年产1200吨聚丙烯聚乙烯混合废塑料分离及改性造粒的生产车间的设计

1、本科毕业论文题目年产1200吨聚丙烯/聚乙烯混合废塑料别离及改性再造粒的生产车间的设计作者：专业:高分子材料与工程指导教师：完成日期：诚信承诺书本人承诺：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果.除了文 中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表或撰写过的研 究成果.参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何奉献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意.签名：日期：本论文使用授权说明本人完全了解南通大学有关保存、使用学位论文的规定,即：学校有权 保存论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的 全部或局部内容.保密的论文在解密后应遵守此规定学生签名： 指导教师签

2、名： 日期： 聚乙烯和聚丙烯树脂是应用非常广泛的高分子材料,其各类性能优良.因此在生活中 充满着大量的聚丙烯/聚乙烯的废旧塑料.本文介绍了国内外废旧塑料的回收利用现状, 说明了聚乙烯/聚丙烯材料的性能及其应用,聚乙烯/聚丙烯材料的改性方法和挤出造粒工 艺的选择.本设计采用聚乙烯/聚丙烯混合废塑料为原料,以密度别离法将其别离,采用填充改 性法对其进行改性.设计出一条合理的别离、改性及挤出再造粒生产工艺流程.确定各个 工艺参数和设备,以实现聚乙烯/聚丙烯废旧塑料的回收再利用.关键词：聚乙烯/聚丙烯,废旧塑料,挤出造粒,工艺流程ABSTRACTPolyethyle ne and polypropyl

3、e ne res in are widely used polymer materials which have many excellent properties. Therefore, much waste polypropylene and polyethylene plastics was everywhere in regular life. the curre nt status of domestic waste plastics recycli ng utilizati on were introduced in this paper briefly. the performa

4、nee, the application, the modified methods and selecti on of extrusi on granu lati on process were illustrated.The waste polyethyle ne and polypropyle ne plastics mixture were take n as raw material in this desig n. The waste polyethyle ne and polypropyle ne plastics were separatedby the den sity se

5、parati on method and modified by filli ng modificati on method. A reas on able separatio n, modificati on and extrusi on process was desig ned. The process parameters and equipme nts were determ ined to realize the recycli ng of the waste polyethyle ne and polypropyle ne plastics mixture.Keywords： P

6、olyethyle ne / polypropyle ne, waste plastics, extrusi on, process摘 要IABSTRACTII第一章绪论11.1工程要求1.1.2聚乙烯/聚丙烯1.1.3聚乙烯/聚丙烯的应用 1.1.3.1聚乙烯产品用途 .1.1.3.2聚丙烯产品用途2.1.4废旧塑料回收利用现状 3.1.4.1 国内3.1.4.2国夕卜4.第二章 生产工艺及设备参数 6.2.1工艺选择.6.2.1.1聚乙烯/聚丙烯混合废塑料的别离工艺选择 62.1.2聚乙烯/聚丙烯改性方法的比拟与选择 8.2.1.3聚乙烯/聚丙烯的挤出造粒工艺选择 102.1.4工艺流程图

7、112.2设备选型122.2.1设备选型的总体原那么 122.2.2挤出造粒设备选择132.2.3高速混合机选择 142.2.4平板切粒机选择 142.3物料衡算14.第三章公用工程1.63.1 耗电.16.3.2排风设备163.3 噪音.16.3.4通风设计163.5 用水16.3.6 排水16.第四章物流运输174.1道路及运输1.7.4.2 包装.17.第五章厂房设计1.8第六章生产编制及时间安排196.1生产体制1.9.6.2人员安排1.9.6.3作息时间安排19第七章本钱与利润核算207.1固定投资估算207.2年均本钱估算207.3年利润估算21.7.4回报年限估算 21参考文献2

8、2.致谢23.第一章绪论1.1工程要求本工程是年产1200吨的聚乙烯/聚丙烯混合废塑料别离及改性再造粒的生产车间设 计.1.2聚乙烯/聚丙烯1聚乙烯简称PE是通用合成树脂中产量最大的品种,其种类主要有低密度聚乙烯、 线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和一些具有其他特性的聚乙烯产品.3a. 聚乙烯物理性能：聚乙烯是一种白色的材料,呈半透明状,密度约为0.94g/cm ,没有 毒性,具有良好的介电性能.聚乙烯材料的透水率较低,聚乙烯材料的结晶度越高,其透明 度就越低,而在一定的结晶度下,聚乙烯材料的分子量越大,其透明度就会越高.高密度聚 乙烯的熔点在132-135C左右,低密度聚乙烯的熔点那么比拟低,

9、约112C左右.聚乙烯常温下 一般不溶于溶剂中,超过70C时就可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯等溶剂中.b. 聚乙烯化学性能：聚乙烯的化学稳定性良好,在室温下耐各种化学物质的腐蚀,硝酸 和硫酸除外,这两种酸能有效的破坏聚乙烯材料.2聚丙烯简称PP是一种热塑性树脂,由丙烯聚合而得.根据结构来分有等规物、无规物和间规物三种构型,工业上以等规物为主要成分.聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共 聚物在内,目前聚丙烯行业正处在一个其快速的开展关键阶段.a.聚丙烯物理性能：其物理特性为半透明的无色固体,无臭无毒.由于聚丙烯的结构规 整,同时其结晶度很高,故熔点高达167C,聚丙烯材料可进行蒸汽消毒,密度约为

10、0.90g/cm3, 是最轻的通用塑料.b.聚丙烯化学性能：耐腐蚀,抗张强度 30MPa,在冲击强度方面和材料的透明性方面 都比聚乙烯要好.聚乙烯的缺点同样明显：耐低温冲击性差,在空气中容易老化,这两个 缺点可以通过改性来进行改良.1.3聚乙烯/聚丙烯的应用1.3.1聚乙烯产品用途1汽车制造及其他机械工业在汽车工业中,聚乙烯应用较为广泛,主要是高密度聚乙烯,可以用于制造齿轮等一 些小部件.由于其制作的灵活性,质量轻等优点,高密度聚乙烯零件的市场正逐年增大.而具有更高的耐热性、耐油性和耐冲击回弹性的聚乙烯材料那么用于制作汽车的保护囊和燃 料软管,同样具有良好的市场.除了一些小零件,高密度聚乙烯还

11、可用于制作汽车油箱、行李衬里、档风玻璃水洗槽和 护档板等.例如将HDPE燃油箱进行氟化和磺化处理及采用多层共挤出吹塑成型,那么可使油 箱有效预防汽油渗透.除了这些,聚乙烯还可制作油管颈、旋流器、减震器护管、工具箱等o除了汽车工业,在纺织机械领域,聚乙烯材料也有很大发挥空间,如制作纺织织机上的 皮结,耐冲击次数可由100万次提升到500-1500万次,使用寿命可延长5-10倍.(2) 电子电气行业在导电性能方面,超高分子量聚乙烯比通常的导电塑料薄膜的导电性高 100倍,所以可 以用来生产喷漆用的软管制造材料和低噪音电缆的屏蔽材料以及其他有高导电性要求的电子 产品.超高分子量聚乙烯的绝缘性良好,国

12、外用来取代微孔橡胶隔板等制造酸性铅蓄电池隔板 并已向大型化开展.除绝缘性外其耐低温性能也很好,可用来制造工业中的耐低温部件,在 超温超导领域中是种理想的绝缘材料.聚乙烯材料对放射线有很好的遮蔽作用,因此可用来 制造原子能发电站的遮蔽板.(3) 管材制造经过交联改性后的聚乙烯管材具有较高的耐热性,且耐应力开裂、抗蠕变和机械强度高, 可用来制造建筑工程用的冷热水器、套管、电线电缆阻燃管、饮用水管、排水排污管、油气 管、煤气管等,聚乙烯管材具有PVC管及镀锌管所不具有的各种优点,且与不锈钢管相比占 有价格优势.聚乙烯材料制作的热水管具有质轻、耐锈蚀、耐蠕变性好等优点,是家庭热水 系统中最具竞争力的热

13、水管材.1.3.2聚丙烯产品用途(1) 包装材料目前,包装材料和加工都向着越来越“轻的方向开展,而发泡塑料在这方面明显具有 优势.现在微波炉和微波食品在人们的日常生活中越来越常见,而交联发泡聚丙烯片材热成 型的食品容器的耐热性可达130C,而且耐高温,耐沸水稳定性很好,其热成型的盘子等各类 容器在低温下的冲击强度较高,且外表感觉舒适柔软,可在低温情况下使用.聚丙烯的化学 结构决定了它的降解性能比聚乙烯强,故在一次性包装方面具有明显的优势.据统计,我国 目前每年的一次性餐具消耗量约为180亿个.这些一次性餐具由于消耗大量木材必将带来更 大的环境危害.而聚丙烯制品的制造过程中,如果不参加抗氧剂等添

14、加剂,会在阳光下很容 易老化降解碎化成粉状.利用聚丙烯的这一特性,采用发泡聚丙烯片材制作的一次性餐具是 比拟理想的环保餐具.(2) 隔热材料发泡聚丙烯材料的热导率比发泡聚乙烯材料的低,且绝热性能更好,在耐高温方面,发 泡聚丙烯材料能耐120C的高温.因此发泡聚丙烯材料必将作为高级保温绝缘材料来应用,可 用来制造使用温度要求超过100C的隔热材料.国外广泛将其用于聚苯乙烯和聚乙烯发泡片材 耐热性达不到要求的场合,例如用于90120°C热载体循环蓄电池的隔热材料、汽车顶棚材料、 发动机和车间的隔热材料等.发泡聚丙烯材料作为空调保温管有着巨大的市场,还可用作石 油化工管道的保温材料、自来水

15、管防冻保温套、热水管、暖房、贮槽的热绝缘材料等.(3) 汽车零部件聚丙烯除了具有各类优良性能外,可回收再利用也是其一个重要特点,在汽车等行业已 成为人们优先考虑选用的替代材料.近年来,发泡聚丙烯材料在汽车工业内作为内装饰的应 用日益广泛,可加工成地毯支撑材料、遮光板、隔音板、行李架、内装饰件、盖子、箱体等. 为了节省能量的消耗,现代汽车要求减轻质量,用更多的塑料替代其他材料无疑是今后的发 展方向.14废旧塑料回收利用现状1.4.1国内随着工业的开展,各类塑料制品已进入千家万户,而随之而来的是塑料废弃物也日益 增多.各种塑料包装物、塑料容器、塑料玩具和文具、塑料鞋、塑料家电外壳、车辆保险 杠、塑

16、料管材、工业废料等等,随处可见,造成了极大的环境污染.而据有关数据显示, 2021年我国国内仅废旧塑料回收量就已高达1500万吨.目前,我国废旧塑料现有的主要处理方式有三种(1) 填埋由于塑料制品多为大分子结构材料制作,因而废弃后不易腐烂,且质量轻体积大,在 户外易随着空气或水流移动.因此,人们利用地形建设填埋场,对其进行卫生填埋.卫生 填埋法建设投资少、运行费用低,长久以来一直都是最常用的处理方法,但填埋处理有着 明显的缺点：占用空间大,浪费大量的土地资源.(2) 燃烧另一主要的处理方法是燃烧回收热能法.其优点是处理量大、本钱低、效率高,与填 埋法相比,燃烧处理对废旧塑料有了一定的利用,已经

17、变废为宝.但燃烧处理的缺点同样 明显：由于在现实生活中塑料的种类有很多,且很多塑料制品质量不达标,使塑料中含有 很多的对人体有害的物质及一些重金属化合物,这些塑料在燃烧的过程中,会产生一氧化 碳及其他许多的有害物质.对环境造成很大的污染.3回收再造粒除了以上两种方法,将废旧塑料回收后进行再造粒,是废旧塑料回收技术的一大进步. 利用专用的造粒设备,可将废旧聚乙烯、聚丙烯等塑料通过合理的别离方法别离,在改性 后再造粒.同填埋法和燃烧法相比,废旧塑料再造粒实现了真正意义上的资源循环利用. 我国在回收废旧塑料并进行再造粒方面起步较早,为节省资源和保护环境作出了巨大贡 献.尽管如此,我国绝大多数企业却仍

18、处于小规模无序化的生产经营方式,还存在许多的 问题：由于废塑料加工户比拟分散,大多仍处于一种集收集生产销售为一体的三合一的 家庭作坊式的生产经营方式,生产场地简陋,加上易燃物品乱堆放,平安隐患较多5.在废旧塑料的加工过程中会产生大量的污染物,而大局部企业未熟悉到污染问题,因而缺 乏污染物治理水平,产生的废水杂质和剩余废料在一般情况下未经处理就被直接排放燃烧 或随意丢弃,对周围环境的污染非常严重.1.4.2国外在兴旺国家中,固体废弃物中的废塑料约为4% 10%质量分数,主要来自于废弃包 装物、汽车垃圾和工业废料.废塑料中各品种所占的质量分数分别为：低密度聚乙烯LDPE27%,高密度聚乙烯HDPE

19、21%,聚丙烯PP18%,聚苯乙烯PS16%,聚氯乙烯 PVC7%.可以看出,在废旧塑料中聚乙烯和聚丙烯占有相当大的比重,由于其回收的 利用价值高,聚乙烯和聚丙烯的耐老化性能优异,近年来,聚乙烯和聚丙烯废旧塑料的回 收利用受到了极大的关注.1美国据美国化学委员会统计,在2021年,美国的塑料瓶回收率已超过99.7%.迫于消费者 和零售商的压力,产量占美国80%以上的几家塑料袋生产商在2021年4月22日郑重对外承 诺：到2021年将使塑料袋的回收利用率提升至40%.2021年6月,PWP工业公司已在西弗吉尼亚州投产了 8万平方英尺的消费后塑料循环回 收利用中央,第二个中央,PWP工业公司与可口

20、可乐亚特兰大塑料循环回收利用公司一起, 将PETE塑料瓶转化成食品和医药治理局认可的食品级适用材料.在2021年6月,美国波士顿的东北大学研究人员宣布,该研究团队开发了一种可将非生 物降解塑料破解后形成燃料的废弃物燃烧器,从而极大的减少了有害排放物的排放.该设 施可用于驱动大型发电厂,与塑料回收中央相连接,以供给稳定的燃料来源.2欧洲据位于布鲁塞尔的欧洲塑料制造和回收集团统计,2021年欧洲塑料回收率已到达54%,2021年欧洲塑料需求增长至5280万吨,其中有50%的塑料被回收利用,20.6%循环回收, 29.5%回收用作能量.从欧盟27个成员国和2个非成员国的统计数据来看,2021年欧洲塑

21、料 废弃物总量约为2490万吨,其中63%来自塑料包装.由此不难看出,欧盟非常重视废塑料 的回收和利用,欧洲国家的多数市民都能自觉地将包装废弃物分类.据有关数据显示,目前在欧洲,塑料的应用收益比塑料制品生产和回收过程中的排放 高出数倍.据了解,在过去的10年间,欧盟塑料加工行业已投资超过 5000万欧元用来促进 对塑料废弃物的治理,具有显著成效.按废塑料质量统计,2021年平均回收率为51.3%,比上年增加了 1.7%.其中,瑞士废塑料回收工作做得最好,回收率达99.5%,丹麦和德国紧随其后,回收率分别达96.5%和96.3%7.根据欧洲两家行业协会发布的数据来看,2021年欧洲分类后的PET

22、瓶回收率增长了 9.4%,到达159万吨.据欧洲PET容器回收协会和欧洲塑料回收协会联合发布的一份报告 称,2021年,欧洲市场PET瓶的总体回收率达了 51%.2021年超过50%的回收PET瓶被用 于生产包装用容器或薄板,另外39%用来生产纤维.在接受调查的国家中,1/3国家的回收 率超过了 70%.3日本除美国和欧洲外,日本的废塑料回收利用也很具有代表性.据日本塑料工业联合会称,2021年日本废旧塑料总量为998万吨.而回收利用的废塑料就有758万吨,占到排放总量的76%第二章生产工艺及设备参数2.1工艺选择2.1.1聚乙烯/聚丙烯混合废塑料的别离工艺选择废旧塑料的别离方法主要有以下几种

23、：1手工别离法这种方法是根据不同塑料的物理性能的差异,利用人力进行手工别离的方法.其别离 步骤为：先去除废旧塑料中的金属和非金属杂质,以及其他一些能够看见的不能回收再利用的杂质.再将不同品种的塑料制品进行简单的分类,以便于后面的生产加工.表2-1各种塑料的外观性状区别种类透明性脆韧性光泽性软硬性手感聚乙烯半透明韧较差硬滑腻、蜡状聚丙烯半透明韧较差硬蜡状聚苯乙烯透明脆很好较硬聚氯乙烯较透明柔而韧有光泽软或硬用机械收集.尚未熔融的塑料继续运行,通过较高一级塑料熔融温度上的加热室,以同样 方法别离.直到剩下最后一种未被熔融的塑料,将其收集起来.(4) 温差别离法由于不同塑料的脆化温度不同,可将混合废

24、塑料有选择地进行脆化粉碎,以实现混合 废塑料的别离.聚氯乙烯与聚乙烯的混合物最适合用这种方法进行别离,由于聚氯乙烯的 脆化温度为-41C,而聚乙烯的脆化温度在-100C以下.其方法是：将混合废塑料投入冷却 器中,温度调节至较高一级的脆化温度,然后送入粉碎机中粉碎,那么脆化温度高的就会被 粉碎,这样即可将其与其他塑料别离开来.(5) 密度别离法此法是利用不同塑料具有不同密度从而对混合塑料进行别离的,主要有静置别离和旋 液别离两种方法.静置别离法是利用在一定密度的液体中,不同密度的塑料浮沉现象的不同,使之别离 的一种方法.这种方法的优点是：简单易行,只要能配制出适宜的别离溶液,就能将密度 差较大的

25、品种别离开.平时常用的别离液有饱和食盐水溶液、酒精溶液、水等.缺点是： 假设以水为别离液,由于塑料的外表活性不同,有些塑料会带着气泡浮在水面上,影响别离 效果.此时需用外表活性剂对塑料进行预处理,使其充分浸润,然后再进行别离.旋液别离法是利用水力旋流器和浮沉法相结合,有效的将密度大于或小于1g/cm3的塑料别离的一种方法.但其密度差最好能为 0.5g/cm3左右,例如聚丙烯和聚氯乙烯的别离, 别离率可高达99.9%.别离步骤：将废旧塑料粉碎后进行清洗和预处理,再用离心泵定量 定速地送入水力旋流器中,密度小的塑料就会从上部排出,将其收集后,经过振动筛脱水 即可.(6) 风筛别离法这种方法的别离步

26、骤是：首先将废旧塑料粉碎,然后从上方投入风筛别离装置,使空 气从横向或逆向吹过,由于不同的塑料和杂志对对气流的阻力和自重形成的合力不同,故 可将不同的塑料和杂志别离开来.这种别离方法一般适用于密度差比拟大的塑料之间的分 离.而别离物的大小、形状将直接影响别离的效果.由于许多塑料密度差较小,且同种塑 料的密度也有差异等因素,因此严格长度的筛选是做不到的.风筛别离装置主要有立式、 横式、涡流式3种9.由于聚乙烯与聚丙烯塑料在外观及物理性能上无太大差异,故不选择手工别离法和静 电别离法,又由于两者熔融温度较为接近,切熔融后不易别离,所以也不选择熔融别离法, 再综合考虑别离的难易程度和别离本钱,本设计

27、最终选择密度别离法中的静置别离法,分 离溶液选择食盐水溶液.该法的特点是简单易操作,且别离本钱低(仅需别离溶液用水). 2.1.2聚乙烯/聚丙烯改性方法的比拟与选择化学改性主要有以下几种：(1) 接枝改性：PE是非极性聚合物,接枝改性后可赋予PE以极性,从而改良PE的涂饰性、粘接性、油墨印刷性.接枝改性后的PE可作为挤出复合膜的粘接层、热溶胶,也可作为 PE与各种极性聚合物共混用的相容剂.接枝聚合物不会改变PE的骨架结构,在保持PE原有特性的同时又将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上,增加了新的功能,是一种简单而有效的PE极性功能化方法.而对PP进行接枝改性与PE类似,在PP的分子链上引入

28、适当极性的支链,增加了新的性质,又改 善其性能上的缺乏.因此接枝改性是扩大PP应用范围的一种简单易行的方法10 o(2) 共聚改性：在一定程度上,以乙烯单体或丙烯单体为主的共聚改性可改良均聚PE或PP的冲击性能、透明性和加工流动性,它是提升PE或PP的韧性的最有效的手段.将乙烯和丙烯混合在一起后聚合,在其聚合物的主链中无规那么地分布着乙烯和丙烯链段,乙烯那么起着阻止聚合物结晶的作用.(3) 交联改性：PE的交联方法根本与 PP 一样,有化学交联和辐射交联两种.但对于PE来说,辐射交联的同时其降解也十分严重,因此辐射交联的效果很有限, 故一般我们选择化学交联.通过交联改性后可有效提升PE的力学性

29、能和耐热性.交联改性大大提升了 PE的物理机械强度,并且其耐环境应力开裂性、耐腐蚀性、抗蠕 变性也得到显著改善,从而使其应用范围得到有效拓宽.交联改性聚丙烯时,通过选 择适宜的引发剂和助交联剂,预防聚丙烯降解,实现聚丙烯的可控交联.交联后的材料力学性能大幅度提升.同时,交联改性聚丙烯还可获得高的熔体强度,应用于聚丙 烯的发泡成型11 o物理改性主要有以下几种：(1 )填充改性：填充改性是在热塑性树脂基质中参加不同的无机粒子,使塑料 制品的原料本钱降低, 同时使塑料制品的性能得到不同程度的改变.也就是在牺牲塑料的某些性能的同时,使其他性能得到明显的提升.对PE进行填充改性时,应考虑以下几点：PE

30、的性能、无机填料的种类、填料粒度、PE与填料粒子的界面化学、成型工艺与设备.填充剂的种类有很多,根据化学成分来分,可分为有机填充剂和无机 填充剂两大类,常用的无机填料有：云母粉、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、 赤泥、立德粉、硫酸钡等,常用的有机填料有：木粉、稻壳粉、花生壳粉等12 o(2 )共混改性：共混改性是在一定温度下,将不同的聚合物材料、无机材料以及助剂进行机械掺混,最终使新材料的力学、热学、光学及其他性能得到有效改善.采用共混改性可以改善 PE的韧性、抗冲击性、印刷性、对油类的阻隔性等性能.虽然共聚PE是提升PE韧性的最有效的手段,但这种改性方法更适合于规模化生产.目前PP共混改

31、性技术开展的主要特点是采用相容剂技术和反响性共混技术,在大大13提升PP耐冲击性的同时,提升了共混材料的拉伸强度和弯曲强度相容剂在共混体系中可以改善两相界面黏结状况,有利于实现微观多相体系的稳定,而宏观上是均匀的结构状态.反响型相容剂还能在共混过程中通过自身的相容效果,提升共混材料的性能.(3)增强改性：纤维是用于制作增强复合材料的最主要的增强剂纤维的种类很少,有玻璃纤维、碳纤维、涤纶纤维、尼龙、聚酯纤维以及硼纤维、晶须等14.即物理结合型与化以纤维增强PP为例：玻璃纤维增强 PP复合材料可分为两大类,学结合型.物理结合型玻璃纤维增强PP复合材料仅由 PP与玻璃纤维之间的机械黏结力而得到较小的

32、补强效果.化学结合型玻璃纤维增强PP是在PP与玻璃纤维之间PP正在不断地被形成了巩固的化学和机械结合,因此效果显著,为此用碳纤维增强 探索着15.废旧塑料相较于新品塑料颗粒,在塑料的各类性能上有明显衰减,为到达成品所需性能要求,本设计选择填充改性对废旧塑料进行改性,使其塑料各类性能获得提升.表2-2聚乙烯填充改性配方表配料份数用途PE100基料碳酸钙8.5提咼耐热性和硬度钛酸酯1.2降低熔融温度和熔体温度玻璃纤维7.8提升拉伸强度硬脂酸0.6改良熔体流动性能表2-3聚丙烯填充改性配方表配料份数用途PP100基料碳酸钙10提咼耐热性和硬度硬脂酸锌1.0改良熔体流动性能钛酸酯1.2降低熔融温度和熔

33、体粘度玻璃纤维8.0提升拉伸强度2.1.3聚乙烯/聚丙烯的挤出造粒工艺选择(1) 造粒工艺的比拟和确定热塑性树脂的造粒可分为冷切法和热切法两大类.冷切法又有拉片冷切,挤片冷切, 挤条冷切几种,热切法有干热切,水下热切,空中热切等几种.无论何种方法,均要求粒 料的颗粒大小大小均匀,色泽一致,外形尺寸不超过34毫米,由于粒料过大成型时加料困难. 冷切法：经两辊机塑炼出片或挤出机挤出的塑料片,塑料条经冷却后切粒.拉片冷切：首先将物料通过高速捏合机捏合,然后倾倒进密炼机中进行进一步混合, 预塑化.密炼机一种是密闭式的间歇混炼设备,它的上顶栓会给物料一定压力,使得物料 受到强烈的剪切作用,所以混合均匀并

34、预塑化.经过捏合或密炼的物料用用炼胶机炼塑成 片,经冷却后切粒的方法即为拉片冷切法.挤片冷切：经过捏合后的粉料用挤出机塑化、挤出成片,冷却后,用平板机切粒机切 粒.这种方法适用于不易用炼胶机炼塑拉片的树脂,如聚乙烯,聚酰胺等.挤条冷切：这是热塑性塑料最早的造粒方法.所用设备和工艺都比拟简单,捏合好的 物料经挤出机塑化后成圆条状挤出,经冷却后,再用切粒机切成圆柱形颗粒.圆条切粒机 这种切粒方法的优点是设备简单,品种方便,能用于全部热塑性树脂的造粒,适合于多品 种少批量的塑料生产,缺点是颗粒外观质量较差. 热切法：这种方法是把切粒机旋转的切刀紧贴在机头模板处,直接对刚挤出的热的 圆条状料进行切粒,

35、然后冷却.干热切：这种方法的优点是所用的设备较为简单,操作方便,但缺点是产量高时,易 产生粘粒现象.水下热切：这是用于聚烯烃塑料造粒的一种新技术,机头和切刀在循环温水中工作.这种方法的优点是加工颗粒的外观美观,粒料均匀且不易粘结.多孔模板孔数较多,因此 产量很高.切下的颗粒可用水输送到任何地方,操作噪音小,颗粒质量好,无灰尘及杂质 混入.缺点是辅机设备庞大,由于机头与温水接触,为保持水温,要消耗大量能源.切刀 与多孔模板外表之间的间隙小,对操作技术要求较高,假设操作不当容易引起模孔的堵塞.空中热切：这种方法和干热切法差不多.假设在切粒罩内采用鼓风机,那么为风冷热切, 假设采用喷淋温水,那么为水

36、冷热切.空中热切法比干热切法产量高,噪音小,同时又不需要水下热切法的加热系统.但它 仍然不能预防粘粒现象,所以,产量比水下热切低得多.同时,切刀与模面调节不当,会 产生丝带的粒料16.由于热切法在切粒过程中容易出现粘结现象,切操作要求较高,我们选择冷切法进行 切粒,又由于聚乙烯与聚丙烯不易用炼胶机炼塑拉片,故本设计最终选择挤片冷切法切粒2造粒工艺与颗粒形状造粒工艺是将基料及各种助剂经高速混合后经挤出机挤出切粒成各类形状的颗粒的 操作过程.颗粒的形状有很多种,下表简单介绍了几种切粒方法与颗粒形状的搭配以供选 择.表2-4切粒方法与颗粒形状切粒方法挤片切粒挤条切粒空冷模面切粒水中冷模切粒颗粒形状立

37、方体圆柱体圆柱与圆围棋状围棋子或球状、颗粒尺寸/mm3X3X33 X 牛 63 X什33 X 牛 3在本设计中,和两种都是可以选择的,其区别在于挤出机模头挤出孔的形状,假设 模头挤出孔为正方形,那么经冷却切粒后的粒料形状为立方体,假设模头挤出孔为圆形,那么冷 却切粒后的粒料形状为圆柱体. 是属于热切粒,多采用挤出机塑料物料,熔体物料从呈圆形分布的孔板形机头中被 挤出,在模面上露出很短的一截即旋转的切刀切断,形成颗粒. 和是采用水下切粒,除熔体粘度很低的物料,其适合大多数聚烯烃树脂生产 由于本设计选用的切粒方法为挤片冷切法,故本设计采用形状.2.1.4工艺流程图1聚乙烯颗粒生产流程图挤出切粒机初

38、混合高速混合机冷却单螺杆挤出造粒收集图2-1聚乙烯颗粒生产工艺流程图2聚丙烯颗粒生产工艺流程图PP基料卜初混合高速混合机各种助剂挤出切粒机冷却一单螺杆挤出造粒收集图2-2聚丙烯颗粒成产工艺流程图2.2设备选型2.2.1设备选型的总体原那么1根据聚乙烯和聚丙烯塑料的特性,选择适宜的挤出造粒设备及切粒设备,以满 足产品的工艺要求.2所选设备必须是目前已经定型,国家认证的技术成熟的设备,以保证生产的连 续性和产品的质量.3在选择设备的时候要选择原料利用率高的设备,预防出现原料浪费严重的情况 出现.4选择设备时,要注意设备的使用年限,尽量选择年限高的设备,以降低投资的本钱.(5) 所选的设备要遵循安装

39、简单,便于操作的原那么,减少设备安装和人员的操作培 训时间.(6) 选择设备时要尽量选择国产设备,这样可以有效减少产前投资和以后的设备维 修费用.222挤出造粒设备选择考虑到生产工艺、产品质量、设备投资以及生产率各个方面,本设计采用挤出法来造 粒.以下先简单介绍单螺杆挤出机与双螺杆挤出机的特性.(1) 单螺杆挤出机除具有输送、均化、混炼、排气等功能外,在结构上还具有容易 制造、安装、更换螺杆方便,造价低廉等优点.单螺杆挤出机的根本结构有：传动系统、挤出系统和加热、冷却系统.其中挤出机的 螺杆是挤出机的最关键.料斗中的物料的移动是由螺杆的转动带动的,得到增压和摩擦的 热量,螺杆的直径、长径比、螺

40、槽深度、各段长度比例等参数对螺杆的正常转动运行有很 大影响.按物料在螺杆上运转的情况来分,螺杆可以分为三段：进料段、压缩段和计量段,表 2-5列出螺杆三段长度的分配比例以供参考.表2-5螺杆进料段、压缩段和计量段的长度比例塑料进料段压缩段计量段非结晶型塑料10%25%L55%65%L22%25%L结晶型塑料60%65%L14D23%65%L螺杆直径决定了挤出机挤出量的大小.增大螺杆直径,挤出机的挤出量会明显增加, 但此时对挤出机的设计和加工要求也会相应的提升.我国挤出机标准中规定的螺杆直径系 列为：20、30、45、65、90、120、150、200、250、300 毫米等.螺杆直径的大小要根

41、据产品要求,生产工艺要求,物料的特性和所需的产量来决定. 螺杆的长径比,长径比一般为 1825之间.长径比的选择那么要综合考虑所需产品质 量,加工要求和安装水平,尽量在保证产量和产品质量的情况下选择较小的长径比.螺杆的压缩比,压缩比是指螺杆送料口处第一个螺杆的容积与计量段最后一个螺杆容 积之比.压缩比的大小对制品的密实性和物料中所含气体量等有很大影响.(2)双螺杆挤出机用于制作塑料母料时效果理想,产量比单螺杆挤出机要大,由于 双螺杆挤出机的剪切应力较大,因而物料的混合混炼效果更好.双螺杆挤出机的缺点有： 前期设备投资较大,故安装、维护和生产时都必须严格按说明书的要求进行.例如不能在 空载的情况

42、下运转,挤出机的各润滑点要按期调换润滑油.当挤出机处于停车状态时,要 立即清理机头、螺杆和筒体中的剩余塑料,并及时在外表涂防锈油.在生产过程中要注意 预防金属杂质、物件等掉入进料口内,如有不正常现象发生,要立即停车检查、修理等18.本设计的年产量为1200吨,产量小,投资少,且要加工的产品简单,而双螺杆挤出 机设备投资大,维修费用高,综合考虑这几方面因素,本设计最终选择SJ-90A单螺杆挤出机.表2-6 SJ-90A单螺杆挤出机工艺参数工程参数单位量值处理物料PE PP螺杆直径mm90螺杆长度mm1800螺杆长径比20:1螺杆转速r/min12-72最高挤出量kg/h20-60中央高度mm10

43、00耗电量kw41.52.2.3高速混合机选择本设计选择LSH-100型号的卧式混合机,其各参数见表表2-7LSH-100高速混合机参数2-7.型号混合量kg料筒容量L主轴转速定时器r/minmin电机功率kw重量kg外形尺寸mmLSH-10010028013610-601.5250850 X850 XI500224平板切粒机选择本设计采用LQ-60型号的平板切粒机,其各类参数见表2-8表2-8LQ-60平板切粒机各项参数型号最大产量kg/h切粒条数切粒标准mm切刀尺寸mm切刀转速r/min调速电机功率kwLQ-60603 X3120 X00200-12001.12.3物料衡算本工程的设计是年

44、产1200吨聚乙烯/聚丙烯废塑料的别离及改性再造粒的生产车间的设计计算基准的选取1年工作日确定年工作小时(1) 年工作时间365天-27天(法定节假日)=338天=8112h(2) 设备大修10天/年=240h/年(3) 机头清洗1 次/6天 8h/次(338天-10天)X1/6次/天 >8h/次=437h=18.2天(4) 实际开车时间实际生产时间 365-27-10-18.2=309.8天实际生产小时数309.8 ：24=7435.2h(5) 设备利用系数K=实际开车时间/年工作时间=7435.2/8112=0.92(6) 年损耗量表2-7挤出造粒阶段物料损耗率工序自然损耗下脚料一次

45、成品百分率/%0.050.693.5输出物料量：1200/0.935=1283.4t自然损耗量：1283.4X 0.05%=0.64t下脚料：1263.2X 0.6%=7.58t下脚料回收破碎量：7.58X( 1-5%) =7.2t颗粒料中需加回收料量：1263.2X 5%=6.32t损耗量为：0.64+ (7.58-7.2) =1.02t(7) 物料衡算本设计采用颗粒形状为3mm X 3mm X 3mm,牵引速度为13m/min,模头采用5孔结构那么每台挤出机每小时的挤出量为 0.3X 0.3X 1300X 5X 0.92X 60=32.3kg/h每台每年的挤出量为32.3X 24X 309

46、.8=240t/年(8) 产能确定一年一台挤出量为240t,为到达年产1200t目标,故需要单螺杆挤出机5台.第三章公用工程3.1耗电生产用电：由表2-6可知,挤出机耗电量为41.5kw生活用电：根据车间照明的需要,我们需要25W的节能灯20个.3.2排风设备车间内设有排风口,将废热、废气直接排至室外.3.3噪音螺杆挤出机、空调风机等产生较大噪音,因此要重视其带来的环境保护问题.因此在车间设计时要考虑隔音设施的建设,尽量减少噪音污染,为环境保护工作作出3.4通风设计由于在生产过程中产生的气味很难闻,同时温度较高,因此应在车间内设有较多的通 风口,安装排风扇.3.5用水车间内外应建有完善的供水系

47、统,应用于废旧塑料别离用水和挤出造粒过程中的冷却 用水.同时还有生活用水以及消防用水.在车间内建有6m x 4m x 2m的废旧塑料别离池一个,按每天更换别离用水一次来计算, 工业用水价格约3元每吨,那么每天约用50吨,每月水费50 x 3X 30=4500元.3.6排水车间内排出的主要是用于别离塑料所用的食盐水别离液和用于冷却物料的冷却水,活 污水以及冲洗地面的污水,这些废水无污染,可直接排放.第四章物流运输4.1道路及运输正常宽度道路即可,废旧混合塑料可通过卡车运输,产品颗粒是袋装的,也可以通过卡车运输放在厂房的仓库内或出售,本设计投产后,平均每天生产量为4吨,加上原料的运输情况,需2-3

48、辆卡车.4.2包装采用防水密封塑料袋真空包装,外包装采用硬质纸箱或编织袋,以保证其密封性.第五章厂房设计本设计车间采用单层楼,东西为长 40m,南北为宽20m,车间高度为4m1废旧塑料堆放区：用来存放收购来的聚乙烯和聚丙烯混合塑料2别离烘干区：将废旧塑料投入到别离池中进行别离并烘干3生产区：5台单螺杆挤出生产线所在区域,对废旧塑料进行再造粒4收集区：将聚乙烯和聚丙烯的颗粒产品收集起来5包装区：对产品进行外部包装6成品存放区：将包装好的产品堆放在此,便于运输7其他：值班室、卫生间具体见附图：车间平面图第六章生产编制及时间安排6.1生产体制3个班,根据本设计是连续化生产的特点,本厂采用三班制,即其

49、直接生产人员分为 每班每天工作8小时.6.2人员安排1治理人员车间主任1名,技术员1名2生产操作人员别离操作工4名,烘干操作工2名,挤出生产线操作5名,包装工6名3其他人员设备维修工程师1名,运输人员2名,杂工2名,废旧塑料收购人员2名 总计人员26名.6.3作息时间安排每天 5 点,13 点交接班,5： 00-13: 00,13： 00-21: 00,21： 00-5: 00.第七章本钱与利润核算7.1固定投资估算本设计中采用了高速混合机、单螺杆挤出机、平板切粒机等设备.下表为采购设备费 用统计.表7-1生产设备费用序号名称价格(万元)数量(台)1LSH-100型高速混合机452SJ-90A

50、型单螺杆挤出机1053LQ-60型平板切粒机0.554传送带装置2预计设备总投资为4X 5+10X 5+0.5X 5+2=74.5万元,用于收购废旧塑料、各类填充剂 的流动资金估计需要200万元.厂房建设费用按600元/m2计算,那么建设费用为0.06X 40 X 20=48万元.故总投资情况见表7-2.表7-2投资估算表投资类型资金(万元)生产设备74.5厂房建设48公用工程建设20不可预见费用20流动资金200合计362.57.2年均本钱估算(1) 水电费车间总功率约为85kw,每月用水1500t,南通本地工业电费为0.9元/度,工业水费为 3元/吨.那么每月水电费为0.9 X5>2

51、4X30+1500X3=59580元,年均72万元.(2) 设备修理费按固定资产原值的2.5%计取,那么年修理费为(74.5+40+48) X2.5%=4.06万元.(3) 厂房折旧厂房折旧年限按30年计算,那么年均本钱为48/30=1.6万元(4) 设备折旧设备折旧年限按10年计算,那么年均本钱为74.5/10=7.45万元(5) 工资由6.2可知,车间工作人员共26人,平均每人年工资为3万元,那么年工人工资支出为26>3=78 万元.(6) 原料及填充剂废旧塑料回收价格约为1500元/吨,1200X1500=180万元,填充料每年支出取20万元. 综上所述,年均总本钱为 72+4.0

52、6+1.6+7.45+78+200=363万元.7.3年利润估算本设计产品价格约为4500元/吨,那么年利润为(0.45 X200) -363=177万元产品利润增值税按17%计算,贝U年净利润为177X (1-17%) =146.91万元7.4回报年限估算由7.1可知,固定资 产投资为362.5万,那么累计 净现金 流量出现正 值年份为 362.5/146.91=2.47年,取 3 年.投资回收期=(累计净现金流量出现正值年份数-1 ) + (上年累计净现金流量的绝对值 / 当年净现金流量)=(3-1) + (362.5-146.91 2) / (146.91 X-362.5) =2.88 年.参考文献1 Yin Baozuo , Wang Liang , Yi Jianjun . Stu