1、 洛阳理工学院课程设计（论文） I 30000 吨 /年硬质聚氯乙烯管工艺及车间工艺设计 摘 要 本设计是年产 30000 吨硬质聚氯乙烯管材生产工艺及车间合成工段初步设计。本文综述了硬质 PVC 型材的特点及发展现状与前景并从聚氯乙烯管材生产工艺着手，选择普遍使用的双螺杆挤出成型的成型方法生产聚氯乙烯管材，通过配方选择、物料衡算、热量衡算、设备选型、工艺参数控制等过程对整个工艺流程作了较为详尽的阐述。另外指出硬质 PVC 管材成熟的生产工艺路线，并从低成本、高性能、功能应用等各方面考虑设计了较为合理的硬质 PVC 管材生产配方和留有发展潜力的生产设 备，计算其生产车间所需的各种生产设备和总投
2、资成本，绘制出工艺流程图和生产车间设备平面布置图，对实际投资建设硬质 PVC 管材产车间的各个方面具有积极的指导作用。 关键词： 硬质 PVC；管材；物料衡算； 生产车间 ； 工艺 设计 洛阳理工学院课程设计（论文） II Technology and process design of workshop of 30000 tons / year of rigid polyvinyl chloride pipe ABSTRACT This design is the annual output of 3000 tons of rigid polyvinyl chloride (PVC) pro
3、duction process and synthesis workshop section of preliminary design. This paper reviews the characteristics and development present situation and prospect of rigid PVC profiles and begin from PVC pipe production technology, choose the commonly used double screw extrusion molding method for the prod
4、uction of PVC pipe, through the formulation selection, material balance, heat balance, equipment selection, process parameter control and so on process of the whole process in details in this paper. Also points out that the rigid PVC pipe mature production technology, and the low cost, high performa
5、nce, function, application and so on various aspects to consider design a more reasonable formula of the rigid PVC pipe production and production equipment, with the development potential of calculating the variety of production equipment for the production workshop and total cost of investment, to
6、draw a process flow diagram and workshop equipment layout, construction of actual investment all aspects of the rigid PVC pipe production workshop has a positive guiding role. KEY WORDS: hard PVC; Steel tubes; The production workshop; Process design 洛阳理工学院课程设计（论文） III 目录 前 言 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 概述 .
7、错误 !未定义书签。 1.1 聚氯乙烯管材的特点 . 错误 !未定义书签。 1.2 硬质聚氯乙烯管材的主要市场 . 错误 !未定义书签。 1.2.1 建筑用聚氯乙烯管材市场 . 错误 !未定义书签。 1.2.2 农用聚氯乙烯管材市场 . 错误 !未定义书签。 1.3 聚氯乙烯管材的生产方法 . 错误 !未定义书签。 1.4 生产工艺流程概述 . 错误 !未定义书签。 1.5 原料配方的选择 . 错误 !未定义书签。 1.6 产品质量指标 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 硬 PVC 管生产车间工艺计算 . 错误 !未定义书签。 2.1 生产能力计算 . 错误 !未定义书签。 2.2 物料衡
8、算 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 设备选 型和台数计算 . 错误 !未定义书签。 3.1 高速混合机的计算 . 错误 !未定义书签。 3.2 螺杆挤出机计算 . 错误 !未定义书签。 3.3 挤出管辅机计算 . 错误 !未定义书签。 3.4 其他设备 . 错误 !未定义书签。 3.5 原料消耗计算 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 各种工艺参数 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 车间设备布置设计 . 错误 !未定义书签。 洛阳理工学院课程设计（论文） IV 5.1 车间设备布置的原则 . 错误 !未定义书签。 5.1.1 车间设备布置的原则 . 错误 !未定义书签。 5.1.2
9、 车间设备平面布置的原则 . 错误 !未定义书签。 5.1.3 车间设立面布置的原则 . 错误 !未定义书签。 5.2 车间设备布置 . 错误 !未定义书签。 5.2.1 车间设备平面布置 . 错误 !未定义书签。 第 6 章 安全与环保 . 错误 !未定义书签。 设备一览表 . 错误 !未定义书签。 结 论 . 错误 !未定义书签。 谢 辞 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 洛阳理工学院课程设计（论文） 1 前 言 中国聚氯乙烯工业自 1958 年正式投产以来 ,经过 30 多年的发展已成为我国塑料产品中生产能力最大的一个行业 ,产量仅次于聚乙烯 ,在国内居第 2
10、 位。 1997年 ,全国聚氯乙烯生产能力达 193 万 t,树脂产量 150 万 t,制品产量约 22O 万 t,其中管材产量约 25万 t,占制品总产量的 4.4%,与国外发达国家相比 ,无论产量和消费量都很低。在发达国家 ,聚氛乙烯产品以硬制品为主 ,管材管件是硬制品的主要产品 ,消费聚氯乙烯量占树脂总消费量的 32%,而我们国家聚氯乙烯产品多年来一直以软制品为主 ,没有很好地开发硬制品市场 ,尤其硬质聚氯乙烯管材管件发展缓慢 ,有大量的市场尚未开发 发展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 , 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
11、 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。所以说 ,聚氯乙烯管材与金属管材和其它合成材料管材相比在许多方面有较强的竞争能力。据悉 ,在美国 ,聚氯乙烯管材的消费量已占美国塑料管材总消费量的 80%。我国南北方广大地区也开始大量使用聚氯乙烯管材 ,但从我国建筑、农业市场应用水平来看 ,还有不少差距 ,生产技术、产品品种和质量还有望进一步改进。聚氯乙烯管材、管件是重要的硬质聚氯乙烯制品 ,当今世界聚氯乙烯树脂生产中约有 32%用于生产管材 ,其中美国的消费量最大 ,年消费量达(180 210)万 t,约占美国聚氯乙烯树脂总消费
12、 量的 30% 37%,西欧占 28% 34%,日本占 26%左右。 据中国塑料加工工业协会统计 ,目前我国聚氯乙烯管材市场的年增长率达15%,居世界首位 ,这种发展势头还将持续一定的时期。预计到 2010 年 ,全国新建、改建住宅的室内排水管道 80%将采用聚氯乙烯管 ,基本淘汰传统铸铁管 ;电线护套管、建筑雨水排水管道、城市供水管道 (DN400 mm 以下 )、城市燃气管道 (中低压管 )90%将采用聚氯乙烯管 ;村镇供水管 80%将采用聚氯乙烯管。随着住宅产业现代化的发展 ,对化学建材提出了更高的要求 ,我们应该充分发挥原料优势 ,依靠科技 进步 ,开发聚氯乙烯深加工产品 ,从而推动化
13、学建材行业协调健康发展。 我国聚氯乙烯管材市场正处于上升阶段 ,巨大的市场容量和较低的准入门槛 ,使聚氯乙烯管材在过去的几年中 ,一直是国内各方投资的热点项目。在目前的投资热潮中 ,我们应该清醒地看到 ,我国聚氯乙烯管材生产企业在研发、清洁生产、规模经济和成本控制方面存在的问题。目前 ,我国聚氯乙烯管材厂商的产品品种还比较单一。由于投资盲目 ,研发不足 ,导致市场上低端产品产能相对过剩 ,竞争激烈。与先进国家相比 ,我国聚氯乙烯管材的生产与应用 ,还有很多空白领域 ,必须加大新产品的开 发力度。总之 ,增强研发实力 ,形成规模经济和清洁生产是今后聚氯乙烯管材业可持续发展的必然之路。根据国家相关
14、工业领域发展规划预测 ,今后 5 7 年间 ,聚氯乙烯增长较快的领域是聚氯乙烯管材业 ,这为聚氯乙烯提供了广阔的市场发展空间。随着聚氯乙烯管材业应用领域的进一步拓展和产品质量的提高 ,必定会拉动聚氯乙烯产业的迅速发展。到 2010 年国内聚氯乙烯表观消费量将达到 1000 万 t。 洛阳理工学院课程设计（论文） 2 第 1 章 概述 聚氯乙烯（ PVC）是目前产量仅次于聚乙烯的第二大通用塑料，广泛应用于各行各业中。其中 PVC硬质制品（ PVC-U）占其 总量的 60%，且正朝着高韧性高强度的新领域发展。 PVC-U管 材 广泛应用于给水、建筑排水、排污、化工等领域，是 PVC-U制品中重要的
15、种类，也是塑料管道中使用最广泛的产品之一。 1.1 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 10 13 t 铸铁管，运输安装容易。耐腐蚀性能好。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。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。导热系数小，耐候性较好，隔热性能好。着色方便 ,不需油漆
16、,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 :强度较低 ,受压能力较差。使用温度范围窄 ,一般在零下几度到 50之间。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。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 硬质聚氯乙烯管材的主要市场 1.2.1 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
17、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。 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
18、 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、洛阳理工学院课程设计（论文） 3 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 (1
19、80 200)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。上海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
20、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。 1.2.2 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。自从国内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
21、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。从国内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 ,以弥补国内耗地给粮
22、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。 1.3 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
23、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、韩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洛阳理工学院课程设计（论文） 4 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
24、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
25、 ,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 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： 成型料准备过程，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行加 热、塑化。塑化完全后，塑化料被定量挤出。 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。 1.5 原料配方
26、的选择 组分名称 组分份数 百分率（ %） 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 洛阳理工学院课程设计（论文） 5 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 UV-9 1 0.66 氯化石蜡 2 1.32 硬脂酸 2 1.32 轻质 CaCO3 20 1.32 金红石型 TiO2 5 3.31 Sb2O3 5 3.31 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
27、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 项目 国家标准 项目 国家标准 化工用硬 聚氯乙烯（ PVC-U）管材 GB/T4219-1996 建筑排水用硬 聚氯乙烯（ PVC-U）管材 GB/T5836.2-92 给水用硬 聚氯乙烯（ PVC-U）管材 GB/T10002.1-96 埋地排污、废水用硬聚氯乙烯（ PVC-U）管材 GB/T10002.3-96 低压输水灌溉用薄壁硬聚氯乙烯（ PVC-U）管材 GB/T13664-92 农用硬 聚氯乙烯（ PVC-U）管材 JB/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、
28、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，其余部分为上述洛阳理工学院课程设计（论文） 6 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。
