产2500吨供模压成型用条状BMC复合材料产品工厂设计-毕业小设计——任务说明书.docx

31 / 31目录1 设计依据22 指导思想和设计原则33 配方设计64. 生产方法与工艺流程105 物料衡算126 能量衡算177 设备的选型、设计与计算198 其他配合条件269. 工艺设备概算2710. 产品成本核算及经济效益预测28参考文献291 设计依据团状模塑料（BMC）是一种热固性塑料，其主要原料由短切玻璃纤维、不饱和树脂、碳酸钙填料以及各种添加剂经充分混合而成的料团状预浸料，可进行模压或注塑成型而得到复合材料，可用于汽车零部件、音响设备壳体、高速公路防眩板、建筑用吊顶、断路器外壳、低压电器、沼气池壳等结构或功能材料的成型。本次BMC生产工厂设计的基本参数与要求如下：产量2500吨/年；规格要求供模压成型用的条状BMC产品；产品性能达到BMC的一般性能（如表1-1）；厂址选择上海化学工业区（地理条件如表1-2）；经济目标该厂年利润率达到10%。表1-1 BMC系列模塑料性能指标指标单位BMC-1BMC-2BMC-3检验标准密度g/cm31.751.951.751.951.751.95GB1033吸水性mg2020-GB1034模塑收缩率%0.150.150.30GB1404弯曲强度MPa908070GB1042热变形温度240240220GB1634常态绝缘电阻1.010131.010131.01012GB1410电气强度90MV/m12.012.010.0GB1408上述信息节选自JB/T7770-1995。表1-2 上海化工区的地理条件项目详细所处区域上海市南翼，金山、奉贤两区的交界处，距市中心50公里规划面积29.4平方公里公路条件有A4高速公路连接市区和沪宁、沪杭高速公路网铁路条件内设专用铁路支线与全长113公里的浦东铁路相连水系条件通过疏浚后的内河航运系统，化工区可与黄浦江、长江水系连通航空条件化工区距浦东国际机场和虹桥国际机场均约50公里2 指导思想和设计原则2.1 建造意义我国对BMC产品的需求随着信息、交通、建筑等产业的迅速发展而日益增长，且除了满足我国大陆市场需求外，台湾省亦大量采购BMC材料，不仅如此，BMC还出口到了日本、美国和欧洲等地，我国正逐渐成为世界一流的BMC生产地。上海树脂所梅陇实验厂在1986年以年产500吨的中试规模开始生产BMC。上海的汽车工业发达， BMC便有很大的供求量，同时其他领域的广泛应用也在陆续开发中，例如高位玻璃钢水箱、绝缘子和接线端子等。由此可见，对BMC生产与研发大量投入，有利于交通运输业的快速发展，进而对作为全国海岸线的交通枢纽的上海具有极大的积极意义，并由此提升全国BMC生产的综合水平。又因BMC材料本身具有成型周期短，适合大批量生产，可加入大量填料（满足阻燃、尺寸性稳定性的要求的同时降低了成本），工人技能要求较低，作业环境好等优点而也与我国节约型社会、可持续发展等重要的战略要求相符。2.2 建厂地可行性上海化学工业区位于杭州湾北岸，是“十五”期间中国投资规模最大的工业项目之一，第一期项目总投资将达1500亿元人民币，是中国改革开放以来第一个以石油和精细化工为主的专业开发区，同时也是上海六大产业基地的南块中心，被誉为“上海工业腾飞的新翅膀”。上海化学工业区的开发建设引入了世界级大型化工区的“一体化”先进理念，通过对区内产品项目、公用辅助、物流传输、环境保护和管理服务的整合，为进区投资者提供最佳的投资环境。具体来说，在上海化学工业区建BMC厂的可行性以及注意事项有以下五点。气象水文。上海地属亚洲大陆东沿，中国南北海岸中心点，系亚热带季风气候：雨热同期，日照充分，雨量充沛（风向参见图2-1）。上海市境内江、河、湖、塘相间，水网交织，主要水域和河道有长江口，黄浦江及其支流吴淞江、蕰藻浜、川杨河、淀浦河、大治河、斜塘、圆泄泾、大泖港、太浦河、拦路港，以及金汇港、油墩港等。故由此可推断，上海水利条件与风力资源非常发达，且处江河下游与下风口，利于供给工厂生产与废物排放；但与此同时，由于比较潮湿的气候条件对热固性树脂的固化不利，玻璃钢类产品的生产受到限制，故应在建BMC厂时注意对增强材料（玻璃纤维）以及模塑料半成品的烘干处理，且尚需注意由于降雨等原因引起的昼夜温差较大对工艺温度限定过程的影响。图2-1 上海风向玫瑰图原料来源。上海境内缺乏金属矿产资源，建筑石料也很稀少，陆上的能源矿产同样匮乏；与此同时所处东海大陆架是中国近海海域最大的含油气盆地，且海水中化学资源丰富，同时海陆尚有较丰富的生物资源。初步分析可知，生产BMC的主要原料不饱和聚酯树脂多由石油化工制造，并可能有用生物油脂等有机物进行改性；玻璃纤维由熔融玻璃拉制冷却而成，虽然看似这方面矿产较为匮乏，但因其运输业发达且玻璃及其原料成本低廉，故在上海境内有较多玻璃制品厂可提供材料；碳酸钙填料价格低廉且各地产量都不低，而其他所需填料与助剂可从海洋资源或附近各地运输来获得。产品的销售与运输。上海是中国的经济、交通、科技、工业、金融、会展和航运中心之一。上海港货物吞吐量和集装箱吞吐量均居世界第一，是一个良好的滨江滨海国际性港口。上海与江苏、浙江、安徽共同构成的长江三角洲城市群已成为国际6大世界级城市群之一。故在销售与运输上来说，在上海建具有较高附加值的BMC厂乃全华东地区甚至全国的不二之选。劳动力。上海人力资源丰富，而作为工资和消费水平较高的地区，其劳动力较为昂贵。但BMC生产具有对工人技能要求不高、易实现自动化、节省劳动力的特点，建设BMC厂所需的劳动力成本相比于其他树脂塑料产业而言是比较低的，且从BMC应用的长远出发，对优秀劳动力的投资也是具有发展战略意义的。资金筹措。上海是中国大陆首个自贸区“中国自由贸易试验区”所在地，积累了多年的稳固经济基础，且国家对上海的发展而投入的资金数额也不断提高。在国家与上海市相关政策的鼓励下，建设具有巨大发展潜能与经济效益的树脂材料厂是可以得到必要的财力支持的。2.3 工艺方法评述BMC由不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、引发剂、内脱模剂、矿物填料等预先混合成糊状，再加入增稠剂、着色剂等，与不同长度的玻璃纤维，在专用的料釜中进行搅拌，进行增稠过程，最终可形成所需的团状的中间体材料，具体如下：将树脂体系、固化体系、脱模剂、低收缩率添加剂等液体用高速分散机进行充分混合；随后将混合好的树脂糊加入捏合机中，并依次加入矿物填料与玻璃纤维，混炼捏合一段时间；再将捏合完毕的物料取出，常温晾置过夜后放入烘房中干燥一定时间；最后取出冷却到室温，用挤出机处理为条状后以聚酯薄膜密封包装，储存备用。由此可看出，该工艺而考虑到上海地区较为潮湿，加入了“烘干”的工序，以及为了运往各地销售，尚需要一定的包装手段等。且该工艺对捏合时间具有较严格的控制，以防止捏合不足或捏合过度所带来的危害。总体来说，该生产BMC的工艺简单，设备也不复杂，较容易实现自动化，可行性高。2.4 原材料和设备2.4.1 原料树脂体系：191不饱和树脂、引发剂（TBP）增强材料：短切玻璃纤维（约6mm）填料体系：碳酸钙、瓷土其他助剂：低收缩剂（PVAc）、增稠剂（MgO）、内脱模剂（CaSt）出于在满足性能的前提下降低成本的考虑，本树脂将采用通用的191不饱和树脂，直接购置的短切玻璃纤维作为增强材料，以节省工厂设备数量以及占地面积。2.4.2 设备高速分散机液体原料混合制得树脂糊。捏合机树脂糊与玻纤、填料充分混炼捏合。烘房烘干短切玻纤与模塑料。挤出机使BMC形成条状便于包装。其他设备如运输设备、检测仪器和称量器械等。虽然进口设备整体水平高于国产，但鉴于本厂初建利润较低，而BMC制造对设备的要求不高，且上海地区设备制造行业发展迅速，为了尽快扭亏为盈，都选用国产设备。3 配方设计3.1 设计基本原则原料选用： 在保证具有稳定质量的前提下尽可能降低成本，选用来源方便且对人体和环境危害较小的原料，并注意储存条件与储存寿命。工艺性能：树脂应考虑粘度、固化速度、放热性和尺寸稳定性等，填料的吸油值与分散难易程度，玻纤的浸润程度和强度保留等都应该通过品质与用量结合工艺来调节。制品性能：模塑料应具有良好的热固化性能以及合适的密度与粘度，并使最终成型制品应具有较好且稳定的机械性能、热性能和电性能等。3.2 配方初选范围通过对许多资料的查询，归纳出如表3-1的配方成分选取范围。表3-1 BMC的典型配方成分不饱和聚酯树脂低收缩剂填料增稠剂内脱模剂引发剂玻璃纤维质量（%）122551535600.11140.8215303.3 最终配方确定树脂因为本厂BMC用途广泛，故使用通用型的不饱和聚酯树脂以满足多数应用情况的需求，且其玻璃钢制品具有良好的机械强度和较高的延伸性能。对比诸多牌号的通用型不饱和树脂，本厂决定使用价格较低但粘度、固化速度、固体含量等都适于制作BMC的191#牌号树脂。引发剂BMC用不饱和树脂的引发剂主要有过氧化二苯甲酰（BPO）、过氧化苯甲酸叔丁酯（TBP）和过氧化二异丙苯（DCP）等，他们都有较好的固化性能。其中以TBP为引发剂混炼的BMC具有较好的长期储存性，较高的的固化温度以便于调控固化时间；且TBP为液体，较糊状的BPO与粉状的DCP更便于与树脂混合均匀。填料在所有填料中，碳酸钙具有较低的油吸附量，并能提高制品的表面质量，而且它的来源丰富，价格低廉，但是其流动性差；瓷土具有较好的流动性和制品性能。故将两者混合使用，取长补短。由于填料不仅能提供给BMC以良好的性能，还能大大降低其成本，故填料应占整个BMC的主要分量，且以较为便宜的碳酸钙为主，优异性能的瓷土为辅。低收缩剂热塑性树脂常用作BMC的低收缩剂，主要有聚苯乙烯（PS）、聚醋酸乙烯酯（PVAc）、甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以及氯醋共聚物、高压聚乙烯等。其中PVC和PE类低收缩剂与不饱和树脂的相容性较差，PMMA和PS的玻璃化转变温度较高，故选用PVAc较合适，且该聚合物毒性也很低。其用量调节目的在于使BMC成型时的收缩率尽可能小。玻璃纤维玻璃纤维的长度对BMC制品强度有很大影响，而且直接关系到材料充满模腔的工艺性能，其长度太大在捏合过程中力学性能损失也大，故选用6mm规格的短切玻纤。为了使玻纤发挥出大于各组分的强度性能，其用量应略多于树脂。增稠剂增稠剂在整体上用量不高，而氧化镁或氢氧化镁的增稠效果比氧化钙和氢氧化钙的要好些，最后选用更耐储存的氧化镁。脱模剂脱模剂的用量也很少。一般BMC用的脱模剂为硬脂酸锌或硬脂酸钙，前者可能导致塑料降解，而后者的熔点较低，在模压成型时容易排除到表面起到更好的润滑隔离作用，且成本也较低，故选用硬脂酸钙。表3-2 本厂所用BMC配方配方代号或符号中文名称质量分数价格kg备注树脂191#UPR通用型不饱和聚酯树脂17%7.4含量90%，固体64%引发剂TBP过氧化苯甲酸叔丁酯1%24含量98.5%，优级品增强材料SGF短切无碱玻纤20%2.66mm主填料CaCO3重质碳酸钙35%0.28含量99%，500目，白度98%辅填料Kaolin瓷土（高岭土）20%0.55二氧化硅45%，1250目低收缩剂PVAc聚醋酸乙烯酯5%20含量99%，平均粒径0.5mm增稠剂MgO轻质氧化镁0.5%9含量90%，325目脱模剂CaSt硬脂酸钙1.5%5.9含量99.9%，200目3.4 材料性能评估3.4.1 密度估算树脂密度（因低收缩剂作用，不考虑固化后密度改变，且包含其余助剂）：1.20g/cm3玻纤密度：2.65g/cm3碳酸钙密度（重质密度较大）：2.80g/cm3高岭土密度（由二氧化硅含量决定）：2.55g/cm3孔隙率（按上限计算）：10%mi：各组分的质量Vi：各组分的体积i：各组分的密度wi：各组分的质量分数P：孔隙率故用该配方制作的BMC模压板密度为：=imiiVi=imiimii=1-Piwii (3-1)=1-10%17%+1%+5%+0.5%+1.5%1.20+20%2.65+35%2.80+20%2.55=1.85g/cm33.4.2 强度粗算强度指标有很多，测量时用弯曲强度这一复杂的应情况，粗算预测时可用基础的拉伸强度。而BMC复合材料板可看作准各向同性板，可用式3-2，该式中的拉伸强度为单项短纤维增强复合材料的强度，可近似看做单向连续纤维复合材料的强度，由式3-3计算。此外还需要用到式3-4将质量分数近似换算为体积分数。 b0=0.3Xt (3-2) Xt=Xftvf+Xmt1-vf 3-3 vf=1-wm1+wm 3-4基体拉伸强度（不计填料）：58MPa玻璃纤维拉伸强度：1500MPa基体的质量分数（不计填料）：0.556Xt：单向连续纤维复合材料的拉伸强度Xft：玻璃纤维的拉伸强度Xmt：基体拉伸强度vf：玻纤体积分数wm：基体的质量积分数故该配方制作的BMC模压板强度为：b0=0.3Xt=0.3Xftvf+Xmt1-vf=0.3Xft1-wm1+wm+Xmt1-1-wm1+wm=0.315001-0.5561+0.556+581-1-0.5561+0.556=141(MPa)3.4.3 综合评述正如前文所述，表3-2的配方无论从用量上还是选材上都有较为详细的考虑，且不计损耗得出的每千克成本不到4（BMC市场价平均7/kg），对制造出综合性能优良的通用型BMC具有参考价值。从密度估算出的数值满足表1-1的要求；而强度粗算的数值对于复合材料而言是足够的，且该计算未记入填料增强以及界面效应：故粗略估计可认为该配比是合理的。4. 生产方法与工艺流程4.1 工艺流程图55kW05.5kW15、18.5kW48kWDCBA高速分散机混合引发剂内脱模剂不饱和树脂低收缩剂增稠剂捏合机混炼矿物填料玻璃纤维烘箱烘干挤出机造粒包装储存图4-1 BMC生产工艺流程图该图的标号A、B、C、D后表示续章节使用时不再说明。4.2 生产过程描述按照配方称量不饱和树脂、引发剂、内脱模剂、低收缩剂和增稠剂，并依次投入A高速分散机的料筒中。注意称量的精确度，尤其是引发剂不可多加。开启A高速分散机，由慢到快提升混合速度，搅拌30min。具体可按照50rpm、100rpm、200rpm、400rpm的梯度进行提升，直到树脂在外观上没有固体粉末等残留。关闭A高速分散机后取出料筒，将其中的树脂按照配方分批糊倒入已经开启的B捏合机中，再逐步加入按配方称量好的碳酸钙和瓷土填料，以30r/min捏合20min，使树脂与矿物填料充分混合成糊状，且糊中没有明显的粉状物即可。再将按配方称量好的玻璃纤维分散地倒入B捏合机中，以30r/min继续捏合6min，直到所有玻纤都被搅拌浸透，但不可搅拌时间太长以免玻纤断裂。停止运行B捏合机并将混炼好的BMC全部取放入托盘中（每盘34公斤），置于室温冷却一夜。然后再将其放入C烘箱（1050）中烘干12小时后取出，冷却至室温。最后将上步所得BMC用D挤出机制成条状。包装完毕后将器保存于阴凉干燥通风处储存。4.3 工艺特色及重点工艺中结合了上海天气潮湿的特点，加入了C “烘干”步骤以控制材料的水分含量以及BMC成品的可挥发分含量，确保了BMC性能的稳定。此外，采用D挤出机将制好的BMC挤出为条状的模塑料，便于自动化运送与包装，也有利于保存和使用。该工艺的重点在A与B两个工艺点处。A点搅拌时除了转动剪切做功生热，可能还会伴随有溶解以及反应放热，而放热太高容易引起树脂的提前聚合，甚至损坏机器；另外，天气太冷时粘度增大，不易混合均匀而导致浪费能源。为了解决温度问题，要做好散热或保温措施，并适当调节具体的转速。B点则是整个BMC生产的最重要的环节，为了获得质量较高且稳定的BMC，要注意搅拌的均匀程度以及捏合时间，而这些单就工艺而言，与捏合时投料的顺序、加料方式、捏合转速、捏合时间、捏合环境（湿度、温度等）都有关，故应在这些因素中不断调整寻找最佳的平衡值，并根据具体变化来调节使控制点的读数稳定，以保证BMC的最终性能。除了控制所有原料的水分含量0.1%外，主要的工艺控制点为：A的温度（30）、粘度（2040Pam）控制；B的温度（25）控制、压力控制；C的挥发物含量（90%，而固含量为64%，模压料烘干时挥发分的损失为非树脂成分（聚酯单体）以及少部分的交联单体，故估计树脂烘干损耗R=10%。记入自然损耗和扫地损耗，每步的损耗量如后页图5-2所示。-5%树脂、引发剂脱模剂、增稠剂低收缩剂高速分散机捏合机矿物填料玻璃纤维烘房挥发分不合格品检测挤出机包装储存-0.6%-0.3%-0.5%-0.5%-0.5%-0.6%-0.8%-0.8%-0.4%减少10%图5-2 物料衡算示意图下面由衡算式反算每个原料的实际投入量（至少保留两位有效数字）：挤出机产出量=(1015kg/h)/(1-0.8%)1023kg/h合格品与不合格品总量= (1023kg/h)/(1-5%)1077kg/h烘房产出量= (1077kg/h)/(1-0.4%)1081kg/h捏合机产出量=(1081kg/h)/(1-0.8%)1090kg/h碳酸钙投入量=35% (1090kg/h)/(1-0.5%)380kg/h瓷土投入量=20%(1090kg/h)/(1-0.5%)219kg/h玻纤投入量=20%(1090kg/h)/(1-0.6%)220kg/h分散机产出量=(1090kg/h-220kg/h-219kg/h-380kg/h)/(1-0.5%)272kg/h树脂投入量（不计挥发分）=17/(17+1+5+0.5+1.5)(272kg/h) /(1-0.6%)186kg/h引发剂投入量=1/(17+1+5+0.5+1.5)(272kg/h) /(1-0.6%)11kg/h低收缩剂投入量=5/(17+1+5+0.5+1.5)(272kg/h) /(1-0.3%)55kg/h增稠剂投入量=0.5/(17+1+5+0.5+1.5)(272kg/h) /(1-0.5%)5.5kg/h脱模剂投入量=1.5/(17+1+5+0.5+1.5)(272kg/h) /(1-0.5%)16kg/h树脂投入量=(186kg/h)/(1-10%)207kg/h由物质不灭定律（G入=G出+G失）得：A输入=(207kg/h+11kg/h)(1-0.6%)+(55kg/h)(1-0.3%)+(5.5kg/h+16kg/h)(1-0.5%)=293kg/hA输出=(293kg/h)(1-0.5%)=292kg/hB输入=292kg/h+(380kg/h+219kg/h)(1-0.5%)+(220kg/h)(1-0.6%)=1107kg/hB输出= C输入=(1107kg/h)(1-0.8%)=1098kg/hC输出=(1098kg/h)(1-0.4%-17%10%)=1075kg/hD输入=(1075kg/h)(1-5%)=1021kg/hD输出=(1021kg/h)(1-0.8%)=1013kg/h表5-1 BMC生产各工序物料平衡表工序输入输出损失A高速分散293kg/h292kg/h1kg/hB捏合混炼1107kg/h1098kg/h9kg/hC晾干烘干1098kg/h1075kg/h23kg/hD挤出包装1021kg/h1013kg/h8kg/h因为按照配方最低量算的为1013kg/h，而按工时计算的为1015kg/h，故易得年产量为24962501吨，符合设计要求。至此，物料衡算计算完毕。表5-2 设计生产规模要求产量实际产量原材料投入总量原材料损失量利用率总损耗2500t/y2496t/y2501t/y2743.7t/y243.664 t/y91%9%5.3 物料衡算总汇表由此可知，本厂产量高，原料利用率较大。表5-3 原材料理论消耗综合表序号原料名称或代号配方质量分数wi/%规格2500tBMC消耗原材料单位：t/y单位：kg/h单位：kg/天1191#树脂17%含量90%425172.61380.42TBP1%含量98.5%2510.281.23短切玻纤20%6mm500203.016244重CaCO335%500目875355.328425瓷土20%1250目500203.016246PVAc5%0.5mm12550.84067轻MgO0.5%325目12.55.140.68硬脂酸钙1.5%200目37.515.2121.8表中数据计算说明：各组分年进机量（t/y）=2500wi；各组分每小时处理量（kg/h）=1015wi；各组分日耗量（kg/天）=10158wi。表5-4 原材料实际消耗综合表序号原料名称或代号配方质量分数wi/%规格2500tBMC消耗原材料单位：t/y单位：kg/h单位：kg/天1191#树脂17%含量90%51020716562TBP1%含量98.5%27.111883短切玻纤20%6mm542.122017604重CaCO335%500目936.338030405瓷土20%1250目539.621917526PVAc5%0.5mm135.5554407轻MgO0.5%325目13.65.5448硬脂酸钙1.5%200目39.416128表中数据计算说明：各组分实际日耗量（kg/天）=各组分实际每小时处理量8；各组分实际年进机量（t/y）=各组分实际日耗量308/1000。6 能量衡算6.1 换热估算为了让混料温度T2保持255，可能需要使用冷却水或加热汽。上海夏季平均气温30，炎热时记入混料时产生的热量可估计初始料温为35；上海冬季平均气温5，记入混料时产生的热量可估计初始料温T1为10。设冷却水温t1为20，热水水温为50，逆流充分换热（T1=t2），其余热阻与散热不计。树脂的比热容cm1为0.396103J/(kgK)；水的比热容cm2为4.2103J /(kgK)；水蒸气的冷凝给热系数为8103W/(m2K)；树脂流量qm1因为捏合机自带控温功能，故可认为是A输出量，即292kg/h。由能量守恒定律（U=W+Q）得： qm1cm1T1-T2=qm2cm2t2-t1 (6-1)整理得需要的冷却水流量为：qm2=qm1cm1cm2T1-T2T1-t1=292kgh0.3964.235-3035-209kg/h其换热量为：Q=qm1cm1T1-T2t=292kgh0.396kJ(kgK)35-30K8h4625kJ同理得需要的热水流量和换热量为：qm3=292kgh0.3964.210-2010-507kg/hQ=292kgh0.396kJ(kgK)10-20K8h-9250kJ6.2 电能估算经过市场调研，初步估计所需的每台机的功率（如图4-1），现计算每台机器每个工作日的电能消耗（kWh）。A高速分散机：使用时混料30min，平均功率按照最大功率的70%计算，换料筒时间按3min计，得其单机能耗为5.5kW70%8h30/(30+3)=28kWh。B捏合机：使用时一共捏合26min，功率取37r/min时的18.5kW，倒料时间按5min计，得其能耗为18.5kW8h26/(26+5)124kWh。C烘房：因其需要烘12h，可安排24批模压料放入，则全工时运行，但不计预热时间，得其最高能耗为48kW8h=384kWh。D挤出机：由于其实际功率取决于投料与否，故可看成90%折扣的全工时运行，得其能耗为55kW8h90%=396kWh。6.3 能耗总表表6-1 公共工程的能量日耗（估算）能耗类型具体类目每日能耗流量供给能量供给换热流体炎夏（冷却水）72kg-4625kJ寒冬（热水）56kg9250kJ机械电耗（单台）高速分散机17.5mA28kWh捏合机84mA124kWh烘房218mA384kWh挤出机225mA396kWh其他运输、通风、仪表等总计4791kJ机械的电流供给按220V电压与实际功率计算；炎夏和寒冬均按60天计。至此，能量衡算计算完毕。7 设备的选型、设计与计算7.1 设备选型原则设备选型是指购置设备时，根据生产工艺要求和市场供应情况，按照技术上先进、经济上合理，生产上适用的原则，以及可行性、维修性、操作性和能源供应等要求，进行调查和分析比较，以确定设备的优化方案。本设计都采用标准的设备，通过查阅相关资料，归纳出下列模塑料生产时的设备选择原则：适用性：设备选型首先应考虑的是生产上适用，只有生产上适用的设备才能发挥其投资效果。所选购的设备不仅要符合生产的基本需求，还应与企业扩大生产规模或开发新产品等需求相适应。先进性：其次是技术上先进，技术上先进必须以生产适用为前提，以获得最大经济效益为目的。在满足生产需要的前提下，要求其性能指标保持先进水平，以利提高产品质量和延长其技术寿命，从而保持企业在行业中的持久竞争力。经济性：一方面指处理物料时对性能的保证和对产量的稳定性能，人们投资购置设备都希望设备能无故障地工作，以期达到预期的目的，要求使其主要零部件平均故障间隔期越长越好，因此在进行设备选型时必须考虑设备的设计制造质量；另一方面则是指使用过程中能耗、维护费用低，并且回收期较短。安全性：安全性是设备对生产安全的保障性能，即设备应具有必要的安全防护设计与装置，以避免带来人、机事故和经济损失。故若遇到新投入使用的安全防护性元部件，必须要求其提供实验和使用情况报告等资料。此外，人们希望投资购置的设备一旦发生故障后能方便地进行维修。友好性：设备对人、环境、工程都是有好的。即既要符合人机工程学原理使工人操作方便；又要使其噪声、振动频率和有害物排放等控制在规定范围内；还要满足设备操作轻便、控制灵活，产量大的设备自动化程度应高，进行有害有毒作业的设备则要求能自动控制或远距离监督控制等要求。对于本设计而言，由于初建工厂，且配方与工艺已经考虑到了友好性的需求，故应将设备选择的重点集中在适用性强、经济性好、安全性高这些方面。7.2 设备具体选择7.2.1 设备需求计算本厂BMC设备处理原材料的方式不尽相同因此要根据不同类型选取不同的计算基准。高速分散机要求处理量为293kg/h，单批处理时间为30min，间歇时间为3min，为了使其混料完毕后立即投入B捏合机中，该设备需要在33min内完成的混料量为293kgh3360h161kg树脂糊的密度约为1.20g/cm3，则需要处理的总体积为1611000g 1.20g/cm3134167cm3134L捏合机要求处理量为1107kg/h，单批处理时间为26min，间歇时间为5min，为了使其捏合完毕后立即进行C晾置与烘干，该设备需要在31min内完成的混炼量为1107kgh3160h572kg捏合得到BMC的密度约为1.85g/cm3，则需要处理的总体积为5721000g 1.85g/cm3309189cm3309L但需要注意，捏合完成前的体积应该比此值大，且玻纤较蓬松，刚加入时总体积也较大。烘房要求处理量为1098kg/h，室温晾置时间为一夜，即8h生产的所有BMC都需要处理，而烘房干燥为12h（取平均1.5h），故该工序需在8h以及1.5h要完成的BMC容纳依次为1098kgh8h=8784kg1098kgh1.5h=1647kg因为该工序与前两个工序相隔交旧，可初步设计在8h内依次批量完成烘房的烘干。8784kg1647kg1.5h=8h考虑到物料更替烘干需要一定的时间，则烘房实际容纳量要高于1647kg。故烘房设计出了需要选择设备类型，还应设计干燥架的大小与间隔等。挤出机要求处理量为1021kg/h，由于其为连续挤出，为了提高效率，可使用多台同时进行造粒加工，使总处理量满足要求即可。7.2.2 设备初选范围选择型号与数量时，除了要满足设备需求的计算数值要求，还要考虑占地面积、能耗量、生产效率、进一步设计性、设备运输和价格等信息。高速分散机为了使拆卸方便，选择带有敞口料筒的高速分散机。为了适应不同粘度以及突发情况的需求，选择无级变速型高速分散机以便调节。而电动升降可减少失误造成的浪费。表7-1 无级变速型高速分散机（CXY型）列表功率/kW离地距离/mm转速/rpm升降高度/mm搅拌容量/L叶轮/mm长/mm宽/mm高/mm0.42030003004604204009000.752030003004804204009001.1100200065020120800100012501.5100200065030150800100012502.215020008006018085010001650315020008008020085010001650420020001000100200980100019505.52002000100015020098010001950虽然选用150L容量的高速分散机可以满足134L的混料需求，但考虑到料筒不封闭可能引起的搅拌时物料飞溅浪费，按最大容量的75%计算得，需要100L的高速分散机（CXY-100）的2台。若不配置倒料叉车，则用3台CXY-60，以便进行手动倒料。分散轴轴承座内的轴承：3只轴承的配置是根据分散盘高速运转会导致轴承座内下端位置的轴承加速磨损，在下端轴承位置增设一只调心轴承增强下端轴承承受能力。显然，3只轴承的配置比2只轴承的配置更加合理、更加实用可靠，采购时应予以关注。电动机的选择和配置：要规避那些翻新电机、铝芯线电机、劣质电机的使用，坚决避免因为贪图便宜而产生更大损失。从性价比角度来考虑，推荐选择国产中、高档品牌的（非）防爆电机。变频器的选择和配置：建议优先选择国产中、高档品牌的变频器以保证涂料分散机质量。捏合机BMC的捏合过程需要进行控温，可选择电加热型捏合机。表7-2 电加热捏合机（NH型）列表容量/L转速/rpm主机功率/kW电热功率/kW尺寸/mm重量/kg533230.7516504007053004045232.24117011004805601003522345.5416457751540125025037217.511618008001400160050037271518.516.2300010001500300010003525223037452534501300160045001500301622303732.436001420180058002000453045-3900160021006500由表可知，选用500L的捏合机可以满足309L的BMC捏合要求，且余量足够，故选用500L的捏合机（NH-500）1台。烘房烘房加热方式有电热风、蒸汽、导热油等，其中热风循环式的效率较高，成本较低且不会带来潮气。表7-3 CT型烘房列表蒸发面积/m2有效容积/m3每批干燥量/kg电热功率/kW风量/m3h-1风机功率/kW外形尺寸/mm总重量/kg7.11.3606934500.4514101200216048014.12.61201534500.45225012002160108028.34.92402469000.452225021602160152042.47.436036103500.453239021602160196056.510.348048138000.4544360216021602400由表可知，选用4台每批干燥量为480kg的烘房（CT-C-）可满足1647kg的容纳要求，但由于该系列的烘房加热方式多样而过于昂贵；经过进一步调研发现，仅采用热风循环式烘干的XL-HF型的烘房亦可达到类似的效果，但需要设计。因此由上表估算，可定制尺寸该烘房4台，从而可大大节省成本。其设备设计要点如下：烘房内径尺寸：长4500mm宽2000mm高2200mm（0-300内可调）。烘箱的开门方向为前后端开门，共有2个门。烘箱室体采用骨架（方管）和槽钢结构，外部采用瓦楞0.5mm彩钢板制作，内板采用0.8mm碳钢制作，底部采用1.0mm碳钢板制作，烘干室内温度均匀，外形平整美观，保温效果好。烘房在靠近工件整个运行轨的部位，设置测温探头，采用自动数显温控仪自动精确控制温度，温度可预先设定，升温状况可直接读出，该温控仪能根据要求，可自动启动和停止加热器工作，以实现烘箱内的自动控温，自动计时。在烘箱的两侧安装加热元件。此外，可由上表估计室温晾置过程中所需要的占地面积，即工厂平面设计中尚需要留有（4.362.1648784/1647200）m2的空地晾置BMC。挤出机因为要制成条状的模塑料，注意选择或定制粒径较大（6mm）的机器。且应选择冷切工艺或控温系统防止模塑料受热固化。表7-4 TNS系列双螺杆挤出机螺杆直径/mm最大挤出直径/mm成产能力/kgh-1电动机功率/kW35.63630505551.4521002005562.46225075以上设备尺寸统一为3620mm1050mm2160mm。从效率上讲，应选择成产能力250kg/h的挤出机（TNS-65B）4台可满足1021kg/h的生产需求，但由于投料与包装的过程并不是完全连续的，为了保证有足够的余量，故可选用生产能力100200kg/h的挤出机（TNS-52）6台。7.2.3 最终设备选型与数量除了高速分散机、捏合机、烘房和挤出机这四个主要的设备外，还需要工业电子称，由于一次称量最多的为碳酸钙，估算得需要上限300kg量程的称1台即可满足需求。表7-5 LP7611型电子台秤选型称重分度值台面尺寸300kg10g450mm600mm150kg8g100kg6g60kg4g因为全程无管道运输，故至少需要倒料车1辆，手推车若干（不计入附表）。表7-5 DT400A电动油桶翻转车参数额定负载净重升起高度脚轮规格转弯半径400kg130kg1600kg150mm*50mm1400mm另外，还可能需要排风机、晾干架、聚酯包装袋、检测仪表、公共设施等，由于不影响车间设备的布置，故不列入附表中。最终设备选择如下表（设备一览表详见最后附表）。表7-7 设备选型列表设备型号数量尺寸单价高速分散机CXY-1002980mm1000mm1950mm5500捏合机NH-50013000mm1000mm1500mm22000烘房XL-HF44500mm2000mm2200mm28000挤出机TNS-5263620mm1050mm2160mm1000电子秤LP76111450mm600mm680倒料车DT400A11160mm900mm2100mm2750由表知最高设备为2.2m，故可令厂房高度为5m。7.3 设备布置绘制出代表这些设备底面积的矩形方框，进行单楼层的初步布置，效果如图7-1。图7-1 设备初步布置与空间规划接着，将厂房按3m的分度划分后重新调节排布与占地面积，效果如图7-2。然后，安排卫生间与检测室等，细化工厂建筑结构，效果如图7-3。最后，细化设备轮廓，并标注尺寸，指导完成制图，详见图纸。图7-2 精确规划布置图7-3 细化建筑结构8 其他配合条件8.1公用工程按照第6节的能量衡算结果的公共工程专业提供生产用水、电、汽、气的品质和数量，如表6-1所示。8.2 环保工程材料工程工业生产属于化工工业生产，成分复杂，有害物质多，甚至还有粉尘污染，对环境和机器的危害性很大。因此从设计和规划开始，就要注意做好化工环境保护工作。对规划、设计的总要求是：必须严格执行“三同时”制度和化工部颁布的化学工业建设项目环境保护管理若干规定等。厂址选择应在原材料、燃料产地，交通方便的地方，统筹考虑安全、环保等问题。严格控制污