年产8000吨热塑性检查井盖生产车间的初步工艺设计.docx
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年产8000吨热塑性检查井盖生产车间的初步工艺设计
齐齐哈尔大学
毕业设计（论文）
题目年产8000吨热塑性检查井盖生产车间的初步工艺设计
学院材料科学与工程学院
专业班级高分子063班
学生姓名卞功名
指导老师刘喜军
成绩
摘要
本设计为年产8000吨热塑性检查井盖生产车间初步设计。
此设计着重对生产方法、工艺流程的选择、配方设计、工艺计算、设备选型、公用工程、经济核算等作了详细的设计说明，生产方法选用模压法。
工艺流程：
粉煤灰、偶联剂混合干燥→再生聚乙烯、炭黑、KH550、Hst、抗氧剂1010混合→混合→挤出→保温→开炼→模压→制品。
配方选用再生聚乙烯与粉煤灰混合并加入一些其他助剂。
图纸详细画出了工艺流程及车间平面布置。
而对其它非工艺部分仅从工艺的角度提出必要的要求。
在设计中客观地、科学地借鉴新资料、利用新理论、结合实际、对生产工艺加以改进。
本设计中参阅各种资料，通过对比选择了一种合理的配方，可以设计出一条比较合理的流程图。
在设备选型时，本设计注重对国内先进设备的利用，为促进国内新技术的广泛利用起到了很大作用，通过对比设计出一套结合实习并且行之有效的设备。
关键词：
废旧聚乙烯粉煤灰流程设计生产工艺设备
Abstract
Thedesignof8000tonsofthermoplasticinspectioncoversproductionworkshoppreliminarydesign.Thisdesignfocusesontheproductionmethod,processselectionandcalculationformuladesign,process,equipmentselection,utilities,economicaccountinghasmadethedetaileddesign,productionmethodsselectionmethodofmould.Process:
flyash,couplingagentandregenerationpolyethylene,drymixingcarbon,KH550andHst,antioxidants,mixing,extrusion1010mixingandrefined,mouldingandopenpreservationandproducts.Choosepolyethyleneandflyashregenerationformulamixedwithsomeotheradditives.Drawingthedetailedprocessandtheworkshoplayout.Theprocessofotherpartsfromtheperspectiveoftheprocessisonlynecessaryrequirement.Inthedesignofscientificreferenceforobjectively,newmaterial,newtheories,combinewithreality,toimprovetheproductionprocess.Thedesignofallkindsofmaterial,throughcontrasttochooseareasonableformula,candesignamorereasonableflow.Intheselectionofequipment,thedesignofdomesticadvancedequipmenttouse,topromotethenewtechnologyoftheextensiveuseofdomesticplayedalargerole,throughcomparingdesignasetofcombiningpracticeandeffectiveequipment.
Keywords:
WastepolyethyleneflyashprocessdesignProductionprocessEquipment
第1章绪论
1.1概述
1.1.1项目目的、前景
近年来，随着社会发展和生活水平提高,人类对自己生存环境要求越来越高,为减轻以至消除废塑料对环境造成的污染,人们在致力于可降解塑料和高性能塑料研究的同时,更重视现阶段存在的废塑料回收利用技术的研究[1],我国每年粉煤灰的排放量约为2亿吨,造成了严重的“黑色污染”,用废塑料和粉煤灰制备建筑材料是一种消除“白色污染”和“黑色污染”的积极方法[2],而以粉煤灰与废旧塑料复合制成的井盖90%以上是利用废物，没有任何钢材或其他材料作为骨架，成本低经济效益显著，与同类铸铁制品售价低10%-20%，因此采用这种“绿色井盖”即可防止丢失，又有很强的市场竞争力。
复合材料检查井盖具有可以避免造成资源浪费，减少污染和经济损失，美化城市形象，降低井盖的生产和使用成本等意义。
目前我国废旧塑料的年排放量为1160万吨，粉煤灰的排放量为1.1亿吨[3]，如此庞大的排放量为环境污染防治工作带来了巨大的困难，废旧塑料与粉煤灰合成的诞生为综合治理这两项废弃物为主要原材料，因此其价格十分低廉，其产品的质量也优于其他同类产品，市场潜力十分的巨大，应用范围极为广阔。
中国长春应用化学研究所为加快废物资源化进程，推动我国再生资源高附加值综合利用，对粉煤灰与废旧塑料进行了多年的复合改性研究。
现在成功开发具有国际先进水品的粉煤灰很合树脂系列配方，并批量生产了多种可替代金属制品的廉价产品，该项成果在长春通过了技术鉴定。
针对两大污染带来的环保难题，中科院长春应化所的研究人员经多年对粉煤灰与废旧塑料的复合改性研究，并很快在吉林省镇赛县松海塑料制品厂等数家企业得到转化[4]。
用这种新材料生产的护树板，其抗压、抗弯、抗冲击强度及耐候性等综合性能良好。
经过各地的实际使用，其质量达到并超过了同类铸铁产品的水平【5】。
工业废渣经过处理作为塑料的填料,在60年代末期台湾汤洪山等将赤泥处理为塑料填料之后,引起人们的普遍关注,世界各国相继开展研究,并取得一定成果[6]。
在热塑性塑料加工过程中,须加入无机填料以改善塑料制品的耐摩擦性、耐热性、尺寸稳定性、刚性等。
要求填料具有化学稳定性,颗粒细小均匀,密度小,资源丰富,价格低廉等性能。
塑料工业最常用的填料为碳酸钙,可分为轻质碳酸钙和重质碳酸钙。
粉煤灰作为塑料填料,其中含有圆而光滑的珠体,颗粒间聚集力小,加工时易分散到树脂中且分布均匀。
粉煤灰粒径较小,不必象轻质碳酸钙那样需专门煅烧、干燥,只需将其适当处理就可填充于塑料,并大大节省投资,降低原材料成本[7]。
利用粉煤灰作为填料优点甚多,取材方便,生产处理工艺简单,不需要复杂的设备和大量的投资,能减轻废渣占地和污染,大幅度节省能源、资源,制得的产品成本低、性能优良[8]。
但有一个缺点,产品具有颜色,不能用制浅色制品,填充时有些可以改善PE制品的性能,也有可能会产生不利影响,必须根据制品的性能要求有选择地利用,在某些领域中替代碳酸钙。
总之,将粉煤灰用在塑料加工中,特别是废旧塑料回收,可大大降低废旧塑料回收成本,达到以废治废的目的,还能带来可观的经济效益和社会效益[9]。
利用粉煤灰和废弃塑料共混加工成新产品，被誉为变“黑白双污”为宝的利国利民的举措，其应用前景不可限量。
1.1.2产品分类
检查井盖由铁铸检查井盖发展到现在的复合材料检查井盖。
复合材料井盖有三大类,即钢纤维混凝土井盖、再生树脂复合材料井盖、纤维增强树脂基复合材料井盖。
这三种井盖都不含或含少量金属,防盗价值高[10]。
国内有研究单位较早开始了针对煤粉灰与废旧塑料共混的研究,并且总结出了一套行之有效的废旧塑料和煤粉灰复合新材料的配方及工艺,其研究已处于国际先进水平[11]。
以粉煤灰和废塑料为原料合成的树脂基复合材料井盖,刚柔相济,外型美观,还能节约大量能源和钢铁资源,可消化掉大量的粉煤灰和废旧塑料,符合国家节能与环保政策要求。
这种复合材料井盖90%以上利用废旧物质,没有任何钢材或其他材料作骨架,在成本上比同类铸铁制品低10-20%,经济效益显著。
采用这种“绿色井盖”不仅解决了井盖的防盗问题,而且还具有不腐蚀、不生锈等优点,因此具有很强的市场竞争力。
2001年12月27日,中科院长春应化所承担的粉煤灰和废旧塑料复合新材产业化中试基地顺利通过专家评估,从而为上述经济和社会效益的再扩大提供了技术及产业方面的支撑。
在吉林省环保局和科技厅支持下,中科院长春应化所在国内外较早开始了针对粉煤灰与废旧塑料共混的研究。
几年来,在广泛调研和分析的基础上,对多种废旧塑料和粉煤灰共混的不同配比、粒度、辅助剂的协同效应及在线反应加工等,进行了深入探讨。
并经反复实验,总结出了一套行之有效的废旧塑料和粉煤灰复合新材料配方及工艺,其研究目前已处于国际先进水平,从而为粉煤灰、废旧塑料的综合利用[11],开辟了一条可靠途径,仅以排水井盖为例,目前城镇中的“马路陷阶”屡见不鲜。
而以粉煤灰与废旧塑料复合制造的并盖,由于90%以上利用废旧物质,没有任何钢材或其它材料作骨架,成本低,经济效益显著,比同类铸铁制品售价低10%-20%。
因此采用这种“绿色井盖”,既可防止丢失,又有很强的市场竞争力。
值得一提的是用这种新材料生产的下水井盖,其抗压、抗弯、抗冲击强度等综合性能良好,经过各地的实际使用,受到极高的评价,其质量达到并超过了同类铸铁产品的水平。
2001年,中科院长春应化所同北京市政工程局所属的北京华夏恒市政建筑工程有限公司合作,开发出高性能高承载的市政工程用检查井井盖,其力学指标经北京市政工程研究院检测已超出国标检测铸铁检查井井盖的承载指标（应化所的制品承载42吨,铸铁井盖国标≥36吨）。
据中科院长春应化所科研人员介绍,应用这种复合新材料还可以开发出许多种物美价廉的产品,如墙壁分线盒、簿板材、枕木等。
他们目前已根据市场需要,开发出了可应用于建筑、电子、汽车、公路、给排水、城市绿化等领域的新产品。
现在,有关课题组已申请国家发明专利3项,实用新型专利3项,现已授权2项,并获得了2001年国家重点环保推广实用技术证书[12]。
目前已有大量专利技术涉及到复合材料井盖,有越来越多的企业从事复合材料井盖的研制和生产。
随着我国经济的持续快速发展,井盖在城市规划和道路建设中得到越来越广泛的应用。
这预示着一个新型材料井盖产业的兴起。
从技术上讲,不同的复合材料井盖完全可以替代铸铁井盖在不同的条件下使用,高性能FRP井盖能替代铸铁井盖在各种条件下使用。
对现有的三种复合材料检查井盖进行对比，我选择再生树脂复合材料检查井盖，因为再生树脂复合材料井盖是利用废旧塑料与煤粉灰在熔融状态下混炼、压制成型。
采用煤粉灰和废旧塑料生产的井盖,其抗压、抗弯、抗冲击强度等综合性能良好,经过各地的实际使用,受到了较好的评价,其质量达到或超过了同类铸铁产品的水平。
但是再生树脂复合材料井盖在使用过程中,尤其是在气温较高的环境中,在车辆不断碾压下井盖会发生蠕变,致使井盖中间部位不断下沉,最后导致脱落。
这样将会产生很大的安全隐患,一般只可以替代铸铁井盖在没有车辆通过、井盖受力要求不高的地方使用[13]。
1.1.3产品优点
复合材料检查井盖比铸铁检查井盖具有的优点
1、防盗.检查井盖的主要损失有两方面,一是正常的磨损与折旧,比如超载车辆过多造成破损,这一项所占比例非常低.另外就是被盗,几乎占“90%”以上。
此种检查井盖主要材科是废旧塑料、粉煤灰等，防盗价值高，因而只有使用复合材料检查井盖才能从根本上解决检查井盖被盗问题。
2、强度高。
目前三大类复合材料检查井盖承载能力及其它各项指标均能满足《再生树脂复合材料检查井盖》CT/121-2000行业标准。
3、新颖美观、品种多样。
复合材料检查井盖品种多样，可根据顾客要求，推行个性化设计!
在加工过程中制成红、黄、蓝、绿、黑等多种和使用场地协调一致的颜色，在检查井盖上表面设计标志性的图案、文字、标识、使检查井盖更具人性化、人文化，及艺术气息，更容易被客户所接受。
随着社会的发展，城市建设均强调绿色环保，因铸铁检查井盖生锈而常常影响城市如公园、小区、高档住宅等的形象。
复合材料检查井盖环保、不生锈，这不但提高了城市品味，同时又大大美化城市。
4、材质好。
复合材料产品重量轻，仅是铸铁重量的二分之一，大大减轻了养护工人开启的劳动强度，运输方便；由于其韧性好、不易产生刚性断裂!
其检查井盖与井座吻合好，行车舒适，车压不打滑、无弹跳、无声响、有效地减少城市噪音污染!
具有环保作用；加入了防腐，防热（冻）材料，耐腐蚀、抗老化、能适应不同气候和环境的场地使用。
5、价格低。
铸铁型井座与检查井盖价格较高，一套井座与检查井盖材料价钱约“600”元左右，而复合材料井座与检查井盖售价“300-400”元左右，因此复合材料产品价钱相对便宜，售价约为铸铁的一半至三分之二左右[14]。
1.2设计依据
1、齐齐哈尔大学材料科学与工程学院高分子材料与工程专业下发的毕业设计任务书。
2、检查井盖行业标准：
：
EN124《车道步行道的泄水沟盖和检查井盖》、CJ/T121-2000《再生树脂复合材料检查井盖》、CJ/T130-2001《再生树脂复合材料水箅》等。
3、齐齐哈尔大学材料科学与工程系高分子材料科与工程教研室2003年3月修订的《毕业设计教学环节文件汇编》
4、齐齐哈尔大学高分子材料科学与工程教研室编写的《毕业设计任务书》
5、由周永强、胡玉杰、武卫莉编写的《高等学校毕业设计（论文）指导》
6、齐齐哈尔大学实践教学设备管理处2005年1月编写的《齐齐哈尔大学本科生毕业设计（论文）工作手册》
1.3厂址选择
1.3.1厂址选择的基本原则
1、厂址选择必须遵守从国家法律、法规，贯彻执行国家方针、政策，坚持基本建设程序，符合国家长远规划及行政布局、国土开发整治规划、城镇发展规划。
2、从全局出发，正确处理工业与农业、城市与乡村、远期与近期以及协作配套等各种关系，并因地制宜、节约用地、不占或少占耕地及林地。
3、注意资源合理开发和利用；节约能源，节约劳动力；注意环境保护和生态平衡；保护风景和名胜古迹。
4、同时，还要做到有利生产、方便生活、便于施工。
1.3.2厂址的基本要求
1、厂址应符合国家工业局、城市或地区的规则要求；
2、选厂时注意当地自然环境条件，并对工厂投产后可能造成的环境影响做出估测与评价；
3、选厂址时注意节约用地，不占用或少占用良田。
厂区的大小，形状和其余条件应满足工艺流程合理布置的需要，并应有发展的余地；
4、厂址宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区；
5、厂址应尽可能的靠近原有交通线（水运、铁路、公路），即交通便利的地区；
6、厂址要便于排除雨水，不受洪水、海潮的影响或大型水坝溃坝的威胁；不处在窝风多雾地区；地层稳定，避开地震带；
7、厂址应靠近水源，保证供水的可靠性并满足对水质、水量、水温的要求；符合排放标准的废水或经处理后的废水便于排入附近江河下游或城市下水系统，必须注意对周围环境的影响。
8、厂址地区要求工业电源及其他动力电源来源可靠，并邻近电源和其他动力源中心。
9、厂址应不妨碍或不破坏农业水利工程，应尽量避免拆迁；
10、厂址应避免建在地震、洪水、泥石流等自然灾害易发生地区，采矿区域，风景及旅游地，文物保护区，自然疫源区等。
1.3.3厂址的具体选择
由于我国东北地区建筑业消费的增长较迅速，，根据振兴东北老工业基地的有利政策，厂址暂定在黑龙江省哈尔滨市、黑龙江省齐齐哈尔市富拉尔基区和辽宁省大连市中进行选择。
1、哈尔滨
哈尔滨是中国黑龙江省省会，是我国东北北部政治、经济、文化中心，也是我国省辖市中面积最大、人口居第二位的特大城市。
地处东北亚中心位置，松辽平原的松花江中下游，冬季漫长寒冷，素有“冰城”之称。
哈尔滨工业基础雄厚，是个以机电为主体，纺织、医药、石化、食品、汽车、建材等工业门类齐全的重要工业基地，在全国城市综合实力50强中，哈尔滨位列前10。
科技力量雄厚，各类专业技术人员达37万多，居全国大中城市的第六位。
全市已发现的矿种为63种，已探明资源储量的矿种共计25种，其中能源矿产1种、金属矿产10种、非金属矿产14种。
按我国的气候带划分，哈尔滨市的气候属于中温带大陆性季风气候,冬长夏短,四季分明。
极端最高气温为36.2℃,最低气温为-41℃。
降水主要集中在6-9月，年平均降水量567毫米,无霜期150天,结冰期190天。
冬季严寒，降水较少（量少，但气旋活动导致的降水次数并不少）。
夏季高温，但时间短。
冬季盛行偏西或偏北风，夏季盛行偏南或东南风。
春、秋季较短，偏南、偏北风交替变更。
哈尔滨地区人口众多，劳动力资源丰富。
哈尔滨铁路主要有哈大、滨绥、滨州、滨北、拉滨五条铁路连通国内。
哈尔滨境内的大小河流均属于松花江水系和牡丹江水系，哈尔滨水运航线遍及松花江、黑龙江、乌苏里江和嫩江，并与俄罗斯远东部分港口相通，经过水路江海联运线，东出鞑靼海峡，船舶可直达日本、朝鲜、韩国和东南亚地区。
2、大连市
大连，位于欧亚大陆东岸，中国东北辽东半岛最南端，西北濒临渤海，东南面向黄海，有包括大小岛屿260个。
是中国的副省级城市、计划单列市，也是全国14个沿海开放城市之一；是中国辽宁省的一个重要沿海港口城市，省内第二大城市，是中国东北主要的对外门户；也是东北亚重要的国际航运中心、国际物流中心、区域性金融中心。
劳动力成本高、技术含量高。
厂区价格昂贵。
按我国气候带划分，大连属于海洋性的暖温带季风气候。
冬无严寒，夏无酷暑，四季分明。
年平均气温10.5℃，极端气温最高35.3℃，最低-18.8℃。
年降水量550-950毫米，全年日照总时数为2500-2800小时。
属于震区、非洪涝地区。
大连是京津的门户，北依营口市，辽宁省、吉林省、黑龙江省和内蒙古自治区是大连的广大腹地，南与山东半岛隔海相望，与日本、韩国、朝鲜和俄罗斯远东地区相邻，是东北、华北、华东以及世界各地的海上门户，是重要的港口、贸易、工业、旅游城市。
位置在东经120度58分至123度31、北纬38度43分至40度10分之间。
且资源丰富，原料供应丰富。
3.齐齐哈尔富拉尔基区
富拉尔基区是我国重要的机械工业基地，可使用的地区较大，而且交通比较发达，地上地下水资源丰富；非地震区；很少发生洪涝灾害；劳动力资源丰富。
齐齐哈尔地域较平坦，属于平原地区。
冬长严寒，夏秋凉爽。
年降水量415mm，年均温3.2℃，1月均温－25.7℃，7月均温22.8℃。
春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季暂短霜早，冬季干冷漫长。
齐齐哈尔南部属温暖干旱农业气候区，中部属温和半干旱农业气候区，北部属温凉半湿润农业气候区。
1.3.4厂址的确定
对这三个地区进行比较，三个城市都具备一定的建厂条件，但是相较之下，齐齐哈尔市富拉尔基区占有一定的优势，又在建设哈大齐工业走廊，政策上十分有利，因此可将厂址定在综合条件较好的齐齐哈尔市富拉尔基区。
三个地区比较列于表1-1
表1-1厂址选择比较表
地理位置
哈尔滨市
大连市
齐齐哈尔市富区
地形
平原
平原
平原
交通
较好
好
一般
厂址面积
适合（较贵）
适合（较贵）
适合（较低）
给排水
松花江（方便）
一般
嫩江（方便）
气象
适宜
适宜
适宜
工程水文
非震区、洪涝地区
震区、非洪涝地区
非震区、洪涝地区
资源条件
资源丰富
资源丰富、原材料供应方便
电力、燃料资源
丰富
劳动力成本、技术要求
劳动力成本高、技术先进
劳动力成本高、技术先进
劳动力成本低、技术适中
根据上述资料显示，厂区定于齐齐哈尔市富拉尔基区。
1.4产品性能指标
1.4.1产品性能
再生树脂复合材料检查井盖定义和性能要求根据中华人民共和国建设部2001-01-09发布:
再生树脂复合材料检查井盖“中华人民共和国城镇建设行业标准CJ/T121-2000”（下简称“标准”）,2001-06-01实施,定义是:
以热塑性树脂和粉煤灰为主要原料,在一定温度压力条件下,经助剂的理化作用形成的材料[15]。
规定此类井盖承载能力应符合表1-2要求：
表1-2再生树脂复合材料检查井盖承载能力
检查井盖等级
试验荷载/kN
允许残留变形/mm
轻型
20
D/500
普型
100
D/500
重型
240
D/500
注：
D=700mm
规定此类井箅承载能力应符合表1-3要求：
表1-3井盖井箅性能
测试项目
单位
部分标准
检测结果
重型井盖承载力
kN
≥240
360
重型井盖残余变形
mm
≤D/500
0.75
轻型井盖承载力
kN
≥100
120
轻型井盖残余变形
mm
≤D/500
0.90
重型井箅承载力
kN
≥10
210
重型井箅残余变形
mm
≤D/500
1.1
*按国家建设部颁布的再生树脂复合材料检查井盖城镇建设行业标准（CT/121-2000），D=700mm。
[16]
1.4.2产品规格
制件装配图，见图1-1。
图1-1
井盖尺寸：
直径：
φ700mm，厚度：
70mm.S井盖=0.385m2,V井盖=0.027m3，ρ=1.852g/cm3,m=ρV=1.852×0.027×1000=50.00kg。
井座尺寸：
V≈0.013m3,m井座=ρV=1.852×0.013×1000=24.08kg。
1.5三废处理
三废是指工业生产中的废气、废液、废渣。
本设计为中型塑料制品厂，几乎无三废、无污染，处理简单。
1、废水：
生产用水基本为多次循环水，生活用水可直接排入地下。
2、废气：
生产中产生的少量粉尘、挥发性气体。
故采用排风罩，将其排放到车间外。
3、废渣：
生产中基本无废渣，一般机头料和一些不合格的挤出产品都粉碎回收。
1.6设计范围
包括厂址选择、配方设计、生产方法选择、工艺流程选择、物料衡算、能量衡算、设备选型、车间平面布置。
此设计着重对生产方法、工艺流程的选择、配方设计、工艺计算、设备选型、公用工程、经济核算等作了详细的设计说明，生产方法选用模压法。
工艺流程：
粉煤灰、偶联剂混合干燥→再生聚乙烯、炭黑、KH550、Hst、抗氧剂1010混合→混合→挤出→保温→开炼→模压→制品。
配方选用再生聚乙烯与粉煤灰混合并加入一些其他助剂。
图纸详细画出了工艺流程及车间平面布置。
而对其它非工艺部分仅从工艺的角度提出必要的要求。
在设计中客观地、科学地借鉴新资料、利用新理论、结合实际、对生产工艺加以改进。
本设计中参阅各种资料，通过对比选择了一种合理的配方，可以设计出一条比较合理的流程图。
1.7生产制度
实行三班两倒制，每条生产线四组人，十二个小时一班。
为了促进企业的发展，确保产品质量，严肃厂纪厂规，确保生产车间正常运作，特制定本管理制度，所有车间成员均须遵守厂纪厂规。
1.7.1工作制度
1、严格保证上班时间，不可迟到早退，一个月内迟到早退两次以上者扣当月奖金。
2、上班时按要求穿戴好工作服、工作帽、工作鞋,挂好上岗证,不允许短裤、赤背或衣帽不整，进出生产车间必须立即随手关门。
工作服不得穿出车间,违者罚款处理。
3、各级工作人员上班时间
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