年产3000吨PVC灌溉输水软管生产车间设计解析.docx
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年产3000吨PVC灌溉输水软管生产车间设计解析
摘要
本设计为年产3000吨PVC灌溉输水软管生产车间的设计。
PVC软管有着弹性好,透明度高,易于运输等许多特点,最突出的是价格平民化,并且可在工农渔业等各个行业使用,针
对不同的用途,采用不同的添加剂。
,因此很快得到了大面积的应用普及。
本说明书介绍了当下PVC软管的优势,PVC软管的发展历史、发展现状与发展前景。
着重叙述了年产量为3000吨的PVC灌
溉输水软管工厂设计。
其中由原料与配方设计、工艺流程设计、物料衡算、设备选型、挤出管材机头设计、车间布置设计、能
量衡算、车间组织、经济概算与环境保护几部分所组成。
本设计严格遵循安全、节能、环保、节约等原则,符合现代化工厂的设计要求。
关键词:
聚氯乙烯;灌溉输水软管;工厂设计
Abstract
Thedesignfortheannualoutputof3,000tonsofPVCirrigationwaterhoseproductionworkshopdesign.
PVChosehasagoodflexibility,hightransparency,easytotransportandmanyotherfeatures,themostprominentisthe
priceofcivilians,andcanbeusedinvariousindustriessuchasindustryandagriculturefisheries,fordifferentpurposes,the
useofdifferentadditives.,Sosoongotalargeareaofapplicationpopularity.
ThismanualdescribestheadvantagesofthecurrentPVChose,PVChosedevelopmenthistory,developmentstatusand
developmentprospects.Focusingontheannualoutputof3,000tonsofPVCirrigationwaterhosefactorydesign.Which
consistsofrawmaterialsandformuladesign,processdesign,materialaccounting,equipmentselection,extrusionpipehead
design,workshoplayoutdesign,energybalance,workshoporganization,economicestimatesandenvironmentalprotection
ofseveralparts.
Thedesignstrictlyfollowthesafety,energysaving,environmentalprotection,conservationandotherprinciples,inline
withtherequirementsofmodernfactorydesign.
Keywords:
PVC;Irrigationwaterhose;workshopdesign
摘要………………………I
Abstract………………………II
第一章绪论………………………5
1.1PVC管材优势………………………5
1.2PVC软管的优势………………………5
1.3PVC灌溉输水软管发展………………………5
1.4PVC软管的现状………………………6
1.5PVC灌溉输水软管前景………………………6
第二章原料及配方设计………………………7
2.1配方的重要性………………………7
2.2配方设计条件………………………7
2.3配方设计的一般步骤………………………7
2.4原料配方的选择………………………7
2.4.1助剂在配方中的作用………………………8
第三章工艺流程设计………………………9
3.1工艺流程设计原则………………………9
3.2生产工艺的确定………………………9
3.3挤管工艺流程………………………9
3.3.1影响挤出成型的工艺条件………………………9
第四章物料衡算………………………11
4.1物料衡算的意义………………………11
4.2物料衡算式………………………11
4.3具体过程………………………11
4.3.1实际开车时间及设备利用率………………………11
4.3.2各阶段物料衡算………………………11
第五章设备选型………………………15
5.1挤出机的选取………………………15
5.2挤出造粒机的选取………………………17
5.3高混机的选取………………………17
5.4冷却混合机的选取………………………18
5.5破碎机的选取………………………19
5.6自动配料秤的选取………………………20
5.7货梯的选取………………………21
5.8除尘器的选取………………………22
5.10上料器的选取………………………23
5.11仓壁振动器的选取………………………23
5.12振动筛的选取………………………24
5.13缝包机的选取………………………25
5.14罗茨鼓风机的选取………………………25
5.15旋风分离器的选取………………………29
5.16运输车的选取………………………30
第六章挤出管材机头的设计………………………32
6.1概述………………………32
6.2挤出机头的设计原则………………………32
6.3挤管机头形式的确定………………………32
6.4工艺参数的确定………………………32
6.4.1口模相关尺寸的确定………………………32
6.4.2芯棒相关尺寸的确定………………………33
6.4.3分流器与分流器支架相关尺寸的确定………………………34
6.4.4定径套长度和内径的确定………………………35
6.4.5过滤板与滤网………………………35
第七章车间布置设计………………………36
7.1车间布置设计目的………………………36
7.2车间布置设计依据………………………36
7.3厂房平面布置………………………36
7.3.1厂房的平面型式………………………36
7.3.2厂房的柱网布置………………………36
7.3.3厂房与各车间的宽度与长度………………………36
7.4厂房高度布置………………………36
7.5生产车间各部门的布置………………………37
第八章电气部分………………………38
8.1供电设计………………………38
8.2主要设备选型………………………38
8.3车间动力配电………………………38
8.4电器控制………………………38
8.5动力设计选型………………………38
8.6车间照明部分………………………39
8.7防雷………………………39
第九章能量衡算………………………40
9.1电能的消耗………………………40
9.2水量的消耗………………………40
9.2.1挤出机冷却用水消耗………………………41
9.2.2冷混机冷却水的用量………………………41
9.3煤炭的消耗………………………42
第十章车间组织………………………43
10.1人员编制………………………43
10.2工资………………………43
第十一章经济概算………………………45
11.1厂房建筑费用………………………45
11.2设备所需费用………………………45
11.3产品原料所需费用………………………46
11.4能量消耗所需费用………………………46
11.5年生产成本………………………47
11.6产品销售总额………………………47
11.7年盈利与回收年限………………………48
第十二章环境保护问题………………………49
12.1环境保护………………………49
12.1.1三废处理………………………49
12.1.2工厂噪音的防治………………………49
12.2安全措施………………………49
参考文献………………………51
致谢………………………52
第一章绪论
PVC(聚氯乙烯塑料,英文:
polyvinylchloride)。
我国PVC软管的生产和加工的技术在二十多年前从外国引进,我国通过
生产技术的不断完善和改进,已经能够生产多种性能PVC软管。
与其他材料相比,因为软质聚氯乙烯具有更好的柔韧性,并且成本较低,适用于灌溉及输送物料用管材。
1.1PVC管材优势
(1)生产成本低:
利用聚氯乙烯树脂与各种助剂的相容性较好的优势,在管材生产中可以大量添加价格低廉的填料,降低
了成本。
(2)物理与化学性能优异:
PVC管材具有良好的抗老化性能、抗腐蚀性能,增加了使用寿命。
聚氯乙烯树脂比重大约为铁
的十分之一,故PVC管材重量轻,方便安装和搬运。
1.2PVC软管的优势
PVC具有较好的伸缩性、柔软性、重复弯曲性、挠性好。
耐腐蚀性、耐高温性和耐低温性好。
耐弯折、抗拉性能、抗侧压
性强。
柔软顺滑、易于穿线安装定位。
1.3PVC灌溉输水软管发展
在我国经济高速发展的背景下,PVC塑料制品也在高速的发展,在短短的几十年中,多种功能的塑料制品在中国相继开发
并使用,改革开放之后,我国对于工业的发展非常重视,所以当时是PVC软管发展的黄金时期,广泛应用和发展了各种技术
,生活生产中也有很多不同的灌溉要求如:
微灌、渗灌等,针对这些,国家也发展生产了各不相同的PVC灌溉软管。
[1]
PVC软管在上个世纪五十年代进入我国,当时我国的PVC生产水平较低,经过多年的开发,目前我国已经能生产以多种树
脂为原料的软管如:
PP、PE等。
由于PVC软管的性能优势所以比其他软管更受到全世界各国的重视。
但是各国的历史形式不同,由于我国起步比较晚,因
此在产量,质量,种类等方面和一些起步较早的国家发达国家相比,还有一定的差距。
[2]
1.4PVC软管的现状
与以往不同,近些年来PVC软管在燃气输送系统与给水系统方面的应用越来越低,几乎已经消失。
但是因为聚氯乙烯树脂
的生产相比于其他热塑性材料对于原油的依赖性小,所以其在排水、排废的无压力管道系统方面的应用却获得了平稳的增长。
[3]
1.5PVC灌溉输水软管前景
我国作为农业大国,对于农用PVC管材具有较大的市场。
如果农村将土渠灌溉变为管溉,不仅节省了人力物力,还能将本
来用于土渠的用地变为农耕地,提高产量。
我国是一个缺水大国,管溉相比较土渠灌溉可以减少百分之五十的用水量,大大提
高了水的利用率,缓解了缺水的压力。
所以我国PVC灌溉输水软管市场潜力十分巨大。
[4]
第二章原料及配方设计
2.1配方的重要性
配方设计为制品设计的核心,制品的物理和化学性质需要通过配方中不同的组分来实现。
一个合理的配方不仅可以降低生
产所需的成本,更可以提高制品质量。
2.2配方设计条件
配方设计是高分子化合物与添加剂的配合,需要满足以下条件:
1.制品的性能要求。
2.成型加工性能的要求。
3.原材料的要
求。
4.配方成本的要求。
2.3配方设计的一般步骤
1.收集原材料资源,初定产品形状尺寸、部件的作用和成型加工方法。
2.初选材料,进行配方设计和试验。
3.根据材料已知性能,进行尺寸设计。
4.虚拟实际生产情况,进行模拟实验。
5.根据实验结果,反复修改配方并进行再试验。
6.获得满意的实验结果,计算成本,确定最终配方。
2.4原料配方的选择
配方及份数如表2.1。
表2.1配方及份数
原材料名称配比
PVC100份
柠檬酸酯30份
环氧大豆油10份
甲基硫醇锡0.2
硬脂酸0.5
硬脂酸钙0.4
石蜡0.2
经过综合考虑,确定了如上配方。
[5]
2.4.1助剂在配方中的作用
柠檬酸酯:
柠檬酸酯是配方中的增塑剂,效果与DOP相当。
环氧大豆油:
环氧大豆油是配方中的增塑剂兼稳定剂。
石蜡:
在挤出加工中初期润滑效果良好,热稳定性也较好。
硬脂酸钙:
因其优良的润滑性能,常用于PVC的无毒热稳定剂。
虽然热稳定效果不是最好,但价廉易得,毒性小,加工性
能好。
甲基硫醇锡:
作为现阶段做好的热稳定剂,广泛用于原材料为PVC的各类制品中。
硬脂酸:
广泛用于制化妆品、塑料耐寒增塑剂、稳定剂、橡胶硫化促进剂、抛光剂、金属矿物浮选剂、软化剂、医药品及其他有机化学品。
第三章工艺流程设计
3.1工艺流程设计原则
要采用现阶段先进的设备设施、合理可靠的生产方法,保证生产效率,有效的降低成本;尽可能利用本地现有资源,避免原
材料的运输;为了生产的稳定,预计生产中突发事故,做好合理的防范措施;保证经济效益。
3.2生产工艺的确定
挤出成型是一种高效、连续、低成本、适应面宽的成型加工方法,是高分子材料加工中出现较早的一门技术,经过100多年
的发展,挤出成型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。
故本次设计PVC灌溉输水软管采用挤出成型的生产工艺。
3.3挤管工艺流程
软质塑料管材的挤出工艺流程如下:
称量好PVC和助剂,经过混合装置混合均匀后,通过挤出造粒机造粒,然后用挤出成
型机挤出管材,之后不同于硬管需要定型装置,而是将空气通入管材中维持形状,再利用管材自重进行牵引,最后用卷曲装置
将绕至一定量的软管切割。
PVC+助剂→混合→挤出造粒→挤出成型→通入空气→牵引→卷曲切割→检质→制品[6]
3.3.1影响挤出成型的工艺条件
影响挤出成型的工艺条件有许多,其中主要有料筒各个阶段的温度、机头压力、挤出速率、牵引度等。
1.料筒各个阶段的温度:
因为螺杆各个阶段中料筒和塑料温度不相同,为了提高生产效率,生产高质量的管制品,就要保证
塑料在料筒中顺利运送,其中的关键是料筒各段温度的控制。
挤出机中加热冷却系统具有调节料筒温度的作用。
2.机头压力:
与温度相似,压力会因为时间的不同而产生周期性的变化,这种变化会破坏塑料制品的质量。
塑料熔体在机头
中的混合均匀性和稳定性可以通过合理提高机头中的压力实现,这样可以有效提升制品的质量,不过机头压力会使产量减少。
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-7-
压力变化原因是因为不断变化的螺杆转速,加热、冷却系统的不稳定。
控制螺杆转送,维持加热、冷却系统的稳定性可以有效
减少压力波动。
3.挤出速率:
很多的因素可以影响挤出速度,如塑料本身的性质、机头机构、螺杆的转速与结构、料筒的结构等。
根据之前
经验可知,螺杆直径、螺杆转速的增加会使挤出速率增大。
故挤出速率的大小是通过控制螺杆转速来实现。
4.牵引速度:
牵引是挤出成型必须的阶段,刚刚离开口模和机头的塑件,因为牵引装置所产生的牵引力引导使塑件在拉伸方
向上产生取向。
制品的拉伸强度会由于同方向的取向程度决定。
通常情况下,牵引速度可与挤出速度相当。
牵引速度要比挤出
速度大一些,即牵引比的数值必大于1。
[7]
第四章物料衡算
4.1物料衡算的意义
根据所需要设计项目的年产量,通过计算可知配方中各个组分在不同工段所需的物料量、副产品量、物料损耗量。
使设计
由定性转变为定量。
作为工厂设计的第一个计算项目,其数据是设计的基础和依据,关系到后面设备选型以及其它设计的准确
性。
[8]
4.2物料衡算式
物料衡算式可以表示为:
投入的总物料量=生产的制品总量+回收的物料总量+生产过程中消耗的物料总量
4.3具体过程
年产3000吨PVC灌溉输水软管物料衡算的具体过程如下。
4.3.1实际开车时间及设备利用率
实际开车时间=一年的时间-一年中因为各种原因停止生产的时间
各种原因包括:
法定节假(25天);设备休整(15天);特殊情况(20天)
365-25-15-20=305天
机头清理和更换过滤网(每5天一次,一次8小时)。
305÷5×8=488小时
年工作时间:
365-25=340天=8160小时
实际开车时间:
305×24-488=6832小时
设备利用率为一年中实际开车时间与一年中总工作时间的比值
设备利用率:
6832÷8160=0.84
4.3.2各阶段物料衡算
挤出成型阶段物料消耗如表4.1。
表4.1挤出成型阶段物料消耗率
工序消耗率单位
自然消耗0.1%
扫地料0.4%
下脚料5.5%
根据上表可知:
3000吨制品需要输入3000÷(100%-0.1%-0.4%-5.5%)=3000÷94%=3191.49吨物料。
自然消耗量为输入的物料量与自然消耗率的乘积:
3191.49×0.1%=3.19吨
扫地料为输入的物料量与扫地料消耗率的乘积:
3191.49×0.4%=12.77吨
下脚料为输入的物料量与下脚料消耗率的乘积:
3191.49×0.55%=175.53吨
下脚料回收量为下脚料乘以百分之九十五:
175.53×95%=166.75吨
回收料占粒料总量的百分之五:
3191.49×5%=159.57吨
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根据上述计算,可以列出挤出工段物料平衡表:
表4.2挤出成型阶段物料平衡表
工序输入的总物料量自然消耗量扫地料下脚料制品量
物料量3191.493.1912.77175.533000
单位吨吨吨吨吨
造粒阶段物料损耗如表4.3
表4.3造粒阶段物料损耗率
工序损耗率单位
筛选运输0.5%
高速混合0.1%
冷却混合0.1%
挤出造粒0.5%
粒料风送0.2%
挤出造粒阶段实际的出料量为3191.49-159.57=3031.92吨
根据表4.3可知,进入挤出造粒阶段的实际物料为出料量与1减各个挤出造粒阶段的比值:
3031.92÷(1-0.5%-0.1%-0.1%-
0.5%-0.2%)=3074.76吨
筛选运输损失的物料量为进入该阶段的物料量与筛选运输损耗率的乘积:
3074.76×0.5%=15.37吨。
进入下个阶段的物料量为:
3074.76-15.37=3059.39吨
高速混合损失的物料量为进入该阶段的物料量与高速混合损耗率的乘积:
3074.76×0.1%=3.07吨
进入下个阶段的物料量为:
3059.39-3.07=3056.33吨
冷却混合损失的物料量为进入该阶段的物料量与冷却混合损耗率的乘积:
3074.76×0.1%=3.07吨
进入下个阶段的物料量为:
3056.33-15.37=3053.27吨
挤出造粒机损失的物料量为进入该阶段的物料量与造粒损耗率的乘积:
3074.76×0.5%=15.37吨
进入下个阶段的物料量为:
3053.27-15.37=3037.90吨
粒料风送损失的物料量为进入该阶段的物料量与粒料风送损耗率的乘积:
3074.76×0.2%=6.14吨
进入下个阶段的物料量为:
3037.90-6.14=3031.76吨
根据上述计算,可以得出造粒各个阶段物料平衡表4.4:
表4.4造粒阶段物料平衡表
造粒各个阶段初始物料损失合计单位
筛选输送3074.7615.373059.39吨
冷混机3059.393.073059.33吨
高混机3056.333.073053.27吨
挤出造粒3053.2715.373037.90吨
风送3038.006.143031.76吨
半成品3031.9242.843191.49吨
粉料中配方各组分物料消耗量:
(1)百分率:
配方中某原料分数与配方总份数的比值×100%
(2)年消耗量:
粉料每年需求量与组分占整个粉料量百分比的乘积。
(3)日消耗量:
粉料年消耗量与实际开车天数的比值。
(4)每小时消耗量:
粉料年消耗量与实际开车时间的比值。
原材料需求量如表4.5:
表4.5原材料需求量
原料名称配方份数百分率(%)消耗量/年(吨)消耗量/日(吨)消耗量/小时(kg)
PVC10070.772176.187.64318.5
柠檬酸酯3021.23652.822.2995.5
环氧大豆油107.08217.710.7631.9
甲基硫醇锡0.20.144.310.0150.6
硬脂酸0.50.3510.760.0381.57
硬脂酸钙0.40.258.610.031.26
石蜡0.20.144.310.0150.63
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6.第五章设备选型
总字数:
6605
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原文内容
第五章设备选型
5.1挤出机的选取
选择挤出机时应注意与挤出管材的尺寸相匹配,挤出机螺杆直径的大小需要根据管材直径大小来选择;螺杆的结构应根据
原料的性质来选择。
表5.1挤出机螺杆直径与所需管材尺寸以及牵引速度的关系
螺杆直径(mm)管材外径尺寸(mm)牵引速度
4510~630.4~2.0
6540~900.3~1.5
9063~1250.3~1.5
120100~1800.2~1.0
150125~2500.2~1.0
200200~4000.2~1.0
本设计为了设计公称外径为40mmPVC灌溉输水软管,选择挤出机螺杆直径为65mm的挤出机。
经过考虑,我选择SJ-65型单螺杆挤出机。
挤出机参数如表5.2:
表5.2挤出机参数
名称参数
型号SJ65
种类产品用途管材挤出机管材成型
螺杆数单螺杆
螺杆直径65mm
生产能力150(Kg/h)
电动机功率35(kw)
外形尺寸1500*900*1200(mm)
价格约9万元
SJ-65型挤出机的生产能力为150(Kg/h)
则根据公式:
进入设备的进料量/(生产能力×工作时间)可以计算出挤出机所需要的台数
:
(3053.27*1000)/(150*6832)=2.98=3台考虑特殊状况,最后决定用4台挤出机。
SJ-65型挤出机辅机主要参数如表5.3:
表5.3挤出机辅机主要参数
辅机名称尺寸(mm)功率(kw)
定型装置3200×720×15002
牵引装置1950×820×18003.5
卷曲装置2850×1075×18002.3
5.2挤出造粒机的选取
进入挤出造粒工段的物料量:
3053.27t/年÷6832h=446.9kg/h
根据计算出的挤出造粒工段的物料量,本设计经过考虑从选取生产能力在400-600kg/h的TE-75B型挤出造粒机,选取造粒机
生产能力为550kg/h,
则可计算:
(3053.27×1000)/(500×6832)=0.89台
故本设计用1台TE-75B型挤出造粒机。
TE-75B型挤出造粒机的主要技术参数如表5.4:
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