年产20万吨PVC管塑料加工厂工艺设计

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作 湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题目年产20万吨PVC管塑料加工厂工艺设计作者高钰冰学院化学化工学院专业材料化学学号1206030103指导教师廖博二一六 年 五 月 二十五 日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 化学化工 学院 材料科学与工程 系系主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 高钰冰 学号: 1206030103 _专业: 材料化学 1 设计（论文）题目及专题： 年产20万吨PVC管塑料加工厂工艺设计 2 学生设计（论文）时间：自 2016 年 3 月 28 日开始至 2016 年 5 月 26 日

2、止3 设计（论文）所用资源和参考资料：（1）塑料制品成型加工；（2）塑料工业手册；（3）聚氯乙烯管材制造和应用；（4）聚氯乙烯管材制造和应用。4 设计（论文）应完成的主要内容：（1）前言（PVC管材简介）；（2）PVC管材生产原料及工艺流程及原理；（3）硬PVC管生产车间工艺计算及设备选型；（4）机头和口模的设计；（5）厂房设计和设备布局及技术经济核算；（6）设计图纸5-6张（全厂平面布置图、车间平面布置图、车间立面图、车间主要设备图、生产流程图等）。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）设计说明书规范，文字力求简练，计算准确，选用设备可靠；（2）设计图纸规范、整洁，

3、工艺合理；（3）按毕业设计大纲要求完成规定数量图纸：五张手绘图纸。6 发题时间： 2016 年 3 月 25 日指导教师： （签名）学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成

4、绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 2016年 学生： 高钰冰 学号： 1206030103 班级： 材化一班 题目： 年产20万吨PVC管塑料加工厂工艺设计 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 摘要本设计是年产20万吨聚氯乙烯管塑料加工厂工艺设计

5、，本设计说明书共有七章，根据实习和相关文献，完成了物料衡算、主要设备选型等。此设计有说明书一份、图纸三张。说明书内容：1.PVC管简介、发展前景及其特点；2.PVC管生产工艺流程；3.物料衡算；4.生产设备的选型，工厂及其车间布局；5.技术经济分析。图纸：1.工厂平面布置图；2.挤出机三视图；3.生产流程图；4.车间布置图关键词：聚氯乙烯；管材；挤出工艺；厂房平面设计ABSTRACTThis design is the annual output of 200000 tons of polyvinyl chloride (PVC) tube plastic processing factory

6、 process design， there are seven chapters of this design manual， according to the practice and related literatures， completed the material balance， main equipment selection， etc. A copy of this design with specifications， drawings， three copies.Content:1. PVC pipe introduction， development prospects

7、 and its characteristics；2. PVC pipe production process； 3. Material balance；4. The production equipment selection， factory and workshop layout； 5. Technical and economic analysis.Drawing:1. The plant layout； 2. Extruder three view drawing； 3. Production flow chart；4. The workshop layoutKey words: p

8、olyvinyl chloride (PVC)； Steel tubes； Extrusion process； Workshop plane designiv目录第一章 前言11.1聚氯乙烯管材的发展史及其特点11.2PVC管材行业的现状和应用前景41.3 PVC-U管道的设计原则51.4国内外主要工艺路线的比较和选择61.5 PVC给水管的规格尺寸6第二章PVC管材生产原料及工艺流程及原理82.1PVC管材主要原料PVC树脂选择82.2PVC-U管材生产配方92.3生产工艺流程概述92.4生产原理102.4.1挤出机102.4.2 冷却定型装置122.5产品质量指标12第三章硬PVC管生产

9、车间工艺计算133.1生产能力计算133.2物料衡算133.3 原料消耗计算14第四章 设备选型和台数计算及能量衡算164.1高速混合机的计算164.2螺杆挤出机计算164.3挤出管辅机计算174.4其他设备174.5 能量衡算18第五章 机头和口模的设计205.1挤出成型模具包括两部分:机头和定型模205.2 挤出成型模具的结构组成205.3 挤出机头设计原则215.4 挤出机头的选择22第六章 厂房设计和设备布局236.1 概述236.2 厂址选择及原则236.3 厂房的平面轮廓设计及布置236.4 房的立面轮廓设计及布置256.5 设备的布置和排列25第七章 技术经济核算277.1 基建

10、投资277.2 各项费用计算277.2.1 原料价格277.2.2 人工费277.2.3 其他费用277.3 总成本287.4 销售收入、税金和利润287.5 盈利28第八章 安全与环保298.1 综合安全防护298.1.1 防火防爆298.1.2 防毒30结论31设备一览表32参考文献33致谢34附录A 设计图35第一章 前言PVC的全称是polyvinyl chloride（聚氯乙烯）。这种塑料制品其实是一种乙烯基的聚合物质。聚氯乙烯拥有有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气）、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已变为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂

11、总消费量的29%。硬质聚氯乙烯排水管简称PVC-U排水管，是一种新型的建筑材料，越来越受到人们的重视和关注。它质轻、光洁、美观、水阻小、组配灵活、安装省时省力，很受设计、施工单位及用户喜爱。所以使用PVC-U排水管代替传统的铸铁排水管，正以不可逆转之势，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部分是用硬质聚氯乙烯管。1.1聚氯乙烯管材的发展史及其特点30年代中期在德国首先研制成功PVC-U管。50年代发展较快，到60年代已在欧洲、美国、日本等经济发达国家的给供水管道中经常使用。根据国际水协代表大会报告，近十几年来PVC-U管使用率持续增长。我国自60年代中期开始使

12、用U-PVC管，但限于当时生产水平低、原材料质量不高、PVC-U管的毒性、寿命等问题争议很大，质量不稳定，工程质量事故不少，未能使PVC-U管的开发应用深入坚持下去。进入80年代后，国家极力倡导环保产品的研究开发，并在“七五”期间将“室外给水用PVC-U管道应用技术开发研究”列为国家科技重点攻关课题。现在PVC-U管的生产技术和质量已几乎达到了国际当代水平，并逐渐被供水界认识和采用。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要产品。给水用PVC-U管材管件的开发开始于国家“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、施工技术研究深入

13、、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使用普通镀锌管，应用塑料管。PVC-U管具有重量轻，耐压强度好，输送流体阻力小，耐腐蚀不结垢、抑制细菌增长等好处用于城市给水，能改善管网水质，有效地保证管网水水质不产生二次污染，特别是PVC-U管耐酸碱的特点，能使管道处于土壤环境中而很难受腐蚀，而且其价格不高，技术比较成熟。PVC-U硬聚氯乙烯管是世界上不少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，拥有重量轻、耐压、强度高、输送液体的摩擦阻力小、耐化学腐蚀性能强、施工安装及维修方便、节省钢材及能源、使用寿命长、减轻工人施工劳动强度、建设投资较

14、低等特点。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短缺、能源缺少的局面，其经济效益是明显的。供水管网的基建投资巨大，占给水工程费用的2/3左右，这主要是管材消耗大及施工任务繁重等原因造成的。如选用PVC-U管材，在保证管网运行工作压力，流量等要求的同时，对降低管网工程施工造价，具有重大意义。根据我们的实践和对PVC-U管的了解，认为在现代给水工程中，尤其是室外给水管道工程，PVC-U管的推广应用具有以下优势。PVC利于环保PVC是通用热塑性产品，能够回收反复利用。近年来，PVC工业遭到环保工业方面的多次挑战，例如，最近争论不休的二恶英问题。但是，已经被许多研

15、究机构结果显示主要污染并非来自PVC工业。如欧洲乙烯制品委员会的实验研究表明，废弃PVC制品不容易分解，对土壤、环境不会造成危害。苏格兰爱丁堡地球生态协会证明，大气层中93%的氯化氢是又煤炭燃烧产生而非PVC，其实，形成酸雨的主要祸首是二氧化硫和二氧化氮。这两种有害物质一般都是由传统的燃料燃烧（如汽车尾气、燃烧尾气等）产生的。美国纽约政府能源和发展局进行焚烧实验后知道，城市固体垃圾中PVC废弃物质含量与二恶英的形成没有必然联系。一些环境学家不再用旧的眼光去看待PVC，即产生和加工PVC的能耗比其替代品要少40%左右，有利于降低温室效应。安全卫生PVC作为给水管道使用时，其卫生性能变成现在争论的

16、焦点，即通常所说的有毒无毒的问题。科学地说，塑料材料不存在有毒和无毒分类的问题，而是有普通塑料和卫生级塑料的区别，PVC树脂也是这样。通常不与食品药物接触的PVC制品是普通级PVC制品，如门窗、扣板、供水管等；而与食品医药接触的PVC制品则是食品卫生级，如PVC输液输血袋、食品包装、给水管材等。食品卫生级别的PVC制品，对铅、镉等重金属含量河PVC树脂残留氯乙烯单体（VCM）含量作了严格规定。并且各国卫生组对卫生性能要求不一样，至尽在美国、欧洲、非洲等国家仍允许使用铅盐稳定剂。他们认为加工设备先进、需添加的稳定剂量则小，最终能从管材表面迁移出的铅等重金属量非常细微，经过最终冲洗后基本不能发现，

17、因而是安全卫生的。在欧洲，PVC工业（包括树脂业、制品行业、助剂行业）自愿作出以下承诺：已确定市场管材、管件废料回收在2003年达25%，2005年达50%，并致力于不影响环境。我国涉水产品卫生标准是GB/T17219生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性价标准，该标准对铅、镉、汞等重金属的稳定剂生产给水产品；树脂VCM含量要低于1mg/kg等。事实上，只要使用卫生级别的PVC树脂和不含铅、镉等有害重金属稳定剂，如：有机锡、稀土、钙锌稳定剂，卫生性能完全达到GB/T17219的要求，作为给水管材及其它食品卫生级别产品使用是相当安全的。性能受环境影响小当PVC管道被用于输水时，它的防渗透性以及对

18、自来水中游离氯的适应性都是非常重要的，PVC在两方面都表现出很好的优越性。它的防渗透性使自来水的水质难以受环境的影响；其抗氧化化能力比烯烃强，在生产过程中不需要加大量氧化剂等，因而使用时不用担心抗氧剂被自来水中氧和游离氯的破坏而变脆的危险。当用做埋地供污管道时，防渗透性不错，可良好的避免污染，和污水对环境造成影响。摩擦阻力小，水力条件优越，管网运行费用低镀锌管与铸铁管管内壁粗糙，水阻力大，形成结垢层后既影响了水质又降低了管道有效通径。有关实验人员抽取了数段使用超过10年的DN150DN300镀锌钢管和铸铁管测量，发现管壁的附着物最厚的有25mm之多，最薄的也有10mm。有这些附着物存在造成管道

19、有效通径变小，影响供水量，加大供水成本。U-PVC管材内壁光滑，流体摩擦阻力小，克服了铸铁管因生锈、结垢而影响流量的坏处，可提高输送能力43.7%，使用温度范围在-1560之间。根据环水膜重力理论推测计算，供水水膜流过流面积不超过立管断面积的1/31/4时，塑料立管的给水最大通水能力比铸铁管增加60%，同时不致造成水封的损坏，因此，对于同样量的供水量而言，其给水管管径可以比铸铁管管径小，或同样管径在规范许可范围内可尽可能采用较小坡度，由此可以增加空间净高，对使用者而言更为有利，增强了建筑的使用功能。在同样水力条件下，供水能耗降低44，管网的总水压损耗相对要少，对加压设施的要求相对不高，加压所需

20、费用也随之减少。使用寿命长按照国家有关规定用于冷水输送的镀锌钢管使用寿命为710年，热水输送的镀锌钢管使用寿命为23年，实际使用一般不高于20年，镀锌管还存在保温性差、锈蚀后易爆裂等坏处，从建筑物的使用寿命来看，也是有弊端的。而PVC-U管经过测试和国外有关资料介绍实际使用寿命不低于50年。质轻、施工方便、安装技术要求不高、工程造价低PVC-U管材的密度是1.41.6g/cm3，是同样尺寸钢管的1/31/5，因而运输、安装方便，施工效率较高。供水铸铁管因为比重较大，而且安装时需打麻、调制接口材料、捻口、养护，施工时不仅工作繁重，而且安装时间很长，使施工效益明显减低。而UPVC管材比重为约1.4

21、t/m3，仅为铸铁管管材的1/5，同样长度的塑料管要比铸铁管轻得多，安装时只需人工搬运，而且UPVC供水管采用的是承插式溶粘接口，同时其标准长度(6m，4m)比铸铁管长，减少了接口数量，减少了安装工序。例如:一根标准6m长的DN110的塑料管只要一人即可安装完成，然而铸铁管则要23人，这样工程安装时间可减少60%以上，安装费用也可降低50%以上，对于施工单位，可节省开支，降低成本，缩短工程周期，也提高了建筑物的经济性。维修容易，管道更换时间短由于PVC-U管质轻搬运方便，剪裁容易，在其发生破裂事故时维修施工难度很低，再加上有专用的对接头，接通即可通水。PVC-U管在发达国家已使用了半个多世纪，

22、取得了很好的节能、环保效果，对此我们不妨奉行“拿来主义”，改善城镇的供水状况。经济、美观按目前的市场情况，UPVC供水管价格仅是铸铁供水管的约80%，即单位造价每千平方米建筑面积节省建筑费用同铸铁供水管比较造价减少大约700元。此外，因为U-PVC管材较轻，其运输费用也得到显著降低。U-PVC供水管通常外壁为白色，且不用做刷红丹、银粉等的防腐处理，没有如铸铁管外壁锈蚀脱落等问题，暗装入管井中时不需要经常维护护理，明装则比铸铁管优点更为明显:容易清洗，视觉效果较佳，大大地改善了人们的生活、工作环境也方便了建筑物的物业管理。1.2PVC管材行业的现状和应用前景1近十几年来中国的塑料管业以十分惊人的

23、速度蓬勃发展。中国塑料管产量从90年的不到20万吨增长到2000年约80万吨，在上世纪的最后十年内增长达300%。进入新世纪后继续高速增长，虽然基数在增加，年增长率依然很高。2007年我国塑料管的总产量已经高于300万吨。2000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1.1 七个国家近年塑料管产量比较2国家美国意大利德国英国西班牙日本中国年产量44444.84230.830.861.8332表1.22000-2007中国塑料管道行业产量及增长情况单位：万吨年份20002001200220032004200520062007总产量78.6121.4136.9163.8190.72

24、36.7288.1331.8年增长%-54.412.819.616.424.121.715.2表1.32007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WOB建筑给水WIB建筑排水DIB埋地排水DOB燃气用管GAS护套管CDT农业用管AGC工业用管IDT总计总量8340465310532225332比例25%12.5%13.5%16%3%16%6.5%7.5%100%PE30121.520.51025105114PVC4254426.5-25115158.5PP3220.51-31333.5GRP8-5-821其他-1-45这三张表说明出我国塑料管产量逐年增长，应用领域日益广泛

25、，从而反映了我国对塑料管的需求日益激增，尤其是对PVC管材的需求显得更加突出。在政府的鼓励和支持下，通过市场竞争的推动，得益于经济大发展的环境，我国塑料管的产业化发展取得巨大进步。近年已经出现一批规模化、配套化、跨地区生产和经营的企业集团，年销售额达到数亿到数十亿。估计现在我国领先的近20家企业的年销售额合计超过100亿，几乎占到全国塑料管总销售额的三份之一。我国塑料管产业结构和布局的进步是保证我国塑料管今后能够持续发展的重要基础。国际上发达国家的塑料管业都是由少数领先企业占市场主体的，例如：根据AMI资料，欧洲热塑性塑料管业2005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

26、领先的三家企业集团的年产量是：Wavin40万吨，Alphacan超过20万吨，Pipelife超过20万吨。1.3 PVC-U管道的设计原则确定设计条件在进行具体设计前，对于所设计的PVC-U管道系统必须按照输送介质的性质、运行压力、环境状况和安全要求等方面进行设计计算，进行设计计算的条件主要有以下几点。系统设计使用寿命PVC-U管道系统，对于不同用途的系统应有不同的使用寿命，而不能完全根据塑料管道现有分类规定，把设计使用寿命一律定为50年。现在国际上大多是利用各种塑料管的时间一强度试验曲线，根据管道使用条件庄作温度)查得相应的使用寿命。PVC-U管在化工应用中的实践表明，对于各种用途的管道

27、系统(包括工艺管路)，其使用效果都相当好，系统的使用寿命可与设备或机器的运行年限相当。介质性质介质的性质包括所输送介质的密度、粘度，与塑料管是不是相容，是不是有固体颗粒或气相存在等。必须对所输送的介质性质加以研究分析，选择使用合适的管材及最佳的运行参数，才能保证所设计的PVC-U管道系统达到最佳使用压力和输送能力而又运行成本最低。管内运行压力设计时首先着眼于系统的正常运行压力，这是工况设计的依据，然后必须考虑系统内可能出现的最高运行压力和最高压力持续的时间。对于装有阀门等管件的PVC-U管道，还应考虑关闭或开启阀门的过程中，会使原来管道中的静压瞬间升高。如果频繁地关闭或开启阀门，则应考虑由此引

28、起的管道疲劳和老化，从而使管道强度性能降低。另外，系统的运行压力还应考虑经济指标，系统的设计压力过高，运行时其经济性就显得过低；反之，系统的设计压力过低，虽然运行经济性较好，但系统的安全可靠性得不到保障，就不能满足技术上的要求。所以，必须综合技术和经济两个方面，才能取得良好的设计效果。国内的PVC-U管道，一般是按GB10002.196标准生产的，使用压力分为0.6MPa和1.0MPa，某些企业也有1.51.9MPa规格的高压管道。根据计算结果选择不同规格的管道时，必须保证系统运行压力低于管道的使用压力。1.4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、

29、生产率较高、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一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断面形状的连续型材。当前大多数生产PVC管材的企业都是采用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.结构简单，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操纵容易，工艺控制简单。双螺杆挤出机：a.结构复杂，价格高

30、。b.具有很好的混炼塑化能力，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，还必须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，它可以直接使用混合好的PVC料，减少了造粒的工序，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辅助型材生产，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基本达到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P

31、VC制品产量的增加，直接使用干混料加工PVC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研究也日渐深入3。综上所述，本项目采用锥型异向双螺杆挤出机生产PVC管材。1.5 PVC给水管的规格尺寸因本设计是用PVC管材做给水管使用，故PVC给水管的规格尺寸如下表所示：表1.4 PVC给水管的规格尺寸管内径标称规格国内DIN规格mminch管厚度管外径103/82.50.2160.2151/23.00.3200.3203/43.00.3250.32513.50.3320.3321+1/43.50.3400.3401+1/24.00.4500.35024.50.463

32、0.3652+1/24.50.4750.38035.90.4900.310047.10.51100.412557.50.51400.415069.60.71600.5200811.00.72250.72501013.60.92500.83001216.21.1315第二章PVC管材生产原料及工艺流程及原理2.1PVC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4根据国家标准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，但熔融流动越困难，加工也越困

33、难。表2.1 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/粘度/(mL/g)K值聚合度参考用途SG-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-456.5126119706912501150薄膜，人造革，高强度硬管SG-558.0118107686611001000透明制品，硬管，型材SG-661.8106966463950850唱片，透明片，硬板，焊条SG-765.595876260850750吹塑瓶，透明片，管件

34、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，加入5080份的增塑剂。而加工硬制品时，一般不加或很少量加入增塑剂，所以用PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。如PVC硬管使用SG4树脂塑料门窗型材使用SG5树脂，硬质透明片使用SG6树脂、硬质发泡型材使用SG7、SG8树脂。生产PVC管材所用的树脂必须符合挤出加工的要求5，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，挥发物不大于0.4

35、%，同时对树脂的白度及杂质含量如黄、黑点及鱼眼等也有一定的要求。PVC树脂的堆密度对挤出工艺有一定的影响，生产时应视具体情况对工艺作相对的调整。2.2PVC-U管材生产配方6表2.2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1.51.0有机锡稳定剂0.20.40.20.4石蜡-1.2硬脂酸钙0.50.80.8ACR（加工改良剂）-0.40.8聚乙烯蜡0.30.6-ACR（抗冲击改性剂）-1.52.0微晶蜡0.61.0-C0.005-碳酸钙10121030-表2.3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 100

36、K=6265 100SG5 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2-11.2-碳酸钙-5.0-105.0硫酸钡10-10-TiO2-1.01.5-1.01.2石蜡-10.8-聚乙烯蜡-0.2-氧化聚乙烯蜡-0.15-硬脂酸-0.6-炭黑-0.05-0.05颜料适量-适量适量-经过比较，在本设计中采用如下配方表2.4本设计配方组分配方PVC树脂100CPE树脂43PbO.PbSO44硬脂酸铅2硬脂酸钡1.2石蜡0.4PE蜡0.2轻质碳酸钙402.3生产工艺流程概述硬质PVC

37、管材规格和形式相当多，其生产工艺流程基本上如下图所示：原料及助剂高速混合低速搅拌挤出冷却定型牵引印商切割捆扎包装成品图2.1 PVC管材工艺流程图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。2.4生产原理2.4.1挤出机挤出机的基本工作原理是将聚合物熔化压实，以恒压、恒温、恒速推向模具，通

38、过模具形成产品熔融状态的型坯。但单螺杆挤出机与双螺杆挤出机结构不同，工作原理不同，其控制的工艺条件也不相同。由于本设计采用双螺杆挤出机，故只介绍双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的工作原理：双螺杆挤出机的结构尽管与单螺杆挤出机很相似，但工作原理差异却很大。在双螺杆挤出机中，物料由加料装置（一般为定量加料）加入，经螺杆作用到达机头口模。在这一过程中，物料的运动情况因螺杆的啮合方式、旋转方向不同而不同。1、非啮合型双螺杆挤出系统因为两螺杆不啮合，它们之间的径向间隙很大，有大的漏流。主要流动方式：因为两螺杆的螺棱的相对位置是错开的，即一根螺杆的推力面的物料压力大于另一螺杆拖带面的物料压力，从而产生了流动。物

39、料从压力较高的螺杆推力面向另一螺杆拖带面的流动，同时随着螺杆的旋转，在两螺杆的间隙处物料不断受到搅动并被不断带走、更新（不论两螺杆的转向如何），特别是在异向旋转过程中，物料在处受到阻碍，产生了流动。多种物料的流动形式（包括由于在两根螺杆的相互作用下产生的各种流动）都增加了对物料的混炼和剪切。但这种双螺杆没有自清洁作用，一般仅用于混料，不适合PVC型材的生产。2、啮合型同向旋转双螺杆挤出系统由于同向旋转双螺杆在啮合位置的速度方向相反，一根螺杆要把物料拉入啮合间隙，而另一根螺杆要把物料从间隙中推出，结果使物料从一根螺杆转到另一个螺杆，呈形前进，这种速度的改变以及啮合区较大的相对速度，非常有利于物料

40、混合和均化，由于啮合区间隙很小，啮合处螺纹和螺槽的速度相反，剪切速度高，有很好自洁作用，即能刮去粘附在螺杆上的任何积料，从而使物料的停留时间很短。这种挤出机主要用于混炼物料和造粒。但由于物料在啮合区间所受剪切力很大，所以也不适应型材的生产。3、啮合型异向旋转双螺杆挤出系统在啮合型异向旋转的双螺杆挤出中，两根螺杆是对称的，由于回转方向不同，一根螺杆上物料螺旋前进的道路被另一根螺杆的螺棱堵，不能形成“”字型运动。在固体输送部分，物料是以近似的密闭“”形小室的形态向前输送。但为了使物料混合设计中将一根螺杆的外径与另一根螺杆的根径之间留有一定的间隙量，以便使物料能够通过。物料通过两螺杆之间的径向间隙时

41、，受到强烈的剪切、搅拌和压延作用，因此，物料的塑化比较好，多用于加工制品。由于两螺杆的径向间隙比较小，因此，有一定的自洁性能，但自洁性比同向旋转的双螺杆要差。双螺杆挤出机的主要参数：（1）螺杆公称直径。螺杆公称直径是指螺杆外径，单位为mm。对于变直径（或锥形）螺杆而言，螺杆直径是一个变值，一般用最小直径和最大直径表示如：65130。双螺杆的直径越大，表征机器的加工能力越大。（2）螺杆的长径比。螺杆的长径比是指螺杆的有效长度与外径之比。一般整体式双螺杆挤出机的长径比是在718之间。对于组合式双螺杆挤出机，长径比是可变的。从发展看，长径比有逐步加大的趋势。（3）螺杆的转向。螺杆的转向有同向和异向之

42、分。一般同向旋转的双螺杆挤出机多用于混料，异向旋转的挤出机多用于挤出制品。（4）螺杆的转速范围。螺杆的转速范围是指螺杆的最低转速到最高转速（允许值）间的范围。同向旋转的双螺杆挤出机可以高速旋转，异向旋转的挤出机一般转速仅在040r/min。（5）驱动功率。驱动功率是指驱动螺杆的电动机功率，单位为kw。（6）产量。产量指每小时物料的挤出量，单位为kg/h。2.4.2 冷却定型装置挤出的管状物首先应通过定型装置，使之冷却变硬而定型。为了得到符合尺寸要求和良好表面光洁度的管材，有效的冷却是非常重要的。定径方法分外定径和内定径两种。外径定径法是在管状物外壁和定径套内壁紧密接触的情况下进行冷却而实现的。

43、保证这种紧密接触的措施是从设在多脚架的一个饿支架和芯棒内的连通孔向管状物内通入压缩空气，并在挤出的管端或管内封闭，使管内维持比大气压力较大而恒定的压力。此外，也有在管套上沿圆而上钻一排小孔用真空抽吸使管状物紧贴套管的。内径定径法是将定径套的冷却水管从芯棒处伸进，所以必须使用偏移式机头。用内径定径法所制得的管材内壁较为光滑，不管定径套是外径套还是内径套，其尺寸目前大多还凭经验确定。对外径定型来说，定径套的长度一般取其内径的三倍。定径套的内径应略大于管材的名义尺寸，一般不大于2mm。相比较而言，外径定型结构简单，操作方便。所以本设计采用外径定型法。2.5产品质量指标我国采用ISO国际标准的对应技术

44、文件，结合国内PVC-U管材的发展情况和质量水平，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。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、改良剂、发泡剂、着色剂等等。PVC-U给水管中PVC粉含量在95%以上；PVC排水管中PVC粉含量不低于90%，其余部分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成本（碳酸钙的吨价与PVC粉吨价比例为1：16）。碳酸钙与PVC粉的比例关系直接决定了管材质量的好坏。如果碳酸钙含量过高，虽然也能生产出管材，但质量无法得到保证，更不能满足PVC-U管材50年之使用寿

45、命。采用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，积累过多会引发铅中毒。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。第三章硬PVC管生产车间工艺计算计原始数据：（一）聚合生产能力 200000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 160200mm（五）物料损耗系数表3.1 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%3.1生产能力计算每小时设计产量=28058.4kg每天设计产量=每小时设计产量日

46、生产时数=28058.424=673400kg年设计产量=每小时设计产量年生产时数=28058.47200=202020kg3.2物料衡算按每天物料在各工序中进出料量进行计算进入工序物料量=日进入后处理的物料量=675426kg日进入挤出成型的物料量=677458kg日进入高速混合机的物料量=680179kg日进入配料的物料量=681542kg表3.2 日生产物料衡算工序输入输出物料物料损耗小计配料6815426801791363681542混合6801796774582721680179成型6774586754262032677458后处理6754266734002026675426日输入输

47、出物料681542673400总耗8142物料衡算流程图：输入物料=输出物料+总加工损耗物料1363681542680179配料6774586754266734002721混合2032成型2026后处理图3.1 物料衡算流程图3.3 原料消耗计算表3.3本设计配方组分配方PVC树脂100CPE树脂43PbO.PbSO44硬脂酸铅2硬脂酸钡1.2石蜡0.4PE蜡0.2轻质碳酸钙40由上表得：配方总分数=100+4+4+2+1.2+0.4+0.2+40=151.8分总单耗=1.012各种原料单耗总量：PVC树脂单耗=总单耗=1.012=0.667t/t成品年消耗量=PVC树脂单耗年设计产量=0.6

48、67202020=134680t/t成品CPE树脂单耗=总单耗=1.012=0.027年消耗量=CPE树脂单耗年设计产量=0.027202020=5454.543PbO.PbSO4=总单耗=1.012=0.027年消耗量=3PbO.PbSO4单耗年设计产量=0.027202020=5454.54硬脂酸铅单耗=总单耗=1.012=0.013年消耗量=硬脂酸铅单耗年设计产量=0.013202020=2626.26硬脂酸钡=总单耗=1.012=0.008年消耗量=硬脂酸钡单耗年设计产量=0.008202020=1616.16石蜡单耗=总单耗=1.012=0.003年消耗量=石蜡单耗年设计产量=0.0

49、03202020=606.06PE蜡单耗=总单耗=1.012=0.001年消耗量=PE蜡单耗年设计产量=0.001202020=202.02轻质碳酸钙=总单耗=1.012=0.267年消耗量=轻质碳酸钙单耗年设计产量=0.267202020=53939.34表3.4 主要原料消耗序号原料名称规格单耗量年消耗用途1PVC树脂SG50.667134680主要原料2CPE树脂H1350.0275454.54填充剂33PbO.PbSO4AR/工业0.0275454.54热稳定剂4硬脂酸铅99%0.0132626.26稳定剂5硬脂酸钡99%0.0081616.16稳定剂6石蜡58#半精炼0.003606

50、.06润滑剂7PE蜡20kg/包0.001202.02-8轻质碳酸钙800目0.26753939.34填充剂第四章 设备选型和台数计算及能量衡算4.1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=28340.8kg设每批的混合操作时间为0.7小时每批混合物料量=13225.7L查张家港宏基机械有限公司生产高速混合机资料选取SHR800A高速混合机，有效容积为600L表4.1 SHR800A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SHR-800A80060060/90370/740混合机的台数=22.04台 故取23台4.2螺杆挤出机计算由于工艺和经济上的原因，

51、每种规格的挤出成型机生产的管材尺寸有一定的范围。挤出成型机规格与所生产的管材尺寸关系见下表。表4.2 挤出成型机规格与所生产管材的尺寸关系挤出机螺杆直径/mm挤出管材外径范围/mm452060205090407512090160150160250根据此表选用120型管材挤出机。挤出机台数计算：每小时设计产量=28227.4kg查阅闵氏集团塑料机械有限公司资料选取SJSZ9222型号锥形双螺杆挤出机表4.3 SJSZ9222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

52、2212034.775110kw85kw1050800080061.62.5挤出机台数=35.28台 故取36台设备年生产能力=5760t/a4.3挤出管辅机计算本设计中，管材直径为160mm，壁厚10mm每米管重量=（D2d2）=（0.0820.072）3.141500=7.065kg/m辅机管材速度=1.85m/min查阅张家港华明机械有限公司资料选取SZ型多履带管材牵引机，管材范围50250mm，生产速度0.55m/min，外形尺寸2.51.32.0m4.4其他设备磨粉机：年废品量=年设计产量（1合格率）=200000（199%）=2000t每小时废品量=277.78kg日废品量=每小时

53、废品量日生产时数=277.7824=6666.72kg查阅张家港市立邦机械有限公司资料选取MF-800型号磨粉机表4.4 MF-800型号磨粉机参数型号磨盘直径（mm）粉室直径（mm）主机功率（kW）风机功率（kW）抖动筛功率（kW）产量（kg/h）外形尺寸（mm）重量（kg）MF-800800750759011.52.25509502300190042003500因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有6666.72kg，选取5台磨粉机就能达到生产要求，磨粉机日工作时数=2.22h破碎机：为了回收PVC的下脚料和废、次品管材，使之经过破碎制成颗粒进行再次使用。查阅张家港市昌元橡塑机械厂资

54、料选取SWP400型号破碎机，本机适用于聚氯乙烯塑料的废品、次品，边角料等废旧塑料的回收破碎造粒。表4.5SWP400型号粉碎机参数型号旋转刀轴直径（mm）破碎量（kg/h）进料口尺寸（mm）功率（kW）重量（kg）外形尺寸（m）SWP400400200400400250116601.30.91.7因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有6666.72kg，选取5台破碎机就能达到生产求，破碎机日工作时数=2.67h4.5 能量衡算1.电能消耗由于此次生产中无化学的变化，热量衡算中的化学变化热量变化为零，只有电能转化为热量给聚氯乙烯原料和电机工作的消耗。各设备的数量及其工作功率见下表。表4.6 各设备台数及工作功率设备名称型号台数功率/kW混合机SHR-800A23370挤出机SJSZ-92223675定径水箱XB-63361.5牵引机SZ型3620切割机QG-9303628.4破碎机SWP400711切粒机SQ-200B790上表中的设备是主要的电能消耗设备，还有其他的辅助设备也要消耗电能，为了计算方便，在这些定型设备消耗电能上乘以一个余数1.1，计算如下：2103.55696006960032115.3=141057160kw/h非常用设备的用电估计为10000000kw/h，则总耗电量为：141057160+10000000