硬PVC管材生产车间工艺设计.doc

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1、硬PVC管材生产车间工艺设计第一章概述2l.1 聚氯乙烯管材的特点21.2 PVC管材行业的现状和应用前景221.3 国内外主要工艺路线的比较和选择41.4 原料的选择和生产配方的比较41.4.1 PVC管材主要原料PVC树脂选择41.4.2 PVC-U管材生产配方751.5 生产工艺流程概述61.6 产品质量指标7第二章硬PVC管生产车间工艺计算82.1生产能力计算82.2物料衡算8第三章 设备选型和台数计算103.1 高速混合机的计算103.2螺杆挤出机计算103.3 挤出管辅机计算113.4其他设备113.5原料消耗计算12第四章 工艺参数14第五章 安全与环保15设备一览表16参 考

2、文 献17第一章 概述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、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

3、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1：重量轻，硬质聚氯乙烯管的相对密度为1.43，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

4、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2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。表一 七个国家近年塑料管产量比较3国家美国意大利德国英国西班牙日本中国年产量44444.84230.830.861.8332表二 2000-2007 中国塑料管道行业产量及增长情况

5、单位：万吨年 份20002001200220032004200520062007总产量78.6121.4136.9163.8190.7236.7288.1331.8年增长%54.412.819.616.424.121.715.2表三 2007年中国各种塑料管在各个市场领域的分布 单位：万吨分类室外给水WOB建筑给水WIB建筑排水DIB埋地排水DOB燃气用管GAS护套管CDT农业用管AGC工业用管IDT总计总量8340465310532225332比例25%12.5%13.5%16%3%16%6.5%7.5%100%PE30121.520.51025105114PVC4254426.5-2511

6、5158.5PP3220.51-31333.5GRP8-5-821其他-1-45表一、二、三显示出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

7、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。表四 国内20012007年PVC管道的产量生产厂家产量生产厂家产量川路塑胶 16万吨 上海公元4万联塑科技 11.5万吨 福建亚通4万吨华亚塑胶10万吨湖北凯乐4万吨河北宝硕8万吨广东顾地3万吨国风集团8万吨沈阳久利3万吨中材管道6.

8、5万吨国通高新2.5万吨成都康乐公司5万天津盛象1万浙江永高4.5万吨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

9、。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.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

10、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4。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 原料的选择和生产配方的比较1.4.1 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5。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-SG

11、8八种树脂，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。表五 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/粘数/（ml/g）K值聚合度参考用途SG-148.2154144777518001650高级电绝缘材料SG-250.5143136747316501500电绝缘材料，一般软制品SG-353.0135127727115001350电绝缘材料，农膜，塑料鞋SG-456.5126119706912501150薄膜，人造革，高强度硬管SG-558.0118107686611001000透明制品，硬管，型材SG-661.8106966463950850唱

12、片，透明片，硬板，焊条SG-765.595876260850750吹塑瓶，透明片，管件SG-868.586735955750650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，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6，本

13、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。1.4.2 PVC-U管材生产配方7表六 有机锡体系PVC-U管材配方组分配方1配方2组分配方1配方2PVC S-65100100钛白粉1.51.0有机锡稳定剂0.20.40.20.4石蜡1.2硬脂酸钙0.50.80.8ACR(加工改良剂)0.40.8聚乙烯蜡0.30.6ACR(抗冲击改性剂)1.52.0微晶蜡0.61.0C0.005碳酸钙10121030表七 铅盐体系P

14、VC-U管材配方组分配方1配方2配方3配方4配方5PVCSG5 100K=62-65 100SG5 100SG5 100K=66 1003PbO.PbSO45.01.05.541.82.5硬脂酸铅0.50.80.70.5硬脂酸钙0.50.410.8硬脂酸钡211.2碳酸钙5.0105.0硫酸钡1010TiO21.0-1.51.01.2石蜡10.8聚乙烯蜡0.2氧化聚乙烯蜡0.15硬脂酸0.6炭黑0.050.05颜料适量适量适量经过比较，在本设计中采用如下配方表八 本设计配方PVC树脂100硬脂酸钡1.2CPE树脂4石蜡0.43PbO.PbSO44PE蜡0.2硬脂酸铅2轻质碳酸钙401.5 生产

15、工艺流程概述硬质PVC管材规格和形式很多，其生产工艺流程基本上如下图所示：切割捆扎包装成品牵引挤出冷却定型印商高速混合原料及助剂低速搅拌PVC管材生产工艺流程可分为三个过程：成型料准备过程，包括配方、混合（高速和低速）、过筛或者造粒。挤出成型过程，将配好的物料在上料器的作用下，由料仓送至挤出机的加料斗中，然后物料由加料斗进入挤出机进行加热、塑化。塑化完全后，塑化料被定量挤出。定型包装过程，经过冷却定径箱泠却定型，再经过牵引机、切割机，上光烘干固化后，检验合格即为成品。1.6 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

16、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九。表九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。PV

17、C-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。第二章

18、硬PVC管生产车间工艺计算计原始数据: （一）聚合聚生产能力 12200吨/年硬PVC管材； （二）年生产时间 7200小时； （三）PVC管材合格率 99%； （四）产品规格 160200 mm；（五）物料损耗系数表十 物料损耗工序配料高速混合挤出成型成型后处理损耗率0.2%0.4%0.3%0.3%2.1生产能力计算2.2物料衡算按每天物料在各工序中进出料量进行计算表十一 日生产物料衡算工序输入输出物料物料损耗小计配料41575414928341575混合414924132616641492成型413264120212441326后处理4120241078.4123.641202日输入输出物

19、料4157541078.4总耗496.6物料衡算流程图：后处理成型混合配料41575 41492 41326 41202 41078.4 83 166 124 123.6第三章 设备选型和台数计算3.1 高速混合机的计算查表得配料表观密度为1.5kg/L设每批的混合操作时间为0.7小时查张家港宏基机械有限公司生产高速混合机资料选取SHR800A高速混合机，有效容积为600L表十二 SHR800A高速混合机参数参数/型号总容积有效容积电机功率主轴功率（rpm）SHR800A80060060/90370/7403.2螺杆挤出机计算查阅闵氏集团塑料机械有限公司资料选取SJSZ9222型号锥形双螺杆挤

20、出机表十三 SJSZ9222型号锥形双螺杆挤出机参数挤出机型号螺杆直径(mm)螺杆转速(rpm)主电机功率(kw)加热功率(kw)中心高(mm)净重(kg)最大挤出量(kg)外形尺寸(m)SJSZ-922292/18834.775-110kw85kw1050800080061.62.53.3 挤出管辅机计算本设计中，管材直径为160mm ,壁厚4mm查阅青岛福润德塑料挤出技术有限公司资料选取FPVCG-250牵引机，管材范围90250mm，生产速度13.6m/min，外形尺寸41.61.5m3.4其他设备查阅塑料磨粉机专业生产公司资料选取JWP-550型号磨粉机表十四 JWP-550型号磨粉机

21、参数型号主机功率(kw)风机功率(kw)电压(V)总功率(kw)刀盘直径(mm)进料直径(mm)出料细度(目）产量（kg/h)外形尺寸LWH (m)JWP-550375.5380V 50HZ42.5550640-120200-3802.523因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有406.8kg，选取一台磨粉机就能达到生产求，查阅张家港市昌元橡塑机械厂资料选取SWP400型号破碎机表十五 SWP400型号粉碎机参数型号旋转刀轴直径（mm）破碎量（kg/h）进料口尺寸（mm）功率(kw)重量（kg)外形尺寸LWH (m)SWP400400200-400400250116601.30.91.7

22、因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有406.8kg，选取一台破碎机就能达到生产求，3.5原料消耗计算表八 本设计配方PVC树脂100硬脂酸钡1.2CPE树脂4石蜡0.43PbO.PbSO44PE蜡0.2硬脂酸铅2轻质碳酸钙40由表八得：各种原料单耗总量：表十六 主要原料消耗序号原料名称规格单耗量年消耗用途1PVC树脂SG50.6678219.79主要原料2CPE树脂H1350.027332.74填充剂33PbO.PbSO4AR/工业0.027332.74热稳定剂4硬脂酸铅99%0.013160.21稳定剂5硬脂酸钡99%0.00898.59稳定剂6石蜡58#半精炼0.00336.97润

23、滑剂7PE蜡20kg/包0.00112.328轻质碳酸钙800目0.2673290.38填充剂第四章 各种工艺参数表十七 硬质PVC管材挤出工艺温度控制范围/挤出机（压缩比）原料形态料间螺杆机头和口模转速范围/（r/min）一段二段三段四段五段一段二段三段 单 螺 杆（2.4）粒状供料段 压缩段 计量段100140 150180 160180/16017017018517518565,1430;90,1030;150,712单螺杆（3.0）粉状130150 160175 170180/160170170185175185双 螺 杆60/125粉状175185170180155165150160

24、155165125140170180180190180190437第五章 安全与环保化工生产企业具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害的特点,生产场区塔罐林立,管道纵横交错。一旦发生火灾,燃烧猛烈,易造成大量有毒有害气体溢出或产生,不仅给企业造成巨大损失,而且严重威胁人员的生命安全。所以,做好化工企业的防火安全工作,按照国家规范要求,在生产中的一些火灾危险性大的场所,安装了现代自动报警系统、自动灭火系统,来减少杜绝恶性火灾的发生。在硬聚氯乙烯管生产车间，由于聚氯乙烯原料是颗粒状或粉状的固体，因此有可能带来粉尘的污染，加上其生产过程都是机械化过程，其所不可避免的将对周边的环境带来噪音污染，影响车

25、间工人和周边居民的身体健康。因此，在设计该生产车间时，必须考虑粉尘和噪音这两方面的问题。在设计过程中，还必须在车间内配备各种消防设备，及时控制不可预测的灾情，降低损失成本，优化管理，做到“安全第一，生产第二”的准则。设备一览表序号设备名称型号规格重量（kg）功率（kw）台数备注1混合机SHR800A600L,370740 rpm60/902张家港宏基机械有限公司2挤出机SJSZ-9222，螺杆直径92/188mm，最大挤出率800kg/h，外形尺寸61.62.5m8000kg主电机功率90，加热功率853闵氏集团塑料机械有限公司3管材辅机生产线FPVCG-250，管径90250mm，速度13.

26、6m/mim，外形尺寸4x1.6x1.5m1453青岛福润德塑料挤出技术有限4磨粉机JWP-550，产量200380kg/h，外形尺寸2.523m42.515破碎机SWP400，破碎量200-400kg/h,外形尺寸1.30.91.7m660111张家港市昌元橡塑机械厂参 考 文 献1张巧真，张晓安，谢晓宇. 我国塑料管道现状及发展对策. 河南化工.2005年,第22卷.2中国塑料管业的发展概况和前景- 2008调研报告. 北京塑料工业协会.2008-33KWD globalpipe 175中AMI 报告的2004年数据；美国的产量根据Freedonia group,Inc.,的2006年数据D1；日本的产量根据JPIF日本塑料工业联合会2007年统计资料.4孙大康等.塑料制品成型加工.北京：化学工业出版社5潘祖仁，邱文豹，王贵恒.塑料工业手册.北京：化学工业出版社.1999.86聚氯乙烯管道的发展对我国合成树脂工业的要求.中国塑料.1999(12)7朱元庆,屠筱猷.聚氯乙烯管材制造和应用.北京: 化学工业出版社2002,9