PVC管材生產(chǎn)車間工藝設(shè)計

硬PVC管材生產(chǎn)車間工藝設(shè)計第一章概述PVC是聚氯乙稀（polyvinylchloride）塑料的英文縮寫。這種讓人歡喜讓人憂的塑料制品其實是一種乙烯基的聚合物質(zhì)。聚氯乙稀具有原料豐富（石油、石灰石、焦炭、食鹽和天然氣）、制造工藝成熟、價格低廉、用途廣泛等突出特點，現(xiàn)已成為世界上僅次于聚乙烯樹脂的第二大通用樹脂，占世界合成樹脂總消費量的29%。硬質(zhì)聚氯乙烯排水管簡稱PVC-U排水管，作為一種新型的建筑材料，越來越受到人們的重視和關(guān)注。它質(zhì)輕、光潔、美觀、水阻小、組配靈活、安裝省時省力，很受設(shè)計、施工單位及用戶青睞。所以使用PVC-U排水管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鑄鐵排水管，正以不可逆轉(zhuǎn)之勢，在全國很快普及開來。目前自來水輸送、生活污水排放、建筑電線等所用的管大部分是采用硬質(zhì)聚氯乙烯管。l.1聚氯乙烯管材的特點與鋼、鐵、混凝土、陶瓷管相比，聚氯乙烯管材具有如下優(yōu)點[1]：①重量輕，硬質(zhì)聚氯乙烯管的相對密度為1.43，僅為同尺寸鋼重量的1/6，1t塑料管可代替10～13t鑄鐵管，運輸安裝容易。②耐腐蝕性能好。③電絕緣性能好，其體積電阻約為1×10～3×10n.cm，擊穿電壓達23～28Kv/mm。④摩擦阻力小。管內(nèi)流體速度比鋼管高30％左右，且結(jié)垢少，不生銹，長期運輸水和其他流體，流率和流量均能保持不變；而鐵管會生銹、結(jié)垢，使用數(shù)年后管內(nèi)流率和流量均要減少。⑤導熱系數(shù)小，耐候性較好，隔熱性能好。⑥著色方便,不需油漆,且容易制成各種標識顏色的管材，生產(chǎn)中能耗低，僅為鑄鐵管的18.3％。1.2PVC管材行業(yè)的現(xiàn)狀和應用前景[2]近十幾年來中國的塑料管業(yè)以令世人驚奇的速度蓬勃發(fā)展。中國塑料管產(chǎn)量從90年的不到20萬噸增長到2000年近80萬噸，在上世紀的最后十年內(nèi)增長高達300%。進入新世紀后繼續(xù)高速增長，雖然基數(shù)在增加，年增長率仍然很高。2007年我國塑料管的總產(chǎn)量已經(jīng)超過300萬噸。2000年起，中國在全世界各國塑料管產(chǎn)量的排位中已是第2位。表一七個國家近年塑料管產(chǎn)量比較[3]國家美國意大利德國英國西班牙日本中國年產(chǎn)量44444.84230.830.861.8332表二2000-2007中國塑料管道行業(yè)產(chǎn)量及增長情況單位：萬噸年份總產(chǎn)量年增長%200078.62001121.454.42002136.912.820032004190.716.42005236.724.120062007163.819.6288.121.7331.815.2表三2007年中國各種塑料管在各個市場領(lǐng)域的分布單位：萬噸分類室外建筑建筑埋地燃氣護套農(nóng)業(yè)工業(yè)總計給水WOB給水WIB排水DIB排水DOB用管GAS管CDT用管AGC用管IDT總量8325%30423404613.5%1.5445316%20.526.51103%10-5316%25253226.5%1011125332100%114158.533.521比例12.5%7.5%PE12555384PVCPP22-0.5--GRP85---其他-1-----5表一、二、三顯示出我國塑料管產(chǎn)量逐年增長，應用領(lǐng)域日益廣泛，從而反映了我國對塑料管的需求日益激增，特別是對PVC管材的需求顯得更加突出。在政府的鼓勵和支持下，通過市場競爭的推動，得益于經(jīng)濟大發(fā)展的環(huán)境，我國塑料管的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展取得巨大進步。近年已經(jīng)出現(xiàn)一批規(guī)?；⑴涮谆?、跨地區(qū)生產(chǎn)和經(jīng)營的企業(yè)集團，年銷售額達到數(shù)億至數(shù)十億。如已經(jīng)獲得‘中國名牌’稱號的‘聯(lián)塑’、‘金德’、‘偉星’、‘亞通’……等企業(yè)，以及‘亞大塑料制品有限公司/r/’，‘河北寶碩管材有限公司/r/’…等領(lǐng)先企業(yè)。估計現(xiàn)在我國領(lǐng)先的近20家企業(yè)的年銷售額合計超過100億，大約占到全國塑料管總銷售額的三份之一。我國塑料管產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局的進步是保證我國塑料管今后能夠持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。國際上發(fā)達國家的塑料管業(yè)都是由少數(shù)領(lǐng)先企業(yè)占市場主體的，例如：根據(jù)AMI資料，歐洲熱塑性塑料管業(yè)2005年有550個生產(chǎn)廠，其中三份之一屬于領(lǐng)先的50個企業(yè)集團，最領(lǐng)先的三家企業(yè)集團的年產(chǎn)量是：Wavin40萬噸，Alphacan超過20萬噸，Pipelife超過20萬噸。表四國內(nèi)2001－2007年P(guān)VC管道的產(chǎn)量生產(chǎn)廠家川路塑膠聯(lián)塑科技產(chǎn)量生產(chǎn)廠家上海公元福建亞通產(chǎn)量4萬16萬噸11.5萬噸4萬噸華亞塑膠河北寶碩10萬噸8萬噸8萬噸6.5萬噸5萬湖北凱樂廣東顧地沈陽久利國通高新天津盛象4萬噸3萬噸3萬噸2.5萬噸1萬國風集團中材管道成都康樂公司浙江永高4.5萬噸1.3國內(nèi)外主要工藝路線的比較和選擇擠出成型工藝是聚合物加工領(lǐng)域中生產(chǎn)品種最多，變化最多、生產(chǎn)率高、適應性強、用途廣泛、產(chǎn)量所占比重最大的成型加工方法。擠出成型是使高聚物的熔體(或粘性流體)在擠出機的螺桿的擠壓作用下通過一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得的制品為具有恒定斷面形狀的連續(xù)型材。目前大多數(shù)生產(chǎn)PVC管材的企業(yè)都是采用螺桿擠出機進行干法塑化工藝連續(xù)操作。螺桿擠出機又可分為單螺桿擠出機和多螺桿擠出機。PVC管材的擠出機可以用單螺桿擠出機，也可以用雙螺桿擠出機。兩種擠出機各有各的特點。單螺桿擠出機特點：a.結(jié)構(gòu)簡單，價格低。b.適合聚合物的塑化擠出，適合顆粒料的擠出加工。對聚合物的剪切降解小，但物料在擠出機中停留時間長。c．操縱容易，工藝控制簡單。雙螺桿擠出機：a.結(jié)構(gòu)復雜，價格高。b.具有很好的混煉塑化能力，物料在擠出機中停留時間短，適合粉料加工。c．產(chǎn)量大，擠出速度快，單位產(chǎn)量耗能低。但是使用單螺桿擠出機生產(chǎn)PVC管材的企業(yè)，干混料不能直接使用，還必須經(jīng)過混煉塑化加工成粒料的工序才能進行生產(chǎn)。而雙螺桿擠出機適合粉料加工，它可以直接使用混合好的PVC料，減少了造粒的工序，但多了廢料的磨粉工序。另外，由于雙螺桿擠出機的產(chǎn)量大，擠出速度快，一般可達到2～4米/分鐘，適合PVC塑料型材的大規(guī)模生產(chǎn)。而單螺桿擠出機一般只用作小型輔助型材生產(chǎn)，擠出速度僅為1～2米/分鐘，而且目前國產(chǎn)雙螺桿擠出機的質(zhì)量已基本達到進口雙螺桿擠出機的水平，價格僅為進口機的1/3～1/5。所以近年來，隨著硬PVC制品產(chǎn)量的增加，直接使用干混料加工PV制品的雙螺桿擠出機應用越來越廣，雙螺桿擠出機的型號日漸增多，對雙螺桿擠出理論的研究也日漸深入[4]。綜上所述，本項目采用錐型異向雙螺桿擠出機生產(chǎn)PVC管材。1.4原料的選擇和生產(chǎn)配方的比較1.4.1PVC管材主要原料PVC樹脂選擇生產(chǎn)PVC管材的原料主要是懸浮法聚合的聚氯乙烯樹脂[5]。根據(jù)國家標準GB／T5761-93《懸浮法通用型聚氯乙烯樹脂檢驗標準》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(guān)參數(shù)型號聚合溫度/粘數(shù)/K值聚合度參考用途℃（ml/g）SG-1SG-2SG-3SG-4SG-5SG-6SG-7SG-848.250.553.056.558.061.865.568.5154～14477～751800～1650143～13674～731650～1500高級電絕緣材料電絕緣材料，一般軟制品135～12772～711500～1350電絕緣材料，農(nóng)膜，塑料鞋126～11970～691250～1150薄膜，人造革，高強度硬管118～10768～661100～1000透明制品，硬管，型材唱片，透明片，硬板，焊條吹塑瓶，透明片，管件過氯乙烯樹脂106～9664～63950～850850～750750～65095～8786～7362～6059～55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50～80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。生產(chǎn)PVC管材所用的樹脂必須符合擠出加工的要求[6]，本設(shè)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。1.4.2PVC-U管材生產(chǎn)配方[7]表六有機錫體系PVC-U管材配方組分配方1配方2組分配方1配方21.0PVCS-65100100鈦白粉1.5有機錫穩(wěn)定劑0.2～0.40.2～0.4石蠟1.2硬脂酸鈣聚乙烯蠟微晶蠟0.5～0.80.3～0.60.6～1.010～120.8ACR(加工改良劑)ACR(抗沖擊改性劑)C0.4～0.81.5～2.00.005碳酸鈣10～30表七鉛鹽體系PVC-U管材配方組分配方1SG51005.0配方2配方3配方4配方5PVCK=62-65100SG5100SG51004K=661001.8～2.53PbO.PbSO41.05.5硬脂酸鉛硬脂酸鈣硬脂酸鋇碳酸鈣硫酸鋇TiO20.50.520.80.40.710.50.81.21015.05.0101011.0-1.51.0～1.2石蠟0.8聚乙烯蠟氧化聚乙烯蠟0.20.15硬脂酸炭黑0.60.050.05顏料適量適量適量經(jīng)過比較，在本設(shè)計中采用如下配方表八本設(shè)計配方PVC樹脂100硬脂酸鋇1.2CPE樹脂44石蠟0.40.23PbO.PbSO4PE蠟硬脂酸鉛2輕質(zhì)碳酸鈣401.5生產(chǎn)工藝流程概述硬質(zhì)PVC管材規(guī)格和形式很多，其生產(chǎn)工藝流程基本上如下圖所示：PVC管材生產(chǎn)工藝流程可分為三個過程：①成型料準備過程，包括配方、混合（高速和低速）、過篩或者造粒。②擠出成型過程，將配好的物料在上料器的作用下，由料倉送至擠出機的加料斗中，然后物料由加料斗進入擠出機進行加熱、塑化。塑化完全后，塑化料被定量擠出。③定型包裝過程，經(jīng)過冷卻定徑箱泠卻定型，再經(jīng)過牽引機、切割機，上光烘干固化后，檢驗合格即為成品。1.6產(chǎn)品質(zhì)量指標我國采用ISO國際標準的對應技術(shù)文件，結(jié)合國內(nèi)PVC-U管材的發(fā)展情況和質(zhì)量水平，制定了符合我國國情并向國際標準靠攏的國家標準和行業(yè)標準。不同的用途有不同的產(chǎn)品標準如表九。表九項目國家標準項目國家標準化工用硬聚氯乙烯GB/T4219-1996建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材GB/T5836.2-92（PVC-U）管材埋地排污、廢水用GB/T10002.1-96硬聚氯乙烯（PVC-U）管材給水用硬聚氯乙烯GB/T10002.3-96JB/T5125-91（PVC-U）管材低壓輸水灌溉用薄壁硬農(nóng)用硬聚氯乙烯聚氯乙烯（PVC-U）管GB/T13664-92（PVC-U）管材另外，環(huán)保安全的PVC-U管材的主要原料為PVC粉，輔料包括填充劑、熱穩(wěn)定劑、抗沖擊劑、潤滑劑、改良劑、發(fā)泡劑、著色劑等。PVC-U給水管中PVC粉含量在95%以上；PVC排水管中PVC粉含量在90%以上，其余部分為上述輔料成份的總和。在PVC-U管材中，填充劑(碳酸鈣)的主要作用為降低管材成本（碳酸鈣的噸價與PVC粉噸價比例為1：16）。碳酸鈣與PVC粉的比例關(guān)系直接決定了管材質(zhì)量的好壞。如果碳酸鈣含量過高，雖然也能生產(chǎn)出管材，但質(zhì)量無法得到保證，更不能滿足PVC-U管材50年之使用壽命。采用非鉛鹽穩(wěn)定劑取代傳統(tǒng)鉛鹽熱穩(wěn)定劑來生產(chǎn)PVC－U管材的廠家。鉛鹽熱穩(wěn)定劑中含有鉛元素，在管材的使用過程中會滲入水中。鉛進入人體中較難排出，積累過多會引發(fā)鉛中毒。國家建設(shè)部也明文規(guī)定飲用水PVC-U管材禁用鉛鹽熱穩(wěn)定劑。第二章硬PVC管生產(chǎn)車間工藝計算計原始數(shù)據(jù):（一）聚合聚生產(chǎn)能力（二）年生產(chǎn)時間（三）PVC管材合格率（四）產(chǎn)品規(guī)格12200噸/年硬PVC管材；7200小時；99%；Φ160～200mm；（五）物料損耗系數(shù)表十物料損耗工序配料高速混合擠出成型成型后處理損耗率0.2%0.4%0.3%0.3%2.1生產(chǎn)能力計算2.2物料衡算按每天物料在各工序中進出料量進行計算表十一日生產(chǎn)物料衡算工序物料輸入物料輸出損耗小計83配料415754149241326412024157541492413264120241078.441575414924132641202混合166成型124后處理日輸入輸出物料123.6496.641078.4總耗物料衡算流程圖：415758341492413264120241078.4166124123.6第三章設(shè)備選型和臺數(shù)計算3.1高速混合機的計算查表得配料表觀密度為1.5kg/L設(shè)每批的混合操作時間為0.7小時查張家港宏基機械有限公司生產(chǎn)高速混合機資料選取SHR—800A高速混合機，有效容積為600L表十二SHR—800A高速混合機參數(shù)參數(shù)/型號總?cè)莘e有效容積電機功率主軸功率（rpm）370/740SHR—800A80060060/903.2螺桿擠出機計算查閱閔氏集團塑料機械有限公司資料選取SJSZ—92×22型號錐形雙螺桿擠出機表十三SJSZ—92×22型號錐形雙螺桿擠出機參數(shù)擠出機型號螺桿直徑螺桿轉(zhuǎn)速主電機功加熱功率中心高凈重最大擠出量外形尺寸(mm)(rpm)34.7率(kw)(kw)(mm)1050(kg)(kg)8000(m)SJSZ-92×2292/18875-110kw85kw8006×1.6×2.53.3擠出管輔機計算本設(shè)計中，管材直徑為160mm,壁厚4mm查閱青島福潤德塑料擠出技術(shù)有限公司資料選取FPVCG-250牽引機，管材范圍Φ90～250mm，生產(chǎn)速度1～3.6m/min，外形尺寸4×1.6×1.5m3.4其他設(shè)備查閱塑料磨粉機專業(yè)生產(chǎn)公司資料選取JWP-550型號磨粉機表十四JWP-550型號磨粉機參數(shù)型號主機功風機功電壓總功率刀盤直進料直徑出料細產(chǎn)量外形尺寸率(kw)率(kw)(V)(kw)徑(mm)(mm)度(目）（kg/h)L×W×H(m)∠640-120200-380JWP-550375.5380V50HZ42.5φ5502.5×2×3因為產(chǎn)品合格率為99%，故日廢品回收的量只有406.8kg，選取一臺磨粉機就能達到生產(chǎn)求，查閱張家港市昌元橡塑機械廠資料選取SWP400型號破碎機表十五SWP400型號粉碎機參數(shù)型號旋轉(zhuǎn)刀軸破碎量進料口尺寸功率(kw)重量（kg)外形尺寸L×W×H（kg/h）（mm）直徑(m)（mm）SWP400400200-400400×250116601.3×0.9×1.7因為產(chǎn)品合格率為99%，故日廢品回收的量只有406.8kg，選取一臺破碎機就能達到生產(chǎn)求，3.5原料消耗計算表八本設(shè)計配方PVC樹脂CPE樹脂1004硬脂酸鋇石蠟1.20.40.23PbO.PbSO44PE蠟硬脂酸鉛2輕質(zhì)碳酸鈣40由表八得：各種原料單耗總量：表十六主要原料消耗序號原料名稱PVC樹脂CPE樹脂規(guī)格SG5單耗量0.6670.0270.027年消耗8219.79332.74332.74用途123主要原料填充劑H1353PbO.PbSO4AR/工業(yè)熱穩(wěn)定劑45678硬脂酸鉛硬脂酸鋇石蠟≧99%≧99%0.0130.0080.0030.0010.267160.2198.59穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑潤滑劑58#半精煉20kg/包800目36.97PE蠟12.32輕質(zhì)碳酸鈣3290.38填充劑第四章各種工藝參數(shù)表十七硬質(zhì)PVC管材擠出工藝溫度控制范圍/℃擠出機（壓縮比）形態(tài)原料料間三段螺桿四段機頭和口模五段轉(zhuǎn)速范圍/（r/min）一段一段二段二段三段單螺桿粒狀供料段壓縮段100～140150～180160～180計量段/160～170170～185175φ65,14～30;～φ90,10～30;185φ150,7～12（2.4）單（3.0）螺桿粉狀130～150160～175170～180160～170155～170～185150～175～185155/雙螺桿60/125粉狀175170～125～170～180～180～4～37～～185180165160165140180190190第五章安全與環(huán)?；どa(chǎn)企業(yè)具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害的特點,生產(chǎn)場區(qū)塔罐林立,管道縱橫交錯。一旦發(fā)生火災,燃燒猛烈,易造成大量有毒有害氣體溢出或產(chǎn)生,不僅給企業(yè)造成巨大損失,而且嚴重威脅人員的生命安全。所以,做好化工企業(yè)的防火安全工作,按照國家規(guī)范要求,在生產(chǎn)中的一些火災危險性大的場所,安裝了現(xiàn)代自動報警系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng),來減少杜絕惡性火災的發(fā)生。在硬聚氯乙烯管生產(chǎn)車間，由于聚氯乙烯原料是顆粒狀或粉狀的固體，因此有可能帶來粉塵的污染，加上其生產(chǎn)過程都是機械化過程，其所不可避免的將對周邊的環(huán)境帶來噪音污染，影響車間工人和周邊居民的身體健康。因此，在設(shè)計該生產(chǎn)車間時，必