课程设计（论文）-9000ty氢氧化镁改性聚丙烯阻燃软管专用料工艺设计.docx

烟 台 大 学课 程 设 计9000t/y氢氧化镁改性聚丙烯阻燃软管专用料工艺设计 院 系： 化学院化工学院 专 业： 高分子材料与工程 姓 名： 学 号： 指导老师： 2016年7月15日 烟台大学9000t/y氢氧化镁改性聚丙烯阻燃软管专用料工艺设计 姓名： 导师： 2016 年 7月 15日 烟台大学课 程 设 计 任 务 书专业：高分子 班号：化132-1 学号 姓名：指导教师：一、设计题目：9000t/y 氢氧化镁改性聚丙烯阻燃软管专用料工艺设计二、设计任务：1、原料名称：聚丙烯（根据制品的性能选择型号）及各种配料。2、产品要求： 直径3mm，长度3mm的圆柱状粒料。 3、生产能力： 年产9000吨粒料。4、已知条件：年工作日300天，原料自然损耗率0.10.15%，制品合格率9095%；水的比热：0.998Calkg。三、 设计要求：1图纸（计算机绘图，A3打印）（1）工艺设计：工艺流程图（包括配料和挤出）。（2）设备设计：造粒机头总装图。2设计说明书：（1）设计任务书及原始资料。（2）设计概述：设计依据、原理、设计结果简述。（3）工艺设计计算：物料衡算、热量衡算、设备选型。（4）非定型设备的设计。（造粒机头）（5）设计评价：自我评价优缺点、创新性、可靠性等。四、参考文献：塑料工艺设计及研究指南，塑料挤出成型技术，橡胶塑料机械产品样本，聚合物加工工程，塑料模具设计，高分子材料工厂设计等。五、时间安排：第一周：文献检索、工艺设计第二周：完成草图草稿第三周：完成电子版设计说明书和CAD制图，装订上交【摘要】本设计是年产9000吨阻燃聚丙烯软管专用料工艺设计，概述了几种阻燃剂对聚丙烯的改性效果及应用，从阻燃PP软管专用料的技术要求着手，对阻燃剂进行选择，最终确定以氢氧化镁做阻燃剂对聚丙烯进行阻燃改性，采用普遍使用的平行同向双螺杆挤出机生产PP粒料，通过配方选择，物料衡算，能量衡算，设备选型，工艺参数控制及氢氧化镁表面改性等过程对整个工艺流程作了较为详细的阐述。附录了氢氧化镁表面处理工艺。【关键词】聚丙烯；阻燃剂；物料衡算；设备选型；工艺设计，氢氧化镁表面处理II前言聚丙烯是五大类通用塑料之一，由于其原料来源丰富、价格便宜、易于加工成型、产品综合性能优良，因此用途非常广泛，已成为通用树脂中发展最快的品种。但聚丙烯本身属于易燃材料，其氧指数仅17.418.5，并且成炭率低，燃烧时产生熔滴，容易传播火焰引起火灾，使其应用存在不安全因素。随着聚丙烯在建筑、汽车、船舶和电器绝缘材料等行业的需求扩大，人们对其阻燃改性提出了新的要求。因此，世界上很多国家己经制订了日趋严格的试验标准和应用规范。在研究领域中投入了大量的人力、财力和物力，企图寻找各种可靠的阻燃方法。随着聚丙烯在多行业的需求扩大，人们对其阻燃性能提出更高的要求，在很多场合都要求对其阻燃改性。现在有许多技术可赋予高分子材料以阻燃性，其中最有实用价值和目前已获大规模工业应用的方法，是在被阻燃材料混配时加入添加型阻燃剂或在合成高聚物时加入反应型阻燃剂。通过添加阻燃剂是阻燃PP的有效途径。近80%的国内改性塑料用阻燃剂为含卤阻燃剂，其中以多溴二苯醚和多溴联苯类物质为代表。溴系阻燃剂效率高、用量少，对材料的性能影响小，并且溴系阻燃剂价格适中。与其它类型的阻燃剂相比，溴系阻燃剂效能/价格比更具有优越性，我国供出口电子电气类产品中70%80%都用此类阻燃剂。但是，近年来欧盟一些国家认为溴系阻燃剂燃烧时会产生有毒致癌的多溴代苯并恶瑛（PBDD）和多溴代二苯并呋喃（PBDF）。欧盟出台了禁令，在欧盟国家销售的所有电子电气设备，不能含有多溴联苯及多溴二苯醚。阻燃剂的种类众多，其用量和性能都各自不同，需要在不同的情况下选用不同的阻燃剂。现如今，聚丙烯的阻燃剂正向着高效、低烟、绿色、环保和低成本的方向发展。I烟台大学课程设计目录第1章 概 述1 1.1聚丙烯简介1 1.2聚丙烯性能1 1.3聚丙烯的应用2 1.4聚丙烯改性3 1.5聚丙烯阻燃改性3 1.6产品质量指标5第2章 配 方 设 计6 2.1塑料配方设计原则6 2.2 配方设计6 2.3配方说明7第3章 生 产 设 计8 3.1生产工艺流程图8 3.2生产工艺说明8 3.3挤出工艺的控制因素9第4章物 料 衡 算10 4.1物料衡算的意义10 4.2物料衡算的方法10 4.3物料衡算11第5章设 备 选 型15 5.1 设备的选择原则15 5.2 设备的选择目的15 5.3 定性设备的选择与计算15 5.4非定型设备的选择与计算19第6章 能 量 计 算24 6.1 能量衡算的意义24 6.2 能量衡算的方法24 6.3能量衡算的过程24第7章 挤出机头结构设计26 7.1 机头的作用及分类26 7.2 机头设计基本原则26 7.3挤出机机头的设计26自我评价28参考文献29附录：Mg(OH)2表面改性工艺30VI第1章 概 述1.1聚丙烯简介聚丙烯是聚烯烃类塑料中的一个重要热塑性塑料品种之一，它是丙烯的高分子量聚合物，由C、H两元素构成。聚丙烯缩写代号为PP，聚丙烯树脂是当今五大塑料品种中发展最快的一种，由于其原料来源丰富，价格相对便宜，性能优良，用途广泛，所以，对聚丙烯的应用，每年在以10%左右的速度增加发展。丙烯聚合时由于所用的催化剂的品种不同，则生产出的聚丙烯分子结构就有差异，按CH3排列方式的不同，聚丙烯形成了三种不同的立体结构：即等规聚丙烯（IPP）、间规聚丙烯（SPP）、和无规聚丙烯（APP）。三种聚丙烯中，目前以等规聚丙烯的应用量最大，约占聚丙烯总产量的额95%。1.2聚丙烯性能聚丙烯树脂中等规聚丙烯,是一种构型规整的高结晶型热塑性树脂。在常用的塑料中，它是应最轻的品种。人们常说的聚丙烯树脂就是指的是等规聚丙烯。其主要性能有几下几点：一般性能 等规聚丙烯是一种乳白色蜡状物，无毒、无味、无臭，密度为0.900.91g/cm。力学性能 聚丙烯的力学强度高、刚性和耐应力开裂性优于高密度聚乙烯；耐磨性好、硬度高、高温冲击性好（但在-5以下则急剧下降），耐反复折叠性好。热力学性能 聚丙烯耐热性能好，热变形温度为114，维卡软化点大于140，熔点温度164167，使用温度在无负荷情况下可达150，可在130中消毒使用，连续使用温度最高为110120。化学性能 化学稳定性能较好，除强氧化性酸对其有腐蚀作用外，与大多数化学药品不发生作用；不溶于水，几乎不吸水，在水中24h的吸水性仅为0.01%。但分子量低的脂肪烃、芳香烃和氯化烃对它有软化或溶胀的作用。电学性能 聚丙烯电绝缘性能优良，耐电压和耐电弧性好。等规聚丙烯的主要性能参数见下表：表1-1 等规聚丙烯主要性能项目性能参数项目性能参数密度/(g/cm3)0.900.91脆化温度/-10吸水性/%0.020.03线膨胀系数/10-5-1610成型收缩率/%1.02.5热导率/W/(mK)8.810-2拉伸强度/MPa3040比热容/J/(gK)1.92拉伸模量/GPa1.11.6体积电阻率/cm1016伸长率/%200介点强度/ kV/mm32冲击强度(kJ/m2)2.22.6相对介电常数/(106Hz)2.25洛氏硬度(R)95105耐电弧性/ s125185熔融温度/165170连续耐热温度/120热变形温度/56671.3聚丙烯的应用聚丙烯制品是一种质轻、无毒、价格便宜、性能优良、成型较容易和用途广泛的塑料，在生活中应用主要有以下几个方面：聚丙烯挤出吹塑薄膜，是一种生产设备简单。生产效率较高、价格便宜的制品。在食品包装盒纺织品及民用生活杂品包装方面广泛应用。挤出流延成型薄膜，是一种透明度高、阻湿性好、耐热好耐寒性优良、易于热封合的薄膜。主要用于食品、纺织品及文具杂品的等的包装，性能好于聚乙烯吹塑薄膜。挤出片后进行拉伸的薄膜，强度高，各种性能优良，广泛用于在食品包装及各种工业用品包装的中应用；另外，还可用作电气绝缘膜，取代纸介质、涤纶的和聚碳酸酯电容器并占领大部分PS电容器市场；双向拉伸薄膜可用于各种纺织制品的分包装。聚丙烯编织袋柔软、手感好、强度大、耐水、耐磨、抗化学腐蚀、抗虫害及微生物侵蚀、无毒无味、无环境污染。早已替代麻袋，大量用于豆类、高粱玉米和各种谷物的包装及各种建筑材料的包装。注射成型的周转箱，质轻、耐水、外形尺寸稳定，有一定的刚性和强度，在商品周转和销售包装方面广泛应用。注射成型的各种工业零件，如轻负荷用小齿轮、轴套、风扇；汽车配件仪表板、保险杠和车厢内饰件等，另外，还有日常生活用品包括盒、盆、盘和座椅等。挤出成型管材可用于各种液体的输送管路中，目前，国内生产的均聚聚丙烯（PP-H管）、嵌段共聚聚丙烯（PP-B管）、和无规共聚聚丙烯（PP-R管），用于饮水管或其他输液管，安装简单、耐化学腐蚀、符合卫生要求、应用时间长。1.4聚丙烯改性上面介绍了聚丙烯具有优良的物理力学性能和优良的加工性，这是其快速发展的原因。但PP也有许多缺点，如耐老化性能差、韧性还有待提高、强度不高、易燃、成型收缩率大、制品易翘曲等，这些缺陷限制了PP在汽车，家电等行业的应用因此必须对聚丙烯进行改性，提高它的相关性质。对PP的改性主要集中在以下几个方面。共聚。采用共聚技术，该进PP的韧性、流动性等；接枝。采用接枝该进制备具有极性的PP，从而提高PP的印刷性。与无机填料的粘结性、与极性聚合物的混合能力、抗静电性能等；共混。与其他聚合物共混制备聚合物合金，从而提高PP的综合性能；填充。与碳酸钙、滑石粉风无机粒子混合，提高PP的耐热性和刚性，降低成本等；增强。与玻璃纤维。晶须等增强剂进行复合，提高PP的强度、刚性和耐热性；阻燃。采用添加阻燃剂耳朵方法，制备阻燃性PP的材料，满足家电。汽车等对材料的阻燃要求；透明化。采用添加成核剂的等方法，制备高透明的PP新材料，可用于透明包装等领域；抗老化。采用添加抗氧剂等方法，该进PP的耐老化性，使其可用于户外产品中。从上可以看出，PP的改性非常广泛，改性手段也非常多，改性品种多，可制备满足各行各业不同要求的专用料。所以，PP的改性正迅速发展，成为改性塑料的最大的品种和应用最广泛的新材料。1.5聚丙烯阻燃改性（1）阻燃聚丙烯的配置方法比较简单：把聚丙烯粉料与一定比例的防老剂、处理剂、阻燃剂和辅助阻燃剂等掺混在一起，搅拌混合均匀后经挤出机混炼塑化、挤出造粒，即是阻燃聚丙烯产品。阻燃聚丙烯的性能与产品用料配方中的阻燃剂种类、用料量大小及配方中材料的组成有关。阻燃聚丙烯有优异的耐燃性，可达到UL94V-0级；热老化性好，在150环境下使用，寿命超过700h；加工型与聚丙烯树脂相似，溶体流动性好，可成型大型薄壁制品；力学性能与聚丙烯制品的力学强度接近。（2）阻燃剂种类及应用卤素阻燃剂卤系阻燃剂是传统的PP阻燃体系，主要包括十溴二苯醚(DBDPO)、八溴醚(TBAB)等，通常在这个体系里还会加入氧化锑(Sb2O3)作为阻燃协效剂，在提高卤系阻燃剂的阻燃效率的同时降低其用量。在溴系阻燃剂中，溴化环氧树脂具有优良的流动性、较高的阻燃效率、优异的热稳定性和光稳定性，同时能使被阻燃的材料具有良好的物理机械性能，不起霜，有广阔的市场空间。但是卤系/氧化锑复合阻燃体系在燃烧的时候会产生大量有毒的烟雾，造成二次污染。近年来，随着对阻燃剂低毒、环境友好的进一步要求，卤系阻燃剂的使用受到了越来越多的限制。氢氧化物阻燃剂氢氧化物阻燃剂主要包括氢氧化镁Mg(OH)2、氢氧化铝Al(OH)3和碱式碳酸铝镁等，属于添加型无机阻燃剂。氢氧化物的分解产物能形成保护膜覆盖在PP表面，起到屏障作用，发挥良好的抑烟效果，是一种环境友好型的绿色阻燃剂，并且与红磷等无卤阻燃剂有一定的协效阻燃作用。但氢氧化物属于无机物，具有亲水性，而PP的极性很弱，因此氢氧化物在PP中分散性和相容性都很差。用Mg(OH)2阻燃PP时，需要对Mg(OH)2进行表面处理。膨胀阻燃剂膨胀性阻燃剂单从阻燃效率来说，膨胀石墨可谓“无与伦比”。与其它磷系阻燃剂配合，其阻燃的聚丙烯类塑料可以轻松打到V0阻燃等级。而且，膨胀石墨来源丰富，价格低廉。问题主要在于，膨胀石墨达到明显阻燃效果必须选用80目左右的产品，其得到的制品外观实在难以恭维。纳米碳管阻燃剂自1991年饭岛教授发现纳米碳管(NTs)以来，由于其独有的结构和奇特的物理、化学特性，以及潜在的应用前景而日益受到人们的关注。纳米碳管具有良好的热传导性，而且强度高，富有弹性，用纳米碳管制备复合材料不但可以提高材料的耐热性能和阻燃性能，还可以起到增强和增韧的作用。但纳米碳管的制备方法仍然不够完善，制得的纳米碳管不均一，副产物较多，使复合材料性能受到影响；同时纳米碳管过深的颜色和昂贵的价格限制了它的应用。有机硅阻燃剂有机硅化合物是一种新型、高效、低毒的环境友好非卤阻燃剂，也是一种成炭型的抑烟剂，能够促进炭层的形成，提高炭层的稳定性和改善炭层结构。有机硅系阻燃剂可通过与互穿聚合物网络(IPN)部分交联类似的机理与聚合物结合，能够限制阻燃剂在聚合物内的流动，因此有机硅系阻燃剂不会像卤系和磷系阻燃剂那样产生迁移现象。有机硅阻燃材料在燃烧的时候较早融滴，阻燃剂穿过基材的缝隙迁移到基材表面形成致密稳定的含硅焦化炭保护层，能够隔热，断绝氧气的供应。综上所述，本次工艺设计采用比较廉价的氢氧化物作为阻燃剂对聚丙烯进行阻燃改性，由于氢氧化镁分解温度比氢氧化铝高出110140 ，更适合高温热塑性塑料加工，可广泛应用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗冲苯乙烯和ABS等塑料行业。并且氢氧化镁是一种绿色阻燃剂，且与氢氧化铝相比，具有消烟能力更强、热分解温度更高、粒径较小等特点，适合更多对阻燃剂要求严格的地方使用。所以相比之下，氢氧化镁更适合本次设计工艺所选阻燃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PP制品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。本次设计阻燃改性聚丙烯专用料相关质量标准见下表：表1-2 相关性能及标准性能PP/Mg(OH)2性能数值拉伸强度/MPa20.78悬臂梁缺口冲击强度/(J/m)17.1断裂伸长率/%75.76氧指数/%27.7弯曲强度/MPa42.1有无滴落无弯曲模量/ MPa4315垂直燃烧法（UL-94）V-1发烟情况无烟第2章 配 方 设 计2.1塑料配方设计原则（1）满足最终使用性能与耐久性原则 塑料制品制备过程中的选材、配方设计、产品设计、成型加工及制品的后处理等工序，最终的目的就是制备出质量优良，满足应用要求的制品。配方设计时主要任务是弄清使用环境条件，使用性能要求，才能选择合适的树脂。（2）抓主要矛盾的原则 选定树脂后，通过对树脂性能的了解和分析，用于制备所需制品的树脂，可能存在的许多缺陷或不足，这时就应该按制品性能要求，找出主要矛盾，加以解决。一般情况下，解决了主要矛盾，其他矛盾也就迎刃而解。（3）充分发挥添加组分功能原则 这是配方设计的中心任务，对添加剂组分选择力求要准，用量适当，要做到这一点，除具有丰富的实践经验外，还要吸取前人的经验教训，弄懂各添加组分的功能，结合应用性能要求与树脂本身特性，制定几套用量确定方案，再进行实验加以确定。（4）降低成本的原则 配方设计时，除考虑性能外，还必须认真考虑到原料的来源和成本，在相同条件下，要选择原材料来源广、产量多、价格低廉的产品。（5）依据添加剂组分性能的设计原则 配方设计时，要充分考虑到组分与树脂的相容性，只有添加组分与树脂具有好的相容性，才能均匀的分散于树脂体系中，才能形成一定的整体结构，从而发挥其应有的功能与作用。其次，要考虑添加组分的耐加工性。应确保小分子液态添加组分物质在加工中不蒸发，固体不分解，液体不溢出。再就是添加组分的毒性，添加组分一般都具有毒性，应在不影响制品性能的情况下，尽量选择低毒性物质。2.2 配方设计表2-1 PP/Mg(OH)2/增溶剂复合阻燃燃粒料配方组成（质量份）原料用量(质量份）原料用量(质量份）PP100抗氧剂10100.3Mg（OH)290复合增溶剂（POE-g-MAH:EPDN-g-MAH=5:5)102.3配方说明（1）原料要求 原料原料聚丙烯有共聚PP和均聚PP。均聚PP的拉伸强度和弯曲弹性模量、热变形温度都较共聚PP的大，但冲击强度较共聚PP的小，其原因是均聚PP的结构等规度大而且易结晶，分子内的作用力强，其拉伸强度和弯曲强度、弯曲弹性模量相应的就高，对于强度要求高的材料可以选择均聚PP；而共聚PP，其分子链引进乙烯，因而其冲击性能就得到了很大的改善，对于冲击性能要求高的材料可以选择共聚PP。对于阻燃材料，均聚PP和共聚PP均可选择，但由于均聚PP来源丰富，价格相对便宜，流动性好，所以选择均聚PP作为阻燃专用料的基体树脂。（2）助剂要求 为提高材料的弯曲强度和弯曲模量，采用无机阻燃助剂氢氧化镁，由于氢氧化镁的目数越高，平均颗粒度越小，在PP中分散效果越好。PP作为一种非极性、低表面能的聚合物与极性物质的相容性差，直接共混难以得到满意的效果。需添加复合增溶剂（POE-g-MAH:EPDN-g-MAH=5:5)。第3章 生 产 设 计3.1生产工艺流程图图3-1 阻燃聚丙烯专用料挤出造粒过程3.2生产工艺说明（1）成型料准备此次设计的阻燃聚丙烯专用料所用的成型料并不是单一的PP树脂，为了改进粒料的加工性能，改善粒料的使用性能，根据生产配方的需要加入不同的助剂，如抗氧化剂，阻燃剂等。因此在加工之前要对成型粒料有一定的准备过程。原料的称量 按照确定的配方将原料精确计量，并保证各组分的称量误差在1%以内。原料的混合 PP共混造粒的原辅料大多粉料或粒料，因此PP共混造粒成型是通过物料间对流动作用和剪切作用进行制备。本次设计采用高速混合机将原辅料进行混合。原辅料混合工艺中的物料的输送是根据生产规模的设备来布置的，可选用风送、螺旋输送或人工接袋输送等。而本设计是9000t/y的成产量，物料输送并不会要求时间间隔紧密，因此采用弹簧上料机输送设备。（2）挤出造粒阻燃PP挤出造粒加工一般采用平行同向双螺杆挤出机，将PP熔融挤出形成料条，然后经过水冷却以后，送入切粒机中，切成圆柱形的粒子。切粒采用旋刀式切粒机，为确保切粒效果，无论动刀或者定刀均采用硬质合金钢制备。本设计采用双螺杆挤出机。当采用双螺杆挤出机时，物料在同向旋转螺杆的啮合区相对速度更大，有高的剪切速度，对物料充分熔融混合十分有利，且自洁性更好。PP树脂加工成型过程中难免混有或多或少的杂志；为了避免因滤网的阻塞而导致挤出和出料速度降低，因此需要经常更换滤网。3.3挤出工艺的控制因素（1）温度的控制温度的控制是挤出操作中最重要的控制因素。挤出成型所需控制的温度是机筒的温度、机颈温度、口模温度，热塑性塑料在一定温度条件下熔融塑化，其熔体粘度与温度成反比。温度是影响塑化质量和产品的重要因素。温度过低，塑化不良，制品力学性能差，产品达不到要求；温度过高，塑料会发生分解，产生变色等现象。下表是挤出机及机头的各段温度控制表3-1 挤出机及机头各段温度控制机身一区二区三区机头设定温度/ 6080125135135145250（2）螺杆转速螺杆转速提高，挤出量增加，从而可提高产量，但容易产生塑化不良的现象，温度下降，这时应调节机头压力，使产量。质量达到最佳。螺杆转速的调节可根据螺杆结构所加工的材料、产品的形状和辅机冷却速度而定。本次设计螺杆的转速定为300r/min。（3）切刀转速切粒时切刀的转速直接影响颗粒的大小，转速过快则切出颗粒较短，转速过慢则切出的颗粒较长。同时，也要保证转速的稳定，一确保切出颗粒的大小均一。第4章物 料 衡 算4.1物料衡算的意义物料衡算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量，废品量及消耗量。同时还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料衡算可算出：（1）所需原料消耗量（2）实际动力消耗量（3）生产过程所需热量或冷量（4）为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据（5）在拟定原料消耗定额基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。4.2物料衡算的方法塑料制品的生产过程多采用全流程，连续操作的形式物料衡算的过程如下：确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，标上与物料衡算有关的数据说明计算任务，如：年产量、年工时数等。选定计算基准。年生产上常用的计算基准有：单位时间产品数量或单位时间原料投料量加入设备的原料量由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：G1=G2+G3式中：G1进入设备的物料量总和G2离开设备的正品量和次品量总和G3加工过程中物料损失量总和有关定额、合格率、消耗率、等。在任何一个产品加工过程中，合格产品都不是百分之百。由于设备原因，原材料原因以及人为原因都可能造成废品的出现。加工不同的产品出现废品的几率有差异，要具体情况具体分析。除外还应考虑车间管理水平、设备先进水品等，取高值与低值都应有充分的论据。经过电铲研究后发现：塑料自然损耗率为0.1%-0.15%，这主要是贮存、运输、加工过程中的损耗。4.3物料衡算（1）计算基准的选取：年工作日的选取（年工作小时）年工作时间 320天=7680h设备大修及特殊情况停车：15天/年机头清理 1次/30天 8h/次320天-20天(1/30)8=82h实际开车时间 320-15-3.4=301.6天 7680-360-82=7238h （5）设备利用系数 K=实际开车时间/年工作时间=7238/7680=0.94（2）物料衡算 造粒工段，确定各个岗位物料损失塑化造粒工段物料损失系数见表表4-1塑化造粒工段物料损失系数一览表工序进入高混机前的输送高速混合高速混合机向挤出机输送挤出机输送(包括冷却，风干）切粒筛选损失率%0.020.020.010.020.010.025总损失%5.1物料平衡计算进入本工序的料=出料量/（1-本工序的损失率）成品率95%(包括筛选不合格品及筛选过程中的合格品损失）切粒机出料量: 9000/0.95=9473.68t筛选损失的物料量：9473.68-9000=473.68t进入切粒机的物料量：9473.68/(1-0.02%）=9475.58t切粒机的损失物料量: 9475.58-9473.68=1.9t挤出机向切粒机的输送物料量：9475.58/(1-0.01%)=9476.53t挤出机向切粒机输送的损失物料量：9476.53-9475.58=0.95t进入挤出机的物料量：9476.53/（1-0.02%）=9478.43t挤出机的损失物料量：9478.43-9476.53=1.9t高混机向挤出机输送段的物料量：9478.43/(1-0.01%)=9479.38t高混机向挤出机输送的损失物料量：9479.38-9478.43=0.95t进入高混机的物料量：9479.38/(1-0.02%)=9481.28t高混机损失物料量：9481.28-9479.38=1.9t进入筛选输送的物料量：9481.28/(1-0.02%)=9483.18t筛选完向高混机输送损失物料量：9483.18-9481.28=1.9t表4-2塑化造粒工段物料平衡表工序进物料/t出物料/t输入损失/t小计/t筛选输送9483.189481.281.99483.18高混机9481.289479.381.99481.28高混机向挤出机输送9479.389478.430.959479.38挤出机9478.439476.531.99478.43挤出机向切粒机输送9476.539475.580.959476.53切粒9475.589473.681.99475.58筛选9473.689000473.689473.68成品90009000合计483.18粉料中各组分需要量粉料中各组分需要量计算方法如下：求出每吨产品消耗量（kg） 1000组分占整个粉料量的百分率（%）=每吨产品消耗量组分占整个粉料量的百分率=组分占份数/各组分份数总和100%每吨消耗PP 1000100/(100+90+10+0.3)=499.25kg每吨消耗Mg(OH)2 100090/(100+90+10+0.3)=449.33kg每吨消耗抗氧剂 10000.3/(100+90+10+0.3)=1.50kg每吨消耗增溶剂 100010/(100+90+10+0.3)=49.93kg年组分需要量(t)粉料年需要量组分占整个粉料量的百分率=组分年需要量粉料年需要量为9483.18t每年需要消耗PP 9483.18100/(100+90+10+0.3)=4734.49t每年需要消耗Mg(OH)2 9483.1890/(100+90+10+0.3)=4261.04t每年需要消耗抗氧剂 9483.180.3/(100+90+10+0.3)=14.20t每年需要消耗增容复合剂 9483.1810/(100+90+10+0.3)=473.日组分需要量(t) 年组分需要量/实际开车天数=日组分需要量每天需要消耗PP 4734.49/301.6=15.70t 每天需要消耗Mg(OH)2 4261.04/301.6=14.13t每天需要消耗抗氧剂 14.20/301.6=0.05t每天需要消耗增容复合剂 473.44/301.6=1.57t每小时组分需要量(kg) 年组分需要量/实际开车时（7238h）=每小时组分需要量每小时需要消耗PP 4734.49103/7238=654.12kg 每小时需要消耗Mg(OH)2 4261.04103/7238=588.71kg每小时需要消耗抗氧剂 14.20103/7238=1.96kg每小时需要消耗增容复合剂473.44103/7238=65.41kg 根据衡算，计算出实际每年需要量及日需要量和每小时需要量，见下表：表4-3 配方中各组分需要量原料名称配方中份数百分率/%每吨产品消耗量/kg每年需要量/t每天需要量/t每小时需要量/kgPP10049.93499.254734.4915.70654.12Mg(OH)29044.93449.334261.0414.13588.71增容复合剂105.0049.93473.441.5765.41抗氧10100.30.00151.5014.200.051.96根据计算结果画出物料衡算流程图，如下示：9483.18t/y筛选输送(损失1.9t/y)9481.28t/y高混机(损失1.9t/y)9479.38t/y输送(损失0.95t/y）9478.43t/y挤出机(损失1.9t/y)9476.53输送(损失0.95t/y)9475.58t/y切粒机(损失1.9t/y)9473.68筛选(损失473.68)9000t/y成品第5章设 备 选 型5.1 设备的选择原则在物料衡算和热量衡算的基础上进行设备选型计算，以确定车间内设备的类型，规格尺寸和台数，并为经济核算和工艺布置提供条件。由于塑料成型加工方法很多，所以实现同一工艺要求，可选用不同的成型方法和不同的成型设备。设备的选型与计算要充分考虑工艺上的要求，尽量选择先进设备。设备选择的原则应从技术、经济和我国的具体情况等方面考虑。技术先进、经济合理是设备选择的总原则。体现在：所选用设备要与设计的生产规模相适应，在允许的情况下，能获得最大的台时产量。设备适应产品的品种要求，确保产品质量。提高连续化、大型化程度，提高劳动生产率，降低劳动程度。降低能源消耗，注意保护环境。设备结构简单，操作及维修保养方便。（1）设备的可靠性 设备中所选用设备一定要可靠，特别是主要设备，应坚持经过生产实践的原则。只有设备的性能可靠，才能保证建成后一次试车投产成功。（2）设备的选用要立足国内塑料工业发展的历史并不长，但近几十年发展速度相当快，与之配套的塑料成型机械设备的生产已形成规模，并具有一定的水平。所以，为了减少投资，促进我国塑料制造工业的发展，在设备选型时要立足国内5.2 设备的选择目的（1）按照产品规格完成年生产任务，保证生产质量。（2）按工艺流程购置生产所需设备。（3）为进行成本计算核算提供依据。（4）若成套设备有定型设备，则购置成套设备；没有成套设备，则选择主机然后对辅机进行工艺设计。5.3 定性设备的选择与计算（1）高速混合机的选取及计算选用SHR-300A型高速混合机，其技术参数见下表：表5-1 SHR-300A型高混机技术参数技术参数SHR-300A技术参数SHR-300A总容量300L电动机功率4455kw有效容量225L外型尺寸204036002490mm重量3500kg搅拌桨转速475950r/min加热形式电排料方式气动参考价格6万厂商张家港轻工机械厂高混机的有效容量为225L，PP加热改性助剂后粉料的密度为1.01kg/l每锅可装粒料1.01225=227.25kg/h每小时热混6锅料的量：227.256=1363.5kg需要高混机(9481.281000)/（1363.57280）=0.96台则需要SHR-300A型高混机1台（2）挤出机的选取及计算表5-2 SJS-8324挤出机主要参数主要技术参数SJS-8324主要技术参数SJS-8324螺杆直径83mm螺杆长度1992mm螺杆长径比24生产能力400kg/h螺杆最大转速300r/min功率125KW参考价格10万元厂商南京橡塑机械厂由物料衡算可得进入挤出工段的物料（9478.431000）/7280=1301.98kg/h根据SJS-8324型挤出机的生产能力，所需的造粒机台数为1301.98kg/h400kg/h=3.25台所以选用4台SJS-8324型挤出造粒机（3）辅机的选取及计算 冷却水槽与挤出机配套，选择4台，其参数见下表：表5-3 与挤出机配套的冷却水槽参数表型号材料长度mm宽度mm高度mm容量L重量kg厂商生产6000不锈钢6000500300900100泰州市智博橡塑机械有限有限公司PQS-300型切粒机与挤出机配套，选4台，其参数见下表：表5-4 PQS-300型切粒机主要参数技术参数PQS-300技术参数PQS-300切刀尺寸mm200300料条根数（条）60牵引速度m/min560进料口直径mm50600生产能力kg/h4501800回旋直径mm50600切粒标准mm33固定刀数（把）1滤筛板孔径mm12旋转刀数（把）1电机功率kw11切刀转速r/min50自带风干机功率kw2.2自动配料秤自动配料秤的选取与计算阻燃改性聚丙烯中，由于需要加入多种助剂，为了生产方便和提高生产效率，一般选用多品种配料秤进行配料工段的称量。高混机每锅装料量为227.25kg，所以每锅料中各组分质量如下:PP 227.25(100/200.3)=113.45kgMg(OH)2 227.25(90/200.3)=102.11kg抗氧剂 227.25(0.3/200.3)=0.3403kg增容复合剂 227.25(10/200.3)=11.35kg为了严格按照配方称料，本设计所选的称量相对偏差应在1%以下。所以PP和Mg(OH)2选用XSP-0120型电子配料秤，抗氧剂选用XSP-0006型电子配料秤，增容复合剂选用XSP-0060型电子配料秤。表5-5 XSP型电子秤称量装置参数规格XSP-0060XSP-0006XSP-0120最大称量kg606120最小分度值g0.050.0050.1精度1/4001/4001/400显示形式数字显示数字显示数字显示外形尺寸mm30801100190027647401580409011001900价格（元）14260元1426014260上料装置的选取对于挤出机需要采用自动上料装置，从而节省人力与时间。选取2D-1000型颗粒上料机，其规格件下表表5-6 2D-1000型颗粒上料机参数技术参数2D-1000型电机功率2.2kw上料量1000kg/h 上料高度1-10m料箱尺寸900mm800mm950mm每台挤出机配备一台上料机，故选用4台2D-1000型颗粒上料机。5.4非定型设备的选择与计算（1）贮罐的选取PP每天上料量为(15.70+14.131.57+0.05)=31.45,贮罐装料系数为一般取0.70.85之间，我们在这里取中间值0.8，每天分8次上料，则最大上料量(31.451000)/0.8=39312.5kg/天PP表观密度1.01kg/l=1010kg/m每次上料体积=39312.5/(10108)=4.87m选择PP贮罐Dg=1200mm表5-7 椭圆封头贮罐尺寸Dgmm曲面高度mm直边高度mm容积m内表面积m1200300250.2551.65表5-8 60锥形封头贮罐尺寸尺寸Dg=1200mm尺寸Dg=1200mm锥体高度1087mm内表面积2.62m圆弧半径180mm容积0.477m直边高度25mm则贮罐使用容积=上料体积椭圆封头容积锥形封头容积 =4.87-0.255-0.477=4.168m3则贮罐高度=4.168/(0.60.6)=3.69m（2）仓壁振动器主管必须配有相应的仓壁振动器，其规格选取依据贮罐Dg=1200mm的贮罐壁厚为5m选用LZF-5型仓壁振动器表5-8 LZF-5型仓壁振动器参数技术参数LZF-5型技术参数LZF-5型适用仓壁壁厚4.56mm功率0.25kw锥部仓容3t重量35kg配用振动电机JZO-2.5外形尺寸280mm330mm280mm激振力250kgf（3）振动筛的选择选用SV系列三维振动筛，本系列机在塑胶行业中主用于筛选粉料、纤维、色母造粒、塑胶混合，同时可用于其他行业。表5-9 振动筛的主要技术参数振动筛外形尺寸1300mm650mm900mm振动机电机额定功率0.4kw最大激振力500kgf最大产量1200kg/h（4）台秤的选取 切粒之后进行装袋需要选用一台装袋秤，本次设计采用TGT型台秤，外形尺寸为655mm720mm755mm。（5）缝包机的选取选用DGK26-1A型手提封口机表5-10 DGK26-1A型手提封口机参数技术参数DGK26-1A技术参数DGK26-1A功率90kw外形尺寸360mm260mm380mm重量6/8.5kg（6）运输车的选取选用轻型平板手推车，此车适用于运送件装或袋装货物，载重200kg，车轮为实心橡胶轮胎。（7）货梯的选取表5-11 选择H05-XPM型，其技术参数见下表技术参数H05-XPM型技术参数H05-XPM型载重500kg机房B1B23000mm3000mm速度0.5m/s静门口M1100mm轿厢BL1500mm1500mm轿厢门双折式井道B1L12350mm1860mm厅门双折式第6章 能 量 计 算6.1 能量衡算的意义能量衡算是根据能量衡算定律，利用能量传递和转化的规律，通过平衡计算求得。将过程和设备的热量衡算、传入和传出的热量、加热剂、冷却剂以及其他能量的消耗量和能量的消耗量综合表等项目并称为能量衡算。在车间设计中进行能量衡算的目的：保证顺利进行成型加工，确定加热所需的热量并核算加热电功率，一方面作为选择设备的依据，另一方面作为计算耗电量的依据，确定冷却需排出的热量，一方面可以计算出冷却介质的消耗量，另一方面作为选择换热设备的依据。6.2 能量衡算的方法（1）电能的消耗量一般设备上都有电动机的额定功率，也有加热装置的加热功率，在没有这些数据的情况下可以用下式进行计算： E=Qe/860式中电热装置的电工效率一般取0.850.95（2）冷却剂水的消耗量冷却剂的消耗可按下式进行计算：W=Qe/Co(T2-T1)式中Co冷却剂的比热容，（Kcal/kg.） t1冷却剂的最初温度， t2放出冷却剂的平均温度， Qe需要交换的热量，kcalW冷却剂的用量6.3能量衡算的过程（1）电能消耗量一般设备上都带有电动机额定功率，也有加热装置的加热功率，依据这些进行电能消耗的计算。计算如下：高混机的设备利用率为0.94，功率为50kw；挤出机的设备利用率为0.94，功率为125kw；切粒机的设备利用率为0.94，功率为11kw，自带风干机功率为2.2kw；辅机装置设备利用率为0.95，真空上料装置功率为2.2kw；振动筛装置功率为0.4kw，仓壁振动器功率为0.25kw，缝包机功率为90kw。则定型设备耗电约为：(500.94+1250.944+13.20.944+0.250.95+2.20.955+0.40.955+900.954)72801.1=7377125.76kwh非常用设备用电量估计为60000kwh，则总耗电量为：7377125.76+60000=7437125.76kwh本设计年产量为9000t，则每吨粒料平均耗电量为：7437125.769000=826.35kwh（2）水量消耗冷却剂的用量：PP比热容为0.45kcal/(kgh);水的比热容为1kcal/(kgh)；挤出机出口模温度为250，冷却到50；冷却水入口温度为20，出口温度为50；则W=0.459476.53(250-50)/1(50-20)=28429.59t考虑损耗量，设利用系数为1.2，则需要用水量为：28429.591.2=34115.51t则生产每吨料粒消耗水量为：34115.51/9000=3.8t为了节约用水，可以采用循环冷却使用。表6-1 能量消耗表项目每吨消耗定额消耗量年消耗量天消耗量时消耗量电826.35kwh7437125.76kwh24658.9kwh1027.45kwh水3.8t34115.51t113.12t4.72t第7章 挤出机头结构设计7