礦用聚乙烯管材的生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)

1、誠信聲明 本人聲明： 我所呈交的?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及 取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的 內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一 同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并 表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 馬寶明 日期： 2011 年 3 月 30 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 礦用聚乙烯管材的生產(chǎn)車間設(shè)計(jì) 學(xué)院： 專業(yè)： 化工工藝 班級： 新應(yīng)專 091 學(xué)生：

2、 馬寶明 指導(dǎo)教師： 付青村 礦用聚乙烯管材的生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)礦用聚乙烯管材的生產(chǎn)車間設(shè)計(jì) 摘摘 要要 本次設(shè)計(jì)是關(guān)于年產(chǎn)量為 5000 噸礦用聚乙烯(HDPE)管材生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)，共分 十一章，主要包括如下內(nèi)容：原料的選擇和配方的確定；工藝流程的設(shè)計(jì)；物料衡 算；設(shè)備選型；擠出機(jī)頭的設(shè)計(jì)；生產(chǎn)車間的平面布置及其輔助設(shè)施的安排以及經(jīng) 濟(jì)效益概算和環(huán)保等。 為滿煤礦用管材的性能要求，本設(shè)計(jì)采用 HDPE 樹脂為主原料，并通過添加阻 燃劑和抗靜電劑經(jīng)進(jìn)行改性。所設(shè)計(jì)的管材具有高強(qiáng)度、高耐磨性和耐寒性的特點(diǎn)， 適用于輸送瓦斯氣、煤氣、天然氣、石油液化氣等可燃性氣體，并且可在各種環(huán)境 及復(fù)雜地段使用。 本

3、設(shè)計(jì)針對當(dāng)前市場需求，且設(shè)計(jì)合理，所選設(shè)備多采用了電氣自動(dòng)化控制，這 樣不僅節(jié)省了人力，提高了生產(chǎn)效率,而且保證了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。 關(guān)鍵詞：HDPE 管材；抗靜電性能；阻燃性能；物料衡算；設(shè)備選型；工藝流程；機(jī) 頭設(shè)計(jì)； 目目 錄錄 第一章緒論第一章緒論.8 第 1.1 節(jié) 聚乙烯管材的發(fā)展?fàn)顩r .8 第 1.2 節(jié) 礦用聚乙烯管材的發(fā)展 .9 第 1.3 節(jié) 礦用聚乙烯管材的發(fā)展前景 .10 第二章原料與配方第二章原料與配方.12 第 2.1 節(jié) 配方設(shè)計(jì) .12 2.1.1 塑料配方設(shè)計(jì)的意義.12 2.1.2 塑料配方設(shè)計(jì)的原則.12 2.1.3 塑料配方設(shè)計(jì)方法.13 第 2.2 節(jié)

4、原料的選擇 .13 2.2.1 HDPE 樹脂的選取 .13 2.2.2 HDPE 樹脂的改性及助劑性質(zhì) .13 第三章第三章 設(shè)計(jì)任務(wù)及工藝流程的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及工藝流程的設(shè)計(jì).16 第 3.1 節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù) .16 3.1.1 設(shè)計(jì)題目.16 3.1.2 選題意義.16 3.1.3 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容.17 第 3.2 節(jié) 工藝流程概述 .17 3.2.1 工藝流程概述.17 3.2.2 擠管工段流程設(shè)計(jì).18 第第四四章章 物料衡算物料衡算.20 第 4.1 節(jié) 計(jì)算任務(wù) .20 第 4.2 節(jié) 計(jì)算基準(zhǔn)的選取 .20 第 4.3 節(jié) 物料衡算 .21 4.3.1 擠出成型工段物料衡算.21 4

5、.3.2 造粒工段.21 第 4.4 節(jié) 物料衡算流程圖 .23 第五章第五章 生產(chǎn)設(shè)備的選擇生產(chǎn)設(shè)備的選擇.24 第 5.1 節(jié) 設(shè)備選型的原則 .24 第 5.2 節(jié) 定型設(shè)備的選擇 .24 5.2.1 擠出造粒機(jī)的選擇.24 5.2.2 擠出機(jī)及其輔機(jī)的選擇.25 5.2.2.1 擠出機(jī)的選擇.25 5.2.2.2 擠出機(jī)輔機(jī)的選擇.26 5.2.3 高速混合機(jī)的選型.26 5.2.4 冷混機(jī)的選取.28 5.2.5 破碎機(jī)的選取.28 5.2.6 自動(dòng)配料秤的選取.29 5.2.7 臺(tái)秤的選取.30 第 5.3 節(jié) 非定型設(shè)備的選擇 .30 5.3.1 羅茨鼓風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)分離器和除塵器的

6、選擇.30 5.3.1.1 氣體輸送計(jì)算.30 5.3.1.2 羅茨鼓風(fēng)機(jī)的選擇.24 5.3.1.3 旋風(fēng)分離器的選擇.35 5.3.1.4 除塵器的選擇.35 5.3.2 儲(chǔ)罐的選擇.36 5.3.3 倉壁振動(dòng)器的選擇.38 5.3.4 旋轉(zhuǎn)加料器的選擇.39 5.3.5 貨梯的選擇.39 5.3.6 通風(fēng)機(jī)的選擇.39 5.3.7 三維振動(dòng)篩.39 5.3.8 搬運(yùn)車的選擇.40 5.3.9 縫包機(jī)的選擇.40 第第六六章章 擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì)擠出成型機(jī)頭設(shè)計(jì).42 第 6.1 節(jié) 擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)概述 .42 6.1.1 機(jī)頭的作用.42 6.1.2 機(jī)頭的分類.42 6.1.3 管機(jī)頭的組

7、成部分及其作用.42 第 6.2 節(jié) 機(jī)頭的設(shè)計(jì)設(shè)算 .42 6.2.1 口模.42 6.2.2 芯棒.43 6.2.3 分流器.44 6.2.4 分流器支架.44 6.2.5 管材壁厚的調(diào)節(jié).44 6.2.6 定徑套.45 第第七七章章 車間布置設(shè)計(jì)車間布置設(shè)計(jì).46 第 7.1 節(jié) 概述 .46 7.1.1 車間平面布置設(shè)計(jì)的原則.46 7.1.2 工藝設(shè)備布置的原則.46 第 7.2 節(jié) 布置設(shè)計(jì)的技術(shù)考慮 .47 第 7.3 節(jié) 車間具體布置 .48 第 7.4 節(jié) 衛(wèi)生條件 .49 第第八八章章 采暖采暖 通風(fēng)通風(fēng) 照明照明.50 第 8.1 節(jié) 采暖設(shè)計(jì) .50 8.1.1 設(shè)計(jì)采

8、暖系統(tǒng)的原則.50 8.1.2 生產(chǎn)車間的溫度設(shè)計(jì).50 第 8.2 節(jié) 通風(fēng)設(shè)計(jì) .50 8.2.1 車間通風(fēng)的目的.50 8.2.2 通風(fēng)條件的設(shè)計(jì).50 第 8.3 節(jié) 供電照明 .51 第第九九章章 能量衡算能量衡算.53 第 9.1 節(jié) 能量消耗 .53 9.1.1 電能的消耗.53 9.1.2 冷卻劑的消耗量.53 9.1.3 煤的消耗.54 9.1.4 能量一覽表.54 第第十十章章 車間組織與經(jīng)濟(jì)概算車間組織與經(jīng)濟(jì)概算.55 第 10.1 節(jié) 人員編制 .55 10.1.1 人員的編制 .55 10.1.2 工資費(fèi)用.55 第 10.2 節(jié) 經(jīng)濟(jì)概算 .55 10.2.1 設(shè)備

9、購置費(fèi)用計(jì)算.55 10.2.2 建筑費(fèi)用.56 10.2.3 能量消耗費(fèi)用.56 10.2.4 設(shè)備折舊與建筑折舊.57 10.2.5 工資與車間經(jīng)費(fèi).57 10.2.6 原料費(fèi)用.57 10.2.7 產(chǎn)品成本.58 10.2.8 投資的回收期.58 第第十一十一章章 環(huán)保問題環(huán)保問題.59 第 11.1 節(jié) 工業(yè)生產(chǎn)中存在的污染問題 .59 第 11.2 節(jié) 工業(yè)污染的解決方案 .59 11.2.1 廢渣的治理方案.59 11.2.2 廢水的治理方案.59 11.2.3 廢氣的治理方案.59 11.2.4 噪音的解決方案.59 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).61 致致 謝謝.63 第一章第一章 緒論緒

10、論 第第 1.1 節(jié)節(jié) 聚乙烯管材的發(fā)展?fàn)顩r聚乙烯管材的發(fā)展?fàn)顩r PE 管材已成為繼 PVC 之后，世界上消費(fèi)量第二大的塑料管材管道品種。聚乙烯 管材的主要品種有低密度聚乙烯 LDPE、高密度聚乙烯 HDPE、交聯(lián)聚乙烯管材（PE- X） 。過去聚乙烯管應(yīng)用的量遠(yuǎn)少于聚氯乙烯管，其主要原因是經(jīng)濟(jì)性。早期聚乙烯 管的材料大約相當(dāng)于 PE63 以下的等級，因?yàn)閺?qiáng)度低，所以在同樣的使用條件下（同 樣的壓力和直徑下） ，聚乙烯管的管壁要比聚氯乙烯管厚 1 倍以上，因此聚乙烯管的 生產(chǎn)成本較高而且只能在壓力較低、直徑較小的管材中使用。隨著國際上近年來對 于聚乙烯管材專用料一直不斷地在研究和改進(jìn)，并在材料

11、性能上取得重大的進(jìn)步， 因而增強(qiáng)了聚乙烯管的優(yōu)勢，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。20 世紀(jì) 90 年代后國際上已經(jīng)能大量 生產(chǎn) PE100 級聚乙烯管材料。在同樣壓力和同樣直徑下，用 PE100 聚乙烯管已經(jīng)比 用聚氯乙烯管的重量要小。雖然高等級聚乙烯管材的價(jià)格還比聚氯乙烯管材高，但 聚乙烯管具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如柔韌性、可熔接性，因此可使管道敷設(shè)費(fèi)用明 顯低于聚氯乙烯管，從而可以使總的工程費(fèi)用下降。 特別是近 10 年來，國際上聚乙烯管的發(fā)展速度明顯快于聚氯乙烯管。歐洲塑料 管的產(chǎn)量從 1985 年的 140 萬噸增加到 1997 年的 260 萬噸,在 19901998 年間聚氯 乙烯管的平均年增長率

12、是 2%，而聚乙烯管的平均年增長率是 7%。美國塑料管協(xié)會(huì) 1998 年統(tǒng)計(jì)資料表明，美國在 1998 年一年時(shí)間內(nèi)聚乙烯管產(chǎn)量就增長了 11.9%約為 35 萬噸。由此可見國外聚乙烯管的發(fā)展是非?？斓?。我國聚乙烯（PE）管的生產(chǎn)始 于 60 年代，近年來在國家推廣使用化學(xué)建材的倡導(dǎo)下聚乙烯管得到了迅速的發(fā)展。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有 PE 管的生產(chǎn)企業(yè)有 150 多家，生產(chǎn)能力約為 45 萬噸，PE 管生產(chǎn) 規(guī)模在 5000 噸/年以上的企業(yè)有 10 多家。1999 年管材的使用量已達(dá)到 8000 萬米左 右。而且我國還從國外引進(jìn)了幾條生產(chǎn)線，生產(chǎn) PE80 和 PE100 等級的聚乙烯管材專 用

13、料。隨著聚乙烯管的許用應(yīng)力的提高，和聚氯乙烯管在壁厚上差距就減少了。應(yīng) 該注意到給水管領(lǐng)域正在越來越多的應(yīng)用聚乙烯管，而且在不少地區(qū)給水管當(dāng)中聚 乙烯管的應(yīng)用量已經(jīng)超過聚氯乙烯管。另外，在輸配燃?xì)夤茴I(lǐng)域以及埋地燃?xì)夤茴I(lǐng) 域也越來越多地使用各種聚乙烯管器材。聚乙烯管材管件之所以發(fā)展得這么迅速， 分析其原因有下面幾個(gè)方面。 （1）無毒、衛(wèi)生、環(huán)保。 （2）由于聚乙烯流動(dòng)性好、熱穩(wěn)定性高，注塑成型聚乙烯熱熔管件比較容易。 聚乙烯管電熔熔接都已有專門技術(shù)及專用設(shè)備，連接時(shí)十分方便和可靠。 （3）聚乙烯管具有獨(dú)特的柔韌性和優(yōu)良的耐刮傷痕的能力，對管道基礎(chǔ)的適應(yīng) 能力強(qiáng)，抗震性好，適宜用于地震地區(qū)。 （4

14、）適應(yīng)范圍廣。低密度聚乙烯強(qiáng)度較低，但是柔韌性好，用于低壓小直徑的 管材(如制造成小直徑盤管應(yīng)用于農(nóng)村或工地)。在給水、輸氣上使用的聚乙烯管則 應(yīng)采用高密度聚乙烯管材專用料1。 第第 1.2 節(jié)節(jié) 煤礦工程塑料的發(fā)展煤礦工程塑料的發(fā)展 隨著石化工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料已充斥到我們生活的方方面面，高性能的高分子 新材料，在材料科學(xué)發(fā)展中是非常重要的。1980 年以來煤礦這個(gè)最大的地下工程， 塑料的應(yīng)用也從零到有，呈逐漸發(fā)展壯大的趨勢。 由于煤礦井下富含瓦斯，易燃易爆，為了防止火花產(chǎn)生，所用錘子都要用銅制成， 眾所周知，塑料恰恰是易于聚集靜電荷而產(chǎn)生火花。1980 年以前，煤礦對井下使用 塑料沒有標(biāo)準(zhǔn)

15、，當(dāng)時(shí)不少地方將塑料管弄到井下用于風(fēng)管，很是方便快捷，但一送 風(fēng)就爆炸，還引起火災(zāi)，而且由于塑料不阻燃，又給滅火帶來困難。后來從材料的 各種化學(xué)指標(biāo)和物理特性進(jìn)行了深入的研究，確定是靜電引起的火災(zāi)，于是在 1985 年頒布了 MT113-85煤礦井下用非金屬聚合物制品安全性能檢驗(yàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo) 準(zhǔn)把聚合物下井使用規(guī)定了兩個(gè)安全指標(biāo)，即抗靜電指標(biāo)表面電阻小于 1108， 阻燃指標(biāo)氧指數(shù)大于 27。至此，塑料進(jìn)入煤礦井下應(yīng)用有了法規(guī)可依。 常用的原體樹脂氧指數(shù)很低，而表面電阻值又很高，距 MT113-85 標(biāo)準(zhǔn)要求相差 很遠(yuǎn)。為了能滿足煤礦井下塑料制品的力學(xué)性能及安全性能的要求，目前基本上是 采用

16、改性方式來解決。塑料改性有物理改性和化學(xué)改性兩種。所謂化學(xué)改性是通過 共混、接枝、交聯(lián)和降解等方式使塑料具有人們需要的功能。而物理改性是在塑料 中加入無機(jī)質(zhì)進(jìn)行填充增強(qiáng)，也可加入有機(jī)質(zhì)進(jìn)行共混2。 改性 PE 已于 1988 年生產(chǎn)成管材用于井下排水。高密度聚乙烯（HDPE）和低密度 聚乙烯（LDPE）與 PVC 相比，有較好的力學(xué)性能和加工性能，用來生產(chǎn)耐壓較高的 管材倍受井下工人歡迎，是將來在井下部分或全部替代鋼管的潛在項(xiàng)目。它的特點(diǎn) 如下3： 1、具有阻燃性能、抗靜電性能，其指標(biāo)符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT 558.12005 煤 礦井下用塑料管材 第 1 部分：聚乙烯管材的要求，能夠滿足煤礦安

17、全生產(chǎn)的要求； 2、質(zhì)輕、安裝方便，其單位重量僅為鋼管的 1/8，玻璃鋼管的 1/3，因而煤礦用 聚乙管材不僅運(yùn)輸方便，用于煤礦井下時(shí)能大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效 率； 3、具有抗老化性能、抗快速開裂性能、抗沖擊性能，使用壽命長； 4、耐腐蝕、不結(jié)垢，特別適合用于井下輸送高硫水質(zhì)以及含鈣、鎂等離子的水， 節(jié)省防腐及除垢的費(fèi)用，而且使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋼管，綜合經(jīng)濟(jì)效益是鋼管的 68 倍； 5、具有自潤滑性，其內(nèi)壁光滑，當(dāng)量絕對粗糙度為鋼管的 2/5，輸送阻力小， 在相同條件下，可提高輸送能 30%； 6、熱膨脹系數(shù)比鋼管稍高，但模量比鋼管低得多，其膨脹產(chǎn)生的作用相當(dāng)小， 材料自身即可吸收，

18、管道系統(tǒng)中無需采用補(bǔ)償手段。 雖然如此，但是由于目前人們的習(xí)慣思想，對塑料管的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足等原因， 實(shí)際應(yīng)用量同樣與實(shí)際需求量相差甚遠(yuǎn)。 第第 1.3 節(jié)節(jié) 礦用聚乙烯管材的發(fā)展前景礦用聚乙烯管材的發(fā)展前景 1998 年美國的 HDPE 管材消耗量就達(dá) 563kt。HDPE 用于生產(chǎn)管材的消耗量占 HDPE 總量的 8.9。日本 1998 年 HDPE 管材的消耗量為 67kt，約占 5.6。主要用 于水管、雨水管及輸氣管。澳大利亞的塑料管材目前占整個(gè)市場約 40%，其中 HDPE 管材占市場第 2 位，大約占銷售額的 30。主要應(yīng)用于氣體和采礦市場，大直徑管 材應(yīng)用于水分配和電信領(lǐng)域 HDP

19、E 燃?xì)夤茉谖鞣絿乙呀?jīng)十分普及。 HDPE 固體輸送管近年來也獲較快發(fā)展，歐美許多國家在疏浚工程中用來輸送河 沙、泥漿，在礦山中用來輸送礦渣，已顯示出它固有的耐磨性、耐腐蝕性好和壓力 損失低等特點(diǎn)。 與國外相比，我國對 HDPE 管材及專用料的開發(fā)與推廣應(yīng)用起步較晚，進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代，HDPE 管材才逐步應(yīng)用于建筑、農(nóng)田灌溉及地礦、石油化工、冶金、有 色金屬、煤炭、輕工等工業(yè)系統(tǒng)。1999 年，我國各種塑料管材的總產(chǎn)量已達(dá) 1000kt，其中 PE 管材 360kt，占 36，主要用于燃?xì)夤?、給排水管、灌溉管、礦用 管和保溫套管等。 大慶塑料制品廠生產(chǎn)的燃?xì)夤芙?jīng)過熱熔接和電熱管件

20、熔焊應(yīng)用于哈爾濱市煤氣 輸送管道，幾年來運(yùn)行良好。青島化工學(xué)院高分子材料研究所研制成功交聯(lián) HDPE 鋁 塑復(fù)合管材4，可用于自來水管、熱水管、煤氣管、暖氣管、空調(diào)器連接器、油田油 井管等，其應(yīng)用前景廣泛。 HDPE 管在礦業(yè)方面也有很大的應(yīng)用潛力。揚(yáng)子石化公司研制成功的 HDPE 礦用 固液輸送管具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、耐磨損、不結(jié)垢、耐大氣老化和低溫性能好等特 點(diǎn)，使用溫度最低可達(dá)-40，其專用料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到德國 Hoechst 公司的 GM5010T2 樹脂的標(biāo)準(zhǔn)，并在國內(nèi)同行中率先開發(fā)出大口徑厚壁管，已在青海鹽湖 400kt 擴(kuò)建工程水采浮管系統(tǒng)中取得了成功應(yīng)用，替代了美國進(jìn)口的系列

21、礦用管敷設(shè) 長度達(dá)數(shù)十公里在高原惡劣的氣候條件下，管道的使用情況良好，特別是防腐蝕性 能優(yōu)異。該管材還代替價(jià)高的合金管，首次應(yīng)用于揚(yáng)子石化公司煉油廠常減壓二車 間與硫回收車間之間的 1400m 具有較強(qiáng)腐蝕性的含硫污水管線，使用效果良好。在 HDPE50005 中摻混十溴聯(lián)苯醚、三氧化二銻及適量硼酸鋅的復(fù)合阻燃添加劑和有機(jī)抗 靜電劑并加入適量無機(jī)鹽增效，研制成具有阻燃及抗靜電性能的 HDPE 瓦斯抽放管， 可代替原鋼管，在礦井無光照條件下的使用壽命可達(dá) 50 年以上5。該 HDPE 管還可 應(yīng)用于城市煤氣管道。 據(jù)介紹，總投資達(dá) 56 億元的國內(nèi)輸煤管線從山西孟縣經(jīng)山東濰坊到青島，管道 輸煤以

22、水煤漿料為主，也需要大量的 HDPE 管。2005 年我國塑料管材管件市場將超過 1200Kt,2010 年可達(dá)到 2000Kt。 第二章第二章 原料及配方設(shè)計(jì)原料及配方設(shè)計(jì) 第第 2.12.1 節(jié)節(jié) 配方設(shè)計(jì)配方設(shè)計(jì) 2.1.12.1.1 塑料配方設(shè)計(jì)的意義塑料配方設(shè)計(jì)的意義 目前，已投入工業(yè)化生產(chǎn)的樹脂不下幾百種，雖然有如此眾多的樹脂可供選擇， 但要想找到一種滿足要求的完美的樹脂品種是十分困難的，因?yàn)槊恳环N樹脂都有一 定的局限性，既有自己的獨(dú)特之處，也有自己的薄弱環(huán)節(jié)。 而開發(fā)一個(gè)新的樹脂品種往往需要幾年、甚至更長的時(shí)間，而改善樹脂的性能， 即改性，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成，因此改性是優(yōu)化樹

23、脂的一種最為有效的方法7。 歸納起來，塑料配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： 1.改善加工性能 有些樹脂品種本身的加工性不是十分不好，可通過添加合適的加工助劑，改善其 加工性能。 2.改善樹脂的內(nèi)在性能 塑料制品設(shè)計(jì)人員常選取性能最接近塑料制品要求的樹脂品種，并對其進(jìn)行適當(dāng) 的改性，使之完全滿足制品的需要。 3.降低成本 物美價(jià)廉是每一個(gè)設(shè)計(jì)者的首選目標(biāo)。也就是說，樹脂在滿足制品要求性能的前 提下，制造成本越低越好。 降低成本的方法主要有兩種，即填充法和發(fā)泡法。填充法是在樹脂中加入價(jià)格低 廉的工業(yè)礦物及工業(yè)廢渣，如碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、粉煤灰、紅泥、硅灰石及 硅藻土等7。 2.1.22.

24、1.2 塑料配方設(shè)計(jì)的原則塑料配方設(shè)計(jì)的原則 1.根據(jù)制品的用途設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)為礦用管應(yīng)具有阻燃和抗靜電性能； 2.在進(jìn)行混合時(shí)，助劑與樹脂之間應(yīng)具有良好的相容性； 3.助劑的加工溫度應(yīng)滿足造粒過程以及管材加工過程的最高溫度； 4.所設(shè)計(jì)的配方應(yīng)適合造粒工藝和擠出工藝流程； 5.助劑的來源應(yīng)豐富，其成本在滿足所需性能要求的前提下盡量降低； 6.根據(jù)設(shè)計(jì)的用途，在本設(shè)計(jì)的配方中所有原料應(yīng)是無毒的8。 2.1.32.1.3 塑料配方設(shè)計(jì)方法塑料配方設(shè)計(jì)方法 在設(shè)計(jì)配方時(shí)一種配方中往往有很多助劑品種，不同品種之間加入量如何搭配， 如果盲目地進(jìn)行試驗(yàn)，要進(jìn)行很多次數(shù)，而采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，可以大大地減少

25、 試驗(yàn)次數(shù)，節(jié)省工作量，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行配方設(shè)計(jì)，更使其準(zhǔn)確、快捷9。 第第 2.22.2 節(jié)節(jié) 原料的選擇原料的選擇 2.2.12.2.1 HDPEHDPE 樹脂的選取樹脂的選取 聚乙烯是分子結(jié)構(gòu)最簡單的一種樹脂，原料來源豐富，價(jià)格低廉，具有優(yōu)異的 電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，易于成型加工，品種較多，可滿足不同性能要求。 1953 年德國化學(xué)家齊格勒用低壓法生產(chǎn)出 HDPE。它是一種無毒、無味、無臭的 白色顆粒，熔點(diǎn)約為 130，相對密度 0.9410.965g/cm3。具有良好的耐熱性和耐 寒性?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，具有較高的剛性和韌性，而且機(jī)械強(qiáng)度、介電性能和耐環(huán)境 應(yīng)力開裂性能亦較好。HDPE

26、的平均分子量高，支鏈短而且少，因此密度高，結(jié)晶度 也較高。從性能上來看，HDPE 拉伸強(qiáng)度高，剛度和硬度優(yōu)于 LDPE，有利于制品的薄 壁化和輕量化。同時(shí)，氣體阻隔性和化學(xué)穩(wěn)定性也優(yōu)于 LDPE。 常溫下，HDPE 的斷裂伸長率小，延展性差，但在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下具有較大的 拉伸倍數(shù)，利用這一點(diǎn)可獲得高度取向的制品。取向后，制品的力學(xué)性能可大大提 高。 另外，HDPE 的熔體黏度高，生產(chǎn)中可采用較大的吹脹比。因此一般選用 MFR 為 0.010.5g/10min 的 HDPE，作為生產(chǎn)燃?xì)夤艿臉渲?2.2.22.2.2 HDPEHDPE 樹脂的改性及助劑性質(zhì)樹脂的改性及助劑性質(zhì) 1.阻燃改性

27、阻燃改性的原則一般是：阻燃效果好；與樹脂有很好的相容性，與其他添加劑 有協(xié)同作用或沒有相抗性；工藝簡單，價(jià)格低廉。 HDPE 氧指數(shù)為 17，而輸送燃?xì)獾墓懿囊笃溲踔笖?shù)大于 27，兩者相差甚遠(yuǎn)， 一般阻燃辦法很難達(dá)到。選用十溴聯(lián)苯醚（DBDPO） 、三氧化二銻（Sb2O3）及適量硼 酸鋅作為復(fù)合阻燃添加劑，能產(chǎn)生很好的協(xié)同阻燃效果。 DBDPO 含溴為 83%，熔點(diǎn)為 30，分解溫度為 420，在聚合物燃燒時(shí)，能不斷 捕獲 OH 自由基，并與之反應(yīng)生成水，形成水蒸氣帶走熱量。 Sb2O3 外觀為白色粉末，粒度為 35m,熔點(diǎn)為 650，它與 DBDPO 分解成的 HBr 反應(yīng)，生成 SbBr

28、3 和 SbOBr，SbOBr 受熱也會(huì)變成 SbBr3。SbBr3 是一種密度較大 的不可燃?xì)怏w，它能形成一層濃密的氣體層罩在燃燒物上面，使之與大氣隔絕，從 而發(fā)揮阻燃作用。 水合硼酸鋅外觀為白色粉末，粒度為 10m，含 3.5 個(gè)結(jié)晶水，在聚合物燃燒 時(shí)它與 DBDPO 分解生成的 HBr 反應(yīng)生成 BBr3 和 ZnBr2。而這兩種物質(zhì)均是不可燃的 無機(jī)質(zhì)，可覆蓋在燃燒物的表面，形成一層熔融的玻璃狀“涂層” ，達(dá)到阻燃效果。 2.抗靜電改性 燃?xì)夤軐酆衔锏目轨o電要求較高，我國在 MT181-1980 中規(guī)定，輸送燃?xì)夤鼙?面電阻值不大于 1106。HDPE 是非極性高分子材料，表面電阻

29、值高達(dá) 11016，而通過采用添加導(dǎo)電粉（金屬粉，石墨等）的方法會(huì)嚴(yán)重降低其力學(xué)性 能。若單獨(dú)用有機(jī)抗靜電劑，則表面電阻只能達(dá)到 1108。如果采用在 HDPE 樹脂 中同時(shí)加入有機(jī)抗靜電劑及適量無機(jī)鹽的方法，則可成功地把 HDPE 的表面電阻值降 至 1106 以下。 在有機(jī)抗靜電劑 HKD-500 中加入無機(jī)高分子增效劑，可以大幅度降低 HDPE 的表 面電阻值（最底可達(dá) 1103 以下） 。有機(jī)抗靜電劑的親水基有吸濕性，能在材料 表面形成很薄的水膜，使材料表面電阻值達(dá)到 1108，加入無機(jī)鹽后，無機(jī)鹽在 水膜中電離使水膜變成“離子膜” ，從而大幅度提高材料的抗靜電性能10。 3.以溴類阻

30、燃劑為主，Sb2O3 為輔的互相配合，可以實(shí)現(xiàn)阻燃改性，并達(dá)到 MT181-88 的要求，但它們的用量仍然很大，如此大量的阻燃劑加入到 HDPE 棺材中后， 帶來了兩個(gè)致命的問題，即管材的物理力學(xué)性質(zhì)很差，甚至沒有使用價(jià)值；其次是 棺材的成本高的沒有推廣價(jià)值，使這種阻燃改性毫無實(shí)際意義。有價(jià)值的阻燃改性， 要求使用具有多種功能的、價(jià)格便宜的阻燃改性劑。HDPE 管材中使用的 CPE 和 CaCO3 就是具阻燃功能又可以進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度改性的添加劑。CPE 是聚乙烯分子結(jié)構(gòu)中 仲碳原子上氫原子經(jīng)氯取代的一種高分子無規(guī)氯化物（它的價(jià)格為溴類阻燃劑的 1/3） 。它與 Sb2O3、 CaCO3 配合使用

31、有很好的阻燃效果。CPE 和 CaCO3 都是機(jī)械性能 改性劑。含氯量在 35%左右的 CPE 有橡膠的柔軟性，因而是一種良好的抗沖擊改性劑。 CaCO3 有抗彎曲改性的功能。而這兩種改性是在制造 HDPE 硬質(zhì)管材時(shí)必須進(jìn)行的。 綜上所述，本設(shè)計(jì)配方如下： 表表 1.11.1 燃?xì)夤懿牡呐浞皆O(shè)計(jì)燃?xì)夤懿牡呐浞皆O(shè)計(jì) 組分分?jǐn)?shù) 高密度聚乙烯（HDPE）100 十溴聯(lián)苯醚（DBDPO）4 三氧化二銻（Sb2O3）2 硼酸鋅1 HKD-5005 CPE2 CaCO35 第三章第三章 設(shè)計(jì)任務(wù)及工藝流程的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)及工藝流程的設(shè)計(jì) 第 3.13.1 節(jié)節(jié) 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù) 3.1.13.1.1 設(shè)計(jì)

32、題目設(shè)計(jì)題目 原料：高密度聚乙烯（HDPE）混配料、其它助劑 產(chǎn)量：5000 噸/年 用途：煤礦管道主要用于輸水、通風(fēng)、輸煤、抽瓦斯、噴漿等用途。 外觀：黑色 特性： 具有阻燃性能、抗靜電性能；質(zhì)輕、安裝方便；具有抗老化性能、抗快速開裂 性能、抗沖擊性能，使用壽命長；耐腐蝕、不結(jié)垢，特別適合用于井下輸送高硫水 質(zhì)以及含鈣、鎂等離子的水，節(jié)省防腐及除垢的費(fèi)用；具有自潤滑性，輸送阻力小， 在相同條件下，可提高輸送能 30%；熱膨脹系數(shù)比鋼管稍高，但模量比鋼管低得多， 其膨脹產(chǎn)生的作用相當(dāng)小，材料自身即可吸收，管道系統(tǒng)中無需采用補(bǔ)償手段；抗 震性能優(yōu)良。 規(guī)格型號：公稱外徑 90 毫米；公稱壁厚 5

33、.4 毫米。 3.1.23.1.2 選題意義選題意義 煤炭是我國最重要的能源資源，2001 年度，我國 77的發(fā)電能源、65的化工 原料，以及 45的日用品資源是由煤炭行業(yè)提供的。國家煤炭工業(yè)局資料顯示， 1999 年我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占 67.1，到 2050 年，煤炭在能源中的比 例仍將占據(jù) 50%，那時(shí)每年全國產(chǎn)煤 2327 億噸。 1999 年，全國有煤礦 4 萬個(gè)，其中國有重點(diǎn)煤礦 595 個(gè)，地方國有煤礦 1621 家，單就 30 萬噸及以上礦井就有上千家，每年管道用量就在 3 萬公里以上，市場前 景極大。 煤礦管道主要用于輸水、通風(fēng)、輸煤、抽瓦斯、噴漿等用途，傳統(tǒng)的煤炭

34、管道 是鑄鐵管、無縫鋼管、混凝土管道、玻璃鋼管道等，但金屬管道主要存在密度大、 鋪設(shè)、運(yùn)輸、安裝困難，管道易腐蝕等問題?；炷凉艿来嬖谥亓看?、運(yùn)輸、安裝 不方便等問題，因此近年來在煤礦用材料“以塑代鋼、以塑代木”精神的指導(dǎo)下， 塑料煤礦用管道得到了長足的發(fā)展，截止到 2006 年 11 月份，總計(jì)有 84 家公司辦理 了煤礦井下用管道的安全標(biāo)志，其中玻璃鋼管道廠家 26 家，PVC 管道廠家 10 家，PE 管道 45 家，其他類管道 10 家，其中部分廠家同時(shí)生產(chǎn)兩種材料以上的管道。從以 上數(shù)據(jù)可以看出 PE 管道是近年來發(fā)展最快的一種管道。 煤礦用聚乙烯管材必須經(jīng)國家采煤機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中

35、心檢驗(yàn)合格（其性能均 符合國家 MT558.1-1996 標(biāo)準(zhǔn)） ，并通過國家煤炭部的批準(zhǔn),獲準(zhǔn)使用“煤礦安全標(biāo)志” 證書。在全球能源緊缺、煤炭資源日益受到重視的今天，市場潛力極為廣闊，憑借 卓越的理化性能，PE 礦用管道已成為替代井下鋼管、玻璃鋼管的最佳選擇11。 3.1.33.1.3 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 根據(jù)產(chǎn)品要求，確定配方，進(jìn)行生產(chǎn)方法及工藝流程論證；根據(jù)年產(chǎn)量及產(chǎn)品 規(guī)格進(jìn)行物料衡算，并在此基礎(chǔ)上確定合適的設(shè)備型號和數(shù)量；對生產(chǎn)車間的安排 和布置進(jìn)行詳細(xì)論述；對管材擠出機(jī)頭進(jìn)行詳細(xì)地計(jì)算和設(shè)計(jì)；對生產(chǎn)車間的采暖、 通風(fēng)、照明、防火、環(huán)保以及人員編制情況進(jìn)行概述；并對生產(chǎn)車間的經(jīng)

36、濟(jì)效益進(jìn) 行初步核算。 第 3.23.2 節(jié)節(jié) 工藝流程概述工藝流程概述 整個(gè)生產(chǎn)工藝過程可分為造粒和擠出兩個(gè)工段，具體如下： 物料（HDPE 樹脂及各種助劑） 稱量 捏合（高混、冷混） 擠出造粒 擠出成型 冷卻定型 牽引切割 成品檢驗(yàn) 3.2.13.2.1 造粒工段的流程設(shè)計(jì)造粒工段的流程設(shè)計(jì) 造粒工序流程為： 原料的配制 稱量 捏合（ 高混、冷混） 造粒機(jī)粒料成型 在配料階段 HDPE 樹脂要經(jīng)過篩選，過篩的目的是為了防止機(jī)械雜質(zhì)混入樹脂中 影響塑料制品的質(zhì)量，甚至損壞設(shè)備，所以為了保證正常生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量，必須進(jìn) 行過篩。常見的篩析設(shè)備主要有圓筒篩、振動(dòng)篩和平面篩。影響篩選效率的主要因 素

37、包括： 物料的粒度與篩孔尺寸 物料在篩面上的移動(dòng)速度（一般取 0.1m/s 左 右，移動(dòng)速度慢，篩選效率高） 篩選面的傾斜度和有效面積。因?yàn)檎駝?dòng)篩有噪音 低、驅(qū)動(dòng)功率小、振動(dòng)功率大、調(diào)節(jié)振幅方便、篩選能力大等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選 用振動(dòng)篩。 對于物料的輸送，從使用角度和經(jīng)濟(jì)方面來考慮，將篩選后的 HDPE 樹脂從一樓 送至四樓的方法采用風(fēng)送。輸送樹脂的裝置有四種，分別是風(fēng)送、袋式輸送、螺旋 輸送和斗式提升輸送，其中以風(fēng)送最經(jīng)濟(jì)，且維護(hù)方便。所以本設(shè)計(jì)選用羅茨鼓風(fēng) 機(jī)進(jìn)行風(fēng)送。由羅茨鼓風(fēng)機(jī)將 HDPE 樹脂粉料由風(fēng)送至四樓儲(chǔ)罐。在 HDPE 儲(chǔ)罐入口 處安裝旋風(fēng)分離器，其作用是除去樹脂中的灰塵。而

38、對于其它助劑，由于用量較小， 所以不適合選擇旋風(fēng)分離器，通常都是由人工定時(shí)加入到儲(chǔ)罐中。 在每個(gè)儲(chǔ)罐外壁接近出口處都裝有倉壁振動(dòng)器，主要是為了使物料不易堵塞出 口，使物料不易粘著在罐壁內(nèi)表面，不影響物料在生產(chǎn)過程當(dāng)中順利流出。儲(chǔ)罐中 的物料都是借助重力作用下流，因此可節(jié)省一定的動(dòng)力輸送。HDPE 樹脂和各種助劑 分別經(jīng)過電子配料秤（在這里本設(shè)計(jì)采用 HDPE 樹脂單獨(dú)使用一臺(tái)電子配料秤，其他 助劑分別使用兩臺(tái)電子配料秤） ，嚴(yán)格按配方比例稱量，稱量后直接進(jìn)入混合機(jī)組， 在該處物料經(jīng)過高混和冷混?；炝线^程是實(shí)現(xiàn)使添加劑均勻混合的步驟，而混煉過 程還有對成型有利的一面，由 CPE 特性可知，凡是配

39、合中加有 CPE 的塑料制品，不 經(jīng)混煉成型是很困難的。 高混和冷混是對物料均起到混合作用。進(jìn)行高混的時(shí)間一般為 615 分鐘，進(jìn)行 高混的目的主要是使物料混合均勻，起到部分塑化作用。而冷混的目的則是對高混 后的物料進(jìn)行降溫和進(jìn)一步混合。對于熱塑性塑料 HDPE，使之快速冷卻排除其中多 余的熱量是很有必要的。 混好后的物料借助重力流程進(jìn)入一樓的臨時(shí)大混合料儲(chǔ)罐，在此必須注意防止混 合料發(fā)生結(jié)塊和吸濕。然后通過人工分別運(yùn)至造粒車間的各個(gè)過渡儲(chǔ)罐。 輸送到過渡儲(chǔ)罐中的物料，用彈簧上料器送至造粒機(jī)的上料槽中，物料在造粒 機(jī)中熔融塑化后。經(jīng)切刀切割成粒，然后運(yùn)輸，經(jīng)縫包機(jī)縫包，用小車運(yùn)至擠管車 間。

40、3.2.23.2.2 擠管工段流程設(shè)計(jì)擠管工段流程設(shè)計(jì) 擠管工段流程如下： 粒料料槽 彈簧上料器 擠出機(jī) 機(jī)頭定徑、冷卻裝置 滾輪牽引裝 置 切割裝置 堆放裝置檢驗(yàn)包裝 從造粒工段生產(chǎn)出的粒料通過小車運(yùn)到擠管車間的儲(chǔ)罐中，通過彈簧上料器送 到擠出機(jī)的料斗當(dāng)中，經(jīng)熔融加壓后由機(jī)頭擠出。擠出機(jī)分為單螺桿和雙螺桿兩種， 單螺桿擠出機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)：較高的生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)均，致密；可根據(jù)產(chǎn)品的不 同要求改變產(chǎn)品的斷面形狀，生產(chǎn)過程連續(xù)，應(yīng)用廣泛；可以完成不同工藝過程的 綜合加工；造價(jià)低廉，車間粉塵含量低，生產(chǎn)條件清潔等，所以本設(shè)計(jì)選用單螺桿 擠出機(jī)。擠出機(jī)頭大體上分為偏移式和直通式，由于本設(shè)計(jì)的 HDP

41、E 管為中型管徑， 所以本設(shè)計(jì)選用直通式機(jī)頭。 為了獲得高光潔度的、尺寸準(zhǔn)確和幾何形狀正確的 HDPE 管材，進(jìn)行冷卻定型是 非常重要的。定型方法分為外徑定徑法和內(nèi)徑定徑法，本設(shè)計(jì)選用外徑定徑法。對 于高密度聚乙烯管材來說，采用速冷工藝，因?yàn)轶E冷可使管子表面光澤好，結(jié)晶度 小，強(qiáng)度高，各向性能均勻。而結(jié)晶度小對抗靜電改性劑有利，結(jié)晶度越小，加入 同樣配比的有機(jī)抗靜電劑，管材表面電阻率下降越多，所以驟冷對改善抗靜電性能 和機(jī)械性能均有利。 此外，在造粒和擠管時(shí)，把溫度控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。在配方組成的諸多添 加劑中，大部分組成成分的分解溫度在 200以上，只有 CPE 的分解溫度為 170，

42、無機(jī)抗靜電助劑在 177.8時(shí)發(fā)生升華。有關(guān)資料表明，溫度控制在 140195 之間，不會(huì)有多少 CPE 分解，無機(jī)抗靜電助劑升華的量也不會(huì)多，因?yàn)閷?shí)際造粒和 擠管過程中，物料通過高溫段的時(shí)間比較短暫。由此可見 140195的溫度范圍 對造粒和擠管也是適合的12。 第四章第四章 物料衡算物料衡算 第第 4.14.1 節(jié)節(jié) 計(jì)算任務(wù)計(jì)算任務(wù) 當(dāng)生產(chǎn)工藝過程確定下來時(shí)，各生產(chǎn)工序的物料比例以及物料轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系也隨 之確定。根據(jù)這種定量關(guān)系進(jìn)行的計(jì)算實(shí)為物料衡算。 物料衡算實(shí)質(zhì)上是“質(zhì)量守衡定律”的一種表現(xiàn)形式。對于一個(gè)確定的生產(chǎn)過程， 進(jìn)入該過程的物料應(yīng)等于其排出的物料量及其過程的積累量： F=

43、D+W 式中：F進(jìn)料量，D出料量與損耗量，W累積量。 本設(shè)計(jì)工藝過程屬于穩(wěn)態(tài)連續(xù)過程，而且生產(chǎn)過程中不伴隨化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因而進(jìn) 料量總和F 等于出料量總和D， W 為零。 通過物料衡算，算出各種原料消耗定額，為設(shè)備選型以及計(jì)算臺(tái)數(shù)等提供依據(jù)13 14。 年產(chǎn) 5000 噸礦用聚乙烯管材生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)的物料衡算。 第第 4.24.2 節(jié)節(jié) 計(jì)算基準(zhǔn)的選取計(jì)算基準(zhǔn)的選取 1 .年工作日： 365-11（法定假日）=354 天=8496 小時(shí) 2. 設(shè)備大修所耗時(shí)間： 25 天/年=600 小時(shí)/年 3. 特殊情況停車時(shí)間： 15 天/年=360 小時(shí)/年 4. 機(jī)頭清理和換過濾網(wǎng)的時(shí)間： 1 次/6

44、 天；8 小時(shí)/次 354-（25+15）1/68=418.67 小時(shí)=17.44 天 5.實(shí)際開車時(shí)間： 365-11-25-15-17.44=296.56 天=7117.33 小時(shí) 6.設(shè)備利用率： =實(shí)際開車時(shí)間/年工作時(shí)間=7117.33/8496=0.84 第第 4.34.3 節(jié)節(jié) 物料衡算物料衡算 4.3.14.3.1 擠出成型工段物料衡算擠出成型工段物料衡算 1.擠出成型工段物料損耗率 擠出成型工段物料的損耗分自然損耗、掃地料、下腳料等，這些損耗的物料量大 部分都可以回收進(jìn)行再利用，下邊列出各損耗一覽表 4.1。 表表 4.14.1 擠出成型流程物料的損失率擠出成型流程物料的損失

45、率 工序自然損耗掃地下腳料一次 成品 百分率%0.10.45.594 2.擠出成型工段物料衡算 根據(jù)上表數(shù)據(jù)和本次設(shè)計(jì)下達(dá)的任務(wù)，計(jì)算出各項(xiàng)損耗量如下： 半成品粒料的理論需求量：500094%=5319.15 噸/年 自然損耗量占： 5319.150.1%=5.32 噸/年 掃地料占： 5319.150.4%=21.28 噸/年 下腳料占： 5319.155.5%=292.55 噸/年 下腳料回收破碎量（回收率為 95%）： 292.55（15%）=277.92 噸/年 顆粒中需加回收料量： 5319.155%=265.96 噸/年 回收率為： 265.96292.55=90.9% 3.擠出成

46、型工段物料平衡表 表表 4.24.2 擠出成型流程的物料平衡擠出成型流程的物料平衡 單位：噸/年 工序 輸入物料 自然損耗 掃地料下腳料 成品 物料量5319.155.3221.28292.555000 4.3.24.3.2 造粒工段造粒工段 1.造粒工段物料損耗率 在造粒流程里，物料要經(jīng)過篩選、輸送、高混、冷混等過程才能進(jìn)行擠出造粒。 而這些過程中物料不可避免的要損失一部分，下表為各個(gè)工段的物料損耗系數(shù)。 表表 4.34.3 塑化選粒工段物料損耗系數(shù)塑化選粒工段物料損耗系數(shù) 工 序 篩選 自然 輸送 掃地 高速 混合 冷卻 混合 擠出 造粒 自然 掃地 粒料 風(fēng)送 損耗率%0.20.30.1

47、0.10.20.30.2 合計(jì)損耗率%0.50.10.10.50.2 總損失%1.4 2.造粒工段物料衡算 進(jìn)入本工序的物料量=出料量（1-本工序的損失率） 單位：噸/年 實(shí)際半成品的粒料量：5319.15（1-5%）=5053.19 回收率為 5% 進(jìn)入風(fēng)送物料量： 5053.19（1-0.2%）=5063.32 進(jìn)入擠出造粒時(shí)物料量： 5063.32（1-0.5%）=5088.76 進(jìn)入冷混機(jī)的物料量： 5088.76（1-0.1%）=5093.85 進(jìn)入高混機(jī)的物料量： 5093.85（1-0.1%）=5098.95 進(jìn)入篩選輸送物料量： 5098.95（1-0.5%）=5124.57

48、3.塑化造粒流程物料平衡表 塑化造粒流程要經(jīng)過很多步驟，例如：篩選輸送、高混、冷混等，下表列出各 個(gè)過程所需的物料量。 表表 4.44.4 塑化造粒工段物料的平衡塑化造粒工段物料的平衡 工 序 輸入 物料 kg 回收 kg 小計(jì) kg 輸出 物料 kg 損失 kg 小計(jì) kg 篩選輸送 高速捏合 冷卻捏合 擠出造粒 風(fēng)送粒料 半成品 合計(jì) 5124.57 5124.57 5098.95 5098.95 5093.85 5093.85 5088.76 5088.76 5063.32 5063.32 5053.19 265.96 5319.19 5319.15 20395.8190 102.491

49、6 20498.3106 20375.4232 20.3958 20395.8190 20355.0478 20.3754 20375.4232 20253.2726 101.7752 20355.0478 20212.7660 40.5066 20253.2726 21276.5957 21276.5957 21276.5957 4.各組分需求量 經(jīng)過計(jì)算可以得配方中各個(gè)原料的理論需求量，本設(shè)計(jì)的配方按配比可以算出各 組分的理論需要量，如下表 4.5 所示： 表表 4.54.5 粉粒中各組分理論需要量粉粒中各組分理論需要量 原料 名稱 配方 份數(shù) 百分率 % 消耗 （噸） 年需要量 （噸）

50、日需要量 （噸） 時(shí)需要量 （kg） HDPE10084.03840.3430636145260505 DBDPO43.3633.6172190582498 Sb2O321.6817.486090291210 硼酸鋅10.848.44305015605 HKD-50054.2042215230733024 CaCO354.2042215230733024 CPE21.6816.886090291210 第第 4.44.4 節(jié)節(jié) 物料衡算流程圖物料衡算流程圖 根據(jù)物料衡算，列出其流程圖如下： 單位：噸/年 5124.57 5053.19 20005 5000 造粒工段擠出成型工段成品 第五章第五

51、章 生產(chǎn)設(shè)備的選擇生產(chǎn)設(shè)備的選擇 第第 5.15.1 節(jié)節(jié) 設(shè)備選型的原則設(shè)備選型的原則 一、設(shè)備選型的原則應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和我國實(shí)際情況方面出發(fā)。 要求技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，所選用的設(shè)備應(yīng)與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，確保產(chǎn)品質(zhì) 量，連續(xù)化大型化程度高，降低原材料等消耗，設(shè)備易制造，操作及維護(hù)保養(yǎng)方便。 此外設(shè)計(jì)中所選用的設(shè)備要有一定可靠性。 二、設(shè)備的分類和選型 根據(jù)設(shè)備在生產(chǎn)過程中的作用和來源，塑料制品廠生產(chǎn)設(shè)備大致可分為定型設(shè)備 和非定型設(shè)備。 1.定型設(shè)備 一般是指不需要計(jì)算而直接選取設(shè)備，如：擠出機(jī)、破碎機(jī)等。這些設(shè)備因?yàn)檫B 續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對機(jī)械性能要求較高，因此一般都由專業(yè)廠家生產(chǎn)15。 2.非定

52、型設(shè)備 非定型設(shè)備的一般是指儲(chǔ)料罐等規(guī)格和材質(zhì)都不定型的輔助設(shè)備。選擇時(shí)要注意 選擇合理的容積，容積過小，設(shè)備臺(tái)數(shù)眾多，占地大；容積過大，會(huì)造成浪費(fèi)資源。 此外，還要考慮設(shè)備防腐。 在本次設(shè)計(jì)的設(shè)備選擇所遵循的原則是：選用設(shè)備與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，最大限度 的提高設(shè)備的利用率，同時(shí)提高連續(xù)化、大型化生產(chǎn)程度和勞動(dòng)生產(chǎn)率，盡量降低 原材料和能源的消耗。另外，設(shè)備要容易制造，而且操作及維護(hù)保養(yǎng)要方便1617。 第第 5.25.2 節(jié)節(jié) 定型設(shè)備的選擇定型設(shè)備的選擇 損失 71.38 加入回收料 265.96 損失及下腳料 363.93 5.2.15.2.1 擠出造粒機(jī)的選擇擠出造粒機(jī)的選擇 為了適應(yīng)生

53、產(chǎn)能力，保證粒料的質(zhì)量，又因本車間的生產(chǎn)任務(wù)很重，因此選擇造 粒機(jī)為 SJ-200-A ，其參數(shù)如下： 表表 5.15.1 造粒機(jī)性能參數(shù)表造粒機(jī)性能參數(shù)表 型號SJ-200-A 螺桿直徑（mm）200 螺桿長徑比20:1 螺桿最高轉(zhuǎn)速（r/min）515 生產(chǎn)能力（kg/hr）200400 電機(jī)功率（kw）7.5 電壓（伏）380 加熱方式鑄鋁加熱器 機(jī)器中心高(mm)1100 外形尺寸（mm）588026702975 重量（噸）12 生產(chǎn)廠家大連橡膠塑料機(jī)械廠 根據(jù) SJ-200-A 型造粒機(jī)的生產(chǎn)能力為 200400kg/hr，則取 400kg/hr，需要造 粒機(jī)臺(tái)數(shù)為： (5088.7

54、61000)（4007117.33）=1.79 臺(tái) 取 2 臺(tái) 因此，所需的造粒機(jī)臺(tái)數(shù)為 2 臺(tái)。 5.2.25.2.2 擠出機(jī)及其輔機(jī)的選擇擠出機(jī)及其輔機(jī)的選擇 5.2.2.15.2.2.1 擠出機(jī)的選擇擠出機(jī)的選擇 由于制品形狀簡單，較易冷卻定型，選擇牽引速度為 1.5m/min， 查書知：線重=1.48kg/m 因而成型擠出機(jī)每小時(shí)的生產(chǎn)能力為： 生產(chǎn)能力/每小時(shí)=線重牽引速度 =1.48（1.460）=124.32kg/h 故需成型機(jī)臺(tái)數(shù)為： 5053.191000（7140124.32）=5.7 臺(tái)6 臺(tái) 故選 6 臺(tái)擠出機(jī)及 6 臺(tái)輔機(jī)為宜。 跟據(jù)生產(chǎn)能力選取 SJ-90/25 型

55、號的擠出機(jī)。 表表 5.25.2 SJ-150SJ-150 擠出機(jī)參數(shù)表擠出機(jī)參數(shù)表 型號SJ-90/30 螺桿直徑（mm）90 螺桿長徑比30:1 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）80 最大擠出量（kg/hr）128 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（kw）55 加熱區(qū)8 電機(jī)功率（kw）變頻調(diào)速 外形尺寸(mm)400024002000 價(jià)格（萬元）9.6 生產(chǎn)廠張家港市震雄塑料機(jī)械廠 5.2.2.25.2.2.2 擠出輔機(jī)的選擇擠出輔機(jī)的選擇 冷卻定型套：規(guī)格：125mm 冷卻裝置： 表表 5.35.3 冷卻裝置冷卻裝置 最大冷卻管徑(mm)166 冷卻槽長度（mm）3000 冷卻介質(zhì)水 外型尺寸(mm)300072

56、01150 重量200 牽引裝置： 表表 5.45.4 牽引裝置牽引裝置 牽引管徑范圍（mm）35-170 牽引速度（ m/min）0.151.5 外型尺寸（mm切割裝置： 表表 5.55.5 切割裝置切割裝置 切割最大范圍（mm）170 鋸片轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）140 切割功率（kw）1.1 外型尺寸（mm）195010751210 重量（ Kg）390 支架： 表表 5.65.6 支架支架 托管最大管徑（mm）170 導(dǎo)向槽長度（mm）3000 外型尺寸（mm）30004001042 重量（ Kg）約 100 全套輔機(jī)重量：約 1.8 噸 5.2.35.2.3 高速混合

57、機(jī)組的選型高速混合機(jī)組的選型 捏合是為了增加各組分微小粒子的空間的無規(guī)程序，捏合設(shè)備的攪拌，振動(dòng)翻滾 和研磨等作用來完成的。本設(shè)計(jì)選用 SHR-2005001000 系列混合機(jī)組。 表表 5.75.7 SHR-2005001000SHR-2005001000 高混機(jī)高混機(jī) 型號SHR-2005001000 總?cè)莘e(L)200 有效容積(L)120140 電機(jī)功率(kw)15 外形尺寸(mm)175011001400 重量(t)2.65 生產(chǎn)廠家青島橡膠塑料機(jī)械廠 校核： 高混機(jī)的每鍋混料為： 0.95140=133kg 定每小時(shí)上料 6 次,則每 10 分鐘上次料， 則總質(zhì)量為：1336=78

58、9kg 所以需要高混機(jī)的臺(tái)數(shù)為: 5098.957117.33=716.41kg/h (5098.951000)(7987117.33)=0.9 臺(tái)1 臺(tái) SHR-2005001000 混合機(jī)組的有效容積為 120/140L,符合本設(shè)計(jì)要求,選取 1 臺(tái) 即可。 5.2.45.2.4 冷混機(jī)的選取冷混機(jī)的選取 表表 5.85.8 SHL-500130BSHL-500130B 冷混機(jī)冷混機(jī) 型號SHL-500130B 總?cè)莘e(L)500 有效容積(L)300320 產(chǎn)量（kg/L）400 電機(jī)功率(kw)11 冷卻形式冷水 排料方式氣動(dòng) 外形尺寸(mm)230014201560 重量(kg)24

59、00 參考價(jià)格（萬元）5.0 生產(chǎn)廠家阜新市紅旗塑料機(jī)械廠 冷混機(jī)的臺(tái)數(shù)： 每小時(shí)上料 3 次，每 20 分鐘上一次： （5093.851000）（79827117.33）=0.45 臺(tái)1 臺(tái) 所以本設(shè)計(jì)需要用 SHL-500130B 型冷混機(jī)一臺(tái)。 5.2.55.2.5 破碎機(jī)的選取破碎機(jī)的選取 在本設(shè)計(jì)中,下腳料回收量為 265.96 噸,每小時(shí)破碎量為 265.961000/7117.33=37.37kg/h 故選用 SWP-100 型破碎機(jī) 1 臺(tái)。破碎機(jī)參數(shù)如下表： 表表 5.95.9 SWP-100SWP-100 型破碎機(jī)參數(shù)型破碎機(jī)參數(shù) 型號SWP-010 旋轉(zhuǎn)刀回轉(zhuǎn)直徑（mm）

60、100 篩孔直徑（mm）100 旋轉(zhuǎn)刀數(shù)量(組/把)2 固定刀數(shù)量(組/把)2 破碎能力（kg/h）40 外形尺寸(長寬高)（mm）560370925 重量(kg)120 參考價(jià)格(萬元)0.34 生產(chǎn)廠青島膠州紅星橡塑廠 5.2.65.2.6 自動(dòng)配料秤的選取自動(dòng)配料秤的選取 在塑料成型加工中，為了改良 HDPE 的性能，需加入多種助劑，為了準(zhǔn)確按照配 方的比例，助劑及 HDPE 的量需用配料秤嚴(yán)格稱量，否則會(huì)影響擠出管材的質(zhì)量。在 選擇配料秤前要先做一系列計(jì)算：以高混每鍋的有效體積計(jì)算每鍋混合的不同組分 的質(zhì)量。 高混一鍋的質(zhì)量為：133kg HDPE 粉料一鍋所含的質(zhì)量為：13384.0