نقش هوای فشرده در صنعت ساخت شیشه

شیشه به دلیل استحکام و کیفیت شفاف یکی از پرکاربردترین محصولات طبیعی در جهان است که نقش مهم و گسترده‌ای در صنایع گوناگون از جمله بسته بندی ایفا می‌کند. شیشه همچنین یکی از سازگارترین عناصر با محیط زیست در بین محصولات تولید انبوه است؛ زیرا 100٪ قابل بازیافت می‌باشد. این ماده یکی از ایمن‌ترین محصولات برای ذخیره‌ی کالاهای مصرفی است زیرا حاوی مواد سرطان‌زا نیست. از نظر بهداشتی و ماندگاری، شیشه همچنین دارای قدرت محافظت از محصول در برابر نور است. با وجود این، بدون وجود ماشین آلات پنوماتیک که در کارخانه‌های پیشروی تولید شیشه در جهان استفاده می‌شود، تولید شیشه بسیار دشوار خواهد بود. در این مطلب نقش کمپرسور باد و هوای فشرده را در تولید بطری و ورق شیشه‌ای بررسی کرده و به اهمیت دستگاه‌های پنوماتیک در این فرایند اشاره خواهیم کرد.

هوای فشرده در تولید بطری

برای یک مصرف کننده‌ در دسترس بودن بطری‌های شیشه‌ای به طور کلی امری بدیهی تلقی می‌شود. چیزی که بسیاری از مردم از آن متعجب می‌شوند این است که مواد جامد و نفوذی که به عنوان شیشه شناخته می‌شوند عمدتا از شن و ماسه ساخته می‌شوند.

تولید بطری را اساسا می‌توان به هشت مرحله‌ی زیر تقسیم کرد که تکمیل آن چند روز طول می‌کشد؛ زیرا شیشه از پودرهای خام به مایع مذاب و در نهایت به ظروف شفاف و سخت شده تبدیل می‌شود. این مراحل عبارت‌اند از:

۱- مجموعه‌ی مواد اولیه

تولید شیشه با مواد اولیه‌ی مختلف، عمدتا شن و ماسه، سنگ آهک و کربنات سدیم آغاز می‌شود. اولین نمونه‌ی ذکر شده از این مواد سبب استحکام شیشه و دو مورد دیگر به عنوان نرم کننده عمل کرده و قالب سازی شیشه را آسان می‌کنند. این مواد از طریق ماشین آلات مجهز به هوا از سیلوها به کوره‌ها منتقل می‌شوند.

ماده‌ی دیگری که در تولید شیشه استفاده می‌شود کولت است (اصطلاح صنعتی برای شیشه‌های بازیافتی شکسته شده). استفاده از کولت به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد تا حجم مواد اولیه‌ای را که برای تولید انبوه بطری، شیشه و سایر ظروف مورد نیاز است، کاهش دهند. این مسئله به نوبه‌ی خود، به کاهش میزان گازهای گلخانه‌ای که ممکن است یک کارخانه‌ی تولید شیشه در طی یک سال تولید کند، کمک می‌کند.

۲- بسته بندی و انتقال

مواد اولیه‌ای که برای ساخت شیشه استفاده می‌شوند ابتدا به یک دسته تحویل داده شده و در آنجا مواد از نظر کیفیت بررسی می‌شوند. مواد با کیفیت در سیلوها ذخیره می‌شوند که در اصل برج‌های صنعتی بلندی هستند که بسیاری از ماسه‌های سنگین و سنگ آهک را در خود ذخیره می‌کنند.

سیلوها به عنوان محل نگهداری مواد اولیه تا زمان تولید نهایی عمل می‌کنند. با استفاده از ماشین آلات با انرژی پنوماتیک، ماسه، سنگ آهک، کربنات سدیم و خرده شیشه به کوره تحویل داده می‌شوند تا ذوب شده و در شیشه‌ی ذوب مخلوط شوند.

۳- ذوب و مخلوط کردن

با شارژر مجهز به هوای فشرده، مواد اولیه از یک سیلو به کوره منتقل می‌شوند، جایی که مواد شیشه‌ای با مخلوط قابل احتراق گاز به شدت گرم و هوای فشرده، داغ می‌شوند. بسته به کیفیت، سبک یا رنگ شیشه‌ای که تولید می‌شود، مواد کمی متفاوت خواهند بود.

فرایند ذوب برای برخی از شیشه‌های مذاب می‌تواند یک روز به طول انجامد. در این مدت در دمای بسیار داغ، مخلوط تحت پردازش قرار می‌گیرد. پس از آماده شدن مخلوط برای خروج از کوره، از طریق نوار نقاله‌های هوا محور و مجهز به دستگاه‌های پنوماتیک منتقل می‌شود.

۴– تغذیه و برش

شیشه‌ای که اکنون کاملا در ترکیب شیمیایی مناسب برای محصول نهایی مخلوط شده است، با فشار هوای بالا از طریق حلقه‌های روزنه‌ای به شکل استوانه در می‌آید.

شیشه با قیچی مخصوص به قطعات کوچک‌تر برش داده شده، سپس وزن می‌شوند و به طور مناسب برش می‌خورند. هر قطعه حاوی مقدار دقیق جرم برای یک ظرف شیشه‌ای است. در این مرحله این قطعات به ماشین شکل دهنده (فرم دهنده) فرستاده می‌شوند، جایی که آن‌ها در نهایت به شکل ظرف نهایی تبدیل می‌شوند.

۵- شکل دادن

هوای فشرده شده، قطعات را به شکل بطری‌های داخل دستگاه‌های شکل دهنده تبدیل می‌کند، جایی که تمام قسمت‌های تشکیل دهنده‌ی بطری را تشکیل می‌دهد. در این مرحله شیشه به فرم نهایی رسیده و به زودی به فروشگاه‌های مختلف منتقل می‌شوند.

مرحله‌ی فرم دهی شامل چندین بخش بوده و در آن‌ها از ابزار پنوماتیک برای شکل خارجی بطری و یا برای تشکیل حفره‌ی داخلی آن استفاده می‌شود.

۶- بازپخت سطح

هنگامی که یک ظرف شیشه‌ای جدید فرم می‌گیرد، به زودی خشک می‌شود. خشک شدن طبیعی بطری‌ها می‌تواند سطح بطری را ناهموار کند. لذا  از طریق فرایندی تحت عنوان بازپخت، بطری‌ها حداقل برای یک ساعت گرم شده و از داخل و خارج با هوای فشرده خشک می‌شوند. این کار باعث ایجاد یکنواختی در امتداد سطوح می‌شود و به شما کمک می‌کند تا هر بطری شکل مطلوبی برای فروش داشته باشد.

۷– پوشش سطح

بعد از شکل گرفتن یک بطری آن را در امتداد یک نوار نقاله هدایت کرده و با یک لایه‌ی نازک قلع پوشانده می‌شود. هدف از قلع در اینجا سخت و براق کردن بطری است. شیشه همچنین با یک لایه‌ی نازک از پلیمر (که هر بطری را در برابر خراش مقاوم می‌کند) تصفیه می‌شود.

در طول این فرایندها، تجهیزات پنوماتیک انرژی مورد نیاز تسمه‌های نقاله را فراهم می‌کنند، جایی که بطری‌ها با سرعت حرکت می‌کنند.

۸- بسته بندی بطری‌ها

پس از اتمام مراحل تولید شیشه، کلیه‌ی بطری‌ها از نظر کیفیت و انطباق بررسی می‌شوند. بطری‌هایی که این مشخصات را ندارند، رد و بازیافت می‌شوند. پس از آن، بطری‌ها آماده‌ی بسته بندی شده و به کارخانه‌های بسته بندی مواد غذایی و آشامیدنی ارسال می‌شوند. به محض برخورد بطری‌ها با تسمه‌های نقاله در کارخانه‌های بسته بندی مجموعه‌ی دیگری از کمپرسور هوا و ابزارهای پنوماتیک برای هدایت فرایند استفاده می‌شوند. از هوای فشرده برای تامین انرژی ماشین‌هایی که بطری‌ها را پر می‌کنند، درپوش‌ها را می‌گذارند و برچسب‌های محصول را می‌چسبانند نیز استفاده می‌شود.

هوای فشرده در ساخت ورق شیشه

تولید ورق شیشه فرایند ساده‌تری نسبت به تولید ظروف شیشه‌ای است. مراحل داغ کردن مواد آن‌ها تقریبا یکسان هستند، اما محصول خنک شده فقط باید به شکل صاف خشک شده، در ابعاد مشخص برش داده شود و سپس به کارخانه‌های تولید پنجره منتقل شود. اساسا مراحل ساخت ورق شیشه را می‌توان به پنج مرحله‌ی زیر تقسیم کرد:

۱- مواد اصلی

روند تولید ورق شیشه از سطح زمین و در داخل سیلوهای بزرگی که ماسه در آن به مقدار زیادی نگه داشته می‌شود، آغاز می‌گردد. به صورت روزانه، مقدار مشخصی از شن و ماسه از طریق ماشین آلات مجهز به هوای فشرده از سیلوها به یک کارخانه‌ی شیشه سازی مجاور منتقل می‌شود، جایی که شن و ماسه با سنگ آهک و کربنات سدیم مخلوط می‌شود و باعث نرمی شیشه و ذوب آن می‌گردد.

در کارخانه‌های مدرن، از کمپرسورهای دوار برای ایجاد هوای فشرده استفاده می‌شود تا انرژی نوار نقاله‌هایی را که مخلوط را از یک محفظه به محفظه‌ی دیگر هدایت می‌کنند، تامین کند. تبدیل این مواد مذاب به شیشه حدود سه روز طول می‌کشد.

۲– مرحله‌ی ذوب

در داخل محفظه‌های مذاب، مخلوط شیشه بیش از ده ساعت به شدت گرم می‌شود. در این مدت شیشه‌‌ها فقط با فاصله از طریق ماسک‌های فلزی قابل مشاهده هستند. در تمام مدت گرم شدن شیشه، از گاز برای بیرون کشیدن حباب از مخلوط استفاده می‌شود. بدون این مرحله، حباب‌های دائمی در واقع می‌توانند درون ورقه‌های شیشه‌ای به مرحله‌ی نهایی برسند و کیفیت آن را کاهش دهند.

۳– صاف کردن با قلع مایع

مسلما قابل توجه‌ترین مرحله‌ی تولید ورق شیشه شامل تبدیل مخلوط مذاب به محصولی کاملا مسطح و شفاف است که در نهایت به صورت شیشه‌های پنجره مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فرایند با کمک بلوک‌های قلع انجام می‌شود که به شکل مایع ذوب شده و شیشه‌ی تازه ساخته شده بر روی آن می‌تواند خشک و سخت شود؛ زیرا از آخرین محفظه‌ی ذوب خارج می‌شود.

در این مرحله، قلع و شیشه با هم مخلوط نمی‌شوند و این مسئله باعث می‌شود که شیشه بتواند با استفاده از قلع به خوبی به ورقه‌های صاف، طویل و سفت شود. در طول این فرایند، سیستم‌های نقاله از نیروی هوای فشرده برای حرکت دادن شیشه استفاده می‌کنند.

۴– خنک کردن

هنگامی که ورق شیشه برای اولین بار از دستگاه به حالت شفاف، مسطح و سخت شده خارج می‌شود، درجه‌ی حرارت بالا به آن خاصیت انعطاف پذیری می‌دهد. بنابراین، شیشه باید خنک شده و برای مرحله‌ی برش آماده شود.

در طی فرایند خنک سازی، از هوای فشرده برای پایین آوردن دما به سطحی استفاده می شود که ورق‌های شیشه را محکم و صاف می‌کند. با استفاده از کمپرسورهای چرخشی هوا، یک کارخانه‌ی تولید شیشه می‌تواند انرژی مورد نیاز دمنده‌های پنوماتیک را برای حداکثر سرعت و کارایی تامین کند.

۵- برش به شکل صفحات

سپس شیشه به صورت ورقه برش داده شده و با بازوهای مکش پنوماتیک از تسمه‌ی نقاله بلند می‌شود. سپس شیشه‌های بریده شده برای اصلاح و توزیع بیشتر به صورت شیشه‌های پنجره با طراحی متفاوت به کارخانه‌های تولید پنجره منتقل می‌شوند.

کمپرسور هوا برای ساخت شیشه

در کارخانه‌های تولید بطری و ورق شیشه، کمپرسورهای هوا یکی از اجزای حیاتی سیستم هستند که همه چیز را از سیلوها به مراحل پایانی می‌رسانند. در طول فرایند تولید شیشه نیز از ابزارهای پنوماتیک مجهز به هوای فشرده برای خنک کردن شیشه تا دمای ایده آل و فرم دادن و برش استفاده می‌شود. این تجهیزات به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد که مقیاس تولید انبوه خود را حفظ کرده و در عین حال هزینه‌های انرژی را پایین آورند.

به کمک طراحی پیچیده‌ی کمپرسورهای دوار، که از چند قسمت متحرک تشکیل شده است، ماشین آلات نیاز به نگهداری کمی داشته و قدرت کار بسیار زیادی را طی چندین سال دارند.

کمپرسورهای هوا که تولیدات را در کارخانه‌های شیشه سازی هدایت می‌کنند، صدها هزار ساعت (با تعمیر و نگهداری منظم) کار می‌کنند. بدون شک امروزه شرکت‌های بسیاری مدیون قدرت فناوری هوای فشرده هستند که امکان تولید شیشه در مقیاس انبوه را فراهم کرده است؛ به طوری که قبل از چنین ماشین آلاتی این فناوری امکان پذیر نبود.

هوای فشرده بخش تولید را از جنبه‌های گوناگون هدایت می‌کند. در تولید ورق شیشه و فلزات گرفته تا موارد خاص دیگر مانند بطری و ظروف شیشه‌ای، از کمپرسور باد و هوای فشرده برای هدایت در امتداد سیستم‌های نوار نقاله استفاده می‌شود که مواد را از طریق فرایند اختلاط منتقل کرده و در نهایت به مراحل پایانی می‌رساند.

حسین موسوی نیا

من متخصص و پژوهشگر در زمینه هوای فشرده و انواع کمپرسور باد هستم و سعی می کنم تا جدیدترین و کارامدترین اطلاعات را در خصوص صنعت هوای فشرده با شما به اشتراک بگذارم.