年產(chǎn)萬噸硬PVC管材車間工藝設計

1、-范文最新推薦- 年產(chǎn)1萬噸硬PVC管材車間工藝設計 摘要：根據(jù)任務書的要求，本設計進行了年產(chǎn)1萬噸硬PVC管材車間工藝設計。論文編寫期間查閱了大量的文獻資料，了解了塑料管材的種類，以及各種塑料管材的優(yōu)異性能，特別針對硬PVC塑料管材進行了具體研究與分析，對其市場現(xiàn)狀與未來發(fā)展前景進行了解，同時也了闡述了其生產(chǎn)工藝流程與生產(chǎn)過程中所用到的設備及其型號等。還對年產(chǎn)1萬噸的硬PVC管材進行了車間工藝設計，詳細寫出了物料衡算和能量衡算的過程以及車間布置等。硬PVC管材采用如下生產(chǎn)流程：PVC樹脂和助劑加入高速混合機中，經(jīng)高速混合機的混合，進入到低速混合機中繼續(xù)混合，使其充分混合均勻，然后過篩、造粒、

2、擠出后冷卻定型，用牽引機牽引，然后經(jīng)切割機切割，擴口后得到成品。生產(chǎn)過程中也考慮了低成本、低污染、高性能、可循環(huán)利用等理念對車間進行合理設計和優(yōu)化，并繪制了工藝流程圖車間平面布置圖。關鍵詞：硬PVC管材；車間工藝設計；工藝流程；擠出成型8476An annual output of 10000 tons of PVC-U Pipe workshop designAbstract: According to the requirements of the mission，the design is the annual output of 10000 tons of PVC -U pipe wo

3、rkshop for the design process. The thesis writing time access to a large number of documents to understand the types and performance of the plastic pipes, as well as the excellent properties of plastics pipes, Special detailed research and analysis for PVC-U plastic pipe, understand the market situa

4、tion and future prospects, Also described the use of its production process and production process equipment and its types. Also conducted a workshop process design of an annual output of 10000 tons of hard PVC pipe, write the details of the material balance and energy balance and workshop layout. 3

5、.3PVC塑料管材成型工藝103.3.1單螺桿擠出機123.3.2雙螺桿擠出機143.3.3螺桿擠出機的選擇163.3.4輔機164原材料的選擇及配方設計224.1原材料的選擇224.1.1PVC樹脂的選擇224.1.2助劑的選擇244.2配方設計295物料衡算與能量衡算305.1物料衡算305.1.1原始數(shù)據(jù):305.1.2生產(chǎn)能力計算305.1.3物料衡算305.1.4原料消耗計算325.2能量衡算345.2.1水蒸氣的消耗量345.2.2電能的消耗量355.2.3冷卻劑的消耗量355.2.4硬PVC管材車間能量衡算356設備選型及計算376.1定型設備的選擇與計算376.1.1高速混合機

6、的選取與計算376.1.2冷混機的選取與計算376.1.3擠出造粒機的選取與計算386.1.4擠出機及輔機的確定與計算386.1.5破碎機的選取與計算40 中國的塑料管材行業(yè)，得到了迅猛的發(fā)展，管材產(chǎn)品從塑料管材的市場在不斷擴大，已經(jīng)成為隨處可見的被廣泛認識的產(chǎn)品，成為重要的行業(yè)。塑料管材產(chǎn)品受到方方面面的關注，尤其是建筑部門、水利部門、市政工程領域的工程技術人員都十分關注、了解、研究塑料產(chǎn)品。2008年全國各種塑料管材生產(chǎn)企業(yè)達1000多家，生產(chǎn)線達3000多家，生產(chǎn)能力超過600萬噸，產(chǎn)量約為460萬噸，其中PVC管約占55%，為253萬噸；PE管約占30%，為138萬噸；PP管約占10%

7、，為46萬噸；其他管約占5%，為23萬噸。2008年11月國務院常務會議審議通過了擴大內(nèi)需促進增長十項措施，其中多項措施都能給塑料管材行業(yè)帶來機遇。比如，加快建設保障性安居工程；加快農(nóng)村基礎設施建設，加大農(nóng)村沼氣、飲水安全工程和農(nóng)村公路建設力度，加強大型灌區(qū)節(jié)水改造；加快鐵路、公路和機場等重大基礎設施建設；加強生態(tài)環(huán)境建設；加快城鎮(zhèn)污水、垃圾處理設施建設，支持重點節(jié)能減排工程建設等為塑料管材行業(yè)提供了良好的市場環(huán)境。另外，四川地震災區(qū)的恢復重建，新農(nóng)村水、電、路、氣、房的建設工程等都需要大量的塑料管材，可以看出，塑料管材發(fā)展前景十分廣闊2。1.3塑料管材分類1.3.1硬質(zhì)聚氯乙烯（PVC-U）

8、管PVC-U管具有較高的抗沖擊性能和耐化學性能，它可根據(jù)使用要求不同，在加工過程中添加不同添加劑，使其具有滿足不同要求的物理和化學性能。PVC-U管根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，又分為螺旋消聲管、芯層發(fā)泡管、徑向加筋管、螺旋纏繞管、雙壁波紋管和單壁波紋管。PVC-U管主要用于城市供水、城市排水、建筑給水和建筑排水管道，也大量用于節(jié)水灌溉管道。 1.4硬PVC管材的性能和應用情況1.4.1硬PVC管材的性能特點硬質(zhì)PVC管材的密度為1.41.6 g/cm3是同尺寸鋼管重的l/81/5，低發(fā)泡PVC管材密度僅為0.8g/cm3左右，因此搬運方便。安裝簡便輕松。安裝工作量不到 金屬管的一半，這是由于硬質(zhì)PVC管

9、材二次加工性好容易成型及連接。在現(xiàn)場安裝施工時，只要用合適的粘合劑，就可將管接連起來，還可用噴燈將管材加熱軟化、彎曲、擴口等。硬質(zhì)PVC管材化學穩(wěn)定性高，可耐各種酸、堿、鹽的腐蝕，耐老化性好，機械強度比聚烯烴管材高。硬PVC管材具有優(yōu)異的阻燃性，電絕緣性能也很好，體積比電阻為1 ×10153×1015歐姆•cm擊穿電壓23-28kV/mm4。硬PVC管材內(nèi)壁光滑，流體摩擦阻力很小與同El徑的鑄鐵管(在同樣壓力下)相比，可提高輸送能力43.7。硬PVC管材不生銹，這是金屬管材不可比擬的，而且硬PVC管材內(nèi)壁表面張力低，可有效防止水垢形成，還可大大降低輸送流體時的

10、噪音。硬PVC管材使用溫度范圍在-1560之問硬質(zhì)PVC管材韌性較低，機械強度僅相當于鋼管的1/4，特別是在管的切口處強度較低施工時應注意防止人為損壞。這種管材的線膨脹系數(shù)比鋼管大，為5.9 ×10-5mm，在用作長距離管道時，應注意受溫度及氣候影響所引起的伸縮量，每蕊一定長度應設有溫度補償裝置。對于埋 在地下的管道，如果地溫變化不大及管徑較小時可將管路設成一定的彎曲即可作為伸縮補償，對于管徑在150mm以上時可選用柔性接頭作伸縮補償5。PVC-U管材的特性非常明顯，具有耐腐蝕性能，可直接敷設在強腐蝕性土壤中，不必采用防腐處理，很適應腐蝕性場所使用。同時PVC-U管材耐各種酸、堿、

11、鹽等化學藥品浸泡，可直接輸送一些腐蝕性液體，正常情況下使用壽命仍可達3050年。同時，PVC-U管內(nèi)壁光滑，水流摩擦阻力小，在管徑相同，輸送能耗相同時，輸水能力可較鑄鐵管提高3050%。由于PVC-U管內(nèi)壁不生銹結(jié)垢，不會因使用時間的延長而減少輸水流量6。 （2）硬PVC管材現(xiàn)狀及其發(fā)展前景A硬PVC管材全球市場現(xiàn)狀世界發(fā)達國家PVC-U制品比例幾乎占PVC總量的65左右，而硬制品中管材又占有很大比例，約為2540。在各類塑料管材中，PVC管材所占比例最大，例如，西歐塑料管道中PVC管道約占80，日本塑料管中大約有90是硬PVC管，美國的塑料管中PVC管約占706。B硬PVC管材中國市場現(xiàn)狀目

12、前，具有一定規(guī)模的PVC-U管材生產(chǎn)企業(yè)約1000家，生產(chǎn)能力在200萬t/ a以上。2005年各種塑料管道應用量約240萬t，其中PVC- U管道占130萬t 以上，創(chuàng)歷史最高記錄。由于我國PVC樹脂原料價格處合理，2005年很多的PVC管材生產(chǎn)企業(yè)在產(chǎn)銷量、利潤上都得到了很大的提高7。“十一五”期間以及再經(jīng)后幾年，塑料管材行業(yè)仍有十分難得的發(fā)展機遇和光明前景，應用市場將會以大于10%的速度增長。據(jù)專家預測分析，近幾年僅塑料工程管道用量將可能達到200萬t/ a，而其中PVC- U等通用塑料管道是主要的品種89。到目前為止，PVC- U管道的生產(chǎn)和應用技術在所有塑料管

13、道中是較為完善的，這一點使PVC-U塑料管道在一些發(fā)達國家的塑料管道總量中占較高的比例。PVC管道產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)進入了成熟期，在我國仍具有十分廣闊的市場前景，還有很大的發(fā)展空間。PVC- U塑料管道以其相對低廉的價格和良好的性能而具有較高的性價比。2005年底，我國PVC樹脂生產(chǎn)能力達1000萬t/ a，實際產(chǎn)量近650萬t，為PVC加工企業(yè)提供了價格相對比較低的原料，使PVC- U管道的市場價格與其他管道相比有一定的優(yōu)勢。今后的幾年里，在各種塑料管道中PVC-U管道仍將占主導地位1012。2廠址選擇由于化工廠有一定的污染性，這是無可避免的，所以在化工廠選址時，我們必須要考慮多方面因素，如環(huán)保

14、、氣象、交通、勞動力資源等方面都是要考慮的因素。不能建在人員居住集中的地方，因為可能會對人體健康造成一定的影響；交通要便利，便于職工上下班等；自然風要較多，利于空氣流通等，綜合考慮各方面因素，可知將工廠建在“上海市奉賢區(qū)星火開發(fā)區(qū)”最為合適，原因如下： 1連續(xù)化流程在塑料制品生產(chǎn)中，某些工序存在著間歇式生產(chǎn)和連續(xù)化生產(chǎn)兩種工藝。如造粒工序中擠出造粒為連續(xù)化生產(chǎn)，而開開煉、拉片造粒為間歇式生產(chǎn)。又如，擠出成型的產(chǎn)品為連續(xù)化生產(chǎn)，而注射模塑為間歇式生產(chǎn)。一般來說，連續(xù)化生產(chǎn)能縮短工藝流程，相應減少設備和場地，具有投資少，原材料及能源消耗低，勞動生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。因

15、此連續(xù)化工藝經(jīng)濟效益高，是發(fā)展方向。但連續(xù)化工藝也存在某些不足，如有要求有較高的操作和管理，才能達到生產(chǎn)穩(wěn)定；而間歇法生產(chǎn)，質(zhì)量比較高。因此，在保證質(zhì)量的前提下，本設計選擇連續(xù)化生產(chǎn)工藝流程。2物料輸送方式在塑料制品生產(chǎn)中，原材料及半成品皆為粉料和顆粒狀的固體物料。其輸送方式直接影響工藝流程，并對整個車間的設計、布置、廠房建筑形式有直接影響。因此，物料輸送方式是流程設計具體化時必須考慮的因素之一。在塑料制品生產(chǎn)中，固體物料輸送大致有人工上料和自動上料兩種方式。（1）人工上料小槽車輸送：一般用于同一層的各個工段或車間之間的運輸。如造粒工段時生產(chǎn)的顆粒料，用小車推到成型工段。這種運輸方式能較好地保

16、持物體外形，使用靈活方便，但占用大量車輛。升降機運輸：一般用于垂直輸送，人工控制將小批量物料用升降機提升到配料的高樓層工段。例如，PVC的配料工段，對小批量的穩(wěn)定劑、潤滑劑助劑，可以采用升降機作垂直輸送13。（2）自動上料正壓上料：如風送，物料在密閉管道內(nèi)依靠風力輸送物料的方式。此種方式靈活性較大，可水平及垂直輸送，也可以由一處同時送到幾處。設備也較簡單，節(jié)省人力。缺點是對物料有一定磨損，對輸送的距離及高度有一定要求，動力消耗也大，并且在物料處需要氣-固分離裝置。目前，該方法常用于粉料及顆粒料的輸送。如PVC的配料工段中，大量樹脂的輸送，以及造粒工段、生產(chǎn)的顆粒料等都可以采用風送至成型工段。

17、（2） 高速混合PVC樹脂和助劑在高速混合機中混合。高速混合是混合過程的核心，也是聚氯乙烯混合料凝膠化的過程。未經(jīng)高速混合的聚氯乙烯樹脂在常溫下的顆粒大小不一，小顆粒較多，在擠出成型過程中極易引起塑化不均勻。在高速混合過程中，聚氯乙烯樹脂逐步破碎成初級粒子，再脹大（凝膠化），并與助劑融合，形成均一的混干料。整個高速混合過程中聚氯乙烯顆粒反復結(jié)合和均化，粒徑增大，起到致密化作用，使聚氯乙烯顆粒的表觀密度達到最大值，有利于提高擠出產(chǎn)量，促進物料的均勻塑化。實際混合過程中，一般采用如下加料順序：先將聚氯乙烯樹脂、穩(wěn)定劑、抗沖改性劑、抗沖擊改性劑加入，開始混合。在80左右時，高轉(zhuǎn)速下將加工助劑、內(nèi)潤滑

18、劑、顏料以及填料加入。在100左右時，加入外潤滑劑。高速混合到125左右時，排放到冷混機中冷卻13。（3） 低速混合經(jīng)過高速混合后的物料在冷混機中慢慢冷卻。（4） 造粒流程造粒的方法有擠出造粒和開煉法兩種，管材的造粒通常采用的是擠出造粒，如下圖，將粉料經(jīng)過擠出機塑化之后，再由切粒機切成粒狀，粒料再經(jīng)風送，稱量包裝、縫包制得粒狀的管材半成品。不同的造粒方法有不同的顆粒形狀，不管什么形狀的顆粒，要求大小一致，這對于均勻加料是很重要的。顆粒的大小，通常各向長度以3mm左右為合適。擠出造粒通常有兩種方法：熱切粒法和冷切粒法。圖3.2 擠出造粒流程示意圖熱切粒法采用特殊球狀的旋轉(zhuǎn)刀，切斷由多孔板擠出的塑

19、料條，隨著刀具轉(zhuǎn)速的不同，可以得到筒形、透鏡形、球形等形狀的粒子。同時加工的時候，無聊溫度較高，沒有較大的阻力，故這種切粒法所需的功率小，切刀磨損少，機械結(jié)構(gòu)緊湊，所占的位置也很小，其缺點是工藝條件不適當，粒子易產(chǎn)生粘結(jié)。 （7）牽引牽引裝置是連續(xù)穩(wěn)定擠出不可缺少的輔機裝置，牽引速度的快慢是決定管材截面尺寸，而且可使分子沿著縱向取向，提高管材的機械強度。（8）切割它是將連續(xù)擠出的管材，根據(jù)需要的長度進行切割的裝置。切割時刀具應保持與管材擠出方向同步向前移動，即保持同步切割，這樣才能使管材的切割面是一平面13。（9）擴口硬質(zhì)PVC管材連接方式很多，只要有關鍵連接；管一端擴口，借助專用膠水粘結(jié)；管

20、一端擴口，借助橡膠密封圈實現(xiàn)管材插口連接。后兩種方式都需要生產(chǎn)的管材一端進行擴口，擴口機主要由烘箱和擴口機組成。被擴口的管端在烘箱中被加熱軟化，再經(jīng)插入擴口機頭，一次實現(xiàn)擴口，經(jīng)水冷卻即可完成。（10) 得到成品3.3PVC塑料管材成型工藝生產(chǎn)管材的擠出機可以采用單螺桿擠出機，也可以采用錐形雙螺桿擠出機。一般情況下，擠出生產(chǎn)圓柱形聚乙烯管材時，口模通道的截面積應不超過擠出機料筒截面積的40%；擠出其他塑料時，則應采用比此更小的值。擠出機的作用是將固體物料熔融塑化，并定溫、定壓、定量地輸送給機頭。PVC塑料管材成型為擠出成型，擠出前原材料的準備：高速熱混、低速冷混。擠出過程分兩個階段：第一階段是

21、使固態(tài)塑料塑化并在加壓下使其通過特殊形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體；第二階段是用適當?shù)姆椒ㄊ箶D出的連續(xù)體失去塑性狀態(tài)而變?yōu)楣腆w，即得所需制品。PVC塑料管材一般采用單螺桿或雙螺桿擠出成型。雙螺桿擠出成型因生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定，大多數(shù)企業(yè)選用雙螺桿擠出PVC塑料管材；單螺桿擠出成型因其設備投資少，工藝簡單，現(xiàn)階段仍有不少家采用單螺桿擠出成型生產(chǎn)PVC塑料管材。成型工藝的關鍵是成型設備選用、成型溫度控制。 主輔原料配合高速混料擠出造粒粒料單螺桿擠出機擠出管材冷卻定型牽引切割管材圖3.6 單螺桿擠出機（2）單螺桿擠出機的選擇單螺桿擠出機規(guī)格的選用與所生產(chǎn)PVC管材直徑有關，一種規(guī)格的擠出

22、機能生產(chǎn)相對應的3 5個規(guī)格的管材。生產(chǎn)PVC管材直徑應控制在螺桿直徑的30% 130%范圍內(nèi)，管材直徑一般在ψ250mm以下，選用擠出機螺桿轉(zhuǎn)速在10 35r/ min。表1列出了PVC管材直徑與擠出機規(guī)格、最佳擠出量、擠出輔機之間的關系16。表3.1 PVC管材直徑與擠出機規(guī)格、最佳擠出量、擠出輔機之間的關系管材直徑(mm)33210 63409063 125110 180125 250200400螺桿直徑(mm)30456590120150200轉(zhuǎn)速( r/min)103510 3510 3510 3510 3510 351035擠出量( kg/h)267 1815 3330 7

23、095 19095 190160300輔機型號GF63GF125GF400 圖3.8 雙螺桿擠出機（2）擠出機分類嚙合異向旋轉(zhuǎn)錐形雙螺桿，生產(chǎn)PVC管材、異型材、片材。嚙合異向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿，生產(chǎn)PVC造粒、異型材。嚙合同向旋轉(zhuǎn)平行雙螺桿，螺桿、料筒為積木式。有很多螺桿元件, 可以根據(jù)配方和工藝要求進行螺桿組合，混煉效果好，可高速運轉(zhuǎn)，輸送能力大，有自潔作用，主要用于填充改性、共混改性、增強改性、反應擠出等。（3）嚙合異向旋轉(zhuǎn)錐形雙螺桿生產(chǎn)PVC材料的優(yōu)點A. 機理是正位移輸送。異向錐形雙螺桿擠出機的嚙合螺槽可視作橫向基本上是封閉而形成"C"型腔室，當聚氯乙烯混合粉料由計量

24、裝置加入到雙螺桿加料段較大容積的螺槽中時，螺槽雖未充滿粉料，但它被封閉在每根螺桿的若干"C"型腔中，隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，聚氯乙烯粉料被正位移輸送，控制了聚氯乙烯樹脂在螺桿中的停留時間，防止了單螺桿擠出機輸送粉料時的打滑現(xiàn)象和粉料停留時間過長而產(chǎn)生聚氯乙烯樹脂分解現(xiàn)象。B. 優(yōu)良的塑化質(zhì)量。螺桿的螺槽深和直徑是逐漸變小的，也就是說"C"型腔，從加料段第一個"C"型腔到螺桿頭部最后一個"C"型腔的容積是逐漸變小的。這樣聚氯乙烯混合料會被逐漸壓縮而充滿螺槽，這不僅出于物料有松散的固體變?yōu)槿垠w時體積減少的需要，而且有利于物料傳熱，加速物料的熔融, 更好的排氣。另一方面，"C"型腔之間不是嚴格封閉，一般在兩根螺桿之間的捏合區(qū)有一定的間隙，這樣大大加速了物料的混合和塑化，提高了物料的塑化質(zhì)量。C. 物料之間的摩擦剪切熱小，防止聚氯乙烯樹脂的分解。首先，錐形雙螺桿擠出機加料段螺桿直徑大，螺槽體積大，增加了螺桿的表面積，有利于物料的吸熱、熔融、塑化；其二，雖然整根螺桿轉(zhuǎn)速一樣，但由于螺桿直徑逐漸變小，所以螺桿圓周速度沿螺桿軸線自加料口到螺桿末端逐漸變小，這種變化是柔和的，物料與螺桿之間的溫差較小，尤其在排料階段,聚氯乙烯物