2000吨年PET瓶的回收造粒生产线的设计毕业论文.doc

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At present hundreds of thousands of tons of abandonedPET bottle were produced in China. The recycling of waste PET bottle is imminent. Embarkfrom the PET production process twin-screw extrusion molding method was choosed toproduce recycling PET pellets. The technological process in this design was described fromthe formulation selection material balance equipment selection and process parametercontrol. In this design the mature production process production formula and equipment withdevelopment potential were choosed from low cost high performance and functionalapplication aspects. All kinds of equipments of the production workshop and total investmentwere calculated. The process and layout of equipment in the production workshop weredecided. This design has some degree of guiding significance in the investment constructionof recycling PET bottle production line.Keywords: PET Recycling granulation Production process II 目录摘 要 . IAbstract . II第一章 概述 . 1 1.1 有关 PET 塑料的简介 . 1 1.1.1 PET 塑料的定义 . 1 1.1.2 PET 塑料结构 . 1 1.1.3 PET 塑料的发展历史 . 1 1.1.4 PET 塑料的用途 . 2 1.1.5 PET 塑料的回收 . 3 1.2 产品的市场及需求 . 4 1.3 国际 PET 塑料的回收再生利用现状分析 . 5 1.4 国内外主要工艺路线介绍 . 6 1.5 设计依据 . 8 1.6 产品方案 . 8 1.6.1 产品选定 . 8 1.6.2 产品用途 . 8 1.7 产品质量指标 . 9 1.7.1 外观尺寸 . 9 1.7.2 理化性能 . 9 1.8 工艺流程叙述 . 10 1.8.1、分拣 . 11 1.8.2 破碎 . 11 1.8.3、清洗 . 12 1.8.4、脱水 . 12 1.8.5、预结晶 . 12 1.8.6、干燥 . 13 1.8.7、挤出造粒 . 13第二章 工艺计算 . 14 2.1 物料衡算 . 14 2.1.1 计算基准 . 14 2.1.2 物料衡算 . 14 2.2 能量衡算 . 16 2.2.1 电能 . 16 2.2.2 冷却水 . 18第三章 设备计算 . 20 3.1 挤出生产线的设备计算 . 21 3.2 回收分拣设备计算 . 21 3.3 回收清洗生产线的计算 . 22 3.3.1 破碎机组设备的计算 . 22 3.3.2 清洗设备的计算 . 22 3.3.3 脱水设备的计算 . 23 3.4 筛选设备的计算 . 23 3.5 其它预结晶、干燥等设备计算 . 24 3.6 生产车间平面布置图和工艺流程图说明 . 24 3.6.1 生产工艺要求 . 24 3.6.2 设备安转、检修 . 24第四章 主要技术经济指标 . 26 4.1 主要经济技术指标 . 26 4.1.1 原料消耗定额 . 26 4.2 原料的技术参数 . 26 4.2.1 废 PET 瓶的主要技术指标 . 26 4.2.2 废 PET 瓶清洗粉的主要技术指标 . 27第五章 工艺参数 . 29 5.1 配方 . 29 5.2 工艺控制指标 . 29 5.2.1 分拣 . 29 5.2.2 破碎 . 29 5.2.3 清洗 . 30 5.2.5 挤出造粒 . 32 53 主要设备参数 . 33第六章 生产成本估算 . 39 6.1 固定成本计算 . 39 6.1.1 设备投资成本 . 39 6.1.2 车间定员及人员工资 . 40 6.1.3 车间选址及厂房投资 . 41 6.2 可变成本计算 . 42 6.2.1 原料费用计算 . 42 622 水电费用计算 . 42 6.3 生产总成本计算 . 43 6.3.1 制造费用 . 43 6.3.2 管理费用 . 44 6.3.3 销售费用 . 44 6.3.4 财务费用 . 44 6.4 利润计算 . 45 6.4.1 销售收入 . 45 6.4.2 税金 . 45 1增值税 . 45 2附加税 . 45 3企业所得税 . 45 6.4.3 利润 . 46 6.5 主要经济指标 . 46第七章 设备一览表 . 47第八章 安全防范与环境保护 . 48 8.1 安全方面 . 48 IV 8.2 环保方面 . 48结束语 . 50致 谢 . 52参考文献 . 51 第一章 概述1.1 有关 PET 塑料的简介1.1.1 PET 塑料的定义 聚对苯二甲酸酯类塑料，主要包括聚对苯二甲酸乙二醇酯 PET 和聚对苯二甲酸丁二醇酯 PBT。PET 塑料是英文 Polyethylene terephthalate 的缩写。聚对苯二甲酸乙二醇酯俗称涤纶树脂。它是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物，与 PBT 一起统称为热塑性聚酯或饱和聚酯。1.1.2 PET 塑料结构 PET 塑料分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性。PET 塑料具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的 PET 塑料具有良好的光学透明性。另外 PET 塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET 做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等特点，因而得到广泛的应用。PBT 与 PET 分子链结构相似，大部分性质也是一样的，只是分子主链由两个亚甲基变成了四个，所以分子更加柔顺，加工性能更加优良。 PET 是乳白色或浅黄色高度结晶性的聚合物，表面平滑而有光泽。耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦和尺寸稳定性好，磨耗小而硬度高，具有热塑性塑料中最大的韧性；电绝缘性能好，受温度影响小，但耐电晕性较差。无毒、耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。 PET 树脂的玻璃化温度较高，结晶速度慢，模塑周期长，成型周期长，成型收缩率大，尺寸稳定性差，结晶化时呈脆性，耐热性低等。 通过加入成核剂和进行玻璃纤维增强，PET 具有以下的特点： 1 热变形温度和长期使用温度是热塑性通用工程塑料中最高的； 2 因为耐热高，增强 PET 在 250的焊锡浴中浸渍 10s，几乎不变形也不变色，特别适合制备锡焊的电子、电器零件； 3. 弯曲强度达 200MPa，弹性模量达 4000MPa，耐蠕变及疲劳性也很好，表面硬度高，机械性能与热固性塑料相近； 4PET 树脂和增强 PET 是工程塑料中价格是最低的，具有很高的性价比。1.1.3 PET 塑料的发展历史 1946 年英国发表了第一个制备 PET 的专利，1949 年英国 ICI 公司完成中试，但美 茂名学院本科毕业设计：2000 吨/年废 PET 瓶回收造粒生产线的设计国杜邦公司购买专利后，1953 年建立了生产装置，在世界最先实现工业化生产。初期PET 几乎都用于合成纤维，在我国俗称涤纶、的确良。80 年代以来，PET 作为工程塑料有了突破性的进展，相续研制出成核剂和结晶促进剂，目前 PET 与 PBT 一起作为热塑性聚酯，成为五大工程塑料之一。 我国的 PET 生产规模远远落后于国外几个主要生产厂商。进入 80 年代，我国逐步从国外引进万吨几十万吨级先进的 PET 树脂合成装置，质量和产量都有了长足的进展。根据中国纺织学会统计，1997 年我国生产 PET 切片树脂 174 万吨，其中高粘度包装用切片树脂生产能力为 22.4 万吨，所以生产 PET 工程塑料级的树脂来源充足。由于制备各种混配改性 PET 塑料的装置与其他聚合物混配改性用的装置是通用的，国内混配用挤出机的制造也形成一定规模，所以只要市场一旦开拓，国内 PET 塑料的生产也会快速增长。1.1.4 PET 塑料的用途 玻璃纤维增强 PET 适用于电子电气和汽车行业，用于各种线圈骨架、变压器、电视机、录音机零部件和外壳、汽车灯座、灯罩、白炽灯座、继电器、硒整流器等。PET 工程塑料目前几个应用领域的耗用比例为：电器电子 26，汽车 22，机械 19，用具 10，消费品 10，其他为 13。目前 PET 工程塑料的总消耗量还不大，仅占 PET 总量的 1.6。 1.薄膜片材方面：各类食品、药品、无毒无菌的包装材料；纺织品、精密仪器、电器元件的高档包装材料；录音带、录像带、电影胶片、计算机软盘、金属镀膜及感光胶片等的基材；电气绝缘材料、电容器膜、柔性印刷电路板及薄膜开关等电子领域和机械领域。 2.包装瓶的应用：其应用已由最初的碳酸气饮料发展到现在的啤酒瓶、食用油瓶、调味品瓶、药品瓶、化妆品瓶等。 3.电子电器：制造连接器、线圈绕线管、集成电路外壳、电容器外壳、变压器外壳、电视机配件、调谐器、开关、计时器外壳、自动熔断器、电动机托架和继电器等。 4.汽车配件：如配电盘罩、发火线圈、各种阀门、排气零件、分电器盖、计量仪器罩壳、小型电动机罩壳等，也可利用 PET 优良的涂装性、表面光泽及刚性，制造汽车的外装零件。 5.机械设备：制造齿轮、凸轮、泵壳体、皮带轮、电动机框架和钟表零件，也可用作微波烘箱烤盘、各种顶棚、户外广告牌和模型等。 6.PET 塑料的成型加工可以采用注塑、挤出、吹塑、涂覆、粘接、机加工、电镀、真空镀金属、印刷等方法。 2 第一章 概述1.1.5 PET 塑料的回收 德国 PET 废瓶回收成为“中国毛衣”也值得大家深思，德国市场上每年流动800 多万个 PET 瓶子。垃圾回收公司收去这些瓶子，压成团或粉碎成片，然后以相对来说相当高的价格出售给中国。根据相关人士计算，能装 16 升饮料的瓶子可以做成一件毛衣。回顾 1993 年前，所有塑料瓶都进了垃圾箱，一小部分回收利用。自从 4 年前实施了押罐费，超市必须回收空瓶，PET 瓶子踏上了万里征途：远赴中国，变成合成粗呢毛衣后，再返回德国，衣锦荣归。中国纺织业有着巨大的塑料需求。尽管商人会在德国回收企业的价格上再加一码，进口还是比自己生产这种原料便宜。从汉堡运往香港的运费很低，原因是，货轮从中国运来并卸下纺织品后，船上有很多空位。在中国生产的成本很低，因为劳动力低廉，而环境和社会标准不完善。在中国工厂里，这些 PET 原料被按色分类，切成碎片熔化。加工后，PET 瓶子以纺织品的形式返回德国，在德国销售。这里体现的价值创造是巨大的：一件合成粗呢毛衣价格在 50 至 100 欧元之间，而所用材料只相当于 32 欧分。远东对旧塑料的饥饿根本就看不到尽头。中国已无法以一手原料来满足自己的需求。在这种背景下，像 PET 这样的二手原料身价倍增。塑料空瓶运往中国当地被当成原料来用，这一点表明，事实上存在着一个二手原料的世界市场。10 年前，垃圾被扔到垃圾场，“那时我们是一个消费与丢弃社会。”中国加工德国再出售这个例子说明了问题，“这个市场发展向全体消费者表明：一些垃圾确实得到了再生再利用。” 再者，如最近两年来，印度洲际回收公司已经生产出合格再生 PET，据报道，印度国有洲际回收公司 Indian-owned Intercontinental Recycling 位于英格兰北部 Skelmer sdale 地区的装置于 2007 年 11 月开始试运行，按计划，该装置每年能回收与转化 3 万吨废塑料瓶。此外，该装置拥有一些分拣、冲洗和烘干的设备，生产出的产品将是用于非食用产品的热罐瓶片。消费者可以利用这种材料来包装非食用产品或作为中间来分隔两层可食用物质。目前在英国，用于非食用产品的再生 PET 瓶片的市场价格为 600 英镑/吨左右。 另外，日本企业成功研究开发出回收再生 PET 改性剂，回顾日本 2000 年 4 月全面实施容器回收法，2006 年回收 PET 瓶达到 39 万吨，仅达到回收率的 60。为了 PET 回收再利用的技术难题。由日本了口夕化成公司成功研究开发出回收再生PET 改性剂“AR-P-1000”和“AR-P-1100”两种牌号推向市场。AR-P 回收再生改性剂的主要特点是:使用时不需要进行干燥处理。在室温下非常稳定。适用于所有的塑料成型加工设备。能够任意着色。可直接进行共混添加。提高了 PET 回收再生成型材料的冲击强度。由于 AR-P 以微细状态分散在回收 PET 成型材料中，在成型加工剪切力的作用下，相互界面张力小。AR-P 与回收 PET 成型材 3 茂名学院本科毕业设计：2000 吨/年废 PET 瓶回收造粒生产线的设计料粘度比为 1，分散好，改善了回收 PET 成型材料的冲击强度，例如:当添加5quotAR-P”时，缺口冲击强度由 2KJ/m 2 提高到 5.5KJ/m2 。在10时低温冲击强度由 1.8kJ/ m 2 提高到 5kJ/m 2。改善了回收再生 PET 成型材料的粘度，提高了 PET熔融成型材料的流动性能，适宜成型加工形状复杂，异形材等挤出成型制品。1.2 产品的市场及需求 塑料是现代经济发展中可实现“减量化、再利用、资源化”的重要材料 其加工成型是无污染排放、低消耗、高效率的过程 绝大部分塑料使用后能够被回收再利用 是典型的资源节约型环境友好材料。同时塑料回收再生利用也是解决资源短缺的一个重大战略问题。进入21世纪以来，我国塑料再生行业市场逐渐繁荣，中小企业大量涌现，投资活跃，从以前家庭作坊式回收再生塑料模式向以市场需求为动力的纯商业模式转变，并正在发展成为回收加工集群化、市场交易集约化、完全靠市场需求和价格驱动为导向的环保型产业经济。 统计显示目前中国内地拥有塑料再生企业1万多家 已形成一批较大规模的再生塑料回收交易市场和加工集散地。再生塑料回收、加工、经营市场规模越来越大 年交易额达几十亿元且呈蓬勃发展之势。相比十五期间中国塑料消费量年平均增幅高于10十一五期间塑料消费量增长趋势可能放缓至58。在塑料制品大量出口的背景下国内实际消费量将稳定小幅增长而塑料回收量增长应高于实际消费量的增长1 。 从事再生塑料回收利用及加工的企业和人员数量庞大且稳定增长，主要是以个体户和农民为主，也第三章 设备计算3.1 挤出生产线的设备计算 依据设计任务书，要求要设计年产量 2000 吨 PET 瓶的回收造粒生产车间，生产时间设置为 7008 小时，则每小时产量为：2042.91000/7008291.5kg/h 选择的挤出机为 SHJ65 型 PET 专用塑料挤出造粒机组，其生产能力为 200-320kg/h，则所需挤出机台数为：291/3200.91 台，实际中取为 1 台。能基本符合产量要求，并且该挤出造粒生产线具有自动化程度高，性能稳定，变频调速等多项特点。 切粒机可选用 QLJ3 型 PET 专用切粒机。QLJ3 型塑料切粒机具有精度高、效率高、保险性好、不易出故障、结构紧凑、外形美观大方等优点，是目前国内理想的造粒设备。本机是塑料造粒生产线必不可少的主要辅助设备，它与螺杆挤出机配套使用，用来切断由挤出机拉出的塑料条经风冷输送机（或水冷槽）冷却后的多根塑条。切粒滚刀精度高，速度快。送料联动机构实现定尺寸送料，从而保证切粒长度 3 毫米。本机在正常工作下一次可连续切断 20 根 3 毫米的塑条，变频器调速手动操作，变频器操作面板显示频率，可与主机挤出频率一致。3.2 回收分拣设备计算 近十多年来，用分光镜法快速准确地识别回收瓶聚合物的种类，是回收技术产业化最成功的范例。现在世界上一些成熟的分选设备生产厂家不仅能够通过光来分选不同的聚合物，而且能够分离出淡蓝、深蓝、黑色等不同颜色的聚合物瓶子。 据业内人士称，我国绝大部分回收公司在处理废饮料瓶时，都采用人工分选的方法，将废饮料瓶按颜色分开，并除去杂类瓶子；还有公司按瓶标签上的生产厂家进行分类处理。经过分类的废饮料瓶再人工将瓶盖和瓶标签拆下来，若瓶盖材料为高密度聚乙烯HDPE，可以直接挤出造粒销售；目前瓶标签多数是乙烯/乙酸乙烯酯共聚物E/VAC，也有的采用聚丙烯PP双向拉伸聚丙烯，BOPP材料，可以集中挤出造粒，作为混合的废塑料使用。 底座的分离是利用底座 HDPE 密度与 PET 密度不同的特性将其分离。分离可在清洗罐中进行，HDPE 碎片从罐顶部溢出，下沉的 PET 碎片从罐底部出去。有的则采用水力旋流器分离代替浮选罐，其分离效果更好。 故本设计采用人工分拣的方法，通过人工挑选平台，可以去除包含异质瓶类、异色瓶类、标签屑、金属物和垃圾等，确保 PET 瓶进入下一工段；3.3 回收清洗生产线的计算 本流水线三道工序使用五种共计 9 件设备，电机 9 台，动力用电 22.3kw，用水量3-4 吨/小时，产能 1 吨/小时。工艺流程如下： 螺旋提升机喷淋洗料机旋风脱水机螺带洗料机 A 型旋风脱水机喷淋洗料机漂洗机漂洗机旋风脱水机 流水线设备配置全部采用北京惠佳祥专利产品，设备性能好，运行稳定。清洗效果好，省水省电，运行成本低。设备配置如下： 螺旋提升机（TS1-260），总数量 1 台，总功率 1.5kw。 喷淋洗料机（MC1-300），总数量 2 台，总功率 4.4kw。 旋风脱水机（XT1-650），总数量 3 台，总功率 9.0kw。 螺带洗料机（LX1-350），总数量 1 台，总功率 3.0kw。 漂洗机（PX1-300），总数量 2 台，总功率 4.4kw。 特点：投资小，占地少，适合小规模生产使用；能耗低，排放量小，节约加工成本；清洗剂循环利用，降低成本，减少污染；清洗效果好，能清洗出短纤厂上机料。3.3.1 破碎机组设备的计算 分选和分离之后，需将废饮料瓶瓶体切成大小规则、形状一致的小片，以方便运输和后续加工的计量和加料。通常使用撕碎机或切粒机对废饮料瓶的瓶体进行切片处理。撕碎机的 2 个异步或 4 个同步的逆转轴上装有切割盘和远程轴环，相邻盘产生撕碎作用，碎片的长度是由切割盘周围的“小钩”的数量决定。由于同时进行撕裂和切割作用，非常适用于处理废饮料瓶；切粒机由多个旋转刀片和 3-4 个静止刀片组成，通过旋转刀片和静止刀片的切割作用将瓶体切成小颗粒，刀与刀之间的旋切间隙越精细，相应的颗粒质量越高，操作费用越低。 破碎机因只在回收废 PET 瓶时使用，年需破碎量为 2010 吨，全年需要破碎下脚料为 30.62 吨由于 PC250 型破碎机组 每小时破碎量为 130-200kg/h 不锈钢材质，全自动控制，操作简单方便。因此选用 2 台小型的 PC250 型破碎机组即可满足生产。PET瓶有的只进行一次破碎，有的先进行粗破碎后再细分破碎，最终成为 1.0-1.5cm 大小的碎片。破碎机出口处安装有一个孔径为 1.0-1.5cm 的筛子以控制碎片的尺寸。3.3.2 清洗设备的计算 瓶片的清洗需要三个过程：预洗、主洗和漂洗。 预洗就是去掉瓶片上的沙土等容易去掉的附着物，用最简单的方法去掉数量最大的杂质。如果没有这个过程，瓶片上的大量杂质进入主洗过程，会有两个不良效果。一是这些杂质会消耗大量的清洗剂，造成浪费；二是这些杂质会很快稠化清洗剂，影响清洗效果，甚至使清洗剂不能使用。 主洗就是去掉瓶片上的油、胶等难以去除的污渍。这部分污渍数量很少，但是对工艺的要求比较高。按传统的工艺要求，瓶片必须在 9598的火碱水溶液中，搅拌清洗30 分钟以上，才能达到效果。使用火碱做清洗剂，这是必须保证的条件，否则就不会洗出上机料。使用新型清洗剂，温度条件可以适当放宽，搅拌或搓洗的时间绝不能变，否则很难达到预期的效果。 漂洗就是去除瓶片上粘附的已经被清洗剂溶解的污渍和清洗剂，这个过程也很重要，漂洗不干净的瓶片，烘烤后会变成黄色。 本设计选用流水线设备配置全部采用北京惠佳祥专利产品，设备总动力 22.3kW，产能 1 吨/小时。它是高效、节水型设备，用水量 3-4 吨/小时。特点是外观精美、能耗低、产量高，实用可靠。全新的漂洗装置可以随破随洗，大大提高了生产效率，且洗料干净。3.3.3 脱水设备的计算 废 PET 瓶经破碎和清洗后需要进行脱水这一工序，本设计选用三台 XT1-650 型的旋风脱水机，脱水能力 800 kg/h，电机功率为 3KW，总功率为 9 KW。适用于塑料片、粒状物的清洗、脱水，其最大的特点：脱水程度高、耗电少、效率高，自动化程度高，减少劳动强度。脱水干净，能洗掉塑料中的微砂等细小杂物。工艺先进，清理方便，噪音小，使用安全。3.4 筛选设备的计算 经造粒机组出来的 PET 再生料经过振动筛的筛选可以滤去尺寸过大或过小的颗粒，从而挑选出大小适中的非晶形颗粒。 我们选用 ZDS800A生产能力 500kg/h.原料的小时消耗量: 2114500/7008150.8kg/h 所以选择一台 ZDS800A 振动筛设备满足生产要求效率高、设计精巧