高分子材料加工厂设计.docx
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高分子材料加工厂设计
（2016-2017学年第一学期）
《高分子材料加工厂设计》结业论文
题目：
涤纶化纤厂设计
**********************************************
学院：
材料与纺织工程学院
专 业：
高分子材料与工程
班 级：
高材142班
学号：
************
联系方式：
132****6532
**** 董军
2017年1月2日
涤纶短纤维的工艺流程设计
黄泰铭（嘉兴学院，高材142班）
摘要：
本文综述了年产6万吨的纤维厂设计的可行性报告，着重介绍了涤纶短纤维的工艺流程。
结合生产企业的实际情况，利用回收瓶片生产涤纶短纤维。
关键词：
涤纶短纤维；工艺流程；工厂设计
ProcessDesignPolyesterStapleFibers
Huangtaiming（PolymerMaterial142,JiaxingUniversity）
Abstract:
Thispaperreviewstheannualoutputof60,000tonsoffiberplantdesignandfeasibilityreport,highlightingtheprocessofpolyesterstaplefiber.Productionenterpriseswiththeactualsituation,theuseofrecycledpolyesterstaplefiberbottlechipproduction.
Keywords:
polyesterstaplefiber;process;Designoffactory
第一章总论
第一节概述
为了适用日新月异的城乡建设发展的需求，进一步开拓相应的产品市场，有效地强化企业的生存与竞争能力，平顶山市天丰材料公司拟投资建设年产6万吨涤纶短纤维厂。
平顶山市天丰材料公司概况如下：
拟投资项目名称：
南宁市鸣人材料公司
法定地址：
广西南宁市武鸣区
项目投资人：
黄泰铭
南宁市鸣人材料公司年产6万吨涤纶短纤维厂项目由黄泰铭投资兴建，项目总投资一亿元，注册资本金额是以人民币现金投资，项目选址在广西南宁市武鸣区。
第二节项目建设的必要性及有利条件
一、项目建设的必要性
我国衣食住行。
人民生活、生产都离不开化纤，棉布、棉纱、许多产品都用化纤取代，化纤产品的价格从2002-2009年趋上升之势，从5000元/吨上升到15000元/吨。
全球对纤维的需求量不断增加。
国际权威机构调查表明，近20年来，世界各种纤维的需求量以每年3%的速度增长，2000年需求总量超过6300万吨，中国成为世界上最大的纤维消费国，在未来的十年内增长幅度将是世界首屈一指的，加拿大和美国仍然是世界第二大纤维消费市场，西欧第三。
由于天然纤维发展受耕地条件限制，大力发展化学纤维则是解决纤维总量不足的唯一途径。
目前，我国早已加入WTO，城乡建设日异月新，人们生活水平日益提高，为了增强企业的市场竞争能力，提高企业的经济效益，充分依托新沂区位优势、资源优势等有利条件，建设具有一定规模的涤纶纤维项目显得尤为重要和迫切。
二、企业自身有利条件
1、区位优势
南宁-东盟经济开发区落户武鸣境内的南宁华侨投资区以后，该县注重以此为契机，及时理清发展思路，重新谋划县域工业发展布局。
经开区的土地与县内4个镇的土地相连，南宁市至经开区高速公路经过县城、贯穿县境3个镇。
抓住这一便利条件，该县把原来的伊岭工业集中区范围扩大到50平方公里，并分为城南工业园和城西工业园，介于南宁市区、武鸣县城和南宁－东盟经济开发区之间，使优越的地理位置进一步凸显。
2、企业的信誉
该公司的投资者具有多年的企业管理经验，社会信誉高，资金积累丰厚，不仅具有很好的社会关系，同时具有较好的银企关系，其良好的信誉取得各家银行的信任。
3、人员素质
南宁市鸣人材料公司拥有一批经验工程技术人员和熟练的操作人员，人员素质高，为本项目建设提供了人员及技术保证。
综上所述，我国涤纶纤维企业面临着严峻的挑战，同时也带来了发展机遇。
现实迫使该行业不得不面对新的市场动态，进一步深入地调整产品结构，采用先进技术、先进工艺降低成本，以期在激烈的竞争中求得生存空间，求的发展壮大。
第三节可行性研究的范围
本可行性研究的重点为：
一、市场需求
二、建设规模及产品方案
三、生产技术路线的选择
四、设备国产化的方案
五、建设投资和经济评价
第四节研究结论
一、项目的建设是必要的
由于我国国民经济的发展人们生活水平的提高，尽管国内涤纶纤维近年来发展很快，但仍然跟不上需求的增长速度，大力发展涤纶纤维仍是我国未来多年纤维产业发展的任务。
二、建设规模的合理
本项目生产能力为年产6万吨的涤纶纤维，规模大，单位投资小、成本低、企业经济效益好、市场竞争能力强，投资风险小。
工艺技术先进可靠
本装置采用国产化设备，已实现了装置国内总成套，部分关键设备进口，主要设备由国内设计，国内制造。
产品质量达到国际同行业先进水平。
实践表明，国产化技术是先进的，也是成熟可靠的。
三、依托条件好
本项目充分利用平顶山市开发区的地理位置、基础设施以及公司的人才、技术、资金、管理、市场和品牌等方面优势，缩短建设周期，节省基建费用，实现投资省，速度快，效益好的目标。
四、经济效益好
本项目涤纶纤维10条生产线，年产值52200万元，经济效益良好，且有一定的抗风险能力。
综上所述，本项目在技术及经济上是可行的。
第二章市场需求及预测
涤纶作为衣用纤维，其织物在洗后达到不皱、免烫的效果。
常将涤纶与各种纤维混纺或交织，如棉涤、毛涤等，广泛用于各种衣料和装饰材料。
涤纶在工业上可用于传送带、帐篷、帆布、缆绳、渔网等，特别是做轮胎用的涤纶帘子线，在性能上已接近锦纶。
涤纶还可用于电绝缘材料、耐酸过滤布、医药工业用布等。
合成纤维因具有强度高，耐磨、耐酸、耐碱、耐高温、质轻、保暖、电绝缘性好及不怕霉蛀等特点，在国民经济的各个领域得到了广泛的应用。
综上所述，涤纶纤维质量好，档次高，交易及时，在市场上有相当大的潜力，因此前景是乐观的。
第三章建设规模和产品方案
第一节建设规模
本项目涤纶纤维10条生产线。
年均操作天数为333天（8000小时）。
第二节产品方案
坚持贯彻以市场为导向，以科学技术进步为动力，走可持续发展的道路，并以市场为导向，实行以销定产，妥善定位产品，以质量取胜，拟定项目产品为涤纶短纤维产品。
第四章工艺技术方案
第一节工艺流程
一、工艺原理[1]
熔体经过降温的熔体输送过程，进入纺丝箱体，经计量泵计量和增压后经过组件使熔体从喷丝板的喷丝孔内喷出形成熔体细流，经环形吹风冷却成原丝。
由于卷绕速度大于挤出速度、丝的自重和流变性能，原丝的分子链中已有一定的拉伸取向，称预取向。
由于熔体细流细长易冷却，一般结晶度较低，所以预取向主要是非晶的分子链取向。
预取向的程度受熔体温度、纺丝压力、喷丝孔的长径比、环吹风对丝的冷却速度、以及卷绕速度等因素影响;随着纺丝熔体的黏度升高、卷绕速度和拉速比的增加以及冷却速度的加快，原丝的预取向程度提高，而且预取向对后加工有很大影响。
二、纺丝工艺流程：
【2】
来自干燥后的瓶片→螺杆挤压→双过滤+增压泵熔体输送→立式计量泵→纺丝箱→冷却吹风→卷绕上油→六辊牵引喂入→丝桶往复→丝桶搬运。
后处理工艺流程：
集束架→上导丝架→下导丝架→七辊导丝机→浸油槽→第一拉伸机→水浴拉伸槽→第二拉伸机→蒸汽加热箱→紧张热定形机→冷却喷淋装置→第三拉伸机→三辊叠丝机→三辊曳引机→张力调节架→卷曲预热箱→卷曲机→铺丝机→上油机→松弛定形机→捕集器→曳引张力机→切断机→打包
表纺丝级回收瓶片的质量控制指标表如下所示：
主要纺丝及后处理工艺参数如下表所示:
第二节特定条件
一、PET熔体品质【3】
PET品质对纺丝成形过程以及纤维品质均有明显影响。
特性黏度是聚合度的标志，为保持纺丝稳定，黏度波动愈小愈好，直接纺的熔体黏度波动偏差应保持±0．015dL/g之内。
黏度是否稳定是直接纺丝成功的关键，特性黏度过低则纺丝困难，断头、毛丝多，纤维强度等品质指标下降，直接纺丝的熔体黏度大于0．60dL/g即可。
二、熔体温度
熔体温度作为一项重要的纺丝工艺,直接影响到纺丝质量和生产操作。
控制好适当的螺杆各区温度,或者控制熔体输送温度、箱体温度等参数,其目的是为了使切片很好地熔融,聚合物的降解尽可能小,且使熔体具有恒定而适宜的温度。
若熔体温度过高,热降解大,则会造成注头丝;若温度过低,则易使熔体剪切应力上升,从而造成硬丝,给纺丝生产带来困难,并影响初生纤维质量。
由于瓶片和聚酯切片相比熔点较低,粘度较高,再加之原料的熔点、粘度都有差异,更应严格控制熔体温度。
将熔体温度控制在276℃左右,纺丝温度适宜,初生纤维质量
好。
喷丝板表面因与空气接触，温度一般低于箱体温度，为了顺利纺丝，喷丝板表面温度宜比熔体温度高出4～10℃。
[4]
三、冷却吹风温度、湿度、风量和风速
风温与丝束的冷却速度直接有关，为了保持纺丝稳定，风温偏差要小，最好控制在1℃以内。
风温低，冷冻量大，能耗大。
由于冷却风温会直接影响喷丝板温度，当温度过低时喷丝板更换率会明显增加。
而温度过高，易引起毛丝、断头，并影响未拉伸丝品质，一般选择22～26℃。
风湿高、热含量高，冷却效果好，但易结露。
一般认为含湿量在14～18g/kg（干空气）最佳。
冷却风送风量和喷丝板熔体吐出量有关，吐出量大则送风量应相应增加。
单丝根数多，风量亦应增大些。
风速应保证风能均匀地吹到所有丝条上，风速和初生纤维的倍半伸长率和直径均匀率有一定的关系。
四、拉伸工艺
纤维经过拉伸，其取向度及结晶度增高，拉伸不仅是提高纤维物理机械性能的必要手段，也是检验前工序品质的关口。
丝束温度的影响:
进入第一拉伸浴槽的丝束，经过预热（40～50℃）比不经过预热（如15～20℃）更有利于拉伸，这主要是预热能使内外丝层温度更趋均匀。
经过预热的丝束拉伸后，其未拉伸丝和不完全拉伸丝（异常纤维）的数量比无预热的少得多。
丝束密度的影响:
丝束密度是指单位宽度丝束中纤维的总线密度，拉伸辊上丝束密度不同，拉伸效
果也不同。
一般说来，丝束密度过大，纤维间受热不匀，因而未拉伸丝和不完全拉伸丝数量也多，所以丝束密度不宜过大，随着丝束总线密度增加，丝束宽度亦应相应增加。
拉伸温度的影响:
纤维的屈服强度随拉伸温度的提高而降低，在玻璃化温度附近有明显转折，因此拉伸温度必须在玻璃化温度以上。
在65～70℃水中进行第一段拉伸，拉伸时肩颈消失，成为均匀拉伸。
拉伸速度的影响:
拉伸速度一般指最后一段拉伸结束时出第三拉伸机拉伸辊的表面速度，在丝束总线密度相同条件下，提高拉伸速度则单机产量随之提高，显然，提高拉伸机速度是提高拉伸机效率的主要途径。
拉伸倍数确定应根据拉伸段数及成品最终物理机械性能的要求确定。
影响最大拉伸倍数的因素除了原丝分子质量外，未拉伸丝的取向度是关键。
拉伸倍数愈大，纤维强度愈大，伸度愈小，制品的强伸度曲线有所变化。
五、热定型的工艺
热定型温度愈高，结晶速度愈快，结晶度明显增长，但当温度超过200℃时，热定型的效果反而下降。
紧张热定型时，温度愈高，纤维的强度愈高，伸度愈低。
为了保证满足用户需要，热定型温度务必严格控制。
热定型时间延长，可以提高定型效果，但与温度相比，温度是决定性因素。
当温度过低时，即使延长定型时间，也不能达到定型效果，特别是紧张热定型，丝束停留时间有限，更要注意温度的选择[5]
第三节主要原料供应
回收瓶片的原料主要来源于矿泉水瓶、可乐瓶、热罐装饮料瓶和油瓶等。
原料的主要来源于废旧物资回收行业。
其原材料市场供应量充足，价格低廉。
根据调查，主要原料市场应量大，能满足本项目所需。
辅料材料中的增白剂、油剂等为普通化工助剂，直接从周边市场购买。
第四节公用工程及消耗
1、供电：
5000KW电源供电。
2、供水：
每天生产用水量100吨。
生活用水来自地下水。
第五节装置的控制水平
设备自动化水平较高，可以在生产过程中进行自动化控制。
第五章厂址及总图运输
第一节厂址的自然条件
一、厂址
鸣县是广西首府南宁市辖县，位于中国广西壮族自治区南部，大明山以西，右江支流武鸣河流域，县城距南宁市区32千米，距钦州港、防城港和北海海港分别为138公里、210公里和241公里。
县域总面积3366.近年来，随着中国—东盟博览会长期落户南宁、中国—东盟自由贸易区全面建成、国家西部大开发战略深入实施、广西北部湾经济区开放开发上升为国家战略等，依托首府南宁市加快建设区域性国际城市和广西“首善之区”幅射带动，全县上下坚持以科学发展观为统领，以开放创新为动力，全力推进新型工业化、城镇化、农业现代化、信息化、市场化进程，经济社会各项事业焕发出前所未有的生机和活力。
二、气象条件
武鸣县地理坐标北纬22°59′—23°33′与东经107°49′—108°37′之间，亚热带季风区，气候温和，雨量充沛
1、气温
多年平均气温21.7℃
一月份平均气温12.8℃
七月份平均气温28.6℃
极端最高气温40.7℃
极端最低气温-0.8℃
2、降雨量
多年年平均降雨量1304.2mmmm
多年平均降雨天数155.10天，日平均降雨量6.50mm，历年最大日降雨量283.20mm。
降雨在时空上分布不均，每年4～10月降雨量占全年84.4%，11月至翌年3月为枯水期，降雨占全年的15.6%
3、风向
平均风速1.9m/s，主导风向夏季为东南，冬季为北西。
4、湿度多年平均湿度21.7HPa
7、厂址水文资料
历史平均水位：
63.30m
8、地震烈度:
南宁市属桂西弱震地震构造区。
地震频率不高，强度不大，震源浅。
第二节总平面规划方案
一、总平面布置
总平面布置严格遵照国家和地方的有关规程、规定和规范要求。
总平面布置以生产工艺流程为主导，综合考虑厂址所在地的自然气象条件，地形、地貌，交通运输等因素，力求总平面布置功能分区明确，工艺流程合理，交通运输通畅。
厂址可用地范围：
征用土地。
二、道路布置
为满足厂区运输和消防要求，主要生产车间周围均设环状砼道路。
厂区道路型式为城市型，路宽4—8米。
第三节运输及仓贮
一、工厂运输
1、运输方式及设施
本项目厂外运入原料及成品外运均采用汽车或汽车槽车运输。
厂内运输采用叉车运输。
本工程生产运输所需车辆均考虑租用社会运输设施来解决，本项目仅配备生活用车及厂内运输叉车。
小汽车：
1台面包车：
1台
客货两用车：
2台叉车：
2台（2吨）
二、厂外运输
本项目建设地点在武鸣区，武鸣境内公路四通八达，是大西南陆路出海的重要通道之一。
境内210国道及20323、20321省道、兰海高速公路G72北往贵州、重庆、南到湛江港、北海港、防城港，与全国高速公路网络相连，铁路运输网相连，因此本企业的运输条件十分便利。
三、仓贮设施
成品库，原料库以满足生产需要为前提。
第六章土建及公用工程
第一节土建
一、建筑
本着实用、经济、兼顾美观的原则，厂房力求平面布置合理、立面简洁、朴素大方。
采用先进技术、新型材料，使建筑物满足生产使用。
二、结构
1、结构选型：
主要生产装置根据工艺生产要求，采用框架结构，辅助生产用房则分别采用混合结构和框架结构，详见下表。
2、抗震：
抗震设防烈度为8度，按现行国家标准《建筑抗震设计规范》进行建、构筑物抗震设计。
3、地基基础：
根据地质报告及当地施工情况，采用柱下独立基础。
建、构筑物一览表如下所示：
表3
序号
项目名称
建筑面积
结构形式
备注
1
原料库
2000
钢筋砼框架
2
成品库
6000
钢筋砼框架
3
生产车间
20000
钢筋砼框架
4
办公及其他
2000
钢筋砼框架
小计
30000
钢筋砼框架
第二节给水排水
本项目所需要的生产用水、生活用水及消防用水来自地下水。
本项目所产生的生产用水和生活用水属于无污染水，可直接与雨水排至厂区外的雨水管道。
一、给水
给水系统的划分根据各用水部门对水质、水压的要求，给水系统划分如下：
1、生产、生活给水系统2、消防给水系统
二、排水
系统划分根据各用水部门的排水状况，按清污分流的原则，排水系统划分如下：
1、生活水系统2、生产水系统3、雨水系统
三、节水[6]
为节水采用“减少或不用加热蒸汽,少进新风,用回风操作,停用水泵”的方法,即可达到环境温度的要求,还可节约新水
本项目生产用水主要为清洗及循环水。
生产中应加大清洗用水的循环利用，减少渗透，节约用水。
第三节消防设计
一、消防设计原则
本项目的生产类别为丙类，建筑耐火等级为二级，执行《建筑设计防火规范》（GBJ16-872001版）等有关规范的规定。
确定本项目的消防用水量为室内301/s,室内151/s。
另外厂区设置室外消火栓，车间内设置室内消火栓。
二、消防给水系统
本项目厂内设有消防水泵，向喷水织机装置供给消防用水，消防水泵供水能力为65升/秒。
平时采用生产生活水泵维持管网压力，当接到火警信号后，自动启动消防水泵向室内、外消火栓系统供水。
三、急救消防设施
根据《建筑灭火器配置设计规范》（GBJ140—90）的规定，在本项目各建筑内均配置一定数量的灭火器，以及时扑灭初起火灾。
第四节供电及通讯
一、电源情况
工程建在平顶山市鲁山县熊背乡内，由熊背乡管委会提供一10KV专用架空线供电。
二、装机容量、用电负荷等级
5000KVA，负荷属于二级负荷。
主要电气设备选型如下表所示：
表4
序号
名称
型号
数量
单位
备注
1
转鼓
VC358
20
台
国产
2
水环真空泵
7
套
国产
3
湿料仓
20
台
国产
4
干料仓
3
台
国产
5
螺杆挤出机
175*30
3
台
国产
6
熔体过滤器
3
台
国产
7
纺丝机
24位
3
台
国产
8
纺丝箱
3
台
国产
9
卷绕机
3
台
国产
10
油轮传动装置
3
套
国产
11
油剂循环泵
1
套
国产
12
九辊牵引机
1
台
国产
13
喂入机
1
台
国产
14
盛丝筒往复机
1
台
国产
15
往复机控制系统
1
套
国产
16
导热油加热循环系统
1
套
国产
17
联合机控制系统
1
套
国产
18
计量泵
1
台
国产
19
油泵
2
台
国产
20
不锈钢盛丝桶
100
台
国产
21
导丝机
1
台
国产
22
冷油浴槽
1
台
国产
23
第一牵伸机
1
台
国产
24
热油浴牵伸机
1
台
国产
25
第二牵伸机
1
台
国产
26
第三牵伸机
1
台
国产
27
蒸汽箱
1
台
国产
28
紧涨热定形机
1
台
国产
29
牵引机
1
台
国产
30
叠丝机
1
台
国产
31
卷曲机
1
台
国产
32
切断机
1
台
国产
33
松弛热定型机
1
台
国产
34
包装系统
1
套
国产
35
锅炉
10T
45
台
国产
36
变压器
1600KVA
42
台
国产
37
叉车
3T
10
台
国产
38
工具车
42
台
国产
第五节通风与空调
一、通风
生产车间内自然通风条件不利的部位设置机械排风，充分排除生产区域内的余热和生产过程中产生的气体，满足生产和劳动保护要求。
在有热湿气体散发的房间，均在外墙上安装轴流风机或设屋顶风机进行排风。
二、空调
空调冷源设在动力站。
制冷系统由两部分组成:
一个是供聚酯装置用的制冷系统;另一个是供空调装置用的制冷系统。
空调用制冷系统选用了2台离心式冷水机组,每台制冷量为2616kW。
冬季供暖则由组合式空调机组承担,空调机组加热器的热媒为0.3MPa饱和蒸汽,由厂区锅炉房集中供给。
空调蒸汽冷凝水与工艺生产所产生的蒸汽冷凝水经冷凝水回收装置统一加压后送回锅炉房。
锅炉房共设2台15t/h,2.5MPa的蒸汽锅炉。
本厂的聚酯装置、涤纶长丝装置、涤纶短纤维装置及厂区各公用工程子项的工艺用汽、空调用汽、各管道
伴热用汽均由该锅炉房提供。
[7]
第七章环境保护
第一节概述
本工程建设时，将严格执行《中华人民共和国环境保护法》、《建设项目环境保护管理办法》和基本建设的有关规定，详见下表。
表5
第二节“三废”排放及治理
一、废水装置的废水主要来自生产中所产生的生产水循环使用以及冲洗设备和地面的排水，基本无废水，废水直接进入开发区的排污管网。
二、废气无废气
三、废渣无废渣
四、噪声可产生一定噪声低于85db以下。
第三节绿化
绿化除具有美化环境、遮阳防风、调节气候等作用外，对保护环境、防治污染具有重要意义。
本项目在厂区道路两侧和建筑物周围种植适当的乔、灌木和花草植物，既提高绿化率，又美化环境。
第八章职业安全与工业卫生
第一节安全卫生设计依据、标准及原则
一、设计依据
劳动部颁发的劳字（1988）48号文《关于生产性建设项目职业安全卫生监察的暂行规定》
二、主要设计标准
《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87—85
《建筑抗震设计规范》GBJ11—89
《工业企业设计卫生标准》TJ36—79
《生产设备安全卫生设计总则》GB5083—85
三、设计的主要原则
1、职业安全卫生设计的主要原则
本项目的设计充分贯彻“安全第一，预防为主”和“生产必须安全，安全为了生产”的设计思想，对生产中易燃、易爆、有害物质设置必要的防范措施，并实施有效控制，防治事故的发生。
2、工业卫生设计的主要原则
本项目的工业卫生设施设计，贯彻“预防为主”的卫生工作方针，并严格执行国家、地方及行业主管部门多颁发的工业卫生设计标准及规范的规定，力求做到一级预防，使生产环境达到卫生标准的要求。
同时在工作环境和生活设施的设计中，保证操作人员的作业和生活环境，满足规定的卫生要求。
第二节职业安全卫生防护措施
一、生产工艺的安全措施
选用先进合理和成熟可靠的工艺流程，在成产过程中，设置必要的报警、联锁、自动控制系统，当有事故发生时，个安全系统动作，使生产按要求停车或排除故障。
二、电气安全措施
1、所有电气设备及照明灯具的选型、安装和电气线路敷设均根据设备提供商提供的有关标准进行设计。
2、对生
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