【文章內容簡介】 ............................................................................................ 42 附錄 1. .......................................................................................................................... 43 致 謝 ............................................................................................錯誤 !未定義書簽。 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 1 第一篇 設計說明書 第 1 章 緒論 概述 聚丙烯管材的簡單介紹 聚丙烯是聚烯烴類塑料中的一個重要熱塑性塑料品種之一。它是丙烯的高分子量聚合物，由 C、 H 兩元素構成。其縮寫代號為 PP。 聚丙烯樹脂是當今五大塑料品種中發(fā)展最快的一種。由于其原料來源方便，價格比較便宜，性能優(yōu)良，用途廣泛，所以，對聚丙烯的應用，每年在以 10%左右的速度增加發(fā)展。 聚丙烯 (PP) 屬于熱塑性樹脂，是通用大品種塑料，產量大，具有較好的使用和加工性能。用作復合材料基體的聚丙烯一般為有規(guī)立構半晶結構體，熔點 176℃，具有抗拉強度較高，硬度大，耐磨性、電絕緣性、耐熱性和耐化學腐蝕性好，相對密度低等優(yōu)點。 其主要缺點是耐低溫性差、易脆化、靜電性高、染色性差。 根據共聚方式及乙烯單體的含量不同， PPC 可分為均聚聚丙烯 PPH(Ⅰ ) 型，嵌段共聚聚丙烯 PPB(Ⅱ ) 型和無規(guī)共聚聚丙烯 PPR(Ⅲ ) 型三種。 PP H 管材是化工、石油等工業(yè)管道的首選，其抗沖擊性能最好，在同等壁厚管材中抗壓強度最高，加工成型容易，適合生產大口徑管材，通過添加石墨可抵抗紫外線照射供室外使用，抗化學腐蝕性能最強。 PPB 管材的低溫脆性最好，在 10℃及 10℃以下使用時，綜合性能優(yōu)于 PPR，無低溫脆化現(xiàn)象，抗化學腐蝕性僅次于 PPH，可替代 PPH 用于化工領域，目前被廣泛用于自來水和低溫熱水領域或環(huán)境溫度相對較低的給水管。 PPR 管材的中溫及高溫性能最好，在中溫及中溫以上區(qū)域使用壽命較長，抗壓強度較高，管材柔韌性最好，工程安裝容易，聯(lián)接處熔接性能好，檢修方便，被廣泛用于自來水、熱水及暖通領域。 55℃及 55℃以上熱水管道首選 PP R 管。 [1] PP R 管材的性能特點與優(yōu)勢 PP R 管材是國際環(huán)保節(jié)能管材，與其它管材相比，具有如下特點 : ( 1) 重量輕、比強度高。 PP R 管材的密度為 ~ ，僅為鍍鋅鋼管的八分之一，耐壓力試驗強度達 5Mpa 以上。 由于重量輕，可大大降低運輸費用 2 和安裝的施工強度。 ( 2) 衛(wèi)生、無毒。 PP R 管不會出現(xiàn)象鍍鋅鋼管內壁結垢、生銹的問題，因此不會對水質造成“二次污染”。 PPR 屬聚烯烴材料，基本成份為碳和氫，無毒無害，符合食品衛(wèi)生規(guī)定。 ( 3) 保溫性好、節(jié)能。 PPR 管的導熱系數(shù)小， 20℃時的導熱系數(shù)為 ~ ℃，僅為鍍鋅管的 1/200，這樣在輸送熱水時將大大減少熱量損失，起到了保溫和節(jié)能的作用。另外， PP R 管的生產能耗僅為鋼 管的 20%[4] 。 (4) 流體阻力小。 PPR 管的磨擦系數(shù)僅為 ，遠遠低于金屬管道。另外，其化學穩(wěn)定性好，可耐 PH 值范圍在 1~ 14 的高濃度酸和堿的腐蝕，其內壁光滑，永不生銹、不結垢，因此流體阻力不會因管道使用時間的延長而增大。 ( 5) 防振、隔音。 PPR 管具有優(yōu)異的隔音性能，可大大減小由流體流動引起的振動和噪音。 (6) 耐熱性好。 PPR 管的長期使用溫度可達 100 ℃ ，短期使用溫度可達 120℃[2] PPR 管材的應用 (1) PPR 國外情況 國外 PPR 管道主要應用于建筑物冷熱水系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)。歐洲建筑冷熱水系統(tǒng)中使用 PPR 管道較為普遍，已逐步上升為主導產品。例如 :意大利在 1996 年在冷熱水系統(tǒng)中各類塑料管道的應用量分別為 PPR:30Mm。 PEX:17m。 PB： 3Mm。 PEXALPEX:3Mm。國外 PPR 管道在應用中較注重產品的配套及施工技，除了管材、管件品種規(guī)格較齊全外 ，還配套供應 PPR 水嘴、閥門及安裝施工用緊固件、割刀及熔接工具等，使客戶能購 到適用的產品及施工所需的零配件和工具。 (2)PPR 國內情況 國內 PPR 管材已有較長的生產歷史，一般采用均聚 PP 或經共混改性的 PP 為原料，經單螺桿擠出機擠出成型。 PP 管用于建筑冷熱水系統(tǒng)較少，沒有相應的產品標準和產品應用技術規(guī)程。近幾年，受塑料管材大力推廣的熱潮，國內 PPR 管材的主要應用領域：出現(xiàn)了 PPR 管材。自 1997 年上海從國外引進 PPR 生產技術與設備投入生產以來，上海市已在 100 萬 2m 建筑面積住宅冷熱水系統(tǒng)、 純凈水、 飲用水系統(tǒng)上進行 試點應用，取得了較好效果并且在應用的基礎上編制了《 建筑給水聚丙烯 (PPR)管道工程技術規(guī)程》 作為上海市地方標準正式頒布實施。 [3] 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 3 PPR 管材的主要應用領域： [4] （ 1） 公共及民用建筑工業(yè)中，用于輸送冷熱水。 （ 2） 工業(yè)建筑和設施中的日常用水，油或腐蝕性液體的輸送。 （ 3） 城鄉(xiāng)人、蓄飲水工程及農業(yè)灌溉。 （ 4） 由于對鹽水的耐腐蝕性，用于海邊設施中的給養(yǎng)管道。 （ 5） 用于空調系統(tǒng)。 （ 6） 用于運輸工具內部管道。 設計依據 （ 1） 《 吉林 化工學院畢業(yè)設計（論文）基本要求及規(guī)范》。 （ 2）吉林化工學院頒發(fā)的《吉林化工學院畢業(yè)設計（論文）說明書》。 （ 3） 李國廳、陳煥章、黃文煥等編著的《化工設計概論》。 設計原則 本次設計課題為年產 5000 噸 PPR 管材的生產設計。本次設計內容包括管材性能介紹，工藝設計計算，成型擠出工藝流程，廠房車間布置以及最后利潤的計算。設計過程中涉及到的各種類型選擇首先應遵循國家法律法規(guī)，做到安全環(huán)保，無毒害，其次應從最低生產成本，資源最大化選擇。同時要理論聯(lián)合實際，從最新的市場行情出發(fā)，融會貫通，充分利用各種方式 節(jié)約能源以保證生產的順利進行。 設計范圍 本次設計任務為年產 5000 噸 PPR 管材的生產設計，本次設計包括對 PPR管材原料的了解，簡介、配方設計、工藝計算（物料衡算和設備選型）、車間廠房設計、公用工程設計、能量衡算（工業(yè)用水和用電）、人員安排、經濟預算等詳細的設計。關于生產原料的特性做了詳細敘述，包括與國外的原料在性能上的對比。 首先確定工藝流程，根據產量從后向前進行物料衡算，然后根據所得數(shù)據進行設備選型。本次 PPR 管材的成型設計涉及到混料、擠出、真空定徑、冷卻、牽引、切割、檢驗、成品。廢棄 的下腳料涉及到回收再利用問題，這里的工藝流程為破碎、造粒、干燥等。 本設計為塑料廠的初級設計，車間廠房設計包括生產車間、原料間、倉庫、配電室、破碎室、模具室、辦公室等行政管理類用地等等，由于本次設計重點是從工藝流程出發(fā)，因此具體的廠房設計應該在實際生產中逐步完善。 4 廠址的選擇 塑料廠的廠址選擇工作，一般由建廠主管部門組織勘察設計單位，地方政府有關部門和有關的協(xié)作單位共同進行。在進行廠址選擇工作中，應處理好以下幾個問題： [5] （ 1） 廠址應選擇力爭靠近主要原料基 地。 （ 2） 廠址要有良好的交通運輸條件。 （ 3） 廠址必須有足夠的面積。 （ 4） 廠址附近要有足夠的水源。 （ 5） 廠址附近要有可供接地的輸電線路。 （ 6） 廠址要有較好的地形和工程地質。 （ 7） 廠址要有足夠的抗洪能力。 （ 8） 工廠應力求減少對環(huán)境的污染。 針對以上幾個原則，本次設計將廠址確定在吉林省吉林市江北開發(fā)區(qū)。 吉林市是中國唯一一個與省重名的城市。位于吉林省中部。是國務院認定的較大的市，具有地方立法權，準副省級市，是中國 32 個特大城市之一 。吉林市又稱為北國江城，毗鄰松花江畔，依山傍水，風景優(yōu)美， 位于吉林省中部偏東，東北腹地長白山脈，長白山向松嫩平原 過渡地帶的松花江畔，地理位置介于東經125176。40′~127176。56′，北緯 42176。31′~44176。40′。東接延邊朝鮮族自治州，西臨長春市、四平市，北與黑龍江省哈爾濱市接壤，南與白山市、通化市、遼源市毗鄰。 吉林市位于長白山區(qū)向松遼平原過渡地帶，自然環(huán)境優(yōu)越，地貌類型復雜，有 “遠迎長白，近繞松花 ”之勢。由于不同時期的大地構造運動，以及江河的侵蝕、剝蝕和堆積形成的流水地貌，地勢由東南向西北逐漸降低，形成中山山區(qū) —低山丘陵區(qū) —峽谷湖泊區(qū) —河谷平原區(qū)四大地貌景觀 。 源于長白山天池的松花江，自東南而西北斜貫整個吉林地區(qū)，曲折 流經 400 多公里。除此之外，轄區(qū)內流域面積 20 平方公里以上、流長 10 公里以上的干支河流 374 條，河網配置和發(fā)育良好，僅松花湖面積就達 550 平方公里。地表水資源 165 億立方米，地下水資源 7 億立方米。白山、豐滿、紅石三大水電站均在市轄區(qū)之內，使吉林市成為全國少有的水豐電足的城市。 并且在中石油吉林石化的帶領下，吉林市已經成為化工行業(yè)較發(fā)達地區(qū)。近年來，國家重點號召振興東北老工業(yè)基地，吉林市已經成為國內外重視的對象。 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 5 原料及成品的技術指標 原料技術指標 表 11 PPR 專用料主要的技術指標 [6] 項目 指標 測試方法 密度 / 3( / )g cm ISO/R 1183 熔融指數(shù) / ( /10min)g ISO 113 熔點 /℃ ISO 314619 維卡軟化溫度 /℃ ISO 306 斷裂伸長率 /% 800 ISO/R 527 彎曲強度 / Mpa 21 ISO/R 527 彎曲模量 / Mpa 874 ISO 178 彈性 模量 / Mpa 800 ISO 178 刻痕硬度 / Mpa 40 ISO 2039 抗拉強度 / Mpa 40 ISO/R 527 剪切彈性模量 /Mpa（ 20℃） 370 1SO 537 抗沖擊 / 2( / )kJ m 無斷裂 ISO 179 簡支梁缺口沖擊強度 / 2( / )kJ m 23 ISO 179/1A 0℃ ISO 179/1A 20℃ ISO 179/1A 懸臂梁缺口沖擊強度 / 2( / )kJ m 23℃ ISO 179/1A 0℃ ISO 179/1A 20℃ ISO 179/1A 線膨脹系數(shù) /(L/K) VAD 0304 洛氏硬度 50 ISO 20392 比熱 / [ /( )]J g K? (20℃ ) 2 DSC 導熱系數(shù) / [ / ( )]W m k? （ 20℃） DIN 52612 產品技術指標 PPR 管材通過國家標準測定，主要物理力學性能見表 12[7] 6 表 12 PPR 管材物理力學性能 項目 指標 實驗方法 實驗溫度： 135 2C?? 縱向收縮率 實驗時間 2% 壁厚 8mm? 時為 1 8mm? 壁厚 16mm? 為 2 壁厚 16mm 時為 4 擺錘沖擊試驗 實驗溫度 02C?? 時測破損率 10% GB 1043 實驗溫度： 20C? 實驗時間： 1h 環(huán)應力： 實驗溫度： 95C? 液 實驗時間： 22h 壓 環(huán)應力： 無滲漏 GB 6111 實 實驗溫度： 95C? 無破損 驗 實驗時間： 165h 環(huán)應力： 實驗溫度： 95C? 實驗時間： 1000h 環(huán)應力： 對于不同尺寸的 PPR 管材，有著不同的偏差，具體見下表 13 表 13 PPR 管材規(guī)格尺寸及偏差（單位 :mm） 公稱 外徑 允許 偏差 基本 允許 尺寸 偏差 壁厚 Mpa 基本 允許 尺寸 偏差 Mpa 基本 允許 尺寸 偏差 16 20 25 32 40 50 63 1 75 90 110 10 化工與材料工程學院畢業(yè)設計 7 生產車間管理制度 安全防火制度 （ 1）加強安全防火制度，定期對工人進行安全防火教育，上級領導定期考察。 （ 2）車間內禁止明火，工人吸煙應到指定場所，工作期間穿統(tǒng)一制服。 （ 3）對于安全生產實行獎罰制度，違背車間安全管理制度者一經發(fā)現(xiàn)。根據情