年产5000吨硬质聚氯乙烯管车间工艺设计

年产5000吨硬质聚氯乙烯管车间工艺设计
目录
第1章概述 (2)
第2章能力计算 (5)
第3章设备计算 (6)
第4章工艺参数 (10)
第5章车间设备布置 (10)
设备一览表 (12)
第1章概述
1.1PVC管材的特点
聚氯乙烯管材与使用钢铁和其它金属管相比有许多优越性,①聚氯乙烯产品消耗能源最少,生产成本最低;聚氯乙烯材料密度小,一般在 1.3左右;聚氯乙烯管材还具有极好的耐腐蚀性,在空气中暴露使用寿命可达50年,埋在地下可长期使用。

②电绝缘性能好，其体积电阻约为1×10 ～3×10 n.cm，击穿电压达23～28 Kv/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％。

聚氯乙烯管材存在以下缺点:①强度较低,受压能力较差。

②使用温度范围窄,一般在零下几度到50℃之间。

③膨胀系数大,是钢铁管的7倍,随温度膨胀和收缩变化较大,刚性较低,安装时,应多加支点。

④当制造聚氯乙烯管材的树脂中氯乙烯单体含量及某些稳定剂如铅盐、镉盐等物质超标时,会危及环境和人体健康。

聚氯乙烯管材与其他塑料管材相比,拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、隔热性能、自熄性等均较好,且价格也较低廉。

1.2PVC管材的市场及发展
建筑业是聚氯乙烯管材的最大市场,管材分为；两类,一种是耐压管,另一种是无压管。

耐压管主要用于自来水管、建筑热水供水管、公用工程供水管(一般采用100mm～900mm直径的管材);无压管大量用于室内下水管和雨水系统管。

公用工程排污管(一般采用直径400mm～1.2m的大口径管材)。

此外,建筑用串线管和地下电缆护管是聚氯乙烯管材应用的一个市场,现已在我国普遍采用,并具有进一步发展的巨大潜力。

最近几年,由于我国市场传统建筑材料价位不算高,还占有大量的市场,加之人们对新材料的接受能力等问题,保守估计,到本世纪末,国内建筑业消费聚氯乙烯管材将达40万t;到2010年,我国建筑用塑料管需求量可达(200～220)万t,
估计聚氯乙烯管材的需求量约在(180～200)万t,前景乐观。

我国是一个农业大国,幅源辽阔,是农用聚氯乙烯灌溉管的巨大市场。

我国是个缺水国家,每年旱情都十分严重,困扰着农业生产的发展。

大量事实证明,使用聚氯乙烯制作固定和半固定管喷灌系统,设备不腐蚀,管材不结垢,与使用铸铁管、铝管、ABS管相比大大降低了喷灌设施的造价,成为节水、节地、节省能源,解决12亿人口吃粮问题的重要措施之一。

农用喷灌管是我国管材的一个巨大市场,使用管材直径为25mm～160mm。

聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料[2]。

2006年我国PVC产业保持快速发展的态势，全年产能1099万吨，实际产量864.1万吨，整体供求关系发生了较大的变化[5]。

到2010年我国PVC树脂的需求量将达1100万吨，2020年将达到2160万吨。

预计到2010年全球PVC的需求量将达到3490万吨，2020年将达到4600万吨[6]。

1.3PVC管材的生产方法
硬质聚氯乙烯管材加工时,采用悬浮法聚氯乙烯树脂为主要原料,与稳定剂、颜料、润滑剂和填料等助剂配合使用,经捏合后,加入双螺杆挤出机塑化挤出聚氯乙烯管材,经冷却定型后,切割成需要的长度,加工温度160℃～180℃,根据管材不同用途,适当调整配方组分,以便获得有良好物化性能的聚氯乙烯管材。

国外为降低管材生产成本,推出了芯层发泡管,这种管材采用共挤出方法,使低发泡聚氯乙烯管材内、外表面覆盖一层非发泡聚氯乙烯硬皮层,该管材与不发泡管材相比韧性更好,有较好的承载能力,耐磨损和隔音效果,节约树脂25%～40%。

生产方法是将芯层、皮层使用的配料分别经过捏合后加人2台成90°角的挤出机组(或3台挤出机组)混炼塑化,然后,通过一分料头,确保分隔成2股硬皮层的物流与发泡芯层料很好连接,并送人后面的机头和模具,生产出表面光滑、管壁内部发泡的复合管壁结构的聚氯乙烯管材。

随着聚氯乙烯管材市场的扩大,大口径公用工程管,尤其是下水道管需求量逐年增加,管材直径越做越大,管材壁厚和用料也增加,使管材生产成本上扬。

为降低大口径管材的生产成本,国外做了大量的工作,一是开发了径向有增强肋的薄壁大口径管材,比旧工艺节约树脂40%,生产方法简单,管材有较高的抗冲击强度和韧性,由于加工方法简便、原料消耗量低,管径可做到500mm左右。

二是开发
了一种空心壁的聚氯乙烯大口径管,管径可做到1.5m 。

生产方法是先挤出矩形空心型材,然后螺旋缠绕并用红外线焊接成管材,而且加工速度与挤出加工相同,节约树脂50% ～60%,具有与实心壁管材一样的强度和韧性。

在美国,这种管材采用在
现场生产的方式,原料由供料汽车送到施工现场,采用连续作业,挖土机先挖出地沟,管材加工车随加工便将管材输人地沟,然后掩埋。

不但节约了管材的运输费用,而且
不需庞大的料场和仓库。

1.4 PVC 管材的生产工艺流程
硬质PVC 管材规格和形式很多，其生产工艺流程基本上如下图所示：
PVC 管材生产工艺流程可分为三个过程：
①成型料准备过程，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。

1.5 原料配方
组分名称 组分份数 百分率（%） PVC XS-4 100 66.23 CPE(36%) 10 6.62 ACR401 4 2.65 马来酸二丁基锡
2
1.32
切割
捆扎包装
成品
牵引
挤出
冷却定型
印商
高速混合
原料及助剂
低速搅拌
第2章 生产能力计算
原始数据:
（一）聚合聚生产能力 30000吨/年硬PVC 管材； （二）年生产时间 7200小时； （三）PVC 管材合格率 99%；
（四）产品规格 Φ 160～200 mm ；
2.1 生产能力的计算
kg 5
.70199
.072001000
5000合格率年生产时数装置产量（公称产量）每小时设计产量=⨯⨯=⨯=
kg 16836
245.701日生产时数每小时设计产量每天设计产量=⨯=⨯=
kg
505080072005.701年生产时数每小时设计产量年设计产量=⨯=⨯=2.2 物料衡算
按每天物料在各工序中进出料量进行计算
该工序的损耗率
出料量
进入工序物料量-=
1
kg 101320%
3.01101016
1=-=-=
后处理物料损耗率每天设计产量日进入后处理的物料量
kg 101625%
3.01101320
1=-=-=
挤出成型物料损耗率日进入后处理的物料量量日进入挤出成型的物料
kg
102033%
4.01101625
1=-=-=
高速混合机物料损耗率量日进入挤出成型的物料料量日进入高速混合机的物kg 102237%
2.01102033
1=-=-=
配料物料损耗率料量日进入高速混合机的物日进入配料的物料量
表十一 日生产物料衡算
物料衡算流程图：总加工损耗物料输出物料输入物料+=
83 166 124 123.6
第3章
设备计算
3.1 高速混合机的计算
查表得配料表观密度为1.5kg/L
kg 425124
102033
===
日生产时数量日进入高速混合机物料每小时设计产量
设每批的混合操作时间为0.7小时
L 8.19835
.17
.04251=⨯=⨯=
配料表观密度操作周期每小时设计产量每批混合物料量
查张家港宏基机械有限公司生产高速混合机资料选取SHR —800A 高速混合机，有效容积为
600L
表十二 SHR —800A 高速混合机参数
参数/型号 总容积 有效容积 电机功率 主轴功率（rpm ）
SHR —800A
800
600
60/90
370/740
台故取台
有效容积设计量混合机的台数43.3600
8
.1983===
3.2 螺杆挤出机计算
kg 423424
101625
===
日生产时数量日进入挤出成型的物料每小时设计产量
查阅闵氏集团塑料机械有限公司资料选取SJSZ —92×22型号锥形双螺杆挤出机
表十三 SJSZ —92×22型号锥形双螺杆挤出机参数
挤出机 型号 螺杆直径(mm) 螺杆转速 (rpm) 主电机功率(kw) 加热功率 (kw) 中心高 (mm) 净重 (kg) 最大挤出量
(kg) 外形尺寸 (m) SJSZ-92×22
92/188
34.7
75-110kw
85kw
1050
8000
800
6×1.6×2.5
台故取台挤出机的台数629.5800
4234
==
t/a 57601000
7200
8001000=⨯=⨯=
年生产时数最大挤出率设备年生产能力
3.3 挤出管辅机计算
本设计中，管材直径为160mm ,壁厚4mm
()()
m /kg 94.2150014.3076.008.0d 2222=⨯⨯-=⨯⨯-=ρπD 每米管重量
m in /m 7.23
6094.24251
=⨯⨯==
每米管重质量每小时设计产量辅机管材速度
查阅青岛福润德塑料挤出技术有限公司资料选取FPVCG-250牵引机，管材范围Φ90～250mm ，
生产速度1～3.6m/min ，外形尺寸4×1.6×1.5m
3.4 其他设备
t 030%991300001=-⨯=-⨯=）（合格率）（年设计产量年废品量
kg 427200
1000
300=⨯==
年生产时数年废品量每小时废品量
kg 10002442=⨯=⨯=日生产时数每小时废品量日废品量
查阅塑料磨粉机专业生产公司资料选取JWP-550型号磨粉机
表十四 JWP-550型号磨粉机参数
因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有100kg ，选取一台磨粉机就能达到生产求，
h 4250
1000===
磨粉机生产能力日废品量磨粉机日工作时数
查阅张家港市昌元橡塑机械厂资料选取SWP400型号破碎机
表十五 SWP400型号粉碎机参数
因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有100kg ，选取一台破碎机就能达到生产求，
h 5.1660
1000
===
破碎机生产能力日废品量破碎机日工作时数
3.5 原料消耗计算
表八 本设计配方
由表八得：
分配方的总分数8.151402.04.02.1244100=+++++++=
012.14
.4107841575===
日产量日消耗原料量总单耗
各种原料单耗总量：
成品总单耗配方总分数配方分数树脂单耗t /t 667.0012.18
.151100
PV C PV C =⨯=⨯=
成品年设计产量树脂单耗年消耗量t /t 202138.30304667.0PV C =⨯=⨯=
成品总单耗配方总分数配方分数树脂单耗t /t 027.0012.18
.1514
CPE CPE =⨯=⨯=
成品年设计产量树脂单耗年消耗量t /t 2.8188.30304027.0CPE =⨯=⨯=
成品
总单耗配方总分数配方分数单耗t /t 027.0012.18
.1514
3PbO.PbSO 3PbO.PbSO 44=⨯=⨯=
成品年设计产量单耗年消耗量t /t 3.38.30304027.03Pb.PbSO 4=⨯=⨯= 成品总单耗配方总分数配方分数硬脂酸铅硬脂酸铅单耗t /t 013.0012.18
.1512
=⨯=⨯=
成品年设计产量硬脂酸铅单耗年消耗量t /t 3948.30304013.0=⨯=⨯= 成品总单耗配方总分数配方分数硬脂酸钡硬脂酸钡单耗t /t 008.0012.18
.1512
.1=⨯=⨯=
成品年设计产量硬脂酸钡单耗年消耗量t /t 4.2428.30304008.0=⨯=⨯= 成品总单耗配方总分数配方分数石蜡石蜡单耗t /t 003.0012.18
.1514
.0=⨯=⨯=
成品年设计产量石蜡单耗年消耗量t /t 9.908.30304003.0=⨯=⨯= 成品总单耗配方总分数配方分数蜡蜡单耗t /t 001.0012.18
.1512
.0PE PE =⨯=⨯=
成品年设计产量蜡单耗年消耗量t /t 3.308.30304001.0PE =⨯=⨯= 成品总单耗配方总分数配方分数轻质碳酸钙轻质碳酸钙单耗t /t 267.0012.18
.15140
=⨯=⨯=
成品年设计产量轻质碳酸钙单耗年消耗量t /t 4.80918.30304267.0=⨯=⨯=
第4章工艺参数
第5章车间设备布置
5.1车间设备布置的原则
从经济和压降观点出发，设备布置应顺从工艺流程，但若与安全、维修和施工有矛盾时，允许有所调整。

根据地形、主导风向等条件进行设备布置，有效的利用车间建筑面积（包括空间）和土地（尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并）。

明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧，并集中布置在装置（车间）边缘。

控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位，并在危险区外。

充分考虑本装置（车间）与其他部门在总平面布置图上的位置，力求紧凑、联系方便，缩短输送管线，达到节省管材费用及运行费用的目的。

留有发展的余地所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范的要求。

有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置，并设围堰，以便集中处理。

设备安全通道、人流、物流方向应错开。

设备布置应整齐，尽量使主要管道走向一致。

5.1车间设备平面布置
车间平面布置按其外形一般分为长方形、L形、T形和Ⅱ形等。

长方形便于总平面图的布置，节约用地，有利于设备排列，缩短管线，易于安排交通出入口，有较多可供自然采光和通风的墙面；但有时由于厂房总长度较长，在总图布置有困难时，为了适应地形的要求或者生产的需要，也有采用L形、T形和Ⅱ形的，此时应充分考虑采光、通风和立面等各方面的因素。

设备一览表
11。