而 MgO 含 量较低。不论何种类型的成型设备，只要工厂根据实际情况做一些微调即可。 其成分为： SiO2 70% 73% Al2O3 2% 5% CaO 7.5% 9.5% MgO 1.5% 3% R2O 13.5% 14.5% 此类型成分的特点是含铝量适中，可以利用含 Al2O3 的硼砂，或采用长石引入碱 金属氧化物，以节约成本。CaO+ MgO 含量比较高，硬化速度比较快，能适应较高的 机速。用一部分 MgO 代替 CaO，防止玻璃在流液洞、料道和供料机处析晶。 MgO /CaO 比值和 MgO+CaO 总量对瓶罐玻璃融化速率、也想温度的影响，见表 11。 表 11 瓶罐玻璃成分 单位 % （质量分数） 编号 SiO2Al2O3FeO3 MgO+CaONa2O+K2O TiO2 SO3 11 R-1 R-2 R-3 R-4 72.00 71.80 71.55 71.45 1.55 1.75 1.95 2.10 0.084 0.084 0.084 0.084 11.5 12.10 12.75 13.00 14.40 13.80 13.20 12.90 0.12 0.12 0.12 0.12 0.35 0.35 0.35 0.35 玻璃成分中 MgO /CaO 比在 0.190.35 之间，玻璃熔化温度在 14501500 之间，融 化速率以配料完全融化时间来表示，也就是以观察到石英颗粒消失所需时间来表示。 12 第 4 章 生产工艺的确定 4.1 玻璃成分的设计的选择及配方计算 玻璃的成分设计是设计的一个重要环节，玻璃的成分设计的选择是要经过一个复 杂的过程进行选择的。配方的计算时需要精确，合理，同时还要考虑到原料的含量， 选择合适的原料。 4.1.1 玻璃成分的设计的选择 玻璃的成分设计需要根据相图，析晶点来决定配方在这个点上应该尽可能的降低 玻璃的熔融温度，减小浪费，是原料得到合理的利用。根据经验，选出了一个合理使 用的配方。 原料的成分如下： 石英粉，含有 99.75的氧化硅，0.17氧化铝，0.01氧化铁。 长石粉，含有 66.20的氧化硅，18.41氧化铝，0.31氧化铁，0.85氧化钙， 14.74氧化钠。 纯碱，含有 57.70的氧化钠。 氧化锌粉，含有 99.76的氧化锌。 硼砂，含有 36.31的氧化硼，16.55的氧化钠。 硝酸钠，含有 36.45的氧化钠。 方解石粉，含有 55.88的氧化钙。 萤石粉，含有 68.42的氧化钙。 根据产品的需要，其化学组成设计如下：下表 3-1 表 3-1 玻璃化学组成 （质量分数）% SiO2Al2O3CaoFe2O3B2O3R2OZnO 70.55.03.80.0546.212.52.0 4.1.2 配方计算 设原料均为干燥状态，计算中不考虑其水分存在。 13 （1）计算石英粉与长石的用量。 石英粉的化学成分为： SiO299.75，Al2O30.17，即 1 份石英砂引 SiO20.9975 份， Al2O30.0017 份。同样 1 份长石可引入 SiO20.6620 份，Al2O30.,1841 份， Fe2O30.0031 份，CaO0.1474 份。 设石英粉用量为 x，长石用量为 y，则有： 0.9975x+0.6620y=70.5 0.0017x+0.1841 y =5.0 解之得： x=53.2 y=26.4 即熔制 100kg 玻璃，需要石英粉 53.2kg，长石粉 26.4kg（由石英引入的 Fe2O3为： 53.20.001=0.0532kg） （2）计算有长石同时引入 R2O 和 CaO 与 Fe2O3的量。 Na2O 26.40.1474=3.90 CaO 26.40.0085=0.224 Fe2O3 26.40.0031=0.082 （3）计算硼砂量。硼砂的化学成分为 B2O336.31，Na2O16.55。玻璃的组成中 B2O3为 6.2。 所以，硼砂的用量为：6.210036.31=17.1 同时引入的 Na2O 的为：17.10.1655=2.83 （4）计算纯碱用量： 玻璃组成中的 Na2O 为 12.5 由长石引入的 Na2O 为 3.90 有硼砂引入的 Na2O 为 2.83 尚需引入的 Na2O 为：12.5-3.90-2.83=5.77 纯碱的化学成分 Na2O 为 57.70 所以纯碱的用量为 10.0 （5）计算方解石的用量： 玻璃组成中的 CaO 为 3.8 由长石引入的 CaO 为 0.224 尚需引入的 CaO 为 3.576 方解石的化学成分为 CaO55.88 所以，方解石的用量为：3.57410055.88=6.40 （6）计算氧化锌用量： 氧化锌的化学成分为 ZnO99.76，玻璃组成中的 ZnO 为 2.0 所以，氧化锌的用量为：2.010099.76=2.00 14 根据上述计算，熔制 100kg 玻璃各种原料的用量如下： 石英粉 53.2kg 长石粉 26.4kg 硼砂 17.1kg 纯碱 10.0kg 方解石 6.40kg 氧化锌 2.00kg 总计 115.10kg （7）计算辅助原料及挥发损失的补充。 以萤石作为助溶剂，以引入配合料的 0.5氟计，则萤石为配合料质量的 0.578/1.03倍。 所以，萤石用量为：115.100.0103=1.19 萤石的化学成分含有 68.42的 CaO 有萤石引入的 CaO 为：1.190.6842=0.82 相应地应减去方解石的用量为：0.8210055.88=1.47 所以，方解石的实际用量为：6.40-1.47=4.93 考虑 Na2O 和 B2O3的挥发损失。 根据一般情况 B2O3的挥发损失为自身质量的 12，Na2O 的挥发损失为自身质量 的 3.2，则应补足 B2O3为：6.20.12=0.74 Na2O 为：12.50.032=0.40 需要加入硼砂为：0.7410036.31=2.04 硼砂的实际用量为：17.1+2.04=19.14 2.04 份硼引入 Na2O 的量为：2.040.1655=0.34 相应地应减去纯碱的用量为：0.34100/57.70=0.59 需要加入纯碱的量为：0.40100/57.70=0.69 即纯碱的实际用量为：9.13-0.59+0.69=9.23 熔制 100kg 玻璃的实际原料用量如下： 石英粉 53.2kg 长石粉 26.4kg 硼砂 19.14kg 纯碱 9.23kg 方解石 4.93kg 氧化锌 2.00kg 15 萤石 1.19kg 总计 116.09kg 计算配合料的气体率： 配合料的气体率为：（116.09-100）116.09=13.86 玻璃的产率为：100116.09100=86.14 如果每次配合料的量为 500kg，碎玻璃中 Na2O 和 B2O3的挥发损失不计，则碎玻 璃用量为：50040=200kg 粉料用量为：500-200=300kg 放大倍数：300/116.09=2.584 500kg 配合料中各原料的粉料用量=熔制 100kg 玻璃中各原料用量放大倍数 每副配合料中 石英粉的用量为 53.22.584=137.47kg 长石粉的用量为 26.42.584=68.21kg 硼砂的用量为 19.142.584=49.56kg 纯碱的用量为 9.232.584=23.58kg 方解石的用量为 4.932.584=12.74kg 氧化锌的用量为 2.002.584=5.17kg 萤石的用量为 1.192.584=3.07kg 总计 299.81kg 原料中如含水分，按下式计算其实际用量 湿基用量=干基用量（1-水分） 计算结果见表 表 3-2 干基湿基对比表 每次制备 500kg 配合料 减碎玻璃后各原料用量 原料熔制 100kg 玻璃 原料用量 /kg 原料含水 率/% 干基湿基 石英粉53.2 1 137.47 138.86 长石粉26.4 1 68.21 68.90 硼砂19.14 1 49.56 50.06 纯碱9.23 0.5 23.58 23.70 方解石4.93 0.8 12.74 12.84 氧化锌2.00 0.5 5.17 5.20 萤石1.19 1 3.07 3.10 总计120.71 - 299.81 302.53 拟定配合料粉料中含水量为 5时计算加水量 16 加水量=粉料干基（1-水分）-粉料湿基 加水量=299.81（1-5）-302.53 =315.59-302.53=13.06kg 需要加湿润水的水量为 13.06kg。 4.2 生产工艺的确定 生产工艺要有工艺流程图和物料流程图的设计。 4.2.1 工艺流程的设计 工艺流程图借助于管线(线条)连接的图形符号来表示一个工艺过程或工艺装置的 图样。图形符号表示设备，线条表示物流(streams of mass)和能流(energy flows)或能量 的传递。图上一般均带有物料和热量平衡表。 制备合格的配合料是保证熔融玻璃质量的先决条件。实际上玻璃的熔制过程不应 该局限于在熔窑中所发生的一系列固-液-气相反应，而应延伸到从配合料制备开始。 缺乏严格的配合料制备工艺，就难于获得优质的玻璃制品。 （1）原料贮存和输送:原料贮存、原料输送、气力输送类型。 （2）称量与混合:称量误差、称量原则、混合。 石英破碎粉碎筛分精选脱水干燥电磁除铁粉料仓 长石破碎粉碎筛分电磁除铁粉料仓 硼砂干燥粉碎筛分电磁除铁粉料仓 纯碱粉碎筛分电磁除铁粉料仓 方解石粉干燥粉料仓 氧化锌粉干燥粉料仓 萤石粉干燥粉料仓 碎玻璃精选破碎电磁除铁粉料仓 4.2.2 物料流程图的设计 化工装置中的每一个设备都有原料、产品、或废气等。它们从一个设备进入另一 个设备，流动的方向和先后连接的次序代表了整个生产全过程。一般用简单的线条及 简单的设备图形来表示这个过程称为流程或流程图。在计算机中是一种以符号或关系 连线表示的系统各单元或分析试验过程中各个步骤之间相互关系的顺序图。在计算机 应用中，流程图又称为程序框图，是计算机运行的简化示意图，用以指明某一特定系 统的输入和输出的逻辑关系和程序执行的顺序。建立框图是编制详细的计算机程序的 第一步。 17 流程图也称物料流程图。一般在化工厂初步设计阶段提供。它以图表结合的形式 来表示各车间(装置)的主要工艺物料流程和物料平衡、设计特性、换热器负荷等内容。 以粗细实线绘制出的简单轮廓，并标注其名称、位号，重要设备注出特性数据以及操 作压力、温度等。以箭头示流向等。图样反映了化工工艺设计的计算结果。可供设计 审查和进一步设计作依据，也可供今后生产操作时参考。 作业流程图可从产品的原材料、产品组成部分和作业所需的其他物料投入开始， 到最终产品实现的全过程中的所有备料、制作(工艺反应)、搬运、包装、防护、存储等 作业的程序，可包括每一过程涉及的劳动组织(车间、工段、班组)或场地，用规范的图 形和文字予以表示，以便于作业的组织和管理。 作业流程图在我国机电行业习惯上称为工艺过程(路线)。它是根据设计文件将工艺 过程的名称和实现的方式、方法，表示为具体采用的流程顺序、工艺步骤和加工制作 的方法、要求。 物料流程图包括简单设备和原料的大致流程。 18 第 5 章 生产计算 5.1 生产班制的确定 玻璃的生产是要连续进行的，所以需要二十四小时都处于工作状态。本设计采用 三班倒制，每班工作 12 小时。当然可以适当提高工资。 5.2 物料平衡计算参数 表 5-1 各种原料原始资料 名称石英粉长石粉硼砂纯碱方解石碎玻璃氧化锌萤石 原料再工运输的 损失% 322.52371.52 原料含水量%11 10.50.810.51 原料容重 t/m32.651.71.71.11.02.51.01.7 成粒原料容重 t/m3 1.41.61.50.60.52.50.51.6 5.3 物料平衡计算过程 本设计是年产 3.5 万吨白酒瓶的原料车间的初步设计，年产 3.5 万吨物料平衡计算 如下： 由：W总=3.5116.09107kg 设计中采用 40的碎玻璃，所以 W碎=3.5116.0940=162.53107kg 生产原料需 W生=W总-W碎=243.79107kg 19 故 W碎日=W碎/365=4452876.7kg W日=W生/365=6679178.1kg 碎玻璃在生产过程中要损失 0.15的 Na2O，这部分需要用纯碱来补充，具体需要 的质量：W补纯碱=（W碎日0.1512.5/100）/57.5%=1446.99kg （1）根据配料计算熔制 100kg 玻璃的实际原料作标准则每天的干基原料用量如下： 石英粉 3060834.48kg 长石粉 1518910.54kg 硼砂 1101210.14kg 纯碱 531043.34kg1446.99kg=532490.33kg 方解石 283645.04kg 氧化锌 115068.98kg 萤石 68466.04kg 总计 6680625.55kg （2）原料中含有一定的水分，所以计算每天生产过程中需要的实际的用量如下： 石英粉 3091752.00kg 长石粉 1534253.07kg 硼砂 1112333.47kg 纯碱 535166.16kg 方解石 285932.50kg 氧化锌 115647.22kg 萤石 69157.62kg 总计 6744242.04kg 碎玻璃 4497855.25kg （3）再加上运输过程中的损失则需要购进原料质量如下： 石英粉 3187373.20kg 长石粉 1565564.36kg 硼砂 1140854.84kg 纯碱 546087.92kg 方解石 294775.78kg 氧化锌 117408.35kg 萤石 70569kg 总计 6922633.45kg 碎玻璃 4836403.49kg 20 碎玻璃需要购进的质量：4836403.49kg （4）拟定配合料粉料中含水量为 5时计算加水量 加水量=粉料干基（1-水分）-粉料湿基 加水量=6680625.55kg（1-5）-6744242.04kg =287995.38kg 5.4 机械设备 5.4.1 筛分 石英以及各种原料粉碎后，必须经过过筛，杂质和大颗粒的部分分离，使其具有 一定的颗粒组成以保证配合料均匀混合和避免分层。不同原料要求的颗粒不同，过筛 时所采用的筛网也不同。本设计采用振动筛。 石英粉，通常只通过 3649 孔/cm2的筛。因为在选用硅砂时，对其颗粒组成进行 分析，进厂后过筛的目的并不是对其颗粒进行控制，而是为了除去杂草、石块、泥块 等外来杂质：沙岩、石英岩、长石，通过 81 孔/cm2的筛：纯碱、芒硝、石灰石、白云 石通过 64 孔/cm2孔的筛。 5.4.2 原料的干燥 湿的原料不利于过筛入粉料仓贮存和进行干法配料，必须将它们加以干燥。采用 湿轮碾粉碎的砂岩和长石，脱水后含水量约为 15%20%，干燥后其含水量为 0.2%以下， 可采用离心脱水、蒸汽加热、回转干燥筒、热风炉干燥器等进行干燥。 芒硝的含水量超过 18%19%时会结块和黏附在粉碎机械与筛网上，所以也应该进 行干燥。 本设计中，选用的是热风炉干燥器 PT-100。湿物料由皮带运输机或斗式提升机送 到料斗，由进料口加入。转筒干燥器主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。物料进入圆 筒内部时，与通过筒内的热风成顺流接触或逆流或与加热壁面进行有效接触而被干燥， 干燥后产品从另一端下部出料。在干燥过程中，物料借助于圆筒的缓慢转动，在重力 作用下从高的一端向较低一端移动。筒体内壁上装有顺向抄板，它不断把物料抄起又 洒下，使物料的热接触面大大增强，提高了干燥速率并促使物料向前移动。热载体 （热空气、烟道气）干燥物料后，通过旋风除尘器收集其狭带的粉尘后排空。 设备特点：生产能力大，可连续操作； 结构简单，故障少，操作方便，维修费用 低，运行稳定； 适用范围广，可干燥粉状、颗粒状、条、块状物料、操作弹性大，生 产上允许产品产量有较大波动，而不影响产品的质量。清扫容易。设备庞大，安装、 拆卸困难热 容量系数小，热效率相对较低（但蒸汽管式转筒干燥器热效率较高） 。 21 表 5-2 干燥机的具体规格 型号转筒直径 cm 转筒长度 m 倾斜度转速/分重量功率容积/立方 米 直径 2.214 2 200143-53.252.83053.22 5.4.3 破碎和粉碎 原料的破碎与粉碎，主要根据料块的大小、原料的硬度和所需粉碎的程度等来选 用加工处理方法与相应的设备。 长石、石英石需要破碎和粉碎，硼砂、碎玻璃需要破碎，而纯碱需要粉碎，采用 笼式破碎机。 破碎时选用锤式破碎机，而粉碎使用笼磨机。 （1）锤式破碎机：PCB600400（DL）mm 转子转速：1 000r/min 加料最大块度：100mm 出料粒度：1535mm 锤子总数：20 个 电动机功率：18.5kw 机重：1.2t （2）笼磨机： 转子尺寸：80mm（直径） 最大进料度：45mm 转速：1500r/min 生产率：1mm 6.0t/h 0.2mm 360t/h 所需功率：4.47.4kw （3）笼式破碎机： 主轴转速：300r/min 加料最大块度：100mm 出料粒度：10mm 生产率：4t/h 电机功率：5.5kw 机重：1.10t 5.4.4 电磁除铁 为保证玻璃的铁含量符合规定要求，对原料进行铁处理是十分必要的。除铁的方 法很多，本设计采用电磁除铁。 22 电磁除铁，采用滚轮磁选机，安装在皮带运输机的末端，磁场强度 4 00020 000G。矿石均匀地给到磁滚筒的皮带上，当矿石经过磁滚筒时，非磁性矿粒或磁性较 弱的矿粒在离心力和重力作用作用下脱离皮带表面；磁性较强的矿粒受磁力的作用被 吸在皮带上，并随着皮带的运动带到磁滚筒的下部，当皮带离开滚筒伸直时，由于磁 场强度减弱而落于磁性产品槽中。 表 5-3 滚轮磁选机的具体规格 给矿方式上部给矿磁选机品牌环宇 型号GTX用途除铁 处理能力120（m3/h）电动机型 号 y90s 电动机功率1.1（kw）外形尺寸6001200（mm） 重量1.5（t）磁场强度强磁磁选机 磁系滚轮磁选机磁系数量单轮磁选机 干湿类型干式除铁机种类电磁磁选机 5.4.5 称量设备 LCS30 型流量秤 5-4 流量称的具体规格 规格