【《聚乙烯管材生产物料衡算和设备选型计算案例》5700字】

聚乙烯管材生产物料衡算和设备选型计算案例

目录

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31120

聚乙烯管材生产物料衡算和设备选型计算案例

1

7397

第1章聚乙烯管材的工艺方法

2

23546

1.1聚乙烯原材料

2

19507

1.2聚乙烯生产工艺条件的控制

2

14605

1.3选料

3

10269

1.4烘干

3

12162

1.5挤出成型定径

3

31559

1.6加热方法

3

4876

1.7生产完毕

3

14255

第2章物料衡算

4

11879

2.1原料计算书：

4

25351

2.2生产能力的计算：

5

26297

2.3造粒物料衡算：

5

29471

第3章设备选型

8

21225

3.1造粒工段设备选型

8

9437

3.2挤出辅机的选择

10

18533

3.2.1单螺杆挤出机及辅机的确定和计算

10

4886

3.2.2冷却装置

11

29846

3.2.3切割机的选取

12

9997

3.2.4破碎机的选取与计算

12

30645

3.3生产过程中其他设备的选取

13

18118

3.3.1自动秤的选取

13

27365

3.3.2鼓风机的选取

13

3396

3.3.3旋风分离器的选取与计算

14

29154

3.3.4除尘器的选取与计算

14

14607

3.3.5储罐的选型与计算

14

15330

3.4非定性设备的选取与计算

16

17416

3.4.1货梯的选取与计算

16

27814

3.4.2仓壁振动器的选取与计算

16

5836

3.5机头的计算设计

16

14026

3.5.1机头的简单介绍

16

7215

3.5.2口模

17

31188

3.5.3芯棒

18

23961

3.5.4分流器

18

2459

3.5.5分流器支架

18

22351

3.5.6管材壁厚的调节

18

第1章聚乙烯管材的工艺方法

1.1聚乙烯原材料

聚乙烯(PE)是一种树脂，通过多种工艺方法生产的,它具有非常良好的特性，我们也可从原油、轻油的裂解物中分离制得。主要有低密度聚乙烯(LDPE,密度约为0.910～0.925gcm3)、中密度(MDPE,密度约为0.926～0.940gcm3)、高密度(HDPE,密度约为0.941～0.965gcm3)截止到今天,在送水领域输送上应用最为广泛的是中密度聚乙烯和高密度聚乙烯。[10]

1.2聚乙烯生产工艺条件的控制

我们需要精确的量取各种所需要的原材料,之后再按照要求的顺序放入告高速混合机器中。投料顺序为:PE树脂，玻璃纤维，二氧化钛，紫外线吸收剂，聚邻苯二甲酰胺（PPA），抗氧剂。每锅料需要的混合时间大约45～50min,温度达到100～110℃,即可出料。这时抗氧剂已完全被混合,添加的各种助剂也被均匀分散。普通情况下这个流程期间工人可以确定一下混合状态，因为这一步是非常关键的。

挤出造粒

在这一过程中控制温度，控制材料的最高温度高于材料的熔点，并低于挤压成型温度。所以一定要谨慎小心控制。

挤管成型

如果将管挤出成型，温度必须略高一些。在一般情况下，管材的透明度和成型温度是相互关联的，而透明度较好则温度稍高一些，反之亦然。牵引速度和冷却速度也影响管道的透明度。因此，牵引的速度稍大，冷却速度更高，管道的透明度更好。在生产过程中牵引速度通常比挤出速度高出10-15%，在冷却透明软管时先将冷水喷淋在机头前，然后进入水箱冷却

选用高压交联聚乙烯管材挤出工艺，高压交联聚乙烯管材挤出工艺是利用柱塞对物料施加高压,使物料在加长口模中发生交联的一种直接挤出技术该技术无需后续的交联工艺,而且具有生产设备简单质量稳定、结构均一等特点。使用专用的柱塞挤出机,保障挤出过程中所需的温度和压力，可以得到高性价材产品。[11]

1.3选料

主要原料有PE树脂玻，璃纤维，二氧化钛紫，外线吸收剂，聚邻苯二甲酰胺（PPA），抗氧剂等。

1.4烘干

为保证产品质量，原料中水分含量必须≤300mg/Kg方可投入生产。因此原材料使用(挤出成型)前，首先需对原料的各项物性指标进行检测，当指标达到标准要求时，可直接投入生产。当水分含量超

标时，应对原材料进行烘干，烘干温度一般控制在80℃-85℃，烘干时间应根据挤出机的挤出量、烘干机的烘干量及原料本身的水份含量而定，一般在1-3小时之间，烘干后的原料经检验合格后方可使用。

1.5挤出成型定径

聚乙烯的挤出工艺温度范围为170−230℃。由于混合料中含有抗氧化剂等助剂，使所以我们不可在高温下停留过长时间，容易使我们的助剂功能失效。特别是在低温之后继续升温状态下，提高温度时长过长，还会造成诸多不利生产的问题，比如性能下降，管材表面粗糙。

为了防止管材中混入其他不利生产的杂质，我们可添加过滤金属网，但是需要注意，挤出管材时应更加小心，否则易破坏网，将其杂质混入管材。

1.6加热方法

先将机头，口模加热2小时，再接通机筒电源，加热2小时，实测温度升到设定温度后，再恒温30钟左右。(可不采用台阶式加温，90机头加热时间7小时、250机头加热时间9小时);630生产线:采用台阶式加温8~9小时，即室温-140C，加温时间2小时。140°C-160°C加温时间1小时、160°C一成型温度，加热时间5~6小时。

1.7生产完毕

最后我们需要牵引管材，我们选取了牵引机，牵引机需要将我们产出的管材在冷却之后拉出。牵引速度必须保持匀速牵引，保证我们产出的管材壁厚均匀。现在先进的工厂都是通过计算机和牵引机同步，达成计算机控制牵引机，产出质量完美的管材。

第2章物料衡算

2.1原料计算书：

各个生产工程序所需要的原材料比例及物料转变的定量关系会随生产制造程序的确定而确立下来。我们称此过程为物料衡算。

物料衡算其实它的本质上其实算是“质量守恒定律”的一种表现形式，我们现在开发的工艺流程是固定且连续的。所以对于此工艺的生产过程，进入这一过程的物料量就应该=排出的物料量+在此进程中的积累量。

即：∑F=∑D+W

F—进料量D—出料量与损耗量W—累积量

确定每年实际工作时间：300天，7200小时（除掉设备修理定期维护、特殊天气原因等不可抗因素停车，更换设备零件等状况）,我们的每年工作时长为7200小时。

计算基准：

生产能力9500吨/年PE软管

年工作时长7200小时

产品规格直径Φ:58mm壁厚：3mm

物料损耗系数如下表5-1所示

表5-1挤出成型流程物料损失率

工序自然损耗废料下脚料一次性成品

百分率%0.20.33.596

2.2生产能力的计算：

我们根据表上的数值和本次设计书，得知各项损耗量如下：

半成品粒料的理论需求量：9500÷96%=9895.8t

生产过程中自然消耗占：9895.8×0.2%=19.79t

生产废弃的材料占:9895.8×0.3%=29.69t

可再次利用的材料占：9895.8×3.5%=346.35t

可再次利用的材料回收后粉碎量（回收率为96%）

346.35×(1−4%)=332.50t

颗粒料中需加回收料量（总量的4%）：9895.8×4%=395.81t

最后计算得知回收率为：346.35÷395.81×100%=0.87%

表5−2挤出成型流程的物料平衡单位：吨/年

工序

输入物料

自然损耗

废料

下脚料

成品

物料量

9895.8

19.79

29.69

346.35

9500

2.3造粒物料衡算：

各岗位物料损失率,塑化造粒工段物料损耗系数见表5-3

表5-3各工段物料损失数据如下

工序筛选输送高速混合冷却混合挤出造粒粒料送风

损耗率/%0.50.10.10.50.2

总损失1.4

物料守恒计算：进入此工序的物料量=出料量／（1-工序的损失率）

进入风送物料量：9895.8−395.81／(1一0.2%)=9499.20t

进入挤出造粒的物料量：9895.8／(1−0.5%)=9945.53t

进入冷混机的物料量：9895.8／(1−0.1%)=9905.71t

进入高混机的物料量：9905.71/(1−0.1%)=9915.63t

进入筛选输送物料量：9915.63／(1−0.5%)=9965.46t

实际本工序输入物料量：9895.8/(1−1.4%)=10036.31t

挤出造粒的物料量：10036.31×(1−1%)=9935.95t

表5-3聚乙烯软管配方

组分配方

PE树脂

玻璃纤维

二氧化钛

紫外线吸收剂

聚邻苯二甲酰胺（PPA）

抗氧剂

100

5

4

0.5

2

1.5

由上表可得：配方总分数=100+5+4+0.5+2+1.5=113

总单耗=实际本工序输入物料量÷理论需求量=10036.31÷9892.8=1.014

各种原料单耗总量：

PE树脂单耗=PE配方分数÷配方总分数×总单耗=100÷113×1.014=0.897吨

年消耗量=PE树脂单耗×年设计产量=0.897×9892.8=8876.53吨

玻璃纤维=玻璃纤维配方分数÷配方总分数×总单耗=5÷113×1.014

=0.045吨

年消耗量=玻璃纤维单耗×年设计产量=0.045×9892.8=206.25吨

二氧化钛单耗=二氧化钛配方分数÷配方总分数×总单耗=4÷113×1.014=0.036吨

年消耗量=增塑剂单耗×年设计产量=0.036×9892.8=356.25吨

紫外线吸收剂单耗=紫外线吸收剂配方分数÷配方总分数×总单耗=0.5÷113×1.014=1.49×10-3吨

年消耗量=紫外线吸收剂单耗×年设计产量=1.49×10-3×9892.8=41.43吨

PPA单耗=PPA配方分数÷配方总分数×总单耗=2÷113×1.014

=1.79×10-2吨

年消耗量=PPA单耗×年设计产量=1.79×10-2×9892.8=177.13吨

抗氧剂单耗=抗氧剂分数÷配方总分数×总单耗=1.5÷113×1.014=1.34×10-2吨

年消耗量=抗氧剂单耗×年设计产量=1.34×10-2×9892.8=132.60吨

表1-5生产过程中主要原料的消耗

序号原料名称规格单耗量年耗量用途

1PE树脂SG40.8978876.53主要原料

2玻璃纤维800目0.045206.25填充剂

3二氧化钛DEHP0.036356.25增塑剂

4紫外线吸收剂0.1um1.49×10-341.43光稳定剂

5PPA≥99%1.79×10-2177.13抗氧化剂

6抗氧剂工业润滑剂1.34×10-2132.60润滑剂

第3章设备选型

3.1造粒工段设备选型

3.1.1双螺杆挤出机的确定和计算

软管的生产能力需要提高，且为了提高输入粒料的质量，提高挤出稳定性，本次选择此双螺杆塑料造粒机，数据如下。

表6-1挤出造粒机的主要技术参数

进入挤出造粒工段的物料量：9895.8吨/年÷7200h=1370kg/h，通过查阅资料计算数据得挤出造粒机的生产能力为200～400kg/h,所以本次我们选择500kg/h,则需要造粒机台数：（9895.8×1000）/（500×7200）=2.75台

选择3台是最为妥当.

3.1.2冷水槽选取

因为双螺杆挤出机出来的物料都是熔融状态，所以我们需要选择冷水槽。

表6-2SHR-800A型高混机技术参数

型号

zk-3000

品牌名称

外形尺寸

翔春

3000*800*700（mm）

3.1.3高速塑料混合机的选取与计算

高速塑料混合器主要由圆柱形混合室和布置在混合室中的混合装置组成。混合器由一个快速旋转叶轮和一个垂直可调高度挡板在混合室的水平。混合室可以被加热以用于聚合物材料的混合、复合填料的表面处理和共混物的预混合。混合效率高，混合时间短，有效体积大。本设计选用SHR-800A型高速混合机，其技术参数见表：

表6-3SHR-800A型高混机技术参数

此高混机的混合量为260kg，通过百度查得PE粉料的表观密度约为0.93kg/L，所以每锅可装粉料量为0.93×260=241.8kg，每小时算混合4锅，则每小时混料量241.8×6=1450.8kg/h，高混机需要的台数为9895.8×1000÷(1450.8×7200)=0.95（台），则我们选用一台即可。

3.1.4冷混机的选取与计算

为了以防高温工作储存的热拌物分解掉所以我们需要选择冷混机。除此之外，此操作还可进一步去除水解液。将热混合材料中的水汽和挥发性物质排出，从而大大减少了结块和架桥现象。在这里可以选用SHL-200A型塑料冷却混合机。SHL-200A型冷混机技术参数为：

表6-4SHL-200A型冷混机技术参数

需要冷混机(9905.71×1000)÷(460×2×7200)=1.50（台），所以选用SHL-200A型冷却混合机2台。

3.2挤出辅机的选择

3.2.1单螺杆挤出机及辅机的确定和计算

单螺杆挤出机的选择：

我们选取此型号的PE管的线重：3.14×(0.29×0.29−0.26×0.26)×100×0.96=0.497kg／m

它的牵引速率为10m／min

挤出机每小时的生产能力为：

0.497×10×60=298.2kg／h

所以单螺杆挤出机的台数：

(9895.8×1000)÷(298.2×7200)=4.6台

所以选用5台挤出机为最佳

表6-5挤出机参数表

3.2.2冷却装置

目前定径方法分为外定径和内定径两种定径方法。

紧密接触措施应放置在多壁支架和连接孔的空心支架上，然后将压缩空气注入管状物内在压力管的挤压端或在管子中固化，以形成管内部分，它能够保持比大气压力更大和更持久的压力。此外，在套筒上沿圆而上钻一排小洞，通过真空，是用真空抽吸使管状物紧贴套管的。

我们确定内径尺寸的方法是通过定径套芯中拔出冷却水管来达到此目的，所以我们必须使用偏移型机头。此方法生产的的管内壁平滑，是外径套筒或内径套筒，其尺寸现在是以经验为基础的。外径安装更便捷，所以此结构采用外径定型法[9]。

表6-6冷却装置

3.2.3切割机的选取

我们使用的切割机应适合切割塑料管材，经过最佳比对，选取切割机型号如下。

品牌

翔春

锯片直径

空载转速

功率

切割能力

净重

355mm

3500rpm

3000W

500-1000平方产量

500KG

3.2.4破碎机的选取与计算

为了节约投入，我们必须在聚乙烯制造过程中对废弃材料、不完美的管材进行处理，将其下脚料回收破碎，再将其分散处理，继续再用，实现废料再利用。这里选用SWP160型塑料破碎机。它主要是用作粉碎中、小型中空容器以及表面薄的板材。

此型号破碎机主要参数为：

表6-9破碎机主要技术参数

每小时回收破碎量为(332.5×1000)÷7200=46.18kg/h，所以需要1台破碎机。

3.3生产过程中其他设备的选取

3.3.1自动秤的选取

在加工过程中，我们需要准确称量各种助剂的用量，保证配方比，我们需要选取自动称。

表6−1自动配料秤参数

3.3.2鼓风机的选取

我们需要通过风送的方式来完成生产，选择风机的型号如下：

表6-2三叶风机参数

3.3.3旋风分离器的选取与计算

根据计算可知，进口风速11.76m/s，选用CLT/A-4.0型旋风分离器。其规格如下：

表6-3旋风分离器参数

3.3.4除尘器的选取与计算

选在厂房的上方放置一台除尘器，这台设备性能优良。其技术参数如下：

表6-4除尘器参数

3.3.5储罐的选型与计算

我们需要选取原料储罐，原料储罐目前罐顶有两种方式，也有一小部分的储罐采用了固定顶和圆形封头结合的方式。我们主要根据被储存的原材料的特性来选择合适的罐体形式根据选取物料量选取储罐的规格如下：

表6-5储罐规格

所以算得h3=V/π×（Dg/2）2=（2.39－0.477－0.255）/π×（1.2/2）2=1.7m

取H=1.7m取Dg为1.2m的筒节高H为1.7m。为了节约工时和建造时间，我们可以用同样的数据选取助剂储罐，选用Dg为0.8m的，其技术参数如表所示

表6-6助剂储罐参数

所以算得h3=V/π×0.8=（0.77－0.104－0.08）/π×0.8=1.5取1.5m

取Dg为800mm的筒节高为1.5m。

3.4非定性设备的选取与计算

3.4.1货梯的选取与计算

生产过程中，需要选购货梯，我们选择性价比高的，规格见此下表

表6-13货梯参数表如下

3.4.2仓壁振动器的选取与计算

依据前面选择的储罐Dg=1200mm，厚度为5mm

表6-14参数表如下

3.5机头的计算设计

3.5.1机头的简单介绍

挤出成型是塑料管挤出加工最重要的方法挤出的过程中。挤出机头部是挤出成型的一个关键组成部分，和喷嘴流的内部结构直接决定的熔融塑性流在机器头的形状。在设计和制造过程中，对挤出产品的设计质量和效率有直接影响，因此，要有一个合理的流道结构，提高管材挤出机头的加工性能，加强机头流道的塑化作用，在成型加工过程中是非常重要的，挤出机头流道的路径增加熔体流动的速度，减少熔体在通过头气流中的停留时间，并改善流动的性能；并降低压缩段末端的压力降，提高成型段上的压力降，增强熔体的塑化性能，都会使制品变得更加紧密，加工生产更加便捷更加完善。

为了确保管材制品的壁厚均匀，质量优良。这台机头的工作原理是，塑料挤出机喷出的熔体通过过滤器进入汽车头部裂解区。在分裂区的作用下，熔融会形成薄环的形状，然后进入机头的压缩区，以补充熔融，然后进入成型区。管处的外部表面形成在口模处，管材内表面形成的心轴，最后该产品在定径管中成型和冷却[10]。

芯模;2--口模;3-调节螺钉;4-分流器支架;5--分流器;6-