年产5000吨硬PVC生产车间设计.docx
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年产5000吨硬PVC生产车间设计
5000吨/年硬质聚氯乙烯管工艺及车间工艺设计
班级：
高材1311姓名：
毛锐学号：
03
第1章概述2
1.1聚氯乙烯管材的特点..2
1.2聚氯乙烯的发展状况..........................................2
1.3硬质聚氯乙烯管材的主要市场2
1.3.1建筑用聚氯乙烯管材市场2
1.3.2农用聚氯乙烯管材市场3
1.4聚氯乙烯管材的生产方法3
1.5生产工艺流程概述4
1.6原料配方的选择4
第2章硬PVC管生产车间工艺计算5
2.1生产能力计算5
2.2物料衡算5
第3章设备选型和台数计算6
3.1高速混合机的计算6
3.2螺杆挤出机计算7
3.3其他设备7
3.4原料消耗计算8
第4章各种工艺参数10
第5章车间设备布置设计10
5.1车间设备布置的原则10
5.1.1车间设备布置的原则10
5.1.2车间设立面布置的原则11
5.2车间设备立面布置11
第6章氯乙烯单体回收冷凝系统116.1回收氯乙烯（VCM）单体的选用11
6.2压缩冷凝回收单体方法的选用11
第7章安全与环保12
第一章概述
PVC是聚氯乙烯（Polyvinylchloride）塑料的英文缩写。
该塑料是一种乙烯基的聚合物质。
聚氯乙烯具有原料丰富（石油、石灰石、焦炭、食盐和天然气）、制造工艺成熟、价格低廉、用途广泛等突出特点，现已成为世界上仅次于聚乙烯树脂的第二大通用树脂，占世界合成树脂总消费量的29%。
硬质聚氯乙烯排水管简称PVC-U排水管，作为一种新型的建筑材料，越来越受到人们的重视和关注。
它质轻、光洁、美观、水阻小、组配灵活、安装省时省力，很受设计施工单位青睐。
1.1聚氯乙烯的特点
与钢、铁、混凝土、陶瓷管相比，聚氯乙烯管材具有如下优点[1]：
①重量轻，硬质聚氯乙烯管的相对密度为1.43，仅为同尺寸钢重量的1/6，1t塑料管可代替10～13t铸铁管，运输安装容易。
②耐腐蚀性能好。
③电绝缘性能好，其体积电阻约为1×10～3×10n.cm，击穿电压达23～28Kv/mm。
④摩擦阻力小。
管内流体速度比钢管高30％左右，且结垢少，不生锈，长期运输水和其他流体，流率和流量均能保持不变；而铁管会生锈、结垢，使用数年后管内流率和流量均要减少。
⑤导热系数小，耐候性较好，隔热性能好。
⑥着色方便,不需油漆,且容易制成各种标识颜色的管材，生产中能耗低，仅为铸铁管的18.3％。
聚氯乙烯管材存在以下缺点:
①强度较低,受压能力较差。
②使用温度范围窄,一般在零下几度到50℃之间。
③膨胀系数大,是钢铁管的7倍,随温度膨胀和收缩变化较大,刚性较低,安装时,应多加支点。
④当制造聚氯乙烯管材的树脂中氯乙烯单体含量及某些稳定剂如铅盐、镉盐等物质超标时,会危及环境和人体健康。
聚氯乙烯管材与其他塑料管材相比,拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、隔热性能、自熄性等均较好,且价格也较低廉。
1.2聚氯乙烯的发展状况
聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料[2]。
自1997年以来，聚氯乙烯的产量以3%/a速度递增。
2001年，全球聚氯乙烯生产能力已达到3313万t，消费水平比2000年略有增加，为2882万t[3]。
2003年7月全球约有50个国家、150个厂家生产聚氯乙烯，这一数据还在不断攀升[4]。
2005年全球产量达3130万吨，需求量达3117万吨。
北美、欧洲（包括俄罗斯）和非洲、远东地区超过全球聚氯乙烯产量和需求量4/5，悬浮聚合法树脂占生产聚氯乙烯树脂90%以上，2006年世界聚氯乙烯产能3562万吨，实际产量3262万吨，产量的增长主要来自中国。
2006年我国PVC产业保持快速发展的态势，全年产能1099万吨，实际产量864.1万吨，整体供求关系发生了较大的变化[5]。
预计到2010年我国PVC树脂的需求量将达1100万吨，2020年将达到2160万吨。
预计到2010年全球PVC的需求量将达到3490万吨，2020年将达到4600万吨
[6]。
1.3硬质聚氯乙烯管材的主要市场
1.3.1建筑用聚氯乙烯管材市场
建筑业是聚氯乙烯管材的最大市场,管材分为；两类,一种是耐压管,另一种是无压管。
耐压管主要用于自来水管、建筑热水供水管、公用工程供水管（一般采用100mm～900mm直径的管材）;无压管大量用于室内下水管和雨水系统管。
公用工程排污管（一般采用直径400mm～1.2m的大口径管材）。
此外,建筑用串线管和地下电缆护管是聚氯乙烯管材应用的一个市场,现已在我国普遍采用,并具有进一步发展的巨大潜力。
随着我国经济的发展,我国建筑业将会为聚氯乙烯管材打开更大的市场。
到2000年,我国要实现小康水平,住宅建筑任务十分艰巨,要实现城镇人均8㎡的居住面积,全国需新建城市住宅12亿㎡;农村需新建住宅27.9亿㎡。
除此之外,还需新建公共建筑和生产性建筑1.2亿㎡。
估计,市政公用设施建造量也很大,预计全国自来水普及率将达95%,新增日供水量2500万t;下水道普及率也要达到65%,需要建造大量的公用工程管线网络,需要大量的供水管、下水道管、排污管、串线管等满足市场需求。
最近几年,由于我国市场传统建筑材料价位不算高,还占有大量的市场,加之人们对新材料的接受能力等问题,保守估计,到本世纪末,国内建筑业消费聚氯乙烯管材将达40万t;到2010年,我国建筑用塑料管需求量可达（200～220）万t,估计聚氯乙烯管材的需求量约在（180～200）万t,前景乐观。
为了将发展节能聚氯乙烯管材列人法制化轨道,1994年10月化工部,轻工总会,国家建材局和中石化系统召开联席会议,并在1995年4月颁布了关于发展化学建材的文件。
1996年以来,南方许多地区已不供应铸铁管。
上海市为推广聚氯乙烯管材,在建委通知中规定,自1997年1月1日起各设计单位不准在建筑中设计铸铁管;自4月1日起,各施工单位不准安装和使用铸铁管。
1997年7月l日,国务院批准了建设部《国家化学建材推J应用“九五”计划和2010年发展规划纲要》,这些政策性文件的出台,使我国聚氯乙烯管材的发展有了政策导向,起到宏观调控作用,对聚氯乙烯管材在建筑领域的发展起到巨大的推动作用。
1.3.2农用聚氯乙烯管材市场
我国是一个农业大国,幅源辽阔,是农用聚氯乙烯灌溉管的巨大市场。
我国是个缺水国家,每年旱情都十分严重,困扰着农业生产的发展。
过去,中国传统的种田方法是使用土渠灌溉,水源浪费十分严重。
自从国内一些地区试验使用聚氯乙烯管灌以后,这些地区的水利用率从过去的0.4～0.5提高到0.95左右。
随着广大农村经济实力的增强和技术水平的提高,1994年底我国农村喷灌面积已达9338万㎡,节省了大量的水源,提高了粮食产量。
大量事实证明,使用聚氯乙烯制作固定和半固定管喷灌系统,设备不腐蚀,管材不结垢,与使用铸铁管、铝管、ABS管相比大大降低了喷灌设施的造价,成为节水、节地、节省能源,解决12亿人口吃粮问题的重要措施之一。
农用喷灌管是我国管材的一个巨大市场,使用管材直径为25mm～160mm。
从国内使用管灌的情况来看,还没有一个县完全实现了管灌,许多地区对管灌还缺乏认识。
根据农业部“九五”规划,“九五”期间,全国要搞300个管灌试验县,搞一批样板县,以推动全国农田管灌工程的发展。
到2000年,管灌面积要达约7000万亩以上,占目前有效灌溉面积的10.6%,节约耕地3860万亩,以弥补国内耗地给粮食生产造成的损失,这就需要有大量高质量的聚氯乙烯管材满足农业发展的需要。
1.4聚氯乙烯管材的生产方法
硬质聚氯乙烯管材加工时,采用悬浮法聚氯乙烯树脂为主要原料,与稳定剂、颜料、润滑剂和填料等助剂配合使用,经捏合后,加入双螺杆挤出机塑化挤出聚氯乙烯管材,经冷却定型后,切割成需要的长度,加工温度160
℃～180℃,根据管材不同用途,适当调整配方组分,以便获得有良好物化性能的聚氯乙烯管材。
随着聚氯乙烯管材加工技术的发展,国外为降低管材生产成本,推出了芯层发泡管,这种管材采用共挤出方法,使低发泡聚氯乙烯管材内、外表面覆盖一层非发泡聚氯乙烯硬皮层,该管材与不发泡管材相比韧性更好,有较好的承载能力,耐磨损和隔音效果,节约树脂25%～40%。
目前,世界上这种管材加工技术以台塑公司水平较高,其次是美国、法国、德国、日本、韩国均有成熟生产技术和设备,成为国外畅销的产品。
生产方法是将芯层、皮层使用的配料分别经过捏合后加人2台成90°角的挤出机组（或3台挤出机组）混炼塑化,然后,通过一分料头,确保分隔成2股硬皮层的物流与发泡芯层料很好连接,并送人后面的机头和模具,生产出表面光滑、管壁内部发泡的复合管壁结构的聚氯乙烯管材。
随着聚氯乙烯管材市场的扩大,大口径公用工程管,尤其是下水道管需求量逐年增加,管材直径越做越大,管材壁厚和用料也增加,使管材生产成本上扬。
为降低大口径管材的生产成本,国外做了大量的工作,一是开发了径向有增强肋的薄壁大口径管材,比旧工艺节约树脂40%,生产方法简单,管材有较高的抗冲击强度和韧性,由于加工方法简便、原料消耗量低,管径可做到500mm左右。
二是开发了一种空心壁的聚氯乙烯大口径管,管径可做到1.5m。
生产方法是先挤出矩形空心型材,然后螺旋缠绕并用红外线焊接成管材,而且加工速度与挤出加工相同,节约树脂50%～60%,具有与实心壁管材一样的强度和韧性。
在美国,这种管材采用在现场生产的方式,原料由供料汽车送到施工现场,采用连续作业,挖土机先挖出地沟,管材加工车随加工便将管材输人地沟,然后掩埋。
不但节约了管材的运输费用,而且不需庞大的料场和仓库。
1.5生产工艺流程概述
硬质PVC管材规格和形式很多，其生产工艺流程基本上如下图所示：
PVC管材生产工艺流程可分为三个过程：
①成型料准备过程，包括配方、混合（高速和低速）、过筛或者造粒。
②挤出成型过程，将配好的物料在上料器的作用下，由料仓送至挤出机的加料斗中，然后物料由加料斗进入挤出机进行加热、塑化。
塑化完全后，塑化料被定量挤出。
③定型包装过程，经过冷却定径箱泠却定型，再经过牵引机、切割机，上光烘干固化后，检验合格即为成品。
1.6原料配方的选择
组分名称
组分份数
百分率（%）
PVCXS-4
100
66.23
CPE（36%）
10
6.62
ACR401
4
2.65
马来酸二丁基锡
2
1.32
UV-9
1
0.66
氯化石蜡
2
1.32
硬脂酸
2
1.32
轻质CaCO3
20
1.32
金红石型TiO2
5
3.31
Sb2O3
5
3.31
第2章硬PVC管生产车间工艺计算
计原始数据:
（一）聚合聚生产能力5000吨/年硬PVC管材；
（二）年生产时间7200小时；
（三）PVC管材合格率99%；
（四）产品规格Φ60mm；
（五）物料损耗系数
表十物料损耗
工序
配料
高速混合
挤出成型
成型后处理
损耗率
0.2%
0.4%
0.3%
0.3%
2.1生产能力计算
2.2物料衡算
按每天物料在各工序中进出料量进行计算
表十一日生产物料衡算
工序
输入
输出
物料
物料
损耗
小计
配料
41575
41492
83
41575
混合
41492
41326
166
41492
成型
41326
41202
124
41326
后处理
41202
41078.4
123.6
41202
日输入输出物料
41575
41078.4
总耗
496.6
物料衡算流程图：
4157541492413264120241078.4
第3章设备选型和台数计算
3.1高速混合机的计算
查表得配料表观密度为1.5kg/L
设每批的混合操作时间为0.7小时
查张家港宏基机械有限公司生产高速混合机资料选SHR—800A高速混合机，有效容积为600L
表十二SHR—800A高速混合机参数
参数/型号
总容积
有效容积
电机功率
主轴功率（rpm）
SHR—800A
800
600
60/90
370/740
3.2螺杆挤出机计算
查阅闵氏集团塑料机械有限公司资料选取SJSZ—92×22型号锥形双螺杆挤出机
表十三SJSZ—92×22型号锥形双螺杆挤出机参数
挤出机
型号
螺杆直径（mm）
螺杆转速
（rpm）
主电机功率（kw）
加热功率
（kw）
中心高
（mm）
净重
（kg）
最大挤出量
（kg）
外形尺寸
（m）
SJSZ-92×22
92/188
34.7
75-110kw
85kw
1050
8000
800
6×1.6×2.5
3.3其他设备
查阅塑料磨粉机专业生产公司资料选取JWP-550型号磨粉机
表十四JWP-550型号磨粉机参数
型号
主机功率（kw）
风机功率（kw）
电压（V）
总功率（kw）
刀盘直径（mm）
进料直径（mm）
出料细度（目）
产量（kg/h）
外形尺寸L×W×H（m）
JWP-550
37
5.5
380V50HZ
42.5
φ550
∠6
40-120
200-380
2.5×2×3
因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有100kg，选取一台磨粉机就能达到生产求，
查阅张家港市昌元橡塑机械厂资料选取SWP400型号破碎机
表十五SWP400型号粉碎机参数
型号
旋转刀轴直径（mm）
破碎量（kg/h）
进料口尺寸（mm）
功率（kw）
重量（kg）
外形尺寸L×W×H（m）
SWP400
400
200-400
400×250
11
660
1.3×0.9×1.7
因为产品合格率为99%，故日废品回收的量只有100kg，选取一台破碎机就能达到生产求，
3.4原料消耗计算
表八本设计配方
PVC树脂
100
硬脂酸钡
1.2
CPE树脂
4
石蜡
0.4
3PbO.PbSO4
4
PE蜡
0.2
硬脂酸铅
2
轻质碳酸钙
40
由表八得：
各种原料单耗总量：
表十六主要原料消耗
序号
原料名称
规格
单耗量
年消耗
用途
1
PVC树脂
SG5
0.667
8219.79
主要原料
2
CPE树脂
H135
0.027
332.74
填充剂
3
3PbO.PbSO4
AR/工业
0.027
332.74
热稳定剂
4
硬脂酸铅
≧99%
0.013
160.21
稳定剂
5
硬脂酸钡
≧99%
0.008
98.59
稳定剂
6
石蜡
58#半精炼
0.003
36.97
润滑剂
7
PE蜡
20kg/包
0.001
12.32
8
轻质碳酸钙
800目
0.267
3290.38
填充剂
83166124123.6
第4章各种工艺参数
表十七硬质PVC管材挤出工艺温度控制范围/℃
挤出机
（压缩比）
原料形态
料间
螺杆
机头和口模
转速范围
/（r/min）
一段
二段
三段
四段
五段
一段
二段
三段
单螺杆（2.4）
粒状
供料段压缩段计量段
100～140150～180160～180
/
160
～
170
170
～
185
175
～
185
φ65,14～30;
φ90,10～30;
φ150,7～12
单螺杆（3.0）
粉状
130～150160～175170～180
/
160
～
170
170
～
185
175
～
185
双螺杆
60/125
粉状
175
～
185
170
～
180
155
～
165
150
～
160
155
～
165
125
～
140
170
～
180
180
～
190
180
～
190
4～37
第5章车间设备布置设计
5.1车间设备布置的原则
5.1.1车间设备布置的原则
（1）从经济和压降观点出发，设备布置应顺从工艺流程，但若与安全、维修和施工有矛盾时，允许有所调整。
（2）根据地形、主导风向等条件进行设备布置，有效的利用车间建筑面积（包括空间）和土地（尽量采用露天布置及建筑物能合并者尽量合并）。
（3）明火设备必须布置在处理可燃液体或气体设备的全年最小频率风向的下侧，并集中布置在装置（车间）边缘。
（4）控制室和配电室应布置在生产区域的中心部位，并在危险区外。
（5）充分考虑本装置（车间）与其他部门在总平面布置图上的位置，力求紧凑、联系方便，缩短输送管线，达到节省管材费用及运行费用的目的。
（7）所采取的劳动保护、防火要求、防腐蚀措施要符合有关标准、规范的要求。
（8）有毒、有腐蚀性介质的设备应分别集中布置，并设围堰，以便集中处理。
（9）设备安全通道、人流、物流方向应错开。
（10）设备布置应整齐，尽量使主要管道走向一致。
5.1.2车间设立面布置的原则
厂房的立面形式有单层、多层和单层与多层相结合的形式。
多层厂房占地少但造价高，而单层厂房占地多但造价低。
采用单层还是多层主要应根据工艺生产的需要。
例如制碱车间的碳化塔，根据工艺要求须放在厂房内，但塔有比较高，且操作岗位安排在塔的中部以便观察塔内情况，这样就需要设计多层厂房；另一种情况是：
设备大部分露天布置，厂房内只需要安置泵或风机，这种情况可设计成单层厂房。
对于为新产品工业化生产而设计的厂房，由于生产过程中对工艺流程和设备需要不断改进和完善，一般都设计一个较高的单层厂房，利用便于移动、拆装、改建的钢制操作平台代替钢筋混凝土操作台，以适应工艺流程和设备变化的需要。
5.2车间设备立面布置
化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的形式。
一般来说单层厂房建设费用较低，因此除了由于工艺流程的需要必须设计成多层外，工程设计中一般多采用单层。
有时因受建设场地的限制或者为了节约用地，也有设计成多层的。
对于为新产品工业化生产而设计的厂房，由于在生产过程中对于工艺路线还需不断改进和完善，所以一般都设计成一个高单层厂房，利用便于移动、拆装、改建的钢操作台代替钢筋混凝土操作台或多层厂房的楼板，以适应工艺流程改变的需要。
第6章氯乙烯单体回收冷凝系统
6.1回收氯乙烯（VCM）单体的选用
该技术采用压缩、冷凝法。
未反应VCM气体经汽液分离器和气体过滤器除去夹带的PVC颗粒，当回收VCM气体压力高于冷凝器入口压力时，直接进入冷凝器冷凝；当回收VCM气体压力接近冷凝器人口压力时，回收VCM气体经压缩机压缩后进入冷凝器冷凝。
在回收系统中设有初级冷凝器和二级冷凝器两台冷凝器，初级冷凝器的冷却介质为30℃的工业冷却水，90％的回收VCM气体在一级冷凝器被冷凝；二级冷凝器的冷却介质为0℃盐水，未冷凝的少量VCM气体进入二级冷凝器进一步冷凝，冷凝后液体VCM流入单体贮槽备用。
聚合需要时，回收VCM与新鲜VCM按一定比例混合使用。
6.2压缩冷凝回收单体方法的选用
国内普遍采用的压缩冷凝方法，流程简述如下。
压缩冷凝回收VCM单体工艺流程为：
来自聚合釜未反应VCM单体气体由外管进入泡沫捕集器途中滴加气相阻聚剂，然后进入泡沫捕集器，再进入单体过滤器，过滤后的氯乙烯气体进入水环压缩机，加压至0.5MPa后进入气水分离器，再进入一级冷却器，不凝气进入二级冷却器，冷凝液进入单体气液分离器，经液位调节阀进入单体贮槽，二级冷却器冷凝液直接进入单体贮槽，二级冷却器不凝气经调节阀取样合格后送到气柜。
单体贮槽出口管通过气动阀与原有单体泵入口管相连，按比例送入聚合釜，单体贮槽设有分水缸，每次压料前向单体水分离器排水1次，单体水分离器夹套通热水，排空管接入气柜，水要不定期排至地沟。
当压缩机的压力大于尾排压力时，氯乙烯气体不经过水环压缩机，而是通过直通阀直接进入一、二级冷却器，当压缩机入口压力小于尾排压力时，关闭直通阀，启动水环压缩机，打开气水分离器出口阀，抽气体进入一级冷却器。
外来的生产上水先进入循环水槽，由循环水泵加压后，经循环水过滤器、循环
水冷却器进入循环水分配台，循环水分配台分别为一、二级冷却器供水为冷源。
压缩机机体和轴封供水由密封水泵提供，回收水均回到循环水槽，要不定期检测。
第7章安全与环保
化工生产企业具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害的特点,生产场区塔罐林立,管道纵横交错。
一旦发生火灾,燃烧猛烈,易造成大量有毒有害气体溢出或产生,不仅给企业造成巨大损失,而且严重威胁人员的生命安全。
所以,做好化工企业的防火安全工作,按照国家规范要求,在生产中的一些火灾危险性大的场所,安装了现代自动报警系统、自动灭火系统,来减少杜绝恶性火灾的发生。
在硬聚氯乙烯管生产车间，由于聚氯乙烯原料是颗粒状或粉状的固体，因此有可能带来粉尘的污染，加上其生产过程都是机械化过程，其所不可避免的将对周边的环境带来噪音污染，影响车间工人和周边居民的身体健康。
因此，在设计该生产车间时，必须考虑粉尘和噪音这两方面的问题。
在设计过程中，还必须在车间内配备各种消防设备，及时控制不可预测的灾情，降低损失成本，优化管理，做到“安全第一，生产第二”的准则。
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