Проектирование сушильного цеха с камерами СПЛК-2

Рис. 1 2. Схема лифта Л-6,5-15

Формирование или разборку штабеля пиломатериалов на под штабельной тележке будем производить с помощью одного погрузочного лифта Л-6,5-15. Схема лифта представлена на рис. 1.2

Рассмотрим принцип работы лифта. К лифту подвозят пакет с сырым материалом. Платформа поднимается и занимает верхнее положение. На нее закатывают трековую или цельносварную вагонетку. Рабочие (обычно 2 человека) сдвигают доски с пакета на вагонетку и формируют один за другим ряды штабеля. По мере выкладки штабеля платформа постепенно опускается, и фронт работы поддерживается на наиболее удобном уровне. После завершения укладки платформа поднимается и штабель скатывается с нее на рельсовый путь. Лифт можно применять не только для формирования, но и для разборки сушильного штабеля. В этом случае процесс работы протекает обратно описанному выше.

Лифт рассчитан на формирование сушильного штабеля длиной до6500 мм, шириной - до 1800 мм и высотой до 2600 мм. Для формирования штабеля высотой 3 м необходимо сделать помост высотой 500 мм со стороны укладки штабеля. Лифт расположен в приямке, в который опускается платформа по мере набора штабеля. Платформа поднимается и опускается с помощью четырех подъемных винтов 4,6, приводимых во вращение от привода 5 через систему коробок конических передач, находящихся на дне приямка. Опоры каждого подъемного винта монтируются на стойке 2 и коробке конической передачи 3. Стойки соединены между собой поперечными элементами и образует жесткую раму. Гайки на подъемных винтах жестко связаны с подъемной платформой. Крайние верхнее и нижнее положения платформы фиксируются конечными выключателями.

Таблица 1.3 Техническая характеристика лифта Л-6,5-15

Для интенсивного прогрева древесины перед сушкой в камере создается высокая степень насыщенности среды при повышенной, по сравнению с первой ступенью режимом сушки, температуре.

Температуру среды при прогреве пиломатериалов мягких хвойных пород (сосна, ель, кедр, пихта) поддерживают в зависимости от толщины и категории режима сушки [3]. При прогреве пиломатериалов других пород устанавливают температуру среды выше, чем на первой ступени режима сушки:

для лиственницы и твердых лиственных пород - на 5°С, а для мягких лиственных пород (береза, ольха, осина, тополь, липа) - на 8°С.

Психометрическую разность при начальном прогреве поддерживают на уровне ? t пр = 0,5 - 1,5 °С. Древесину прогреваем до тех пор, пока разность между температурой среды и температурой в центре доски или заготовки не достигнет 3°С. При отсутствии устройств для контроля температуры древесины длительность прогрева определяю расчетом. Ориентировочно длительность начального прогрева определяем из расчета 1 ч на каждый сантиметр толщины материала.

t н.п.о. - 90 °С (сосна)

t н.п.о. - 77 °С (береза)

Т н.п.о.= 4 ч (сосна 40 мм = 4 см)

Т.к. указанные в задании породы и толщины не являются повышенными, то промежуточная влаготеплообработка не проводится.

Конечная влаготеплообработка проводится с целью снятия и уменьшения остаточных внутренних напряжений. Конечной влаготеплообработке подвергаются материалы высушиваемые по 1 и 2 категориям качества.

При применении высокотемпературных режимов сушки и при сушке пиломатериалов твердых лиственных пород и лиственницы, независимо от назначения древесины, проведение конечной влаготеплообработки обязательно в целях предупреждения внутренних трещин.

Во время конечной обработки температура среды поддерживается на 8 °С выше температуры на последней ступени режима, но не выше 100°С. Психометрическая разность устанавливается равной ? t к.в.т.о. = 0,5 - 1 °С.

t к.в.т.о. = 100°С (сосна)

Т к.в.т.о. = 6 ч (сосна)

t к.в.т.о. = 88°С (лиственница)

Т к.в.т.о. = 4 ч (лиственница)

Степень насыщения начальной, промежуточной и конечной ВТО применяется ц = 0,8 - 1.

Выбранные режимы сушки для пиломатериалов, указанных в задании, представлены в виде таблицы 2.1.

где: nшт - число штабелей в камере;

l, b, h - соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м.

Принимается: nшт=2; l=6,5 м; b=1,8 м; h=2,6 м - для камеры “СПЛК-2”

3.2 Расчёт требуемого количества камер

Необходимое количество камер , определяется по формуле:

,

где: - общий объем условного материала, подсчитан по формуле ;

- годовая производительность камеры в условном материале.

Принимается 11 сушильных камер.

3.3 Разработка плана сушильного цеха

Планировка цеха должна обеспечить рациональную организацию всего тех процесса в цехе, механизацию трудоёмких погрузочно-разгрузочных и транспортных операций, соблюдений техники безопасности и санитарных норм.

Основой для ориентировочного расчёта площади цеха служит площадь всех сушильных камер, определяемая исходя из конструкции камеры и их потребного количества, определенного в технологическом расчёте, и составляющая в среднем 25% от общей площади цеха.

Площадь цеха принимается Fцеха=1620 м2

4. Тепловой расчёт

Цель теплового расчёта в паровых сушилках состоит в определении расходов тепла и пара, выборе типа конденсатоотводчиков. Характеризование состояние среды перед штабелями в камерах периодического действия и . Наиболее точно тепловой расчет может быть выполнен, если вести его последовательно по трём ступеням режима камер периодического действия. Однако это усложняет расчёты. Поэтому обычно ведут расчёт по одной ступени. По большинству показателей более надежные дают расчеты по II ступени.

4.1 Определение массы испаряемой влаги

Масса влаги, испаряемой из 1 пиломатериалов , :

,

где: - базисная плотность расчётного материала, ;

Принимается =400

.

Расчётная масса испаряемой влаги , :

где: Г - габаритный объём всех штабелей в камере, ;

- коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом;

Ак- коэффициент, учитывающий качество сушки

Х- коэффициент неравномерности скорости сушки, определяется по приложению для камер периодического действия.

где:

Введение коэффициента неравномерности обеспечивает правильное определение требуемого количества тепла для самого напряженного периода сушки - начального. - общая продолжительность сушки расчетного материала, ч.

Значения Г, , Ак, были определенны в технологическом расчете.

4.2 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

По выбранному режиму 5-Н принимается расчётная температура на входе в штабель , относительная влажность воздуха на входе в штабель , психрометрическая разность .

Определение влагосодержания на входе в штабель, г/кг;

,

где: pп1 - парциальное давление водяного пара, Па;

pа - атмосферное давление воздуха (pа=1 бар =105 Па).

Так как

ц1= pп1: pн1, то pп1=ц1 pн1 Па,

где: ц1 - относительная влажность воздуха расчетной ступени режима;

pн1 - давление насыщения водяного пара при расчетной температуре режима.

pп1=0,66*40000=26400Па;

г/кг.

Определение теплосодержания на входе в штабель, кДж/кг;

,

кДж/кг.

Определение плотности воздуха на входе в штабель, кг/м3;

,

где: Т1 - Термодинамическая температура, К;

Определение термодинамической температуры, К;

где: t1 - расчётная температура на входе в штабель;

Принимается: t1=77 ;

К;

кг/м3.

Значения параметров агента сушки на входе в штабель записаны в таблице 4.2.1

Таблица 4.2.1 - Параметры агента сушки на входе в штабель

Определение объёма циркулирующего агента сушки и его параметров на выходе из штабеля

Камеры периодического действия. Низкотемпературный процесс. Объём циркулирующего по штабелю агента сушки и температурный перепад в штабеле взаимосвязаны между собой: чем выше скорость циркуляции, тем меньше Высокое значения свидетельствуют о неравномерности просыхания материала , что влияет на качество сушки. Поэтому значение не должно превышать величины ?t на первой ступени режима. Объём циркулирующего в единицу времени в штабеле агента сушки определяется по формуле:

Vшт=mVматFж,.с.шт, м/с,

где: m- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной направлению потока воздуха;

Vмат- скорость циркуляции по материалу, соответствующая той, которая была принята при определении продолжительности сушки в технологическом расчёте и при определении количества испаряемой влаги, м/с;

- живое сечение штабеля,

Определение живого сечения штабеля ,:

LH(1- ), ,

где: L, H- длина и высота штабеля, м;

, - коэффициенты заполнения штабеля по длине и высоте.

6,5•2,6•(1-0,57•0,66)=10,50,

Vшт = 1•2,0•10,50=21, м3 /с

Влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля определяется по формуле:

d2=1000/gшт+d1, г/кг,

где gшт- удельный расход циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг сух. возд/кг влаги.

gшт= Gшт/Мр; кг сух. Возд/кг влаги

где Gшт- масса циркулирующего по материалу агента сушки в единицу времени

Gшт=Vшт/V1, кг/с,

где V1- придельный удельный объём, найден в таблице 4.2.1

Gшт= 20,97/1,43=14,7 кг/с

gшт = 14,7/0,042=350 кг сух. Возд/кг влаги,

d2= 1000/350+223,9=227 г/кг

Определение температуры t2;

Температуру t2 вычисляется по формуле:

t2=t1- ,°С

где: d1 - влагосодержание воздуха, кДж/кг;

d2 - влагосодержание на выходе из штабеля, г/кг

d2 - 227 г/кг

Желательно, чтобы температурный перепад не превышал 3-4 ° С. Он не должен превышать величину психометрической разности на 1 ступени режима сушки.

Полученные значения параметров агента сушки на выходе из штабеля внесены в таблицу 4.2.2

Таблица 4.2.2 - Параметры агента сушки на выходе из штабеля

4.3 Определение расходов теплоты на сушку

4.3.1 Расход теплоты на начальный прогрев

Расход тепла на сушку складывается из затрат тепла на прогрев материала, испарение из него влаги и на теплопотери через ограждения камеры.

Расчеты ведутся для зимних условий с целью определения максимальной нагрузки на котельную и для среднегодовых условий с целью определения общих расходов пара на годовую программу.

Расход тепла на начальный прогрев 1 древесины

Для зимних условий ,:

где: - плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности,;

-затраты тепла на прогрев 1 кг влажной древесины в зимних условиях кДж/кг.

Определение расхода тепла на 1 кг сосновой древесины:

= 111+270=381.

Расход тепла на прогрев древесины в камере в секунду для зимних условий:

,кВт

где: Гпр-габаритный объем прогреваемых штабелей м3;

- продолжительность прогрева, ч;

- коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом.

Расход тепла на прогрев древесины в камере в секунду для среднегодовых условий определяется по аналогичной формуле:

,кВт

Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины(на 1 кг подлежащей испарению влаге) в зимних условиях:

,

Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины(на 1 кг подлежащей испарению влаге) в средних условиях:

,

4.3.2 Расход теплоты на испарение влаги

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом , :

,

где: - теплосодержание свежего воздуха, ;

- влагосодержание свежего воздуха, г/кг;

- удельная теплоёмкость воды, ;

Принимается =4,19 ;

=46 , =10 г/кг - при поступлении воздуха из цеха.

4.3.3 Тепловые потери через ограждения

Теплопотери через ограждения камеры в единицу времени , :

,

где: - площадь ограждения, ;

- коэффициент теплопередачи ограждения, ;

- температура среды в камере, ;

- расчётная температура наружного воздуха, .

Таблица 4.3.3.1 - Расчёт потерь тепла через ограждения

4.3.4 Общий расход тепла на испарение влаги , :

,

Температура среды в камере , C:

,

C

4.4 Определение расхода теплоты

Максимальный расход пара в секунду:

- для камеры периодического действия в период прогрева

где r- теплота преобразования (конденсации) пара кДж/кг, определяется по таблице 34 приложения [4];

Максимальный расход пара сушильным цехом в единицу времени:

где nпр.-число камер, в которых одновременно производится прогрев древесины, принимается равным 1/3, ……1/6 от общего числа камер nк, но не менее одной;

nсуш - число камер, в которых производится сушка, nсуш = nк - nпр

где nк - принятое число камер, определенное в технологическом расчете;

Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объема пиломатериалов (кг/год)

где: Ф - объем фактически высушенного или подлежащего сушки пиломатериала данного размера и породы, м3;

r - теплота преобразования пара, кДж/кг;

М1м3--количество влаги, испаряемой из 1 м3 древесины,кг/м3;

сдлит - коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчетного материала;

Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов (ч);

ч

где: фn - продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч;

Фn - годовой объем этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м3;

фрасч - продолжительность сушки расчетного материала, ч;

5. Разработка технического процесса

5.1 План сушильного цеха

Участок формирования сушильных штабелей располагается близко от дверей цеха, через которые завозят пакеты сырых пиломатериалов, размещаются пакеты прокладок, а также формируемый штабель.

Склад сырых пиломатериалов обеспечивает загрузку камер в установленные сроки. Количество штабелей на складе равно суточному запасу пиломатериалов, что составляет 15-25% от количества штабелей во всех камерах, но не менее числа штабелей в одной камере при малом количестве камер.

Склад сухих пиломатериалов рассчитан на хранение двух-четырёх суточного запаса пиломатериала.

Участок расформирования сушильных штабелей располагается близко к остывочному помещению. Для внутрицеховых перевозок сушильных штабелей используют рельсовый транспорт. Для перемещения штабелей одной колеи на другую используют траверсные тележки ,движущиеся вдоль фронта сушильных камер по рельсам ,уложенным в специальном углублении называемом траверсным коридором.

Площадь служебных и бытовых помещений определяют исходя из количества рабочих.

5.2 Организация технологического процесса

Организация по формированию и транспортировке штабелей является очень трудоёмкими, включают подвозку сырья пиломатериалов на формировочную площадку ,формируются штабеля, закладку в камеры и выкладку штабелей из камер, подачи на склад штабелей с высушенными пиломатериалами, размещения их на складе, подачу в деревообрабатывающий цех или потребителю.

Транспортировку пиломатериалов в формировочной площадке осуществляют в плотных пакетах автопогрузчиками.

Затем осуществляется первая технологическая операция сушильного процесса - начальный прогрев древесины. По заданному режиму выполняется собственно процесс сушки во время которого ведётся непрерывный контроль за сушильным агентом и периодический контроль за влажностью древесины и внутренним напряжением в ней . В процессе сушки осуществляется после второй ступени при необходимости промежуточная влаготеплообработка, которая проводится для снятия внутренних напряжений.

После третей ступени режима сушки проводится конечная влаготеплообработка для снятия остаточных напряжений. Определение параметров сушильного агента в разделе 2 подразделе 2.1.

Параметры начального прогрева и конечной влаготеплообработки приведён в таблице 2.

После окончания процесса сушки выгруженные из камер штабеля с сухими пиломатериалами при помощи траверсной тележки поступают в остывочное помещение (склад), где их выдерживают в течении некоторого времени в зависимости от сечения пиломатериалов.

Из остывочного помещения штабеля при помощи траверсной тележки поступают на отгрузку. Отгрузка штабелей осуществляется автопогрузчиком ,а также их дальнейшее транспортирование в цех назначения.

5.3 Контроль технического процесса

5.3.1 Режимы сушки

Проведение процесса сушки пиломатериалов характеризуется следующими технологиями и контрольными операциями.

Определение начальной и текущей влажности древесины ; назначение режимов сушки; управление режимом камеры; контроль за режимом сушки и состоянием материала; влаготеплообработка древесины; выдержка древесины.

5.3.2 Определение влажности древесины

До загрузки сырых пиломатериалов в сушильную камеру производят определение начальной влажности древесины, способом контрольных образцов.

Начальную влажность определяют по секциям влажности, а текущую - по контрольным образцам. Схема отбора секции влажности и контрольного образца приведены на рисунке 5.1: 1 - секция влажности; 2 - контрольный образец.

Рисунок 5.1 - Схема отбора секций влажности и контрольного образца: 1- секция влажности; 2- контрольный образец

Выпиленные из досок, характерных для данной партии по строению, плотности и влажности, без гнили, засмолков, сучков и трещин, секции зачищают от заусенцев и взвешивают на технических весах с точностью до 0,01 г.

Взвешенные секции укладывают в сушильный шкаф и высушивают при температуре 103±2°С. Влажность секций определяют согласно ГОСТ 16588 сушильно-весовым методом.

Первый раз секции взвешивают через 5-6 ч после начала сушки, последующие - через каждые 2 часа. Если результат последнего взвешивания совпадает с предыдущим или отличается от него не более чем на 0,02 г, его принимают за массу абсолютно сухой секции, а сушку заканчивают. Перед взвешиванием секции охлаждают в эксикаторах с безводным хлористым кальцием или серной кислотой концентрированной не менее 94%.

Влажность секции рассчитывают по формуле:

где - начальная масса секции, г;

- масса абсолютно сухой секции, г.

Среднее значение влажности, вычисленное по двум секциям доски, принимается за начальную влажность контрольного образца. По контрольному образцу определяют текущую влажность в процессе сушки.

В каждый сушильный штабель укладывают по 2 контрольных образца в места интенсивной и замедленной сушки, устанавливаемые из опыта эксплуатации камер. Средняя влажность их принимается за начальную влажность пиломатериалов в штабель. Контрольные образцы нумеруются, торцы очищают и покрывают густотертой масляной краской. После этого их взвешивают на торговых весах с точностью до 5 г. Массу записывают на образцах.

Образцы укладывают заподлицо с торцами штабеля так, чтобы их легко можно было вынуть. В процессе сушки через определенные промежутки времени в зависимости от характеристик пиломатериалов образцы вынимают и взвешивают. Текущую влажность образцов находят по формуле:

где Мт - масса образца в момент определения текущей влажности, г; Мс - масса образца в абсолютно сухом состоянии, г.

( )

где Мнач - масса образца, г.

При этом следует учитывать, что контрольные образцы высыхают быстрее, чем остальные доски в штабеле, к концу сушки в ряде случаев может достигать 2- 3%.

Контроль внутренних напряжений

Для контроля за полными внутренними напряжениями в штабель одновременно с контрольными образцами влажности закладывают (в быстросохнущие места один-два образца примерно такой же длины, что и образцы для определения влажности (1-1,2 м)) - силовые образцы. Торцы образцов покрывают густой масляной краской, на расстоянии 10 см от торцов в нужные моменты отпиливают торцовые срезы, из которых вырезают на ленточнопильном станке силовые секции. Силовая секция раскраивается в виде двузубой гребенки с выкалыванием серединки. После раскроя зубцы секций изгибаются в ту или иную сторону.

О знаке и примерной величине напряжений судят по направлению и величине изгиба зубцов. Изгиб зубцов наружу указывает на наличие растягивающих напряжений, а изгиб внутрь - сжимающих напряжений в поверхностных зонах доски. Свежие пропилы силовых образцов после отпиловки каждого торцового среза вновь покрывают масляной краской.

Схема раскроя силовой секции и возможные ее реформации показаны на рисунке 5.2.

б)

Рисунок 5.3 - Схема раскроя силовой секции (а) и возможные ее деформации (б)

Форма силовой секции после раскроя характеризует только полные внутренние напряжения в древесине в данный момент, но не даст представления об остаточных деформациях. Для установления характера остаточных деформаций надо раскроенную секцию выдержать в комнатных условиях в течение 7-8 ч или, ускорить анализ, в сушильном шкафу при 100°С. При этом влажность станет равномерной, а форма зубцов может по сравнению с первоначальной измениться.

Если секция после выдержки приобретает форму 2 (рисунок 5.3), значит, в материале имеются остаточные деформации удлинения на поверхности и укорочения внутри и соответственно сжимающие остаточные напряжения на поверхности и растягивающие внутри. Такой характер остаточных деформаций и напряжений наблюдается в процессе сушки без влаготеплообработки. Если после выдержки секция стала прямой, значит, остаточных деформаций в древесине нет. Это характерно для состояния древесины после правильно проведенной влаготеплообработки. Если же секция приобретает форму 1 (рисунок 5.3), в материале имеются остаточные деформации укорочения на поверхности и удлинения внутри. В процессе собственно сушки таких деформаций не возникает, но они смогут появиться после излишне интенсивной влаготеплообработки.

Управление камерой

При управлении в камере одерживают заданную по режиму температуру и степень насыщенности сушильного агента. Система автоматического регулирования параметров среды регулирует температуру и психрометрическую разность сушильного агента в камере УЛ-2 специальными приборами. В паровоздушных камерах температуру сушильного агента регулируют, изменяя степень открытия вентилей на паропроводах. Для повышения степени насыщенности сушильного агента автоматически подается команда на закрытие заслонок приточно-вытяжных каналов. Если необходимое повышение степени насыщенности не достигается, в камеру подают пар по увлажнительным трубам, изменяя степень открытия вентилей на паропроводах. Категорически запрещается пользоваться увлажнительными трубами при открытых приточно-вытяжных каналах.

Для уменьшения степени насыщенности автоматика подает команду на открытие приточно-вытяжных каналов. Если же в камеру поступал пар через увлажняющие трубы, сначала обязательно перекрывают их. Направление вращения вентилятора изменяется автоматически с помощью прибора КЭП-12У.

Таблица 5.1 Карта контроля технологического процесса

Заключение

Разработан проект сушильного цеха для сушки лиственницы, сосновых пиломатериалов в количестве 25000 м3 в год с последующим их использованием в столярно, строительном производстве. Предполагаемое место строительства г.Могилев. Цех размещён в отапливаемом здании общей площадью 1620 м2.

К установки приложены 11 сушильных камер СПЛК 2. Вместимость каждой из них составляет 60,84 м3. Камеры расположены в два ряда вдоль траверсного пути. Формирование и разборка штабелей осуществляется вручную с применением одного вертикального подъёмника. Для транспортирования штабелей выбран рельсовый транспорт, для транспортировки пиломатериалов к камерам применяется траверсная тележка.

Камеры оснащены калориферами. Они состоят из трех рядов чугунных двухметровых ребристых труб, установленных вертикально. Два ряда труб расположены вдоль продольных стен сушильной камеры, а третий -- в промежутке между штабелями. Для циркуляции сушильного агента используются осевые реверсивные вентиляторы. Теплоносителем является насыщенный пар с давлением 0.25 МПа. Годовая потребность цеха в теплоносителе 11087 т/год.

Список использованных источников

1.Богданов,Е.С. Справочник по сушке древесины /Е.С. Богданов, В.А. Козлов, Н.Н. Пейч - М.: Лесная промышленность, 1987.-193 с.

2. ГОСТ 19773-84 Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия - М.: Издательство стандартов, 1984.- 37 с.

3. Богданов, Е.С. Сушка пиломатериалов / Е.С. Богданов - М.: Лесная промышленность, 1988.- 201 с.

4. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Сушка и защита древесины»/сост. Г.М. Рогожинская.- Витебск: УО «ВГПТК», 2005. - 62 с.

Размещено на Allbest.ru