Содержание
Введение
1. Основные сведения
2. Технологический расчет
3. Тепловой расчёт
4. Аэродинамический расчет
5. Описание технологического процесса
Список литературы
Введение
Сушка древесины относится к одному из важнейших процессов тех-нологии деревообработки, направленных на повышение качества и долговечности изделий из нее. Из-за применения недосушенной или некачественно просушенной древесины народное хозяйство несет большие убытки.
Основным средством увеличения объемов подвергаемых сушке пиломатериалов и улучшения качества сушки является строительство новых и реконструкция устаревших сушилок. Практически все установки в качестве источника тепла имеют паровой калорифер. Пар, подаваемый в теплообменники и используемый для начального прогрева древесины, а также для промежуточных и конечных влаготеплообработок, имеет одну природу: это сухой насыщенный пар различного давления с температурой до 155с.
Однако в настоящее время на большинстве предприятий лесного комплекса в основном используются водогрейные котлы низкого давления, укомплектованные топками, в которых сжигаются древесные отходы различного вида, и практически нет технологического пара для целей сушки. Сушка в таких предприятиях ведется только по мягким режимам, влаготеплооработка, как правило, не проводится.
В связи с этим вопросы рационального проектирования, выбора наиболее целесообразных способов сушки, разработки более совершенных технологических и конструктивных схем камер приобретают особую актуальность.
1.
Основные сведения
Лесосушильная камера типа ИнтерУРАЛ была разработана в 1991г., учитывая преимущества созданной ранее камеры УРАЛ-72, а также прошла всесторонние испытания, как на стенде, так и в промышленных условиях.
Идея и универсальность установки заключалась в том, что, имея однотипный корпус, вентилятор и систему автоматики, она отличалась внутри данного класса установок только конструкцией источника тепла. Его конструктивные особенности, в свою очередь, отличались друг от друга применяемым видом теплоносителя. Дополнительно, с целью получения пиломатериала наивысшего качества в конструкции камеры были использованы все достижения уральских разработок по аэродинамике равномерной раздачи сушильного агента по штабелю пиломатериалов.
Для упрощения конструкции и технологии изготовления в камерах исключено реверсирование потока воздуха по штабелю.
При обозначении типов камер принята следующая система классификации:
цифры после дефиса-1, 2-количество штабелей в камере;
буквы - теплоноситель, тип источника тепла или характеристика корпуса камеры: п – паровая; в – водяная; э – электрическая с тэнами; и – индукционная; тг – с топочными газами; КГ – контейнерная газовая; МД – малогабаритная, деревянная; МЭ – малогабаритная, электрическая.
В камерах для побуждения движения воздуха стоит роторный цен-тробежный вентилятор, конструкции проф. Микита Э.А., унифицированный, с радиальными лопатками (для повышения надежности и долговечности его частота вращения n=250-270 об/мин).
Корпус сушильных камер конструкции «ИУ» состоит из металличе-ских панелей (типа «сэндвич») с теплоизоляцией из минераловатных материалов. Внутренняя обшивка камер выполнена из нержавеющей стали, наружная – из профильного оцинкованного стального листа. Монтаж корпуса камеры осуществляется непосредственно у заказчика, на месте эксплуатации.
Камеры отличаются друг от друга, как это отмечалось выше, только источником тепла: в паровых и водяных (ИУ – 1гв) – это компактные биметаллические калориферы.
Технологические показатели камеры ИУ – 1гв.
Габаритные размеры штабеля, м 6,6х1,8х2,6
Число штабелей, шт 1
Вместимость камеры 14,7
Годовая производительность, м3 1000
Побудитель циркуляции центробежный вентилятор№20
Производительность вентилятора, тыс.м3/ч 72,0
Установленная мощность электродвигателей, кВт 11,0
Скорость воздуха в штабеле, м/с 2,3
Тепловое оборудование БМК
Источник тепла горячая вода
Масса, т 7,8
2. Технологический расчет
2.1 Пересчёт объёма фактического материала в объём условного материала
Для учёта и сопоставления фактической производительности камер с плановой, а также для составления производственных программ лесосушильных цехов установлена учётная и плановая единица – кубический метр условного пиломатериала.
Условному материалу эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1000 мм, высушенные по II категории качества от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%.
Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф
пересчитывается в объём материала У
(м3
усл.) по формуле:
У=Ф
b
об.усл
t
об.ф
/
t
об.усл
b
об.ф
, (2.1)
где Ф
– объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы (задаётся в спецификации), м3
;
b
об.усл
– коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом;
t
об.ф
– продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток;
t
об.усл
– продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток;
b
об.ф
– коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом.
Кп
=
b
об.усл
/
t
об.усл
, (2.2)
где Кп
– пересчётный коэффициент.
У=Ф
.Кп
.t
об.ф
/
b
об.ф
,(2.3)
Определение продолжительности сушки в камере периодического действия.
Общая продолжительность сушки, включая прогрев и влагообработку, находится по формуле:
t
=
t
исх
.
.Ар
.Ац
.Ав
.Ак
.Ад
+
t
заг
, (2.4)
где t
исх.
– исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы и размеров низкотемпературным режимом от начальной влажности 60% до конечной влажности 12% в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчётная скорость сушильного агента по материалу 2 м/с), ч;
t
заг
– время на загрузку и выгрузку штабелей из камеры, равную 0.1 суток или 2.4 часа;
Ар
; Ац
; Ав
; Ак
; Ад
– коэффициенты, учитывающие категорию режима Ар
; интенсивность циркуляции Ац
; начальную и конечную влажность Ав
; качество сушки Ак
; длину материала Ад
.
Таблица 2.1 - Определение продолжительности сушки пиломатериалов
Таблица 2.2 - Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала.
2.2 Определение производительности камер в условном материале
Пу
=
335 Кп
Г, м3
усл/год, (2.5)
где Пу
– годовая производительность в условном материале, м3
усл/год;
Кп
– пересчётный коэффициент;
Г
– габаритный объём штабелей, м3
Г=
n
.l
.b
.h
, м3
, (2.6)
где n
– число штабелей в камере,
l
,
b
,
h
– соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м.
Пу
=335.0.065(6.6.1.8.2.6)=672,6 м3
усл/год.
2.3 Определение необходимого количества камер
Необходимое количество камер для выполнения заданной программы определяется по формуле:
Пкам
=
S
У/Пу
, (2.7)
где S
У
– общий объём условного материала, подсчитанный по формуле:
S
У=У1
+У2
+…+У
n
(2.8)
Пу
– годовая производительность одной камеры в условном материале, подсчитанная по формуле:
Пкам
=9429,77/672,6=14 шт.
Принимаем 20 камер типа ИУ‑1гв.
2.2 Тепловой расчёт
Выбор расчетного пиломатериала.
За расчётный материал в практике проектирования лесосушильных камер выбирается наиболее быстросохнущий пиломатериал. Тепловое оборудование, рассчитанное по быстросохнущему пиломатериалу, надёжно обеспечит сушку пиломатериалов всех пород и сечений.
Выбираем из нашей спецификации пиломатериалов, подлежащих сушке, хвойные доски (сосна), сечением 25х150 и длиной 6500 мм.
2.2.1 Определение массы испаряемой влаги
Масса влаги, испаряемой из 1 м3
пиломатериалов, m
1м
3
, кг/м3
, (2.9)
где
- базисная плотность расчетного пиломатериала, кг/м3
,
определяется из таблицы 1 [5];
W
н
,
W
к
– начальная и конечная влажность древесины, %.
Масса влаги, испаряемой за время одного оборота сушильной камеры, m
об.кам
.,
кг/об.
m
об.кам.
= m
1м
3
Е
=252.8,3=2091,6 кг/об. (2.10)
Е= Г
.вф
=6,5.1,8.2.0,356=8,3 м3
, (2.11)
где Е
- емкость камеры, м3
;
Г
- габаритный объем всех штабелей, загружаемых в камеру, м3
;
вф
– коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным пиломатериалом.
Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с,
, (2.12)
где суш.ф.
- общая продолжительность сушки, ч.
t
с.ф
=
t
с
– (
t
п
+
t
кон.ВТО
)
= 121,5 – (3,75 + 2) = 115,75ч, (2.13)
где t
с
– продолжительность сушки расчетного материала, ч;
t
п
– продолжительность начального прогрева материала, ч, (по 1,5 часа на каждый сантиметр толщины, т.е. 3,75 ч.);
t
кон.ВТО
– продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч, (2часа).
Расчетная масса испаряемой влаги, кг/с
Мр
=Мс
. ч, (2.14)
где ч
– коэффициент неравномерной скорости сушки.
Коэффициент неравномерной скорости сушки рекомендуется прини- мать для камер периодического действия при сушке воздухом при Wк=<12%.
Мр
=0,005.1,3=0,0065 кг/с.
2.2.2 Выбор режима сушки
Режимы сушки выбираются в зависимости от породы, толщины и назначения расчетного пиломатериала, требований, предъявленных к качеству сухой древесины.
Выбираем II категорию качества – для пиломатериалов и заготовок в столярно-мебельном производстве.
Выбираем низкотемпературный режим 2 – М (по ГОСТ 19773-84).
Таблица 2.4 - Параметры сушильного агента
| Влажность древесины, % | t,0
C |
Dt,0
C |
j |
| >35 | 57 | 5 | 0,77 |
| 35-25
|
61
|
9
|
0,62
|
| <20 | 77 | 25 | 0,29 |
2.2.3 Определение параметров агента сушки на входе в штабель
При сушке влажным воздухом расчетную температуру t1
и степень насыщения ц1
агента сушки, входящего в штабель, назначают по средней ступени режимов, где t1
= tс
(tс
– температура «сухого» термометра второй ступени режима) и ц1
= ц..
Влагосодержание d1
, теплосодержание I1
, плотность с1
и приведенный удельный объем Vпр1
определяют по Id-диаграмме.
t1
=61 0
С; j1
=0,62;
d1
=99 г/кг;
Vпр1
=1,12 м3
/кг;
I1
=320 кДж/кг;
r1
=0,985 кг/м3
.
2.2.4 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки
Определение объема циркулирующего агента сушки за одну секунду, м3
/с:
Vc
=
V
шт
.F
ж.сеч.шт
=2,0.5,85=11,7 м3
/с, (2.15)
где V
шт
– расчетная скорость циркуляции по штабелю, м/с;
F
ж.сеч.шт
– живое сечение штабеля, м2
.
F
ж.сеч.шт
=
n
1
.l
шт
.h
шт
(1-вв
)
=1.6,5.1,8(1-0,5)=5,85 м2
, (2.16)
где n
1
- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, идущему в одном направлении;
l
шт
– длина штабеля, м;
h
шт
- высота штабеля, м;
вв
– коэффициент заполнения штабеля по высоте, определяют из соотношения:
вв
= (2.17)
где S
-
толщина расчетного пиломатериала, мм.
Масса циркулирующего агента сушки m
ц
на 1 кг. испаряемой влаги.
При сушке влажным воздухом, кг/кг исп. влаги:
(2.18)
где V
1
– приведенный удельный объем влажного воздуха, определяемый по Id- диаграмме, м3
/кг.
2.2.5 Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля
Параметры отработавшего агента сушки (влажного воздуха) на выходе из штабеля.
Для расчетов процесса сушки необходимо знать не только параметры входящего в штабель сушильного агента, но и параметры его на выходе из штабеля: t
2
, ц2
,
d
2
,
I
2
, с2
,
V
2
.
При сушке воздухом влагосодержание, г/кг,
(2.19)
Параметры t
2
, ц2
определяют после построения процесса сушки на Id-диаграмме.
При теоретическом построении процесса испарения влаги теплосодержание воздуха I2
на выходе из штабеля принимают равным теплосодержанию I1
воздуха, входящего в штабель, т.е. I
2
=
I
1
.
Приведенный удельный объем V
2
и плотность с2
выходящего из штабеля отработавшего агента сушки принимают равными объему V
1
и плотности с1
входящего в штабель агента сушки, т.е. V
2
=
V
1
, с2
= с1
.
I1
= I2
= 320 кДж/кг;
V2
=V1
=1,12 м3
/кг;
с2
= с1
=0,985 кг/м3
.
t
2
= 59 0
C; j
1
=
0,7;
Уточнение объема и массы циркулирующего агента сушки:
m
ц
= 1000/(
d
2
–
d
1
)
= 1000/(99,5 – 99) = 2000,0 кг/кг. исп.влаги; (2.20)
V
ц
=
m
ц
M
р
V
пр1
= 1607,14х0,0065х1,12= 11,7 м3
/с; (2.20)
G
ц
=
m
ц
M
р
= 1607,14х0,0065 = 10,45 кг/с. (2.21)
2.2.6 Определение объема свежего воздуха и отработавшего агента сушки, удаляемого из камеры
Масса свежего воздуха и отработавшего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг. исп. влаги:
mo
=(2.22)
где do
– влагосодержание свежего приточного воздуха, поступающего в камеру, г/кг.
При поступлении свежего воздуха из цеха, коридора управления принимают do
=10-12г/кг.св.в.
Объем свежего воздуха, поступившего в камеру, м3
/с:
Vo
=Mp
.
mo
.
Vo
.пр
=0,0065.11,43.0,87=0,065 м3
/с (2.23)
где Vo
.пр
– приведенный удельный объем свежего воздуха. При температуре to
=20o
C, Vo
=0,87 м3
/кг.
Объем отработавшего агента сушки, выбрасываемого из камеры, м3
/с:
V
отр.
=Мр
.mo
V
2
=0,0065.11,43.1,12=0,08 м3
/с (2.24)
где V
2
– удельный объем отработавшего агента сушки, принимаемый равным V
1
,
м3
/кг.
Площадь поперечного сечения вытяжного канала:
f
кан
=
V
отр
/
v
кан
= 0,08/2 = 0,04 м2
(2.25)
где v
кан
– скорость движения отработавшего агента сушки.
Площадь поперечного сечения приточного канала:
f
кан
=
V
о
/
v
кан
= 0,065/2 = 0,0325 м2
(2.26)
2.2.7 Определениерасхода тепла на сушку древесины
Расход тепла на сушку определяют отдельно для зимних и среднегодовых условий эксплуатации сушильных камер. По зимнему расходу тепла ведется расчет тепловой мощности камер. По расходу тепла в среднегодовых условиях определяется потребность пара на производственную программу и на 1 м3
высушиваемых фактического и условного пиломатериалов, т.е. определяются исходные данные для экономических расчетов, в частности для составления калькуляции себестоимости сушки пиломатериалов.
При сушке древесины тепло в основном расходуется на начальный прогрев пиломатериалов, испарении влаги и на потери через ограждения камеры.
Расход тепла на начальный прогрев 1 м3
древесины Q
нагр.1м
3
.
В зимних условиях тепло при нагревании пиломатериалов расходуется на нагревание древесной массы в области отрицательных и положительных температур и на оттаивание замерзшей влаги.
Для зимних условий расход тепла определятся по формулам, кДж/м3
Q
нагр.1м
3
=с(С(-)
(-
t
оз
)+С(+)
t
кам.
)+сусл..
(2.27)
нагр.1м
3
=650(2,1*31+2,8*62)+400=230195 кДж/м3
где r
- скрытая теплота плавления льда (335кДж/кг);
с
– плотность древесины при фактической ее влажности, побирается на диаграмме на рис.2 [5];
сусл
- базисная плотность древесины, выбирается по табл. 1, кг/м3
[5];
W
н
– начальная влажность древесины, %;
W
г.ж
-
влажность гигроскопически жидкой влаги [3], рис.1;
С(+)
, С(-)
– удельная теплоемкость древесины соответственно при положительной и отрицательно температуре, рис. 3 [5];
t
кам
- температура древесины при ее нагреве, о
С; при сушке в среде влажного воздуха принимается на 5о
С выше температуры t
с
по первой ступени режима;
t
оз
- начальная температура древесины, принимается по табл.11[5];
При определении удельной теплоемкости древесины для С(-)
принимают, о
С:
t
ср.(-)
= (2.28)
тогда C
(-)
=
2,1 кДж/кго
С,
t
ср.(+)
= (2.29)
тогда C
(+)
=
2,8 кДж/кго
С,
Для среднегодовых условий, когда t
с.г.
>
0 о
С, расход тепла Q
нагр.1м
3
определяется по формуле:
Q
нагр.1м
3
=сС(+)
(
t
кам.
-
t
с.г.
)
=650.2,8. (62-0,8)=111384 кДж/м3
(2.30)
В этом случае среднеарифметическая температура для определения по рис. 3 [5] удельной теплоемкости С(+)
подсчитывается как полусумма двух температур, о
С:
t
ср
=, (2.31)
тогда C
(+)
=
2,8кДж/кго
С.
Расход тепла на нагревание древесины Q
нагр
в секунду.
Секундный расход тепла подсчитывается для зимних и среднегодовых условий, кВт:
Qнагр.
=, (2.32)
где фнагр
- продолжительность нагревания древесины, ч; ориентировочно принимают для пиломатериалов мягких хвойных пород на каждый сантиметр толщины 1ч, а зимой 2ч.
Для зимних:
Q
нагр
=,
Для среднегодовых:
Q
нагр
=.
Удельный расход тепла q
нагр
на нагревание древесины, приведенный к 1 кг. испаряемой влаги, кДж/кг.исп.влаги:
Для зимних условий:
q
нагр
= (2.33)
Для среднегодовых:
q
нагр
=
Расход тепла на испарение влаги.
При сушке в паровоздушной среде удельный расход тепла на испарение влаги, кДж/кг
q
исп
=1000, (2.34)
гдеI
2
– теплосодержание отработавшего агента сушки, выходящего из штабеля, кДж/кг, I
2
=
I
1
;
I
о
– теплосодержание свежего воздуха при t
=
20o
C;
Св
– удельная теплоемкость воды, Св
=4,19 кДж/кг;
t
м
– температура нагретой влаги в древесине, принимают равной температуре t
м
первой ступени режима.
Общий расход тепла на испарение влаги Q
исп
в секунду, кВт
Q
исп.
=
q
исп
.Мр
=2892,6.0,0065=18,8 кВт (2.35)
2.2.8 Расчет теплопотерь через ограждения камеры
Потери тепла в секунду через ограждения камеры Qогр.
определяют по выражению:
Q
огр
=
F
огр
.k
(
t
1
-
t
нар
), (2.36)
где F
огр
-
площадь ограждения (подсчитывается отдельно для стен, перекрытия, дверей, пола), м2
;
k
-
коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м2
град.;
t
нар
– температура вне сушильных камер.
Сушильные камеры будут находится в отапливаемом помещении, то t
нар
=15о
С.
Коэффициент теплопередачи для многослойных ограждений необходимо рассчитать по формуле, Вт/м3
град:
k
=(2.37)
где бвн
- коэффициент для внутренней поверхности ограждения, при сушке в паровоздушной среде бвн
=25Вт/м2
град;
в1
, в2
,…. в
n
– толщина слоев ограждения, м;
л1
, л2
…. л
n
- коэффициенты теплопроводности материалов, составляющие слои ограждений, Вт/м2
град., (табл.12 [5]);
лн
– коэффициент теплопроводности для наружной поверхности ограждений, Вт/м2
град., выходящих в отапливаемые помещения, лн
=9Вт/м2
град.
Коэффициент теплопередачи пола k
пол
принимают равным 0,5k
наружной стены.
k
пол
=0,5
k
нар.ст
(2.38)
За охлаждающую поверхность пола принимают полосу шириной 1 м вдоль наружной стены.
Для того чтобы исключить возможную конденсацию пара на внутренних поверхностях ограждений (пола, дверей, стен), когр
должен удовлетворять условию:
когр
£ 0.6 Вт/(м2
хград).
Таблица 2.5 - Расчет площади поверхности ограждений сушильной камеры
| Ограждения | Формула | Площадь, м2
|
| Боковая наружняя стена | F
бок.ст= L . H |
8,3.2,2 = 18,26 |
| Торцовая задняя стена | F
т.ст = B . H |
2,2.2,8 = 6,16 |
| Торцовая передняя стена (без площади дверей) | F
т.ст = B . H – F дв |
2,2.2,8 – 4,4 = 1,76 |
| Потолок | F
пот = L . B |
8,3.2,8 = 23,24 |
| Пол | F
пол= L + 2( B -1) |
8,3+ 2(2,8 – 1) = 11,9 |
| Дверь | F
дв = b . h |
2,2.2,0= 4,4 |
где L
– длина боковой стены, м (8,3);
H
,
B
– соответственно высота и ширина камеры, м(2,2; 2,8);
h
,
b
– соответственно высота и ширина двери, м (2,2; 2,0).
Удельный расход тепла на потери через ограждения камеры, кДж/кг.исп.влаги:
g
огр
= ∑
Q
огр
/Мс
=3,22/0,004=805,0 кДж/кг.исп.влаги (2.39)
Суммарный удельный расход тепла на сушку древесины.
Подсчитывают для среднегодовых условий:
g
суш.
=(
g
нагр.+
g
исп.
+
g
огр.
)с1,
(2.40)
где с1
– коэффициент, учитывающий неизбежные потери на нагревание ограждений и конструкций камеры, транспортных средств; утечку через не плотности и вынос тепла штабелем после его сушки и др., с1
=1.3.
g
суш
=(525,39+2892,6+805,0)1,3=5489,9кДж/кг.исп.влаги
2.2.9 Выбор типа и расчет теплоотдающей площади калорифера
Подбор типа калорифера.
В качестве источника тепла в лесосушильной камере ИУ-1гв использованы биметаллические водяные калориферы.
Тепловая мощность калорифера.
Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях по формуле:
Q
к
=(
Q
исп
+
å
Q
огр
)с2
, (2.41)
где Q
исп
– расход тепла на испарение влаги, кВт;
å
Q
огр
– теплопотери через ограждения камеры в зимних условиях, кВт;
с2
– коэффициент запаса на неучтенный расход, на возможное ухудшение теплоотдачи калорифера в процессе эксплуатации по причине, например, загрязнения, с2
=1.1 – 1.3
Q
к
=(18,8 + 3,22)х1,2=26,4кВт
Расчет поверхности нагрева калорифера.
F
к
=1000
Q
к
с3
/кк(
t
т
–
t
с
)
= 1000.26,4.1,2/21,35(84-61)=64,5 м2
, (2.42)
где кк
– коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м2
х0
С);
t
т
– температура теплоносителя, (84 0
С);
t
с
– температура нагреваемой среды в камере, (610
С);
с3
– коэффициент запаса (с3
= 1.2).
Живое сечение калорифера:
F
ж.сеч.кал.
=
f
ж.сеч.кал
.n
к
= 2,5х1 = 2,5 м2
, (2.43)
где f
ж.сеч.кал
– живое сечение для прохода агента сушки одного калорифера, м2
n
к
– количество калориферов в одном ряду, перпендикулярном потоку агента сушки.
Скорость агента сушки через калорифер:
v
к
=
V
ц
/
F
ж.сеч.кал
=11,7 /2,5 = 4,68 м/с. (2.44)
Коэффициент теплопередачи калорифера:
k
= 10,2
.
v
к
0,48
= 21,39 Вт/(м2
х0
С). (2.45)
Количество калориферов из биметаллических труб на одну сушильную камеру:
nk
=
Fk
/
¦
k
, (2.46)
где ¦
k
–
площадь нагрева одного биметаллического водяного калорифера данной марки.
nk
=64,5/136,02=0,5
Принимаем 1 биметаллический водяной калорифер КСк3-12 .
2.2.10 Определение расхода воды
Расход воды на одну сушильную камеру
D
г.в
=
Qk
/
c
в
r
в
D
t
= 26,4/4,19.945.15 = 0, 0004 м3
/сек или 1,44 м3
/час, (2.47)
где Qk
–
тепловая мощность калорифера, кВт;
св
– теплоемкость воды,
r
в
– плотность воды, кг/м3
;
D
t
– разница между температурой воды на входе к калорифер и на выходе из калорифера.
Скорость воды:
V
в
=
D
г.в
/
f
ж.сеч
= 0,0004 / 0,0022 =0,18 м/с (2.48)
где f
ж.сеч
– площадь трубы калорифера.
Годовая потребность в горячей воде:
D
г
= 335
.
24
.
n
.
D
г.в
= 335.24.5.1,44 = 5,78.104
м3
(2.49)
где 24- число часов в сутках; 335 – число рабочих дней в году;
n
– число камер, в которых идет сушка.
2.2.11 Определение диаметров трубопроводов
Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262 – 72 “Трубы стальные водопроводные” (условный проход 6. 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90, 100, 125, 150 мм).
Диаметр магистрального трубопровода, м:
d
маг
=
Ö
1,27Рцех
/3600
r
в
V
в
, (2.50)
где r
в
– плотность воды, кг/м3
;
Рцех
– расход воды на сушильный цех, м3
/час;
V
в
-скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с.
Рцех
=
n
кам
.
D
г.в
, (2.51)
Рцех
= 20.1,44=28,8 м3
/час;
d
маг
= Ö1,27.28,8/3600.945.0,001 =0,098м
Принимаем трубу 100х2.8 ГОСТ 3262 – 75.
Диаметр трубы (отвода) к коллектору камеры, м:
d
к
=
Ö
1,27
D
г.в
/3600
r
в
V
в
, (2.52)
V
в
-скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с.
d
к
=Ö1,27.1,44/3600.945.0,001=0,022м
Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75.
Диаметр трубы к калориферу камеры, м
d
к
=
Ö
1,27Рв
/3600
r
в
V
в
, (2.53)
где Рв
– расход воды на сушку, м3
/ч;
d
к
=Ö1,27.2.10-4
/3600.945.0,001 =0,00026м
Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75
Диаметр увлажнительных труб для установки форсунок, м.
d
увл
=
Ö
1,27Рк.пр
/3600рн
V
в, (2.54)
где V
в
– скорость движения воды, принимаем 50 м/с.
d
увл
=Ö1.27.282,8/3600.1,13.50 = 0,031м
Принимаем трубу 12,5х2.8 ГОСТ 3262 – 75
4. Аэродинамический расчет
4.1 Общая часть
Основными задачами аэродинамического расчета установок для сушки пиломатериалов являются: выбор типа, размеров и количества вентиляторов требуемой производительности, определение числа оборотов вентиляторов и необходимой мощности двигателей для их привода, а также количества потребляемой электроэнергии.
Выбор вентиляторов и их параметров производится по индивидуальным или обобщенным аэродинамическим характеристикам в соответствии с требуемой производительностью и напором, составленным для т.н. стандартного воздуха (t
= 20о
С, ц
= 0,50 и Рб
= 760 мм. рт. ст., с
= 1,2 кг/м3
).
Полный напор Нв
, развиваемый вентилятором, в общем случае должен быть равен сумме статического и динамического напоров:
Н в
= Нст
+ Нд
(4.1)
Статический напор Нст
равен сумме сопротивлений всех последовательных участков ∆hi
на пути движения агента сушки в камере:
n
Нст
=
∑∆hi
, или (4.2)
i
nсi
щi
2
еi
lu
Нст
=∑ ________
( _______
+ жi
), Па (4.3)
i 2 f
где на данном i
-ом участке
сi
– плотность агента сушки, кг/м3
;
щi
– скорость агента сушки, м/с;
еi
– коэффициент трения о стенки газохода;
l – длина прямого газохода, м;
u- периметр поперечного сечения прямого газохода, м;
f – площадь «живого» сечения газохода, м2
;
жi
–
коэффициент местного сопротивления.
Для расчета Нст
необходимо составить схему контура циркуляции агента сушки в камере, разбив его на характерные расчетные участки местных сопротивлений. Скорость движения воздуха на каждом участке определяется по общей формуле:
где fж.с
- поперечное сечение канала, свободное для прохода агента сушки, м2
;
Vс
– объем циркулирующего агента сушки, м3
/с.
Рис 4.1 Схема циркуляции агента сушки по камере ИУ‑1гв
Таблица 4.1 Участки циркуляции воздуха в камере
| Номер участка | Наименование участка |
| 1 | Вентилятор |
| 2, 4, 8, 10, 11 | Поворот под углом 900
|
| 3, 9 | Прямой канал |
| 5 | Вход в штабель (внезапное сужение) |
| 6 | Штабель |
| 7 | Выход из штабеля (внезапное расширение) |
| 12 | Калорифер |
4.2 Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку.
Для определения сопротивления каждого участка Дhi
необходимо знать скорость агента сушки щi
на каждом участке. Поскольку объем циркулирующего агента сушки Vс
, определенный в тепловом расчете, известен, то следует вначале определить «живые» сечения на каждом участке с тем, чтобы рассчитать далее скорость щi
.
Участок 1. Вентиляторная перегородка:
f1
=((рDв
2
)/4)nв
, м2
,(4.5)
где Dв
– диаметр вентилятора, м; принимается предварительно, либо по установленному в камерах;
nв
– число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашем случае nв
= 1.
f1
=((3,14.1,92
)/4) .1=2,83 м2
Участки 2,4,8,10,11. Поворот под углом 90о
:
f2
= f4
=f8
=f10
=f11
=0,5Н=0,5.3=1,5м2
где Н – высота камеры, м.
Участок 3,9. Прямые газоходы:
Сопротивление на этих участках можно не считать, т.к. из-за их незначительной длины, сопротивление потоку ничтожно мало.
Участок 5. Внезапное сужение потока агента сушки (вход в штабель):
Fж.сеч.шт
=Lшт
H(1-ввыс
), м2
, (4.6)
где Lшт
– длина штабеля, м;
Н – высота штабеля, м;
ввыс
– коэффициент заполнения штабеля по высоте, при толщине пиломатериала 25 мм и прокладок 25 мм он равен 0,5.
Fж.сеч.шт
=6,6∙2,6(1-0,5)=8,58 м2
f5
=Fж.сеч.шт
=8,58м2
Участок 6. Штабель:
f6
= Fж.сеч.шт
=8,58м2
Участок 7. Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеля):
f7
=Fж.сеч.шт
= 8,58м
Участок 12. Калорифер из биметаллических труб.
f12
= Fж.сеч.кал
=2,5 м2
4.4 Выбор вентилятора
Серийные вентиляторы подбираются по аэродинамическим характеристикам: индивидуальным, групповым и безразмерным. В нашем случае циркуляция агента сушки осуществляется низкочастотными центробежными вентиляторами с радиальными лопатками специального изготовления конструкции проф. Микита Э.А., ЛатНИИЛХП. Эти вентиляторы хорошо зарекомендовали себя при горизонтально‑поперечной циркуляции сушильного агента в камерах типа ИУ.
Выбираем вентилятор Ц9-57 №8 с диаметром вентилятора 2000 мм, числом оборотов nв
=900 об/мин, КПД=0,75.
4.5 Определение мощности и выбор электродвигателя
Мощность, потребляемая вентилятором, подсчитывается в зависимости от давления Нв
, Па и производительности Vв
, м3
/с
где зв
– КПД вентилятора по аэродинамической характеристике;
зп
– КПД передачи, равный 0,95 при клиноременной передаче.
Vв
= Vс
/n=19,734/1=19,734 м3
/с
489 ∙19,734
Установленная мощность электродвигателя:
Nуст
=kNв
=1,1.13,5=14,9кВт (4.8)
где k – коэффициент запаса мощности, k=1,1
Выбираем электродвигатель 4А160М6У3, мощностью 15 кВт, с числом оборотов – 1000 мин-1
.
4.6 Расчет приточно-вытяжных каналов
Площадь поперечного сечения приточного канала:
fпр.к.
=V0
/ щк
, м2
, (4.9)
где V0
– объем свежего воздуха, м3
/с;
щк
– скорость агента сушки, равная 2 м/с.
fпр.к
=0,089/2=0,0445 м2
Площадь поперечного сечения вытяжного канала:
fвыт.к.
=Vотр
/ щк
, м2
,
где Vотр
– объем отработавшего воздуха.
fвыт.к
=0,113/2=0,0565 м2
.
5. Описание технологического процесса
Технологический процесс сушки пиломатериалов в камерах периодического действия включает следующие этапы (операции):
1. Подготовка камеры к работе.
2. Формирование сушильного штабеля пиломатериалов.
3. Загрузка камеры (закатка штабеля или штабелей).
4. Прогрев камеры и проведение собственно сушки по заданному режиму.
5. Проведение влаготеплообработок.
6. Кондиционирование пиломатериалов (при необходимости).
7. Охлаждение материала и выкатка штабеля.
5.1 Подготовка камеры к работе
Подготовка камеры заключается в очистке ее от мусора и проверке исправного состояния оборудования.
Проверяют шибера воздухообменных каналов, они должны полностью перекрывать каналы. Дверь камеры должна обеспечивать герметичность. Проверяют работоспособность исполнительных механизмов, так же осмотру подлежит психрометр и вентиляторы.
Периодически проверяется состояние вентиляторного узла, приборов дистанционного контроля и автоматического регулирования температур и влажности.
5.2 Формирование сушильного штабеля пиломатериалов
Формирование сушильного штабеля осуществляется при помощи лифта‑подъёмника.
При формировании сушильного штабеля необходимо выполнить следующие основные требования:
- штабель должен быть полногабаритным, т. е. заданных размеров по длине, ширине и высоте (по высоте штабель должен быть максимально полногабаритным, во избежание паразитных потоков воздуха, протекающих мимо штабеля);
- необрезные доски укладываются в ряду комлями в разные стороны, попеременно наружными и внутренними пластями;
- широкие доски - по краям штабеля, узкие в середину;
- торцы штабеля должны быть выровнены;
- штабель формируется из пиломатериалов одной толщины и одной породы;
- доски низших сортов укладывать на верхние ряды штабеля;
- межрядовые прокладки – калиброванные, размером 25х40мм в ширину штабеля, из здоровой древесины хвойных пород, влажностью ≤ 18 %;
- расстояние между прокладками в ряду по длине штабеля (шаг) для мягких хвойных пород рекомендуется равным 20 кратной толщин доски (Ш = 20 Т);
- крайние прокладки – заподлицо с торцами штабеля;
Для загрузки штабеля в камеру используются подштабельные рельсовые тележки.
5.3 Загрузка камер
С участка формирования штабеля штабель транспортируется к камерам при помощи траверсной тележки: с лифта штабель перекатывается по рельсам на траверсную тележку, траверсная тележка перемещается до камеры которую предстоит загрузить и перекатывается с траверсной тележки по рельсам в камеру.
5.4 Прогрев камеры и проведение сушки
После подготовки камеры к работе и устранения выявленных неисправностей постепенно прогревают камеру, включают вентиляторы.
Первая технологическая операция после загрузки камеры – начальная влаготеплообработка (прогрев) древесины. Для создания необходимой температурно-влажностной среды в камеру подают теплоноситель, по необходимости открывают вентиль увлажнительной трубы. Воздухообменные каналы камеры в это время закрыты. Продолжительность прогрева хвойных п/м в пределах 1,5 – 2,0 часа на каждый см толщины доски.
5.5 Режимные параметры сушки
После прогрева задаются режимные параметры сушки путем снижения температуры по сухому и увеличению разницы между сухим и смоченным термометрам. Для этого нужно перекрыть вентили подачи на увлажнительную трубу и приоткрыть заслонки воздухообменных каналов, чтобы выбросить из камеры часть влажного воздуха и подать в камеру свежий воздух. Эту операцию продолжать до установления нужных значений (показателей) сухого и смоченного термометров согласно режиму сушки.
Режим сушки выбирается в зависимости от породы и сечения пиломатериала согласно ГОСТ 19773-84.
Для снятия напряжений в древесине, возникающих в процессе сушки может проводиться промежуточная и конечная влаготеплообработки. При этом температуру среды в камере держат ≈ на 80
С выше режимной. Степень насыщенности воздуха паром должна быть не ниже 95%.
Окончание сушки. После влаготеплообработки пиломатериалы выдерживают в течение 2 – 3 часов при параметрах последней ступени режима для подсушки поверхностного слоев.
Затем прекращается подача воды в калориферы, отключается вентилятор и п/м охлаждают до 30 0
С, при этом открыты приточно-вытяжные каналы, а затем приоткрывают и двери камеры. Время охлаждения в пределах 1 часа на каждый см толщины материала.
Из камеры неохлажденный штабель пиломатериалов выкатывать запрещается!
Высушенный пиломатериал должен храниться только в отапливаемом помещении. Для этого в цехе предусмотрен участок складирования сухих пиломатериалов.
Высушенный пиломатериал выкатывается на рельсовые пути из камеры при помощи лебедки на траверсной тележке и трособлочной системы, затем пакеты пиломатериалов при помощи траверсной тележки транспортируются на участок складирования сухих пиломатериалов.
Для хранения на длительный срок пиломатериал перекладывают в плотные пакеты и торцы прикрывают. Эту операцию можно производить при помощи лифта.
Транспортировка пакетов сухих пиломатериалов на дальнейшую обработку производится при помощи траверсной тележки.
Список литературы
1 Лесосушильные камеры: Метод. указания/ Е.В. Воронцов, В.В. Сергеев, Ю.И. Тракало. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГЛТУ, 2004. – 32 с.
2 Технологический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действия для пиломатериалов с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало, Ю.М. Ошурков. – Екатеринбург: РИО УГЛТА, 2001. – 48.
3 Тепловой расчет лесосушильных камер периодического и непрерывного действия с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало. – Екатеринбург: РИО УГЛТА, 1996. – 48.
4 Гидротермическая обработка древесины. Аэродинамический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действия/ В.Г. Кротов, Ю.М. Ошурков. – Свердловск: РИО УЛТИ, 1991. – 32 с.
5 Шубин Г.С., Меркушев И.М. Проектирование лесосушильных камер. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию по специальности 260200 «Технология деревообработки». – М.: МГУЛ. 2002. – 100 с.
6 Кречетов И.В. Сушка древесины. Изд-е 4-е перераб. и дополн. – М.: 1977 – 496 с.