年产8万立方挤出PS发泡板材生产线的工艺设计.doc

化学化工学院 学生. 课程设计 第1页 共8页年产8万立方挤出ps发泡板材生产线的工艺设计目录年产8万立方挤出ps发泡板材生产线的工艺设计11.前言21.1设计依据21.1.1 挤出聚苯乙烯的概念21.1.2挤出聚苯乙烯的性能及用途21.2设计任务：32生产方法的选择32.1生产配方：32.2生产工艺简述33工艺计算43.1总物料衡算43.2关键设备的选型43.2.1.设备选择53.3.2挤出机的确定以及计算：54原料与产品的技术指标54.1原料技术指标54.2产品技术指标65.资金核算：66车间布置77.生产操作制度7 化学化工学院 . 学生 课程设计 第2页 共 8页1.前言xps是20世纪60年代研制成功的一种新型绝热材料, 其制备过程是将聚苯乙烯(ps)树脂、发泡剂和相关助剂通过挤出机进行连续挤出发泡成型, 由于具有闭孔的泡体结构, 因此其综合性能十分优异, 如绝热性能优异、持久、吸水率较低、尺寸稳定性好、抗蒸汽渗透性优良、压缩强度高等, 在诸多领域得到了广泛应用。1.1设计依据1.1.1 挤出聚苯乙烯的概念聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，英文名称为polystyrene, 简称ps。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于摄氏100度的玻璃化转变温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次性泡沫饭盒等。聚苯乙烯发泡板材是聚苯乙烯颗粒通过二次发泡生产而成的一种产品，在广告行业和包装行业中也称为珍珠板。聚苯乙烯泡沫塑料板材与其他材料的泡沫塑料板材相比，具有保温性能良好、价格便宜等有点，应用较为普遍特别是用于建筑物的保温。ps泡沫塑料板材的成型方法分为模塑发泡成型（eps）和挤出发泡成型（xps）。挤出发泡成型采用连续挤出的方法，具有生产效率高，产品结构较为完整，无溶解痕，力学性能和防水性能良好，可异型挤出，长期性能稳定，产品应用广泛等特点。挤出型聚苯乙烯保温板（xps）是以聚苯乙烯树脂为主要原料，通过在熔融塑化过程中加入发泡剂，然后挤出成型制备的硬质发泡板材（xps）。1.1.2挤出聚苯乙烯的性能及用途(1) 性能xps具有独立的闭孔蜂窝气泡结构，这种结构使其具有传统低密度模塑发泡板材（eps）所没有的低吸水性（几乎不吸水）、低热导系数、高抗压性、抗老化性（正常使用几乎无老化分解现象），特别适用于建筑物的隔热保温、建筑防潮、道路路基及冷藏冷冻设备，是建筑业界物美价廉的隔热保温材料。（1）xps具有持久的保温隔热性能，xps在平均温度10时的导热系数0.028w/(mk)，厚度25mm、平均温度10时，热阻0.89（m2k/w），而且这个数值能够在相当长的时间内保持，不会随时间而发生明显的变化。据文献报道，其保温性能在五年内可保持9095%。（2）优异的抗湿性和抗蒸汽渗透性。由于xps具有闭孔结构，所以它的吸水率2.0%(v/v)，既使在低温冷冻状态下也具有较高的抗湿汽渗透性能。它能适应恶劣的潮湿环境而不影响保温性能。（3）较高的抗压强度，xps的抗压强度随产品密度的增加而增加，强度范围可控制在150700千帕斯卡之间，这就在使用上有了选择的余地。（4）方便快捷的加工性，从工厂生产出的xps最为常见的宽度为6001200mm，厚度从20100mm，因为是连续生产，所以长度可按需要进行调整，基本上能够满足使用需要。 (2) 用途由于其优异的保温性能，挤出型聚苯乙烯（xps）保温板普遍使用于公寓、大厦、厂房、小木屋之隔热保温。另在屋顶rc结构更可搭配防水工程一起施工（倒置式工法，即usd法），兼具有保护防水层的功能。也可作为冷冻、冷藏仓库最佳之保温材，可减少能源消耗，同时保护主结构免于低温破坏。可有效阻绝地气的渗透，在高湿度的情况下，能有 化学化工学院 . 学生 课程设计 第3页 共 8页效产生防潮效果。目前超高楼的深层地下室最底层及机场跑道已开始铺设xps保温板，再灌上水泥，有效阻隔地气。另外用于防潮地板内部阻绝物，保护建筑物免于湿气破坏。此外还广泛使用于隔热砖、门板、榻榻米、天花板、轻质水泥隔间墙之内部主要结构，为良好之填充材。产品达到降低成本、隔热、隔音、防潮、质轻、加工便利等特性。xps保温板高效的保温隔热功能，可减少自然资源的消耗，留给地球更清洁的环境1.2设计任务：年产八万立方挤出ps发泡板材生产线的工艺设计2生产方法的选择2.1生产配方： 由聚苯乙烯熔体为主要组分，二氧化碳做为主发泡剂和至少一种其他发泡剂的聚合物熔体。通过搅拌，上料机将聚苯乙烯粒料和加工助剂混合并加入到一号挤出机的料斗中，通过一号挤出机的加热使聚苯乙烯材料熔融混合，形成聚合物熔体。将二氧化碳与其他发泡剂（碳酸氢钠和柠檬酸）组合，通过发泡剂注入系统从一号挤出机的中段注入到熔体中，形成可发泡的凝胶通过调节一号挤出机来升高系统压力，将发泡剂与聚苯乙烯的熔体混合，经过二号挤出机和静态混合器的混合与降温冷却，以降低该凝胶的温度至最佳发泡温度，使冷却了的凝胶通过模具挤出，制成聚苯乙烯泡沫挤塑板。（表1.挤出聚苯乙烯板生产配方）名称质量份数聚苯乙烯粒子100份二氧化碳发泡剂1份碳酸氢钠1份柠檬酸钠0.5份滑石粉1份环六溴十二烷0.5份2.2生产工艺简述挤塑板生产设备由两组挤出机串联而成，主要设备有喂料系统；jl-xps120/36单螺杆挤出机；换网器；jl-xps150/34单螺杆挤出机；发泡剂高压注入系统；模具；定型牵引机组；冷却辊架；纵向切割机；横向切割机组成。辅助设备还有挤塑板表面拉毛机；回收造粒机；边缘成型机；开槽机；自动包装机等。将聚苯乙烯例粒子100kg与碳酸氢钠1kg柠檬酸0.5kg滑石粉1kg环六溴十二烷0.5kg在搅拌机中充分混合，经上料机直接加入到挤出机料斗中，通过一号挤出机加热将温度升高至180以上，使聚苯乙烯材料熔融混合，形成聚合物熔体，将二氧化碳发泡剂1kg在沿螺杆挤出机路径的方向中间位置处注入到聚合物熔体中，形成可发泡凝胶，通过调节一号挤出机来升高系统压力，压力为810mpa，将发泡剂与聚苯乙烯熔体混合，这个压力足以纺织可发泡凝胶内的发泡剂失去均匀的分散。经过二号挤出机和静态混合器的混合语降温冷却，以降低该凝胶的温度至110135之间。然后使冷却了的凝胶通过模具挤出，形成泡沫结构，制成挤出聚苯乙烯发泡板材。再经过定型牵引机将板材定型为所需的厚度和宽度，经过切割成型即可。（工艺流程） 化学化工学院 / 学生 . 课程设计 第4页 共8页3工艺计算3.1总物料衡算每年以365天计算，去除设备检修20天，特殊情况10天，则每年工作日有365-30=335天，设备利用系数k=实际开车时间/年工作时间=0.93%年产8万立方 ps发泡板材即80000/28=2857t，则每日产量为80000立方/330天=242.5立方/天。根据产品密度约为28kg/m3，则每年总共产出ps发泡板材2857吨。挤出发泡工段物料衡算：（表2.挤出发泡工段物料损耗率）工序自然损耗下脚料一次成品百分率%0.15.595输出物料量：2857/0.95=3007t自然损耗量：30070.1% =3t下脚料： 30075.5% =165t故每年原料损失为 3007+3+165-2857=318需要的原料为3175t，原料损失率为3183175=10%（表3.原料用量表）名称配方份数百分率每吨产品消耗量（kg）每年所需数量（t）每天所需数量（kg）每小时所需数量（kg）聚苯乙烯颗粒10096.15%961.543052.7691122.72379.69二氧化碳发泡剂10.96%9.6230.4890.993.79碳酸氢钠10.96%9.6230.4890.993.79柠檬酸钠0.50.48%4.8115.2445.401.90滑石粉10.96%9.6230.4890.993.79环六溴十二烷0.50.48%4.8115.2445.501.903.2关键设备的选择 化学化工学院 . 学生 . 课程设计 第5页 共8页3.2.1.设备选择 （表4.所有设备选择表）序号设备型号数量1单螺杆挤出机jl-xps120/361台2单螺杆挤出机jl-xps150/341台3模温控制器2台4高压柱塞泵1台5螺旋上料搅拌机3t/h1台6压平机（含整体模具支架）90014001台7一次牵引机1台8纵向切割机2台9横向切割机2台10二次牵引机1台11冷却辊架1台12主机电控柜2套13压力机2套3.3.2挤出机的确定以及计算：根据产品原料及产量，选择挤出机型号与技术参数如下：（表5.一级单螺杆挤出机）技术参数jl-xps120/36技术参数jl-xps120/36螺杆直径120驱动功率75 kw螺杆长径比36外形尺寸（长*宽*高）40m*10m*4m生产能力290 kg/h参考价格100 000（表6.二级单螺杆挤出机）技术参数jl-xps150/34技术参数jl-xps150/34螺杆直径150驱动功率75 kw螺杆长径比34外形尺寸（长*宽*高）40m*10m*4m生产能力320 kg/h参考价格100 000年生产能力：29024335=2331600kg = 2331.6 t 233160028=83271.4 m3（符合要求）4原料与产品的技术指标4.1原料技术指标（表7.原料技术指标表） 化学化工学院 / 学生 课程设计 第6页 共8页名称lr（101.201.301.401）外观松散白色或无色小颗粒比重1.05粒子直径1.8-0.4mm相对密度550-650kg/m3发气剂含量%5.0残留苯乙烯%0.30含水量%0.5相对粘度1.8-2.1颗粒筛析出%904.2产品技术指标（表8.产品技术指标）项目单位标准要求外观质量执行标准4.2要求符合标准要求允许尺寸偏差执行标准4.2要求符合标准要求表观密度kg/m320.022.8压缩强度kpa100105导热系数w/(m.k)0.0410.030尺寸稳定性%31/1/1水蒸气透过系数ng/(pa.m.s)4.54.0吸水率（v/v）%42断裂弯曲负荷n2538弯曲变形mm氧指数%3044燃烧等级级达到b2级符合b2级5.资金核算：根据市场价格，2838kg/m3的板材，价格在6001200元/m3不等。每年生产8万立方，价格取800元/m3,产值约800*8=6400万元。原料费用：聚苯乙烯：3052.761035.89=1798万元 发泡剂：76.210310=76.2万元 成核剂：30.481030.8=2.4万元 阻燃剂：15.2410315.6=23.7万元 总计：1900.3万元 电力成本：每立方米板材7.7元，即7.783271.4=64万 人工费用：员工50人，月薪2500元，工资附加1200元 总计185万元建筑费用：6000平方米 632.7万元设备费用：700万元 化学化工学院 . 学生 . 课程设计 第7页 共8页总成本为：3482万元总收入：根据市场价格，2838kg/m3的板材，价格在6001200元/m3不等。每年生产8万立方，价格取800元/m3,产值约800*8=6400万元。应缴税费：按现行税率，企业所得税率为25% 即应交870.5万元税费利润：6400-3482-870.5=2047.5万元6车间布置1 从经济和压降观点出发，设备布置应顺从工艺流程，但若与安全、维修和施工有矛盾时，允许有所调整。2 根据地形、主导风向等条件进行设备布置，有效的利用车间建筑面积（包括空间）和土地（尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并）。3 明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧，并集中布置在装置（车间）边缘。4控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位，并在危险区外。5 充分考虑本装置（车间）与其他部门在总平面布置图上的位置，力求紧凑、联系方便，缩短输送管线，达到节省管材费用及运行费用的目的。6 留有发展的余地7 所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范的要求。8 有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置，并设围堰，以便集中处理。9 设备安全通道、人流、物流方向应错开。10 设备布置应整齐，尽量使主要管道走向一致。本设计中，根据布置的原则，各个空间应该互相联通，从而节省空间并降低成本，同是增大了操作的安全系数。厂房平面轮廓选用长方形，因为长方形厂房便于通道的布置，使设备可以紧凑，集中，经济效果好，便于生产管理，操作方便，采光通风也较好。原料仓库位于前端，正中连接混料房，而配电房和工具房处于混料房两翼位置，中间最长空间作为生产车间，总共有二条生产线，最后是成品仓库。 在这样布置中，可以将运输距离缩至最短，节省生产时间与人力消耗；配电房生产车间相邻，则方便操作，更减短电缆线布置长度，降低成本。车间中生产线直线排列，前端预留3m和左边4m的安全距离，而由于产品具有一定长度(4m或6m)，生产线的末端也预留了1.5m的安全距离。另外生产车间的宽度也为扩建需要预留了多一条生产线的空间。 7.生产操作制度生产车间操作工人采用三班二转制，将车间人员分为三个班，其中每个班都是工作12h,体息24h，总的工作时间没有超过国家规定的工作时间，机械总是连续运转(1)生产管理人员 生产管理人员主要包括：车间主任，技术员，统计核算员。车间主任：主要负责车间生产、技术、质量、设备及劳