日产2KmPVC塑料管挤出生产线初步设计方案毕业设计Word最新版.docx

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日产2KmPVC塑料管挤出生产线初步设计方案毕业设计Word最新版

日产2Km,PVC塑料管挤诞生产线初步设计方案毕业设计

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毕业设计

论文题目：

日产2KmPVC塑料管挤诞生产线初步设计方案

姓

名：

学

号：

院

系：

专

业：

指导教师：

2021年X月X日

日产2KmPVC塑料管挤诞生产线初步设计方案

（）摘要：

本设计接受悬浮法生产的聚氯乙烯开展日产2Km聚氯乙烯塑料管挤诞生产线初步方案设计，介绍了塑料管挤诞生产线的设计原理，工艺过程中须要留意的问题，包括质量影响因素、工艺条件及合成工艺中的各种助剂选择，对塑料管挤诞生产线的工艺过程进行具体的叙述。

从物料衡算和设备计算和选型三个方面进行了工艺计算，对车间进行布局设计，画出了整个工艺的流程图、厂房平面布局图。

关键词：

PVC管；生产线；工艺计算

ThePreliminaryDesignofPVCPlasticPipeExtrusionLineof2KmDailyProduction

（）Abstract：

Inthisdesign,theproductionlineofPVCpipefromsuspensionmethodmaterial,waspreliminarylydesignedasdailyproductionof2kmPVCpipe.Introductionofthedesignmechanismoftheplasticpipeextrusionproductionline,problemsthatneedattentionintheprocess,includingfactorsaffectingthequality,thevariousadditivesintheprocessconditionsandsynthesistechnologyselectionwerepresented.Andcalculationfromthematerialbalance,equipmentselectionofthreeaspectsoftheaccuratecalculationoftheprocesswereconductedwithdrawingofflowchartofthewholeprocessandplantlayoutdiagram.Keyword：

PVCplasticpipe；

Productionline；Processcalculation

目

录1概述11.1目的与意义11.2硬质聚氯乙烯管材的优点及其发展史11.3国家产业政策要求发展PVC塑料管材22国内外主要工艺路途的比较和选择23助剂作用及主要助剂简介33.1稳定剂33.2填充剂33.3润滑剂43.4加工助剂43.5抗冲改性剂44

PVC-U管成型用原料和配方44.1

PVC-U管材主要原料PVC树脂选择44.2

PVC-U管材生产配方55

PVC-U管材生产工艺流程概述55.1生产工艺55.2工艺流程框图66产品质量指标67主要设备的工艺计算77.1生产线产能计算77.2原始数据77.3物料平衡78主要设备选型及台数计算98.1原料的配混98.1.1混合机结构及工作方法98.1.2混合机选型98.2上料108.2.1弹簧上料结构108.2.2上料机的选型118.3螺杆挤出机118.3.1螺杆挤出机结构128.3.2螺杆挤出机选型128.4塑料管成型模具138.5冷却定径套148.6牵引158.7切割169废料处理1610生产中的现象及解决方法1711原料消耗及电力估算1811.1原料消耗1811.2电力估算1912生产车间布置与总体设计1912.1车间布置1912.2物料的贮存与运输1913劳动定员与生产线的技术指标2013.1劳动定员2013.2生产线技术指标2114平安与环保21谢辞23参考文献24

1概述1.1目的与意义PVC塑料管是以聚氯乙烯树脂为主要原料，混入各种助剂、填充物等协助材料，经混合、挤出，生产出管材，或经注塑生产管件。

由于它具有质轻、耐腐蚀、外形美观、无不良气味、加工简洁、施工便利等特点，在建筑工程中获得了越来越广泛的应用。

主要用作房屋建筑的自来水供水系统配管、排水、排气和排污卫生管、地下排水管系统、雨水管以及电线安装配套用的穿线管等。

据大量水质监测数据表明：

接受冷镀锌钢管后，一般运用寿命不到5年就锈蚀，铁腥味严峻。

居民纷纷向政府部门投诉，造成一种社会问题。

塑料管材与传统金属管道相比，具有自重轻、耐腐蚀、耐压强度高、卫生平安、水流阻力小、节约能源、节约金属、改善生活环境、运用寿命长、安装便利等特点，受到了管道工程界的青睐并占据了相当重要的位置，形成一种势不行当的发展趋势。

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接受硬质聚氯乙烯管（PVC-U或UPVC）。

本生产线设计中选择生产PVC-U管，即硬质聚氯乙烯管[1-2]。

通过初步设计一条日产2KmPVC塑料管挤诞生产线，完成设计任务书、设计说明书、设计计算、设计概算书、参考文献、文献综述等内容，包括对塑料配方、工艺过程、生产设备的调研，生产线的组成、生产线的技术参数的确定，生产实力计算及设计图纸。

1.2硬质聚氯乙烯管材的优点及其发展史PVC-U管是30年头中期在德国首先研制成功的。

50年头发展较快，到60年头已在欧洲、美国、日本等经济发达国家的给供水管道中普遍运用。

依据国际水协代表大会报告，近十几年来PVC-U管运用率持续增长。

塑料管材管件是化学建材的主要品种，而PVC-U管材管件则是塑料管的主导产品。

给水用PVC-U管材管件的开发始于国家“七五”期间。

在国家政策指导下，经过多年的应用和发展，已经具备了应用技术法规完整、施工技术探讨深化、产品加工工艺成熟的优势。

上海、广州、武汉、天津等省市在供水管道工程中已全面停止运用一般镀锌管，接受塑料管[2-5]。

PVC-U硬聚氯乙烯管是世界上一些发达国家正在大力开发和应用的一种新型化学材料。

它在输送流体方面，具有重量轻、耐压、强度高、输送液体的摩擦阻力小、耐化学腐蚀性能强、施工安装及修理便利、节约钢材及能源、运用寿命长、减轻工人施工劳动强度、建设投资较低等优点。

因此在一些方面用PVC-U硬聚氯乙烯管代替钢管，可以缓解我国生产建设中的钢材紧缺、能源不足的局面，其经济效益是显著的。

1.3国家产业政策要求发展PVC塑料管材

PVC应用于给水管网历史悠久目前在世界各地应被广泛应用。

这不仅因为PVC管道具有上述很多优点，而且已经具有很多丰富的加工运用阅历。

无疑PVC给水管材、管件今后在我国仍将具有特殊广袤的市场前景。

我国给水塑料管材从20世纪60年头起先少量应用，改革开放后的近10年管材应用较快。

为在全国推广应用塑料管道，国家特地成立了由五部委组成的全国化学建材协调小组，制定了一系列推广政策。

推广初期重点对PVC管道进使我国PVC管材、管件得到迅猛的发展。

通过引进国外的先进技术设备和管理阅历，国内已经建立了一批年产数万吨以上的PVC管材、管件现代化企业，主要原料和管材、管行了试点工作，取得了不少阅历，也件的生产加工实力成倍增长，工艺水平和产品质量不断提高，我国已经能为给水管网供应质量牢靠、配套完备的PVC给水管材、管件。

依据2021年远景规划预料：

2021年全国新建、改建、扩建工程中接受塑料管比例为：

建筑供水管85%以上（基本淘汰传统铸铁管），建筑给水、热水和采暖管道85%以上，电线护套管90%以上，建筑雨水管80%以上，城市供水管80%以上，村镇供水管85%，市政供水管50%以上，城市燃气管（中、低压管）60%以上，重点发展的塑料管品种以PVC和PE管为主，并大力发展新型复合管道、改性管品种以PVC、PE管为主，并大力发展新型复合、改性塑料管。

五部委联合发文规定：

自2000年6月1日起在城镇新建住宅中，禁止运用镀锌管用于室内给水管道，由此可见国家产业政策要求发展PVC管道[6]。

2国内外主要工艺路途的比较和选择目前大多数生产PVC管材的企业都是接受螺杆挤出机进行干法塑化工艺连续操作。

在螺杆挤出机转动时，装入料斗中的干混料或粒料借助转动的螺杆进入加料筒中，由于料筒的外加热及PVC干混料本身和干混料与设备之间的剪切摩擦热，使混料熔化而呈为熔体在设备中不断往前流淌，各组分受螺杆的搅拌而匀整分散。

熔体在机头口模处成型后成连续体被螺杆挤到机外，经冷却凝固，即成管材。

在挤出成型阶段中的关键设备是挤出机和成型机头，即挤出过程和成型过程。

挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多，变更最多、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确定形态的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断面形态的连续型材。

目前大多数生产PVC管材的企业都是接受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.结构简洁，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.操纵简洁，工艺限制简洁。

双螺杆挤出机：

a.结构困难，价格高。

b.具有很好的混炼塑化实力，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。

但是运用单螺杆挤出机生产PVC管材的企业，干混料不能干脆运用，还必需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，它可以干脆运用混合好的PVC料，削减了造粒的工序，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协助型材生产，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，干脆运用干混料加工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探讨也日渐深化[7]。

综上所述，本项目接受锥型异向双螺杆挤出机生产PVC管材。

3助剂作用及主要助剂简介塑料制品用主要原料中加入助剂，是为了使塑料制品成型加工顺当进行或变更树脂主要原料的性能，以满足塑料制品应用条件时要求。

这就是助剂加入主要原料中的作用。

比如有某些助剂的加入，可变更熔料的黏度，耐高温、不易分解，改善熔料的流淌性；有的能够改进制品的力学性能；还有的能变更塑料制品的外观质量和颜色等。

按助剂的不同功能作用分类，常用塑料助剂有：

增塑剂、稳定剂、抗氧剂、光稳定剂、阻然剂、发泡剂、抗静电剂、着色剂、润滑剂、填充料、交联剂、偶联剂等[10]。

助剂应用选择应当留意如下：

①助剂应与树脂相容性好，稳定地在制品分散、不挥发、不渗出、不喷霜，以保持制品质量。

②在高温条件下不分解变质，对机器设备无腐蚀作用。

③多种助剂混合应用不产生相互对抗作用，不降低各助剂扇原有功能作用。

④选用毒性小，对环境污染影响小的助剂。

3.1稳定剂生产饮水PVC管材，热稳定剂的选择是特殊关键的，既要适合卫生性能的要求，又要适合加工工艺的要求，才能生产出合格的管材。

适用的热稳定剂有甲基硫醇锡。

甲基硫醇锡热稳定剂是用于聚氯乙烯（PVC）加工中最有效的稳定剂品种，广泛用于硬质及软质PVC的加工，最主要的优点是它能完全溶于PVC，从而可制得完全透亮的各类制品。

又因为它具有牢靠的平安性，因此，其制品可广泛用于各种食品包装材料及上水管。

3.2填充剂生产硬质PVC碳酸钙是运用最一般和运用量最大的填充剂。

碳酸钙除了可以降低成本之外，还可以改善一些性能。

碳酸钙还简洁吸潮，在雨季尤为严峻。

碳酸钙中过量水分存在能使PVC制品产生气泡及银纹，这不仅影响外观，还降低物理性能。

因此在CaCO3贮运过程中要避开因吸潮而产生的结块和“架桥”，在生产的捏合工序时要留意不断排气。

3.3润滑剂润滑剂主要是指塑料中能降低熔体粘度或防止聚合物与加工设备金属表面粘着而改进可加工性的物质，它对挤出加工过程是很重要的。

将润滑剂加入PVC中，在熔化前是降低树脂粒子之间的摩擦，熔化后是降低树脂分子之间的摩擦，以及降低熔体与加工设备之间的粘附。

降低熔化后的熔体粘度以促进流淌，以及防止树脂与金属设备表面的粘着。

适用于硬PVC无毒给水管材的内外润滑剂品种很多，选用硬脂酸、硬脂酸钙、聚乙稀蜡、石蜡等组成润滑体系较好，这一润滑体系均为无毒添加剂，且价格低廉易得。

3.4加工助剂AMS树脂是а-甲基苯乙烯的低结构，泡沫塑料的相对密度小、强度大。

为聚合度为2-10的线型低聚物，其六聚体又称为M-80；另一类为环状二聚物[11-12]。

AMS无毒、透亮，加入PVC中可显著降低熔体黏度、降低能耗、提高制品的光泽度和透亮度，加入量为5-20份。

3.5抗冲改性剂冲击改性剂是指加入到脆性聚合物中能提高其冲击强度的含弹性体成分的物质。

未改性的硬PVC有缺口敏感性[12]。

要提高硬制品的韧性，则需添加能与PVC半相容的、低模量的物质—冲击改性剂来实现。

本设计接受MBS树脂来改性。

4

PVC-U管成型用原料和配方4.1

PVC-U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。

PVC粉末为一种白色粉末，密度在1.35-1.45g/cm之间，表观密度在0.4-0.5g/cm。

视增塑剂含量大小可为软、硬制品，一般增塑剂含量0-5份为硬制品，5-25份为半硬制品，大于25份为软制品[13]。

依据国家标准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，但熔融流淌越困难，加工也越困难。

表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/℃粘数/（ml/g）K值聚合度参考用途SG-148.2154～14477～751800～1650高级电绝缘材料SG-250.5143～13674～731650～1500电绝缘材料，一般软制品SG-353.0135～12772～711500～1350电绝缘材料，农膜，塑料鞋SG-456.5126～11970～691250～1150薄膜，人造革，高强度硬管SG-558.0118～10768～661100～1000透亮制品，硬管，型材SG-661.8106～9664～63950～850唱片，透亮片，硬板，焊条SG-765.595～8762～60850～750吹塑瓶，透亮片，管件SG-868.586～7359～55750～650过氯乙烯树脂生产PVC管材所用的树脂必需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、黑点及鱼眼等也有确定的要求。

PVC树脂的堆密度对挤出工艺有确定的影响，生产时应视具体状况对工艺作相对的调整。

4.2

PVC-U管材生产配方表2

本设计PVC-U管配方[14]：

原料名称单位（份）树脂PVC（SG5）100增塑剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP）2稳定剂甲基硫醇锡2润滑剂石蜡0.5加工助剂а-甲基苯乙烯（AMS）10填料偶联剂处理过的轻质CaCO38颜料钛白粉2增白剂UvitexOB0.5抗冲剂甲基丙烯酸甲酯（MBS）55

PVC-U管材生产工艺流程概述5.1生产工艺把成型PVC塑料管原料按配方要求分别计量，然后分别用高速热混机低速冷混机掺混在一起搅拌匀整，过筛后投入到双螺杆挤出机内，原料塑化呈熔融态，从成型模具中挤出成型管坯，再将管状由定径机定径，以达到工艺要求的PVC管直径和厚度，经水冷箱定型后切割成所需长度，即得挤出成型PVC管[15-17]。

整个生产工艺流程见附图。

5.2工艺流程框图原料及助剂高速混合过筛低速搅拌挤出口模定径冷却定型牵引切割捆扎包装

成品

图1工艺流程框图PVC管材生产工艺流程可分为三个过程：

1）成型料打算过程，包括配方、混合（高速和低速）、过筛或者造粒。

2）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。

3）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[18-19]。

6产品质量指标我国接受ISO国际标准的对应技术文件，结合国内PVC-U管材的发展状况和质量水平，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。

表3项目国家标准项目国家标准化工用硬聚氯乙烯管材GB/T4219-1996建筑排水用硬聚氯乙烯管材GB/T5836.2-92给水用硬聚氯乙烯管材GB/T10002.1-96埋地排污、废水用硬聚氯乙烯管材GB/T10002.3-96低压输水浇灌用薄壁硬聚氯乙烯管材GB/T13664-92农用硬聚氯乙烯管材JB/T5125-91对于饮水用压力管件，其卫生指标也有相应的标准可依。

1）铅的萃取值第一次小于1.0mg/L，其次次小于0.3mg/L。

试验方法按GB9644规定。

2）锡的萃取值其次次小于0.02mg/L。

试验方法按GB9644测定。

3）镉的萃取值三次取值均不大于0.01mg/L。

试验方法按GB9644测定。

4）汞的萃取值三次萃取值均不大于0.001mg/L。

试验方法按GB9644测定。

5）氯乙烯单体含量≤1.0mg/kg。

试验方法为：

在管件的管壁上切取0.3-0.5g试样，按GB4615规定测定。

从以上数据可知，PVC饮水用管件在生产过程中除了对树脂有确定要求外，应严格制运用含铅、锡、镉、汞等重金属的协助材料。

除以上所列内容外，国家标准GB/T17219—1998对饮水用管件也有较为严格的要求。

管件生产企业应予以重视。

7主要设备的工艺计算7.1生产线产能计算生产线的生产规模是日产2Km聚氯乙烯塑料管，此次生产的PVC管产品规格为Φ75～200mm，取Φ200mm管径为计算值，则壁厚为6.6mm，密度在1.35-1.45g/cm之间，2KmPVC管的体积为（0.1-0.0934）×3.14×2000=8.02m，则每天生产的成品PVC塑料管质量或许为8.02×1400=11222.46Kg，按每日工作24小时，其每小时成品生产实力约467.60kg。

下面，以该数据为基础，对生产设备进行工艺计算。

7.2原始数据

（一）聚合聚生产实力：

日产2kmPVC塑料管材

（二）年工作时间的确定（年工作小时数）：

年工作日=365-104双休日-10固定假日-30停工检修-10临时故障=211d机头清理、换过滤网时间1次/6天，8h/次每年工作小时数=（211×24）-（211/6）×8=4783h年实际生产日=4783/24=199d（三）PVC管材合格率

99.9%（四）产品规格

Φ75～200mm（五）损耗系数的确定：

依据塑料手册资料和有关相应生产单位的实际生产损耗确定其物料损耗数据如表4和表5所示。

表4

原材料处理物料损耗系数一览表

工序PVC树脂增塑剂输送粉料计量与输送筛选输送自然撒落损耗率，%0.20.20.10.20.2损耗率小计0.40.10.4

总损耗率，%0.9表5加工成型工段物料损耗系数一览表

工序混合挤出成型成型后处理损耗率，%0.20.40.3损耗率小计0.20.40.3总损耗率，%0.97.3物料平衡设计日产量=8.02×1400/99.9%=11233.70Kg/d设计年产量=11233.70×199=2235505.05kg/a=2235.51t/a按每天物料在各工序中进出料量进行计算：

每天各工序中的物料衡算汇总见表6。

表6

每天物料在各工序中的进出料量状况进行衡算

工序输入（kg）输出（kg）

物料小计物料损失小计原料处理及输送11438.3711438.3711335.42102.9511438.37混合11335.4211335.4211312.7522.6711335.42挤出成型11312.7511312.7511267.5045.2511312.75后处理11267.5011267.5011233.7033.811267.50日输入和输出物料量11438.3711233.70生产成品11233.70合格成品11222.46物料衡算流程图：

混合后处理成型配料11438

11335

11312

11267

11233

102.95

22.67

45.25

33.8图2物料阶段损耗量8主要设备选型及台数计算8.1原料的配混PVC管材的原辅料大多是固体粉料（只有少量助剂是液态），因此PVC管材成型料是通过物料间对流作用和剪切作用进行混合制备的。

目前绝大部分企业都是接受高速混合机将原辅料进行混合，再用低速冷混机将混合好的物料进行冷却。

8.1.1混合机结构及工作方法高速热混合机的混合原理主要是：

混合物物料受到高速搅拌，在离心力作用下，由混合室底部沿测壁上升，至确定高度时落下，落下后被离心力再次甩向侧壁，如此循环不停地运动，达到匀整混合和使塑料部分塑化吸附和包覆助剂，有利于后期加工[20-21]。

目前，国内应用最多的高速混合机结构如图3所示

图3高速混合机结构1—排料装置；2—混合室；3—搅拌桨；4—盖；5—折流板；6—电动机；7—机座；8—V带轮PVC管材生产中，高速热混合机的出料温度在120℃左右，需即时冷却到60℃以下，故高速热混合机出来的物料必需落人能降低物料温度的设备内，快速冷却，以防积累造成结块，影响下一步生产[22]。

此设备即称冷却混合机。

冷却混合机是PVC树脂加工成型过程中必不行少的冷却设备之一。

冷却混合机主要由锅体和搅拌装置组成。

锅体为双层结构，夹层空间内通冷却水。

立式冷却混合机内有的还有一个冷却水环，可以和锅体连接，也可以与锅盖连接，锅体冷却和冷却水环冷却组成了冷却混合机的冷却系统。

冷却混合机的搅拌桨结构简洁，最好是中空，能通入冷却水。

8.1.2混合机选型查表得配料表观密度为1.5kg/L