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1、硬 PVC 管材生产车间工艺设计第一章概述2l.1 聚氯乙烯管材的特点21.2 PVC 管材行业的现状和应用前景2. 21.3 国内外主要工艺路线的比较和选择41.4 原料的选择和生产配方的比较51.4.1 PVC 管材主要原料PVC 树脂选择51.4.2 PVC-U 管材生产配方751.5 生产工艺流程概述61.6 产品质量指标7其次章硬 PVC 管生产车间工艺计算82.1 生产力气计算82.2 物料衡算8第三章 设备选型和台数计算103.1 高速混合机的计算103.2 螺杆挤出机计算103.3 挤出管辅机计算113.4 其他设备113.5 原料消耗计算12第四章 工艺参数14第五章 安全与
2、环保15设备一览表16参 考 文 献1710第一章 概述PVC 是聚氯乙稀polyvinyl chloride塑料的英文缩写。这种让人愉快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、食盐和自然气、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其次大通用树脂，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，作为一种型的建筑材料， 越来越受到人们的重视和关注。它质轻、光滑、美观、水阻小、组配灵敏、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，正以不行
3、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局部是承受硬质聚氯乙烯管。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 1/6，1 t 塑料管可代替 1013 t 铸铁管，运输安装简洁。耐腐蚀性能好。电绝缘性能好，其体积电阻约为 110 310 n ，击穿电压达 2328 Kv/mm。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削减。导热系数小，
4、耐候性较好，隔热性能好。着色便利,不需油漆,且简洁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 。1.2 PVC 管材行业的现状和应用前景2近十几年来中国的塑料管业以令世人惊异的速度蓬勃进展。中国塑料管产量从 90 年的不到 20 万吨增长到 2023 年近 80 万吨，在上世纪的最终十年内增长高达 300%。进入世纪后连续高速增长，虽然基数在增加，年增长率照旧很高。2023 年我国塑料管的总产量已经超过 300 万吨。2023 年起，中国在全世界各国塑料管产量的排位中已是第 2 位。表一 七个国家近年塑料管产量比较3国家美国意大利德国英国西班牙日本中国年产量44444.842
5、30.830.861.8332表二 2023-2023 中国塑料管道行业产量及增长状况单位：万吨年 份20232023202320232023202320232023总产量78.6121.4136.9163.8190.7236.7288.1331.8年增长%54.412.819.616.424.121.715.2表三2023 年中国各种塑料管在各个市场领域的分布单位：万吨分类室外给水建筑给水建筑排水埋地排水燃气用管护套管农业用管工业用管总计WOBWIBDIBDOBGASCDTAGCIDT总量8340465310532225332比例25%12.5%13.5%16%3%16%6.5%7.5%10
6、0%PE30121.520.51025105114PVC4254426.5-25115158.5PP3220.51-31333.5GRP8-5-821其他-1-45表一、二、三显示出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。在政府的鼓舞和支持下，通过市场竞争的推动，得益于经济大进展的环境， 我国塑料管的产业化进展取得巨大进步。近年已经消灭一批规模化、配套化、跨地区生产和经营的企业集团，年销售额到达数亿至数十亿。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 chinaust ，河北宝硕管
7、材 bspipe .cn等领先企业。估量现在我国领先的近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。我国塑料管产业构造和布局的进步是保证我国塑料管今后能够持续进展的 重要根底。国际上兴盛国家的塑料管业都是由少数领先企业占市场主体的，例如： 依据 AMI 资料，欧洲热塑性塑料管业 2023 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：Wavin 40 万吨，Alphacan 超过 20 万吨，Pipelife 超过 20 万吨。表四国内 20232023 年PVC 管道的产量生产厂家产量生产厂家产量川路塑
8、胶16万吨上海公元4万联塑科技11.5万吨福建亚通4万吨华亚塑胶10万吨湖北凯乐4万吨河北宝硕8万吨广东顾地3万吨国风集团8万吨沈阳久利3万吨中材管道6.5万吨国通高2.5万吨成都康乐公司浙江永高5万4.5万吨天津盛象1万1.3 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确定外形的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断面外形的连续型材。目前大多数生产PVC管材的企业都是承受螺杆挤出机进展干法塑化工艺连续操作。螺杆挤出机又可分
9、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.构造简洁，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， 工艺把握简洁。双螺杆挤出机：a.构造简洁，价格高。b.具有很好的混炼塑化力气，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，还必需经过混炼塑化加工成粒料的工序才能进展生产。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，削减了造
10、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，一般可到达 24 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关心型材生产，挤出速度仅为12米/分钟，而且目前国产双螺杆挤出机的质量已根本到达进口双螺杆挤出机的水平，价格仅为进口机的1/31/5。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争论也日渐深入4。综上所述，本工程承受锥型异向双螺杆挤出机生产PVC管材。1.4 原料的选择和生产配方的比较1.4.1 PVC 管材主要原料PVC 树脂选择生产
11、PVC 管材的原料主要是悬浮法聚合的聚氯乙烯树脂5。依据国家标准 GBT5761-93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。型号聚合温度表五 我国悬浮法聚氯乙烯树脂的型号及相关参数粘数/K 值聚合度参考用途/ml/gSG-148.2154144777518001650高级电绝缘材料SG-250.5143136747316501500电绝缘材料，一般软制品SG-353.0135127727115001350电绝缘材料，农膜，塑料鞋SG-456.5
12、126119706912501150薄膜，人造革，高强度硬管SG-558.0118107686611001000透亮制品，硬管，型材SG-661.8106966463950850唱片，透亮片，硬板，焊条SG-765.595876260850750吹塑瓶，透亮片，管件SG-868.586735955750650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，参与 5080 份的增塑剂。而加工硬制品时，一般不加或很少量参与增塑剂，所以用 PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG
13、7、PVC-SG8 型。如 PVC 硬管使用 SG4 树脂 塑料门窗型材使用SG5 树脂，硬质透亮片使用 SG6 树脂、硬质发泡型材使用 SG7、SG8 树脂。生产 PVC 管材所用的树脂必需符合挤出加工的要求6，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。1.4.2 PVC-U管材生产配方7表六 有机锡体系PVC-U 管材配方组分配方1配方2组分配方1配方2PVC S-65100100钛白粉1
14、.51.0有机锡稳定剂0.20.40.20.4石蜡1.2硬脂酸钙0.50.80.8ACR(加工改进剂)0.40.8聚乙烯蜡0.30.6ACR(抗冲击改性剂)1.52.0微晶蜡0.61.0C0.005碳酸钙10121030表七 铅盐体系PVC-U 管材配方组分配方1配方2配方3配方4配方5PVCSG5 100K=62-65100SG5 100SG5 100K=66 1003PbO.PbSO45.01.05.541.82.5硬脂酸铅0.50.80.70.5硬脂酸钙0.50.410.8硬脂酸钡211.2碳酸钙5.0105.0硫酸钡1010TiO21.0-1.51.01.2石蜡10.8聚乙烯蜡0.2氧
15、化聚乙烯0.15蜡硬脂酸0.6炭黑0.050.05颜料适量适量适量硬脂酸铅2轻质碳酸钙40经过比较，在本设计中承受如下配方表八本设计配方PVC树脂100硬脂酸钡1.2CPE树脂4石蜡0.43PbO.PbSO44PE蜡0.21.5 生产工艺流程概述硬质PVC管材规格和形式很多，其生产工艺流程根本上如以以下图所示：原料及助剂高速混合低速搅拌印商牵引冷却定型挤出PVC 管材生切割产工艺流程可捆分扎为包三装个过程：成品成型料预备过程，包括配方、混合高速和低速、过筛或者造粒。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展加热、塑化。塑化完全后，塑化
16、料被定量挤出。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。1.6 产品质量指标我国承受 ISO 国际标准的对应技术文件，结合国内 PVC-U 管材的进展状况和质量水平，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九。表九工程国家标准工程国家标准化工用硬聚氯乙烯PVC-U管材给水用硬聚氯乙烯建筑排水用硬聚氯乙GB/T4219-1996GB/T5836.2-92烯PVC-U管材埋地排污、废水用硬PVC-U管材低压输水浇灌用薄壁硬聚氯乙烯PVC-U管材GB/T10002.1-96聚氯乙烯PVC-U管材农用硬聚
17、氯乙烯GB/T13664-92PVC-U管材GB/T10002.3-96JB/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、改进剂、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，其余局部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本钱碳酸钙的吨价与 PVC 粉吨价比例为 1：16。碳酸钙与 PVC 粉的比例关系直接打算了管材质量的好坏。假设碳酸钙含量过高，虽然也能生产出管材，但质量无法得到保证，更不能满足 PVC
18、-U 管材 50 年之使用寿命。承受非铅盐稳定剂取代传统铅盐热稳定剂来生产 PVCU 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，积存过多会引发铅中毒。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。其次章 硬 PVC 管生产车间工艺计算计原始数据:一聚合聚生产力气12200 吨/年硬 PVC 管材；二年生产时间7200 小时；三PVC 管材合格率四产品规格99%； 160200 mm；五物料损耗系数表十 物料损耗工序配料高速混合挤出成型成型后处理损耗率0.2%0.4%0.3%0.3%2.1 生产力气计算每小时设计产量 = 装置产量公
19、称产量= 12200 1000= 1711.6kg年生产时数 合格率7200 0.99每天设计产量 = 每小时设计产量日生产时数 = 1711.6 24 = 41078.4kg年设计产量 = 每小时设计产量 年生产时数 = 1711.6 7200 = 12323520kg2.2 物料衡算按每天物料在各工序中进出料量进展计算进入工序物料量 =出料量1 - 该工序的损耗率日进入后处理的物料量 =每天设计产量1 - 后处理物料损耗率= 41078.4 1 - 0.3%= 41202kg日进入挤出成型的物料量 = 日进入后处理的物料量 =41202= 41326kg1 - 挤出成型物料损耗率 1 -
20、0.3%日进入高速混合机的物料量 =日进入挤出成型的物料量 =41326= 41492kg1 - 高速混合机物料损耗率 1 - 0.4%日进入配料的物料量 = 日进入高速混合机的物料量1 - 配料物料损耗率=41492 1 - 0.2%= 41575kg工序表十一输入物料日生产物料衡算物料输出损耗小计配料41575414928341575混合414924132616641492成型413264120212441326后处理4120241078.4123.641202日输入输出物料4157541078.4总耗496.6物料衡算流程图：输入物料 = 输出物料+ 总加工损耗物料41575配料4149
21、2混合41326成型4120241078.4后处理83166124123.6第三章 设备选型和台数计算3.1 高速混合机的计算查表得配料表观密度为 1.5kg/L每小时设计产量 = 日进入高速混合机物料量 = 41492= 1728.8kg日生产时数24设每批的混合操作时间为 0.7 小时每批混合物料量 = 每小时设计产量 操作周期= 1728.8 0.7= 806.8L配料表观密度1.5查张家港宏基机械生产高速混合机资料选取 SHR800A 高速混合机， 有效容积为 600L表十二 SHR800A 高速混合机参数参数/型号SHR800A总容积800有效容积600电机功率60/90主轴功率rp
22、m370/740混合机的台数 =设计量 =806.8= 1.345 台故取 2 台有效容积6003.2 螺杆挤出机计算每小时设计产量 = 日进入挤出成型的物料量 =41326= 1721.9kg日生产时数24查阅闵氏集团塑料机械资料选取 SJSZ9222 型号锥形双螺杆挤出机表十三 SJSZ9222 型号锥形双螺杆挤出机参数挤出机螺杆直螺杆转速 主电机功加热功率中心高净重最大挤出量外形尺寸型号SJSZ-9222径(mm) 92/188(rpm) 34.7率(kw) 75-110kw(kw) 85kw(mm) 1050(kg) 8000(kg) 800(m)61.62.5挤出机的台数= 1721
23、.9 = 2.15 台800故取 3 台设备年生产力气= 最大挤出率 年生产时数 = 800 7200= 5760t/a100010003.3 挤出管辅机计算()()本设计中，管材直径为 160mm ,壁厚 4mm每米管重量 = D 2 - d 2 p r = 0.082 - 0.0762 3.14 1500 = 2.94kg / m辅机管材速度 = 每小时设计产量 =1721.9= 3.25m / min每米管重质量2.94 60 3查阅青岛福润德塑料挤出技术资料选取 FPVCG-250 牵引机，管材范围90250mm，生产速度 13.6m/min，外形尺寸 41.61.5m3.4 其他设备
24、年废品量 = 年设计产量1 - 合格率= 12200 1 - 99%= 122t每小时废品量 =年废品量= 122 1000= 16.95kg年生产时数7200日废品量 = 每小时废品量日生产时数 = 16.95 24 = 406.8kg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 型号磨粉机参数型号主机功风机功电压总功率刀盘直进料直出料细产量外形尺寸L率(kw)率(kw)(V)(kw)径(mm)径(mm)度(目kg/h)WH (m)JWP-550375.5380V50HZ42.5550640-120200-3802.523由于产品合格率为 99%，故日
25、废品回收的量只有 406.8kg，选取一台磨粉机就能到达生产求，磨粉机日工作时数 =日废品量=406.8= 1.63h磨粉机生产力气250查阅张家港市昌元橡塑机械厂资料选取 SWP400 型号裂开机表十五 SWP400 型号粉碎机参数型号旋转刀轴直径mm裂开量kg/h进料口尺寸mm功率(kw)重量kg)外形尺寸LWH (m)SWP400400200-400400250116601.30.91.7由于产品合格率为 99%，故日废品回收的量只有 406.8kg，选取一台裂开机就能到达生产求，裂开机日工作时数 =日废品量=406.8= 0.68h裂开机生产力气6603.5 原料消耗计算表八本设计配方
26、PVC树脂100硬脂酸钡1.2CPE树脂4石蜡0.43PbO.PbSO44PE蜡0.2硬脂酸铅2轻质碳酸钙40由表八得：配方的总分数 = 100 + 4 + 4 + 2 + 1.2 + 0.4 + 0.2 + 40 = 151.8分总单耗 = 日消耗原料量 =41575= 1.012日产量41078.4各种原料单耗总量：PVC 树脂单耗 = PVC 配方分数总单耗 =100 1.012 = 0.667t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = PVC 树脂单耗 年设计产量 = 0.667 12323.52 = 8219.79t / t成品CPE树脂单耗 = CPE 配方分数总单耗 =41.
27、012 = 0.027t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = CPE树脂单耗 年设计产量 = 0.027 12323.52 = 332.74t / t成品3PbO.PbSO单耗 =3PbO.PbSO4配方分数总单耗 =41.012 = 0.027t / t成品4配方总分数151.8年消耗量 = 3Pb.PbSO单耗 年设计产量 = 0.027 12323.52 = 332.74t / t成品4硬脂酸铅单耗 =硬脂酸铅配方分数总单耗 =21.012 = 0.013t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = 硬脂酸铅单耗 年设计产量 = 0.013 12323.52 = 160.21t
28、 / t成品硬脂酸钡单耗 =硬脂酸钡配方分数总单耗 =1.21.012 = 0.008t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = 硬脂酸钡单耗 年设计产量 = 0.008 12323.52 = 98.59t / t成品石蜡单耗 =石蜡配方分数总单耗 =0.41.012 = 0.003t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = 石蜡单耗 年设计产量 = 0.003 12323.52 = 36.97t / t成品PE蜡单耗 = PE蜡配方分数总单耗 =0.21.012 = 0.001t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = PE蜡单耗 年设计产量 = 0.00112323.52 =
29、12.32t / t成品轻质碳酸钙单耗 =轻质碳酸钙配方分数总单耗 =401.012 = 0.267t / t成品配方总分数151.8年消耗量 = 轻质碳酸钙单耗 年设计产量 = 0.267 12323.52 = 3290.38t / t成品序号原料名称表十六规格主要原料消耗单耗量年消耗用途1PVC 树脂SG50.6678219.79主要原料2CPE 树脂H1350.027332.74填充剂33PbO.PbSO4AR/工业0.027332.74热稳定剂4硬脂酸铅99%0.013160.21稳定剂5硬脂酸钡99%0.00898.59稳定剂6石蜡58#半精炼0.00336.97润滑剂7PE 蜡20
30、kg/包0.00112.328轻质碳酸钙800 目0.2673290.38填充剂第四章 各种工艺参数表十七 硬质PVC 管材挤出工艺温度把握范围/挤出机压缩比原料间螺机头和口模转速范围/r/min料一二三四五杆一二三形段段段段段段段段态单 螺 杆2.4单 螺 杆3.0双 螺 杆60/125粒供料段压缩段计量段/160 100140 150180 160180状170160170175粉130150 160175 170180/170185185175170155150155125170180180437185180165160165140180190190状粉状170 18517565,143
31、0;90,1030; 185150,712第五章 安全与环保化工生产企业具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害的特点,生产场区塔罐林立,管道纵横穿插。一旦发生火灾,燃烧猛烈,易造成大量有毒有害气体溢出或产生,不仅给企业造成巨大损失,而且严峻威逼人员的生命安全。所以,做好化工企业的防火安全工作,依据国家标准要求,在生产中的一些火灾危急性大的场所, 安装了现代自动报警系统、自动灭火系统,来削减杜绝恶性火灾的发生。在硬聚氯乙烯管生产车间，由于聚氯乙烯原料是颗粒状或粉状的固体，因此有可能带来粉尘的污染，加上其生产过程都是机械化过程，其所不行避开的将对周边的环境带来噪音污染，影响车间工人和周边居民的身体
32、安康。因此，在设计该生产车间时，必需考虑粉尘和噪音这两方面的问题。在设计过程中，还必需在车间内配备各种消防设备，准时把握不行推想的灾情，降低损失本钱，优化治理，做到“安全第一，生产其次”的准则。设备一览表序号设备名称型号规格SHR800A1 混合机600L,370740 rpmSJSZ-9222，螺杆直径92/188mm，最大挤2 挤出机出率800kg/h，外形尺寸61.62.5m FPVCG-250，管径 90250mm，速度 1重量功率kg kw60/90主电机功率90，8000kg加热功率85台数备注2张家港宏基机械闵氏集团塑料机械有限公3司管材辅机3生产线3.6m/mim，外形尺寸 4
33、x1.6x1.5m1453青岛福润德塑料挤出技术有限4磨粉机JWP-550，产量200380kg/h，外形42.51尺寸2.523m5裂开机SWP400，裂开量200-400kg/h,外形尺660111张家港市昌元橡塑机械厂寸1.30.91.7m参 考 文 献1 张巧真，张晓安，谢晓宇. 我国塑料管道现状及进展对策. 河南化工.2023年,第22卷. 2中国塑料管业的进展概况和前景- 2023 调研报告. 北京塑料工业协会.2023-33KWD globalpipe 175 中AMI 报告的 2023 年数据；美国的产量依据 Freedonia group,Inc.,的 2023 年数据D1；日本的产量依据 JPIF 日本塑料工业联合会 2023 年统计资料. 4孙大康等.塑料制品成型加工.北京：化学工业出版社5潘祖仁，邱文豹，王贵恒.塑料工业手册.北京：化学工业出版社.1999.8 6聚氯乙烯管道的进展对我国合成树脂工业的要求.中国塑料.1999(12) 7朱元庆,屠筱猷.聚氯乙烯管材制造和应用.北京: 化学工业出版社 2023,9