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高分子专业毕业设计

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毕 业 设 计（论 文）

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专 业：高分子材料 指导教师：
学生姓名： 班级-学号：高分子

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大连工业大学本科毕业设计（论文）

年产2300吨可冷弯PVC电工套管生产车间设计
Annual production capacity of 2300 tons of cold-formed PVC electrical casing workshop design

设计（论文）完成日期 20 年 月 日

学 院： 纺织与材料工程学院
专 业： 高分子材料
学 生 姓 名：
班 级 学 号：
指 导 教 师：
评 阅 教 师：

年 月

注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。
摘 要
本设计为年产2300吨可冷弯PVC电工套管的配方、工艺流程以及车间的设计，管材的规格为Φ40×2.2mm。其中本设计绪论部分对PVC树脂、PVC管材的发展现状与前景以及PVC电工套管做了简单的介绍；配方设计部分主要对树脂的选择、助剂的选择及最终配方的确定做了详细的介绍；工艺流程设计部分主要是对生产方法进行选择，对工艺流程进行设计；物料衡算部分主要是确定各步工序的物料量和树脂及各助剂的用量；设备选型部分是利用物料衡算计算出的结果来对所需的设备进行选择，组要确定型号和台数；机头设计部分是根据管材的直径及厚度来确定机头的尺寸；车间布置设计部分主要是将设备合理的布置在车间内及车间内房间的设计；车间辅助设施的设计主要是合理的安排电气照明、供暖及通风；能量衡算部分主要对电、水、煤的用量进行计算；最后确定了本设计的投资金额以及对效益的分析。

关键词：PVC；管材；工艺流程；机头设计

Abstract
The project is the formula of process design and workshop designed, pipe specifications for Φ40 × 2.2mm for an annual output of 2,300 tons of cold-formed PVC electrical conduit,. Introduction part of this design for PVC resin, PVC pipe development status and prospects, as well as PVC electrical casing brief introduction; The part of the formulating of recipe resin selection, the choice of the additives, and the final formula to determine the detailed introduction; The part of process design is mainly for the selecte of producing methords and process design; Material Balance is mainly to determine the amount of the process materials and resins and additives; The part pf equipment selection is use the material balance calculations calculated results to choose the required equipment group to determine the model number and the number of units; The design for the handpiece is based on the diameter and thickness of the pipe to determine the size of the handpiece; The part of the workshop is mainly about how to arrange the equipment in an reasonable way and the arrangement for the rooms in the workshop; The designe of workshop ancillary facilities is about how to arrange the electrical lighting, heating and ventilation; Energy balance just calculating for the major amount of electricity, water, coal; Finally, determine the amount of investment in the design and analysis of effective.

Key Words：PVC；Tubes and pipes；Process flows；Handpiece design

目 录
摘 要 I
Abstract II
引 言 1
第一章 绪论 2
1.1 PVC简介 2
1.2 PVC管材发展现状及前景 3
1.3 PVC电工套管 4
第二章 产品配方的设计 6
2.1 配方设计思路及原则 6
2.1.1 配方设计思路 6
2.1.2 配方设计原则 6
2.2 PVC树脂的选取 6
2.3 塑料助剂 7
2.3.1 稳定剂 7
2.3.2 润滑剂 8
2.3.3 改性剂 8
2.3.4 填充剂 9
2.3.5 着色剂 10
2.4 配方的确定 10
第三章 生产方法与工艺流程 12
3.1 生产方法 12
3.2 工艺流程设计 12
3.2.1 造粒工段流程设计 12
3.2.2 挤出工段流程设计 13
第四章 物料衡算 14
4.1 物料衡算的方法及意义 14
4.2 物料衡算 14
4.2.1 计算基准的确定 15
4.2.2 物料衡算 15

4.2.3 物料平衡流程图 18
第五章 设备选型 19
5.1 设备选型原则 19
5.2 定型设备的选择 20
5.2.1 管材挤出机及其辅机的选择 20
5.2.2 挤出造粒机的选择 22
5.2.3 高速混合机的选择 23
5.2.4 冷却混合机的选择 24
5.2.5 破碎机的选择 25
5.2.6 配料秤的选择 26
5.2.7 台秤的选择 28
5.2.8 仓壁振动器的选择 28
5.2.9 除尘器的选择 29
5.2.10 货梯的选择 30
5.2.11 旋转加料器的选择 31
5.2.12 缝包机的选择 32
5.2.13 振动筛的选择 32
5.2.14 搬运车的选择 33
5.3 非定型设备的选择 33
5.3.1 储罐的选择 33
5.3.2 气力输送 35
5.3.3 鼓风机的选择 38
5.3.4 旋风分离器的选择 40
第六章 挤出管材机头设计 41
6.1 机头的作用及分类 41
6.2 机头设计原则 41
6.3 管材机头的典型结构 41
6.4 管材机头的设计 42
第七章 车间布置设计 46
7.1 车间布置设计的目的及重要性 46
7.2 车间布置设计的依据及原则 46

7.2.1 车间布置设计的依据 46
7.2.2 车间布置设计的原则 46
7.3 车间布置设计 47
7.3.1 车间布置设计的基本条件 47
7.3.2 车间的整体布置和轮廓设计 47
7.4 设备的布置 49
第八章 车间辅助设施 50
8.1 供电照明 50
8.2 供暖 51
8.3 通风 52
第九章 能量衡算 54
9.1 电能消耗量 54
9.2 冷却剂消耗量 54
9.3 煤消耗量 55
第十章 经济核算 56
10.1 人员编制 56
10.2 设备及厂房费用 56
10.3 原料及其它费用 58
参考文献 59
致 谢 61

引 言
在通用树脂生产中，以PVC树脂耗乙烯量最低，同时生产成本也最低。国内生产每吨聚乙烯平均耗乙烯1.042吨，而生产每吨PVC需耗乙烯量为0.5314吨，国内每吨PVC树脂的乙烯耗量比聚乙烯的乙烯消耗量少约50%。从塑料制品角度看，PVC与各种助剂相容性好，在生产中可加入大量低廉的填料，使生产成本也大大降低。
在“十五”期间，塑料管的推广应用主要以PVC和PE塑料管为主，并大力发展其它新型塑料管。到2005年，在全国新建、改建、扩建工程中，建筑用排水管道50%采用塑料管，城市排水管道20%采用塑料管，建筑给水、热水供应和供暖管道60%采用塑料管，城市供水管道50%采用塑料管，村镇供水管道60%采用塑料管，城市燃气管道50%采用塑料管，建筑电线穿线护套管80%采用塑料管。预计2005年需求塑料管材约200万吨以上，其中绝大部分为PVC管材。
PVC管材的最大应用是建筑业。目前在全国各省市的自来水管道系统和住宅自来水管上应用非常广泛，在建筑业上主要用作电线套管、排水管和雨水管。PVC管材具有耐化学腐蚀，自熄性和阻燃性，内壁光滑，电性能良好等优点，使用PVC管材效益明显，使用PVC管材比铸铁管节能55-68%，使用PVC供水管比镀锌管节能62-75%，而且同规格单位长度的价格只有镀锌管的1/2，安装费用比镀锌管低70%，使用1吨PVC供水管可以代替12吨铸铁管，应用1吨PVC波纹管可以节约25吨钢材。可以看出PVC管材的应用前景非常乐观。

第一章 绪论
1.1 PVC简介
　　PVC化学名称：聚氯乙烯；英文名称：Polyvinyl chloride（简称PVC）。是世界五大通用塑料之一，同时也是最早工业化的塑料品种之一[4]。PVC树脂是三十年代初实现工业化，在很长的一段时间里，PVC产量一直在世界塑料用量中占居第一位；直到六十年代后期，聚乙烯取代了聚氯乙烯，但现在PVC产量仍占塑料总产量的四分之一以上，是世界上仅次于聚乙烯的第二大通用塑料。我国于1958年开始工业生产PVC，年产量仅0.3万吨，1962年产量达到2.4万吨。随后，我国很多地方相继建立了聚氯乙烯生产厂，1981年产量上升到37.2万吨，1984年产量为50万吨，1988年产量达到63.8万吨，年产量呈稳步增长的势头。到2000年以后，中国的PVC产业进入了发展期。在2003年到2007年五年的时间里，我国的PVC总产量年增长率一直保持不低于两位数。到2008年我国的PVC产量已经到达1581万吨。
PVC树脂由氯乙烯单体聚合而成，多为白色粉料或粒料。氯乙烯单体聚合反应为自由基聚合，可以由悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合四种基本聚合方式制得PVC树脂。聚合时反应温度一般为40℃-70℃，反应温度和引发剂浓度对PVC树脂的相对分子质量分布和聚合反应速率影响很大。在四种聚合方式中，悬浮聚合生产工艺成熟、操作简单、产品品种多、生产成本低、应用范围广，是生产PVC树脂的主要方法，目前世界上90%的PVC树脂都是由悬浮聚合法生产的[5]。
由于PVC具有耐腐蚀、自熄阻燃、耐磨、电绝缘性好、强度较高等特点，目前被广泛应用于农业、化工、建筑、食品等行业。PVC制品有硬制品、软制品和PVC糊塑料之分，例如硬制品有：硬PVC板材可用于地板、天花板以及室内彩色装饰板等，PVC管材用于轻化工业防腐蚀管道及城乡供排水系统、煤气输送管道等，异型材广泛用于楼房的门窗、楼梯扶手、地板条等；PVC软制品可以大量替代橡胶用作电线电缆的绝缘层，薄膜在包装行业上用作各种包装袋、在农业上可用于蔬菜大棚膜、在防雨材料上可用于雨衣等，其中无毒薄膜被广泛用于食品包装及医疗用的输液袋等；PVC糊塑料广泛应用于钢板涂层、密封胶、人造革、浸渍成型手套等。
目前PVC产业在全世界发展迅速，前景广阔，PVC正以其优越、独特的性能向世人证明其作用和地位是目前任何其它产品都无法取代的。　　　
1.2 PVC管材发展现状及前景
PVC管材在众多PVC制品中，呈快速增长之势，同时也是各种塑料管材中消费量最大的品种。我国PVC管材经过近几年的宣传推广，特别是国家有关政策的支持，PVC管材生产和应用取得了很大的进展，PVC管材产量已占塑料管材总产量的50%以上，广泛应用于建筑、工业、农业等许多行业。
PVC管材与金属管材相比，按生产每立方米PVC管材和生产每立方米钢和铝管材计算，钢管的能耗为316KJ/m³，铝管的能耗是619KJ/m³，而PVC管的能耗仅为70KJ/m³，即生产钢管的能耗是生产PVC管能耗的4.5倍，生产铝管的能耗是生产PVC管能耗的8.8倍。而PVC管材的加工能耗也仅为同口径金属管材的三分之一。
PVC管材具有很好的力学性能，又具备极好的耐腐蚀性，使用过程中重量轻，安装方便，不需要维护，而使用钢铁管材作为公用工程的下水管道，在使用过程中由于易腐蚀，必须经常涂敷涂料，维护费用高。一般建筑及公用工程用金属管道20年左右就更换，而作用加工良好的PVC管道，使用寿命长达50年。因此，PVC管材是一种生产成本低、强度高，耐腐蚀的良好塑料制品。一般来讲，在排污、废水和通风管道方面，使用PVC管道比使用铸铁管节约安装和劳务费用约16%-37%；作导线管比使用金属导线套管节约费用30-33%；在冷热水方面，比使用相同尺寸的铜管节约费用为23-44%。因此，由于PVC管材的优势，各国均在积极发展和推广PVC管材。
自八十年代以来，我国先后引进不同型号的PVC管材生产线上千条，涌现出象大连实德、浙江永高、上海汤臣等较大的PVC管材生产厂家。目前，我国PVC管材生产厂有600余家，总生产能力110万吨/年以上，生产规模在1万吨/年以上的厂家有30多家，规模在0.5-1万吨/年的厂家也有60余家，而且PVC管材的生产设备基本上实现了国产化，可也不需从国外进口。
近年来，我国PVC管材市场尽管有了迅猛发展，但与发达国家相比，仍存在很大差距。国内大城市建筑和公用工程方面PVC管材应用已有了很大发展，但在中小城市及乡镇，PVC管材应用比例仍很低，人们的第一选择仍往往是金属管材，因此在这些地方加快市场宣传开拓力度是十分必要的，是潜在的更为巨大的PVC材市场，措施到位将会大大增加我国PVC管材应用量。
农用PVC管材也是一个巨大市场，我国是个农业大国，传统的土渠灌溉不利农作物高产和农业现代化。全国农村实行管溉取代土渠灌溉，不仅能大大提高产量，节约用地，而且水节约率可达到50%左右，这对于缺水大国来说是十分重要的。而且根据测算，管灌7000万亩土地，可相当于土渠灌溉节约耕地3860万亩，国有7亿亩土地以上，全部实行管灌效益十分巨大。目前全国还没有一个全部实行管灌的县，因此PVC管材在农村农田的应用潜力十分巨大，值得大力推广[6]。
在世界PVC的市场应用中，以PVC建材市场为最大，且增加速度也最快。近年来美国PVC建材制品一直占其制品总量的60%，西欧为62%，日本为50%，我国比例不到30%，所以我国的上升空间很大。在PVC建材制品中，又以管材和异型材为主，PVC管材主要包括：建筑上下水管，农用灌溉管，电工套管、气体输送管，原油输送管等。
1.3 PVC电工套管
PVC电工套管全称“建筑用绝缘电工套管”，执行标准：JG /T3050-1998。通俗地讲是一种白色的硬质PVC胶管，防腐蚀、防漏电、阻燃、可冷弯等性能，穿电线用的管子。
PVC电工套管具有质轻、阻燃、抗冲击、耐低温、可冷弯、耐腐蚀、施工方便、成本低等特点，可在-15℃下施工，在-25℃下使用不脆化[1]。可用于工矿企业、宾馆饭店、文化娱乐场所、居民住宅楼等电线的安装，不仅用在内墙也可用于外墙装饰，并可替代镀锌钢管用在混凝土构件中，不仅节约钢材用量和工程的造价，而且在耐腐蚀和使用寿命等方面均优于镀锌钢管，可以看出PVC电工套管是镀锌钢管的理想替代品。
　　西方发达国家从50年代起开始用塑料管取代镀锌钢管的应用研究 ,经不断改进 ,目前性能优异的PVC电工套管已在建筑、工业、农业等行业得到广泛应用，普及率在90%以上[2]。而我国在60年代开始进行试验性开发应用，先后经历了硬塑料管、半硬塑料管及引进的螺纹塑料管等几个阶段，进展缓慢，因性能不突出或安装不便而未得到普及，而PVC电工套管一经上市就得到了广泛应用。PVC电工套管不仅在性能上优于镀锌钢管 ,而且在成本上只有镀锌钢管的1/2[3]，目前使用PVC电工套管代替镀锌钢管势在必行。
目前，建筑电气工程设计和施工中，电工套管大多为PVC电工套管和KBG镀锌钢管。随着PVC材料技术的发展，PVC电工套管以轻质、阻燃、绝缘性好、安装便捷、卫生、无污染、价格低廉、使用寿命长等特点，逐渐广泛地应用在电气工程中，随着我国经济的高速发展，PVC电工套管市场广阔，潜力巨大。
第二章 产品配方的设计
产品及要求： 年产量2300吨 规格 Φ40×2.2mm（执行标准：JG/T3050-1998）
2.1 配方设计思路及原则
2.1.1 配方设计思路
配方设计是确定产品所用原料以及其加入量的过程。对于塑料制品来说最重要的就是它的配方，要设计出一个好的塑料配方就要按照一定的设计思路来慢慢探索。
配方的设计思路[7]：
（1）确定制品的使用性能和用途；
（2）原材料的选择；
（3）结合制品的外观造型设计及成型方法的选择等因素，进行配方的初步设计，这是确定的配方有多种；
（4）结合工艺设计、结构设计和模具设计，进行样品试制和性能测试；
（5）在对测试结果进行详细分析后，进行配方的再设计和再试验；
（6）最后在综合考虑各方面因素后，确定最终配方。
2.1.2 配方设计原则
一个好的塑料配方设计除了应满足制品使用性能的要求外，还应考虑到成型工艺等设计的要求、产品成本限制、客户的特殊要求等方面。
配方的设计原则：
（1）满足制品性能要求；
（2）满足成型工艺条件等其他设计的要求；
（3）在其他条件得到满足的情况下，尽可能地降低成本；
（4）要充分考虑客户的特殊要求，如产品使用地的气候季节性变化大不大，是否需要对材料进行耐候性能的改性，产品的重金属含量有无要求等。
2.2 PVC树脂的选取
PVC树脂外观为白色粉末，无毒、无臭。相对密度1.35-1.46g/cm³，折射率1.544，不溶于水、汽油、酒精和氯乙烯，溶于丙酮、二氯乙烷、二甲苯等溶剂，化学稳定性很高，具有良好的可塑性。除少数有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50-60%的硝酸以及20%以下的烧碱；PVC在火焰上能燃烧并放出HCL，但离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质；PVC在100℃以上开始分解并缓慢放出HCL，随着温度上升，分解与释放HCL速度加快，致使PVC变色，因此，生产过程中应加入稳定剂[9]。
PVC树脂由于其优越的性能在各个领域中应用十分广泛。硬质PVC管材的树脂应选用聚合度较低的SG-5型PVC树脂。与其他树脂相同聚合度越高其物理机械性能越好，但树脂的流动性就相应的越差，不利于加工，而硬质的PVC管材中最好不要加入增塑剂[22]，所以在一般情况下选择粘度较低的SG-5型树脂。同时硬质PVC管材如果采用疏松型树脂，则可增加挤压过程中的摩擦热，容易使物料均匀，制品质量也相应的提高。
2.3 塑料助剂
2.3.1 稳定剂
能防止或抑制高分子材料由光、热、氧、霉菌等引起的老化作用的助剂称为稳定剂。它可以减慢化学反应，保持化学平衡，降低表面张力，防止光、热分解或氧化分解等作用。化学稳定剂来源非常广泛，可以灵活的使用任何化学物以达到产品品质稳定的目的[23]。通俗的说是指保持高聚物塑料、橡胶、合成纤维等稳定，防止其分解、老化的试剂。
纯的PVC树脂对热极为敏感，当加热温度达到100℃以上时，就会发生轻微的热分解反应，当温度升高到120℃后分解反应加剧，到达150℃时，反应10分钟，PVC树脂就由原来的白色逐步变为黄色→红色→棕色→黑色。PVC树脂分解过程是由于脱HCL反应引起的一系列连锁反应，最后导致大分子链断裂。防止PVC热分解的热稳定机理是通过如下几方面来实现的：
（1） 通过捕捉PVC热分解产生的HCL，防止HCL的催化降解作用；
（2）置换活泼的烯丙基氯原子；
（3） 与自由基反应，终止自由基的反应；
（4） 与共轭双键加成作用，抑制共轭链的增长；
（5） 分解过氧化物，减少自由基的数目；　
（6）有机锡和亚磷酸脂按此机理作用。
2.3.2 润滑剂
润滑剂的作用是在塑料加工中改善树脂的流动性和制品的脱模性，防止在机内或模具内因粘着而产生缺陷。润滑剂一般加在物料中或涂于模具型腔表面。常用润滑剂有脂肪酸及其盐类，长链脂肪烃。
根据润滑剂作用的机理不同可分为外润滑剂和内润滑剂。
（1）外润滑剂：这种润滑剂与模塑用树脂的相容性较差，因此常用在成型加工机械或模具上，它与树脂之间形成一润滑层，便于树脂流动和制品脱模，如石蜡。
（2） 内润滑剂：此类润滑剂与树脂的相容性好，常掺入树脂之中，降低树脂的熔体粘度，改善其流动性。如硬脂酸丁酯、硬脂酸铅等。硬脂酸盐类既是良好的润滑剂，同时又是有效的稳定剂。
2.3.3 改性剂
PVC改性剂分为抗冲击改性剂和加工改性剂。
一、抗冲击改性剂
某些聚合物之所以在常温下显出脆性，这主要是由聚合物本身结构所决定的。聚合物的脆性主要和它的分子链柔性有关，分子链越柔，则其脆性越小，反之脆性越大。所有影响高分子链柔性的因素，如主链结构、取代基、聚合度、交联程度等均能影响聚合物的脆性。
为改善材料的韧性，主要的途径有以下三种：
（1）在聚合物结构中引入橡胶组分，如在苯乙烯的本体聚合中引入丁二烯组分可以制备高抗冲聚苯乙烯（HIPS），这种在反应釜中进行就地改性技术适合于大规模的生产；
（2）在聚合物骨架中引入玻璃化温度较低的单体，如双酚A聚碳酸酯（PC）的生产；
（3）通过后改性的方法将某种具有增韧改性效果的配合物与高分子材料进行共混，从而提高高分子材料冲击性能。这类配合物称为抗冲击改性剂，这类助剂主要用于聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料中。
抗冲击改性剂根据结构划分可分为：弹性材料类（NBR、CPE、EVA、EPDM等）、核壳多层聚合物类（MBS、ABS、ACR等）等。
二、加工改性剂
加工改性剂主要是为了改善聚氯乙烯，尤其是硬质聚氯乙烯的成型加工性能，在改善加工性能的同时，在一定程度上对复合材料的冲击韧性也有提高，而抗冲击改性剂在提高冲击强度的同时，对成型加工性能也有一定的改善，因此加工改性剂与抗冲击改性剂并无严格的界限，只有相对的意义。
加工改性剂的主要作用有：
（1）防止对热金属的粘附；
（2）增强热稳定性；
（3）延长高温时间和高剪切速率下的流动时间；
（4）减少结垢；
（5）改善熔体的均匀性 ；
（6）增加耐热强度和热伸长率。
目前已工业化的加工改性剂主要是高分子化合物，尤其是丙烯酸酯类共聚物。例如： 甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸乙酯共聚物（简称MMA-EA体系）、甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸丁酯/丙烯酸乙酯/甲基丙烯酸乙酯共聚物（简称MMA/BMA/EA/EMA体系）、甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸乙酯/丙烯腈共聚物（简称MMA/EA/AN体系）等。
2.3.4 填充剂
能降低成本并或提高制品某些性能而添加到高分子材料基质中的固体物质称为填充剂，又称填料、填充物。通常不含水，中性，不与物料组分起不良作用的有机物、无机物、金属或非金属粉末均可用作填充剂。
填充剂的基本要求：
（1）本身化学性质稳定，相对纯度高，杂质含量低；
（2）颜色尽量为白色或浅色，不含铁等易加热变黄的杂质；　　
（3）不对塑料制品的理化性能指标产生严重损害；　　
（4）容易分散和混合，粒度适当；　　
（5）吸油值相对较低，对加工性无大影响；　　
（6）有合适的晶型结构；　　
（7）有较低的莫氏硬度；　　
（8）与树脂相比有相对便宜的价格。
表2.1 填充剂的主要用途和适用范围
主要用途
品种
改善强度
硅胶、硅粉、玻璃微珠、炭黑、干式碳酸钙
降低线膨胀系数
玻璃微珠、石英粉
提高导电性能
铜、铝、炭黑、石墨
改善耐候性能
炭黑、氧化锌
增加润滑性
二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯
提高表面光泽
湿式碳酸钙、滑石粉、铝
改善声学性能
木粉、铝粉、玻璃微珠
增加黏度
炭黑、硅微粉、滑石粉、硅胶
降低成本
碳酸钙、硅微粉、木粉、炭黑等

2.3.5 着色剂
能够赋予塑料制品颜色，使其从色彩上能够满足人们需求的一种助剂称为着色剂。
用于塑料的着色剂较多，按其形态可分为：
（1） 粉状着色剂将着色剂研成细粉后，不加处理，直接用于着色，这种着色剂成本低，但分散性较差，易造成飞散污染和配料不准；
（2） 糊或膏状着色剂把着色剂分散在增塑剂等挥发性有机液体中，制成糊或膏状物，分散性好，无飞散污染，但需多次研磨；
（3） 浓缩母料将着色剂以高浓度分散在聚合物中，经研磨成粒状物后，再用于着色，分散好，但使用时仍有飞尘污染等；
（4） 粒状着色剂制成粒状物，将着色剂分散在聚合物中，经混炼制成粒状物，质量好，无飞散，使用方便，但增加工序和塑料受热。
2.4 配方的确定
根据笨设计管材的特点及用途，确定配方如下[8]：

表2.2 配方设计
原料名称
用量/份
PVC（SG-5）
100
三盐
5
二盐
2
Pb(St)2
0.5
Ba(St)2
0.4
石蜡
0.7
CPE
12
ACR
2
轻质CaCO3
8
TiO2
2

三盐即三盐基硫酸铅，用作聚氯乙烯的热稳定剂。适用于不透明的聚氯乙烯硬质管、板、注射成型制品，亦用于人造革制品。由于其性能优良，被广泛用于聚氯乙烯电绝缘材料，还可用着涂料的颜色，具有对光稳定、不变色的优点。
二盐即二盐基亚磷酸铅，与三盐作为复合稳定剂用作PVC的热稳定剂。主要用于不透明硬质和软质制品，特别是室外用电缆、建筑用板材、瓦楞板、管材等。
Pb(St)2即硬脂酸铅，此配方中作为润滑剂、稳定剂。
Ba(St)2即硬脂酸钡，此配方中作为润滑剂、稳定剂。主要用于透明薄膜，薄片及人造革、硬质管件等，该品压析性差，用量过大时会产生离析结垢现象。
石蜡，此配方中作为润滑剂，能够增加管材表面光泽度。
CPE即氯化聚乙烯，在此配方中作为抗冲击改性剂、阻燃剂，赋予制品良好的抗冲击性能以及阻燃性能。
ACR即具有核—壳结构的丙烯酸酯类共聚物，在此配方中作为加工改性剂、抗冲击改性剂，使制品具有优良的抗冲击性、低温韧性、加工性，且性能与价格比适中，可明显改善PVC熔体流动性、热变形性, 促进塑化、制品表面光洁美观。
轻质CaCO3,在此配方中作为填充剂，对制品尺寸的稳定性有很大作用，能提高制品的硬度，还可以提高制品的表面光泽和表面平整性。
TiO2即二氧化钛，在此配方中作为着色剂。
第三章 生产方法与工艺流程
3.1 生产方法
硬质PVC管材的生产方法有很多种，其中，以挤出成型生产效率最高，而且产品质量均匀、操作简单、便于投产，一台挤出机生产不同的制品，所以本设计选用挤出成型的生产方法。
挤出成型生产方法设备可采用单螺杆挤出机或双螺杆挤出机，本设计采用单螺杆挤出机进行生产。
单螺杆挤出机挤出工艺是连续性的，所以生产效率较高，可大规模投产。在挤出过程中，物料从加入料斗开始到最终产品，一般都需经过加料、熔融、成型、定型四个阶段。四段过程都对产品的性能有一定的影响，但影响最大的是塑化阶段，塑化的均匀与快慢，是影响产品质量与产量的关键。生产时物料有料斗加入，通过螺杆的转动进入料筒中熔融塑化，然后又机头挤出冷却定型得到产品。
单螺杆挤出机由传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头、口模等组成，根据物料在螺杆上运转的情况可将螺杆分为三段[10]：
（1） 加料段：自物料入口向前延伸的一段距离，物料在加料段依然处于固体状态，加料段的作用是将物料由料斗传送到压缩段；
（2） 压缩段：物料在这段逐渐由粒状固体压实并软化为连续的熔体；
（3）计量段：也称均化段，其作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量、定压由机头和口模的流道挤出。
3.2 工艺流程设计
一般挤出管材工艺流程：
物料→称量→高混→冷混→挤出造粒→挤出成型→冷却定径→冷却装置→牵引装置→切割装置→托架→检验→成品包装[11]
整个流程主要分为两个工段：造粒工段、挤出工段。
3.2.1 造粒工段流程设计
本设计造粒流程为：
物料（PVC树脂+助剂）→称量→高混→冷混→挤出造粒→至挤出车间
造粒工段首先称量PVC树脂及助剂，然后将物料加入储罐内（PVC树脂采用风送）；使用时向下放出物料，再次称量后加入高混机内混合，混合后将物料加入冷混机继续进一步混合；混合完全后加入挤出机料斗进行造粒、切粒，最后得到所需的粒料。
3.2.2 挤出工段流程设计
本设计挤出流程为：
粒料→挤出成型→冷却定径→冷却装置→牵引装置→切割装置→托架→检验→成品包装
挤出工段首先将粒料加入挤出机料斗，物料由挤出机熔融塑化后再由机头挤出；从机头挤出的管材温度较高，容易变形，为获取光洁度高、尺寸正确的管材所以要立即进行冷却定径，然后管材进过冷却装置进行进一步冷却；管材的牵引速度不宜过快（0.2-2m/min）[12]，选取合适的牵引速度是挤出稳定；当管材到达指定规格长度后由切割装置将其切断；然后进行检验，合格后包装。
第四章 物料衡算
4.1 物料衡算的方法及意义
进入物料衡算阶段就意味着设计工作从定性设计阶段进入到定量设计阶段。通过物料衡算来确定生产过程中的物料和物料转变的定量关系。
在一个生产过程中，进入的物料量等于排出的物料量与生产过程中损失的物料量之和，其表达式为：
ΣF=ΣD+W
式中：F—进料量；
D—出料量与损失量；
W—累计量。
对于稳态连续过程，进料量总和等于出料量总和，即W为零，此时：
ΣF=ΣD
以上两式适用于总物料计算，在没有化学反应时也可用于任一组分的计算。
物料平衡是质量守恒定律的具体表现形式。物料衡算内容是对每股物料进行分析和定量计算，以确定它们的用量、组成和相互间多的比例关系，并且确定它们在物理变化或化学变化过程中相互转移或相互转化的定量关系[13]。
物料衡算是紧密配合生产工艺流程设计进行的，有着非常重要的指导意义。通过物料衡算，在已知产品生产任务的前提下，计算出所需的各种原料量、副产品以及三废的排放量；或在已知原料量的前提下，计算出产品、副产品量以及三废的排放量。另外，在计算出原料消耗定额的情况下，作出能量衡算，计算出动力消耗量、消耗定额，进一步计算出生产过程所需的热量，为设备选型及确定套数、台数提供理论依据。
4.2 物料衡算
本设计的任务是年产2300吨可冷弯阻燃PVC电线套管（Ф40×2.2mm 执行标准：JG/T3050-1998）车间设计，其工艺流程主要包括造粒工艺流程和挤出工艺流程。物料的物理形态变化为：粉料→粒料→产品。
4.2.1 计算基准的确定
年工作日的确定（年工作小时）：
（1） 年工作时间： 365-11（法定节假日）=354天=8496小时
（2） 设备大修： 24天/年=576小时
（3） 特殊情况停车： 16天/年=384小时
（4） 机头清理 换过滤网： 1次/6天 8小时/次
[354-(24+16)]×1/6×8=419小时=18天
（5） 实际开车时间： 365-11-24-16-18=296天=7104小时
（6） 设备利用系数： K=实际开车时间/年工作时间=7104/8496=0.83
4.2.2 物料衡算
1. 挤出成型工段
（1）挤出成型工段物料损耗率：如表4.1所示。

表4.1 挤出成型工段物料损耗率
工 序
自然损耗
扫地
下脚料
一次成品
百分率%
0.1
0.4
5.5
94

（2）物料衡算
半成品粒料需求量： 2300/0.94=2446.81吨
自然损耗量： 2446.81×0.1%=2.44吨
扫地料： 2446.81×0.4%=9.79吨
下脚料： 2446.81×5.5%=134.57吨
下脚料回收破碎量： 134.57×（1-5%）=127.84吨
粒料中需加入回收料量： 2446.81×5%=122.34吨
回收率： 122.34/127.84=95.70%
（3）挤出成型工段物料平衡表：如表4.2所示。

表4.2 挤出成型工段物料平衡表
工 序
输入物料量
自然损耗量
扫地量
下脚料
成品
物料量（吨）
2446.81
2.44
9.79
134.57
2300

2. 造粒工段
（1） 确定各岗位物料损失率：如表4.3所示。

表4.3 塑化造粒工段物料损耗系数表
工 序
筛选输送
高混
冷混
挤出造粒
粒料风送
自然
扫地

自然
扫地
损耗率%
0.2
0.3
0.1
0.1
0.2
0.3
0.2
合计损耗率%
0.5
0.1
0.1
0.5
0.2
总损失%
1.4

（2） 物料平衡计算
进入本工序的物料量=出料量/（1-本工序的损失）
在半成品粒料中包括加入5%的回收料，则生产半成品量：
2446.81×（1-5%）=2324.47吨
进入风送的物料量：
2324.47/（1-0.2%）=2329.13吨
进入挤出造粒的物料量：
2329.13/（1-0.5%）=2340.83吨
进入冷混机的物料量：
2340.83/（1-0.1%）=2343.17吨
进入高混机的物料量：
2343.17/（1-0.1%）=2345.52吨
进入筛选输送的物料量：
2345.52/（1-0.5%）=2357.31吨
（3） 塑化造粒工段物料平衡表：如表4.4所示。

表4.4 塑化造粒工段物料平衡表

工 序
输入
输出
物料（吨）
回收（吨）
小计（吨）
物料（吨）
损失（吨）
小计（吨）
筛选
输送
2357.31
0
2357.31
2345.52
11.79
2357.31
高速