PVC管材生产车间工艺设计

硬PVC管材生产车间工艺设计第一章概述 (2)l.1 聚氯乙烯管材的特点 (2)1.2 PVC管材行业的现状和应用前景[2] (2)1.3 国内外主要工艺路线的比较和选择 (4)1.4 原料的选择和生产配方的比较 (5)1.4.1 PVC管材主要原料PVC树脂选择 (5)1.4.2 PVC-U管材生产配方[7] (5)1.5 生产工艺流程概述 (6)1.6 产品质量指标 (7)第二章硬PVC管生产车间工艺计算 (8)2.1生产能力计算 (8)2.2物料衡算 (8)第三章设备选型和台数计算 (10)3.1 高速混合机的计算 (10)3.2螺杆挤出机计算 (10)3.3 挤出管辅机计算 (11)3.4其他设备 (11)3.5原料消耗计算 (12)第四章工艺参数 (14)第五章安全与环保 (15)设备一览表 (16)参考文献 (17)第一章概述PVC是聚氯乙稀（polyvinyl chloride）塑料的英文缩写。

这种让人欢喜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采用硬质聚氯乙烯管。

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]：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％。

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奇的速度蓬勃发展。

中国塑料管产量从90年的不到20万吨增长到2000年近80万吨，在上世纪的最后十年内增长高达300%。

进入新世纪后继续高速增长，虽然基数在增加，年增长率仍然很高。

2007年我国塑料管的总产量已经超过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。

表一七个国家近年塑料管产量比较[3]表三2007年中国各种塑料管在各个市场领域的分布单位：万吨表一、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‘亚大塑料制品有限公司’，‘河北宝硕管材有限公司’…等领先企业。

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，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。

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。

目前大多数生产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。

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2～4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1～2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1/3～1/5。

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研究也日渐深入[4]。

综上所述，本项目采用锥型异向双螺杆挤出机生产PVC管材。

1.4 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PVC管材的原料主要是悬浮法聚合的聚氯乙烯树脂[5]。

根据国家标准GB／T5761-93《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，加工也越困难。

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50～80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[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。

1.4.2 PVC-U管材生产配方[7]表七铅盐体系PVC-U管材配方经过比较，在本设计中采用如下配方表八本设计配方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：PVC②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 产品质量指标我国采用ISO 国际标准的对应技术文件，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。

不同的用途有不同的产品标准如表九。

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。

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年之使用寿命。

采用非铅盐稳定剂取代传统铅盐热稳定剂来生产PVC －U 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。

第二章 硬PVC 管生产车间工艺计算计原始数据:（一）聚合聚生产能力 12200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 ； （五）物料损耗系数2.1生产能力计算kg 6.171199.07200100012200=⨯⨯=⨯=合格率年生产时数装置产量（公称产量）每小时设计产量kg 4.41078246.1711=⨯=⨯=日生产时数每小时设计产量每天设计产量 kg 1232352072006.1711=⨯=⨯=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-=1kg 41202%3.014.410781=-=-=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 41326%3.01412021=-=-=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 41492%4.01413261=-=-=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 41575%2.01414921=-=-=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/Lkg 8.17282441492===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 8.8065.17.08.1728=⨯=⨯=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 —800A80060060/90370/740台故取台有效容积设计量混合机的台数2345.16008.806===3.2螺杆挤出机计算kg 9.17212441326===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-92×2292/18834.775-110kw85kw105080008006×1.6×2.5台故取台挤出机的台数315.28009.1721==t/a 5760100072008001000=⨯=⨯=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 25.336094.29.1721=⨯⨯==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4×1.6×1.5m3.4其他设备t 122%991122001=-⨯=-⨯=）（合格率）（年设计产量年废品量 kg 95.1672001000122=⨯==年生产时数年废品量每小时废品量kg 8.4062495.16=⨯=⨯=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型号磨粉机参数型号主机功率(kw) 风机功率(kw)电压(V) 总功率(kw)刀盘直径(mm) 进料直径(mm) 出料细度(目） 产量（kg/h) 外形尺寸L×W ×H (m) JWP-550 37 5.5 380V50HZ42.5φ550∠640-120200-3802.5×2×3因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有406.8kg ，选取一台磨粉机就能达到生产求，h 63.12508.406===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L ×W ×H (m)SWP400400200-400400×250116601.3×0.9×1.7因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有406.8kg ，选取一台破碎机就能达到生产求，h 68.06608.406===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PVC 树脂 100 硬脂酸钡 1.2 CPE 树脂 4 石蜡 0.4 3PbO.PbSO 4 4 PE 蜡 0.2 硬脂酸铅2轻质碳酸钙40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 667.0012.18.151100PV C PV C =⨯=⨯=成品年设计产量树脂单耗年消耗量t /t 79.821952.12323667.0PV C =⨯=⨯= 成品总单耗配方总分数配方分数树脂单耗t /t 027.0012.18.1514CPE CPE =⨯=⨯=成品年设计产量树脂单耗年消耗量t /t 74.33252.12323027.0CPE =⨯=⨯=成品总单耗配方总分数配方分数单耗t /t 027.0012.18.15143PbO.PbSO 3PbO.PbSO 44=⨯=⨯=成品年设计产量单耗年消耗量t /t 74.33252.12323027.03Pb.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 21.16052.12323013.0=⨯=⨯= 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 59.9852.12323008.0=⨯=⨯= 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 97.3652.12323003.0=⨯=⨯= 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 32.1252.12323001.0PE =⨯=⨯= 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 38.329052.12323267.0=⨯=⨯=表十六 主要原料消耗序号 原料名称 规格 单耗量 年消耗 用途 1 PVC 树脂 SG5 0.667 8219.79 主要原料 2 CPE 树脂 H135 0.027 332.74 填充剂 3 3PbO.PbSO 4 AR/工业 0.027 332.74 热稳定剂 4 硬脂酸铅 ≧99% 0.013 160.21 稳定剂 5 硬脂酸钡 ≧99% 0.008 98.59 稳定剂 6 石蜡 58#半精炼 0.003 36.97 润滑剂7 PE 蜡 20kg/包 0.001 12.32 8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管材挤出工艺温度控制范围/℃挤出机（压缩比）原料形态料间螺杆机头和口模转速范围/（r/min）一段二段三段四段五段一段二段三段单螺杆（2.4）粒状供料段压缩段计量段100～140 150～180 160～180/ 160～170170～185175～185φ65,14～30;φ90,10～30;φ150,7～12单螺杆（3.0）粉状130～150 160～175 170～180 / 160～170170～185175～185双螺杆60/125 粉状175～170～155～150～155～125～170～180～180～4～37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,管道纵横交错。