产1000吨PVC波纹管材车间设计毕业设计.doc
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1、目录一、任务书2二、摘要4三、绪论5 l.1 聚氯乙烯管材的特点5 1.2 PVC管材行业的现状和应用前景5 1.3国内外主要工艺路线的比较和选择6 1.4产品质量指标6四、PVC管材的工艺流程7五、原材料及配方8六、物料衡算9 1.计算基准的选取9 2.物料衡算9(1)挤出成型工段9(2)造粒工段10(3)粉料中各组分需要量11七、设备选型及计算12 1.定型设备选型与计算13(1)挤出机及辅机的确定与计算13(2)挤出造粒机的选取与计算14(3)高速混合机的选取与计算14(4)冷混机的选取与计算14(5)破碎机的选取与计算15(6)自动配料秤的选取与计算15 2.气力输送计算及选取16(1
2、)输送粉料鼓风机的计算与选取16(2)旋风分离器的计算与选取18 3.非定型设备的选择与计算18(1)储罐的选取18(2)货梯的选取19(3)除尘器的选取19(4)旋转加料器的选取19(5)仓壁振动器的选取20(6)缝包机20八、能量衡算21 1.电能的计算21 2.水能消耗的计算22九、参考资料22一、 任务书PVC制品加工厂课程设计任务书一、 设计名称年产1000吨PVC波纹管材车间设计二、 课题条件学生已学过相关课程,可利用图书馆资料,进行必要的文献调研和数据查询,可提供计算机进行相关计算和辅助设计。三、 设计任务按扩大初步设计要求进行设计。1. 查阅资料,进行文献综述。2. 工艺流程设
3、计3. 选择原材料、确定配方4. 物料平衡计算绘制物料流程草图。确定各种物料的年、约、日、时消耗量。完成物料平衡表。5. 设备选型及设计对定型设备进行选型并计算所需设备的台数,对非定型设备进行计算。编制设备一览表。6. 能量衡算计算电能的消耗量、冷却剂的消耗量。7. 车间布置设计8. 绘制车间平面布置设计图9. 编写设计搜明书说明书使用同一规格课程设计专用纸,包括以下内容:(1) 标题页(2) 设计任务书(3) 目录(4) 摘要(5) 绪论(6) PVC管材工艺流程(7) 原材料及配方(8) 物料衡算(9) 设备选型及计算(10) 能量衡算(11) 车间布置设计(12) 参考文献(13) 致谢
4、四、 设计进度1. 收集设计资料2. 完成工艺流程设计、确定材料配方3. 物料衡算4. 设备选型及计算5. 能量衡算6. 车间布置设计及绘图7. 编制设计说明书及答辩五、 设计成绩评分体系成绩评定采用百分之,课程成绩由三部分组成:设计工作期间的学习态度(占30%)、设计质量(占50%)、答辩时的表现(占20%)。六、 参考资料1徐德增,郭静,冯钠.高分子材料加工厂设计.北京:化学工业出版社,20072吴培熙,吴祖玉,张玉霞等.塑料制品生产工艺手册(第三版).北京:化学工业出版社,20043机械工业部.橡胶塑料机械产品样本.北京:机械工业出版社,19964陕西省化工研究所.塑料橡胶加工助剂.北京
5、:化学工业出版社,20025周殿明,张丽珍.塑料管挤出成型简明技术手册.北京:化学工业出版社,20066其他相关文献资料二、摘要本设计介绍了一个年产1000吨60mmPVC波纹管的生产车间。其中涵盖了生产所需的原料、配方、流程图等,生产过程中的设备,能量等。也详细介绍了各种物料之间的物质衡算。同样对于厂房的布置,仪器的安放等也绘制了详细的平面图。最后根据生产关系,计算出所需的电能以及冷却水。关键词:PVC 波纹管 车间布置 三、绪论PVC是聚氯乙稀(polyvinyl chloride)塑料的英文缩写。这种让人欢喜让人忧的塑料制品其实是一种乙烯基的聚合物质。聚氯乙稀具有原料丰富(石油、石灰石、
6、焦炭、食盐和天然气)、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点,现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂,占世界合成树脂总消费量的29%。硬质聚氯乙烯排水管简称PVC-U排水管,作为一种新型的建筑材料,越来越受到人们的重视和关注。它质轻、光洁、美观、水阻小、组配灵活、安装省时省力,很受设计、施工单位及用户青睐。所以使用PVC-U排水管代替传统的铸铁排水管,正以不可逆转之势,在全国很快普及开来。目前自来水输送、生活污水排放、建筑电线等所用的管大部分是采用硬质聚氯乙烯管。l.1 聚氯乙烯管材的特点 与钢、铁、混凝土、陶瓷管相比,聚氯乙烯管材具有如下优点:重量轻,硬质聚氯乙烯管的相对密度为1
7、.43,仅为同尺寸钢重量的1/6,1 t塑料管可代替1013 t铸铁管,运输安装容易。耐腐蚀性能好。电绝缘性能好,其体积电阻约为110 310 n.cm,击穿电压达2328 Kv/mm。摩擦阻力小。管内流体速度比钢管高30左右,且结垢少,不生锈,长期运输水和其他流体,流率和流量均能保持不变;而铁管会生锈、结垢,使用数年后管内流率和流量均要减少。导热系数小,耐候性较好,隔热性能好。着色方便,不需油漆,且容易制成各种标识颜色的管材,生产中能耗低,仅为铸铁管的18.3 。 1.2 PVC管材行业的现状和应用前景 近十几年来中国的塑料管业以令世人惊奇的速度蓬勃发展。中国塑料管产量从90年的不到20万吨
8、增长到2000年近80万吨,在上世纪的最后十年内增长高达300%。进入新世纪后继续高速增长,虽然基数在增加,年增长率仍然很高。2007年我国塑料管的总产量已经超过300万吨。2000年起,中国在全世界各国塑料管产量的排位中已是第2位。我国塑料管产量逐年增长,应用领域日益广泛,从而 反映了我国对塑料管的需求日益激增,特别是对PVC管材的需求显得更加突出。 在政府的鼓励和支持下,通过市场竞争的推动,得益于经济大发展的环境,我国塑料管的产业化发展取得巨大进步。近年已经出现一批规模化、配套化、跨地区生产和经营的企业集团,年销售额达到数亿至数十亿。如已经获得中国名牌称号的联塑、金德、伟星、亚通等企业,以
9、及亚大塑料制品有限公司,河北宝硕管材有限公司等领先企业。估计现在我国领先的近20家企业的年销售额合计超过100亿,大约占到全国塑料管总销售额的三份之一。 我国塑料管产业结构和布局的进步是保证我国塑料管今后能够持续发展的重要基础。国际上发达国家的塑料管业都是由少数领先企业占市场主体的,例如:根据AMI资料,欧洲热塑性塑料管业2005年有550个生产厂,其中三份之一属于领先的50个企业集团,最领先的三家企业集团的年产量是:Wavin 40万吨,Alphacan 超过20万吨,Pipelife超过20万吨。1.3国内外主要工艺路线的比较和选择挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多,变化最多、生产
10、率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体(或粘性流体)在挤出机的螺杆的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型,所得的制品为具有恒定断面形状的连续型材。目前大多数生产PVC管材的企业都是采用螺杆挤出机进行干法塑化工艺连续操作。螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。PVC管材的挤出机可以用单螺杆挤出机,也可以用双螺杆挤出机。两种挤出机各有各的特点。单螺杆挤出机特点:a.结构简单,价格低。b.适合聚合物的塑化挤出,适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的剪切降解小,但物料在挤出机中停留时间长。c操纵容易,工艺控制简单。双螺杆挤出机:a.结构复杂,价格高。b.
11、具有很好的混炼塑化能力,物料在挤出机中停留时间短,适合粉料加工。c产量大,挤出速度快,单位产量耗能低。但是使用单螺杆挤出机生产PVC管材的企业,干混料不能直接使用,还必须经过混炼塑化加工成粒料的工序才能进行生产。而双螺杆挤出机适合粉料加工,它可以直接使用混合好的PVC料,减少了造粒的工序,但多了废料的磨粉工序。另外,由于双螺杆挤出机的产量大,挤出速度快,一般可达到24米/分钟,适合PVC塑料型材的大规模生产。而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产,挤出速度仅为12米/分钟,而且目前国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平,价格仅为进口机的1/31/5。所以近年来,随着硬PVC制
12、品产量的增加,直接使用干混料加工PV制品的双螺杆挤出机应用越来越广,双螺杆挤出机的型号日渐增多,对双螺杆挤出理论的研究也日渐深入。综上所述,本项目采用锥型异向双螺杆挤出机生产PVC管材。1.4产品质量指标我国采用ISO国际标准的对应技术文件,结合国内PVC-U管材的发展情况和质量水平,制定了符合我国国情并向国际标准靠拢的国家标准和行业标准。不同的用途有不同的产品标准如表3-1表3-1项目国家标准项目国家标准化工用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T4219-1996建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T5836.2-92给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T10002.1-96埋地
13、排污、废水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T10002.3-96低压输水灌溉用薄壁硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T13664-92农用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材JB/T5125-91另外,环保安全的PVC-U管材的主要原料为PVC粉,辅料包括填充剂、热稳定剂、抗冲击剂、润滑剂、改良剂、发泡剂、着色剂等。PVC-U给水管中PVC粉含量在95%以上;PVC排水管中PVC粉含量在90%以上,其余部分为上述辅料成份的总和。在PVC-U管材中,填充剂(碳酸钙)的主要作用为降低管材成本(碳酸钙的吨价与PVC粉吨价比例为1:16)。碳酸钙与PVC粉的比例关系直接决定了管材质量的好坏。如果碳酸钙含量
14、过高,虽然也能生产出管材,但质量无法得到保证,更不能满足PVC-U管材50年之使用寿命。采用非铅盐稳定剂取代传统铅盐热稳定剂来生产PVCU管材的厂家。铅盐热稳定剂中含有铅元素,在管材的使用过程中会渗入水中。铅进入人体中较难排出,积累过多会引发铅中毒。国家建设部也明文规定饮用水PVC-U管材禁用铅盐热稳定剂。四、PVC管材的工艺流程根据所需的PVC波纹管制定如下的工艺流程,如4-1图所示,图4-1生产流程原料+助剂配制在四楼贮存,经管路送到三楼进行称量配料,之后进入二楼的高混机及低混机。充分混合后的原料混合物由管路送到一楼进行挤出造粒。粒料通过挤出机挤出,由真空定型机定型成波纹管,再经喷淋冷却箱
15、冷却后,牵引进入支架切割后方成成品。五、原材料及配方PVC管材主要原料PVC树脂选择:生产PVC管材的原料主要是悬浮法聚合的聚氯乙烯树脂。根据国家标准GBT5761-93悬浮法通用型聚氯乙烯树脂检验标准规定,悬浮法PVC分为PVC-SGl到PVC-SG8八种树脂,其中数字越小,聚合度越大,分子量也越大,强度越高,但熔融流动越困难,加工也越困难。表5-1 我国悬浮法聚氯乙烯树脂的型号及相关参数型号聚合温度/K值聚合度粘度/(ml/g)参考用途SG-148.2777518001650154144高级电绝缘材料SG-250.5747316501500143136电绝缘材料,一般软制品SG-353.0
16、727115001350135127电绝缘材料,农膜,塑料鞋SG-456.5706912501150126119薄膜,人造革,高强度硬管SG-558.0686611001000118107透明制品,硬管,型材SG-661.8646395085010696唱片,透明片,硬板,焊条SG-765.562608507509587吹塑瓶,透明片,管件SG-868.559557506508673过氯乙烯树脂具体选择时,做软制品时,一般使用PVC-SGl、PVC-SG2、PVC-SG3型,需要加人大量增塑剂。例如聚氯乙烯膜使用SG-2树脂,加入5080份的增塑剂。而加工硬制品时,一般不加或很少量加入增塑剂,
17、所以用PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。如PVC硬管使用SG4树脂塑料门窗型材使用SG5树脂,硬质透明片使用SG6树脂、硬质发泡型材使用SG7、SG8树脂。生产PVC管材所用的树脂必须符合挤出加工的要求,本设计中选用SG5型号的PVC树脂可行。这种树脂一般要求K值为68左右,挥发物0.4%,同时对树脂的白度及杂质含量如黄、黑点及鱼眼等也有一定的要求。PVC树脂的堆密度对挤出工艺有一定的影响,生产时应视具体情况对工艺作相对的调整。在确定了PVC波纹管的流程之后,根据它所要达到的性能要求,我们选择如下的配方见下表5-2表5-2 PVC波纹管配方配方份数
18、PVC树脂100钙锌复合稳定剂6CPE(135A)7ACR4碳酸钙8硬脂酸0.5石蜡0.4六、物料衡算1.计算基准的选取(1)年工作时间365-10(法定节假日)=355天=8520H(2)设备大修 25天=600H(3)特殊情况停车15天=360(4)机头清理,换过滤网 1次/6天 8H/次355-(25+15)1/68=420H(5)实际开车时间 8520600360420=7140H(6)设备利用系数k=实际开车时间/年工作时间=7140/8520=0.842.物料衡算(1)挤出成型工段挤出成型工段物料损耗率见下表6-1表6-1 挤出成型工段物料损耗率工序自然损耗扫地下脚料一次成品百分率
19、/%0.10.45.594物料衡算输出物料量:1000/0.94=1063.83吨自然损耗量:1063.830.1%=1.06吨扫地料:1063.830.4%=4.25吨下脚料:1063.835.5%=58.51吨下脚料回收破碎量:58.51(1-5%)55.59吨颗粒料中需加回收料量(总量的5%):1063.835%=53.19吨回收率:53.19/58.15100%=91.5%挤出成型工段物料平衡见表6-2表6-2 挤出成型工段物料平衡表工序物料量/吨输出物料量1063.83自然损耗量1.06扫地料4.25下脚料58.51成品1000(2)造粒工段确定各岗位物料损失率,塑化造粒工段物料损耗
20、系数见表6-3表6-3 塑化造粒工段物料损耗系数一览工序筛选输送高速混合冷却混合挤出造粒粒料风送损耗率/%0.50.10.10.50.2总损失1.4物料平衡计算进入本工序的物料量=出料量/(1-本工序的损失率)进入风送物料量:(1063.83-53.19)/(1-0.2%)=1012.67吨进入挤出造粒的物料量:1012.67/(1-0.5%)=1017.75吨进入冷混机的物料量:1017.75/(1-0.1%)=1018.77吨进入高混机的物料量:1018.77/(1-0.1%)=1019.79吨进入筛选输送物料量:1019.79/(1-0.5%)=1024.92吨塑化造粒工段物料平衡见表6
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