年产1000吨PVC波纹管材车间设计Word文档格式.docx
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二、摘要
本设计介绍了一个年产1000吨φ60mmPVC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（polyvinylchloride）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1/6，1t塑料管可代替10～13t铸铁管，运输安装容易。
②耐腐蚀性能好。
③电绝缘性能好，其体积电阻约为1×
10～3×
10n.cm，击穿电压达23～28Kv/mm。
④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。
⑤导热系数小，耐候性较好，隔热性能好。
⑥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％。
1.2PVC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：
Wavin40万吨，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.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2～4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1～2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1/3～1/5。
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。
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
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。
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PVC－U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GB／T5761-93《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-1
48.2
77~75
1800~1650
154~144
高级电绝缘材料
SG-2
50.5
74~73
1650~1500
143~136
电绝缘材料，一般软制品
SG-3
53.0
72~71
1500~1350
135~127
电绝缘材料，农膜，塑料鞋
SG-4
56.5
70~69
1250~1150
126~119
薄膜，人造革，高强度硬管
SG-5
58.0
68~66
1100~1000
118~107
透明制品，硬管，型材
SG-6
61.8
64~63
950~850
106~96
唱片，透明片，硬板，焊条
SG-7
65.5
62~60
850~750
95~87
吹塑瓶，透明片，管件
SG-8
68.5
59~55
750~650
86~73
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50～80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，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5-2PVC波纹管配方
配方
份数
PVC树脂
100
钙锌复合稳定剂
6
CPE（135A）
7
ACR
4
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）]×
1/6×
8=420H
（5）实际开车时间8520—600—360—420=7140H
（6）设备利用系数
k=实际开车时间/年工作时间=7140/8520=0.84
2.物料衡算
（1）挤出成型工段
①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/%
0.1
5.5
94
②物料衡算
输出物料量：
1000/0.94=1063.83吨
自然损耗量：
1063.83×
0.1%=1.06吨
扫地料：
0.4%=4.25吨
下脚料：
5.5%=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%）：
5%=53.19吨
回收率：
53.19/58.15×
100%=91.5%
③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
物料量/吨
输出物料量
1063.83
自然损耗量
1.06
扫地料
4.25
58.51
成品
1000
（2）造粒工段
①确定各岗位物料损失率，塑化造粒工段物料损耗系数见表6-3
表6-3塑化造粒工段物料损耗系数一览
筛选输送
高速混合
冷却混合
挤出造粒
粒料风送
损耗率/%
0.2
总损失
1.4
②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
③塑化造粒工段物料平衡见表6-4
表6-4塑化造粒工段物料平衡表
物料/吨
输入回收/吨
小计/吨
输入损失/吨
1024.92
1019.79
5.13
高混
1018.77
1.02
冷混
1017.75
1012.67
5.08
风送
1010.64
2.03
半成品
53.19
合计
1078.11
（3）粉料中各组分需要量
材料中各组分需要量计算方法如下：
①求出每吨产品消耗量（kg）
1000×
组分占整个粉料量的百分率（%）=每吨产品消耗量
组分占整个粉料量的百分率=组分占份数/各组分份数总和×
100%
②年组分需要（t）
粉料年需要量×
组分占整个粉料量的百分率=组分年需要量
③日组分需要量
年组分需要量/实际开车天数（279.5）=日组分需要量
④每小时组分需要量（kg）
年组分需要量/实际开车时间（7140）=每小时组分需要量
根据衡算，计算出实际每年需要量及日需要量和每小时需要量，见表6-5
表6-5每年需要量及日需要量和每小时需要量
原料名称
配方中份数
每吨产品消耗量/kg
每年需要量/t
每天需要量/t
每小时需要量/kg
79
790
810
2.90
113.4
4.8
48
49.2
0.176
6.89
5.6
56
57.4
0.205
8.04
3.2
32
32.8
0.117
4.59
6.4
64
65.6
0.235
9.19
0.40
4.1
0.015
0.57
0.32
3.3
0.012
0.46
根据计算结果画出物料衡算流程图：
见图6-1
1024.92吨/年
造粒工段
1010.64吨/年
挤出成型工段
1000吨/年
38.90吨/年53.19吨/年63.83吨/年
（总损失）（加回收料）（损失+下脚料）
图6-1
七、设备选型及计算
1.定型设备选型与计算
（1）挤出机及辅机的确定与计算
由于工艺和经济上的原因，每种规格的挤出机生产的管材尺寸有一定的范围。
挤出成型机规格与生产的管材尺寸关系见表7-1
表7-1挤出成型机规格与所生产的管材的尺寸关系
挤出机的螺杆直径/mm
挤出管材外径范围/mm
45
20
60
20~50
75
40~75
120
90~160
150
160~250
根据此表，为了生产φ60mmPVC波纹管，我们选用螺杆直径为φ75型管材挤出机
设计选用SJ75/30型PVC管材挤出机，起主要技术参数见表7-2
表7-2SJ75/30型PVC管材挤出机
技术参数
数据
螺杆直径
75mm
螺杆长径比
30:
1
螺杆转速
10-84r/min
生产能力
80-150kg/h
电动机功率
55KW
机器中心高
1000mm
机器外形尺寸
3015mm×
1737mm×
2486mm
参考价格
8万元
挤出机台数计算：
根据制品形状、冷却定型的难易程度，选择牵引速度为1.5m/min，φ60mmPVC波纹管的线重为1000g/m，因而挤出机每小时的生产能力为：
生产能力=线重×
牵引速度
=1000×
1.5×
60=90kg/h
则需要挤出机台数为（1063.83×
1000）/（90×
8520）=1.39（台）
所以选用2台SJ75/30型PVC管材挤出机
挤出机的辅机选型见表7-3
表7-3SJ75/30挤出机辅机的主要参数
辅机装置
长度
功率
真空定型箱
6000mm
8.75KW
喷淋冷却箱
4KW
二爪牵引机
1800mm
3KW
无屑切割机
2.2KW
堆放架
（2）挤出造粒机的选取与计算
进入挤出造粒工段的物料量：
1017.75吨/年÷
8520h=119.45kg/h
为了提高生产能力，提高粒料的质量，还是选择SJ75/30型挤出造粒机，其规格与技术参数见表8
根据SJ75/30型挤出机的生产能力80~150kg/h，选取130kg/h，则需要SJ75/30挤出机造粒机1台
（3）高速混合机的选取与计算
选用SHR-200×
475×
950（GHR-200-Q）型高速混合机，其技术参数见表7-4
表7-4SHR-200×
950型高速混合机技术参数
SHR-200×
950型
总容积
200L
有效容积
120-140L
产量
≥325kg/h
排料方式
气动
30/42KW
加热形式
汽
外形尺寸
1750mm×
1100mm×
1450mm
6.2万元
高混机的有效容积选取140L，PVC粉料的表观密度为0.45kg/L
每锅可装粉料量0.45×
140=63kg，每小时热混6锅料
则每小时混料量为63×
6=378kg/h，需要高混机为：
（1019.79×
1000）/（378×
8520）=0.32（台）
所以选用1台SHR-200×
950型高混机
（4）冷混机的选取与计算
与SHR-200×
950型高混机配套的冷混机可选用SHL-350×
130型塑料冷却混合机。
SHL-350×
130型冷混机的技术参数见表7-5
表7-5SHL-350×
130型冷混机的技术参数
130型
350L
210-250L
7.5KW
主轴转速
130r/min
机器尺寸
1800mm×
1380mm×
1550mm
机器质量
1800kg
冷却形式
水、汽
卸料方式
手动或气动
4.5万元
需要冷混机（1019.75×
2×
8520）=0.16（台）
所以选用SHL-350×
130型冷混机1台
（5）破碎机的选取与计算
为了回收PVC的下脚料和废、次品管材，使之经过破碎制成颗粒进行再次使用，选用SWP-100型塑料破碎机。
其主要技术参数见表7-6
表7-6SWP-100型塑料破碎机的主要参数
SWP-100型
旋转刀回转直径
100mm
筛孔直径
6mm
固定刀片数
2
旋转刀片数
破碎量
40kg/h
整机重量
120kg
560mm×
370mm×
925mm
0.34万元
每小时回收破碎量为：
（53.19×
1000）/8520=6.24kg/h所以需要1台。
（6）自动配料秤的选取与计算
高混机每锅装料量为63kg，所以每锅中各种组分质量见表7-7
表7-7高混机每锅中各组分的质量
质量/kg
63×
79%=49.77
4.8%=3.02
5.6%=3.53
3.2%=2.02
6.4%=4.03
0.40%=0.25
0.32%=0.20
称量PVC粉料选用XSP-0060型电子配料秤，称量石蜡选用XSP-0006型电子配料秤，其他助剂选用XSP-0010型电子配料秤。
XSP型电子配料秤的规格见表7-8
表7-8XSP型电子配料秤规格
规格
XSP-0060型
XSP-0010型
XSP-0006型
最大称量
60kg
10kg
6kg
最小分度值
0.05
0.01
0.005
精度
1/400
显示形式
数字显示
3080mm×
1900mm
2746mm×
740mm×
1580mm
14260元
2.气力输送计算及选取
（1）输送粉料鼓风机的计算与选取
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