2500吨年聚氯乙烯工业管生产车间设计.doc

目录第一章 概述11.1 氯化聚氯乙烯管的特点11.2 UPVC管的市场需求和发展前景11.3 设计依据31.4 氯化聚氯乙烯管材生产配方31.4.1 PVC-C管材主要原料CPVC树脂的选择41.4.2 热稳定剂51.4.3 抗冲改性剂61.4.4 填充剂61.4.5 润滑剂61.4.6 着色剂71.5 产品质量指标71.5.1 性能71.5.2 力学性能71.5.3 化学性能81.5.4 液压试验81.5.5 外观91.6 工业用CPVC管材工艺流程121.6.1 混合工艺121.6.2 挤出工艺13参考文献14第二章 氯化聚氯乙烯管生产车间工艺计算152.1 生产能力计算152.2 物料衡算15第三章 设备计算及选型173.1 混合机的计算及选型173.2 挤出机的计算及选型183.3 挤出辅机203.3.1 牵引机的选型及计算213.3.2 冷却水槽的选型及计算213.3.3 切割机的选型及计算223.3.4 定径套的选型233.3.5 破碎机的选型及计算233.3.6 磨粉机的选型及计算233.4 原材料消耗计算24参考文献26第四章 工艺参数274.1设计配方274.2 高速混合工艺参数284.3 挤出成型工艺参数28第五章 安全防范与环境保护295.1 安全方面295.2 环保方面305.2.1 CPVC废料的回收和再利用305.2.2 噪音的防范3134 / 37第一章 概述1.1 氯化聚氯乙烯管的特点氯化聚氯乙烯（PVC-C）是聚氯乙烯的氯化产物，它具有比聚氯乙烯更优良的物理化学性能，其最高使用温度可达110，大大高于一般的硬质聚氯乙烯。PVC-C管不仅强度高，而且耐热、耐老化、耐化学腐蚀、阻燃性好，也不受水中余氯的氧化侵蚀，是一种十分优良的管道。但PVC-C加工技术难度高，其加工性能差、加工温度高、熔体粘度大、容易分解。由于它的耐高温、抗腐蚀和阻燃等特性而被广泛应用于热水管上。与其他热水管相比，氯化聚氯乙烯具有如下独特的优越性：（1）坚固，抗张强度为PP-R管的1.7倍；（2）：管材管件为同种材料，可粘连：（3）；阻燃性好，氧指数可达60，是一般塑料管材所望尘莫及的，因此，氯化聚氯乙烯管还被广泛应用于高压电力电缆保护管套和消防用喷淋管；（4）：耐高温，耐腐蚀，不易透氧，不挂水滴，被广泛应用于化工行业，尤其是碱氯行业用于输送和排放高温酸、碱液体；（5）：导热系数低，为PP-R管的63%；（6）：热膨胀系数小，为PP-R管，PEX管的1/2；（7）：不易滋生细菌，细菌滋生率为PEX管的1/60，铜管的1/10；（8）：安全使用历史最长1。1.2 UPVC管的市场需求和发展前景CPVC塑料具有比PVC更好的耐高温性(长期工作温度达93)和耐化学腐蚀性(可输送一般的强酸、强碱介质),材质洁净抗菌、环保卫生、机械性强度优异,且具有安全的阻燃性能,是近年来应用领域发展速度较快的新颖塑料材料,美国、欧洲及日本等先进国家和地区对CPVC材料的研制和开发技术已经日趋成熟。而在中国,CPVC产品的研发还处于起步阶段,是塑料加工业中的一个比较薄弱的项目,CPVC塑料尚属新产品、新材料,其利润空间和市场发展空间均有很大的吸引力,具有很大市场潜力2。现在日本、美国等国家都可以大量生产和销售氯化聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯在国外已得到了广泛应用。而在我国，由于氯化聚氯乙烯技术长期被美国、日本等国家所垄断，国内的生产规模较小，且产品质量不高，氯化聚氯乙烯在我国的应用受到了限制。CPVC材料实现国产化后，随着我国节能减排力度的加大，市场对CPVC管件、管材的消费需求将会持续增加，并将在国民经济多个领域得到广泛应用。CPVC被广泛用于制造各种不同的工业管道、冷热水管和防火管道，另外还可以制造各种阀门、管件等配套系统。特别是热水管道、耐腐蚀流体管道及超高压电力电缆埋管的应用中发挥越来越重要的作用。由于CPVC力学强度和耐热性提高,在给水工程和集中供暖系统中输送冷水和热水的管材可用CPVC管代替金属管材。CPVC具有良好的抗化学性及抗腐蚀能力,可用于氨基磺酸、硅酸钠、高锰酸钾、丙二醇、酚、甲酸、铬酸、丁酸、氯铵、氟化铵等溶剂,具有抗酸、碱、脂肪酸盐、氧化剂及卤素的化学能力。在国外,CPVC管材已经在石油、化工、轻工、医学、印染、电镀、食品和造纸等领域得到广泛应用。由于CPVC管材耐硫酸、盐酸、磷酸、烧碱、纯碱、氯化钠及一些有机化合物的侵蚀,采用CPVC管材取代贵金属管材及易腐蚀金属管材在这些工业介质中的应用,可获得极大的经济效益3。例如氯碱厂就大量使用CPVC管材取代贵金属钛材输送湿氯气、热盐水、热碱液等。用CPVC制作的管道、管件、阀门等,不仅抗腐蚀、耐高温和流动性好,而且质量轻(仅为碳钢的20%左右)、耐用(CPVC管材寿命是1050年)、安装施工也很方便,CPVC制作的管材、管件,不仅可用螺纹连接,也可采用粘合剂连接。如国外Harvel公司的CPVC管子已用于化学处理、金属加工、电镀、金属处理、纸浆与造纸、空气污染控制、矿冶、太空作业、纺织、半导体及电子工业等。因CPVC管子无臭、无味且洁净,美国卫生基金会(NSF)已核准其用于饮用水输送工程中,也可用于食品及饮料处理、酸液运送、盐水管道系统及饮用水调配管道系统、氯注射系统等方面。国内在1999年以前没有CPVC管道生产企业,1999年10月,美国Goodrich公司在我国温州建成了首家生产CPVC管道系统的独资企业)佑利管道公司,生产能力2 500 t/a,目前该公司可提供管道、管件、阀门、填料等系列产品,管道产品符合美国ASTM及德国DIN标准,可用于金属处理、纸浆输送、化学品处理、工业废水处理、食品饮料的输送领域中,不久还将提供冷热水管道系统。该企业管道系列产品已在齐鲁石化、上海氯碱及北京化二股份有限公司等单位使用,初步反应良好4。美国的Goodrich公司用CPVC挤压成的管材代替金属和玻璃纤维管,用来运送带腐蚀性杂质的液体和气体,输送冷热饮用水以及用作消防喷淋水管道已有十多年的历史。国外通过设备和加工方式的改进,已能制造出5610的大口径工业用管,为CPVC的应用开辟了新的领域。各个公司还可通过生产工艺的改进制备出冲击性能更高、透明度更好的CPVC,其透明材料可用于汽车、车箱框架、光盘、声像制品。具有较高热变形温度的CPVC还可用作新的应用材料,例如CPVC复合窗。钟渊公司将CPVC透明成型板用作公共汽车的百叶窗框架,美国SNE.E.W.WI正在生产一种CPVC包层的黑色窗框,极易装配且能效高,也可用作大口径管材及改进系统等5,6。1.3 设计依据（1）依据氯化聚氯乙烯管生产车间工艺设计任务书及老师的要求。（2）依据有关氯化聚氯乙烯管材的国标等要求，认真贯彻管家建设方针、政策及有关规定，精心设计，保证设计质量。GB4217-84热塑性塑料管材的公称外径和公称压力GB/T 18998.1-2003工业用用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统 第1部分：总则GB/T 18998.2-2003工业用用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统 第1部分：管材GB/T 18998.2-2003工业用用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统 第1部分：管件工业企业设计卫生标准大气污染物综合排放标准（GB16397-1996）采暖通风与空气调节设计规范建筑设计防火规范环境空气质量标准（GB/3095-1996）1.4 氯化聚氯乙烯管材生产配方设计配方的原则是根据使用要求，根据我国已经制定了各类管材标准进行，管材配方中包含：CPVC树脂，热稳定剂，抗冲改性剂，加工助剂，填充剂，润滑剂，着色剂及其他辅料等成分。本设计所选用的配方为工业用CPVC（灰色）管配方，配方如表1-17。表1-1：工业用CPVC管配方原辅料名称质量份数原料CPVC（Z829）95PVC-S1000（齐鲁石化）5热稳定剂铅类复合稳定剂7抗冲改性剂CPE6MBS4填充剂碳酸钙5润滑剂HSt/OPE1着色剂TiO20.151.4.1 PVC-C管材主要原料CPVC树脂的选择CPVC制品的性能主要决定于CPVC树脂，它的加工性能更是决定于CPVC树脂，CPVC材料的应用和发展在于CPVC树脂的生产工艺的改进和提高，且能够得到专业PVC树脂，从而能提高不但性能优良而且加工性能较好的CPVC树脂。表1-2为日本钟渊公司的CPVC树脂的等级及其性能表。CPVC树脂的加工难度比PVC树脂大，熔体加工粘度至少是它的2倍，熔融加工温度也比PVC树脂高，尤其是在注射加工时难度更大。CPVC树脂的性能决定于两个因素：氯的含量和氯在CPVC分子链上的分布。一般PVC树脂的氯含量为57%左右，而CPVC树脂的氯含量为64%75%。随着氯含量的增加，相应地CPVC的熔融粘度增加，软化点升高，耐热性能提高，密度增大，拉伸强度提高，同时脆性增大，冲击强度下降，加工难度也增大。表1-2：CPVC树脂的等级及其性能表型号Z305Z627Z829Z827ZC600体积密度/（g/mL）0.440.4450.440.470.5挥发物/%0.30.30.30.30.3粒径(40目)/%9999999998形态白色粉末白色粉末白色粉末白色粉末白色粉末拉伸模量（23）/（104kg/cm2）2.93.33.53.55.5屈服拉伸强度(23)/（kg/cm2）600665700700650断裂伸长率（23）/%3040352580维卡软化点(49.05N)/102116120126110氯含量/%64666868.564氧指数/%60烟雾指数/CA25物料分解时间/min22工业用CPVC管材一般用于化工、矿业、造纸等领域其耐热性好，具有UPVC管材所不能比拟的输送高温腐蚀介质的功能，且能达到压力下输送介质的技术要求。在相同压力下它与UPVC压力管的耐热性及一定温度下的耐化学腐蚀性有很大的差别。工业用CPVC管材不但要有材料本身的良好性能，还要具有UPVC压力管材所具有的特性。这就是说对这种管材的性能要求非常高。国际标准ISP/DIS 15493-中规范了管材的规格有四个系列，它分别代表四种压力体系。工业用CPVC管材被允许在有一定温度的条件下通过压力输送介质，它的使用压力、使用温度及使用寿命存在着一定的关系。综上所述，可以看出工业用CPVC管材的性能要求非常高8。故本设计选用CPVC(Z829)树脂，加入量为95份。1.4.2 热稳定剂在热稳定剂的选用方面，原则上加工PVC制品的热稳定剂都能为加工CPVC制品所使用。但是，由于CPVC树脂的固有特性，其热稳定剂的用量应有所不同。根据加工助剂的选用原则，应尽量避免使用传统的铅盐稳定剂，也要少用或不用金属皂类稳定剂。而液体类稳定剂如有机锡类稳定剂虽然热稳定效果较好，但它可能影响制品的耐热性能。硫醇类有机锡与铅类助剂相互间易产生污染。所以除非特殊需要，一般在CPVC树脂的成型加工中不宜选用上述几种热稳定剂，而应选择目前较为通用的含有润滑体系的铅类复合稳定剂。如德国的熊牌公司、汉高公司及日本钟渊化学公司等生产的含润滑体系的铅类复合稳定剂都可作为CPVC制品加工中理想的热稳定剂8。故本设计中选用铅类复合稳定剂为热稳定剂，份量为7份。1.4.3 抗冲改性剂由于CPVC树脂氯含量较高，它的抗冲击性能比PVC树脂更差，必须加入抗冲击剂加以改性，常用的抗冲击剂有：CPE、MBS、ABS和抗冲型ACR等，在CPVC管材的加工中加入CPE，其增韧效果十分明显，添加量在812份之间增韧效果最好，但加入CPE会明显降低管材的维卡软化温度；MBS、ABS对维卡软化温度影响较小，但由于它们的分子链中含有不饱和双键，耐候性较差；抗冲型ACR是较为理想的抗冲击改性剂，但价格较高。综合上述原因，推荐使用CPE/MBS的混合体作为抗冲击改性剂，可以兼顾产品对维卡软化温度、抗冲击性、耐候性及价格等诸方面的要求，二者的配比以1.5:1为宜9。故设计选用CPE/MBS的混合体作为抗冲改性剂，份量为CPE6份，MBS4份。1.4.4 填充剂生产CPVC制品与生产PVC制品一样可适当加入一些填充料。加入合适的填充料不但可降低产品成本，还可改善加工性能。它可降低CPVC材料的粘性，改善混料分散性及挤出加工时对设备和模具的粘附性。最通用的填充剂是碳酸钙（CaCO3），但加入量不宜过多，否则会影响制品的性能8。故本设计选用碳酸钙为填充剂，份量为5份。1.4.5 润滑剂在PVC制品的挤出加工过程中，润滑剂的作用几乎与热稳定剂同等重要。同样，在CPVC制品的加工中，润滑剂也很重要，它对内、外润滑剂的选用和添加量的要求甚至比加工PVC制品时更为重要。这是因为CPVC材料的挤出加工难度比PVC材料更大。由于CPVC制品的生产必须加入较多的改性剂，所以润滑剂的加入必须充分考虑改性剂的性能和加入量。另外还需考虑填充料的加入量以保证综合平衡。由于CPVC树脂PVC树脂易塑化，使用高性能（高效）的润滑剂如G-70、G-32类在CPVC制品的挤出加工中反而很难控制其添加量。所以选用一些较为普通的润滑剂如硬脂酸（HSt）作为内润滑剂，部分氧化聚乙烯蜡（OPE）作为外润滑剂等反而更好8。故本设计选用HSt/OPE作为润滑剂，份量为1份。1.4.6 着色剂有机染料和无机颜料在长期使用时，一定温度的水或其它流体会使之褪色。有机染料难过加工关，温度一高颜色容易加深，而无机颜料则要设法让其均匀分散。并用对于应用在热水接触时间较长的配方中也不适宜。有些管道为了区别而故意用酞箐兰或靛兰、群青等使上水管或热水管形成湖兰色这是十分不利和有害的。必须以LD50来做试验指标、即给小白鼠喂食达到“半数致死量”的标准数。故通常选用金红石型钛白粉或碳黑，锐钛型钛白粉耐晒性差，易变色，不宜采用。使用金红石型钛白粉或碳黑，能阻止阳光中紫外线对管材的照射，提高产品的耐候性10。故本设计选用钛白粉作为着色剂，钛白粉TiO2份量为0.15份。1.5 产品质量指标为了确保工业用CPVC管材在使用过程中的安全性，对它的质量性能指标要求师傅严格。以下为工业用CPVC管材所要达到的性能指标及试验方法11。1.5.1 性能工业用CPVC管材的物理性能要求如表1-3所示。表1-3 工业用CPVC管材的物理性能项目指标试验方法密度15001650g/m3按GB/T 1033规定测试维卡软化温度110按GB/T 8802规定测试纵向回缩率5%按GB/T6671规定中方法B-烘箱试验测定氯含量60%（质量分数）按GB/T 71391.5.2 力学性能工业用CPVC管材的物理性能要求如表1-4所示。表1-4 工业用CPVC管材的力学性能项目指标试验参数试验方法静液压试验无破裂，无渗漏温度/静液压应力/MPa时间/h试验介质为水，取3个试样，按GB/T 6111规定测定20431955.6165954.61000静压状态下热稳定性试验953.68760试验介质：内部为水或水蒸气，外部为空气落锤冲击试验破损率TIP10%试验温度（01），落锤质量与高度略1.5.3 化学性能工业用CPVC管材的化学性能要求如表1-5所示。表1-5 工业用CPVC管材的化学性能腐蚀情况变化百分比耐腐蚀有限耐腐蚀不耐腐蚀试验方法质量变化百分比m/%-0.8m3.63.6m-2m10m-2按ISO4433-1ISO4433-3规定断裂点伸长变化百分比Qb/%50Qb125125Qb30Qb150Qb301.5.4 液压试验工业用CPVC管材的液压试验按表1-6进行。表1-6 工业用CPVC管材的液压试验静液压应力/MPa174.8指标试验温度/2080不破裂，无渗漏试验时间/h10001000试验压力/MPaS101.700.48S6.32.690.76S53.400.96S44.251.21.5.5 外观工业用CPVC管的质量要求应符合GB/T 18998.22003标准规定。管材尺寸按管系列S分为S10、S6.3、S5、S4四个系列，管规格标注方法例如S4=dn50en5.6(dn为公称外径，en为公称壁厚)。与公称压力PN相对应的管系列S，标准尺寸比SDR及管材规格尺寸见表1-7.管材的外观质量要求如下。管的内外表面光洁、光滑，不允许有气泡、划伤、凹陷，杂质及颜色不均的缺陷。管端应切割平整，并与管中心线垂直。管材壁不允许透光。管材长度一般为4m或6m，也可按用户要求确定。长度允许偏差值为长度的0.4.管材的平均外径及偏差和不圆度，应符合表1-8的规定。管材的任一点壁厚及偏差应符合表1-9的规定。 表1-7 管材规格尺寸 单位：mm公称外径dn公称壁厚en管系列SS10S6.3S5S4标准尺寸比SDRSDR21SDR13.6SDR11SDR9公称压力/MPaPN1.0PN1.6PN2.0PN2.5202.0(0.96)2.0(1.5)2.1(1.9)2.3252.0(1.2)2.1(1.9)2.32.8322.0(1.6)2.42.93.6402.1(1.9)3.03.74.5502.43.74.65.6633.04.75.87.1753.65.66.88.4904.36.78.210.11105.38.110.012.31256.09.211.414.01406.710.312.715.71607.711.814.617.91808.613.32009.614.722510.816.6 表1-8 平均外径及偏差、不圆度最大值 单位：mm平均外径dem不圆度最大值平均外径dem不圆度最大值公称外径dn允许偏差公称外径dn允许偏差20+0.20.532+0.20.50025+0.20.540+0.20.500续表平均外径dem不圆度最大值平均外径dem不圆度最大值公称外径dn允许偏差公称外径dn允许偏差50+0.20.6140+0.52.00063+0.30.8160+0.52.00075+0.30.9180+0.62.20090+0.31.1200+0.62.400110+0.41.4225+0.72.700125+0.41.50 表1-9 壁厚en及偏差 单位：mm公称壁厚en允许偏差公称壁厚en允许偏差2.0en 3.0+0.59.0en 10.0+0.12003.0en 4.0+0.610.0en 11.0+0.13004.0en 5.0+0.711.0en 12.0+0.14005.0en 6.0+0.812.0en 13.0+0.15006.0en 7.0+0.913.0en 14.0+0.16007.0en 8.0+0.1014.0en 15.0+0.17008.0en 9.0+0.1115.0en 16.0+0.1800续表公称壁厚en允许偏差公称壁厚en允许偏差16.0en 17.0+0.1917.0en 18.0+0.20001.6 工业用CPVC管材工艺流程工艺流程图如图1-1所示8。图1-1 工业用CPVC管材工艺流程 配方 高速混和 115120 低速冷拌 40 挤出机挤出 真空冷却水箱冷却 真空定径套冷却定径 机头成型 喷淋冷却 牵引机牵引 商标打印 定长切割 入库 检验 管端扩口1.6.1 混合工艺混合工艺有两个要求：一是投料次序，二是混料温度。通常情况下，按次序投料可以获得更好的混料效果。它可以使用量较少的组分得到充分利用。其次序为：CPVC树脂、稳定剂、加工助剂、填充料、润滑剂等等。如配方中含有液状组分，应先将液状组分与CPVC树脂先行混合，其次再一次投入其他组分9。与PVC管材的加工一样，经配方后的物料即配方料也需经高速混和和低速冷却拌和两个过程，其拌料温度比PVC树脂略低，高速混和设定温度值为115120，物料在混料缸内通过高速搅拌时产生的摩擦热来达到此设定温度，不宜采用外加热来产生温度。启动高速混料机时应先启动低速旋转510s后再转入高速，以免启动电流太高而损坏电机。由于连续生产，高速混料缸内的热量很难散发，这将影响物料混和质量，因此必须间隔混和时间。低速拌和冷却的目的是将高混后的物料进一步分散，并打碎可能结成的团块，使物料达到冷却的均一性。低速拌和的温度控制在40左右。由于CPVC树脂容易吸湿，高速混合机在混和时能及时将水分排放。最简单的排水气方法是物料通过混炼产生的热量使水分气化后，通过混料筒盖上的排气口释放。为了防止排水气时将物料粉末排出，可在排气口处套装400目铜网或布袋，并经常更换。如通过混料未能将水分排尽，可将混合后的物料40目过筛，则可进一步将水分排出。低拌后的配方混合料不宜直接输入没有干燥装置的大储料仓，也不要装袋后放置“困料”，而应直接输入挤出机料斗或上料小料仓，以免吸湿受潮。干燥的料斗或料仓应当是封闭的8。1.6.2 挤出工艺CPVC管材挤出工艺的重点是工艺温度，它将直接影响管材的塑化质量。一般CPVC材料的加工温度比PVC材料的加工温度略高。芯棒加热温度应比口模低，如芯棒没有冷却装置，一旦正常出管，芯棒内加热应断开。表1-7为65锥形双螺杆挤出机生产工业用CPVC管材挤出工艺温度的参考值8。表1-7 工业用CPVC管材的加工温度加热区温度/机身1区1851902区1801853区1751804区1701755区165170合流芯170机头1区1701752区1751803区1801854区185190口模160芯棒内加热195205螺杆油温100参考文献1唐克能.浅谈氯化聚氯乙烯（PVC-C）管材与管件的加工技术J.上海塑料,2003,(2):25312王迎涛.氯化聚氯乙烯管道加工设备与工艺研究J. 聚氯乙烯,2002,(1):4103管延彬.氯化聚氯乙烯的发展概况J.河北工业科技,2007,24(6):3253314吴培英.一种新型工程塑料氯化聚氯乙烯J.广东化工.1995,(2):44455王印.氯化聚氯乙烯树脂的高性能化与应用进展J.塑料,1995,(4):24-25.6张治华.氯化聚氯乙烯树脂发泡体制法的改进J.塑料技术,1992,(2):27-30.7周殿明.塑料挤出成型工艺员手册M.北京.化学工业出版社,2008,8:3383428张小文.塑料管道及管件加工与应用M.北京.中国石化出版社,2003,2:761029李元红，李斐隆.塑料管材与加工M.北京.化学工业出版社,2012,7:26127010毛季红.氯化聚氯乙烯及其在管材中的应用和加工配方设计J.上海氯碱工,2005,(6):283111赵启辉，左寿华，刘志伟.工业常用塑料管道设计手册M.北京.中国标准出社,2008,5:5971第2章 氯化聚氯乙烯管生产车间工艺计算设计原始数据：（1） 车间生产能力 2000 吨/年氯化聚氯乙烯管； （二）年生产时间 7200小时； （三）PVC管材合格率 99%； （四）产品规格 S10=dn110en5.3(dn为公称外径，en为公称壁厚)；（五）物料损耗系数工序配料高速混合挤出成型成型后处理损耗率0.20.40.30.32.1 生产能力计算每小时设计产量=公称产量/(年生产时数合格率) =20001000/(72000.99)=280.6 kg每天设计产量=每小时设计产量日生产时数=280.624=6734.4 kg年设计产量=每小时生产量年生产时数=280.67200=2020320 kg2.2 物料衡算按每天物料在各工序中进出料量进行计算年配料消耗量=日输入配料物料量实际开车天(300)=6815.8300=2044.74 (t) 表2-1为生产工艺物料衡算表表2-1 日生产物料衡算工序输入输出物料/kg物料/kg损耗/kg小计/kg配料6815.86802.213.66815.8混合6802.2677527.26802.2成型67756754.720.36775后处理6754.76734.420.36754.7日输入输出物料6815.86734.4总耗81.4物料衡算流程图如图2-1所示。输入物料=输出物料总加工损耗物料6815.86802.267756757.76734.420.320.327.213.6 配料 混合 成型 后处理第3章 设备计算及选型3.1 混合机的计算及选型 与PVC材料一样，CPVC材料同样具有多组分的特点，其产品的质量及性能除决定于配方的优劣外，还取决于众多组分的混合质量。配方后的CPVC物料进行混合的目的不仅仅是达到各组分的分散均一，同时也须使物料的各组分通过剪切力的作用，在一定的温度下相互渗透，并在形态变化状态下达到相互结合，使CPVC材料的原始流动性发生明显的变化。因此，混料设备是CPVC材料成型加工的第一道关键环节。通常情况下，混料设备由高速混合机和低速冷拌机组成，通过高速搅拌和低速冷拌，使CPVC配方料达到理想的混合效果。高速混合机的作用是将CPVC树脂及添加剂配料在桨叶的高速转动下，物料产生摩擦热，使添加剂均匀分散并渗入到CPVC树脂中去，并达到半塑化状态。从搅拌时的物料运动现象分析，如果物料能在桨叶的作用下沿筒壁上升，并从中心落下成涡旋状，则说明桨叶的结构是合理的，能达到混合效果。冷拌机的作用是将具有一定温度的物料快速冷却，消除物料因长期高温造成结块、变质等后果。因此，除了具有低速旋转的桨叶外，还配置了冷却装置，好的冷却装置除冷拌缸筒壁具有夹套层外，缸内还设有冷却管路式内胆，以确保冷却效果及减少冷却时间1。高速搅拌机的转速最好设置在800950r/min,如能设置调速装置则更理想。高速拌和筒盖上必须设置排气口，以利水分的蒸发2。查得配料表观密度约为0.45kg/L。设每批的混合操作时间为0.5小时。S查张家港市宏基机械有限公司生产高速混合机组资料选取SRL-Z500/1000A高速混合机组。表3-1为SRL-Z500/1000A高速混合机组参数。表3-1 SRL-Z500/1000A高速混合机组参数型号SRL-Z500/1000A热混部分冷却部分总容积500L1000L有效容积375L640L桨叶转速430/860rpm60rpm电机及加热功率47/67kw18.5kw耗水量5-8t/h加热方式电加热自摩擦加料方式气动气动外形尺寸460030004050mm总重量5.8T混合时间8-10分/锅冷却时间6-8分/锅备注冷混内配有内置夹水套，通水冷却，增加冷却面积这款高速混合机组主要用于各种塑料的配料、混合、干燥、着色等工艺。是生产型材、管材的理想设备。主轴密封装置获国家专利。热混具有自摩擦或电加热及蒸汽加热功能。锅盖采用双道密封。冷混亦采用拱形锅盖，不易变形。具有结构紧凑，外形美观等特点。桨叶均通过静、动平衡试验。故SHL-Z500/1000A高速混合机组适合本设计方案。故取1台。3.2 挤出机的计算及选型挤出加工硬质CPVC制品，如管材、板材、片材等，通常选用锥形或平行双螺杆挤出机。但是挤出机的螺杆必须配有油冷装置，以保证螺杆温度的稳定性。挤出机的螺杆结构应比生产PVC硬质制品的螺杆更重视排气作用，能尽量将物料中的挥发物由排气口通过抽真空排出。螺杆均化段的未端应能平稳计量挤出。CPVC材料在加工过程中，如处理不当，会产生严重的氯化氢（HCl）腐蚀，这种情况的严重性比PVC材料加工时产生的氯化氢（HCl）腐蚀要大的多，因此，对螺杆在高温下耐腐蚀的要求更为严格。对于挤出机的料筒。则要求具有良好的冷却装置，以保证料筒温度的稳定性。冷却装置通常有风冷却和水（油）冷却两种。风冷却装置的温度起伏较大，大约有1015左右，它的冷却是骤冷式的，不利于类似CPVC这种热敏性较强的材料的加工成型。而水（油）冷却装置是将水（油）管路装在加热圈处料筒表面的沟槽内。受到温度控制的循环水（油）流能使其维持比较稳定的温度，其温度起伏通常在35左右。显而易见，具有水（油）冷却装置的料筒更利于CPVC物料的挤出加工。鉴于CPVC材料的难加工性，在没有生产经验的情况下，一旦由于配方的不合理或模具结构不合理，就会产生较大的熔体压力，从而可能造成加工设备的严重损坏，因此对于生产CPVC材料的挤出机来说，应具备更为安全的过程保护装置，而且还要设置具有承受更大背压的止推轴承和相关的传动机构。锥形双螺杆挤出机与模具之间不能使用多孔板，这样可以减小熔体背压。过渡套的压缩比即较大的挤出机料筒出口孔径过渡到较小的机头孔径的比例应比生产硬质PVC制品时的压缩比小20%左右1。查阅张家港华铭机械有限公司资料选取SZ65/132锥形双螺杆塑料挤出机。下表为该型号挤出机的技术参数。表3-2 SJSZ65/132锥形双螺杆塑料挤出机技术参数型号SZ65/132螺杆直径/（mm）65/132螺杆转速/（rpm）136主电机功率/（kw）37加热功率/（kw）24中心高/（mm）1000净重/（kg）4500最大挤出量/（kg/h）300尺寸/（mm）600020002600SJSZ系列锥形双螺杆挤出机，配以响应的螺杆和辅机，可将各类热塑性塑料出格是硬聚氯乙烯粉料直接挤出成管、板、片、膜及异型材等，也可完成对各类塑料的改性及粉料造粒过程。 SZ65/132锥形双螺杆塑料挤出机采用直流电机，可控硅无级调速，设有过载掩护和故障报警、螺杆芯部油轮回恒温、机筒油冷却，并装有真空排气管装配和定量喂料装配。符合工业用CPVC管材挤出工艺对设备的要求。成型机台数的计算：根据制品形状、冷却定型的难易程度，选择牵引速度为1.2m/min（一般在0.151.5m/min范围），根据CPVC混配料的密度1450kg/m3得110的CPVC管的线重为2.5kg/m，因而成型挤出机每小时的生产能力为：生产能力=线重牵引速度=2.51.260=180kg/h则需要挤出成型机台数为故取2台3.3 挤出辅机我国制订的塑料硬管挤出辅机标准推荐的冷却方式、冷却槽长度、切割方式可见表3-33。表3-3 我国挤管辅机标准基本参数辅机规格90管材外径/（mm）4011063160推荐配用挤出机（螺杆mm）6590冷却方式浸浴式冷却槽长度/（mm）3000牵引管径范围/（mm）35170牵引线速度/（m/min）0.151.5驱动功率/（kW）1.1切割方式圆盘锯切割管径范围/（mm）170驱动功率/（kW）1.13.3.1 牵引机的选型及计算查阅张家港市振华塑料机械厂资料选取型号为DY-1履带式牵引机。因有2台挤出机，故取2台。表3-4为DY-1履带式牵引机的技术参数。表3-4 DY-1履带式牵引机技术参数项目参数型号DY-1牵引速度/（m/min）0.34最大牵引尺寸/（mm）120120牵引中心高度/（mm）8001000牵引功率/（kW）1.5外形尺寸/（mm）12506501600重量/（kg）5003.3.2 冷却水槽的选型及计算浸浴式冷却装置：管材通过一个装有冷却水的水箱，在这个状态下，管材的整个截面是浸泡在水中，通过管材与水的接触，释放热量从而得到冷却的效果。这种装置较简单，造价低廉，但是对管材的生产会带来以下的弊端。 1、冷却效率欠佳，影响管材的生产效率。 2、由于管材浸泡在水中时，管材的圆周受到不同水压的作用，从而会导致管材的圆度超差。 因此，理想的冷却装置应以强力喷淋为最佳选择。查阅东莞市松湖塑料机械有限公司资料选取型号为SJSH 3米管材真空定径冷却水槽。表3-5为SJSH3米管材真空定径冷却水槽的技术参数。表3-5 SJSH 3米管材真空定径冷却水槽项目参数型号SJSH类型管材定径冷却电动机功率/（kW）3外形尺寸/（mm）35006001200SJSH 3米管材定径冷却水槽的特点：1.冷却槽主体全部采用进口SUS304不锈钢材质；2、主定型部分采用黄铜、钢或铝等材料并镀铬，以减少管材和定径体壁之间的摩擦力并防止磨损；3、真空抽吸采用高精密水环式真空泵，噪音小，真空稳定；4、真空吸入通道设置为狭缝和开孔形式，定型套间可独自调节；5、冷却通过水浴或喷淋来实现，产品传热值高，冷却均匀；6、短定径块真空箱使截面形状的空室管材精确成型；7、水槽架采用三维电动调节功能，使生产过程中的操作变得简单方便。可以有效解决由于浸浴式冷却带来的冷却效率欠低，管材圆度差的问题。3.3.3 切割机的选型及计算生产较大直径管材时，管材的切割应选用行星式自动切割机。行星式自动切割机的切割锯片有多个小直径锯片组成，围绕着被切割的管材组成圆形。当管材需要切割时，这些小直径锯片既能高速自转又能围绕管材外圆公转。用这种方法切割大直径管材，切割速度快、切割口端面平整。查阅张家港市神丹机械有限公司资料选取型号为神丹SCH型自动塑料管材行星切割机。下表3-6为切割机的主要技术参数。项目参数型号神丹SCH锯片直径130mm切割管径110mm250mm锯架纵向移动距离1250mm电机功率旋转电机750w直线电机220w锯片电机1.5kW风机1.1kW外形尺寸250010001400mm重量1000kgSCH型自动塑料管材行星切割机主要和塑料挤出机配套使用，切割大规格塑料管材，该机采用液晶屏中文显示，专用微电脑全自动控制，变频器速度调节，设备自动化程度高，具备能显示：计数、推料延时、工序过程、故障和带报警输出等特殊功能，超越了PLC都无法追溯的优点，具有抗干扰性强，调节方便，性能可靠，质量稳定等特点。由于本机微电脑控制，具有泠处理功能，在电脑通电时会自动检测刀片位置，当刀片处于管内部时会自动退刀，退至行程开关即停止等待工作。由于选取2台挤出成型机，故必须取2台切割机组成生产线。故取2台。3.3.4 定径套的选型定径套内径及长度尺寸的确定可参照下表3-7.表3-7 定型套内径和长度尺寸管材外径D（mm）定径套内径d（mm）定径套长度L（mm）D40聚烯烃（1.001.04）DL10D聚氯乙烯（1.001.0）DL40（1.0081.012）DL=(35)DD100由于本设计设计的管材直径为110，所以采用定径套内径范围为110.88111.32mm，长度范围为330550mm。所以选用定径套内径为111mm，长度为440mm。3.4 破碎机的选型及计算根据年设计产量2020.32t得，每小时产生的废料为2.81kg。查阅张家港市振华机械有限公司资料选取SWP200破碎机。故取1台。表3-8为该破碎机的技术参数。表3-8 SWP200破碎机技术参数旋转刀直径/mm旋转刀数量旋转刀转速/r/min固定刀数量筛板孔直径/mm最大破碎量/kg/h功率/kw进料门口径mm机器重量kg尺寸/mm200387028501104240350300100059010903.5 磨粉机的选型及计算根据上述的数据及选取的设备，查阅张家港市创佳机械有限公司资料选取SMP-400型磨粉机。这系列的高速涡流多用磨粉机，用于塑料、矿山、化工、冶金等行业中进行微细磨粉的设备。特别是加工磨制热塑性PVC、PE塑料回收粒的研磨。经塑料制品专业工厂实践操作证明，磨制粉料在加工配方中加入20%-30%，其制品的化学物理性能保持全新料的各项指标不变。故取1台。表3-9为SMP-400磨粉机的技术参数。表3-9 SMP-400磨粉机技术参数型号SMP-400粉碎室内径/mm390转子数3主轴转速/r/min34003700电机功率/kw30粉碎量/kg/h50150尺寸/mm125015001530重量/kg10003.6 原材料消耗计算由表1-1得配方的总分数=95+5+7+6+4+5+1+0.15=123.15 份各组分每吨产品消耗量1000组分占整个粉料量的百分率(%)=每吨产品消耗量组分占整个粉料量的百分率=组分占份数/各组分份数总和100粉料年需要量组分占整个粉料量的百分率=组分年需要量年组分需要量实际开车天数=日组分需要量年组分需要量实际开车时=每小时组分需要量根据衡算，计算出实际每年消耗量及日消耗量和每小时消耗量，见表3-6。表3-6 每年消耗量及日消耗量和每小时消耗量原料名称配方中份数百分率/%每吨单耗/kg每年消耗量/t日消耗量/t每小时消耗量/kg用途CPVC9577.14771.421577.355.26219.1主要原料PVC54.0640.6083.020.27711.53辅料铅类复合稳定剂75.6856.84116.230.38716.14热稳定剂CPE64.8748.7299.620.33213.84抗冲改性剂MBS43.2532.4866.410.2209.19抗冲改性剂碳酸钙54.0