2500吨年聚氯乙烯工业管生产车间设计

1、目录第一章 概述11.1 氯化聚氯乙烯管的特点11.2 UPVC管的市场需求和发展前景11.3 设计依据31.4 氯化聚氯乙烯管材生产配方31.4.1 PVC-C管材主要原料CPVC树脂的选择41.4.2 热稳定剂51.4.3 抗冲改性剂61.4.4 填充剂61.4.5 润滑剂61.4.6 着色剂71.5 产品质量指标71.5.1 性能71.5.2 力学性能71.5.3 化学性能81.5.4 液压试验81.5.5 外观91.6 工业用CPVC管材工艺流程121.6.1 混合工艺121.6.2 挤出工艺13参考文献14第二章 氯化聚氯乙烯管生产车间工艺计算152.1 生产能力计算152.2 物料衡算15第三章 设备计算及选型173.1 混合机的计算及选型173.2 挤出机的计算及选型183.3 挤出辅机203.3.1 牵引机的选型及计算213.3.2 冷却水槽的选型及计算213.3.3 切割机的选型及计算223.3.4 定径套的选型233.3.5 破碎机的选型及计算233.3.6 磨粉机的选型及计算233.4 原材料消耗计算24参考文献26第四章 工艺参数274.1设计配方274.2 高

2、速混合工艺参数284.3 挤出成型工艺参数28第五章 安全防范与环境保护295.1 安全方面295.2 环保方面305.2.1 CPVC废料的回收和再利用305.2.2 噪音的防范31第一章 概述1.1 氯化聚氯乙烯管的特点氯化聚氯乙烯（PVC-C）是聚氯乙烯的氯化产物，它具有比聚氯乙烯更优良的物理化学性能，其最高使用温度可达110，大大高于一般的硬质聚氯乙烯。PVC-C管不仅强度高，而且耐热、耐老化、耐化学腐蚀、阻燃性好，也不受水中余氯的氧化侵蚀，是一种十分优良的管道。但PVC-C加工技术难度高，其加工性能差、加工温度高、熔体粘度大、容易分解。由于它的耐高温、抗腐蚀和阻燃等特性而被广泛应用于热水管上。与其他热水管相比，氯化聚氯乙烯具有如下独特的优越性：（1）坚固，抗张强度为PP-R管的1.7倍；（2）：管材管件为同种材料，可粘连：（3）；阻燃性好，氧指数可达60，是一般塑料管材所望尘莫及的，因此，氯化聚氯乙烯管还被广泛应用于高压电力电缆保护管套和消防用喷淋管；（4）：耐高温，耐腐蚀，不易透氧，不挂水滴，被广泛应用于化工行业，尤其是碱氯行业用于输送和排放高温酸、碱液体；（5）：导热系数

3、低，为PP-R管的63%；（6）：热膨胀系数小，为PP-R管，PEX管的1/2；（7）：不易滋生细菌，细菌滋生率为PEX管的1/60，铜管的1/10；（8）：安全使用历史最长1。1.2 UPVC管的市场需求和发展前景CPVC塑料具有比PVC更好的耐高温性(长期工作温度达93)和耐化学腐蚀性(可输送一般的强酸、强碱介质),材质洁净抗菌、环保卫生、机械性强度优异,且具有安全的阻燃性能,是近年来应用领域发展速度较快的新颖塑料材料,美国、欧洲及日本等先进国家和地区对CPVC材料的研制和开发技术已经日趋成熟。而在中国,CPVC产品的研发还处于起步阶段,是塑料加工业中的一个比较薄弱的项目,CPVC塑料尚属新产品、新材料,其利润空间和市场发展空间均有很大的吸引力,具有很大市场潜力2。现在日本、美国等国家都可以大量生产和销售氯化聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯在国外已得到了广泛应用。而在我国，由于氯化聚氯乙烯技术长期被美国、日本等国家所垄断，国内的生产规模较小，且产品质量不高，氯化聚氯乙烯在我国的应用受到了限制。CPVC材料实现国产化后，随着我国节能减排力度的加大，市场对CPVC管件、管材的消费需求将会持续增加

4、，并将在国民经济多个领域得到广泛应用。CPVC被广泛用于制造各种不同的工业管道、冷热水管和防火管道，另外还可以制造各种阀门、管件等配套系统。特别是热水管道、耐腐蚀流体管道及超高压电力电缆埋管的应用中发挥越来越重要的作用。由于CPVC力学强度和耐热性提高,在给水工程和集中供暖系统中输送冷水和热水的管材可用CPVC管代替金属管材。CPVC具有良好的抗化学性及抗腐蚀能力,可用于氨基磺酸、硅酸钠、高锰酸钾、丙二醇、酚、甲酸、铬酸、丁酸、氯铵、氟化铵等溶剂,具有抗酸、碱、脂肪酸盐、氧化剂及卤素的化学能力。在国外,CPVC管材已经在石油、化工、轻工、医学、印染、电镀、食品和造纸等领域得到广泛应用。由于CPVC管材耐硫酸、盐酸、磷酸、烧碱、纯碱、氯化钠及一些有机化合物的侵蚀,采用CPVC管材取代贵金属管材及易腐蚀金属管材在这些工业介质中的应用,可获得极大的经济效益3。例如氯碱厂就大量使用CPVC管材取代贵金属钛材输送湿氯气、热盐水、热碱液等。用CPVC制作的管道、管件、阀门等,不仅抗腐蚀、耐高温和流动性好,而且质量轻(仅为碳钢的20%左右)、耐用(CPVC管材寿命是1050年)、安装施工也很方便,C

5、PVC制作的管材、管件,不仅可用螺纹连接,也可采用粘合剂连接。如国外Harvel公司的CPVC管子已用于化学处理、金属加工、电镀、金属处理、纸浆与造纸、空气污染控制、矿冶、太空作业、纺织、半导体及电子工业等。因CPVC管子无臭、无味且洁净,美国卫生基金会(NSF)已核准其用于饮用水输送工程中,也可用于食品及饮料处理、酸液运送、盐水管道系统及饮用水调配管道系统、氯注射系统等方面。国内在1999年以前没有CPVC管道生产企业,1999年10月,美国Goodrich公司在我国温州建成了首家生产CPVC管道系统的独资企业)佑利管道公司,生产能力2 500 t/a,目前该公司可提供管道、管件、阀门、填料等系列产品,管道产品符合美国ASTM及德国DIN标准,可用于金属处理、纸浆输送、化学品处理、工业废水处理、食品饮料的输送领域中,不久还将提供冷热水管道系统。该企业管道系列产品已在齐鲁石化、上海氯碱及北京化二股份有限公司等单位使用,初步反应良好4。美国的Goodrich公司用CPVC挤压成的管材代替金属和玻璃纤维管,用来运送带腐蚀性杂质的液体和气体,输送冷热饮用水以及用作消防喷淋水管道已有十多年的历

6、史。国外通过设备和加工方式的改进,已能制造出5610的大口径工业用管,为CPVC的应用开辟了新的领域。各个公司还可通过生产工艺的改进制备出冲击性能更高、透明度更好的CPVC,其透明材料可用于汽车、车箱框架、光盘、声像制品。具有较高热变形温度的CPVC还可用作新的应用材料,例如CPVC复合窗。钟渊公司将CPVC透明成型板用作公共汽车的百叶窗框架,美国SNE.E.W.WI正在生产一种CPVC包层的黑色窗框,极易装配且能效高,也可用作大口径管材及改进系统等5,6。1.3 设计依据（1）依据氯化聚氯乙烯管生产车间工艺设计任务书及老师的要求。（2）依据有关氯化聚氯乙烯管材的国标等要求，认真贯彻管家建设方针、政策及有关规定，精心设计，保证设计质量。GB4217-84热塑性塑料管材的公称外径和公称压力GB/T 18998.1-2003工业用用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统 第1部分：总则GB/T 18998.2-2003工业用用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统 第1部分：管材GB/T 18998.2-2003工业用用氯化聚氯乙烯（PVC-C）管道系统 第1部分：管件工业企业设计卫生标准大气污染

7、物综合排放标准（GB16397-1996）采暖通风与空气调节设计规范建筑设计防火规范环境空气质量标准（GB/3095-1996）1.4 氯化聚氯乙烯管材生产配方设计配方的原则是根据使用要求，根据我国已经制定了各类管材标准进行，管材配方中包含：CPVC树脂，热稳定剂，抗冲改性剂，加工助剂，填充剂，润滑剂，着色剂及其他辅料等成分。本设计所选用的配方为工业用CPVC（灰色）管配方，配方如表1-17。表1-1：工业用CPVC管配方原辅料名称质量份数原料CPVC（Z829）95PVC-S1000（齐鲁石化）5热稳定剂铅类复合稳定剂7抗冲改性剂CPE6MBS4填充剂碳酸钙5润滑剂HSt/OPE1着色剂TiO20.151.4.1 PVC-C管材主要原料CPVC树脂的选择CPVC制品的性能主要决定于CPVC树脂，它的加工性能更是决定于CPVC树脂，CPVC材料的应用和发展在于CPVC树脂的生产工艺的改进和提高，且能够得到专业PVC树脂，从而能提高不但性能优良而且加工性能较好的CPVC树脂。表1-2为日本钟渊公司的CPVC树脂的等级及其性能表。CPVC树脂的加工难度比PVC树脂大，熔体加工粘度至少是它的

8、2倍，熔融加工温度也比PVC树脂高，尤其是在注射加工时难度更大。CPVC树脂的性能决定于两个因素：氯的含量和氯在CPVC分子链上的分布。一般PVC树脂的氯含量为57%左右，而CPVC树脂的氯含量为64%75%。随着氯含量的增加，相应地CPVC的熔融粘度增加，软化点升高，耐热性能提高，密度增大，拉伸强度提高，同时脆性增大，冲击强度下降，加工难度也增大。表1-2：CPVC树脂的等级及其性能表型号Z305Z627Z829Z827ZC600体积密度/（g/mL）0.440.4450.440.470.5挥发物/%0.30.30.30.30.3粒径(40目)/%9999999998形态白色粉末白色粉末白色粉末白色粉末白色粉末拉伸模量（23）/（104kg/cm2）2.93.33.53.55.5屈服拉伸强度(23)/（kg/cm2）600665700700650断裂伸长率（23）/%3040352580维卡软化点(49.05N)/102116120126110氯含量/%64666868.564氧指数/%60烟雾指数/CA25物料分解时间/min22工业用CPVC管材一般用于化工、矿业、造纸等领域其耐热性好，具有UPVC管材所不能比拟的输送高温腐蚀介质的功能，且能达到压力下输送介质的技术要求。在相同压力下它与UPVC压力管的耐热性及一定温度下的耐化学腐蚀性有很大的差别。工业用CPVC管材不但要有材料本身的良好性能，还要具有UPVC压力管材所具有的特性。这就是说对这种管材的性能要求非常高。国际标准ISP/DIS 15493-中规范了管材的规格有四个系列，它分别代表四种压力体系。工业用CPVC管材被允许在有一定温度的条件下通过压力输送介质，它的使用压力、使用温度及使用寿命存在着一定的关系。综上所述，可以看出工业用CPVC管材的性能要求非常高8。故本设计选用CPVC(Z829)树脂，加入量为95份。1.4.2 热稳定剂在热稳定剂的选用方面，原则上加工PVC制品的热稳定剂都能为加工CPVC制品所使用。但是，由于CPVC树脂的固有特性，其热稳定剂的用量应有所不同。根据加工助剂的选用原则，应尽量避免使用传统的铅盐稳定剂，也要少用或不用金属皂类稳定剂。而液体类稳定剂如有机锡类稳定剂虽然热稳定效果较好，但它可能影响制品的耐热性能。硫醇类有机锡与铅类助剂相互间易产生污

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