5000吨/年硬质聚氯乙烯管工艺及车间
工艺设计
班级：高材1311 ：毛锐学号：03
目录
第1章概述 (2)
1.1 聚氯乙烯管材的特点.. (2)
1.2聚氯乙烯的发展状
况 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3 硬质聚氯乙烯管材的主要市场 (2)
1.3.1 建筑用聚氯乙烯管材市场 (2)
1.3.2 农用聚氯乙烯管材市场 (3)
1.4聚氯乙烯管材的生产方法 (3)
1.5 生产工艺流程概述 (4)
1.6原料配方的选择 (4)
第2章硬PVC管生产车间工艺计算 (5)
2.1 生产能力计算 (5)
2.2 物料衡算 (5)
第3章设备选型和台数计算 (6)
3.1 高速混合机的计算 (6)
3.2 螺杆挤出机计算 (7)
3.3 其他设备 (7)
3.4 原料消耗计算 (8)
第4章各种工艺参数 (10)
第5章车间设备布置设计 (10)
5.1 车间设备布置的原则 (10)
5.1.1 车间设备布置的原则 (10)
5.1.2车间设立面布置的原则 (11)
5.2车间设备立面布置 (11)
第6章氯乙烯单体回收冷凝系统11
6.1 回收氯乙烯（VCM）单体的选用11
6.2 压缩冷凝回收单体方法的选用 11
第7章安全与环保12
第一章概述
PVC是聚氯乙烯（Polyvinyl chloride）塑料的英文缩写。该塑料是一种乙烯基的聚合物质。聚氯乙烯具有原料丰富（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，现已成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，很受设计施工单位青睐。
1.1聚氯乙烯的特点
与钢、铁、混凝土、瓷管相比，聚氯乙烯管材具有如下优点[1]：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10～13 t铸铁管，运输安装容易。②耐腐蚀性能好。③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。
1.2聚氯乙烯的发展状况
聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料[2]。自1997年以来，聚氯乙烯的产量以3%/a 速度递增。2001年，全球聚氯乙烯生产能力已达到3 313万t，消费水平比2000年略有增加，为2882万t[3]。2003年7月全球约有50个国家、150个厂家生产聚氯乙烯，这一数据还在不断攀升[4]。2005年全球产量达3130万吨，需求量达3117万吨。北美、欧洲(包括俄罗斯)和非洲、远东地区超过全球聚氯乙烯产量和需求量4/5，悬浮聚合法树脂占生产聚氯乙烯树脂90%以上，2006年世界聚氯乙烯产能3562万吨，实际产量3262万吨，产量的增长主要来自中国。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]。预计到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]。
1.3硬质聚氯乙烯管材的主要市场
1.3.1 建筑用聚氯乙烯管材市场
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。
随着我国经济的发展,我国建筑业将会为聚氯乙烯管材打开更大的市场。到2000 年,我国要实现小康水平,住宅建筑任务十分艰巨,要实现城镇人均8㎡的居住面积,全国需新建城市住宅12亿㎡;农村需新建住宅27.9亿㎡。除此之外,还需新建公共建筑和生产性建筑1.2亿㎡。估计,市政公用设施建造量也很大,预计全国自来水普及率将达95%,新增日供水量2500万t;下水道普及率也要达到65%,需要建造大量的公用工程管线网络,需要大量的供水管、下水道管、排污管、串线管等满足市场需求。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。为了将发展节能聚氯乙烯管材列人法制化轨道,1994年10月化工部,轻工总会,国家建材局和中石化系统召开联席会议,并在1995年4月颁布了关于发展化学建材的文件。1996年以来,南方许多地区已不供应铸铁管。市为推广聚氯乙烯管材,在建委通知中规定,自1997年1月1日起各设计单位不准在建筑中设计铸铁管;自4月1日起,各施工单位不准安装和使用铸铁管。1997年7月l 日,国务院批准了建设部《国家化学建材推J应用“九五”计划和2010年发展规划纲要》,这些政策性文件的出台,使我国聚氯乙烯管材的发展有了政策导向,起到宏观调控作用,对聚氯乙烯管材在建筑领域的发展起到巨大的推动作用。
1.3.2农用聚氯乙烯管材市场
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。过去,中国传统的种田方法是使用土渠灌溉,水源浪费十分严重。自从国一些地区试验使用聚氯乙烯管灌以后,这些地区的水利用率从过去的0.4～0.5提高到0.95左右。随着广大农村经济实力的增强和技术水平的提高,1994年底我国农村喷灌面积已达9338万㎡,节省了大量的水源,提高了粮食产量。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。从国使用管灌的情况来看,还没有一个县完全实现了管灌,许多地区对管灌还缺乏认识。根据农业部“九五”规划,“九五”期间,全国要搞300个管灌试验县,搞一批样板县,以推动全国农田管灌工程的发展。到2000年,管灌面积要达约7000万亩以上,占目前有效灌溉面积的10.6%,节约耕地3860万亩,以弥补国耗地给粮食生产造成的损失,这就需要有大量高质量的聚氯乙烯管材满足农业发展的需要。
1.4聚氯乙烯管材的生产方法
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。
随着聚氯乙烯管材加工技术的发展,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、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%。目前,世界上这种管材加工技术以台塑公司水平较高,其次是美国、法国、德国、日本、国均有成熟生产技术和设备,成为国外畅销的产品。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。
1.5 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。
1.6原料配方的选择
第2章 硬PVC 管生产车间工艺计算
计原始数据:
（一）聚合聚生产能力 5000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 60 mm ；
（五）物料损耗系数
2.1 生产能力计算
kg 46.70199
.0720010005000=??=?=合格率年生产时数装置产量（公称产量）每小时设计产量 kg 04.168352446.701=?=?=日生产时数每小时设计产量每天设计产量
kg 5050512720046.701=?=?=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 7.16885%
3.010
4.168351=-=-=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
5.16936%)3.01/(7.168851=-=-=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 5.17004%4.015.169361=-=-=
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 6019.17038%
2.015.170041=-=-=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
物料衡算流程图：
总加工损耗物料输出物料输入物料+=
第3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
kg 5.70824
5.17004===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 35.3275
.17.046.701=?=?=配料表观密度操作周期每小时设计产量每批混合物料量
查家港机械生产高速混合机资料选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155.060035.327===
3.2 螺杆挤出机计算
kg 69.70524
5.16936===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188.080069.705==
t/a 57601000
72008001000=?=?=
年生产时数最大挤出率设备年生产能力 3.3 其他设备
t
50%99150001=-?=-?=）（合格率）（年设计产量年废品量kg 94.67200
100050=?==年生产时数年废品量每小时废品量 kg 56.1662494.6=?=?=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