Технологический, тепловой и аэродинамический расчёт лесосушильной камеры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Выбор камеры

2. Технологический расчет

2.1 Определение режима сушки пиломатериалов

2.2 Определение продолжительности сушки в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе

2.3 Расчет производительности лесосушильных камер на материале заданной характеристики

2.4 Расчет необходимого количества камер в сушильном хозяйстве предприятия

3. Тепловой расчет

3.1 Выбор расчетного материала

3.2 Определение количества испаряемой из материала влаги

3.3 Выбор расчетных параметров сушильного агента и свежего воздуха.

3.4 Определение количества циркулирующего в камере сушильного агента

3.5 Определение параметров воздухообмена и расчет приточно-вытяжных каналов

3.6 Определение расхода тепла на сушку пиломатериалов

3.6.1 Расход тепла на прогрев древесины

3.6.2 Расход тепла на испарение влаги

3.6.3 Расход тепла на компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры

2.6.4 Определение тепловой нагрузки для расчета калориферов и расхода теплоносителя на сушку

3.7 Подбор калориферов

4. Аэродинамический расчет камеры

4.1 Определение потерь напора в кольце циркуляции

4.2 Подбор вентилятора

5. Планировка лесосушильных цехов

6. Описание технологического процесса сушки пиломатериалов

Заключение

Список литературы



Введение

Сушка - важный этап подготовки дерева к работе. Сушильные камеры для пиломатериалов являются самым распространенным способом, которым сушат древесину.

Источники тепла - это пар из парового котла или газ. Значит, сушильные камеры по типу среды, можно поделить на паровоздушные и газовые. Оба эти типа камеры позволяют, чтобы в сушащемся материале протекали два процесса - влагообмен и влагоперенос. В каждой из камер устанавливается особый режим сушки, это зависит от того, какой цели нужно добиться. Мягкий режим высушит дерево так, что сохраняться все качества, прочность и цветовой оттенок, а при нормальном режиме - цвет станет немного темным. Форсированный режим сохранит прочность на изгибание пиломатериала, но древесина потемнеет, а также снизиться устойчивость на скол и раскол.

Целью данной работы является выполнение технологического, теплового и аэродинамического расчётов лесосушильной камеры

1. Выбор камеры

При разработке сушильного цеха, для сушки исходных пиломатериалов, используются сушильные камеры СПМ-1К.

Камеры предназначены для сушки пиломатериалов любых пород и сечений до требуемой конечной влажности. Сушильные камеры могут использовать традиционные энергоносители (технологический пар, горячая вода), или конвективно-лучистый принцип разогрева (тепловые лампы). Данные источники могут применяться как раздельно, так и совместно, учитывая фактор сезонности (зима, лето) и производственную целесообразность.

Сушильные камеры СПМ-1К могут размещаться либо в цехе (отапливаемом или неотапливаемом здании), либо на открытом воздухе.

Сушка осуществляется конвективным методом в паровоздушной среде с использованием мягкого и нормального режимов. В основу работы автоматики положен принцип саморегулирующейся системы. Использование этого принципа обеспечивает:

- высокую равномерность и эффективность сушки древесины;

- надежность;

- пожаробезопасность;

- простоту эксплуатации;

- экологическую чистоту процесса сушки.

В процессе сушки пиломатериалов образующийся пар не выбрасывается в атмосферу, а конденсируется на внутренней поверхности наружной обшивки, при этом осушенный теплый воздух возвращается обратно в камеру. Данный принцип позволил сократить энергозатраты на 30%.

При установке камеры в цеху за счет постоянной рекуперации тепла (отбора энергии у пара на наружной обшивке камеры) осуществляется обогрев помещения. В этом случае КПД камеры в зимний период составляет 93%.

Камера обеспечивает первую и вторую категорию сушки.

Затраты по электроэнергии на 1 куб. м. составляют 90 кВт - в летнее время, 150 кВт - в зимнее.

Источником нагрева сушильных камер СПМ-1К служит горячая вода.

Таблица 1

Характеристики камеры УНИВЕРСАЛ-СК14

Характеристика	Значене
Внутренние размеры камеры	9000х5980х5100 мм
Объем	33,3 м3
Масса	23400 кг



2. Технологический расчет

2.1 Определение режима сушки пиломатериалов

Категория режима сушки определяется исходя из возможностей проектируемой камеры, а именно максимально температуры в рабочем пространстве камеры. При этом

t₃ ?t_max, (1)

где t₃ - температура III ступени режима сушки пиломатериалов, °С;

t_max- максимальная температура в рабочем пространстве камеры, °С.

Из таблицы рекомендуемых режимов низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов хвойных пород:

Таблица 2

Режимы низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов из древесины сосны, ели, пихты, кедра (ГОСТ 19773-84)

Средняя влажность древесины, %	Номер режима и параметры сушильного агента
	2
	t	Дt	ц
>35	73	5	0,80
35-25	77	9	0,66
<25	96	28	0,31

2.2 Определение продолжительности сушки в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе

Общая продолжительность сушки (включая длительность начального прогрева и влаготеплообработки), определяется по выражению:

ф_суш=ф_исхА_рА_цА_вА_кА_д, (2)

где ф_исх- исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы, толщины и ширины нормальным режимом в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсивности ( расчетная скорость воздуха 2м/с, ширина штабеля 1800 мм), от начальной влажности 50 % до конечной влажности 12%.

Величина ф_исх, ч, определяется по таблице исходной продолжительности сушки пиломатериалов камерах периодического действия при низкотемпературном процессе:

Таблица 3

Исходная продолжительность сушки пиломатериалов ф_исх в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе.

Толщина п/м, мм	Ширина п/м, мм
	обрезные
Сосна
50	150

Коэффициент А_р учитывает жесткость применяемого режима сушки и составляет:

- для мягких режимов А_р = 1,7;

- для нормальных режимов А_р = 1,0.

Коэффициент А_ц учитывает характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере и может быть определен в зависимости от величины произведения ф_исх А_р и скорости циркуляции щ_ц,

ф_исх А_р=1,0·104=104 ч



Таблица 4

Значение коэффициента А_ц для камер с реверсивной циркуляцией

Произведение фисх Ар, ч	Скорость циркуляции, щц
	2
104	0,81

Коэффициент А_в, зависящий от начальной W_н и конечной W_к влажности пиломатериалов.

Таблица 5

Значения коэффициента А_в

Начальная влажность, %	Конечная влажность, %
	12
50	0,89

Коэффициент А_к учитывающий длительность влаготеплообработки и кондиционирования древесины в камере, имеет следующие значения:

- для I категории качества сушки - 1,15;

- для II категории качества сушки - 1,1.

Коэффициент А_д = 1,0 для материалов, для заготовок он зависит от отношения длины материала к его толщине.

ф_суш=104·1,0·0,81·0,89 ·1,1·1,0= 79,693,32сут.

2.3 Расчет производительности лесосушильных камер на материале заданной характеристики

Производительность камеры при сушке пиломатериалов определенной характеристики (породы, толщины, начальной и конечной влажности) рассчитывают на заданное календарное время (например, год) по формуле, м³/год:

П=nЕ, (3)

где n-число оборотов камеры в течение заданного времени;

Е-вместимость камеры, м³ древесины.

Число оборотов камеры в год определяется по выражению

n= , (4)

где С-коэффициент технического использования камеры, С=0,92;

ф- продолжительность оборота камеры, сут.

Для камер периодического действия

ф= ф_суш+ ф_з.р. , (5)

ф= 3,32+0,1=3,42 сут.

Число оборотов камеры в год (4):

n== 98 об/год

где ф_суш-продолжительность процесса сушки (формула (1.2)), сут;

ф_з.р- время загрузки и разгрузки камеры (можно принять 0,1 сут)

Вместимость камеры, м³, рассчитывается по выражению

Е=LBHвm, (6)

где L,B,H -размеры штабеля (длина, ширина, высота), м;

в-объемный коэффициент заполнения штабеля;

m- число штабелей в камере.

Объемный коэффициент заполнения штабеля рассчитывают как

в = в_д в_ш в_в, (7)

где в_д в_ш в_в- линейные коэффициент заполнения штабеля по длине, ширине и высоте соответственно;

У₀-объемная усушка древесины, % (можно принять У₀=7%).

Коэффициент заполнения по длине штабеля в_д показывает отношение среды длины уложенных в штабель пиломатериалов L_ср к его длине L.

в_д= , (8)

Для штабеля материалов различной длины можно принять в_д=0,85. Если длина всех досок в штабеле одинакова (L_ср = L), то в_д=1. По условию, принимаем в_д=1.

Коэффициент заполнения по ширине в_ш - это отношение суммарной ширины пиломатериалов в горизонтальном ряду штабеля к его ширине. Он зависит от вида пиломатериалов и способа укладки. По условию даны обрезные доски с укладкой со шпациями, принимаем в_ш=0,65.

Коэффициент заполнения штабеля по высоте в_в характеризует отношение суммарной толщины пиломатериалов в вертикальном ряду штабеля к высоте:

в_в=, (9)

где S₁-толщина пиломатериалов, мм;

S_пр-толщина прокладок, мм.

Наиболее часто применяемая толщина прокладок составляет 25 мм.

Объемный коэффициент заполнения штабеля:

в_в==0,66

в = 1· 0,65·0,66· =0,4

Вместимость камеры (6):

Е=6,5·1,8·3·0,4·2 =33,3 м³

Производительность камеры (1):

П=98·33,3=3263,4 м³/год

2.4 Расчет необходимого количества камер в сушильном хозяйстве предприятия

Необходимое количество камер определяется как:

n_k = , (10)

где Q_суш - годовой объем сушки пиломатериалов на предприятии, м³;

П - годовая производительность одной сушильной камеры, м³.

n_k = = 2,14

Принимаем 3 камеры.



3. Тепловой расчет

3.1 Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимают самые быстросохнущие доски из заданной спецификации. Камеры в этом случае обеспечат сушку любого другого материала по спецификации.

При проектировании лесосушильных камер за расчетный материал принимаются, как правило, сосновые обрезные доски толщиной 25 мм, шириной не менее 150 мм, начальной влажностью около 50% конечной в зависимости от целевого назначения материала.

3.2 Определение количества испаряемой из материала влаги

Количество влаги, испаряемой из древесины, устанавливают на единицу объема высушиваемого материала за период оборота камеры и в единицу времени. Массу влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов, кг/м³, рассчитывают:

М_1м³ = с_баз , (11)

где с_баз - средняя базисная плотность древесины, кг/м³;

W_Н ,W_K - соответственно начальная и конечная влажность древесины, %.

М_1м³ =400= 152 кг/м³

Количество влаги, кг, испаряемой за время одного оборота камеры, определяют по формуле:

М_об.к.= М_1м³Е_к , (12)

где Е_к - вместимость камеры в расчетном материале, м.

М_об.к.= 152·33,3= 5061,6 кг

Среднечасовое количество испаряемой влаги, кг/ч, определяется как:

М_ср.ч= , (13)

где ф_суш- продолжительность сушки расчетного материала, ч.

М_ср.ч= = 66 кг/ч

Кроме того, для камер периодического действия определяется расчетное количество испаряемой влаги М_р, кг/ч, с помощью которого учитывают неравномерность удаления влаги в различные периоды сушки:

М_р=М_ср.чч ,(14)

где ч - коэффициент неравномерности скорости сушки, принимаемый в зависимости от конечной влажности древесины, W_к=12-15%, ч=1,2.

М_р=66·1,2 = 79,2 кг/ч

3.3 Выбор расчетных параметров сушильного агента и свежего воздуха

Режимы сушки пиломатериалов в камерах периодического действия многоступенчатые, с параметрами агента сушки, отличающимися на каждой ступени. При низкотемпературном прочесе для расчета принимаем параметры агента сушки по II ступени режима.

При выборе параметров вводимого в камеру свежего воздуха учитываем географическое расположение камеры, период года, место отбора воздуха.

По зимним условиям рассчитывают максимальную тепловую нагрузку камеры, калориферы; По летним - сечение приточно-вытяжных каналов.

Среднегодовые параметры необходимы для определения основных технико-экономических показателей.

Выбранных расчетных параметров, характеризующих состояние агента сушки и свежего воздуха (t, ц) недостаточно для дальнейших расчетов. Необходимо установить так же величины энтальпии (теплосодержания) I, влагосодержания d, плотности p и приведенного удельного объема V¹_1+d10^-3, влажного воздуха (для агента сушки и свежего воздуха).

Влагосодержание d, г/кг, рассчитывают:

d= 622 , (15)

сушка пиломатериал влага камера

где ц - степень насыщенности агента сушки;

Р_б- барометрическое давление атмосферного воздуха, характерное для географического месторасположения камеры, Па (для г. Алапаевск можно принять Р_б = 750 мм рт.ст.= 99991 Па);

Р_НП - давление насыщенного водяного пара при расчетной температуре агента сушки или свежего воздуха, Па:

d= 622 = 90,21г/кг

Энтальпию I, кДж/кг, определяют по формуле:

I = c_pt + d10^-3I_нп , (16)

где c_p- удельная теплоемкость сухого воздуха при расчетных значениях температуры, кДж/(кг-град);

t -температура агента сушки или свежего воздуха, °С;

I_{нп -} энтальпия сухого насыщенного пара при расчетных значениях температуры агента сушки или свежего воздуха, кДж/кг.

I = 1,009·55 + 90,21·10^-3·2589,5 = 288,9 кДж/кг

Плотность воздуха р, кг/м³, рассчитывают:

с = , (17)

с = = 1,01 кг/м³

Приведенный удельный объем V¹_1+d10^-3, м³/кг, определяется как:

V¹_1+d10^-3 = 4,62·10^-6(273+t)(622+d), (18)

V¹_1+d10^-3 = 4,62·10^-6(273+55)(622+90,21)= 1,08м³/кг

3.4 Определение количества циркулирующего в камере сушильного агента

Для камер периодического действия расчет проводят следующим образом.

Определяют объем циркулирующего в штабеле (штабелях) агента сушки V_шт, м³/ч:

V_шт=3600mщ_штF_ж.с.шт, (19)

где F_ж.с.шт- площадь живого сечения штабеля, м²;

m - число штабелей в плоскости, перпендикулярной направлению потока агента сушки;

щ_шт- скорость агента сушки в штабеле, м/с.

Площадь живого сечения штабеля F_ж.с.шт, м², вычисляют по формуле:

F_ж.с.шт = F_габ(1- в_в) , (20)

где F_габ - площадь габаритного сечения штабеля в плоскости, перпендикулярной направлению потока, м;

в_в - коэффициент заполнения штабеля по высоте.

F_ж.с.шт = 19,5(1- 0,474) = 10,26 м²

V_шт=3600·2·2·10,26= 147744 м³/ч

Массу циркулирующего по материалу агента сушки в единицу времени G_шт , кг/ч, определяют по формуле:

G_шт= , (21)

где V_1+d10^-3 - приведенный удельный объем агента сушки, соответствующий режимным значениям II ступени, м³/кг.

G_шт = = 136800кг/ч

Количество циркулирующего по материалу агента сушки, приходящегося на 1 кг испаряемой влаги g_шт, кг_{сух.возд}/кг_{исп.влаги}, рассчитывают как:

g_шт = , (22)

где М_р - расчетное количество испаряемой в единицу времени из материала влаги, кг/ч.

g_шт = = 1727,27 кг_{сух.возд}/кг_{исп.влаги}

Влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля (штабелей) d₂, г/кг определяют по формуле:

d₂ = d₁+ , (23)

где d₁ - влагосодержание агента сушки на входе в штабель (штабели), рассчитанное по формуле (15) для II ступени режима, г/кг.

d₂ = 90,21 + = 90,79г/кг

Перепад температуры агента сушки в штабеле (штабелях) Дt , °С, рассчитывают, используя формулу:

Дt= , (24)

Дt= = 1,2°С

Далее определяют температуру агента сушки на выходе из штабеля t₂ ,°С:

t₂ = t₁ - Дt , (25)

t₂ = 55 - 1,2 =53,8 °С

Затем по формулам (17) и (18) рассчитывают плотность с₂ и приведенный удельный объем V²_1+d10^-3 , агента сушки в состоянии на выходе из штабеля (штабелей).

с²= = 1,025 кг/м³

V²_1+d10^-3 = 4,62·10^-6(273+53,8)(622+90,79)= 1,067м³/кг

В завершении рассчитывают объем агента сушки, циркулирующего в единицу времени в камере V_ц , м³:

V_ц = , (26)

где з_n - коэффициент использования потока (отношение объема сушильного агента, проходящего через штабели, к общему объему циркулирующего в камере сушильного агента), принимается з_n = 0,9.

V_ц = = 164160м³



3.5 Определение параметров воздухообмена и расчет приточно-вытяжных каналов

Расчет проводят на условия, соответствующие максимальному воздухообмену. Параметры свежего воздуха выбирают по летнему периоду времени или климатическим условиям помещения, из которого происходит отбор свежего воздуха (коридора управления, здания цеха).

Расчет системы воздухообмена производится следующим образом.

Определяется масса свежего и отработавшего воздуха, приходящегося на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг:

g₀ = , (27)

где d₂ - влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля, г/кг_сух.

d₀ - влагосодержание свежего воздуха, г/кг_{сух.возд.}

g₀ = = 12,38кг/кг

Массовый расход свежего и отработанного воздуха, кг/ч:

G₀ = g₀M_p , (28)

где М_р- расчетное количество влаги, испаряемой в единицу времени в камере, кг/ч.

G₀ = 12,38·79,2 кг/ч = 980,5 кг/ч.

Объем отработавшего воздуха определяется как, м³/ч:

V_отр=G₀V²_1+d10^-3 , (29)

V_отр=980,5·1,08= 1058,9м³/ч

Объем свежего воздуха составляет,

V_св.в=G₀V⁰_1+d10^-3 , (30)

V_св.в=980,5·1,08=11058,9м³/ч

Площадь живого сечения приточного и вытяжного каналов, м²:

F_кан= , (31)

где щ_кан - расчетная скорость потоков отработавшего или свежего воздуха в канале, м/с.

Скорость потока среды в приточно-вытяжных каналах принимают для воздушных камер в пределах 3-9 м/с.

F_кан = = 1,049 м²

3.6 Определение расхода тепла на сушку пиломатериалов

Суммарный расход тепла на сушку состоит из затрат тепла на прогрев древесины, испарение из нее влаги, компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры.

Под затратами тепла на испарение влаги при низкотемпературных режимах сушки подразумевается не только расход тепла на собственно испарение влаги, но так же и тепло, расходуемое на прогрев свежего воздуха, поступающего в камеру.

Расчет тепла по всем статьям затрат производят в двух вариантах:

1) Для зимних условии (определяют тепловую нагрузку систему теплоснабжения, нагрева агента сушки);

2) Для среднегодовых условий с целью определения технико-экономических показателей теплопотребления.



3.6.1 Расход тепла на прогрев древесины

Расход тепла на прогрев 1 м³ замороженной древесины (для зимних условий) Q³_пр.1м³ , кДж/м³ , определяют по формуле:

Q³_пр.1м³ = с[с_(-)(-t₀)+ с₍₊₎t_пр]+с_базr_ог, (32)

где с - плотность древесины при W_н , кг/м³;

t₀ - начальная отрицательная температура древесины, загруженной в камеру, °С;

t_пр - температура до которой прогревается древесина в камере, °С;

W_г.ж- количество связанной замерзшей влаги, содержащейся в древесине, %;

r_ог - теплота плавления льда, принимается равной 335 кДж/кг;

с_(-), с₍₊₎ - соответственно удельные теплоемкости замороженной и прогретой до положительной температуры древесины, кДж/(кг-град).

Таблица 6

Климатологические данные для города Челябинск

Расчетная температура	Среднегодовая температура, tср, 0С	Средняя температура отопительного сезона, tср.отоп.,0С	Продолжительность отопительного сезона, Тотоп, дней	Степень насыщенности среды ,% при условиях
Для отопления tо.з	Для вентиляции (летнее время), tо. лет				Летних	Зимних	Среднегодовых
-34	21	-0,5	-8,2	214	70,7	85	76,8

Q³_пр.1м³ = 600[1,78(-34)+ 2,82·53,5]+400· 335 = 105130 кДж/м³

Для лесосушильных камер периодического действия температуру прогрева древесины t_пр , °С, рекомендуется находить по выражению:



t_пр= , (33)

где t_сп.пр - температура среды в камере при прогреве пиломатериалов, назначаемая режимом начальной обработки пиломатериалов, °С.

t_пр= = 53,5°С

Расход тепла на прогрев древесины, имеющей положительную начальную температуру Q_пр·1м³ , кДж/м³ , определяют по формуле:

Q_пр.1м³ = сс₍₊₎(t_пр- t₀) , (34)

где t₀ - начальная температура древесины, °С;

с₍₊₎ - удельная теплоемкость древесины, кДж/(кг-град), определяемая при расчетной температуре.

Q_пр.1м³ = 600·2,85(53,5 - 21) = 55575 кДж/м³

Для определения расхода тепла на прогрев древесины по среднегодовым условиям Q^ср_пр.1м³ , кДж/м³, можно использовать выражение:

Q^ср_пр.1м³= , (35)

где - расход тепла на прогрев древесины в летний период, кДж/м³;

Т - календарный фонд времени работы камеры в течение года, сут;

Т_отоп- продолжительность отопительного периода, сут;

Т_неот - продолжительность неотапливаемого периода, (Т_неот = Т - Т_отоп)

Т_неот = 365 - 214 = 151 сут.

Q^ср_пр.1м³ = = 84629кДж/м³

Удельный расход тепла при прогреве древесины в расчете на 1 кг испаряемой влаги q_пр ,кДж/м³ , устанавливают для любого периода года по формуле:

q_пр = , (36)

q_пр = = 692кДж/м³

Для определения затрат тепла на прогрев древесины в единицу времени Q_пр , кВт, можно использовать выражение:

Q_пр= , (37)

где Е_пр - объем одновременно прогреваемых в камере пиломатериалов, м³;

ф_пр - продолжительность прогрева, ч.

Q_пр = = 486,2 кВт

3.6.2 Расход тепла на испарение влаги

Расход тепла на испарение влаги определяют для зимних и среднегодовых условий.

Удельный расход тепла на испарение влаги с учетом затрат на прогрев свежего воздуха q_исп , кДж/кг, при низкотемпературном процессе определяют по формуле:

q_исп = 1000- c_в t_пр.вл. , (38)

где I₂, d₂ - соответственно энтальпия, кДж, и влагосодержание, г/кг, отработавшего удаляемого из камеры агента сушки;

I₁, d₁ - соответственно энтальпия, кДж, и влагосодержание, г/кг, свежего поступающего в камеру воздуха;

с_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/м³;

t_пр.вл - температура прогрева влаги по расчетным параметрам, °С.

q = 1000 - 4,19·51 = 2791 кДж/кг

3.6.3 Расход тепла на компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры

При расчете тепловых потерь учитывают потоки тепла через ограждения и полы лесосушиль камер.

Рис.1 Внутренние размеры сушильной камеры

Для расчета площади поверхности ограждений воспользуемся рисунком 1.

Для расчета потерь тепла через ограждения (кроме пола) камер Q_огр, кВт:

Q_огр= 1,5?F_jk_j(t_c - t₀)10^-3, (39)

где F_j, k_j - площадь, м², и коэффициент теплопередачи, Вт (м²град), J-ого элемента ограждения.

t_c,t₀ - температура среды внутри и снаружи камеры около j-ого элемента ограждения, ⁰С.

Q_огр= 1,5?(91,8+61)·(0,7+1,8)·(55-21 )10^-3 = 19,5 кВт

Боковые стороны: F= (9·5,1) ·2 = 91,8 м²

Задняя стена и ворота: F= (5,98·5,1) ·2 = 61 м²

Тепловые потери через пол лесосушильной камеры малой мощности, расположенной непосредственно на грунте Q_пол, кВт,

Q_пол=410^-4F_n(t_c - t₀), (40)

Q_пол=410^-4·53,82·34= 0,73 кВт

Суммарные потери тепла через ограждения и полы камер, кВт, определяют:

Q_пот= Q_огр+ Q_пол, (41)

Q_пот= 19,5 + 0,73 = 20,23 кВт

Величину удельных потерь (на 1 кг испаряемой влаги) q_пот, кДж/кг, рассчитывают по формуле:

q_пот=,(42)

q_пот= = 1103,5 кДж/кг

Полный удельный расход тепла на сушку пиломатериалов кДж/кг, подсчитывают для зимних и среднегодовых условий и складывают из отдельных стадий затрат:

q_суш=q_пр+1,1(q_исп+q_пот),(43)



q_суш=692+1,1(2791 + 1103,5) = 4976 кДж/кг

3.6.4 Определение тепловой нагрузки для расчета калориферов и расхода теплоносителя на сушку

Расчет производится для зимних условий, соответствующих максимальному теплопотреблению лесосушильной камерой.

Для камер переодического действия, тепловую нагрузку ( мощность калорифера) О_к, кВт, рассчитывают только на период собственно сушки (без затрат тепла на прогрев древесины):

Q_k=1,15 (44)

Q_k=1,1581,6 кВт

Максимальный расход пара на сушку , кг/ч, составит:

,(45)

где - удельная теплота парообразования, кДж/кг (=2322кДж/кг).

= 124кг/ч.

Максимальный расход горячей воды на сушку Q кг/ч, составит:

, (46)

где t₁ - температура горячей воды на входе в калориферы, ⁰С, 95⁰С;

t₁^" - температура горячей воды на выходе из калориферов, ,⁰С, 75⁰С.

= 66589 кг/ч



3.7 Подбор калориферов

Агент сушки нагревают в рекуперативных поверхностных нагревателях, именуемых калориферами. Они относятся к основному виду теплового оборудования и во многом определяют энергетические и экономические показатели лесосушильных камер.

Ранее в камерах довольно широко применялись калориферы из гладких (обычных и биметаллических) труб, а также труб с накатными алюминиевыми ребрами. Однако в последние годы наиболее широко применяются стандартные металлические пластинчатые калориферы.

Коэффициент теплопередачи калорифера (при водяном обогреве) К, Вт/(м²град), отнесенный к полной внешней поверхности нагрева:

К=А(р₂w₂)ⁿw^m₁,(47)

где р₂w₂ - массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(мс);

w₁ - скорость воды в трубках, м/с

А - коэффициент, величина которого указана в таблице (А=17,8)

n,m - показатели степени, величины которых даны в таблице (n=0,32; m=0,13)

К=17,8·8^0,320,0149^0,13 = 20,05 Вт/(м² ·град)

Скорость воды в трубках калорифера, м/с, вычисляют как

w₁=, (48)

где с_в - плотность воды, кг/м³, можно принять с_в = 1000 кг/м³;

f_{ж.с.к.(тепл)}-площадь живого сечения калорифера по теплоносителю.

w₁= = 0,0149 м/с

Аэродинамическое сопротивление h_k , Па, калориферов может быть определено по формуле:

h_k = 1,5(р₂w₂)^1,69(49)

h_k = 1,5·8^1,69 = 50,39 Па.

Необходимую поверхность нагрева калорифера F_к, м², определяют по формуле

F_к= , (50)

где - температура теплоносителя, ⁰С ( для воды ⁰C);

t_c - температура среды в камере (по сухому термометру), ⁰С.

F_к= = 110,5 м²

Далее, приняв ориентировочную массовую скорость сушильного агента в живом сечении калорифера р₂w₂=4...12 кг/(м²град), опеределяют необходимую площадь живого сечения калорифера, м²:

f₂=, (51)

где G₂ - количество нагреваемого сушильного агента, кг/ч (G₂=G_шт).

f₂= = 4,75 м²

По таблицам технических характеристик модели калорифера, намеченной к установке, подбирают номер, величины F_к и f₂, которые максимально приближены к соответствующим расчетным значениям. Если калорифера с такими параметрами нет, то его составляют из нескольких калориферов, которые будут установлены параллельно. Затем подсчитывают действительную массовую скорость сушильного агента в живом сечении калорифера р₂w_2, кг/м²град):

(р₂w₂)_д=, (52)

где f_ф - фактическая площадь живого сечения калорифера, м².

(р₂w₂)_д= = 3,07 м²



4. Аэродинамический расчет камеры

4.1 Определение потерь напора в кольце циркуляции

Основным требованием, предъявляемым к лесосушильным установкам, является обеспечение равномерного просыхания древесины по всему объему сушильного пространства. Для выполнения этого требования необходимы равномерное распределение сушильного агента по высоте и длине сушильного штабеля, а также значительные скорости сушильного агента по материалу, способствующие достаточно равномерному просыханию древесины по ходу движения агента сушки.

Аэродинамическая схема лесосушильной камеры определяет взаимное расположение элементов внутреннего пространства: калориферов, вентиляторов, экранов рециркуляционных каналов, приточно-вытяжных каналов, а также размеры элементов циркуляционного контура. Поэтому от аэродинамической схемы зависят качество сушки и затраты на ее осуществление.

Исходными данными для аэродинамического расчета являются:

1) количество циркулирующего воздуха и его характеристика;

2) конструкция и сопротивление калорифера.



Рис. 2. Расчетная схема камеры с вертикально-поперечной циркуляцией агента сушки:

1 - вентилятор; 2 - калорифер; 3, 13 - поворот под углом 90 ⁰; 4 - сужение потока при входе в боковой канал; 5, 11 - прямой участок переменного сечения; 6, 10 - повороты под углом 90 ⁰; 7 - вход в штабель (сужение потока); 8- штабель; 9 - выход из штабеля (расширение потока); 12 - расширение потока при выходе из бокового канала; 14 - прямой участок.

Определяется (согласно расчетной схеме) скорость циркуляции на отдельных участках щ_уч, м/с:

щ_уч =, (53)

где - количество циркулирующего агента сушки, м³/ч (V_в=V_шт);

F_кан - площадь канала, м².

щ_уч = = 6,46 м/с

Для определения скорости циркуляции агента сушки по каждому участку вычислим поперечные сечения каналов, свободные для прохода агента сушки.

1) Вентиляторная перегородка:

= n , (54)

где Dв - диаметр вентилятора, м; принимается предварительно, либо по установленному в камерах;

n - число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашем случае n = 4.

= 4 = 3,14 м²

щ_уч = = 2,69 м/с

2) Пластинчатые калориферы:

В тепловом расчете было определено к установке 2 пластинчатых калорифера КВС - II:

= , (55)

= 2·1,239 = 2,48 м²

щ_уч = = 3,41 м/с

3); 4); 8); 9); Повороты под углом 90°

= , (56)

= 0,5 · 6,5 = 3,25 м² =

щ_уч = = 2,6 м/с

5) Внезапное сужение потока агента сушки (вход в штабель)

= , (57)



= 2 · 8,45 = 16,9 м² =

щ_уч = = 0,5 м/с

7) Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеле)

= = 16,9 м², (58)

щ_уч = = 0,5 м/с

Затем производится расчет потерь давления на каждом участке ?h_уч, Па:

?h_уч = о , (59)

где - плотность воздуха, кг/м³;

_уч - скорость воздуха на участках, м/с;

о - коэффициент сопротивления на участках.

?h_уч= · 1,1 = 4,78 Па.

?h_уч= · 0,27 = 0,04 Па.

?h_уч= · 0,56 = 3,9 Па.

Сопротивление перегородок, в которых монтируются осевые вентиляторы ?h_пер , Па, определяют по формуле:

?h_уч = о_пер , (60)

где щ_вент - скорость воздуха перед кожухом вентилятором, м/с;

о_пер - коэффициент местного сопротивления (для вентиляторов на поперечных валах о_пер = 0,8).

?h_уч = 0,8 = 3,47 Па.

Сопротивление калорифера определяется по формуле:

h_k = 1,5(р₂w₂)^1,69, (61)

h_k = 1,5·4,26^1,69 = 17,37 Па.

Рабочее давление вентилятора Н_раб, Па, определяется как сумма величин сопротивлений движения воздуха:

Н_раб = h_i, (62)

Весь расчет сопротивлений сведен в таблицу.

Таблица 7

Подсчет сопротивлений

Номер участка	Наименование участка	с, м3/кг	щi, м/с	оi	Сопротивление участков hi,Па
1	Вентиляторная перегородка	1,2	2,69	0,8	3,47
2	Пластинчатый калорифер	1,2	3,41	0,56	3,9
3	Повороты под углом 90°	1,2	2,6	1,1	4,78
4	Повороты под углом 90°	1,2	2,6	1,1	4,78
5	Вход в штабель	1,2	0,5	0,27	0,04
6	Штабель	1,2	0,5	0,27	0,04
7	Выход из штабеля	1,2	0,5	0,27	0,04
8	Повороты под углом 90°	1,2	2,6	1,1	4,78
9	Повороты под углом 90°	1,2	2,6	1,1	4,78
	Нраб = 26,6

Поскольку характеристики вентиляторов составляют для воздуха при стандартных условиях (t = 20°C, с = 1,2 кг/м³) , расчетный напор пересчитывают характеристически Н_хар , Па:



Н_хар= , (63)

где с - фактическая плотность воздуха, кг/м³.

Н_хар= = 26,6 Па

4.2 Подбор вентилятора

В лесосушильных камерах наибольшее распространение получили осевые вентиляторы. Это объясняется тем, что их можно устанавливать внутри циркуляционного канала и обеспечивать циркуляцию агента сушки.

Кроме того, производительность и КПД осевых вентиляторов аналогичных размеров выше, а габаритные размеры и масса меньше, чем центробежных.

Существенным преимуществом осевых вентиляторов также является реверсивность, т.е. изменение направления вращения рабочего колеса.

Основным элементом осевого вентилятора (рис. 3) является рабочее колесо, состоящее из втулки и лопастей, закрепленных на ней под углом к плоскости вращения. Рабочее колесо размещено внутри цилиндрического кожуха, называемого обечайкой. Колесо устанавливается на приводном вентиляторном валу или непосредственно на валу электродвигателя в зависимости от конструкции камеры.



Рис. 3 Осевой вентилятор серии У - 12:

а - лопасть; б - рабочее колесо; в - поперечный разрез колеса и обечайки; г - развертка установки лопастей нереверсивного колеса; д - развертка установки лопастей реверсивного колеса

Размер осевого вентилятора соответствует его номеру, который обозначается числом дециметров диаметра рабочего колеса. Так, колесо диаметром 1000 мм, или 10 дм, будет № 10.

Определение номера вентилятора и частоты его вращения наиболее просто производить по графикам аэродинамической характеристики вентиляторов (рис. 3).

Задаваясь величиной полного давления (которое в первом приближении равно характеристическому напору Нхар) и величиной производительности вентилятора (количество циркулирующего агента сушки Vвент), выбирают номер вентилятора (считая ближайший справа). Если номер вентилятора не соответствует размеру циркуляционного канала камеры, можно принять вентилятор меньшего диаметра, но с большей частотой вращения.

Мощность N_в, кВт, необходимую на привод вентилятора, определяют по формуле:

N_в=, (64)

где V_сек - производительность вентилятора, м³/с;

Н_расч - расчетное давление вентилятора, Па;

з_в - КПД вентилятора (можно принять в расчетах з_в=0,6);

з_n - КПД передачи;

К_з - коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

К_t - коэффициент, учитывающий влияние температуры среды t_с.

N_в= = 1,6 кВт



5. Планировка лесосушильных цехов

Задачей планировки является взаимное размещение всех помещений сушильного цеха. Размеры и общая площадь сушильного цеха определяются выбранным типом, числом камер и количеством высушиваемого материала.

Варианты планировки лесосушильного цеха могут быть весьма разнообразными. Они зависят от особенностей генерального плана предприятия, а кроме того, от типа сушильных камер и способов формирования и перемещения штабелей.

При проектировании лесосушильных цехов площадки для формирования штабелей, помещения для хранения сырых сушильных штабелей, траверсные коридоры, остывочные помещения, склады сухих пиломатериалов должны размещаться в закрытых помещениях с отоплением, освещением и приточно-вытяжной вентиляцией.

Особое внимание при проектировании должно обращаться на механизацию формирования сушильных пакетов и штабелей, их транспортирование, загрузку-выгрузку, разборку, подачу на склад и выдачу со склада сухих пиломатериалов.

После определения необходимого количества сушильных камер необходимо выбрать вспомогательное оборудование: укладчики пиломатериалов, транспортно-загрузочные механизмы. Выбор типа требуемого оборудования производят исходя из количества лесосушильных камер и производительности сушильного цеха.

На планировочных чертежах толщину стен стационарной камеры можно брать в среднем 500 мм и изображать схематично без указания ее конструкции. Толщина стен сборно-металлических камер составляет в среднем 120 - 150 мм. На планировочных чертежах такие камеры можно показывать схематично без разреза в виде прямоугольника со сторонами, равными габаритной ширине и длине камеры.

Емкость складов пиломатериалов Е_скл, м³ , зависит от продолжительности хранения материала Z_хр, сут, и среднесуточной производительности сушильного цеха Q_сут, м³/сут:

Е_скл= Q_сутZ_хр, (65)

Продолжительность хранения на складе Z_хр сырового материала принимается до двух суток, а сухого - от четырех до семи суток.

Среднесуточная производительность сушильного цеха Q_сут, м³/сут, определяется по формуле:

Q_сут=, (66)

где Q_сут - годовой объем сушки пиломатериалов на предприятии, сут

с - коэффициент технического использования камер (с=0,92).

Q_сут= = 20,85 м³/сут.

Е_скл= 20,85·7 = 145,9 м³

Зная емкость склада Е_скл и емкость штабеля Е_шт, м³, можно определить число штабелей, подлежащих хранению на складе сырого и сухого материала N_шт:

N_шт=, (67)

Емкость штабеля Е_шт, м³, определяется как

Е_шт=Г_штв, (68)

где Г_шт - габаритный объем штабеля, м³;

в - объемный коэффициент заполнения штабеля (0,257).



Г_шт=lbh, (69)

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

Г_шт= 6,5·1,8·3 = 35,1м³

Е_шт=35,1·0,474 = 16,6 м³

N_шт= = 9 штабелей

Для определения необходимой площади складов нужно произвести планировку расположения штабелей на складе, учитывая транспортные и пожарные проходы и проезды и способ хранения сухого материала (на вагонетках или в плотных штабелях). Для ориентировочных расчетов можно принять средний коэффициент заполнения площади складов материалом в_пл.скл равным 0,35 - 0,45.

Тогда площадь F_скл, м², определяется по формуле

F_скл=blN_шт, (70)

F_скл=6,5·1,8·9 = 234 м²

Обычно максимальная площадь склада сухого материала не превышает площади, занимаемой сушильными камерами.

В зависимости от числа камер, их размеров, а также площадей складов сырых и сухих пиломатериалов разрешаются вопросы транспортировки штабелей и планировки сушильного цеха.



6. Описание технологического процесса сушки пиломатериалов

Перед началом процесса сушки пиломатериалов подбирают и устанавливают режим сушки. Далее готовят камеру: очищают от мусора, прогревают.

Далее формируют штабель с учетом толщины и ширины пиломатериалов и прокладок между рядами.

При помощи штабелера-укладчика камеры загружаются и закрываются. Начинается процесс сушки.

После истечения установленного времени на сушку, пиломатериалы не вынимают из камеры, а дают «отдохнуть», то есть снизить температуру, для снятия внутренних напряжений.

После изъятия пиломатериалов из камеры, они отправляются на склад высушенных пиломатериалов, где остывают и их увозят с территории цеха.



Заключение

В данном курсовом проекте были проведены технологический, тепловой и аэродинамический расчёты лесосушильной камеры СПМ-1К, а также описаны виды контроля за состоянием древесины и сушильного агента. Также описан технологический процесс сушки древесины.



Список литературы

1. А.Г. Гороховский, Ю.И. Тракало, Е.Е. Шишкина Проектирование сушильного хозяйства деревообрабатывающих предприятий. Екатеринбург, 2009.

2. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Архангельск, ЦНИИМОД, 1985 г.

3. Богданов Е.С. Справочник по сушке древесины, М: Лесная промышленность, 1990 г.

Размещено на Allbest.ru