1500吨年聚丙烯排水管生产车间基本工艺设计.docx
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1500吨年聚丙烯排水管生产车间基本工艺设计
1500吨/年聚丙烯排水管生产车间工艺设计
一、前言…………………………………………………………………2
（一）PP发展史……………………………………………………………2
（二）PP管长处……………………………………………………………2
（三）PP管市场需求………………………………………………………3
二、工艺设计……………………………………………………………3
（一）设计原则………………………………………………………………3
（二）设计根据………………………………………………………………3
（三）PP排水管规格…………………………………………………………6
（四）PP管配方………………………………………………………………6
（五）生产办法选取…………………………………………………………10
（六）生产工艺流程…………………………………………………………10
（七）工艺计算………………………………………………………………11
（八）设备选型和台数计算…………………………………………………12
（九）热量衡算………………………………………………………………19
（十）生产工艺参数…………………………………………………………19
（十一）产品质量指标………………………………………………………19
（十二）常用不正常现象因素分析及解决办法……………………………21
三、车间布置……………………………………………………………22
四、安全与环保…………………………………………………………23
（一）采暖……………………………………………………………………23
（二）通风……………………………………………………………………23
（三）三废治理和环保…………………………………………………23
五、参照文献……………………………………………………………24
一、前言
（一）PP发展史
１９５５年意大利Ｎａｔｔａ专家一方面合成等规聚丙烯，使用是Ｚｉｅｇｌｅｒ催化剂。
１９５７年意大利蒙特卡帝尼公司运用其成果在Ｆｅｒａｒａ建造第一种生产聚丙烯工业化装置，年产量为６０００ｔ。
同年美国Ｈｏｅｃｈｓｔ公司建成年产量为９０００ｔ聚丙烯装置。
到１９６２年德国、日本、法国都相继工业化生产聚丙烯。
聚丙烯是热塑性塑料中发展最快，到１９８８年世界ＰＰ生产总量已达１００万吨，在纤维、薄膜、注射模塑制品，包装中均有广泛用途。
（二）PP管长处
1.耐腐蚀性：
普通用于腐蚀性液体输送，能耐大多数化学物品腐蚀，可在很大范畴内承受PH值范畴在1-14高浓度酸和碱腐蚀，并且具备良好长期稳定性！
2.卫生性能：
PP管材分子中仅有碳、氢元素，无毒无味，卫生性能可靠。
符合GB/T17219规定。
3.耐热保温：
PP管长期使用温度可达100-110℃度左右，导热系数仅为钢管1/200，故有较好保温性能。
4.连接可靠：
PP管道故障率，与非塑料材料相比，要低得多。
管道热熔接口强度高于管材本体，接缝不会由于管道移动或载荷作用而断开。
5.以便施工PP管道质量轻，塑料管路系统重量还不到金属1/7，焊接工艺简朴，安装更迅捷，施工以便。
6.节能省时：
PP管内表面比铸铁管光滑多、摩擦系数小、流体阻力小、可减少输水能耗5%以上，综合节能好，制造能耗减少75%。
管道工程综合造价低，满足复杂工艺管道，也能在较狭小空间内以至少代价安装。
无污染管路系统保证了系统有更长服务年限，缩短了停止运转时间，节约服务成本，减少维护费用。
7.耐磨损、不结垢：
PP管及管件内壁均匀光滑，流动阻力小并且不结垢。
-在输送矿砂泥浆时，PP管耐磨性是钢管4倍以上。
8.减小振动和噪声：
PP管具备优良隔声性能，可明显减少由液体流动引起振动和噪声。
9.防冻裂：
PP材料弹性优良使得管材和管件截面可随着冻胀液体一起膨胀而不会胀裂。
10. 防结露，热损失少：
PP材料为不良热导体，可减少结露现象并减少热损少。
11.长期使用寿命-----在额定温度、压力状况下，PP管道可安全使用50年以上。
（三）PP管市场需求
近年来，塑料管材应用领域在不断扩大，特别是建筑用管材在国内发展不久，为塑料管材发展创造了良好机会。
为了进一步节约能源和利于环保，国家将大力推广化学建材作为一项重要国家产业政策。
在塑料管道方面，逐渐以新型优质塑料管道代替原有金属或其她管材是必然发展趋势。
近，国内塑料管道在化工建材大发展背景下经历着高速发展。
全国塑料管道产量超过800万吨，其中广东、浙江、山东占据产量42%。
塑料管道在各种领域相对老式金属管、混凝土管都具备较多优势，因而获得了较多地区推荐使用。
有专家分析，中华人民共和国塑料管道在当前管道市场中占有率已超过30%。
中华人民共和国塑料加工工业协会塑料管道专业委员会近来发布《中华人民共和国塑料管道行业“十二五”期间（~）发展建议》提出，“十二五”期间，塑料管道生产量速度增长将保持在10%左右，到，预期全国塑料管道产量将超过1320万吨，塑料管道在全国各类管道中市场占有率超过50%。
聚丙烯管材是塑料管材中重要品种之一，在建筑、农业、输水工程，以及工业领域已获得广泛应用。
在德国，室内安装用上、下水管材所有采用塑料管，其中，PP管占很高份额。
是由于PP管是耐磨性和在火灾状况下燃烧无害性；在辐射采暖系统中站28%，远不不大于铝塑复合管14%，氧化聚氯乙烯管（cPVC）是13%，当前在国内上海市，在给水系统中聚丙烯管已成为仅次于硬聚氯乙烯（PVCv）重要管材之一。
此外，由于聚丙烯完全无毒，管材和管件配套性好，施工以便等突出长处，更利于取代金属管工作和推广。
二、工艺设计
（一）设计原则
树立绿色化学，绿色化工，绿色材料意识和创新观念。
要做到产品成本尽量低，原材料和重要材料供应尽量以便，尽量节约能源，解决好工业三废，保证生产技术先进性及成熟限度。
合理选取厂址，生产工艺及设备，尽量选用国产设备和原则设备。
提高生产自动化限度，机械化限度，节约劳动力，注重环保，保障安全生产，充分运用原材料，机械设备等各种资源。
（二）设计根据
1、根据广东石油化工学院高分子材料与工程专业课程设计任务书，及教师规定。
2、根据中华人民共和国城乡建设行业原则CJ/T278-
A、聚丙烯混配料
生产管材、管件原材料应以聚丙烯（PP）树脂（均聚聚丙烯或共聚聚丙烯）为主，加人必要添加剂。
B、回用料
原料中容许加人满足本原则性能规定本厂回用料，加人量不得不不大于500，不容许使用外部回用料和再生料。
C、聚丙烯原料物理性能应符合表1规定。
表1原料物理性能
项目
指标
熔体质量流动速率（230℃,2.16kg）/（g/10min）
MFR≤3.0
氧化诱导时间OIT（200℃）/min
≥8
静液压实验
80℃（140h）
均聚聚丙烯，6.0MPa
管材、管件在实验期间不破裂、不渗漏
95℃（1000h）
均聚聚丙烯，3.5MPa
1）仅合用于BD管材原料。
D、密封圈
密封圈规格规定应符合HG/T3091规定。
当温度不不大于40℃时推荐使用三元乙丙橡胶（EPDM）。
E、产品分类
a、本原则采用管系列数为S20,S16和S14o
b、应用选取
管材应用选取应符合表2规定。
公称外径d/mm
管系列
应用领域
32-315
S20
B
75-315
S16，S14
B、BD
注:
"B'，用于建筑物内重力污、废水排放;"BD”除了用于建筑物内重力污、废水排放，还能用于建筑物埋地管。
F、规定
a、颜色
管材、管件颜色普通为灰色、黑色或白色，色泽应均匀一致，其她颜色供需方可协调生产。
b、外观
管材、管件内外表面应清洁、光滑，不容许有气泡、明显划伤、凹陷、杂质、颜色不均等缺陷。
管材端头应平整，并与管轴线垂直。
管材尺寸
c、外径
平均外径dem应符合表3规定。
表3平均外径
公称外径dn
平均外径dem
平均外径最小值dem，min
平均外径最大值dem，max
32
32.0
32.3
40
40.0
40.3
50
50.0
50.3
63
63.0
63.3
75
75.0
75.4
90
90.0
90.4
110
110.0
110.4
125
125.0
125.4
160
160.0
160.5
200
200.0
200.6
250
250.0
250.8
315
315.0
316.0
d、管材长度
管材长度普通为4000mm或6000mm，其容许偏差为0mm-40mm，也可由供需方协商拟定。
e、倒角
α、管端倒角角度应与管轴线成15°-45°之间，管端保存壁厚应至少是最小壁厚1/3。
β、管端无倒角时，管端应去毛边。
f、壁厚
壁厚e应符合表4规定，任一点壁厚不不大于emin，平均壁厚em不大于或等于规定em，max。
表4壁厚单位为毫米
公称外径
dn
壁厚
管系列
S20
S16
S14
emin
em，max
emin
em，max
emin
em，max
32
1.8
2.2
1.8
2.2
1.8
3.0
40
1.8
2.2
1.8
2.2
1.8
3.0
50
1.8
2.2
1.8
2.2
1.8
3.0
63
1.8
2.2
2.0
2.4
2.2
3.1
75
1.9
2.3
2.3
2.8
2.6
3.1
90
2.2
2.7
2.8
3.3
3.1
3.7
110
2.7
3.2
3.4
4.0
3.8
4.4
125
3.1
3.7
3.9
4.5
4.3
5.0
160
3.9
4.5
4.9
5.6
5.5
6.3
200
4.9
5.6
6.2
7.1
250
7.7
8.7
315
9.7
10.9
（三）PP排水管规格
表5PP排水管规格
管系列
外径d/mm
管材长度L/mm
壁厚e/mm
环刚度KN/m2
S16
160
4000
5.2
≥4.0
（四）PP管配方
表6PP管配方
原料
份数
均聚聚丙烯（PP）
HDPE
抗氧化剂1010
DLTP
炭黑
碳酸钙
100
20
0.4
0.2
0.5
10
1、原料、配方阐明
A、PP
聚丙烯（PP塑料）是继尼龙之后发展又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必线性聚合物，具备优良综合性能。
未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。
透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。
比重：
0.9-0.91克/立方厘米。
成型收缩率：
⒈0-2.5%。
成型温度160-220℃。
干燥条件，物料性能密度小，强度刚度，硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100度左右使用.具备良好电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆，不耐磨易老化.适于制作普通机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。
成型性能：
⒈结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解.⒉流动性好，但收缩范畴及收缩值大，易发生缩孔.凹痕，变形.⒊冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时特别明显，模具温度低于50度时，塑件不光滑，易产生熔接不良，留痕，90度以上易发生翘曲变形⒋塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中.
聚丙烯PP均聚物简称PPH，是单一丙烯单体聚合物。
均聚PP操作温度是90oC，抗化学品（酸、碱）性能非常好。
用均聚PP生产零部件具备非常低吸湿性，但注塑时收缩大。
电气性能较好，但耐紫外旋光性能、抗其他穿透性能很差。
B、HDPE
聚丙烯性脆，耐低温性能较差。
加入HDPE能改进聚丙烯低温易开裂性能，同步增长聚丙烯韧性。
高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960。
它具备良好耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具备较高刚性和韧性，机械强度好。
硬度、拉伸强度和蠕变性优于低密度聚乙烯；耐磨性、电绝缘性、韧性及耐寒性均较好。
C、抗氧化剂
抗氧化剂是制止氧气不良影响物质。
为了防止聚合物氧化，就需要制止或抑制链引起和链增长，增进链终结反映。
惯用办法是添加抗氧剂。
按照它稳定机理和作用功能，可分为主抗氧剂和辅助抗氧剂两类。
主抗氧剂是抗氧剂中起重要作用一类，它能捕获聚合物在氧化过程中所产生自由基，使链式反映中断，形成稳定化合物，它重要分为受阻酚类抗氧剂，涉及烷基化单酚如BHT，烷基化双酚如抗氧剂2246，烷基化多酚如抗氧剂1010和硫代双酚如抗氧剂2246—S等类型；仲芳胺类抗氧剂如苯基—苯胺及二苯胺及NN，—二苯基对苯二胺等。
辅抗氧剂是指那些可除去自由基来源，抑制或延缓引起反映物质。
它又称防止抗氧剂重要有过氧化物分解剂，金属钝化剂。
所谓过氧化物分解剂是指能与过氧化物反映并使之变成稳定非自由基产物，如亚磷酸酯，有机碳化物等。
而金属钝化剂是指可以钝化金属离子使之加速氯过氧化物分解作用物质，如双苯基草酰二胺（DABH）等，这些辅助抗氧剂单独使用效果不明显，而与受阻酚类抗氧剂配合使用协同效应。
普通主抗氧剂用量为0~0.2%。
协同效应简朴地说,就是“1+1>2”效应。
主、辅抗氧化剂要配合使用才有明显协同效应。
a、抗氧剂1010。
白色流动性粉末，熔点120~125℃，毒性较低，是一种较好抗氧剂。
她在聚丙烯树脂中应用较多，是一种热稳定性高、非常适合于高温条件下使用助剂，能延长制品使用寿命，此外，也可以用于其他大多数树脂。
普通加入量不不不大于0.5%。
b、抗氧剂DLTP。
白色结晶粉末，熔点在40℃左右，毒性低，不溶于水，能溶于苯、四氯化碳、丙酮。
用于聚乙烯、聚丙烯、ABS和聚氯乙烯树脂辅助抗氧剂，可变化制品耐热性和抗氧性。
普通用量为0.05%~1.5%。
D、炭黑
炭黑在塑料工业中用途之一是防紫外光老化，由于炭黑有较高吸光性，因而能有效防止塑料受阳光照射而产生光氧化降解。
炭黑作为紫外光稳定剂在塑料中所起作用有：
把光能转化为热能；保护塑料表面而免遭一定波长射线照射；截取原子团而产生防老化作用，从而制止催化降解。
紫外线对聚烯烃特别有害，实验证明当一定细度炭黑浓度为百分之二时可以达到完美紫外线屏蔽作用。
E、碳酸钙
添加碳酸钙对提高改进塑料制品某些性能以扩大其应用范畴有一定作用，在塑料加工中它们可以减少树脂收缩率，改进流变态，控制粘度。
还能起到如下作用：
1、提高塑料制品尺寸稳定性。
碳酸钙添加，在塑料制品之中起到一种骨架作用，对塑料制品尺寸稳定有很大作用。
2、提高塑料制品硬度和刚性。
3、改进塑料加工性能。
碳酸钙添加可以变化塑料流变性能。
碳酸钙粉体，在添加中往往数量比较大，这样就有助于它和其她组分混合，也有助于塑料加工成形。
4、提高塑料制品耐热性。
在聚丙烯中，添加40%左右碳酸钙，耐热性提高200C左右。
5、减少塑料制品成本。
普通轻质碳酸钙、重质碳酸钙其价格都远远低于塑料价格，碳酸钙添加会使塑料制品成本减少。
2、原料选用
A、均聚PP
表7均聚PP
厂家
北欧化工
牌号
BE50-7032
类型
原则料
断裂伸长率
10
规格级别
管材级
拉伸强度
36
缺口冲击强度
7
密度
0.905
熔体流动速率
0.3
价格（元/t）
12200
B、HDPE
表8HDPE
厂家（产地）
新加坡雪佛龙菲利普
牌号
HHM5502
类型
原则料
断裂伸长率
600
规格级别
管材级
拉伸强度
28
密度
0.955
熔体流动速率
0.35
弯曲模量
1380
价格（元/t）
10200
C、抗氧化剂1010
表9抗氧化剂1010
品牌
方亿
型号
抗氧化剂1010
有效物质含量%
≥98
重要用途
橡塑材料
CAS
一级品
外观
白色、无味结晶粉末
挥发性%
≤0.5
熔点
50.0-55.0°C
透光率
425nm≥96.0%
500nm≥98.0%
灰份%
≤0.1
价格（元/t）
36000
D、抗氧化剂DLTP
表10抗氧化剂DLTP
品牌
江源
型号
AEO-3
含量％
99
有效物质含量％
98
产品规格
25kg/桶装
执行原则
GB
重要用途
抗氧化剂
CAS
123-28-4
名称
硫代二丙酸二月桂酯（DLTP）
价格（元/t）
180000
E、炭黑
表11炭黑
品牌
中橡博凯
型号
特种炭黑BK-3
种类/用途
色素碳黑
执行原则
ASTM
应用推荐
塑料
价格（元/t）
7800
F、活性碳酸钙
表12活性碳酸钙
品牌
启源
粒度/目数
1250目
规格及用途
轻质碳酸钙
型号
活性碳酸钙
执行原则
ISO-9002
CAS
99
发货地点
江西吉安永丰
价格（元/t）
1000
3、原料一览表
表13原料一览表
序号
名称
品牌
型号
价格（元/t）
1
均聚PP
北欧化工
BE50-7032
12200
2
HDPE
菲利普
HHM5502
10200
3
抗氧化剂1010
方亿
抗氧化剂1010
36000
4
DLTP
江源
AEO-3
180000
5
炭黑
中橡博凯
特种炭黑BK-3
7800
6
活性碳酸钙
启源
——
1000
（五）生产办法选取
管材生产办法有两种：
缠绕法和挤出法。
缠绕法重要用来生产大口径管，挤出法重要用来生产硬管。
本设计为φ160mm硬管，因而选取挤出法。
（六）生产工艺流程
高混机混料
双螺杆挤出机挤出
造粒
单螺杆挤出成型
定径
冷却
牵引
切割
成品
检查入库
1、挤出造粒工艺
造粒工艺是采用一定办法将细粉料加工形成较大颗粒状物料工艺。
塑料在挤出成型中应用最广泛基本形态为粒状料。
挤出成型中使用塑料粒料长处如下：
A、送料和加料比较以便，不需要强制加料器；
B、粒料表观密度比粉料大，制品质量较好；
C、空气及挥发物含量较少，制品不易产气愤泡；
D、避免了粉尘飞扬，改进了劳动条件。
挤出造粒工艺流程图
配料（PP、助剂）
搅拌
挤出
冷却
切粒
2、挤出成型工艺
挤出成型工艺是挤出机通过加热、塑化、加压使物料以流动状态持续通过口模成型办法。
挤出成型特点：
A、持续化,效率高,质量稳定
B、应用范畴广
C、设备简朴,投资少,见效快
D、生产环境卫生,劳动强度低
E、适于大批量生产
挤出成型工艺流程图：
加料
在螺杆中熔融塑化
机头口模挤出
定型
冷却
牵引
切割
成品
3、废料回用
PP管材生产过程中会产生某些不合格产品和废品，特别是每次换模生产，管材未合格前，总会产生某些废品。
此外，管材在堆放、搬运过程中也会导致某些损坏，这些统称为废料。
这些废料成分基本相似，将其破碎后掺入到原料中基本不影响管材性能。
因此必要加强对这些废料管理和合理回收运用。
废料解决流程图:
废料
↓→
→→→
→
（七）工艺计算
1、设计基准
车间生产能力：
1500t/年聚丙烯建筑用排水管
年生产时间：
7200h
PP管材合格率：
99%
物料损耗系数
表14物料损耗系数
工序
配料
高速混合
挤出成型
成型后解决
损耗率%
0.2
0.4
0.3
0.3
2、物料衡算
每小时产量=1500000kg/（7200h*99%）=210.44kg/h
每小时不合格品产量=210.44kg/h*1%=2.1kg/h
每日产量=210.44kg/h*24=5050.56kg/d
每日不合格品产量=5050.56kg/d*1%=50.50kg/d
每年混合料料需求量=1500000kg/（1-0.2%-0.4%-0.3%-0.3%）=1518218.625kg
其中，
PP每年需求量=1518218.625*（100/（100+20+0.4+0.2+0.5+10））=1158061.5.00kg
HDPE每年需求量=1518218.625*（20/131.1）=231612.29kg
抗氧化剂1010每年需求量=1518218.625*（0.4/131.1）=4632.245kg
抗氧化剂DLTP每年需求量=1518218.625*（0.2/131.1）=2316.123kg
炭黑每年需求量=1518218.625*（0.5/131.1）=5790.31kg
碳酸钙每年需求量=1518218.625（10/131.1）=115806.15kg
另，
配料损耗量=1518218.625*0.2%=3036.44kg
高速混合损耗量=1518218.625*0.4%=6072.87kg
挤出成型损耗量=1518218.625*0.3%=4554.66kg
成型后解决损耗量=1518218.625*0.3%=4554.66kg
每小时物料在各工序中进出料量衡算
进入工序物料量=出料量/（1-该工序损耗率）
每小时进入成型后解决工序物料量==210.44kg/h/（1-0.3%）=211.075kg/h
每小时进入挤出成型工序物料量=211.075kg/h/（1-0.3%）=211.71kg/h
每小时进入高速混合工序物料量=211.71kg/h/（1-0.4%）=212.56kg/h
每小时进入配料工序物料量=212.56kg/h/（1-0.2%）=212.99kg/h
（八）设备选型和台数计算
1、混合机
依照物料衡算可知：
每小时进入高速混合工序物料量为212.56kg/h。
从阿里巴巴查找得江阴市丫匀机械制造有限公司，该公司VI-300型强制式搅拌混合机可应用于本次生产设计。
VI-500型强制式搅拌混合机
重要用途:
我司引进吸取消化国外新技术、研制了V1型强制式搅拌混合机。
合用于制药、食品、化工等行业物料混合。
特点:
该机对较细粉粒，凝块后或二种以上粉状体，具有一定水份物料均能混合。
如对微量物相和添加物也可达到混合效果（指添加量很少配料混合）。
技术参数
表15VI-500型强制式搅拌混合机
型号
V1-500
混合时间min
10-20
生产能力kg/次
200
功率kw
3*2.2
全容积m2
0.5
筒体转速转/min
12
搅拌转速转/min
500
外形尺寸mm
2700×800×2050
整机重量kg
480
工作方式
高速混合机
构造形式
犁刀混合机
布局形式
立式
卸料方式
球阀出料
价格
25000元
易知VI-500型强制式搅拌混合机每小时生产能力不不大于每小时进入高速混合工序物料量212.56kg/h，因此需要VI-500型强制式搅拌混合机一台。
2、挤出造粒机组
由于车间重要生产管材，因而，初步选定整条造粒生产线。
由阿里巴巴查找得南京永杰牌TZ75B40PA改性增强造粒机组。
该机组生产能力达500k
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