3000tPCABS共混料生产车间课程设计资料.pdf
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1、课程设计 3000t/ 年 PC/ABS 共混料生产线的设计 班别: 学号: 姓名: 1 摘要 介绍了 PC/ABS共混料的市场前景 , PC/ABS 作为世界上销售量最大的商业化聚合物合 金。本设计详细阐述了PC/ABS 共混料的性能和共混的方法。 PC/ABS共混造粒生产线的工 艺并不复杂,选择普遍使用的双螺杆挤出造粒的成型方法生产PC/ABS共混粒料,通过配 方筛选、物料衡算、设备选型、工艺参数控制等过程对整个工艺流程作了较为详尽的阐 述。并从降低成本、提高性能、应用前景等各方面考虑设计了较为合理的PC/ABS共混生 产配方和留有发展潜力的生产设备,计算其生产车间所需的各种生产设备和总投
2、资成本, 绘制出工艺流程图和生产车间设备平面布置图。 关键词 :PC/ABS;共混造粒;性能;生产线;工艺设计;设备选型 2 一、市场前景 PC/ABS 是一种通过混炼后合成的改性工程塑料。其中,PC就是聚碳酸脂, ABS就是 丙烯腈( A)、丁二烯( B)和苯乙烯(S)的共聚物。PC/ABS 具有 PC和 ABS两者的综 合特性。二者的比率将影响PC/ABS 材料的热稳定性。 PC/ABS这种混合材料还显示了优异 的流动特性。收缩率在0.5%左右。这种改性塑料比单纯的PC和 ABS性能更好,例如: 抗冲击性提高,耐热性提高,硬度提高等等。 PC/ABS 树脂是高抗冲击、 无定形聚碳酸酯 (P
3、C) ,与丙烯睛 - 丁二烯 - 苯乙烯三元共 聚物 (ABS) 的共混物。CYCOLOY 可以被定制, 来满足特殊的性能要求, 以获得性能、 成本、 可加工性的最佳平衡,用于汽车车身壁板和仪表板、计算机外壳和移动电话。这种合金 共混物具有以下特点:低温延性、优异的抗冲击、耐高温性和卓越的美感。 PC/ABS 作为世界上销售量最大的商业化聚合物合金,近几年都以10%左右的需求速 度增长。 PC/ABS较之 PC提高了流动性,改善了加工性能,减少了制品对应力的敏感性, 因而广泛应用于汽车内饰,外饰,车灯等高强度,高耐热零件。随着人们环保意识的提 高,汽车行业 ELV等环保可回收法规的相继出台,原
4、材料厂商也不断提供新的解决方案。 作为工程塑料行业的领先者适时的推出了新一代PC/ABS 合金系列材料, 它主要包括了耐 水解稳定性的 PC/ABS ,用于免喷涂内饰的超低光泽PC/ABS ,耐化学品优异不易被油漆等 侵蚀的耐化学溶剂PC/ABS 等系列产品。 综上所述, PC/ABS 共混料的市场前景良好,适合在工业上合理地大规模生产。 二、 PC/ABS共混料生产线的设计简介 1.配方: 2.工艺 成分质量百分比成分说明 ABS 60% PC 35% ABS-g-MMA 10% 相容剂 PE-g-MAH 10% 增韧剂 抗氧化剂1% 抗氧剂 3 配料混合挤出冷却切粒筛分包装 PC/ABS
5、共混料用双螺杆挤出机挤出造粒, 其中喂料区5070 (70) 、 区1 230 250(250)、区 2 250260(260)、区 3 250270(265)、区 4 250 270(265)、区 5 250 270(265)、喷嘴250270(270)。 括号内的温度建议作为基本设定值,行程利用率为 35和 65,模件流长与壁厚之比为 50:1 到 100:1。熔料温度260270、料筒恒温200。 注射压力 80150MPa(8001500bar )。为了使制品的内应力最小化,保压压力 应该尽可能设置低,背压只要510MPa (50100bar ),避免产生摩擦热。注射速度 为中等注射速
6、度,将摩擦热降至最小。对有些制品建议采用从慢到快。 螺杆转速为最大螺杆转速折合线速度为4.0m/s 。计量行程为 (1.03.0)D,因为熔 料对过热和在料筒内残留时间过长很敏感。残留时间不应超过6min,在热流道中的滞留 时间也应尽可能小。残料量25mm,取决于计量行程和螺杆直径。预烘干在80温 度下烘干 4h。 标准螺杆直径为 50mm ;对大直径螺杆,采用低压缩和短计量段几何尺寸。止逆环, 直通喷嘴。 以上为可参考工艺,具体可行的生产工艺要按实际情况作调整。 3.工艺流程叙述 图 1.1 pc/abs共混造粒工艺流程图 三、设备选型 牵引辅机 pc/abs 原料及助剂 低速搅拌混合高速搅
7、拌混合挤出成型 冷却定型切粒筛分产品检验 包装入库 4 根据要求要符合 3000 吨/ 年的 PC/ABS共混料造粒生产线的条件,从必需的年产量、 生产能力、等各方面进行考虑,本设计选择南京跃新机械设备有限公司SHJ-75型的同向 平行双螺杆挤出机作为挤出设备最为合理。 表 1.1 SHJ系列高扭矩、高转速同向平行双螺杆挤出机组参数表 表1.2 SHJ 系列同向平行双螺杆挤出机典型物料作业能力一览表 A、SHJ-75水冷拉条造粒机组配置 : 1、SHJ-75双螺杆计量喂料机一台,电动机功率:110 kw。 5 2、喂料电机为交流电机,主喂料电机功率:1.5KW 。 3、调速系统采用英威腾变频器
8、调速。 4、螺杆为双头螺杆,减速箱速比:17:1。 5、 电机与减速机采用直联式,喂料体中带卧式搅拌器,喂料平稳均匀,不架桥。 6、 喂料体与料斗均为流线型,下料顺畅,清理方便。 7、齿轮减速箱 (1) 减速比: 3:1 (2)输出轴转速: MAX500RPM (3)输入轴转速: MAX 1500RPM (4) 主机传动箱减速与扭矩分配部分合为一体,采用平行三轴式设计,结构紧凑。减 速、扭矩分配及两根输出轴径向轴承均使用NSK轴承。 8、润滑油冷却系统 1 ) 油泵电机 0.55KW 2 ) 润滑油型号:上海海牌6402 中负荷齿轮油,型号85W/90GL-4 3 ) 冷凝器型号: SL-30
9、5 4 ) 润滑油泵型号: NB-B6 9、真空脱气装置 1)SK-0.4 水环真空泵,淄博联谊真空泵厂 2)驱动电机: 1.5KW交流 3)最大吸气量: 62m 3/h 6 4)工作液量: 0.2 m 3/h 5)真空管道镀铬处理 10、软水循环系统 1)机筒内采用软水冷却 2)软水箱与机体整体,便于清洗和维修 3)荷兰进口乔克电磁阀 4)水管采用紫铜镀铬处理。 5)冷却形式:水冷 6)冷却泵: 0.55KW 11、联锁控制系统 1)油润滑系统与主机联锁,既启动油泵后,才能启动主机。 2)喂料系统与主机联锁,即启动主机后,才能启动喂料机。 3)压力系统与主机联锁,即过压时,主机及喂料均停止工
10、作。 4)电流与主机联锁,即过电流时,主机及喂料均停止工作。 12、换网系统 液压板式换网,液压站电机功率1.5KW 13、水冷拉条机头及辅机系统 1)机头为水冷拉条冷切机头,口模条孔数11-4 1 套 1) 4 米不锈钢水槽 1 台 2)吹干机 1.5KW 1 台 3) 300 型切粒机( 4KW ) 1 台 7 14、电气控制系统 1) 3X380V ,交流 50Hz. 2) 主要电器控制元件为正泰产品 3) 主电机为交流电机, 110KW 4) 喂料机调速装置为英威腾变频调速器 5) 日本 RKC 公司智能型温控仪表 6) 压力表量程为 050Mpa 7) 电磁阀采用荷兰乔克电磁阀 8)
11、 加热由温控表通过固态继电器控制,采用耐高温导线 9) 电器控制柜控制包括:温控系统;驱动系统;联锁联控系统 B、辅机机组组成: 共混造粒挤出辅机一般由拉丝冷却水槽、牵引辊、切粒机、干燥器、振动筛等组 (1)拉丝冷却水槽 水槽从下游进冷却水,上游出水,一条水槽只需一台水泵作为动力带动水循环。 (2)牵引辊 牵引辊不需要动力,只起导向作用,靠切粒机拉动丝条向前运动。 (3)切粒机 本设计选择余姚市绿岛橡塑机械设备有限公司FPB-200型切粒机。该机型性能优越, 结构合理,外型美观大方 , 全不锈钢制造外加消音罩降低噪音。整机封闭性好,不漏料。 机器运转平稳,噪音低,部件拆卸方便, 维修率低,产量
12、高。 32 片硬质合金滚刀,具有超 强的耐磨性。进口聚氨酯材质的牵引辊,拉力强,耐磨性高,拉料稳定。加强型双滚珠 进口轴承,使用寿命长。增强尼龙从动齿轮,低噪音,高耐磨,无须润滑。本机型适用 于各类工程塑料的冷拉条式切粒。 表 1.2 用于共混造粒的切粒机主要参数 8 (4)振动筛 本设计选用新乡市人从众振动机械厂的3DZSF520 型直线振动筛。 直线振动筛利用振 动电机激振作为振动源,使物料在筛网上被抛起,同时向前作直线运动,物料从给料机 均匀地进入筛分机的进料口,通过多层筛网产生数种规格的筛上物、筛下物、分别从各 自的出口排出。具有耗能低、产量高、结构简单、易维修、全封闭结构,无粉尘溢散
13、, 自动排料,更适合于流水线作业。 表 1.3 部分可用于共混造粒的振动筛主要参数 型号 筛面尺 寸(mm ) 筛 面 层 数 网孔 尺寸 (目 /in ) 处理 量 (t/h ) 振次 Min 双振 幅 (mm ) 电机 功率 (kw) 振动 方向 角 (o) 外型尺寸 ( 长 宽高 )(mm ) 3DZSF52 0 50020 00 3 2 200 0.03 5 1450 46 20. 4 45 219580610 50 四、工艺计算 4.1 物料衡算 4.1.1 计算基准 年工作日的确定(年工作小时) (1)年工作日 365-7(法定假日) =358天 (2)设备大修 25天/ 年=60
14、0小时 (3)特殊情况停车 15天/ 年=360小时 9 (4)机头清洗换过滤网 1 次/6 天 8 小时/ 次 358天- (25 天+15天) 1/6 次/ 天8 小时/ 次=424小时 (5)实际开车时间 365天-7 天-25 天-15 天-177 天=300.3 天300天 300天24=7200小时 设备利用系数 : K=实际开车时间 / 年工作时间 =7200/8592=0.84 4.1.2 物料衡算 (1)混合工段 确定各岗位物料损失率 经过经验数据 , 由于工人操作不慎以及设备残留等因素, 使物料有一定的损失 , 首先。 列表如下: 表 2.1 捏合工段物料损耗系数一览表 工
15、序 筛选输送 低速混合高速混合输送 自然扫地 损耗率 % 0.2 0.3 0.1 0.1 0.2 合计损耗率 % 0.5 0.1 0.1 0.2 总损耗 % 0.9 物料平衡计算 进入本工序的物料量 =出料量 / (1-本工序的损失率) 进入输送的物料量 : 950 * /(1-0.2%)=951.9kg * 半成品混合料 1 吨其中有加入回收料5%,则 1000(1-5%)=950kg 进入高速混合的物料量 : 951.9kg/(1-0.1%)=952.9kg 进入低速混合的物料量 : 952.9kg/(1-0.1%)=953.9kg 进入筛选输送的物料量 : 953.9kg/(1-0.5%
16、)=958.7kg 混合工段物料平衡表 10 表 2.2 混合工段物料平衡表 工序 输入输出 物料 kg 回收 kg 小计 kg 物料 kg 损失 kg 小计 kg 筛选输送958.7 958.7 953.9 4.8 958.7 低速混合953.9 953.9 952.9 1.0 953.9 高速混合952.9 952.9 951.9 1.0 952.9 输送951.9 951.9 950 1.9 951.9 半成品950 50 1000 1000 1000 合计1000 1000 (2) 挤出造粒工段物料衡算 挤出造粒工段损耗率 : 表 2.3 挤出造粒工段损耗率 工序自然损耗扫地下脚料一次
17、成品 百分率 % 0.1 0.4 5.5 94 物料平衡计算 : 混合料需求量 : (3000吨/ 年)/94%=3191 吨/ 年 自然损耗占 : 31910.1%=3.19 吨 扫地料占 : 31910.4%=12.76吨 下脚料占 : 31915.5%=175.51吨 下脚料回收破碎量 : 175.51(1-5%)=166.73 吨 混合料中需加放的回收料量:319150/1000=159.55 吨 回收率 : 159.55/166.73100%=95.7% 挤出造粒工段物料平衡表: 表 2.4 挤出成型工段物料平衡表 工序物料输送自然损耗量扫地料下脚料成品 物料量 T 3191 3.1
18、9 12.76 175.51 3000 11 4、物料中各组分的需要量 表 2.5 物料中各组分的需要量 原料名称 配 料 份 数 百分率 (%) 每吨产品消耗 定额 (kg) 3000 吨产品消耗原材料 每年消耗 量(t) 每天消耗 量 (t) 每小时消 耗量 (kg) ABS 60 60 600 1800 6 250 PC 35 35 350 1050 3.5 145.83 ABS-g-MMA 10 10 100 300 1 41.67 PE-g-MAH 10 10 100 300 1 41.67 抗氧化剂1 1 10 30 0.1 4.17 (4) 根据衡算 , 计算出实际每年需求量及日
19、需要量和每小时需要量 根据物料衡算 , 混合料年需要量为3191 吨, 计算出每年需要配好的粉料量为3219.72 吨, 即 3191(1+0.9%)=3219.72t 考虑到回收 , 则新料量 =总物料量 - 回收量 =3219.72-159.55 =3060.17t 4.2.1电能 查得 SHJ-75 平行双螺杆挤出机的生产能力330550kg/h, 而实际选择的此型号挤出 机的生产能力为 300600 则需生产线条数 : 3191/(7200 0.45)=0.98 则选择一条生产线满足生产要求。电机功率110kW,耗电量: 11072001=792000 kW/h (1)破碎机 一条生产
20、线全年需要破碎下脚料为175.51 吨, 只需一台破碎机,选用SWP-210型破 碎机, 破碎量力 80-120kg/h, 功率为 4kW,则全年的使用时间为 : (175.511000)/120=1462.58h 12 消耗功率 : 1462.584=5850.32 kW h (2)混合机组 因为车间共有一条生产线, 生产线连续生产 , 需要一台混合机组 . 选用 SHRL-200/500 型高速加热 / 冷却混合机组。 热混机 : 有效容积 150L, 混合时间 10min, 则一次最大混合量: 1501.3=195kg (( (31911000)/195)10)/60=2727.4h 一
21、台混合设备的消耗功率 : 2727.4421=114550.8kW/h 冷混机 : 每锅使用时间 :8min 总使用时间 : (( (31911000)/195 )8)/60=2181.9h 则一台设备总消耗功率 : 2181.9111=24000.9 kW/h (3)切粒机 选用 HX-200,生产能力 300500kg/h ,功率 5 kW。 一条生产线需一台切粒机,耗电量: 572001=36000 kW/h (4) 振动筛 选用 3DZSF520, 生产能力 0.03 5t/h ,功率 20.4kW。 一条生产线需一台振动筛,耗电量: 20.472001=5760 kW/h (5) 照
22、明设备 车间照明设备 15 盏, 功率 0.4kW使用时间取最大值5000 小时, 则耗电量为 : 0.4 155000=30000kW/h (6)冷水机耗电量 选用冷机功率为 33.2kW根据年使用时间 7200h,则总的耗电量为: 720033.2 1=239040kW/h 13 (7) 冷却水泵 选用冷却水泵功率为 :2kW,年总使用时间与生产线时间相同,则消耗功率为: 272001=14400kWh 因此,车间的总的年耗电量: 表 2.7 耗电量综合计算表 设备名称数量 / 台功率 /Kw 年使用时间 /h 年耗电量 /kWh 粉碎机1 4 1462.58 5850.32 高速混合机1
23、 42 2727.4 114550.8 低速混合机1 11 2181.9 24000.9 挤出机1 110 7200 792000 切粒机1 5 7200 36000 振动筛1 2 0.4 7200 5760 冷水机1 33.2 7200 239040 冷却水泵1 2 7200 14400 照明设备15 0.4 5000 30000 合计1158502.02 取损耗系数为 90%,取实际耗电量为 : 1158502.02/90%=1287224.467kWh 4.2.2 冷却水 根据设备的技术参数 : 混合机组 :5m 3/h 造粒生产线 :4m 3/h 年总耗水量 : 52181.9+720
24、04=39709.5m 3 考虑到到一定的损耗量,取系数:冷却水1.10, 则实际为: 39709.51.10=43680.45m 3 4.2.3 耗气量 冷混合机组 :0.4m 3/min 总耗气量 : 14 (2727.4+2181.9) 0.4 60=117823.2m 3 考虑到到一定的损耗量,压缩空气1.20。 则实际耗气量: 117823.21.20=141387.84m 3 将能量消耗统计如下表 : 表 2.8 能量消耗综合表 序号名称单位每吨产品消 耗定额 消耗量 每时每天每年 1 电能kW/h 429.07 178.78 4290.75 1287224.467 2 冷却水m
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