年产5万吨s5φ20xx520mmpe-rt地暖管挤出生产工艺设计

年产5万吨s5φ20xx520mmpe-rt地暖管挤出生产工艺设计内容摘要：

制备技术的攻关，不断优化聚合反应工艺，最终生产出性能优越的 PERT专用料，打破国外石化企业的垄断局面。 第 2 章 挤出成型工艺概述及 PERT 地暖管挤出生产技术 挤出成型是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用 ,边受热塑化 ,边被螺杆向前推送 ,连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的 一种加工方法。 [3] 挤出成型工艺概述 挤出成型工艺原理 挤出成型原理主要是研究物料在螺杆式挤出机中的塑化挤出过程、状态变化及运动规律的工程原理，如物料在螺槽内速度、压力、温度分布规律；螺杆的输送能力、塑化能力及功率消耗等。 [4] 挤出过程的主要工艺参数 挤出制品的质量和生产效率是同原料配方、挤出成型设备及挤出工艺条件等密不可分的，实际生产中需要根据原料的挤出成型工艺性和挤出成型设备结构 (主要是螺杆结构、模头结构 )特点，合理调整挤出工艺参数。 挤出工艺参数主要有机筒温度、 口模、螺杆转速、挤出速率和牵引速率等。 [5,6] PERT 成型工艺参数设置见表 21 表 21 PERT 成型工艺参数设置 机筒温度℃ 模头温度℃ 水温℃ 机头压力MPa Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 170 175 180 185 182 182 181 181 181 200 挤出成型工艺过程及条件 图 21 PERT 管挤出工艺流程简图 PERT 原料加工温度在 180210℃之间产量最高，在高速挤出时如果温度较 低，塑化不好，管材外观不光滑无亮度或出现熔体破碎；温度太高时，出口料坯太软，管材表而容易出现小痕纹，因此控制温度上下波动范围 5℃左右，相差太大时管材的薄厚和性能都会发生变化。 [7]（见图纸二） PERT 地暖管挤出生产技术 PERT 管材原料及配方 此管原料即 PERT，是一种采用特殊的分子设计和合成工艺生产的一种中密度聚乙烯，它采用乙烯和辛烯共聚的方法，通过控制侧链的数量和分布得到独特的分子结构，来提高 PE 管的耐热性。 由于辛烯短支链的存在使 PE 的大分子不能结晶在一个片状晶 体中，而是贯穿在几个晶体中，形成了晶体之间的联结，它保留了 PE 管的良好的柔韧性，高热传导性和惰性，同时使之耐压性更好。 [8] 原料主要采用美国陶氏化学和韩国 SK 化学公司生产的产品。 [9]其主要物理性能见表 21 表 21 美国 Dow lex 2344E 性能指标 测试方法 性能指标 MFR（ 190℃、 ）／ g（ 10min） ﹣ 1 ISO1133 MFR（ 190℃、 5Kg）／ g（ 10min） ﹣ 1 ISO1133 密度／ g cm﹣ 1 ASTM D792 维卡软化点 ／℃ ASTM D1525 122 热传导系数（ 60℃）／ W（ m K） ﹣ 1 DIN526121 热膨胀系数 [（ 20 ~70）℃ ] ／ K DIN53752A 10﹣ 4 邵氏 D 硬度 ISO868 53 拉伸屈服强度／ MPa ISO5272 拉伸屈服伸长率／％ ISO5272 13 拉伸断裂强度／ MPa ISO5272 34 断裂伸长率／％ ISO5272 ＞ 800 弯曲模量／ MPa ISO178 550 弹性模数 ISO5272 580 ESCR（ 50℃）／ KJ m﹣ 2 ISO180 ＞ 8760 由于耐热聚乙烯具有 优良的耐温 、 隔热 、 抗化学耐腐蚀 、 恢复形状记忆 、 抗振动 、 耐冲击 等性能，所以一般不再添加各种添加剂 ,只需要 采用美国陶氏化学和韩国 SK 化学公司生产原料即可。 PERT 管材挤出设备 因为地暖管材是盘管，通常 200300 米一捆，若中间管材有偏差不被发现，就会存在质量隐患。 PERT 管材的生产要求把原料良好的性能“复制”到管材上，并且希望实现连续快速地挤出，以达到生产出优质产品和较好经济效益的目的，要求必须拥有先进的设备及控 制仪器高精确度，因此主机的设计极其重要，否则产量和质量都将难以达到指定要求。 生产线主机通常采用Φ 45 螺杆，产量可达 250kg/h,稳定生产速度达 1525m/min以上，以上设计力求从技术与经济角度将各过程完美的组合，以期达到最佳性能和性价比。 由于 PERT 熔体粘度较大，故挤出机采用高扭矩输出，进口推力轴承，齿轮为特殊合金特经殊热处理而成，降低了噪音和热损耗；挤出操作采用先进的控制系统，保证 PERT 的稳定、安全、高速挤出。 在 PERT 管材加工过程中，在原料熔融，管坯成型，冷却定径等过程中，若控制不佳，会 由于原料分解、分子链取向或冷却过程中结晶造成管材力学性能下降。 原料的塑化和管坯的冷却定径是控制挤出质量的关键。 对挤出设备而言，应满足以下几点要求： [10~12] ⑴使熔体具有优良均匀的性能，在管坯成型过程中保证聚合物分子链不沿纵向取向。 ⑵采用低熔体温度，最大程度减少原料在熔融和塑化过程中分解。 ⑶实现均匀冷却，减少管材内应力。 螺杆机筒设计 根据 PERT 管材原料的特点，要求螺杆长径比相对较大，通常设计为25:1，采用单螺杆，加料段机筒采用了独立衬套结构，冷却介质冷却，内表面轴向开槽，这些结构设计有助于提高加料段输送效率；螺杆机筒材料选用优质的合金，对表面进行特殊处理。 机筒螺杆要保证很高的精度，如果精度较差，根据时温等效原理，在不光滑的地方如果有滞留物粘附，时间久了等于是大大提高温度，连续生产时间长了就会有降解或者分解物出现，管材表面会出现间断性的小黑点，从而影响产品质量。 高效定径冷却系统 PERT 管道的生产线同一般聚烯烃管道 生产线基木构成一样，主要区别在于部分冷却定径结构不同。 由于 PERT 熔体粘度大，为了使管坯顺利的进入定径套，一般在定径套前增设一个预冷环。 另外，由于 PERT 的热焓较大，为了加快冷却速率，可采用套管式和碟片式组合冷却定型装置。 定径套的结构、加工精度及冷却方式对加工 PERT 管材的质量极其重要。 碟片水环定径套可在短时间内生产薄壁管，但由于物料进入定径套时温度比较高，粘度比较大，采用传统水膜式定径套在长时间的生产中，将会造成管材外表逐渐粗糙甚至是拉断，所以， PERT 管的生产，拟采用水帘碟片式定径套，在管材进 入定径套前对其进行预冷却，另外，也要防止物料粘附在定径套入口，造成阻塞。 PERT 材料热焓值比较大，尤其是高速造管时，为了满足较快的挤出速度需配置较长的定径冷却长度。 冷却长度的配置目的是为了满足 15m/min 以上的线速度生产Φ 20 地暖管的管材时所需要的冷却量。 [13~16] 第 3 章 物料衡算与能量衡算 对生产工艺进行物料衡算和能量衡算，以确定生产过程中所需的物料量和能量，并为设备选型以及工程经济概算提供条件。 物料衡算 塑料车间设计的最终目的是投入原料生产出塑料制品 ， 而 投入的原料和得到的产品 ， 就要考虑到物料的计算了。 所谓物料衡算就是已知产品规格和产量的前提下算出所需原辅料量 ， 废品量及消耗量。 同时 ， 还可拟定出原料消耗定额 ， 并在此基础上做能量平衡计算。 [17] 计算基准的选取 年工作日的选取（年工作小时） 365－ 10（法定节假日）＝ 355 天＝ 8520h 25 天／年＝ 600h／年 15 天／年＝ 360h／年 换过滤网 1 次／ 6 天 8h／次 [355 天－﹙ 25 天＋ 15 天﹚ ] 1／ 6 次／天 8h／次＝ 420h 365 天－ 10 天－ 25 天－ 15 天－ 天＝ 天 8520h－ 600h－ 360h－ 420h＝ 7140h k＝实际开车时间／年工作时间＝ 7140／ 8520＝ 物料衡算过程 31 表 31 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／％ 94 输出物料量： 50000／ ＝ 自然损耗量： ％＝ 扫地料： ％＝ 下脚料： ％＝ 下脚料回收破碎量： ﹙ 1－ 5％﹚＝ 颗粒中需加回收料量﹙总量的 5％﹚： 5％＝ 回收率： ／ 100％＝ ％ 32 表 32 挤出成型工段物料平衡表 工序 物料量／ t 输出物料量。