Experimental and mathematical analysis of primary glass-forming melt properties, gas evolution, and their relation with primary foam production.
Project goals
The main goal of this project is to predict the intensity and amount of primary foaming during the batch to glass conversion by the fundamental understanding of the basic physico-chemical processes occurring during melting. Primary foam develops in the later stages of the conversion process and affects not only the heat transfer to the batch and thus the melting rate and efficiency, but also, via the number of bubbles released into the melt, the quality of the final product. In this project, we will experimentally and mathematically analyze two batch melting processes, the combination of which causes primary foaming – the evolution of gases and the formation of primary glass-forming melt. Gas evolution will be characterized using thermogravimetric analysis and evolved gas analysis, while the amount and properties of the primary glass-forming melt will be characterized using X-ray diffraction, X-ray fluorescence, and leaching tests coupled with mass or atomic absorption spectrometry. From the composition of the glass-forming melt, we will calculate the glass-forming melt properties, especially viscosity, which has a dominant effect on the characteristics and stability of the primary foam. Both for the amount of released gases and for the amount and properties of the glass-forming melt, we will develop kinetic models and mathematical formulas that will allow us to predict both the foams onset and collapse temperatures, as well as the volume of evolved gases a function of temperature and the temperature history of the batch during conversion. Using these models, we will investigate parameters and strategies to limit the temperature overlap of gas evolution and primary foaming, and thus minimize foaming. These strategies will include several different methods, such as preheating the batch, its pelletization or briquetting. The effectivity of these foam minimizing strategies will be tested using a unique high-temperature observation setup.
Keywords
Transient meltEvolved Gas AnalysisViscosityBatch meltingPrimary foamingMathematical modeling
Public support
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
Programme
—
Call for proposals
SMSM2022LU001
Main participants
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta chemické technologie
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
MSMT - 1942/2023-2
Alternative language
Project name in Czech
Experimentální a matematická analýza vlastností primární sklotvorné taveniny, vývoje plynů, a jejich vztahu k množství vyvinuté primární pěny.
Annotation in Czech
Hlavním cílem tohoto projektu je řešení jedné ze základních nevyřešených otázek v oblasti termodynamiky a kinetiky tavení sklářských kmenů – jak díky porozumění základním fyzikálně-chemickým procesům predikovat intenzitu primárního pěnění při konverzi kmene na sklo. Primární pěna se vyvíjí v pozdějších fázích tohoto procesu a ovlivňuje nejen přenos tepla do kmene, a tím i rychlost a účinnost tavení, ale také kvalitu konečného produktu prostřednictvím počtu bublin uvolňovaných do taveniny. V rámci projektu proto budeme experimentálně a matematicky analyzovat dva procesy při konverzi kmene na sklo, jejichž kombinace primární pěnění způsobuje – vývoj plynných produktů a tvorbu primární sklotvorné taveniny. Vývoj plynů bude charakterizován pomocí metod termogravimetrické analýzy a analýzy uvolněných plynů, zatímco množství a vlastnosti primární sklotvorné taveniny budou charakterizovány pomocí metod rentgenové difrakce, rentgenové fluorescence, a vyluhovacích testů ve spojení s hmotnostní spektrometrií či atomovou absorpční spektrometrií. Ze složení sklotvorné taveniny vypočítáme její vlastnosti, především viskozitu, která má dominantní vliv na charakteristiky a stabilitu primární pěny (teplota počátku a konce pěnění, její množství). Budou vyvinuty kinetické modely a matematické vztahy popisující objem uvolněných plynů a množství i vlastnosti sklotvorné taveniny, které umožní predikci počátku a konce pěnění v závislosti na teplotě a teplotní historii kmene při konverzi. Pomocí těchto modelů pak budeme studovat morfologii reagujícího kmene a strategie, jak omezit teplotní překryv vývoje plynů a intervalu primárního pěnění, a tím minimalizovat množství vznikající pěny. Za tímto účelem otestujeme několik různých metod, jako například změnu jeho složení, předehřev kmene, jeho peletizaci či briketování. Účinnost těchto strategií omezujících primární pěnění bude testována pomocí unikátních modelových tavicích zařízení.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
20504 - Ceramics
OECD FORD - secondary branch
20402 - Chemical process engineering
OECD FORD - another secondary branch
10511 - Environmental sciences (social aspects to be 5.7)
CI - Industrial chemistry and chemical engineering
DI - Pollution and air control
DJ - Pollution and water control
DK - Contamination and decontamination of soil including pesticides
DL - Nuclear waste, radioactive pollution and control
DM - Solid waste and its control, recycling
DO - Protection of landscape
JH - Ceramics, fire-proof materials and glass
Solution timeline
Realization period - beginning
Mar 1, 2023
Realization period - end
Dec 31, 2026
Project status
B - Running multi-year project
Latest support payment
Feb 7, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-MSM-LU-R
Data delivery date
Feb 20, 2025
Finance
Total approved costs
6,802 thou. CZK
Public financial support
6,802 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
6 802 CZK thou.
Public support
6 802 CZK thou.
100%
Provider
Ministry of Education, Youth and Sports
OECD FORD
Ceramics
Solution period
01. 03. 2023 - 31. 12. 2026