年产1万吨硬PVC管材车间工艺设计

1、 年产1万吨硬PVC管材车间工艺设计 摘要：根据任务书的要求，本设计进行了年产1万吨硬PVC管材车间工艺设计。论文编写期间查阅了大量的文献资料，了解了塑料管材的种类，以及各种塑料管材的优异性能，特别针对硬PVC塑料管材进行了具体研究与分析，对其市场现状与未来发展前景进行了解，同时也了阐述了其生产工艺流程与生产过程中所用到的设备及其型号等。还对年产1万吨的硬PVC管材进行了车间工艺设计，详细写出了物料衡算和能量衡算的过程以及车间布置等。硬PVC管材采用如下生产流程：PVC树脂和助剂加入高速混合机中，经高速混合机的混合，进入到低速混合机中继续混合，使其充分混合均匀，然后过筛、造粒、挤出后冷却定型，

2、用牵引机牵引，然后经切割机切割，扩口后得到成品。生产过程中也考虑了低成本、低污染、高性能、可循环利用等理念对车间进行合理设计和优化，并绘制了工艺流程图车间平面布置图。关键词：硬PVC管材；车间工艺设计；工艺流程；挤出成型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 workshop f

3、or 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 situation and

4、 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. 3.3PVC塑料管

5、材成型工艺103.3.1单螺杆挤出机123.3.2双螺杆挤出机143.3.3螺杆挤出机的选择163.3.4辅机164原材料的选择及配方设计224.1原材料的选择224.1.1PVC树脂的选择224.1.2助剂的选择244.2配方设计295物料衡算与能量衡算305.1物料衡算305.1.1原始数据:305.1.2生产能力计算305.1.3物料衡算305.1.4原料消耗计算325.2能量衡算345.2.1水蒸气的消耗量345.2.2电能的消耗量355.2.3冷却剂的消耗量355.2.4硬PVC管材车间能量衡算356设备选型及计算376.1定型设备的选择与计算376.1.1高速混合机的选取与计算37

6、6.1.2冷混机的选取与计算376.1.3挤出造粒机的选取与计算386.1.4挤出机及辅机的确定与计算386.1.5破碎机的选取与计算40 中国的塑料管材行业，得到了迅猛的发展，管材产品从塑料管材的市场在不断扩大，已经成为随处可见的被广泛认识的产品，成为重要的行业。塑料管材产品受到方方面面的关注，尤其是建筑部门、水利部门、市政工程领域的工程技术人员都十分关注、了解、研究塑料产品。2008年全国各种塑料管材生产企业达1000多家，生产线达3000多家，生产能力超过600万吨，产量约为460万吨，其中PVC管约占55%，为253万吨；PE管约占30%，为138万吨；PP管约占10%，为46万吨；其

7、他管约占5%，为23万吨。2008年11月国务院常务会议审议通过了扩大内需促进增长十项措施，其中多项措施都能给塑料管材行业带来机遇。比如，加快建设保障性安居工程；加快农村基础设施建设，加大农村沼气、饮水安全工程和农村公路建设力度，加强大型灌区节水改造；加快铁路、公路和机场等重大基础设施建设；加强生态环境建设；加快城镇污水、垃圾处理设施建设，支持重点节能减排工程建设等为塑料管材行业提供了良好的市场环境。另外，四川地震灾区的恢复重建，新农村水、电、路、气、房的建设工程等都需要大量的塑料管材，可以看出，塑料管材发展前景十分广阔2。1.3塑料管材分类1.3.1硬质聚氯乙烯（PVC-U）管PVC-U管具

8、有较高的抗冲击性能和耐化学性能，它可根据使用要求不同，在加工过程中添加不同添加剂，使其具有满足不同要求的物理和化学性能。PVC-U管根据结构形式不同，又分为螺旋消声管、芯层发泡管、径向加筋管、螺旋缠绕管、双壁波纹管和单壁波纹管。PVC-U管主要用于城市供水、城市排水、建筑给水和建筑排水管道，也大量用于节水灌溉管道。 1.4硬PVC管材的性能和应用情况1.4.1硬PVC管材的性能特点硬质PVC管材的密度为1.41.6 g/cm3是同尺寸钢管重的l/81/5，低发泡PVC管材密度仅为0.8g/cm3左右，因此搬运方便。安装简便轻松。安装工作量不到 金属管的一半，这是由于硬质PVC管材二次加工性好容

9、易成型及连接。在现场安装施工时，只要用合适的粘合剂，就可将管接连起来，还可用喷灯将管材加热软化、弯曲、扩口等。硬质PVC管材化学稳定性高，可耐各种酸、碱、盐的腐蚀，耐老化性好，机械强度比聚烯烃管材高。硬PVC管材具有优异的阻燃性，电绝缘性能也很好，体积比电阻为1 ×10153×1015欧姆•cm击穿电压23-28kV/mm4。硬PVC管材内壁光滑，流体摩擦阻力很小与同El径的铸铁管(在同样压力下)相比，可提高输送能力43.7。硬PVC管材不生锈，这是金属管材不可比拟的，而且硬PVC管材内壁表面张力低，可有效防止水垢形成，还可大大降低输送

10、流体时的噪音。硬PVC管材使用温度范围在-1560之问硬质PVC管材韧性较低，机械强度仅相当于钢管的1/4，特别是在管的切口处强度较低施工时应注意防止人为损坏。这种管材的线膨胀系数比钢管大，为5.9 ×10-5mm，在用作长距离管道时，应注意受温度及气候影响所引起的伸缩量，每蕊一定长度应设有温度补偿装置。对于埋 在地下的管道，如果地温变化不大及管径较小时可将管路设成一定的弯曲即可作为伸缩补偿，对于管径在150mm以上时可选用柔性接头作伸缩补偿5。PVC-U管材的特性非常明显，具有耐腐蚀性能，可直接敷设在强腐蚀性土壤中，不必采用防腐处理，很适应腐蚀性场所使用。同时PVC-U管

11、材耐各种酸、碱、盐等化学药品浸泡，可直接输送一些腐蚀性液体，正常情况下使用寿命仍可达3050年。同时，PVC-U管内壁光滑，水流摩擦阻力小，在管径相同，输送能耗相同时，输水能力可较铸铁管提高3050%。由于PVC-U管内壁不生锈结垢，不会因使用时间的延长而减少输水流量6。 （2）硬PVC管材现状及其发展前景A硬PVC管材全球市场现状世界发达国家PVC-U制品比例几乎占PVC总量的65左右，而硬制品中管材又占有很大比例，约为2540。在各类塑料管材中，PVC管材所占比例最大，例如，西欧塑料管道中PVC管道约占80，日本塑料管中大约有90是硬PVC管，美国的塑料管中PVC管约占706。B硬PVC管

12、材中国市场现状目前，具有一定规模的PVC-U管材生产企业约1000家，生产能力在200万t/ a以上。2005年各种塑料管道应用量约240万t，其中PVC- U管道占130万t 以上，创历史最高记录。由于我国PVC树脂原料价格处合理，2005年很多的PVC管材生产企业在产销量、利润上都得到了很大的提高7。“十一五”期间以及再经后几年，塑料管材行业仍有十分难得的发展机遇和光明前景，应用市场将会以大于10%的速度增长。据专家预测分析，近几年仅塑料工程管道用量将可能达到200万t/ a，而其中PVC- U等通用塑料管道是主要的品种89。到目前为止，PVC- U

13、管道的生产和应用技术在所有塑料管道中是较为完善的，这一点使PVC-U塑料管道在一些发达国家的塑料管道总量中占较高的比例。PVC管道产业的发展已经进入了成熟期，在我国仍具有十分广阔的市场前景，还有很大的发展空间。PVC- U塑料管道以其相对低廉的价格和良好的性能而具有较高的性价比。2005年底，我国PVC树脂生产能力达1000万t/ a，实际产量近650万t，为PVC加工企业提供了价格相对比较低的原料，使PVC- U管道的市场价格与其他管道相比有一定的优势。今后的几年里，在各种塑料管道中PVC-U管道仍将占主导地位1012。2厂址选择由于化工厂有一定的污染性，这是无可避免的，所以在化工厂选址时，

14、我们必须要考虑多方面因素，如环保、气象、交通、劳动力资源等方面都是要考虑的因素。不能建在人员居住集中的地方，因为可能会对人体健康造成一定的影响；交通要便利，便于职工上下班等；自然风要较多，利于空气流通等，综合考虑各方面因素，可知将工厂建在“上海市奉贤区星火开发区”最为合适，原因如下： 1连续化流程在塑料制品生产中，某些工序存在着间歇式生产和连续化生产两种工艺。如造粒工序中挤出造粒为连续化生产，而开开炼、拉片造粒为间歇式生产。又如，挤出成型的产品为连续化生产，而注射模塑为间歇式生产。一般来说，连续化生产能缩短工艺流程，相应减少设备和场地，具有投资少，原材料

15、及能源消耗低，劳动生产率高，生产成本低等优点。因此连续化工艺经济效益高，是发展方向。但连续化工艺也存在某些不足，如有要求有较高的操作和管理，才能达到生产稳定；而间歇法生产，质量比较高。因此，在保证质量的前提下，本设计选择连续化生产工艺流程。2物料输送方式在塑料制品生产中，原材料及半成品皆为粉料和颗粒状的固体物料。其输送方式直接影响工艺流程，并对整个车间的设计、布置、厂房建筑形式有直接影响。因此，物料输送方式是流程设计具体化时必须考虑的因素之一。在塑料制品生产中，固体物料输送大致有人工上料和自动上料两种方式。（1）人工上料小槽车输送：一般用于同一层的各个工段或车间之间的运输。如造粒工段时生产的颗

16、粒料，用小车推到成型工段。这种运输方式能较好地保持物体外形，使用灵活方便，但占用大量车辆。升降机运输：一般用于垂直输送，人工控制将小批量物料用升降机提升到配料的高楼层工段。例如，PVC的配料工段，对小批量的稳定剂、润滑剂助剂，可以采用升降机作垂直输送13。（2）自动上料正压上料：如风送，物料在密闭管道内依靠风力输送物料的方式。此种方式灵活性较大，可水平及垂直输送，也可以由一处同时送到几处。设备也较简单，节省人力。缺点是对物料有一定磨损，对输送的距离及高度有一定要求，动力消耗也大，并且在物料处需要气-固分离装置。目前，该方法常用于粉料及颗粒料的输送。如PVC的配料工段中，大量树脂的输送，以及造粒

17、工段、生产的颗粒料等都可以采用风送至成型工段。 （2） 高速混合PVC树脂和助剂在高速混合机中混合。高速混合是混合过程的核心，也是聚氯乙烯混合料凝胶化的过程。未经高速混合的聚氯乙烯树脂在常温下的颗粒大小不一，小颗粒较多，在挤出成型过程中极易引起塑化不均匀。在高速混合过程中，聚氯乙烯树脂逐步破碎成初级粒子，再胀大（凝胶化），并与助剂融合，形成均一的混干料。整个高速混合过程中聚氯乙烯颗粒反复结合和均化，粒径增大，起到致密化作用，使聚氯乙烯颗粒的表观密度达到最大值，有利于提高挤出产量，促进物料的均匀塑化。实际混合过程中，一般采用如下加料顺序：先将聚氯乙烯树脂、稳定剂、抗冲改性剂、抗冲击改性剂加入，开

18、始混合。在80左右时，高转速下将加工助剂、内润滑剂、颜料以及填料加入。在100左右时，加入外润滑剂。高速混合到125左右时，排放到冷混机中冷却13。（3） 低速混合经过高速混合后的物料在冷混机中慢慢冷却。（4） 造粒流程造粒的方法有挤出造粒和开炼法两种，管材的造粒通常采用的是挤出造粒，如下图，将粉料经过挤出机塑化之后，再由切粒机切成粒状，粒料再经风送，称量包装、缝包制得粒状的管材半成品。不同的造粒方法有不同的颗粒形状，不管什么形状的颗粒，要求大小一致，这对于均匀加料是很重要的。颗粒的大小，通常各向长度以3mm左右为合适。挤出造粒通常有两种方法：热切粒法和冷切粒法。图3.2 挤出造粒流程示意图热

19、切粒法采用特殊球状的旋转刀，切断由多孔板挤出的塑料条，随着刀具转速的不同，可以得到筒形、透镜形、球形等形状的粒子。同时加工的时候，无聊温度较高，没有较大的阻力，故这种切粒法所需的功率小，切刀磨损少，机械结构紧凑，所占的位置也很小，其缺点是工艺条件不适当，粒子易产生粘结。 （7）牵引牵引装置是连续稳定挤出不可缺少的辅机装置，牵引速度的快慢是决定管材截面尺寸，而且可使分子沿着纵向取向，提高管材的机械强度。（8）切割它是将连续挤出的管材，根据需要的长度进行切割的装置。切割时刀具应保持与管材挤出方向同步向前移动，即保持同步切割，这样才能使管材的切割面是一平面13。（9）扩口硬质PVC管材连接方式很多，

20、只要有关键连接；管一端扩口，借助专用胶水粘结；管一端扩口，借助橡胶密封圈实现管材插口连接。后两种方式都需要生产的管材一端进行扩口，扩口机主要由烘箱和扩口机组成。被扩口的管端在烘箱中被加热软化，再经插入扩口机头，一次实现扩口，经水冷却即可完成。（10) 得到成品3.3PVC塑料管材成型工艺生产管材的挤出机可以采用单螺杆挤出机，也可以采用锥形双螺杆挤出机。一般情况下，挤出生产圆柱形聚乙烯管材时，口模通道的截面积应不超过挤出机料筒截面积的40%；挤出其他塑料时，则应采用比此更小的值。挤出机的作用是将固体物料熔融塑化，并定温、定压、定量地输送给机头。PVC塑料管材成型为挤出成型，挤出前原材料的准备：高

21、速热混、低速冷混。挤出过程分两个阶段：第一阶段是使固态塑料塑化并在加压下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体；第二阶段是用适当的方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得所需制品。PVC塑料管材一般采用单螺杆或双螺杆挤出成型。双螺杆挤出成型因生产效率高、质量稳定，大多数企业选用双螺杆挤出PVC塑料管材；单螺杆挤出成型因其设备投资少，工艺简单，现阶段仍有不少家采用单螺杆挤出成型生产PVC塑料管材。成型工艺的关键是成型设备选用、成型温度控制。 主辅原料配合高速混料挤出造粒粒料单螺杆挤出机挤出管材冷却定型牵引切割管材图3.6 单螺杆挤出机（2）单螺杆挤出机的选择单螺杆挤出机规格

22、的选用与所生产PVC管材直径有关，一种规格的挤出机能生产相对应的3 5个规格的管材。生产PVC管材直径应控制在螺杆直径的30% 130%范围内，管材直径一般在ψ250mm以下，选用挤出机螺杆转速在10 35r/ min。表1列出了PVC管材直径与挤出机规格、最佳挤出量、挤出辅机之间的关系16。表3.1 PVC管材直径与挤出机规格、最佳挤出量、挤出辅机之间的关系管材直径(mm)33210 63409063 125110 180125 250200400螺杆直径(mm)30456590120150200转速( r/min)103510 3510 3510 3510 3510 351

23、035挤出量( kg/h)267 1815 3330 7095 19095 190160300辅机型号GF63GF125GF400 图3.8 双螺杆挤出机（2）挤出机分类啮合异向旋转锥形双螺杆，生产PVC管材、异型材、片材。啮合异向旋转平行双螺杆，生产PVC造粒、异型材。啮合同向旋转平行双螺杆，螺杆、料筒为积木式。有很多螺杆元件, 可以根据配方和工艺要求进行螺杆组合，混炼效果好，可高速运转，输送能力大，有自洁作用，主要用于填充改性、共混改性、增强改性、反应挤出等。（3）啮合异向旋转锥形双螺杆生产PVC材料的优点A. 机理是正位移输送。异向锥形双螺杆挤出机的啮合螺槽可视作横向基本上是封闭而形成&

24、amp;quot;C"型腔室，当聚氯乙烯混合粉料由计量装置加入到双螺杆加料段较大容积的螺槽中时，螺槽虽未充满粉料，但它被封闭在每根螺杆的若干"C"型腔中，随着螺杆的旋转，聚氯乙烯粉料被正位移输送，控制了聚氯乙烯树脂在螺杆中的停留时间，防止了单螺杆挤出机输送粉料时的打滑现象和粉料停留时间过长而产生聚氯乙烯树脂分解现象。B. 优良的塑化质量。螺杆的螺槽深和直径是逐渐变小的，也就是说"C"型腔，从加料段第一个"C"型腔到螺杆头部最后一个"C&quot

25、;型腔的容积是逐渐变小的。这样聚氯乙烯混合料会被逐渐压缩而充满螺槽，这不仅出于物料有松散的固体变为熔体时体积减少的需要，而且有利于物料传热，加速物料的熔融, 更好的排气。另一方面，"C"型腔之间不是严格封闭，一般在两根螺杆之间的捏合区有一定的间隙，这样大大加速了物料的混合和塑化，提高了物料的塑化质量。C. 物料之间的摩擦剪切热小，防止聚氯乙烯树脂的分解。首先，锥形双螺杆挤出机加料段螺杆直径大，螺槽体积大，增加了螺杆的表面积，有利于物料的吸热、熔融、塑化；其二，虽然整根螺杆转速一样，但由于螺杆直径逐渐变小，所以螺杆圆周速度沿螺杆轴线自加料口到螺杆末端逐渐变小，这种变化是柔和的，物料与螺杆之间的温差较