3000吨年PVC扣板生产车间的设计毕业论文.doc

摘 要PVC扣板受国家产业政策支持，具有广阔的市场前景。本设计从聚氯乙烯扣板生产工艺着手，选择普遍使用的双螺杆挤出成型的成型方法生产PVC扣板，通过配方选择、物料衡算、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。指出PVC扣板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PVC扣板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PVC扣板产车间的各个方面具有积极的指导作用。关键词：PVC；扣板；生产车间；工艺设计 AbstractPVC gusset plate production industries is supported by the nation industrial policy has broad market prospect. The design elaborates on the whole technics flow, it sets about production technics of PVC gusset plate and chooses the at large employ method that double screw are extruded Molding to produce PVC gusset plate. Formula through choice of materials accounting, equipment selection, process parameters such as process control .The design point out a mellow production technics course of PVC gusset plate, and choose a logical production prescription and compelling production equipment of PVC gusset plate think s from low cost, high capability, function appliance. And count the cost of production equipment and the whole investment. It also protract technics flow chart and plane lay map of produce workshop equipment and give a affirmative guidance effect about every side of the factual investment build of PVC gusset plate production workshop.Keywords: PVC gusset plate； production workshop； design of techniques 第一章 概述1.1 产品的市场及需求塑料异型材是20世纪50年中期由联邦德国首先开发成功，1955年德国诺彼尔公司生产出PVC-U塑料门框异型材。近年来，塑料异型材的应用风靡全球，覆盖建筑、汽车、电器、包装及其他一些领域，而PVC装饰扣板作为异型材的一种，尤其在建筑装饰行业中，普及率与日俱增1。在我国异型材生产在“八五”、“九五“、及“十五”期间均被列为重点开发产品，据了解2，目前我国异型材生产规模在万吨级企业已有十多家，型材生产能力从1990年不足10万吨增长到2003年的80万吨，如目前国内最大的型材生产企业大连实德集团，2002已达到55万吨的生产能力。这些大型塑料异型材生产企业的建成标志着我国生产已走向经济规模，达到了一定的新水平。同时，随着我塑料异型材应用量的不断增大，产品的标准也随之不断进行编制与修订。同时我国的建筑市场巨大，据有关资料表明，每年我国竣工建筑面积超过10亿平方米，作为新型建材，塑料异型材中的PVC扣板在巨大的建材市场中确实具有独特的优势，原料来源丰富、性能优异，可替代传统的木材、钢材等建筑材料，且有便于施工、节能等优点，加上我国政府的大力推广，塑料异型材的发展前景十分广阔。当人们已开始具有环保意识，“以塑代钢、以塑代木”的口号提出时，作为新材料，PVC塑料扣板具有很强的生命力。它以PVC为原料，经加工成为企口式型材，具有重量轻、安装简便、防水、防潮、防蛀虫的特点，它表面的花色图案变化也非常多，并且耐污染、好清洗、有隔音、隔热的良好性能，特别是新工艺中加入了阻燃材料，使其能离火即灭，使用更为安全。它成本低、装饰效果好，因此在家庭装修吊顶材料中占有重要位置，成为卫生间、厨房、阳台等吊顶的主导材料。而目前颁布的“十一五”发展规划中，对节能提出更高的要求，这将进一步加速其在建筑业中的发展和普及。另一方面，在国外塑料异型材也有相当在的市场，美国早期的生产技术是从德国引进，20世纪80年代得了迅速发展，90年代发展更快，现在已成为世界异型材应用和生产大国，英国虽然起步较晚，但由于气候条件、能源费用上涨等原因，使其在20世纪80年代中后期迅速发展，现以成为欧洲最大的生产国和使用国。在亚洲，日本出于节能的需要，在20世纪60年代开始试制塑料异型材，韩国发展较晚，只有十几年历史，其市场容量也相当巨大。1.2 国内外主要工艺路线介绍PVC扣板的生产工艺在国内外已相当成熟挤出成型工艺，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3。螺杆挤出机又可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机目前单螺杆挤出机是生产上用得最多的挤出设备，也是最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用也逐渐广泛。目前，在PVC塑料型材的加工中，双螺杆挤出机已成为主要生产设备，单螺杆挤出机已被逐步淘汰。但在其它聚合物的挤出加工中单螺杆挤出机仍占主导地位4。单螺杆挤出机特点：结构简单，价格低。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。操纵容易，工艺控制简单。双螺杆挤出机：结构复杂，价格高。 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。产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。根据实践可以看到单螺杆挤出机适合粒料加工，它使用的原料是经造粒后的颗粒或经粉碎的颗粒料。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。同时双螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能优于单螺杆挤出机，比较如下：表1.1双单螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能比较项目指标双螺杆生产扣板单螺杆生产扣板检测标准密度/（g/m3）1.51.81.51.81.51.8GB/T1033-1986拉伸强度/MPa182810GB/T1022-1991落球冲击强度10不破裂10次不破裂2次不破裂GB/T1112-1985维卡软化点/c758070GB/T1633-1979所以，通过对双单螺杆挤出机生产的PVC扣板的物理、力学性能比较，本车间选用双螺杆生产设备。1.3 设计依据本设计主要依据生产聚氯乙烯装饰扣板项目任务书以及国家标准GB/T2133-95室内装饰用硬聚氯乙烯（PVC-U）挤出型材。1.4 产品方案1.4.1 产品规格通过对市场的了解，产品规格为250.5的产品市场销售情况最好，所以产品的规格确定为60002505mm，同时该规格也符合国家标准的规定。1.4.2 产品配方 生产PVC扣板的配方很多，但配方的组成大致相同。通过查询资料比较，采用如下的生产配方5。表1.2 PVC扣板生产配方表原辅材料作用单位（质量份）PVC（SG-5）树脂100三盐基硫酸铅热稳定剂4.0二碱式亚磷酸铅复合稳定剂2.0硬脂酸铅润滑剂1.0硬脂酸钙润滑剂1.0活性重质碳酸钙填充剂50邻苯二甲酸二辛酯（DOP）增塑剂4.0ACR加工流动改性剂2.0氯化聚乙烯冲击改性剂5.0钛白粉着色剂2.01.4.3 配方各组分作用说明PVC制品生产过程中必须加入各种助,加入各种助剂的目的是：改善加工性能；提高制品的力学、物理、光、热、电等性能；降低制品的成本。加入的助剂要与树脂的相容性好，助剂就分布均匀，所起的作用就可持久。但必须是对树脂的分子结构无明显影响的物质。加工聚氯乙烯制品需加入助剂的种类，按其功能大致可分为：稳定剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、填充剂等6,7。(1) 聚氯乙烯树脂聚氯乙烯（PVC）是世界第二大通用树脂，是由氯乙烯单体（VCM）聚合而成的一种热塑性高分子化合物。工业品是白色或浅黄色粉末，密度约1.4g/cm3，含氯量56%58%。低分子量的易溶于酮类、酯类和氯代烃类溶剂，高分子量的则难溶解，具有极好的耐化学腐蚀性。到2004年底，我国PVC生产企业约有七十家，产能660万t8,9,10。其中糊树脂近三十万吨。PVC产能超过20万t/a的企业9家，产能合计268万t/a，占总产能的40%；产能超过l0万t/a的企业23家，产能合计447万t/a，占总产能的68%。2004年产量达到503万t，同比增长18%。表观消费量662万t，同比增长11%。进口163万t，同比减少7%。2005年上半年累计产量295万t，同比增长22%。由此可知，PVC扣板的原材料来源是充足的。国产PVC树脂按平均聚合度将PVC树脂分成了很多种型号11，即：表1.3 PVC树脂型号表序号型号K值1SG177752SG274733SG372714SG470695SG568666SG665637SG762608SG85955生产PVC扣板所用的树脂必须符合挤出加工的要求，本设计中选用SG-5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。(2)稳定剂纯的PVC树脂对热极为敏感，当加热温度达到90以上时，就会发生轻微的热分解反应，由于PVC树脂分子结构的热不稳定性，所以在加工过程中产生降解作用，释放出HCl气体，随着降解程度的加剧，PVC树脂由白色淡黄色橘黄色橘红色棕色黑色。从变黄开始伴有刺鼻的HCl酸味。PVC降解的原因和历程比较复杂，主要是PVC分子中存在端双链及叔氯原子，处于这些不稳定处的H+和Cl-原子容易脱除，生成HCl逸出，如果不抑制HCl的产生，则会继续降解，不断脱出HCl，使PVC分子链形成共轭多烯结构，并使PVC大分子裂解成许多工作小分子，因此必须提高PVC的热稳定性。为此在加工过程中要加入稳定剂进行抑制。在PVC塑料生产中通常使用铅盐类稳定剂、有机锡稳定剂、稀土稳定剂、金属皂类稳定剂、稀土复合稳定剂等。目前，双螺杆挤出机生产PVC塑料普遍使用复合稳定剂，复合稳定剂是指该稳定剂除具有热稳定作用外，还具有润滑、耐候等综合作用。它的用量明显小于铅盐类热稳定剂。复合稳定剂的主要成分是脂肪酸类金属皂，其脂肪酸含量均大于70%。具有代表性的铅盐类稳定剂有三盐基硫酸铅，俗称三盐，和二盐基亚磷酸铅，俗称二盐。(3)润滑剂聚氯乙烯树脂在加工过程中，由于导热性能差，会在加工机械的高温表面上，产生粘附现象，导致加工设备载荷增加及熔体缺陷和熔体破裂；另外在树脂内部分子间相互摩擦产生过热会导致PVC树脂分解。为防止上述倾向，降低PVC树脂混合熔体温度和降低摩擦热，保持PVC制品表面光滑，减少加工能耗，提高提高加工速度，需要加入的一种助剂为润滑剂。常用的内润滑剂是脂肪酸及其酯类，如硬脂酸、硬脂醇、硬脂酸丁酯等。外润滑剂通常为低分子蜡如石蜡、PE蜡等。润滑剂的加入数量要适当，否则会产生一系列质量问题。加入量少能引起粘附现象，加入过量会出现“喷霜”现象，损害制品的外观及二次加工性能，或在加工中引起出料不正常，难以塑化，这都能影响PVC树脂的加工性能和制品的质量。(4)改性剂添加改性剂的目的是为了克服PVC制品性能上的固有缺陷，或希望其达到某一种特殊性能要求。通常只是为了改善PVC制品在较低温度下工作时所呈现的脆性。氯化聚乙烯：它具有良好的耐候、耐油、耐老化、耐化学药品、耐臭氧、阻燃性能，它与各种塑料、橡胶有极好的相融性及高填充性，它是优良的塑料改性剂，也是综合性能优良的特种橡胶。尤其是CPE-135A可以有效地提高PVC树脂的低温冲击性能。(5)填充料填充料是一种能赋予塑料某些优良性能，而不影响其质量，并能降低塑料成本的一种助剂。主要的填充剂是碳酸钙。碳酸钙是无机化合物，它的表面是亲水疏油，在聚合物内部分散性极差，也不能与聚合物产生化学结合。要成为优良的填充剂，必须对其表面进行活性改性。填料的主要指标为：白度、粒径、颗粒形状和颗粒表面活性。碳酸钙加入对PVC制品热变形温度上升影响不大，但会PVC板材热膨胀系数减小，因而成型收缩率降低，提高了PVC板材尺寸精密度。加入碳酸钙能使PVC材料热导率提高，有利于其加热熔融及冷却固化。碳酸钙加入可产生消光现象，影响PVC材料的光泽度和透明性，增加相对密度和吸油性，降低耐化学腐蚀性能。大量加入碳酸钙还会影响PVC材料的加工性能。 (6)着色剂着色剂不仅可以美化塑料管材的外观，而且兼有抗氧、耐热、耐光和稳定作用。PVC-U管常用的着色剂是颜料。主要品种有：钛白粉、炭黑、酞青蓝等。钛白粉是常用的色料，它一种无机颜料，在日光下非常稳定，不溶于稀硫酸，耐热性良好，着色盖底力强，是白色颜料中最优良的品种。钛白粉通常有锐钛型和金红石型两种。锐钛型质较软，带蓝白色，其特点是：白度高、着色力强、价格低，但耐候差。金红石型的特点是：白色较高、着色力强、耐候性好，但价格高。钛白粉颜料中通常含TiO2越少，其遮盖力越小。(7)加工助剂为了提高配方混合料在混合过程中的分散均一性，缩短在挤出过程中的 熔融塑化时间，增加凝胶扭矩，减少挤出时因压力波动而造成的物料流动态的波动和改善产品的外观质量，添加少量的加工助剂是必要的，同时也有利于产品性能的优化。在PVC塑料中常选用丙烯酸类共聚物，其中ACRA，又称ACE是使用最多的加工助剂。1.5产品质量指标1.5.1 外观尺寸型材表面不应有影响使用的凹凸、伤痕、变形、杂质、色差、光泽不匀等缺陷。型材侧边的弯曲应成1.5mm/m，长度不允许负偏差，材壁厚应0.7mm。1.5.2理化性能在国标QB/T 2133一1995中对PVC扣板的各项理化性能都做了明确的规定，如下表：表1.4 PVC扣板的理化性能指标序号项目指标1加热变化率，%3. 02加热后状态气泡、裂纹、麻点等不允许3耐丙酮性无可见缺陷4落锤冲击通过5高低温尺寸变化率，%0.26耐钉性不裂7氧指数,%408水平燃烧，级19垂直燃烧，级FV-01.6 工艺流程叙述PVC扣板规格和形式很多，但生产工艺流程基本上如下图所示12:牵引辅机PVC树脂及助剂高速搅拌混合低速搅拌混合挤出成型真空定型切割表面印花产品检验包装入库图1.1PVC扣板工艺流程图1.6.1成型料的准备PVC板材所用的成型料并不是单一的PVC树脂，为了改进板材的加工性能，改善板材的使用性能和降低成本，需要加入稳定剂、润滑剂、填充剂、加工改性剂等助剂。所以成型料是以PVC树脂为主的混合料（一般称之为干混料）。成型料的准备过程是根据已选定的配方，还原、辅料进行必要的预处理、计量、输送及混合。混合是将原辅料各组分相互分散以获得均匀物料的过程。原辅料相互间混合后的均匀程度将直接影响板材质量，因此混合是PVC板材制造过程中的一个关键环节。(1) 原料的预处理由于原辅料在生产和装运过程中可能混入一些机械杂质，为了板材生产安全，保证产品质量，需要进行过筛和磁吸处理，除去杂质。(2) 原辅料的计量按照确定的配方将原辅料精确计量。虽然原料是袋装或桶装，一般有规定的重量，也必须复称。并保证各组分的称量误差应控制在1%以内。(3) 原辅料的混合PVC板材的原辅料大多是固体粉料（只有少量助剂是液态），因此PVC板材成型料是通过物料间对流作用和剪切作用进行混合制备的。目前绝大部分企业都是采用高速混合机将原辅料进行混合，再用低速冷混机将混合好的物料进行冷却13,14。在高速混合时，搅拌过程借外加热和剪切磨擦产生的热，逐渐使助剂渗入PVC树脂的空隙，一方面可使助剂在树脂中均匀分散，另一方面则使树脂半凝胶化，形成松散粉料。PVC树脂颗粒在80120时，树脂颗粒胀大，树脂颗粒尺寸趋于均匀，同时考虑到温度控制在以上时利于物料中水蒸气蒸出，故一般高速混合的温度设在100120。为了让助剂充分的与PVC微粒接触，减少填充剂对助剂的吸附作用。要求应在加入PVC树脂后即启动热混合机再按如下顺序投料：稳定剂、各种加工助剂，色料、填充料（碳酸钙），在实际生产中高速热混合机启动后，混合机内呈现微正压，故很难投入辅料，所以大都是将原辅料全部投入后再启动高速热混合机。高速热混合机出来的混合料温度较高，需立即进行冷却，若散热不及时会引起物料分解和助剂挥发。冷混机的搅拌速度较低，其容积一般应为热混机的两倍以上，在冷混过程中消除高速混合过程中产生的摩擦静电，可提高干混料的流动性和密度。冷混一般料温控制在40左右时出料，排出的物料还应过筛，除去结块和粘熔料。根据年产量3000吨/年的要求，相应选择了SRLW型的高速混合机组。物料混合质量是否达到了预定的要求，即生产中混合过程终点如何判断是混合操作中的重要指标。混合终点的测定，理论上可通过取样进行分析，但在工厂实际生产过程中，混合终点一般是以时间控制的，这个控制时间大多是靠经验而定，因此物料混合的均匀度不大可能十分精确，这就要求配方中采用的各种原辅料密度和细度尽可能很接近。原辅料混合工艺中物料的输送是根据生产规模和设备来布置，可选用风送、螺旋输送器或人工接袋输送等。而本设计是要设计3000吨/年的聚氯乙烯扣板生产车间，就规模来说属于中小型车间，物料输送并不会要求时间间隔紧密，因此选用小型的螺旋上料机作为物料输送设备。1.6.2挤出成型工艺双螺杆挤出机生产PVC板材，主要用锥形异向旋转双螺杆。也可以选用平行异向旋转双螺杆，但用得比较少。锥形双螺杆对物料的压缩作用不是像单螺杆改变螺槽深度进行压缩，而是靠减少螺杆外径（锥形）和改变螺距（平行）实现容积逐渐减少。锥形双螺杆挤出机其啮合区螺槽一般为纵横背向封闭，物料输送能力和建压能力很强，加料段螺槽深，容易加入较大体积的物料，螺杆和料筒表面积大，物料受热快，可直接采用粉料，且加入的热稳定剂和润滑剂可适当减少，挤出温度也较低，固有利于提高产品质量。而且挤出流量稳定，可精确的保持板材尺寸。生产PVC板材的挤出机螺杆设计都有三个区段：加料段（送料段）、熔化段（压缩段）、计量段（均化段）。此三段所起的作用不同。加料段是把料斗来的固体塑料升温到它的软化点，并将它送到熔化段，只是一个升温和输送过程，塑料仍是固体状态。熔化段一般在螺杆中部，塑料在这段中除受热和前移外，同时粒状固体逐渐压实和熔化为连续状的熔体，还将包在料内的空气向送料段排出，塑料在这段是由固态逐渐转化为熔融状态。计量段是螺杆的最后一段，熔体在这段中进一步均匀塑化，并使料流定量、定压由机头流道均匀挤出，所以又称均化段。挤出机螺杆的三个区段（即三段）相对应的组成了三个功能区：固体输送、物料塑化区、熔体输送。要使挤出机的这三个功能区段相吻合，必需选择适当的配方、适当的料筒温度与螺杆温度及适当的螺杆转速。如果工艺条件选择不适当，就会破坏三个功能区的分布，造成产量降低或塑化不良。总之，在挤出机实际生产中，根据配方、螺杆转速及各段控制温度等，已达到塑化和挤出量的最佳效果。比较上述二种挤出机，根据要求要符合3000吨/年的聚氯乙烯扣板生产车间的条件，从必需的年产量、生产能力、等各方面进行考虑，本设计选择SJZ-65型的锥形异向向外双螺杆挤出机作为挤出设备最为合理。表1.5 部分可用于生产扣板的双螺杆挤出机主要参数 型号参数SJZ-45SJZ-55SJZ-65SJZ-80螺杆直径D/mm45/9055/10065/12080/143螺杆数量2222螺杆特征锥形异向向外转速n/(r/min)145.5134.8134.7136.9螺杆有效工作长度L/mm989119514401800主电机功率P/kW15253755机筒加热功率P/kW115152436生产能力Q/(kg/h)80150250360中心高度H/mm1000100010001000外形尺寸(长宽高)/mm3360129021273620105021574235152024504750155024601.6.3 机头选择机头的作用是使挤出成型机连续提供的熔化的和具有压力的塑料熔体通过其特定的流道进入口模而形成特定的结构或形状。PVC扣板主要采用直角机头，主要是因为这样使熔体流动的阻力小。同时PVC扣板的质量很大程度上取决于模具的设计和加工精度，必须保证熔体呈流线型，保证扣板表面的光滑。1.6.4 挤出辅机扣板挤出辅机一般由定型冷却装置、牵引装置、切割装置等组成。(1)冷却定型装置由于PVC扣板是一种内部多孔的异型板材，对于这种形式的产品主要采用的是夹套式定型装置的方法。是一种借助板外抽真空而将板材外壁吸附在定径套内壁上进行冷却，以确定板材外径尺寸。由于定型装置中不用阻住管内的压缩空气，无需气塞，使操作相对容易。夹套内分隔成三个密封室：中部为真空室，比较靠近进料端；两端是冷却室，供冷却水循环。为了提高冷却效率，冷却室中可设置挡板。真空段在定型套内壁上有真空孔与真空室相通。为保证管壁充分吸附，孔的分布比较密集且均匀。孔径为0.50.7mm。定型与冷却装置组合在一起，达到冷却定型的目的。（2）牵引装置 牵引设备一般有滚轮式和履带式，而滚轮式主要用于管材的生产，对于板材通常采用履带式牵引设备。履带式牵引机一般用2条、3条或6条履带组成。履带上嵌有一定数量的橡胶块，管材牵引机履带上的橡胶块上表面制成型凹槽，以增加对板材施加径向压力的面积。为了适应不同厚度和方便操作，履带间的距离和夹紧力履带与板材的接触面大，故有牵引力大，不易打滑的特点。（3）切割装置牵引装置把冷却定型后的板材牵引到一定距离后，即可开动切割装置将管材切断。切割装置是根据需要的长度自动或半自动将连续挤出的板材切断的设备。目前板材切割方法有两种：一种是自动或手动圆盘切割机。1.6.5 扣板印花主要是对板材进行凹板油墨印花，使板材具有木纹和花纹，然后刷涂可辐射交固化的丙烯酸酯化聚氨酯上光涂层，涂层在强紫外线高压汞灯等组成的烘干箱中于100左右进行干燥固化，以使印好花纹的板材表面形成一层透明保护膜。不仅可以改善装饰板的表面光泽、耐磨性、耐腐蚀性，还可使表面不易沾污和变黄，保持长时间不褪色。第二章 工艺计算2.1 物料衡算2.1.1 计算基准年工作日的确定（年工作小时）（1）年工作日 365-7（法定假日）=358天（2）设备大修 25天/年=600小时（3）特殊情况停车 15天/年=360小时（4）机头清洗 换过滤网 1次/6天 8小时/次358天-（25天+15天）1/6次/天8小时/次=424小时（5）实际开车时间365天-7天-25天-15天-177天=300.3天300天300天24=7200小时设备利用系数: K=实际开车时间/年工作时间=7200/8592=0.842.1.2 物料衡算(1) 捏合工段确定各岗位物料损失率经过经验数据,由于工人操作不慎以及设备残留等因素,使物料有一定的损失,首先。列表如下：表2.1捏合工段物料损耗系数一览表工序筛选输送高速混合低速混合输送自然扫地损耗率%0.20.30.10.10.2合计损耗率%0.50.10.10.2总损耗%0.9物料平衡计算 进入本工序的物料量=出料量/1-本工序的损失率进入输送的物料量:950*/(1-0.2)=951.9kg* 半成品混合料1吨其中有加入回收料5%,则1000(1-5%)=950kg进入低速混合的物料量:951.9kg/(1-0.1%)=952.9kg进入高速混合的物料量:952.9kg/(1-0.1%)=953.9kg进入筛选输送的物料量:953.9kg/(1-0.5%)=958.7kg混合工段物料平衡表表2.2 混合工段物料平衡表工序输入输出物料kg回收kg小计kg物料kg损失kg小计kg筛选输送958.7958.7953.94.8958.7高速混合953.9953.9952.91.0953.9低速混合952.9952.9951.91.0952.9输送951.9951.99501.9951.9半成品95050100010001000合计10001000(2)挤出成型工段物料衡算挤出成型工段损耗率:表2.3挤出成型工段损耗率工序自然损耗扫地下脚料一次成品百分率%0.10.45.594物料平衡计算:混合料需求量:(3000吨/年)/94%=3191吨/年自然损耗占:31910.1%=3.20吨扫地料占: 31910.4%=12.8吨下脚料占: 31915.5%=175.5吨下脚料回收破碎量:175.5(1-5%)=166.7吨混合料中需加放的回收量:319150/1000=159.6吨回收率:159.6/175.5100%=90.9%挤出成型工段物料平衡表:表2.4 挤出成型工段物料平衡表工序物料输送自然损耗量扫地料下脚料成品物料量T31913.1912.8175.53000(3)物料中各组分的需要量表2.5 物料中各组分的需要量原料名称配料份数百分率(%)每吨产品消耗定额(kg)3000吨制品消耗原材料每年消耗量(t)每天消耗量(t)每小时消耗量(kg)PVC10058.48584.81754.45.848 243.67 三盐42.3423.470.20.234 9.75 二盐21.1711.735.10.117 4.88 Pbst10.585.817.50.058 2.43 Cast10.585.817.50.058 2.43 CaCO35029.24292.4877.22.924 121.83 DOP42.3423.470.20.234 9.75 ACR21.1711.735.10.117 4.88 CPE52.9229.287.70.292 12.18 TiO221.1711.735.10.117 4.88 (4)根据衡算,计算出实际每年需求量及日需要量和每小时需要量根据物料衡算,混合料年需要量为3191吨,计算出每年需要配好的粉料量为3219.7吨,即3191(1+0.9%)=3219.7t考虑到回收,则新料量=总物料量-回收量 =3219.7-159.6 =3060.1t根据计算结果画出物料衡算流程图:输送低速混合筛选输送高速混合3060.1t/a3197.2t/a3200.4t/a3203.6t/a3060.1t/a.3.2t/a损失6.4t/a损失3.2t/a损失16.1t/a损失3190.8t/a175.5t/a3000t/a,制品损失15.9t/a下脚料回收破碎159.6t/a挤出成型损失16t/a图2.1物料衡算流程图表2.6原料消耗综合表原料名称配料份数百分率(%)每吨产品消耗定额(kg)消耗量用途每年(t)每天 (t)每时kg)PVC10058.48584.81789.555.97248.55树脂三盐42.3423.471.610.249.95热稳定剂二盐21.1711.735.800.124.97稳定剂Pbst10.585.817.750.062.47润滑剂Cast10.585.817.750.062.47润滑剂CaCO35029.24292.4894.772.98124.27填充剂DOP42.3423.471.610.249.95增塑剂ACR21.1711.735.800.124.97改性剂CPE52.9229.289.350.3012.41改性剂TiO221.1711.735.800.124.97着色剂2.2 能量衡算整个扣板生产线采用青岛顺德塑料机械有限公司成套设备,根据其提供技术数计算如下:2.2.1 电能查得SJSZ-65/132锥形双螺杆挤出机的生产能力250kg/h,则需生产线条数:3191/(72080.25)=1.8，则选择两条生产线满足生产要求。(1) 破碎机耗能全年需要破碎下脚料为175.5吨,选用SWP-210型破碎机,破碎量力80-120kg/h,功率为4kW,则全年的使用时间为:175.51000/120=1462.5h消耗功率:1462.54=5850 kW h(2)磨粉机全年需磨粉废品量,每小时破碎量为50-150kg/h,功率30 kW,全年的使用时间:175.51000/150=1170h消耗功率: 117030=35100 kW h(2) 混合机组因为车间共有两条生产线,每条生产线连续生产,每条生产线需要一台混合机组.选用SHRL-200/500型高速加热/冷却混合机组。热混机:有效容积150L,混合时间10min,则一次最大混合量： 1501.9=285kg3203.61000/(2856)=1873h两台混合设备的消耗功率:1873422=157332 kW冷混机:每锅使用时间:8min总使用时间:3200.4/0.2858/60=1497h则两台设备总消耗功率:1497112=32934 kWh(3) 扣板生产线扣板生产线的配套设备如下表:表2.7扣板生产线设备表生产线配置设备名称功率Kw总功率Kw主机部分主机驱动电机3762.75真空泵1.5油循环泵0.55冷却风机60.25陶瓷加热器20自动上料器2.2冷却定型真空泵44.75水泵0.75牵引机电机33切割机切割机1.11.1扣板生产线功率:62.75+4.75+3+1.1=71.6 kW两条线总耗电量:71.672002=1031040 kWh(4)扣板印花机扣板印花机装机功率15.1kW,印花速度:25m/min。实测0.525600cm扣板2.55kg/m2。则挤出速度: 319110006/(72002.551.5)=695m/h(即11.6m/min)所以,一台设备满足生产条件。年使用时间：6957200/（2560）=3336h消耗电能：333615.1=50373.6 kWh(5)振动筛选用ZD-1000,生产能力1000kg/h，功率1.85kW。原料的小时消耗量:3219.71000/7200=447kg/h所以一台设备满足要求。其主要用于PVC树脂、回收料及CaCO3筛选。则使用时间:3060.1(58.48+29.24) 100%+159.6=2844h耗电量:1.852844=5261.4 kWh(6)照明设备车间照明设备20盏,功率0.4kW使用时间取最大值5000小时,则耗电量为:0.4205000=40000kWh（7）冷水机耗电量选用冷机功率为33.2kW根据年使用时间7200h，则总的耗电量为：720033.2=239040kWh(8)空气压缩机耗电量选用空气压缩机的功率为18.5kW，因为压缩机为间隙工作,取其使用时间为生产总时间的10%，则耗电量:18.5720010%=13320kW(9)冷却水泵选用冷却水泵功率为:2kW，年总使用时间与生产线时间相同，则消耗功率为:27200=1440kW因此，车间的总的年耗电量:表2.8耗电量综合计算表设备名称数量/台功率/Kw总功率/kW年使用时间/h耗电量/kWh粉碎机1441462.55850磨粉机13030117035100高速混合机242841873157332低速混合机21122149732934扣板生产线271.6143.272001031040印花生产线115.115.1333650373.6振动筛11.851.8528445261.4冷水机133.233.27200239040空气压缩机118.518.572013320冷却水泵122720014400照明设备200.48500040000合计361.851624651取损耗系数为80%，取实际耗电量为: 1624651/80%=2030814kWh2.2.2 泠却水根据设备的技术参数:混合机组:5m3/h扣板生产线:4m3/h年总耗水量: 514972+720042=72570m3考虑到到一定的损耗量，取系数：冷却水1.20,则实际为：725701.2=87084m32.2.3 耗气量泠混合机组:0.4m3/min扣板生产线:0.3m3/min总耗气量:(1873+1497) 20.460+72000.3602=420960m3考虑到到一定的损耗量，压缩空气1.30。则实际耗气量：4209601.30=547248m3将能量消耗统计如下表:表2.9能量消耗综合表序号名称单位每吨产品消耗定额消耗量每时每天每年1电能kWh676.9282.1 6769.420308142泠却水m329.0312.10290.28870843气m3182.4276.011824.16547248第三章 设备计算3.1 挤出生产线的设备计算依据设计任务书，要求要设计年产量3000吨聚氯乙烯扣板扣板异型材生产车间，生产时间设置为7200小时，则每小时产量为：31911000/7200443kg/h选择的挤出机为SJSZ-65/132锥形双螺杆挤出机，其生产能力为250kg/h，则所需挤出机台数为：442/250=1.8台，实际中取为2台。即能完全符合产量要求，且留有增大产量空间，可减少机器满负荷运转的时段。并且该塑料扣板生产线，自动化程度高，性能稳定，变频调速等多项特点。3.2 混合机组的设备计算根据物料衡算，SHRL-200/500型高速加热/冷却混合机组型混合机组有效容积为150/320L，用于各种塑料的配料、混合、干燥、着色等工艺，是生产型材、管材的理想设备。该设备热混具有自摩擦和电加热及蒸汽加热功能，锅盖采用双道密封。冷混亦采用拱形锅盖，不易变形的特点。一次最大混合量：1501.9=285kg。每条生产线一套混合机组，所以车间共需二台混合机组。3.3 筛选设备计算选用ZD-1000,生产能力1000kg/h.原料的小时消耗量:3219.71000/7200=447kg/h所以选择一台ZD-1000振动筛设备满足生产要求,效率高、设计精巧耐用；换网容易，操作简单，清洗方便。杂质粗料自动排除，原料接触部分均用不锈钢制成,可以自动化作业。无机械动作保养简易，可单层或多层使用的特点。3.4 扣板上光、印花设备的计算扣板印花机装机功率15.1kW,印花速度:25m/min.实测0.5256000cm扣板2.55kg/m2。则挤出速度: 319110006/(72002.551.5)=695m/h(即11.6m/min)由挤出生产能力，1条扣板印花机生产线满足要求，选择金水机械公司的生产线，间接凹板双色印刷机，花纹、多色连续套色、上光印刷。主要由清洗、印刷、上光、烘干（热风或紫外线）。输送五部分组成。具有操作简便，起动柔和，双色印刷、套色准确，自动化程度高的特点。3.5 其它设备计算粉碎机及磨粉机因只在回收粉碎废品时使用，年需破碎、磨粉量为175.5吨，全年需要破碎下脚料为175.5吨,选用SWP-210型破碎机,破碎量为80-120kg/h,每小时破碎量为50-150kg/h,因此选用小型的SWP210型粉碎机和SMF-400磨粉机即可满足生产；这些设备两条生产线选用一台就可满足生产要求。根据设备的耗水量技术参数:混合机组:5m3/h；扣板生产线:4m3/h。根据冷水机的技术参数：13.36m3/h,1台设备满足生产条件。同时，根据混合机组耗气量技术参数:0.4m3/min扣板生产线:0.3m3/min的耗汽量，空气压缩机排气量为2.0m3/min,1台设备满足生产条件。3.6 生产车间平面布置图和工艺流程图说明车间布置的选择原则有以下几个方面：3.6.1 生产工艺要求车间内总体上要符合国家安全防火与环境保护的规定，各装置的位置应尽量按工艺生产过程的顺序进行布置，尽可能避免物料管道、运输和人行路线相互交叉； 各装置之间的距离要严格按照规定布置； 投料装置应靠近原料仓库或运输线，产出成品装置应靠近产品仓库或运输线；配电设备应尽可能靠近用电量大的装置，以减少电压降和电能损耗；从发展远期或近期考虑，由生产规划所确定，要考虑预留扩建余地；经济效果要好，在满足工艺要求的情况下，尽量减少占地面积，充分利用空间，以减少建设总投资费用，降低成本。3.6.2 设备安转、检修（1）由于生产设备运动机械多，需要经常进行维护检修甚至更换其设备、机头和模具。因此，在进行车间布置时，必须考虑到设备安装、检修和拆卸的方法。（2）必须考虑设备进出车间。设备运入或搬出次数较多时宜设大门。大门的规格应比设备高0.61m，比设备宽0.20.5m，若属于一次性搬运，可考虑在安装位置的外墙预留墙洞，待设备安装后再砌封。（3）应有一定的面积和空间供设备检修、拆卸和运送物料用。综上所叙，生产车间平面布置总原则应该是简单实用、顺畅安全、经济效果要好。完整的硬聚氯乙烯管材生产车间应包括原料仓库、混料房、生产车间、成品仓库、配电房、维修间等。本设计中，根据布置的原则，各个空间应该互相联通，从而节省空间并降低成本，同是增大了操作的安全系数。厂房平面轮廓选用长方形，因为长方形厂房便于通道的布置，使设备可以紧凑，集中，经济效果好，便于生产管理，操作方便，采光通风也较好。原料仓库位于前端