每年聚甲醛共混造粒生产线的设计定稿(DOC 48页)

摘要摘要POM是当今五大工程塑料之一，具有广阔的市场前景。本设计对POM的市场需求和用途进行了较全面的，并详细阐述了POM的性能和共混改性的。POM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POM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POM造粒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资成本，绘制出工艺流程图和生产车间设备平面布置图，对实际投资建设POM造粒生产车间的各个方面具有积极的指导作用。关键词：POM；共混造粒；改性；性能；生产线；工艺设计AbstractPOMistodayoneofthefivemajorengineeringplastics,ithasbroadmarketprospects.ThedesignonthemarketdemandanduseofPOMforamorecomprehensiveanalysis,anddetailtheperformanceofthePOMandtheblendmodifiedapproach.POMblendgranulationproductionlineprocessisnotcomplicated,selectthewidespreaduseofthetwin-screwextrusiongranulationmethodofproducingmoldingPOMaggregates,throughformulaselection,materialbalance,equipmentselection,processparameterscontrolthewholeprocessprocessmademoreindetail.Fromlowercosts,improveperformance,prospectsandotheraspectstoconsideramorerationaldesignofPOMgranulationformulationandleftpotentialproductionequipment,Calculateallthenecessaryworkshopequipmentandtotalinvestmentcosts,Drawaflowchartandworkshopequipment,floorplan,POMactualinvestmentandconstructionworkshopinallaspectsofgranulationpositiveguidance.Keywords:POM；granulationblend；modified；performance；productionline；processdesign目录TOC\o"1-3"\h\z\u摘要IAbstractII第一章概述11.1聚甲醛简介11.2聚甲醛的应用和市场现状11.2.1聚甲醛的应用11.2.2聚甲醛的市场现状21.3聚甲醛的结构与性能31.3.1聚甲醛的结构31.3.2聚甲醛的性能31.4聚甲醛的改性71.5聚甲醛共混造粒生产线设计81.5.12500t/aPOM的合金化改性生产线简介81.5.22500t/aPOM的增韧改性生产线简介91.6工艺流程叙述101.6.1成型料的准备101.6.2挤出成型技术111.6.3挤出辅机12第二章工艺计算192.1物料衡算192.1.1计算基准192.1.2物料衡算192.2能量衡算222.2.1电能222.2.2冷却水232.2.3耗气量24第三章设备计算253.1挤出生产线的设备计算253.2混合机组的设备计算253.3筛选设备计算253.4切粒机的计算253.5其它设备计算253.6生产线平面布置图和工艺流程图说明263.6.1生产工艺要求263.6.2设备安转、检修26第四章主要技术经济指标284.1主要经济技术指标284.1.1原料消耗定额284.2原料的技术参数284.2.1POM树脂主要技术指标284.2.2HDPE主要技术指标294.2.3相容剂PE-g-MAH主要技术指标304.2.4TPU主要技术指标304.2.5抗氧剂300主要技术指标314.2.6润滑剂HSt主要技术指标31第五章工艺参数335.1配方335.2工艺控制指标335.2.1混合335.2.2共混造粒335.2.3冷却切粒345.2.4筛分345.3设备参数34第六章生产成本估算386.1固定成本计算386.1.1设备投资成本386.1.2车间定员及人员工资396.1.3车间选址及厂房投资406.2可变成本计算406.2.1原料费用计算406.2.2水电费用计算416.3生产总成本计算416.3.1制造费用416.3.2管理费用426.3.3销售费用426.3.4财务费用436.4利润计算436.4.1销售收入436.4.2税金436.4.3利润446.5主要经济指标44第七章设备一览表46第八章安全防范与环境保护478.1安全方面478.2环保方面47结束语48致谢49参考文献50第一章概述1.1聚甲醛简介聚甲醛（POM）是一种具有优良综合性能的工程塑料，在整个工程塑料行业中，POM的年产量仅次于尼龙和聚碳酸酯，成为当今五大工程塑料之一。聚甲醛学名聚氧亚甲基，英文名称Acetalresin，Polyoxy-methylene，简称POM，是一种高熔点、高密度、高结晶性的热塑性工程塑料。聚甲醛是一种弱极性线型无分支结构的高分子聚合物。POM按其合成方法及分子结构不同，可以分为共聚甲醛和均聚甲醛两种，其化学结构分别为：共聚甲醛：(—CH2O—)n—(—CH2O—CH2—CH2—)m，n＞＞m均聚甲醛：(—CH2O—)n1959年，美国杜邦公司推出商品名为Delrin的均聚甲醛，首先实现工业化生产。1962年，美国Celanese公司推出了名为Celcon的共聚甲醛。随后，德国的Hoechst-Celanese公司在1963年、美国BASF公司在1969年以及宝理公司在1968分别推出了以“Hostaform”、“Ultraform”、“Duracon”为商品名的共聚甲醛。Hoecgst、杜邦公司是世界上最大的聚甲醛生产公司．其生产能力分别占世界的28％和24％。旭化成工业公司于1972年和1987年分别开始生产均聚甲醛和共聚甲醛，商品名为“Tenac”和“TenacC”，它也是唯一能提供第三类聚甲醛，即嵌段共聚甲醛［在含有活泼氢的功能聚合物R(X)mOH存在下聚合制得，以摩擦、磨耗特性见长］的制造商。三菱瓦斯化学公司也于1981年开始了以“Jupital”为名的共聚甲醛的工业化生产。由于聚甲醛的生产技术难度大，使其生产高度集中在少数生产商手中，并且大多由杜邦、Hoechst、Celanese、Po1yplastic等公司掌控。在我国，中国科学院长春应用化学研究所和沈阳化工研究院于1959年开始了均聚甲醛和共聚甲醛研制开发工作。20世纪60年代中期由吉林石井沟联合化工厂和上海溶剂厂、建成共聚甲醛的实验装置。前者采用釜式淤浆聚合，后者采用板框式本体聚合。目前国内也只有这两家生产共聚甲醛，生产工艺大致相同，均采用三聚甲醛路线，吉林石井沟联合化工厂的生产能力为1000吨／年，上海溶剂厂为1700吨／年。但经过30多年的发展，技术水平并没有重大突破，与国外公司比差距较大，表现为装置规模小、物耗能耗高、品级低、牌号少、产品质量不稳定等。1997年云天化集团公司从波兰ZAT公司引进1万吨／年共聚甲醛生产技术，于2000年建成l万吨／年聚甲醛生产装置，现在国内聚甲醛总生产能力达到1．27万吨／年。1.2聚甲醛的应用和市场现状1.2.1聚甲醛材料的应用聚甲醛的综合性能十分优良，在汽车工业、机械制造、精密仪器、电器通信设备、化学工业、结构零件、农用机械、家庭用具等领域都得到了广泛的应用。(1)汽车工业聚甲醛在汽车工业中的应用量最大，可用于替代铜、铝、锌等有色金属制造各种汽车结构件以及传动装置，而且还能取代铸铁件和铜冲压件。用无机填料改性后的聚甲醛所制造的轴承其性能可以与金属轴承相媲美。此外，聚甲醛还可用来制造仪表板、汽油泵、汽化器、油泵罩壳等。在汽车发动机燃料油系统，可用于制造散热器水管阀门、散热器箱盖、冷却液的备用箱、水阀体、燃料油箱盖、水泵叶轮、汽化器壳体、油门踏板等零部件；还可用来制造加热器风扇、控制杆、各式开关、齿轮外壳、轴承支架、调节器手柄、制动器及洗涤泵等部件。用聚甲醛制作的汽车零件具有减少润滑点、耐磨、便于维修、简化结构、提高效率、降低成本、节约铜材等良好效果。例如用聚甲醛代替铜制作汽车上的半轴、行星齿轮垫等，不但节约了铜，而且提高了使用寿命。据报道，日本每台汽车平均要用1.2kg的聚甲醛，汽车工业的消费量占全部POM消费的28％。(2)机械设备由于聚甲醛具有硬度大、耐磨、耐疲劳、冲击强度高、尺寸稳定性好、有自润滑性等特点，大量用于制造各种齿轮、滚轮、轴承、输送带、弹簧、凸轮、螺栓及各种泵体、壳体、叶轮摩擦轴承座等机械设备的结构零件。经玻纤增强的聚甲醛还可作为机械结构材料使用。(3)电子电器聚甲醛的介电损耗小，介电强度和绝缘电阻高，具有耐电弧性等性能，广泛应用于电子电器领域，适于制造电话、收音机、电话机的各种附件以及变换继电器等；还可以制造电扳手外壳、电动羊毛剪外壳、煤钻外壳和开关手柄、电话、无线电、录音机、录像机、电视机、计算机、传真机的零部件、计时器零件、录音机磁带座等。(4)精密仪器在钟表制造、照相机以及其他精密仪器的零件中，聚甲醛已被广泛运用。据报道，瑞士钟表公司已制造除发条和钟摆以外，全部由聚甲醛和聚碳酸酯材料制成的挂钟。(5)其他方面由于聚甲醛具有自润滑性、耐水腐蚀、耐水垢等特点，使其在建筑器材方面可用来制作自来水龙头、窗框、洗漱盆、水箱、门帘滑轮、水表壳体和水管接头等。在农业机械方面，聚甲醛能代替金属材料制作手动喷雾器部件、播种机的连接与联运部件、挤乳机的活动部件、排罐水泵壳、进出水阀座、接头和套管等。随着聚甲醛材料应用领域的不断开拓以及适应市场的新需要。许多新的聚甲醛改性品种不断出现，同时随着生产工艺的改善，成本不断降低，其应用领域必将更加广阔。1.2.2聚甲醛的市场现状世界聚甲醛的生产地主要集中在美国、德国、日本、荷兰等发达国家，这些国家都建有万吨级的聚甲醛生产装置。1989年世界聚甲醛生产能力达到430kt，1995年全世界的总生产能力570kt，1997年为610kt，2000年超过700kt，成为产量仅次于聚酰胺和聚碳酸酯的第三大通用工程塑料。2001年世界聚甲醛生产能力为750kt(其中共聚甲醛占80％左右)，2002年世界聚甲醛生产能力为845kt。到2006年，全球聚甲醛年生产能力达900kt，预计到2010年，全球需求量将达到850kt。聚甲醛的消费量在20世纪90年代中后期快速发展，世界消费量以5％一6％的年增长率递增。亚太地区的聚甲醛消费居世界首位，占33％，欧洲的聚甲醛需求量占世界的30％，2001年世界聚甲醛需求量为650kt，2002年为690kt，预计到2010年，总需求量约为750kt。中国是世界主要的聚甲醛消费市场，我国聚甲醛的主要消费领域如表1-1所示，随着我国电子、家电、汽车、装备制造业的迅速发展，聚甲醛的应用也不断增长。由于我国聚甲醛生产不能满足需求，国内每年都有大量聚甲醛产品进口，截止2006年国内聚甲醛进出口情况见表1-2。表1-1我国聚甲醛消费领域的分布情况消费领域电子、家电轻工机械汽车其他百分比∕%272316925表1-2近年我国聚甲醛进出口数量统计单位：万吨年份1996199719981999200020012002进口量3.95.758.229.0610.8310.913.6出口量0.50.80.750.790.910.990.9杜邦公司和三菱瓦斯化学公司均在中国投资建设万吨级聚甲醛生产厂。2003年初，日本宝理塑料公司、三菱瓦斯化学公司和Ticona公司合作投资1．28亿美元在江苏南通市南递经济开发区建设6kt／年的聚甲醛装置，于2005年初建成投产。1.3聚甲醛的结构与性能1.3.1聚甲醛的结构聚甲醛可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种。均聚甲醛两端均为乙酰基，主链由甲醛单元构成的大分子，其化学结构为：—CH3COO—(CH2O)n—COCH3共聚甲醛主链式以(—CH2O—)链节为主，其间杂以少量(—CH2CH2O—)或(—CH4H8O—)链节，端基为甲氧基醚或羟基乙基醚结构的大分子(如分子量调节剂采用丁缩醛，则相应的端基是丁氧基醚或羟基乙基醚)。1.3.2聚甲醛的性能均聚甲醛分子链的结构对称性高，有序性强，结晶度高；而共聚甲醛因其分子链的结构对称性较差，结晶度较低。因此，均聚甲醛的短期力学性能和物理性能、耐热性能比共聚甲醛好，如较高的拉伸强度、弯曲强度、疲劳强度、冲击强度、刚性、表面硬度及热变形温度等，但耐蠕变性、热老化性差，成型加工温度范围窄。共聚甲醛因其分子链上的(—CH2CH2O—)可以进行脱甲醛反应，所以耐热件比均聚甲醛好，成型加工温度范围较宽，但其结晶度、熔融温度、力学性能等一般比均聚甲醛低。表1BI-3为均聚甲醛和共聚甲醛的性能对比。表1-3均聚甲醛与共聚甲醛的主要性能对比性能均聚甲醛共聚甲醛密度∕（g∕cm3）1.421.41结晶度∕%75~8570~75熔点∕℃175165吸水率（24h）∕%0.200.22拉伸强度∕MPa7161伸长率∕%2560弯曲强度∕MPa10896弯曲弹性模量∕MPa31402550悬臂梁冲击强度∕（J∕m）6863洛式硬度9480热变形温度（1.82MPa）∕℃124110线膨胀系数∕10-5K-18.113长期使用温度∕℃＜90＜100加工温度范围较窄，10℃以内较宽，50℃以内体积电阻率∕Ω•cm1.3×10138×1012介电强度∕（kV∕mm）2017耐电弧性∕s129240成型收缩率∕%1.5~2.52.0~3.0耐酸碱性较差较好(1)力学性能①拉伸强度和刚性聚甲醛的比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属材料较为接近，能在许多领域代替钢、锌、铝、铜及铸铁等金属材料。与之相比，在相同条件下的聚酰胺66的比强度为48MPa，比刚度仅为1100MPa。聚甲醛的拉伸和弯曲弹性模量虽然随着温度的升高有些降低，但在较宽的温度范围内仍然保持着良好的刚性。同时，共聚甲醛的刚性随着温度的变化比均聚甲醛要略大一些。②冲击强度聚甲醛具有良好的冲击强度，特别是耐多次重复冲击。未经过疲劳冲击试验前，ABS和PC比POM的冲击强度高，但经过疲劳冲击后，聚甲醛却比ABS和PC的冲击强度高得多。但是聚甲醛对缺口较敏感，冲击强度在有缺口与无缺口时相比，均要下降90％以上。⑤耐疲劳性聚甲醛是热塑性材料中耐疲劳性最为优越的品种，特别适用于受外力反复作用的齿轮类制品和持续振动下的部件。聚甲醛具有良好的耐疲劳性，经上万次的循环载荷以后，耐疲劳性能依然良好。在交变应力的作用下，即使交变次数达到107，均聚甲醛也有近35MPa的疲劳强度，而聚酰胺、聚碳酸酯经104次交变载荷作用后，疲劳强度仅为28MPa左右。④耐蠕变性聚甲醛的耐蠕变性与聚酰胺等工程塑料相似。在23℃、21MPa负荷下，经过3000h蠕变值仅为2.3％，而且其蠕变值受温度的影响较小，即使在较高温度下仍能保持较低的蠕变值。⑤耐摩擦和耐磨耗性聚甲醛键能大，分子的内聚能高，所以耐磨性好。聚甲醛的摩擦因数和磨损量均很小，而极限PV值又很大，所以适用于长期经受滑动摩擦的部位，自润滑性能极佳，而且没有噪声。其自润滑特性更为无油环境或容易发生早期断油的工作环境下摩擦副材料的选择，提供了独特的价值，聚甲醛作为摩擦副材料的一种较新的选择进入了各个领域。(2)热性能聚甲醛在热水中会产生一定程度的湿热老化，它在热水中的使用寿命比在热空气中要低。聚甲醛的负荷变形温度较高，均聚甲醛与共聚甲醛相比还要高—些。但均聚甲醛的热稳定性比共聚甲醛低，这是由于共聚甲醛的分子链中的(—C—C—O—)链段较(—C—O—)链段稳定。一般均聚甲醛在100℃下使用35周或12l℃下使用3个月后，冲击强度即急剧下降，而共聚甲醛可在114℃下连续使用2000h或在138℃下使用100h，其各种性能也不发生明显的变化。而短时间内的使用温度还可高达160℃。。聚甲醛的耐低温性很好，共聚甲醛的脆化温度达-40℃，可在-40～120℃的范围内长期使用。(3)电性能聚甲醛的电性能良好、介电损耗小、击穿电压高、绝缘电阻也比较高，几乎不受温度和湿度的影响。聚甲醛的介电常数和介电损耗在很宽频率(102～105Hz)和温度(20～100℃)范围内的变化很小，在很高温度下仍能保持良好的耐电弧性。其中均聚POM的耐电弧性也非常好、在强烈电弧电流下所产生的气体自发火点极高、可达到376℃。聚甲醛制品的厚度对其耐电压性有一定影响，厚度越薄，耐电压性越强。(4)化学性能①耐候性聚甲醛的耐候性不理想，光稳定性和热稳定性较差。长期暴露在紫外线辐射之下，其力学性能显著下降，表面也会发生粉化、龟裂等现象。从结构上看，POM是线型聚合物，高度结晶、分子主链为－C－O－键。受紫外线影响，－C－O－键断裂生长自由基，自由基能进一步光解生成甲醛，而甲醛又可以光解形成自由基，这些自由基一旦形成就自动加速，进而迅速影响聚甲醛的整体性能。聚甲醛的光解会在分子链上形成羟基和羰基，而随着羰基浓度的增加，聚甲醛吸收紫外线的能力增强，引发更多的链断裂。因此，聚甲醛如用于室外，应加入适量紫外线吸收剂或抗氧剂，以提高它的耐候性。②耐化学药品性能即使在高温下，聚甲醛对于一般有机溶剂也表现出相当好的耐腐蚀性。由于均聚甲醛与共聚甲醛的结构不同，共聚甲醛的耐腐蚀性表现更突出，它能耐强碱性及碱性去垢剂。但均聚和共聚甲醛的共同缺点是不耐强酸和氧化剂，对于稀酸和弱酸则有一定的抵抗性。通常均聚甲醛在pH值为10以下的碱溶液中使用是安全的。均聚甲醛对农药以及汽油、润滑油类有较好的抗腐蚀性。但若在汽油中添加较多的芳香烃或在润滑油中添加抗氧剂、热稳定剂、清洁剂等，则会大大降低其物理力学性能。(5)加工性能聚甲醛可以用注射、吹塑、压塑等一般热塑性塑料的成型加工方法加工，其中以注射成型最为常用。其成型加工性能主要表现为如下几个方面。①熔点明显聚甲醛具有明显的熔点，当温度未达到熔点，长期受热也不会熔融，而当温度一旦达到熔点，便会立即发生相变化，从固态变为熔融状态。②流变性熔融状态下，聚甲醛的熔体呈非牛顿型流体。聚甲醛的熔体强度对温度的敏感性较小，而对剪切应力的依赖性较大，因而对注塑来说，要增加其流动性，应当主要从增大注射速率、改进模具结构、控制模具温度等来考虑。③结晶度高，体积收缩率大共聚甲醛的结晶度可达70％一75％，均聚甲醛可达75％一80％。当熔体冷却过程中，聚合物从无定形状态转变为结晶态时，会产生较大的体积变化，致使聚甲醛在成型加工时制品容易出现凹孔斑纹，甚至发生变形开裂。为此，在加工厚壁制品时，不仅要控制模具温度以放慢凝固速度，还要进行充分补料。④热稳定性差聚甲醛的热稳定性较差，若成型温度过高，加热时间过长，均会引起分解，逸出强烈刺激眼睛的甲醛气体。同时，甲醛易氧化成甲酸，又进一步加速聚甲醛的分解，使制品产生气泡或变色，甚至有可能引起爆炸事故。因此，必须严格控制成型温度和停留时间，在保证无流动性的前提下，尽量采用较低的成型温度和较短的停留时间。⑤凝固速度快聚甲醛的凝固温度在160℃左右，凝固速度大于熔融速度，温度稍低于溶点时，即生成结晶相而具有一定的表面硬度，所以可以快速脱模，缩短冷却时间。由于凝固速度快，在制品表面易产生缺陷，如折皱、斑纹、熔接痕等，对此应采取相应的措施予以补救，如提高注射速度和模具温度、改进模具结构等。⑥吸水性低聚甲醛的吸水性较低，约0.25％左右，制品成型后的尺寸稳定性好。水分的存在对其性能和成型加工影响不大，因此成型前可不做干燥处理，但当颗粒表面吸附有水分时，从改善制品外观出发，还是应进行预干燥处理。对于成型大面积的薄壁制品，预干燥还兼有改善制品表面光泽的作用。POM综合性能优异可概括为：⑴非常高的力学强度和刚性；⑵优异的耐疲劳特性和耐多次冲击性能；⑶优良的自润滑性和耐磨性；⑷好的尺寸稳定性和耐湿性，吸水率很小；⑸好的电性能，介电损耗极小；⑹广泛的使用温度，可在-40～120℃内长期使用；⑺好的耐化学药品性，对弱酸、弱碱、大部分有机溶剂、农药及油类具有良好的抗腐蚀性。1.4聚甲醛的改性通过以上介绍可以看出，聚甲醛的综合物理机械性能非常优秀，因此被非常广泛地应用于各个生产部门。但是聚甲醛也存在某些性能上的缺陷，如成型收缩率较大，使得制品容易变形；不耐紫外线；熔点不很高，在加工中易受热分解；韧性低，缺口敏感性大；相对密度较大，不透明，不耐酸等。因此，在不少较为苛刻的条件下，仍然满足不了使用要求，这就是不断对其改性的原因。主要通过物理和机械的方法在聚甲醛中加入无机或有机物质，或将不同类高分子聚合物与其进行共混，或用化学方法实现聚甲醛的共聚、接枝、交联，或将上述各种方法联用、并用，以提高其流动性、摩擦磨损性能、刚性、强度、电镀性、介电性、缺口敏感性、提高抗冲击性，以达到使材料的成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或在电、磁、光、热、声、燃烧等方面被赋予独特功能等效果。聚甲醛常用的改性方法如下。(1)化学改性利用接枝、嵌段等手段在POM分子链上引入所需要的链段的方法。在保持聚甲醛其他各项性能均衡的同时，强化或赋予材料特定的某些使用性能。例如用于汽车工业部件的聚甲醛，往往对其耐候性以及耐紫外线稳定性很高，经过改性的材料在600kJ／m2氙灯照射下，颜色改变不超过2δE。(2)物理改性①增韧改性目前国内外POM增韧改性方法主要是共混改性。一般有两种方法，其一是加入弹性体，以提高聚甲醛的韧性，改善其冲击强度。常用的弹性体有EPDM、BR、SBR、TPUR(热塑性聚氨酯橡胶)、丙烯酸酯类弹性体等。其中TPUR是如今公认的最有效的POM的弹性体类抗冲击改性剂。另一种增韧方式则为非弹性体增韧，即选用综合性能优良的韧性或刚性材料与聚甲醛进行掺混，常见的有尼龙或共聚尼龙等。弹性体对于聚甲醛来说并不是最理想的抗冲击改性剂，因为在其加入后，其冲击韧性的提高是以其他力学性能的下降为代价的。所以，人们为了不损害其他力学性能的同时又能提高韧性，采用共混非弹性体的材料具有很好的效果。②增强填充改性填充改性就是在塑料成型加工过程中加入无机填料或有机填料，使塑料制品的原料成本降低达到增量目的，或使塑料制品的性能有明显改变，即在牺牲某些方面性能的同时，使人们所希望的另一些方面的性能得到明显提高。一般使用的是在树脂中添加无机物如玻璃微珠、滑石粉、云母、碳酸钙、玻纤、钛酸钾、碳纤维等来进行增强填充改性，以提高聚合物的强度、刚性和热变形温度，并降低成本。③其他改性主要是针对聚甲醛的耐磨、阻燃、耐候性等性能的改善。POM摩擦系数较大，在许多传导零部件中的应用受到一定限制，国内外采取多种改性方式，开发出POM自润滑复合材料。目前POM自润滑材料开发已成为FOM改性研究方向之一。POM比较易燃烧，国外开发出多种牌号的POM阻燃剂和阻燃POM产品，国内目前在此方面起步较晚。国内研究表明，最适合制备阻燃POM的阻燃剂为三聚氰胺、聚磷酸铵和季戊四醇双磷酸酯三聚氰铵盐等。阻燃POM可以通过挤出造粒工艺生产，其工艺条件与普通POM相同，也可以采用注射、吹塑、模压等成型工艺进行成型。聚甲醛的光稳定性和热稳定性较差，导致材料的力学性能迅速下降，失去使用价值，限制了其在诸多方面的应用，因此改善聚甲醛耐候性具有重要的意义。1.5聚甲醛共混造粒生产线设计1.5.12500t/aPOM的合金化改性生产线简介POM／HDPE共混改性工艺与配方设计(1)配方树脂POM70HDPE30相容剂PE-g-MAH10(2)工艺配料→混合→挤出→冷却→切粒→筛分→包装按配方设计比例称量各种原料，投入高速混合机中混合，在80～100℃下搅拌10～15min,使物料分散均匀，置于螺杆挤出机中共混挤出、冷却、切粒、干燥、成型。挤出机料筒各区段温度分别为后部155～165℃、中部165～175℃、前部175～185℃；螺杆转速200～240r／min。POM合金化的目的是希望得到综合性能优异的工程塑料，PE具有较好的韧性和加工成型性。POM／LDPE共混，可以提高POM的产品的尺寸稳定性、抗冲击强度，可制造刚柔结合的合金材料，用于仪表传动部件和自润滑制品。POM/HDPE合金的特点：①流动性得以改善。在POM加入一定比例的HDPE使其加工流动性有较大提高，改善了POM的加工性能。②密度有所下降。POM/HDPE合金的密度比纯POM小10%左右。③POM/HDPE的耐候性较POM好。POM与HDPE的相容性很差，完全不相容，加入马来酸酐接枝PE作为相容剂，使HDPE颗粒细化，均匀分散在POM基体中，促使POM与HDPE两相的相容性得到明显改善。POM/HDPE共混体系，随相容剂用量的增加，其缺口冲击强度随之上升，超过10％后，共混体系的冲击强度则随之有下降趋势。相关性能：拉伸强度为38～42MPa；缺口冲击强度10～12kJ／m2。1.5.22500t/aPOM的增韧改性生产线简介POM／TPU增韧改性工艺与配方设计(1)配方POM80TPU20相容剂PE-g-MAH10抗氧剂3000.3润滑剂HSt0.4(2)工艺配料→混合→挤出→冷却→切粒→筛分→包装按配方设计份数称混合，投进高速混合机内在80～90℃下搅拌5～10min，使物料分散均匀，在双螺杆挤出机熔融挤出；挤出机L／D比在20～28；螺杆的压缩比(进料口面积与出料口面积之比)为2．5：1～3．5：1；压缩段、均化段都较长，均化段的槽深比一般挤出机螺杆浅一些；挤出机料筒温度控制为：送料段140～160℃，熔融段160～175℃，计量段175～185℃，机头温度175～185℃，口模温度180～185℃；螺杆转速140～180r／min。POM是高密度、高结晶性的线性聚合物，具有耐磨、坚硬、耐疲劳、易加工和制品尺寸稳定等性能。但是POM脆性大，抗冲击性能差，限制了POM制品的应用范围。热塑性弹性体则具有优良的韧性，与POM共混有一定的相容性。为了更好地改善POM／TPU共混体系的界面张力、两相间的黏结力，提高两者的相容性，添加PE-g-MAH相容剂是必要的。增韧POM的特性：弹性体增韧POM的显著特点是使POM的低温韧性得到大幅度提高，选择合适的弹性体用量，可制造出既有一定刚性又具有一定韧性的改性POM,其次是由于弹性体的加入，使得共混体流动性与POM比，有不同程度的下降，在加工过程中可采用适当提高温度或添加润滑剂等办法解决。POM／TPU共混体系的抗冲击强度随TPU量的增加而增大，而拉伸强度、弹性模量及模型收缩率随TPU的增加而下降。相关性能：拉伸强度34.5～35.9MPa；弯曲强度40.3～42.2MPa；弯曲模量1400～1500MPa；断裂伸长率400％～410％；Izod冲击强度172～188J／m。1.6工艺流程叙述POM共混造粒生产线流程基本上如下图所示:图1.1POM共混造粒工艺流程图1.6.1成型料的准备POM共混造粒所用的成型料并不是单一的POM树脂，为了改进粒料的加工性能，改善粒料的使用性能和降低成本，根据生产配方的需要加入不同的助剂，如相容剂、润滑剂、抗氧剂等。所以成型料是以POM树脂为主的混合料（一般称之为干混料）。成型料的准备过程是根据已选定的配方，还原、辅料进行必要的预处理、计量、输送及混合。混合是将原辅料各组分相互分散以获得均匀物料的过程。原辅料相互间混合后的均匀程度将直接影响粒料质量，因此混合是POM共混造粒制造过程中的一个关键环节。(1)原料的预处理由于原辅料在生产和装运过程中可能混入一些机械杂质，为了粒料生产安全，保证产品质量，需要进行过筛和磁吸处理，除去杂质。(2)原辅料的计量按照确定的配方将原辅料精确计量。虽然原料是袋装或桶装，一般有规定的重量，也必须复称。并保证各组分的称量误差应控制在1%以内。(3)原辅料的混合POM共混造粒的原辅料大多是固体粉料（只有少量助剂是液态），因此POM共混造粒成型料是通过物料间对流作用和剪切作用进行混合制备的。目前绝大部分企业都是采用高速混合机将原辅料进行混合，再用低速冷混机将混合好的物料进行冷却。物料混合质量是否达到了预定的要求，即生产中混合过程终点如何判断是混合操作中的重要指标。混合终点的测定，理论上可通过取样进行分析，但在工厂实际生产过程中，混合终点一般是以时间控制的，这个控制时间大多是靠经验而定，因此物料混合的均匀度不大可能十分精确，这就要求配方中采用的各种原辅料密度和细度尽可能很接近。原辅料混合工艺中物料的输送是根据生产规模和设备来布置，可选用风送、螺旋输送器或人工接袋输送等。而本设计是要设计5000吨/年的POM共混造粒生产车间，就规模来说属于中小型车间，物料输送并不会要求时间间隔紧密，因此选用小型的螺旋上料机作为物料输送设备。1.6.2挤出成型技术生产POM粒料的挤出机螺杆设计都有三个区段：加料段（送料段）、熔化段（压缩段）、计量段（均化段）。此三段所起的作用不同。加料段是把料斗来的固体塑料升温到它的软化点，并将它送到熔化段，只是一个升温和输送过程，塑料仍是固体状态。熔化段一般在螺杆中部，塑料在这段中除受热和前移外，同时粒状固体逐渐压实和熔化为连续状的熔体，还将包在料内的空气向送料段排出，塑料在这段是由固态逐渐转化为熔融状态。计量段是螺杆的最后一段，熔体在这段中进一步均匀塑化，并使料流定量、定压由机头流道均匀挤出，所以又称均化段。挤出机螺杆的三个区段（即三段）相对应的组成了三个功能区：固体输送、物料塑化区、熔体输送。要使挤出机的这三个功能区段相吻合，必需选择适当的配方、适当的料筒温度与螺杆温度及适当的螺杆转速。如果工艺条件选择不适当，就会破坏三个功能区的分布，造成产量降低或塑化不良。总之，在挤出机实际生产中，根据配方、螺杆转速及各段控制温度等，已达到塑化和挤出量的最佳效果。根据要求要符合5000吨/年的POM共混造粒生产线的条件，从必需的年产量、生产能力、等各方面进行考虑，本设计选择南京诚盟机械有限公司SHJ-65A型的同向平行双螺杆挤出机作为挤出设备最为合理。表1.5部分可用于共混造粒的双螺杆挤出机主要参数设备型号Model螺杆直径D(mm)螺杆长径比L/D螺杆转速N(r/min)主电机功率P（KW）生产能力Q（kg/h）SHJ－262628～566005.5/7.510～30SHJ－363628～5660015/18.530～80SHJ－505228～5650045/5580～250SHJ－606028～56400/50055150～300SHJ－656228～56400/50055/75200～350SHJ－65A6228～56400/500/60075/90300～4501.6.3挤出辅机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、振动筛等组成。（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）切粒机本设计选择东莞市南城和兴机械厂HX-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1.6用于共混造粒的切粒机主要参数型号产量(kg/h)切粒条数(条)颗粒长度(mm)转刀尺寸*数量电机功率(kw)机器重量(kg)外型尺寸(mm)HX-200300～50020～303ø200*200*32刀5200600*650*1400（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，自动排料，更适合于流水线作业。表1.7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（°）外型尺寸(长×宽×高)（mm）3DZSF520500×200032～2000.03～514504～62×0.4452195×806×1050第二章工艺计算2.1物料衡算2.1.1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=600小时（3）特殊情况停车15天/年=360小时（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-17．7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=0.842.1.2物料衡算（1）混合工段①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序筛选输送高速混合低速混合输送自然扫地损耗率%0.20.30.10.10.2合计损耗率%0.50.10.10.2总损耗%0.9②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]进入低速混合的物料量:951.9kg/(1-0.1%)=952.9kg进入高速混合的物料量:952.9kg/(1-0.1%)=953.9kg进入筛选输送的物料量:953.9kg/(1-0.5%)=958.7kg③混合工段物料平衡表表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958.7958.7953.94.8958.7高速混合953.9953.9952.91.0953.9低速混合952.9952.9951.91.0952.9输送951.9951.99501.9951.9半成品95050100010001000合计10001000(2)挤出造粒工段物料衡算①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成品百分率%0.10.45.594②物料平衡计算:混合料需求量:(5000吨/年)/94%=5319吨/年自然损耗占:5319×0.1%=5.32吨扫地料占:5319×0.4%=21.28吨下脚料占:5319×5.5%=292.55吨下脚料回收破碎量:292.55(1-5%)=277.92吨混合料中需加放的回收料量:5319×50/1000=265.95吨回收率:265.95/292.55×100%=90.9%③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T53195.3221.28292.555000(3)物料中各组分的需要量表2.5物料中各组分的需要量生产线原料名称配料份数百分率(%)每吨产品消耗定额(kg)2500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)POM/HDPEPOM7063.64636.415915.303220.96HDPE3027.27272.7681.82.27394.71PE-g-MAH109.0990.9227.20.75731.54POM/TPUPOM8072.27722.71806.756.02250.83TPU2018.07180.7451.751.5162.92PE-g-MAH109.0390.3225.750.7531.33000.30.272.76.750.020.83HSt0.40.363.69.00.031.25(4)根据衡算,计算出实际每年需求量及日需要量和每小时需要量根据物料衡算,混合料年需要量为5319吨,计算出每年需要配好的粉料量为5366.9吨,即5319×(1+0.9%)=5366.9t考虑到回收,则新料量=总物料量-回收量=5366.9-265.95=5100.95t根据计算结果画出物料衡算流程图:3060.1t/a.图2.1物料衡算流程图表2.6原料消耗综合表生产线原料名称配料份数百分率(%)每吨产品消耗定额(kg)消耗量用途每年(t)每天(t)每时(kg)POM/HDPEPOM7063.64636.415915.303220.96树脂HDPE3027.27272.7681.82.27394.71改性剂PE-g-MAH109.0990.9227.20.75731.54相容剂POM/TPUPOM8072.27722.71806.756.02250.83树脂TPU2018.07180.7451.751.5162.92改性剂PE-g-MAH109.0390.3225.750.7531.3相容剂3000.30.272.76.750.020.83润滑剂HSt0.40.363.69.00.031.25抗氧剂2.2能量衡算2.2.1电能查得SHJ-65A平行双螺杆挤出机的生产能力300～450kg/h,则需生产线条数:5319/(7200×0.45)=1.6，则选择两条生产线满足生产要求。电机功率75kW,耗电量：75×7200×2=1080000kWh（1）破碎机两条生产线全年需要破碎下脚料为292.55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:292.55×1000/120=2437.92h消耗功率:2437.92×4=9751.68kWh（2）混合机组因为车间共有两条生产线,每条生产线连续生产,每条生产线需要一台混合机组.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：150×1.3=195kg5340.07×1000/(195×6)=4564.2h两台混合设备的消耗功率:4564.2×42×2=383392.8kW冷混机:每锅使用时间:8min总使用时间:5334.7/0.195×8/60=3647.7h则两台设备总消耗功率:3647.7×11×2=80249.4kWh（3）切粒机选用HX-200，生产能力300～500kg/h，功率5kW。两条生产线各需一台切粒机，耗电量：5×7200×2=72000kWh(4)振动筛选用3DZSF520,生产能力0.03～5t/h，功率2×0.4kW。两条生产线各需一台振动筛，耗电量：2×0.4×7200×2=11520kWh(5)照明设备车间照明设备30盏,功率0.4kW使用时间取最大值5000小时,则耗电量为:0.4×30×5000=60000kWh（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：7200×33.2×2=478080kWh(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:2×7200×2=28800kWh因此，车间的总的年耗电量:表2.8耗电量综合计算表设备名称数量/台功率/Kw总功率/kW年使用时间/h年耗电量/kWh粉碎机1442437.929751.68高速混合机242844564.2383392.8低速混合机211223647.780249.4挤出机27515072001080000切粒机2510720072000振动筛22×0.41.6720011520冷水机233.266.47200478080冷却水泵224720028800照明设备300.412500060000合计3542203793.88取损耗系数为90%，取实际耗电量为:2203793.88/90%=2448659.87kWh2.2.2冷却水根据设备的技术参数:混合机组:5m3/h造粒生产线:4m3/h年总耗水量:5×3647.7×2+7200×4×2=94077m3考虑到到一定的损耗量，取系数：冷却水1.10,则实际为：94077×1.10=103484.7m32.2.3耗气量冷混合机组:0.4m3/min总耗气量:(4564.2+3647.7)×2×0.4×60=394171.2m3考虑到到一定的损耗量，压缩空气1.20。则实际耗气量：394171.2×1.20=473005.44m3将能量消耗统计如下表:表2.9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kWh593.6412.29893.62968070.872冷却水m320.714.4344.9103484.73气m394.665.71576.68473005.44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，要求设计年产量5000吨聚甲醛共混造粒生产线，生产时间设置为7200小时，则每小时产量为：5319×1000/7200＝738.8kg/h，两条不同配方生产线平均是369.4kg/h。选择的挤出机为SHJ65A同向平行双螺杆挤出机，其生产能力为450kg/h，则所需挤出机台数为：738.8/450=1.6台，实际中取为2台。既能完全符合产量要求，且留有增大产量空间，可减少机器满负荷运转的时段。并且该造粒生产线具有性能稳定，变频调速等多项特点。3.2混合机组的设备计算根据物料衡算，SHRL-200/500型高速加热/冷却型混合机组有效容积为150/320L，用于各种塑料的配料、混合、干燥、着色等工艺。该设备热混具有自摩擦和电加热及蒸汽加热功能，锅盖采用双道密封。冷混亦采用拱形锅盖，具有不易变形的特点。一次最大混合量：150×1.3=195kg。每条生产线配一套混合机组，所以车间共需二台混合机组。3.3筛选设备计算选用3DZSF520振动筛设备,生产能力0.03～5t/h。粒料的小时消耗量:5000×1000/7200=694kg/h所以两条生产线选择两台3DZSF520振动筛设备能满足生产要求。该设备效率高、设计精巧耐用；换网容易，操作简单，清洗方便。杂质粗料自动排除，原料接触部分均用不锈钢制成,可以自动化作业。无机械动作保养简易，可单层或多层使用的特点。3.4切粒机的计算两条生产线的年产量都是2500吨，每小时的产量是369.4千克，本设计选择东莞市南城和兴机械厂HX-200型切粒机，该机生产能力为300～500kg/h，完全满足生产的需要。3.5其它设备计算粉碎机因只在回收粉碎废品时使用，年需破碎量为292.55吨，全年需要破碎下脚料为292.55吨,选用SWP-210型破碎机,破碎量为80-120kg/h,每小时破碎量为50-150kg/h,因此选用小型的SWP210型粉碎机即可满足生产；这些设备两条生产线选用一台就可满足生产要求。根据设备的耗水量技术参数:混合机组:5m3/h；造粒生产线:4m3/h。根据冷水机的技术参数：13.36m3/h,2台设备满足生产条件。同时，根据混合机组耗气量技术参数:0.4m3/min，两条生产线各1台设备满足生产条件。3.6生产线平面布置图和工艺流程图说明3.6.1生产工艺要求车间布置的选择原则有以下几个方面：⑴　车间内总体上要符合国家安全防火与环境保护的规定，各装置的位置应尽量按工艺生产过程的顺序进行布置，尽可能避免物料管道、运输和人行路线相互交叉；⑵　各装置之间的距离要严格按照规定布置；⑶投料装置应靠近原料仓库或运输线，产出成品装置应靠近产品仓库或运输线；⑷　配电设备应尽可能靠近用电量大的装置，以减少电压降和电能损耗；⑸　从发展远期或近期考虑，由生产规划所确定，要考虑预留扩建余地；⑹　经济效果要好，在满足工艺要求的情况下，尽量减少占地面积，充分利用空间，以减少建设总投资费用，降低成本。3.6.2设备安转、检修（1）由于生产设备运动机械多，需要经常进行维护检修甚至更换其设备、机头和模具。因此，在进行车间布置时，必须考虑到设备安装、检修和拆卸的方法。（2）必须考虑设备进出车间。设备运入或搬出次数较多时宜设大门。大门的规格应比设备高0.6～1m，比设备宽0.2～0.5m，若属于一次性搬运，可考虑在安装位置的外墙预留墙洞，待设备安装后再砌封。（3）应有一定的面积和空间供设备检修、拆卸和运送物料用。综上所叙，生产车间平面布置总原则应该是简单实用、顺畅安全、经济效果要好。完整的POM共混造粒生产车间应包括原料仓库、混料房、生产车间、成品仓库、配电房、维修间等。本设计中，根据布置的原则，各个空间应该互相联通，从而节省空间并降低成本，同时增大了操作的安全系数。厂房平面轮廓选用长方形，因为长方形厂房便于通道的布置，使设备可以紧凑，集中，经济效果好，便于生产管理，操作方便，采光通风也较好。原料仓库位于前端，正中连接混料房，而配电房和工具房处于混料房两翼位置，中间最长空间作为生产车间，总共有二条生产线，最后是成品仓库。在这样布置中，可以将运输距离缩至最短，节省生产时间与人力消耗；配电房生产车间相邻，则方便操作，更减短电缆线布置长度，降低成本。车间中生产线直线排列，前端预留3m和左边4m的安全距离，而由于产品具有一定长度(4m或6m)，生产线的末端也预留了1.5m的安全距离。另外生产车间的宽度也为扩建需要预留了多一条生产线的空间。第四章主要技术经济指标4.1主要经济技术指标4.1.1原料消耗定额由物料衡算可知，原料消耗指标如下：表4.1原料消耗表生产线原料名称每吨产品消耗定额(kg)每年需要量(t)用途POM/HDPEPOM636.41591原料HDPE272.7681.8改性剂PE-g-MAH90.9227.2相容剂POM/TPUPOM722.71806.75原料TPU180.7451.75改性剂PE-g-MAH90.3225.75相容剂3002.76.75润滑剂HSt3.69.0抗氧剂4.2原料的技术参数4.2.1POM树脂主要技术指标POM通常呈白色粉末状，经造粒后呈浅褐色，数均分子量2～9.8万，且分子质量分布较窄，密度在1.41～1.42g/cm3之间。POM有均聚物和共聚物两类。均聚甲醛的一些强度稍高于共聚甲醛，有较高的热变形温度，较大的硬度和较低的摩擦系数。均聚甲醛连续使用温度是85℃，而共聚甲醛连续使用温度是104.4℃。共聚甲醛有易加工成型的特点，共聚甲醛可以挤出、注射、吹塑。均聚甲醛结晶度为75%，共聚甲醛结晶度在60%左右。POM树脂一般为25kg包装。因此本设计统一选择共聚甲醛作为原料。表4.2POM树脂技术指标性能项目试验条件[状态]测试方法测试数据数据单位物理性能比重---ASTMD-7921.34---吸水量24小时浸渍ASTMD-5700.43%吸水量50%相对湿度ASTMD-5700.35%吸水量浸渍平衡点ASTMD-5700.85%自燃性---UL-94HB---模收缩------1.2-1.4%机械性能洛氏硬度M---ASTMD-78558---洛氏硬度R---ASTMD-785105---拉伸强度-55℃ASTMD-63899MPa拉伸强度70℃ASTMD-638>29MPa拉伸强度100℃ASTMD-638>17MPa拉伸强度122℃ASTMD-638>11MPa拉伸强度23℃ASTMD-63864MPa破裂点拉伸变形量-55℃ASTMD-638455%破裂点拉伸变形量23℃ASTMD-638521%破裂点拉伸变形量70℃ASTMD-638>49