鄭立噸芯層發(fā)泡PVC管材車間設計

1、武漢工程大學課程設計說明書論文題目：年產(chǎn)2000噸芯層發(fā)泡PVC管材車間設計學 號： 0902020330 學生姓名： 鄭 立 專業(yè)班級： 高分子材料科學與工程03班 指導教師： 汪 艷 總評成績： 2012年9月15日 星期六高分子材料科學與工程專業(yè)PVC制品加工廠課程設計任務書一、 設計名稱年產(chǎn)2000噸芯層發(fā)泡PVC管材車間設計二、 課題條件學生已學過相關課程，可利用圖書館資料，進行必要的文獻調(diào)研和數(shù)據(jù)查詢，可提供計算機進行相關計算和輔助設計。三、 設計任務按擴大初步設計要求進行設計。1. 查閱資料，進行文獻綜述。2. 工藝流程設計3. 選擇原材料、確定配方4. 物料平衡計算繪制物料流程

2、草圖。確定各種物料的年、約、日、時消耗量。完成物料平衡表。5. 設備選型及設計對定型設備進行選型并計算所需設備的臺數(shù)，對非定型設備進行計算。編制設備一覽表。6. 能量衡算計算電能的消耗量、冷卻劑的消耗量。7. 車間布置設計8. 繪制車間平面布置設計圖9. 編寫設計搜明書說明書使用同一規(guī)格課程設計專用紙，包括以下內(nèi)容：（1） 標題頁（2） 設計任務書（3） 目錄（4） 摘要（5） 緒論（6） PVC管材工藝流程（7） 原材料及配方（8） 物料衡算（9） 設備選型及計算（10） 能量衡算（11） 車間布置設計（12） 參考文獻（13） 致謝四、 設計進度1. 收集設計資料2. 完成工藝流程設計、確

3、定材料配方3. 物料衡算4. 設備選型及計算5. 能量衡算6. 車間布置設計及繪圖7. 編制設計說明書及答辯五、 設計成績評分體系成績評定采用百分之，課程成績由三部分組成：設計工作期間的學習態(tài)度（占30%）、設計質(zhì)量（占50%）、答辯時的表現(xiàn)（占20%）。六、 參考資料1徐德增，郭靜，馮鈉.高分子材料加工廠設計.北京：化學工業(yè)出版社，20072吳培熙，吳祖玉，張玉霞等.塑料制品生產(chǎn)工藝手冊（第三版）.北京：化學工業(yè)出版社，20043機械工業(yè)部.橡膠塑料機械產(chǎn)品樣本.北京：機械工業(yè)出版社，19964陜西省化工研究所.塑料橡膠加工助劑.北京：化學工業(yè)出版社，20025周殿明，張麗珍.塑料管擠出成型

4、簡明技術手冊.北京：化學工業(yè)出版社，20066其他相關文獻資料摘要 本設計是生產(chǎn)2000噸芯層發(fā)泡PVC管材車間設計，本文對芯層發(fā)泡PVC管材的工藝流程，設備選取，設備型號，生產(chǎn)和應用等進行了詳細的概述，闡述了其在化學工業(yè)中的作用和地位。在確定芯層發(fā)泡PVC管材生產(chǎn)工藝流程的基礎上進行了物料衡算，能量衡算，和車間布置的設計等過程。同時，本文還對電能損耗，冷卻水損耗，煤的損耗等進行了粗略的計算。關鍵詞：芯層發(fā)泡PVC，設備選型，工藝流程，物料衡算，能量衡算目錄年產(chǎn)2000噸芯層發(fā)泡PVC管材車間設計3概述3芯層發(fā)泡PVC特點3一.工藝流程4二. 原料及配方4三.平衡計算61.計算基準的選取62.

5、物料衡算63.衡算流程圖：8四. 設備的選取81.產(chǎn)品規(guī)格的確定82.雙螺桿擠出機的確定與計算93.熱混合機的選取與計算94.冷混機的選取與計算105.破碎機的選取與計算106.自動配料稱的選取與計算107.貯罐的選取11五.能量衡算121.水蒸氣的消耗量122.芯層發(fā)泡PVC車間能量衡算12設備一覽表14參 考 文 獻14年產(chǎn)2000噸芯層發(fā)泡PVC管材車間設計概述隨著應用范圍的擴大，PVC管材的升級換代也正在加速進行，其研發(fā)和生產(chǎn)正在朝高技術、高性能、低消耗、低成本的方向發(fā)展。PVC芯層發(fā)泡管就是在這種情況下孕育而生的。PVC芯層發(fā)泡管的特點是3層復合，內(nèi)外兩層與實壁PVC管材相同，中間多

6、了層PVC發(fā)泡層。PVC芯層發(fā)泡管的密度一般在0.70.9g/cm。，比實壁PVC管材節(jié)省原材料20%25%，并且具有隔音作用，可廣泛應用于工業(yè)及日常生活中，也可作為低壓力給水管、污水排放管、室內(nèi)通風管、排氣管及電信電纜套管，是目前國家大力推廣的產(chǎn)品。進入年代，國內(nèi)一些廠家相繼從法國、韓國引進了硬質(zhì)芯層發(fā)泡復合管材生產(chǎn)線，這種性能優(yōu)越、節(jié)約原材料、節(jié)省能耗的新型管材正逐步取代傳統(tǒng)的硬質(zhì)實壁管，并在建筑排水中得到廣泛的推廣。1、芯層發(fā)泡PVC特點 聚氯乙烯芯層發(fā)泡管的擠出成型可用單螺桿擠出機，也可用雙螺桿擠出機。成型生產(chǎn)時，可用兩臺擠出機供料，也可用三臺擠出機供料。一般以用兩臺擠出機擠塑供應成型

7、料較多。兩臺擠出機的中心線在成型模具處交叉成45°角布置，一臺擠出機擠出料供芯層發(fā)泡管的內(nèi)外皮成型用，另一臺擠出料供發(fā)泡芯層成型用。由于發(fā)泡芯層成型用料大于內(nèi)外皮層的成型用料，所以選用的擠出機兩臺規(guī)格不相同。比如，選用發(fā)泡芯層用擠出機規(guī)格為65mm則選用內(nèi)外皮層用擠出機規(guī)格就應該為45mm。 2、設計選用要點：1） 該管材適用于建筑室內(nèi)外或埋地排水用，在考慮材料許可的耐化學性和耐溫性后，也可用于工業(yè)排污用。 2） 埋地塑料排水管道要按柔性管的理論（管土共同發(fā)揮作用）進行設計。同時在設計狀態(tài)下管道垂直方向的變化不得大于管直徑的5。 3） 管材環(huán)剛度的選擇是塑料管道設計的一項重要指標，因

8、此應從管道埋深、地面荷載、溝槽回填土的性質(zhì)和壓實系數(shù)以及施工荷載等綜合考慮確定。盲目采用高環(huán)剛度不經(jīng)濟。對車行道下埋深小于1.0m的管道，還應考慮管道變形對路面的影響。 4） 外觀：管材內(nèi)外壁應光滑平整，不允許有氣泡、沙眼、裂口和明顯的痕紋、雜質(zhì)、凹陷、色澤不均及分解變色線。管材端口應平整且與軸線垂直。管材芯層與內(nèi)外皮層應緊密熔接，無分脫現(xiàn)象。 5）規(guī)格尺寸: 管材規(guī)格用de(公稱外徑)×e(壁厚)表示，見表1。管材平均外徑及偏差，管材壁厚及偏差，內(nèi)、外皮層厚度均應符合GB/T 16800-1997中的相關規(guī)定。一.工藝流程皮層PVC+助劑芯層PVC+助劑120高溫攪拌115高溫攪拌

9、40冷混40冷混投料（主機）投料（副機）擠出A擠出B共擠模頭螺旋發(fā)泡復合機頭冷卻定徑（真空）二次噴淋冷卻牽引計長切割擴口成型成品檢驗包裝入庫聚氯乙烯芯層發(fā)泡管擠出成型注意事項 聚氯乙烯芯層發(fā)泡管的內(nèi)外皮層和發(fā)泡芯層用料應分別在兩臺高速混合機中進行原料混配工作。 生產(chǎn)前要認真調(diào)節(jié)好成型模具中口模和芯棒間的裝配間隙的均勻性，生產(chǎn)中出現(xiàn)間隙不均勻影響壁厚時，只能進行微調(diào)。 生產(chǎn)前調(diào)節(jié)口模與定徑套間的距離一般控制在120 200mm范圍內(nèi)。生產(chǎn)中要憑工作經(jīng)驗來調(diào)節(jié)距離大小，如發(fā)現(xiàn)芯層料發(fā)泡較快，應把兩者的距離尺寸調(diào)小些，反之則大些。 皮層和芯層用擠出機除了規(guī)格不同外（芯層擠出機規(guī)格略大于皮層用料擠出機

10、），還應注意兩臺擠出機中擠出熔料速度的匹配。初生產(chǎn)時，要觀察管坯中內(nèi)外層和芯層擠出料的成型厚度和熔料流速的一致性，然后適當調(diào)節(jié)兩臺擠出機中螺桿的轉(zhuǎn)速。 注意成型模具部位工藝溫度控制對管坯成型質(zhì)量的影響。熔料進口處溫度應控制在160165_C，管材復合分流錐處應控制在165175，口模處應控制在180195。 牽引管坯速度的控制，注意拉伸比要控制在1.21.5范圍內(nèi)。 注意定徑冷卻水溫的控制應不大于15，應使管坯能充分降溫冷卻，以迅速降低或停止芯層發(fā)泡料的發(fā)泡過程。二. 原料及配方生產(chǎn)PVC管材的原料主要是懸浮法聚合的聚氯乙烯樹脂。根據(jù)國家標準GBT5761-93懸浮法通用型聚氯乙烯樹脂檢驗標準

11、規(guī)定，懸浮法PVC分為PVC-SGl到PVC-SG8八種樹脂，其中數(shù)字越小，聚合度越大，分子量也越大，強度越高，但熔融流動越困難，加工也越困難。表五 我國懸浮法聚氯乙烯樹脂的型號及相關參數(shù)型號聚合溫度/粘數(shù)/（ml/g）K值聚合度參考用途SG-148.2154144777518001650高級電絕緣材料SG-250.5143136747316501500電絕緣材料，一般軟制品SG-353.0135127727115001350電絕緣材料，農(nóng)膜，塑料鞋SG-456.5126119706912501150薄膜，人造革，高強度硬管SG-558.0118107686611001000透明制品，硬管，型

12、材SG-661.8106966463950850唱片，透明片，硬板，焊條SG-765.595876260850750吹塑瓶，透明片，管件SG-868.586735955750650過氯乙烯樹脂具體選擇時，做軟制品時，一般使用PVC-SGl、PVC-SG2、PVC-SG3型，需要加人大量增塑劑。例如聚氯乙烯膜使用SG-2樹脂，加入5080份的增塑劑。而加工硬制品時，一般不加或很少量加入增塑劑，所以用PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。如PVC硬管使用SG4樹脂 塑料門窗型材使用SG5樹脂，硬質(zhì)透明片使用SG6樹脂、硬質(zhì)發(fā)泡型材使用SG7、SG8樹脂。生

13、產(chǎn)PVC管材所用的樹脂必須符合擠出加工的要求，本設計中選用SG5型號的PVC樹脂可行。這種樹脂一般要求K值為68左右，揮發(fā)物0.4%，同時對樹脂的白度及雜質(zhì)含量如黃、黑點及魚眼等也有一定的要求。PVC樹脂的堆密度對擠出工藝有一定的影響，生產(chǎn)時應視具體情況對工藝作相對的調(diào)整。 因此，選用以下芯層發(fā)泡PVC生產(chǎn)配方：內(nèi)外層A料 芯層B料配方份數(shù)UPVC(SG5)100三堿式硫酸鉛3二堿式亞磷酸鉛2硬脂酸鎘0.8氧化聚乙烯8碳酸鈣26丙烯酸加工助劑3硬脂酸0.6石蠟1.2炭黑0.5硬脂酸鉛1.2配方份數(shù)UPVC(SG7)100液體鋇-鎘4石蠟0.8碳酸鈣成核劑8AC發(fā)泡劑0.3丙烯酸加工助劑3三.平

14、衡計算1.計算基準的選?。?）年工作時間 365-10（法定節(jié)假日）=355=8520h（2）設備大修 25/年=600h/年（3）特殊情況停車 15/年=360h/年（4機頭清理 換過濾網(wǎng) 1次/6天 8h/次365天-（25天+15天） ×1/6次×8h/次=420h（5）實際開車時間365天-10天-25天-15天-17.5天=297.5天=7140h(6)設備利用系數(shù)k=實際開車時間/年工作時間=7140/8520=0.842.物料衡算（1） 擠出成型工段 擠出成型工段物料損耗率如下：工序自然損耗掃地下腳料一次成品百分率/%0.60.45.593.5 物料衡算內(nèi)外層

15、硬質(zhì)PVC計算芯層發(fā)泡PVC計算輸出物料量/t916.67/0.935=980.4(2000-916.67)/0.935=1158.32自然損耗量/t980.40.6%=5.881158.320.6%=6.95掃地料/t980.40.4%=3.921158.320.4%=4.63下腳料/t980.45.5%=53.921158.325.5%=63.71下腳料回收破碎量/t53.92(1-0.05)=51.22463.71(1-0.05)=60.52顆粒料中需加回收料量/t980.450/1000=49.021158.3250/1000=57.91回收率49.02/51.224100%=95.7

16、%57.91/60.52100%=95.7%（2）塑化工段各工段物料損失數(shù)據(jù)如下表：工序篩選輸送高速混合冷卻混合損耗率/%0.50.30.2總損失/%1物料平衡計算內(nèi)外層硬質(zhì)PVC計算芯層發(fā)泡PVC計算進入冷混機物料量/t(980.4-49.02)/(1-0.002)=933.25(1158.32-57.91)/(1-0.002)=1102.6進入熱混機的物料量/t933.25/(1-0.003)=936.051102.6/(1-0.003)=1105.91進入篩選機的物料/t936.05/(1-0.005)=940.761105.91/(1-0.005)=1111.48 塑化段物料平衡表工序

17、物料/t輸入回收/t小計/t物料/t輸入損失/t小計/t皮層芯層皮層芯層皮層芯層皮層芯層皮層芯層皮層芯層篩選輸送940.761111.48940.761111.48936.051105.914.715.57940.761111.48高混936.051105.91936.051105.91933.251102.62.83.31936.051105.91冷混933.251102.6933.251102.6931.381100.411.872.19933.251102.6半成品931.381100.4149.0257.91980.41158.32980.41158.32980.41158.32合計9

18、87.781169.39980.41158.32（3）粉料中各組分需要量如下表：內(nèi)外皮層A料配方份數(shù)百分率/%產(chǎn)品消耗量t/kg每年需要量/t每天需要量/t每小時需要量/kgUPVC(SG5)10068.84688.4647.622.1890.83三堿式硫酸鉛32.0520.519.290.0652.7二堿式亞磷酸鉛21.3713.712.860.0431.8硬脂酸鎘0.80.5475.475.140.01730.72氧化聚乙烯85.4754.751.40.1737.2碳酸鈣2617.77177.7167.190.84735.27丙烯酸加工助劑32.0520.519.290.0652.7硬脂酸

19、0.60.414.13.860.0130.54石蠟1.20.828.27.720.0261.08炭黑0.50.3423.423.2150.0110.45硬脂酸鉛1.20.828.27.720.0261.08芯層B料3.衡算流程圖：內(nèi)外皮層：931.38t/年回收料49.02t/年擠出成型工段損失+下腳料63.73t/年制品916.67t/年塑化工段總損失39.64t/年940.76t/年芯層：1100.41t/年回收料57.91t/年擠出成型工段損失+下腳料74.99t/年制品1083.33t/年塑化工段總損失46.84t/年1111.48/t/年四. 設備的選取 1.產(chǎn)品規(guī)格的確定 外徑/m

20、m內(nèi)徑/mm外皮層厚/mm內(nèi)皮層厚/mm芯層厚/mm1101040.20.22.6 2.雙螺桿擠出機的確定與計算根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的直徑，選擇雙螺桿擠出機的型號如下：技術參數(shù)SJSZ-55型技術參數(shù)SJSZ-55型螺桿直徑/mm55/100總力矩/(N/m)8200螺桿數(shù)量/個2機筒加熱功率/kw18螺桿旋向異向向外中心高度/mm1000螺桿有效長度/mm1200外形尺寸/mm4270×1020×2410螺桿旋速/（r/min）3.434生產(chǎn)能力/(kg/h)50120擠出機每小時生產(chǎn)能力為：生產(chǎn)能力=線重×牽引速度=1000×1.4×60=84kg

21、/h需要擠出機臺數(shù)為：皮層： 芯層：皮層和芯層各需2臺擠出機，所以選用4臺SJSZ-55型擠出機。 雙螺桿擠出機輔機選用SJSG-F630型技術參數(shù)SJSG-F630型技術參數(shù)SJSG-F630型牽引夾持長度/mm1200尺寸/mm3196×3364×3100真空定徑槽長/mm6000×2牽引力/N30000牽引速度m/min0.151.5總功率/kw59選用2臺SHR-200×475×950（GHR-200-Q）型高速混合機。3.熱混合機的選取與計算 選擇SHR-200×475×950（GHR-200-Q）型高速混合機，其

22、參數(shù)如下：技術參數(shù)SHR-200×475×950型技術參數(shù)SHR-200×475×950型總容積200L排料方式氣動有效容積120-140L電動機功率30/42kw產(chǎn)量325kg/h外形1750mm×1100mm×1450mm加熱方式汽參考價格6.2萬元高混機有效容積取140L，PVC粉料的表觀密度為0.45kg/L，皮層芯層每鍋可裝粉料量/kg0.45×140=630.45×140=63每小時混料量kg131.1/63=2.083鍋63×3=109kg/hkg154.89/63=2.453鍋63

23、5;3=189kg/h需高混機數(shù)量/臺 所以需選用3臺SHR-200×475×950（GHR-200-Q）型高速混合機。4.冷混機的選取與計算選擇SHL-350×130型冷混機，其技術參數(shù)為技術參數(shù)SHL-350×130型技術參數(shù)SHL-350×130型總容量350L機器質(zhì)量1800kg有效容積210250L冷卻形式水、汽電動機功率7.5kw卸料方式手動或氣動主軸轉(zhuǎn)速130r/min參考價格4.5萬元機器尺寸1800×1380×1550需要冷混機臺數(shù)：皮層：臺 芯層： 臺所以選用3臺SHL-350×130型冷混機。

24、5.破碎機的選取與計算為了回收PVC的下腳料和廢、次品管材，使之經(jīng)過破碎制成顆粒進行再次使用，使用SWP-100型塑料破碎機。其參數(shù)如下技術參數(shù)SWP-100型技術參數(shù)SWP-100型旋轉(zhuǎn)刀回轉(zhuǎn)直徑100mm整機重量120kg篩孔直徑6mm外形尺寸560×370×925固定刀片數(shù)2把參考價格0.34萬元旋轉(zhuǎn)刀片數(shù)2把破碎量40kg/h每小時回收破碎量為皮層：（49.02×1000）/（297.5×24）=6.89kg/h芯層：（57.91×1000）/（297.5×24）=8.11kg/h所以需要2臺SWP-100型破碎機。6.自動配

25、料稱的選取與計算高混機中每鍋裝料63kg，所以每鍋中各組分質(zhì)量如下：皮層料配方每鍋各組分質(zhì)量/kgUPVC(SG5)43.3692三堿式硫酸鉛1.2915二堿式亞磷酸鉛0.8631硬脂酸鎘0.34461氧化聚乙烯3.4461碳酸鈣11.1951丙烯酸加工助劑1.2915硬脂酸0.2583石蠟0.5166炭黑0.21546硬脂酸鉛0.5166芯層料配方每鍋各組分質(zhì)量/kgUPVC(SG7)54.2619液體鋇-鎘2.1735石蠟0.4347碳酸鈣成核劑4.3407AC發(fā)泡劑0.16254丙烯酸加工助劑1.6254為了按照配方所給的份數(shù)嚴格的進行稱量，本設計所選擇的相對偏差控制在1%以下。PVC的

26、粉料選用XSP-0060型。其它粉料選擇XSP-0006型。規(guī)格XSP-0060型XSP-0006型最大稱量60kg6kg最下分度值0.050.005精度1/4001/400顯示形式數(shù)字顯示數(shù)字顯示外形尺寸3080×1100×1900mm2746×740×1580mm價格14260元14260元7.貯罐的選取芯層皮層貯罐裝料系數(shù)0.8，每天分4次上料PVC每天上料量3220kgPVC每天上料量2180kg最大上料量/（kg/天）3220/0.8=40252180/0.8=2725PVC表觀密度/(kg/ )450450每次上料體積/ 4025/（4504

27、）=2.242725/（4504）=1.51選擇PVC貯罐，橢圓封頭和60°錐形封頭貯罐尺寸分別如下：橢圓封頭貯罐尺寸曲面高度直邊高度容積年表面積1200mm300mm25mm0.255m³1.6560°錐形封頭貯罐尺寸尺寸=1200mm尺寸=1200mm椎體高度1087mm內(nèi)表面積2.62圓弧半徑180mm容積0.477m³直邊高度25mm則貯罐使用容積=上料容積-橢圓封頭容積-錐形封頭容積芯層料用貯罐容積=2.24-0.255-0.477=1.508m³皮層料用貯罐容積=1.51-0.255-0.477=0.778m³貯罐高度=容

28、積/0.6² 芯層貯罐高度=1.508/0.6²=1.33m皮層貯罐高度=0.778/0.6²=0.69m五.能量衡算1.水蒸氣的消耗量蒸汽加熱時的蒸汽消耗量為，蒸汽的熱含量：被加熱液體的最終溫度：PVC粉料的比熱容為0.44kJ/kg而，所以2.芯層發(fā)泡PVC車間能量衡算(1)電能消耗 由于還有其它一些輔助設備的能量消耗，為了方便計算，在定性設備所消耗的電能的基礎上乘以1.1。計算如下：高混機的利用率為0.85，功率為42kw冷混機的利用率為0.85，功率為7.5kw擠出機及成型機利用率為0.95，功率為18kw則定型設備年耗電為：非常用設備的年用電量估計為40000kw.h，則年總耗電量為： 本設計年產(chǎn)量為2000t，則每噸管材平均耗電量為：1568584.75/2000=784.3kw·h(2)水量消耗 擠出機冷卻水的消耗量 水的比熱容為 PVC比熱容為0.44 冷卻水入口溫度：20 出口溫度：40 管材出口模溫度：140 冷到 40 需交換的熱量,冷卻水的用量W，皮層 芯層總冷卻水用量 冷混機冷卻水用量進料溫度135