Проектирование лесосушильной камеры типа Capcal HT-40

Проектирование лесосушильной камеры типа Capcal HT-40

Проектирование лесосушильной камеры типа ²Capcal HT-40 ²

ВВЕДЕНИЕ

Эффективная работа любого деревообрабатывающего предприятия во многом зависит от эффективной работы лесосушильного цеха или участка. Это значит, что проектирование лесосушильных камер и цехов должно основываться на современных достижениях в области техники и технологии камерной сушки пиломатериалов.

Камеры классифицируются по способу циркуляции и характеру применяемого сушильного агента, принципу действия, типу ограждений. В состав лесопильно-деревообрабатывающих предприятий, как правило, входит целый ряд объектов, одним из которых является лесосушильный цех. Проектирование лесосушильных камер и цехов предусматривает решение следующих задач:

целесообразный выбор места лесосушильного цеха на генеральном плане предприятия в зависимости от расположения сортировочной площадки лесопильного цеха, склада пиломатериалов для атмосферной сушки и деревообрабатывающих цехов потребителей;

обоснованная программа объема сушки пиломатериалов или заготовок;

применение совершенных лесосушильных камер, прогрессивной технологии и режимов сушки, средств автоматики для контроля и управления процессом с целью обеспечения высокого качества сушки пиломатериалов;

применение современных средств механизации по формированию, разработки и транспортированию сушильных штабелей и пакетов, разработка рациональных транспортных схем;

максимальное снижение себестоимости сушки;

внедрение научной организации труда и высокой культуры производства;

создание комфортных условий труда и отдыха работающего персонала лесосушильных цехов;

Проектирование лесопильно-деревообрабатывающих предприятий, в том числе и лесосушильных цехов, регламентируется общегосударственными нормативными документами. По требованиям, которые предъявляются к проектам этими документами, установки для сушки древесин могут быть разделены на две группу: 1)стационарные, включающие в себя строительные элементы и сооружения ; 2) сборно-металлические заводского изготовления.

В настоящем курсовом проекте производятся технологический, тепловой и аэродинамический расчеты лесосушильной камеры типа «Capcal HT-40 ». Этот тип камеры имеет ряд преимуществ в случае предъявления специальных требований :

·          Занимает меньше площади

·        Более низкоинвестиционные затраты

·        Меньшее количество рабочих часов

·        Имеют низкое энергопотребление

1.     
Технологический расчет

.1 Пересчет объема фактического материала в объем условного материала

Объем подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф_i, м³, пересчитывается в объем условного материала У_i, м³ усл., по формуле (1.1), с.7 /1/

У_i = K_iФ_i , (1.1)

где Ф_i - объем высушенных или подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного размера и породы (задается в спецификации), м3;

K_i - коэффициент пересчета.

Коэффициент пересчета определяется по формуле (1.2), с.7 /1/

K_i = К_τ К_Е , (1.2)

где К_τ - коэффициент продолжительности оборота камеры;

К_Е - коэффициент вместимости камеры.

Коэффициент вместимости камеры определяется по формуле (1.3), с.7 /1/

К_Е =  (1.3)

где β_у - коэффициентов объемного заполнения штабеля условным материалом;

β_ф - коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическим материалом.

Величина коэффициента объемного заполнения штабеля условным материалом или фактическим определяется по формуле (1.4), с.7 /1/

β_у = β_ф = β_в β_ш β_д , (1.4)

где β_в - коэффициент заполнения штабеля по высоте;

β_ш - коэффициент заполнения штабеля по ширине;

β_д - коэффициент заполнения штабеля по длине;

У₀ - объемная усушка пиломатериала, %.

Коэффициент заполнения штабеля по высоте определяется по формуле (1.5), с.7 /1/

, (1.5)

где S - номинальная толщина высушиваемого материала, мм;

S_пр - толщина прокладок, мм.

Принимаем толщину прокладок S_пр = 25 мм, с.7 /1/. Коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш, определится по таблице 1.1, с.8 /1/ в зависимости от вида пиломатериалов (обрезанные, и не обрезные). Значение коэффициента штабеля по ширине берутся для штабелей без шпаций. Коэффициент заполнения штабеля по длине определим по формуле (1.6), с.7 /1/

, (1.6)

где l_cр - средняя длина пиломатериалов в штабеле, м;

l_габ.шт. - габаритная длина штабеля, м.

Габаритные размеры штабеля по длине, ширине, высоте составляют 6,0 Ч 1,2 Ч 3,0 м по заданию.

При укладе заготовок, уложенных «торец в торец», их количество по длине штабеля вычисляется по формуле (1.6), с.8 /1/

, (1.7)

где l_габ.шт. - габаритная длина штабеля, м;

l_заг - длина заготовки, м.

Округлив количество заготовок по длине штабеля n_д до целого числа в меньшую сторону, определим коэффициент заполнения штабеля по длине для заготовок по формуле (1.7), с.8 /1/

, (1.8)

где l_заг - длина заготовки, м;

l_габ.шт. - габаритная длина штабеля, м;

n_д' - величина, полученная по формуле (1.7) после округления до целого числа.

Объемная усушка У₀, % определяется по формуле (1.8), с.8 /1/

, (1.9)

где К₀ - коэффициент объемной усушки древесины;

W_ном - влажность, для которой установлены номинальные размеры пиломатериалов, %

W_к - конечная влажность пиломатериалов, %.

Влажность, для которой установлены номинальные размеры пиломатериалов, W_ном =60 %,Wк = 12%, с.8 /1/.Коэффициент объемной усушки К_о определяется по таблице 1.2, с.9 /1/.

Выполняем расчет коэффициента вместимости камеры.

) Для древесины сосна (40 Ч 150Ч5500)(усл.мат.) коэффициент объемной усушки К₀ = 0,44 по таблице 1.2, с.9 /1/ , коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом β_у =0,454 с.9 /1/.

Определим параметры пиломатериала из древесины осины:

Определим по формуле (1.8) объемную усушку пиломатериалов

У₀ = 0,44 · (20 - 12) = 3,52%

Коэффициент заполнения штабеля по высоте находится по формуле (1.5)

.

Коэффициент заполнения штабеля по длине находится по формуле (1.6)

.

Коэффициент объемного заполнения штабеля находится по формуле (1.4)

.

Коэффициент вместимости камеры определяем по формуле (1.3)

.

) Для древесины сосна (25Ч150Ч6200) коэффициент объемной усушки К₀=0,44 по таблице 1.2, с.9 /1/, коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом

β_у =0,454 с.9 /1/.

Определим параметры пиломатериала из древесины сосна:

Определим по формуле (1.9) объемную усушку пиломатериалов

У₀ = 0,44 · (20 - 12) = 3,52 %

Коэффициент заполнения штабеля по высоте находится по формуле (1.5)

.

Коэффициент заполнения штабеля по длине находится по формуле (1.6)

.

Коэффициент объемного заполнения штабеля находится по формуле (1.4)

.

Коэффициент вместимости камеры определяем по формуле (1.3)

.

) Для древесины сосна(50Ч150Ч6200) коэффициент объемной усушки

К₀ = 0,44 по таблице 1.2, с.9 /1/ , коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом β_у =0,454 с.9 /1/.

Определим параметры пиломатериала из древесины лиственницы:

Определим по формуле (1.9) объемную усушку пиломатериалов

У₀ = 0,44 · (20 - 12) = 3,52 %

Коэффициент заполнения штабеля по высоте находится по формуле (1.5)

.

Коэффициент заполнения штабеля по длине находится по формуле (1.6)

.

Коэффициент объемного заполнения штабеля находится по формуле (1.4)

.

Коэффициент вместимости камеры определяем по формуле (1.3)

.

) Для древесины лиственица(40Ч130Ч6200) коэффициент объемной усушки К₀ = 0,52 по таблице 1.2, с.9 /1/ , коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом

β_у =0,454 с.9 /1/.

Определим параметры пиломатериала из древесины березы:

Определим по формуле (1.9) объемную усушку пиломатериалов

У₀ = 0,52 · (20 - 12) = 4,16 %

Коэффициент заполнения штабеля по высоте находится по формуле (1.5)

.

Коэффициент заполнения штабеля по длине находится по формуле (1.6)

.

Коэффициент объемного заполнения штабеля находится по формуле (1.4)

.

Коэффициент вместимости камеры определяем по формуле (1.3)

.

5) Для древесины береза(заг.) (40Ч80Ч1200) коэффициент объемной усушки К₀ = 0,54 по таблице 1.2, с.9 /1/ , коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом

β_у =0,454 с.9 /1/.

Определим параметры пиломатериала из древесины березы:

Определим по формуле (1.9) объемную усушку пиломатериалов

У₀ = 0,54 · (20 - 12) = 4,32 %

Коэффициент заполнения штабеля по высоте находится по формуле (1.5)

.

Коэффициент заполнения штабеля по длине находится по формуле (1.6)

.

Коэффициент объемного заполнения штабеля находится по формуле (1.4)

.

Коэффициент вместимости камеры определяем по формуле (1.3)

.

6) Для древесины бук(п/м н/обр) (32Чр.ш.Ч3000) коэффициент объемной усушки К₀ = 0,47 по таблице 1.2, с.9 /1/ , коэффициент заполнения штабеля по ширине β_ш = 0,6. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом

β_у =0,454 с.9 /1/.

Определим параметры пиломатериала из древесины березы:

Определим по формуле (1.9) объемную усушку пиломатериалов

У₀ = 0,47 · (20 - 12) = 3,76 %

Коэффициент заполнения штабеля по высоте находится по формуле (1.5)

.

Коэффициент заполнения штабеля по длине находится по формуле (1.6)

.

Коэффициент объемного заполнения штабеля находится по формуле (1.4)

.

Коэффициент вместимости камеры определяем по формуле (1.3)

.

Данные расчета коэффициентов вместимости камеры введем в таблицу 1.1.

Таблица1.1-Определение коэффициентов вместимости камеры

Примечания : β_в - коэффициент заполнения штабеля по высоте;

β_ш - коэффициент заполнения штабеля по ширине;

β_д - коэффициент заполнения штабеля по длине;

К₀ - коэффициент объемной усушки древесины;

W_ном - влажность, для которой установлены номинальные размеры пиломатериалов, %

W_к - конечная влажность пиломатериалов, %.

У₀ - объемная усушка пиломатериала, %.

β_у - коэффициентов объемного заполнения штабеля условным материалом;

β_ф - коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическим материалом.

К_Е - коэффициент вместимости камеры.

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле (1.9), с.10 /1/

, (1.10)

где τ_об.ф - продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток;

τ_об.у - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического(τ_об.ф) или условного (τ_об.у) материала (в сутках) рассчитывается по формулам (1.10) и (1.11), с.10 /1/

τ_об.ф = τ_суш + τ_{загр ,} (1.11)

τ_об.у = τ_суш + τ_{загр ,} (1.12)

где τ_суш - продолжительность сушки фактического или условного материала, суток;

τ_загр - продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток.

Принимаем продолжительность загрузки и выгрузки материала τ_загр = 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки (в часах), включая начальный прогрев и влаготеплообработку, находится по формуле (1.14), с.11 /1/

τ_суш = τ_исх· А_р· А_ц · А_к · А_в · А_д , (1.13)

где τ_исх - исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы;

А_р - коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки;

А_ц - коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере;

А_к - коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризирующий среднюю длительность влаготеплообработки;

А_в - коэффициент, учитывающий начальную(W_н) и конечную(W_к)влажность древесины;

А_д - коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса.

Исходная продолжительность сушки пиломатериалов определяется по таблице 1.4, с.12 /1/. (при нахождении промежуточных значений используем метод интерполирования). Коэффициент, учитывающий категорию нормального режима сушки А_р=1,7, с.11 /1/.

Коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере А_ц определяется по таблице 1.5, с.13 /1/ в зависимости от произведения τ_исх· А_р. Коэффициент, учитывающий категорию качества сушки, А_к = 1,15 для второй категории качества с.29 /1/. Коэффициент учитывающий начальную(W_н ) и конечную(W_к ) влажность древесины А_в, находим по таблице 1.6, с.14 /1/ (при нахождении промежуточных значений используем метод интерполирования). Коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса А_д = 1,0 - для пиломатериалов.

1)      Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из сосна (25Ч150Ч6200).

Исходная продолжительность сушки τ_исх = 55 часа по таблице 1.4, с.12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима

τ_исх· А_р = 55 · 1,7 = 93,5 ч.

Из таблицы 1.5, с.13 /1/, находим коэффициент А_ц, учитывающий характер и скорость циркуляции воздуха при скорости υ_шт = 2 м/с.

.

Из таблицы 1.6, с.14 /1/, найдем коэффициент, учитывающий значения начальной (W_н )и конечной(W_к ) влажности древесины

.

Общую продолжительность сушки рассчитаем по формуле (1.13)

ч.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке данного пиломатериала составит по формуле (1.11)

с.

2) Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из сосна (50Ч150Ч6200)

Исходная продолжительность сушки τ_исх = 104 часов по таблице 1.4, с.12 /1/. Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима

τ_исх· А_р = 104 · 1,7 = 176,8ч.

Из таблицы 1.5, с.13 /1/, находим коэффициент А_ц, учитывающий характер и скорость циркуляции воздуха при скорости υ_шт = 2 м/с.

Из таблицы 1.6, с.14 /1/, найдем коэффициент, учитывающий значения начальной (W_н )и конечной(W_к ) влажности древесины

.

Общую продолжительность мушки рассчитаем по формуле (1.13)

ч.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке данного пиломатериала составит по формуле (1.11)

с.

) Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из сосна(40 Ч 150Ч5500)(усл.мат.) Исходная продолжительность сушки τ_исх =88 часа по таблице 1.4, с.12 /1/. Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима τ_исх· А_р = 88 · 1,7= 149,6ч.

Из таблицы 1.5, с.13 /1/, находим коэффициент А_ц, учитывающий характер и скорость циркуляции воздуха при скорости υ_шт = 2 м/с.

.

Из таблицы 1.6, с.14 /1/, найдем коэффициент, учитывающий значения начальной (W_н )и конечной(W_к ) влажности древесины

.

Общую продолжительность мушки рассчитаем по формуле (1.13)

ч.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке данного пиломатериала составит по формуле (1.11)

с.

4) Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из лиственница (40Ч130Ч6200)

Исходная продолжительность сушки τ_исх = 157 часа по таблице 1.4, с.12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима

τ_исх· А_р = 157 · 1,7 =266,9 ч.

Из таблицы 1.5, с.13 /1/, находим коэффициент А_ц, учитывающий характер и скорость циркуляции воздуха при скорости υ_шт = 2 м/с.

.

Из таблицы 1.6, с.14 /1/, найдем коэффициент, учитывающий значения начальной (W_н )и конечной(W_к ) влажности древесины

.

Общую продолжительность мушки рассчитаем по формуле (1.13)

ч.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке данного пиломатериала составит по формуле (1.11)

с.

) Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из береза(заг.) (40Ч80Ч1200)

Исходная продолжительность сушки τ_исх = 100 часа по таблице 1.4, с.12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима

τ_исх· А_р = 100 · 1,7 =170 ч.

Из таблицы 1.5, с.13 /1/, находим коэффициент А_ц, учитывающий характер и скорость циркуляции воздуха при скорости υ_шт = 2 м/с.

.

Из таблицы 1.6, с.14 /1/, найдем коэффициент, учитывающий значения начальной (W_н )и конечной(W_к ) влажности древесины

.

Общую продолжительность мушки рассчитаем по формуле (1.13)

ч.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке данного пиломатериала составит по формуле (1.11)

с.

6) Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из бук(п/м н/обр) (32Чр.ш.Ч3000) Исходная продолжительность сушки τ_исх = 122 часа по таблице 1.4, с.12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима

τ_исх· А_р = 122 · 1,7 =207,4 ч.

Из таблицы 1.5, с.13 /1/, находим коэффициент А_ц, учитывающий характер и скорость циркуляции воздуха при скорости υ_шт = 2 м/с.

.

Из таблицы 1.6, с.14 /1/, найдем коэффициент, учитывающий значения начальной (W_н )и конечной(W_к ) влажности древесины

.

Общую продолжительность мушки рассчитаем по формуле (1.13)

ч.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке данного пиломатериала составит по формуле (1.11)

с.

Таблица 1.2-Определение продолжительности сушки пиломатериалов и заготовок

Примечания к таблице 1.2: W_н - начальная влажность древесины;

W_к - конечная влажность древесины;

τ_исх - исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы;

А_р - коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки;

А_ц - коэффициент, учитывающий характер и интенсивности циркуляции воздуха в камере;

А_к - коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризирующий среднюю длительность влаготепло-обработки;

А_в - коэффициент, учитывающий начальную(W_н) и конечную (W_к) влажность древесины; А_д - коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса; τ_суш - продолжительность сушки фактического или условного материала, суток; τ_об.ф - продолжительность оборота камеры при сушке фактического метериала данного размера и породы,суток; τ_об.у - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток; К_τ - коэффициент продолжительности оборота камеры.

1) Для пиломатериалов из древесины сосна (25Ч150Ч6200).

Найдем коэффициент пересчета по формуле (1.2)

К = 1,04 · 0.65 = 0.676.

Объем условного материала определим по формуле (1.1)

У = 0.676 · 1000 = 676 м³.

) Для пиломатериалов из древесины сосна (50Ч150Ч6200).

Найдем коэффициент пересчета по формуле (1.2)

К = 0.769· 1.3 = 0.99.

Объем условного материала определим по формуле (1.1)

У = 0.99 · 1000 = 990 м³.

) Для пиломатериалов из древесины лиственица(40Ч130Ч6200)

Найдем коэффициент пересчета по формуле (1.2)

К = 0.848 · 1.91 = 1.62.

Объем условного материала определим по формуле (1.1)

У = 1.62 · 1000 = 1620 м³.

) Для пиломатериалов из древесины береза(заг.) (40Ч80Ч1200)

Найдем коэффициент пересчета по формуле (1.2)

К =0.876· 1.36 = 1.19.

Объем условного материала определим по формуле (1.1)

У = 1.19 · 1000 = 1190 м³.

) Для пиломатериалов из древесины бук(п/м н/обр) (32Чр.ш.Ч3000)

Найдем коэффициент пересчета по формуле (1.2)

К =1,450· 1.64 = 2.38.

Объем условного материала определим по формуле (1.1)

У = 2.38 · 1000 = 2380 м³.

Результаты пересчета объема фактических пиломатериалов в объем условного материала введем в таблицу 1.3

Таблица 1.3-Пересчет объема фактических пиломатериалов в объем условного материала

1.2 Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале, м³ усл./год, определяется по формуле (1.25), с.25 /1/

 . (1.15)

где :E_у - вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м; n_.у - Число оборотов камеры в год (число загрузок), об./год.

Вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала определяется по формуле:

 β_у

где Г - габаритный объем всех штабелей в камере, м³ усл./год;

β_у - коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом

Габаритный объем штабелей Г, м³, вычисляется по выражению (1.23), с.25 /1/

Г = nlbh, (1.16)

где n - число штабелей в камере;

l - габаритная длина штабеля, м;

b - габаритная ширина штабеля, м;

h - габаритная высота штабеля, м.

По данным таблицы 8, с.163 /2/ габаритные размеры штабеля следующие:

длина штабеля l = 6,2 м, ширина штабеля b = 1,3 м, высота штабеля h = 1,2 м.

Число штабелей в камере n = 9.

Подставим известные значения в формулу (1.16)

Г = 9· 6,2 · 1,3 · 1,2 = 87 , м³.

= 87*0.454=39.52 (м³/усл)

Число оборотов камеры в год (число загрузок), об./год, определяется по выражению

(1.24) с.25 /1/

, (1.17)

где 335 - время работы камеры в году, суток;

τ_об.у - продолжительность оборота камеры для условного материала.

Из таблицы 1.14, с.24 /1/ , продолжительность оборота камеры для условного материала составляет τ_об.у = 6,8 суток. Подставим известные значения в выражение (1.17)

 об./год.

Из таблицы 1.3, с.10 /1/ коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом β_у = 0,454. Подставим известные значения в выражение (1.15)

 м³ усл./год.

1.3 Определение необходимого количества камер

Необходимое количество камер определяется по формуле (1.26), с.25 /1/

, (1.18)

где ΣУ - общий объем условного материала, м³ ;

П_у - годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале, м³ усл./год.

Из таблицы 1.3 пояснительной записки общий объем условного материала ΣУ =6856 м³ усл, годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале П_у = 1936 м³ усл./год. Подставим известные значения в формулу (1.18)

Принимаем необходимое количество камер n_кам = 4.

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАМЕР И ЦЕХА

Производится с целью определения затрат тепла па суш­ку, расхода теплоносителя, выбора и расчета теплового обо­рудования камер и цеха (калориферов, трубопроводов).

2.1 Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимаются самые быстросох­нущие доски или заготовки из заданной спецификации. В этом случае камеры обеспечат сушку любого другого материала из этой спецификации. За расчетный материал принимает обрезные доски из древесины сосна размером 25Ч150Ч6200 мм, высушиваемые от начальной влажности W_н = 72 % ,конечной влажности W_к = 12 %.

2.2 Определение массы испаряемой влаги

Масса влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов, кг/ м³, определяем по формуле (2.1), с.27 /1/

, (2.1)

где ρ_б - базисная плотность расчетного материала, кг/ м³;

W_н - начальная влажность расчетного материала, %;

W_к - начальная влажность расчетного материала, %.

Подставим в формулу (2.1) значения базисной плотности древесины сосна ρ_б = 400 кг/ м³ по таблице 1.2, с.9 /1/, начальную и конечную влажность расчетного материала, % получим

 кг/ м³.

Масса влаги испаряемой за время одного оборота камеры, кг/ оборот, вычислим по формуле (2.2), с.27 /1/

, (2.2)

где m_1м³ - масса влаги, испаряемой из одного м³ пиломатериалов, кг/ м³; Е - вместимость камеры, м³.

Вместимость камеры, м³, рассчитывается по формуле (2.3), с.27 /1/

Е = Г · β_ф, (2.3)

где Г - габаритный объем штабеля в камере, м³;

β_ф - коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

Подставляя в формулу (2.3) полученные ранее значения, получим

Е = 87 · 0,434= 37,76 м³.

Подставим известные значения в формулу (2.2)

 кг/оборот.

Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с, определяется по формуле (2.4), с.27/1/

, (2.4)

где m_об.кам - масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, кг/оборот; τ_{соб.суш} - продолжительность собственно сушки, ч.

Продолжительность собственно сушки находим по формуле (2.5), с.27 /1/

τ_{соб.суш} = τ_суш - (τ_пр + τ_{кон. ВТО} ) , (2.5)

где τ_суш - продолжительность сушки расчетного материала, ч;

τ_пр- продолжительность начального прогрева материала, ч;

τ_{кон.ВТО} - продолжительность конечной влаготеплообработки, ч.

Из расчетов в пояснительной записки известно, что продолжительность сушки расчетного материала τ_суш = 104,39 ч. По указаниям на с.27 /1/ принимаем продолжительность начального прогрева материала τ_пр = 3,75 ч., а по таблице 2.1, с. 28 /1/ находим продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО) τ_{кон.ВТО} = 2 ч.

Подставим известные данные в формулу (2.5)

τ_{соб.суш} = 104,39 - (3,75+ 2) = 98,64ч.

Определим массу влаги испаряемой из камеры в секунду, кг/с, по формуле (2.4)

 кг/с.

Расчетную массу испаряемой влаги найдем по формуле (2.7), с.

m_p = m_c · k, (2.6)

где m_c - масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с;

k - коэффициент неравномерной скорости сушки.

По данным на с.28 /1/ принимаем коэффициент неравномерности скорости сушки k = 1,2, подставив известные значения в формулу (2.6)

m_р = 0,025 · 1,2 = 0,03 кг/с.

2.3 Выбор режима сушки

По таблице 10, с.177 /2/ выбираем для нашего расчетного материала режим Л - 2Н. По рекомендациям на с.30 /1/ используем данные для влажности в пределах 35-20 % и выбираем следующие параметры режима: температура агента сушки t = 84 єC, психометрическая разность Δ t = 12 є C, степень насыщенности φ = 0,59.

Режимы сушки в камерах периодического действия

(ГОСТ 19773 - 84)

2.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

Влагосодержание d1, г/кг, определим по формуле (2.8), с.30 /1/

 , (2.7)

где р_п1 - парциальное давление водяного пара, Па;

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

Парциальное давление водяного пара, Па, вычисляется по формуле (2.9), с.30 /1/

, (2.8)

где р_н - давление насыщения водяного пара при расчетной температуре режима, Па; φ₁ - степень насыщенности воздуха расчетной ступени режима.

По таблице 2.2, с.31 /1/, получаем значение давления насыщения пара р_н, Па, при t = 61 єС

 Па.

Подставим полученные значения в формулу (2.8)

Па.

Принимая атмосферное давление р_а = 10⁵ Па, с.30 /1/, вычислим влагосодержание по формуле (2.7)

г/кг.

Теплосодержание воздуха, кДж/кг, вычисляется по формуле (2.10), с.31 /1/

I₁ = C_B · t + 0,001 · d · (C_n · t + r₀),   (2.9)

где С_в - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг °С);

t - температура воздуха, °С;

d - влагосодержание, г/кг с в;

С_п - удельная теплоемкость пара, кДж/(кг °С);

г₀ - скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Подставим известные значения в формулу (2.9)

I₁ = 1,0 · 61 + 0,001 · 92.1 · (1,93 · 61 + 2490) = 301.17 кДж/кг.

Плотность воздуха, кг/м³, рассчитывается по формуле (2.11), с.31 /1/

, (2.10)

где d₁ - влагосодержание, г/кг;

T₁ - термодинамическая температура, К.

Термодинамическая температура находится по формуле (2.13), с.31 /1/

T₁ = 273 + t₁, (2.11)

где t₁ - температура агента сушки, єС.

Найдем термодинамическую температуру по формуле (2.11)

T₁ = 273 + 61 = 334 К.

Подставим известные значения в формулу (2.10)

 кг/м³.

Приведенный удельный объем с. 31 /6/, м³/кг определим по формуле (2.12), с.31 /1/

, (2.12)

где d₁ - влагосодержание воздуха на входе в штабель, г/кг;

T₁ - термодинамическая температура, К.

Подставляем известные значения в формулу (2.12)

 м³/кг.

2.5 Определение параметров агента сушки на выход из штабеля

Объем циркулирующего агента сушки, м³/с, определяется по формуле (2.14), с.32 /1/

, (2.13)

где υ_шт - заданная скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с; F_{ж.сеч.шт} - площадь живого сечения штабеля, м².

Площадь живого сечения штабеля, м², определяется по формуле (2.15), с.32 /1/

, (2.14)

где n - количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки; l - длина штабеля, м; h - высота штабеля, м;

β_в - коэффициент заполнения штабеля по высоте.

По данным таблицы 1.1 пояснительной записки, коэффициент заполнения штабеля по высоте β_в = 0,5, по данным таблицы 8, с.163 /2/, длина штабеля l = 6 м, высота штабеля h = 3 м. Принимаем количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки, n = 0,5. Подставим известные значения в формулу (2.14)

 м².

Рассчитаем объем циркулирующего агента сушки V_ц, м³/с, по формуле (2.13)

V_ц = 1.5*11.16= 16.74 м³/с.

Масса циркулирующего агента сушки на 1 килограмм испаряемой влаги, кг/кг, вычисляется по формуле (2.17), с.33 /1/

, (2.15)

где V_ц - объем циркулирующего агента сушки, м³/с;

m_p - расчетная масса испаряемой влаги, кг/с;

υ_пр - приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель, м³/кг.

Подставим известные значения в формулу (2.15)

кг/кг.

Влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг, определяется по формуле (2.18), с.33 /1/

, (2.16)

где m_ц - масса циркулирующего агента сушки, кг/кг;

d₁ - влагосодержание воздуха на входе в штабель, г/кг.

Подставляем известные данные в формулу (2.16)

 г/кг.

Температуру воздуха на выходе из штабеля, єС, определим по формуле (2.20), с.34 /1/

, (2.17)

где I₂ - теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг;

d₂ - влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг.

Исходя из условия I₁ = I₂ по формуле (2.17) найдем температуру воздуха на выходе из штабеля t₂

 єС.

Рассчитаем термодинамическую температуру Т₂, К, по формуле (2.11)

Т₂ = 273 + 56 = 329 К.

Плотность воздуха на выходе из штабеля ρ₂, кг/м³, определим по формуле (2.10)

 кг/м³.

Приведенный удельный объем агента сушки на выходе из штабеля υ_пр, м³/кг, определим по формуле (2.12)

 м³/кг.

Уточненное значение массы циркулирующего агента сушки на один килограмм испаряемой влаги, кг/кг, определим по формуле (2.23), с.35 /1

, (2.18)

где d₁ - влагосодержание воздуха на входе в штабель, г/кг;

d₂ - влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг.

Подставляем найденные ранее значения в формулу (2.18)

 кг/кг.

Уточним объем циркулирующего агента сушки V_ц, м³/с, по формуле (2.24), с.35 /1/

, (2.19)

где m_ц - уточненная масса циркулирующего агента сушки, кг/кг;

m_p - расчетная масса испаряемой влаги, кг/с;

υ_пр - приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель, м³/кг.

Подставим найденные ранее значения в формулу (2.19)

 м³/с.

Уточним массу циркулирующего агента сушки G_ц, кг/с, по формуле (2.26), с.35 /1/

, (2.20)

где m_ц - уточненная масса циркулирующего агента сушки, кг/кг;

m_p - расчетная масса испаряемой влаги, кг/с.

Подставим известные значения в формулу (2.20)

 кг/с.

2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха

Находим массу свежего и отработанного воздуха на один килограмм испаряемой влаги, кг/кг, по формуле (2.28), с.35 /1/

, (2.21)

где d₂ - влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг;

d₀ - влагосодержание свежего воздуха, поступающего из коридора управления, г/кг.

Принимаем влагосодержание воздуха летом d₀ = 10 г/кг по данным с.35 /1/

 кг/кг.

Зимой d₀ = 2 г/кг по данным с.35 /1/

Объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, м³/с, определятся по формуле на с.35 /1/

, (2.22)

где m₀ -масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг;

m_p - расчетная масса испаряемой влаги, кг/с;

υ_пр0 - приведенный удельный объем свежего воздуха, м³/кг.

Летом принимаем приведенный удельный объем свежего воздуха υ_пр = 0,87 м³/кг по рекомендации на с.35 /1/

 м³/с.

Зимой приведенный удельный объем свежего воздуха рассчитываем по формуле 2.12 /1/

камера лесосушильный аэродинамический штабель

 м³/с.

Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с, определяется по формуле (2.29), с.36 /1/

, (2.23)

где m₀ -масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг; m_p - расчетная масса испаряемой влаги, кг/с; υ_пр1 - приведенный удельный объем агента сушки на выходе из штабеля, м³/кг.

Подставим известные значения в формулу (2.23)

м³/с.

летом:

м³/с.

2.7 Расчет приточно-вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала, м², вычислим по формуле (2.31), с.36/1/

, (2.24)

где υ_кан - скорость движения свежего воздуха или отработавшего агента сушки в каналах, м/с;

V₀ - объем свежего воздуха, м²/с.

Принимаем скорость воздуха в каналах υ_кан = 2 м/с по данным на с.36 /1/

 м².

В камерах периодического действия с реверсивной циркуляцией приточно-вытяжные каналы принимаются одинаковыми размерами. Принимаем приточно-вытяжные каналы круглой формы. Схема приточно-вытяжных каналов круглой формы представлена на рисунке 2.1

Схема приточно-вытяжных каналов круглой формы

Рис. 2.1

Диаметр приточно-вытяжных каналов определяет по формуле

, (2.26)

где f_кан - площадь поперечного сечения приточного канала, м².

Подставляем известные значения в формулу (2.26)

 м².

2.8 Определение расхода тепла на сушку

Расход тепла на сушку складывается из затрат тепла на прогрев материала, испарение влаги из него и на теплопотери через ограждения камеры. Затраты тепла на прогрев ограж­дений, технологического и транспортного оборудования учи­тываются введением поправочных коэффициентов. Расчет ве­дется для зимних и среднегодовых условий.

Определение расхода тепла на прогрев древесины

. Для зимних условий, кДж/м³,

, (2.27)

где ρ_W - плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности

W_н, кг/м³;

ρ_б - базисная плотность древесины расчетного материала, кг/м³;

W_н - начальная влажность расчетного материала, %;

W_г.ж - содержание не замерзшей гигроскопической влаги, %;

с_(-) - средняя удельная теплоемкость при отрицательной температуре, кДж(кг · єС);

с₍₊₎ - средняя удельная теплоемкость при положительной температуре, кДж(кг · єС);

t_пр - начальная расчетная температура для зимних условий, єС;

t₀ - температура древесины при ее прогреве, єС;

γ - скрытая теплота плавления льда, кДж/кг.

Плотность древесины расчетного материала ρ_W, кг/м³, при заданной начальной влажности W_н, % находится по диаграмме 12, с.34 /2/. Зная начальную влажность древесины ( в данном случае сосна обр.п/м 25*150*6200) из спецификации W_н = 72 % и базисную плотность древесины (каштан) табл.1.2, с.9 /1/ ρ_б = 400, кг/м³, получаем плотность древесины расчетного материала, ρ_W = 700 кг/м³.

Расчетная температура для отопления в городе Санкт-Петербурге определяется по таблице 2.5, с.40/1/.

По графику 2.3, с.39 /1/, определяем содержание незамерзшей связанной влаги, %. Принимаем температуру t₀ = -24 єС. Следовательно, содержание незамерзшей связанной влаги W_г.ж = 17 %. Принимаем скрытую теплоту плавления льда γ = 335 кДж/кг по рекомендациям на с.38 /1/.

По таблице 2.4, с.39 /1/ определяем температуру среды при прогреве пиломатериалов.

Средняя температура древесины, єС, при средней удельной теплоемкости при отрицательной температуре с_(-),кДж/(кг · єС), находится по формуле на с.39 /1/

, (2.28)

где t₀ - расчетная температура древесины, єС.

Подставляем известное значение в формулу (2.28)

 єС.

Средняя температура древесины, єС,при средней удельной теплоемкости при положительной температуре с₍₊₎,кДж/(кг · єС), находится по формуле на с.39 /1/

, (2.29)

где t_пр -температура древесины при ее нагреве, єС.

Подставляем известное значение в формулу (2.29)

 єС.

Удельная теплоемкость древесины определяется по рисунку 13, с.34 /2/.

Получаем с_(-) = 2,1 кДж/(кг · єС) и с₍₊₎ = 2,94 кДж/(кг · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.27)

 кДж/м³.

. Для среднегодовых условий, кДж/м³,

, (2.30)

где ρ_W - плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности W_н, кг/м³; с₍₊₎ - средняя удельная теплоемкость при положительной температуре, кДж(кг · єС); t_пр - начальная расчетная температура для зимних условий, єС; t₀ - среднегодовая температура древесины, єС;

По таблице 2.5, с.40 /1/ находим среднюю годовую температуру для города Санкт-Петербург, t₀ = 4,1 єС.

По формуле на с.39 /1/ находим среднюю температуру древесины

, (2.31)

где t_пр- температура среды при прогреве пиломатериалов, єС;

t₀ - среднегодовая температура древесины, єС.

Подставляем известные значения в формулу (2.31)

 єС.

Удельная теплоемкость древесины при положительной температуре с₍₊₎, кДж(кг · єС) определяется по диаграмме на (рис.13), с.34 /2/.

Удельная теплоемкость древесины при положительной температуре с₍₊₎ = 2,94 кДж/(кг · єС)

Подставляем известные значения a формулу (2.30)

 кДж/м³.

Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1 килограмм испаряемой влаги для зимних условий определяется по формуле (2.37), с.40/1/

, (2.32)

где q_пр - расход тепла на начальный прогрев одного м³ древесины, кДж/м³;

т - масса влаги испаряемой из одного м³ древесины, кг/м³.

Подставляем известные значения в формулу (2.32)

кДж/кг.

Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1 килограмм испаряемой влаги для среднегодовых условий определяется по формуле (2.32)

кДж/кг.

Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, кВт, определяется по формуле (2.38), с.39 /1/

, (2.33)

где q_пр - расход тепла на начальный прогрев одного м³ древесины, кДж/м³; Е - вместимость камеры, м³; τ_пр - продолжительность прогрева, ч.

Принимаем продолжительность прогрева для зимних условий τ_пр = 5 часов по рекомендациям на с.41 /1/.

Подставляем известные значения в формулу (2.33)

 кВт.

Принимаем продолжительность прогрева для летних условий τ_пр = 3,75 часов по рекомендациям на с.41 /1/.

Подставляем известные значения в формулу (2.32)

кВт.

Определение расхода тепла на испарение влаги

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг, определяется по формуле (2.40), с.40 /1/

, (2.34)

где I₂ - теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг;

I₀ - теплосодержание свежего (приточного) воздуха, кДж/кг;

d₂ - влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг;

d₀ - влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг;

c_В - удельная теплоемкость воды, кДж/(кг · єС);

t_пр - температура нагретой влаги в древесине, єС.

Для летних условий принимаем теплосодержание приточного воздуха I₀ = 46 кДж/кг, влагосодержание свежего воздуха d₀ = 11 г/кг по рекомендациям на с.41 /1/.Удельная теплоемкость воды c_В = 4,19 кДж/(кг · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.34)

 кДж/кг.

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт, найдем по формуле (2.42), с.40 /1/

, (2.35)

где q_исп - удельный расход тепла на испарение влаги, кДж/кг;

т_р - расчетная масса испаряемой влаги, кг/с.

Подставляем известные значения в формулу (2.35)

кВт.

Для зимних условий принимаем теплосодержание приточного воздуха I₀ =10 кДж/кг, влагосодержание свежего воздуха d₀ = 2 г/кг по рекомендациям на с.41 /1/.

Удельная теплоемкость воды c_В = 4,19 кДж/(кг · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.34)

 кДж/кг.

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт, найдем по формуле (2.35)

кВт.

Потери тепла через ограждения камеры

Теплопотери, кВт, через ограждения камеры вычисляются по формуле (2.43), с.40 /1/

, (2.36)

где ΣF_ог - суммарная поверхность ограждения камеры, м²;

k - коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения, Вт/(м² · єС); t_с - температура среды в камере, єС;

t₀ - расчетная температура наружного воздуха, єС.

Расчет теплопотерь производится отдельно для каждой поверхности. Это вызвано тем, что материал и толщина ограждений различны.

Потери тепла через междукамерные боковые стены в расчет не принимаются.

Расчет ведется, как правило, для крайней меры блока без учета потерь через междукамерную боковую стену.

Расчет поверхности ограждений камеры выполняем в виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1- Расчет поверхности ограждений камеры

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений, Вт/(м² · єС),рассчитываем по формуле (2.44), с.42 /1/

, (2.37)

где α_вн - коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м² · єС);

α_н - коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м² · єС);

δ₁,δ₂ ,...,δ_n - толщина слоев ограждений, м;

λ₁ λ₂ ,...,λ_n - коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м² · єС).

При проектировании современных лесосушильных камер коэффициент теплопередачи ограждений не должен превышать k ≤ 0,3…0.4 Вт/(м² · єС) во избежание конденсации водяных паров сушильного агента на внутренних поверхностях ограждений.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи k_ог, Вт/(м² · єС), для наружной боковой стены, торцовой стены, выходящей в коридор управления, торцовой стены, выходящей в траверсный коридор и двух торцово-боковых стен. Схема этих ограждений представлена на рис.2.5,стр.45/1/.

Коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений ориентировочно принимается α_вн = 25 Вт/(м² · єС), коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений для наружного воздуха принимается α_н = 23 Вт/(м² · єС).

.Алюминий (типа пищевого), толщина δ₁ = 1,5 мм;2. Теплоизолятор полиуретана, толщина δ₂ = 100 мм;3. Сталь(нержавейка),толщина δ₃ = 1,5 мм. Коэффициенты теплопроводности материалов λ, Вт/(м² · єС), берем из таблицы 2.6, с.44 /1/Коэффициенты теплопроводности λ₁ = 240 Вт/(м² · єС), λ₂ = 0,035 Вт/(м² · єС), λ₃ = 58 Вт/(м² · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.37)

 Вт/(м² · єС).

Рассчитываем коэффициент теплопередачи k_дв, Вт/(м² · єС), для двери.

Принимаем толщину абсолютно идентичные δ₁ = 1,5 мм; δ₂ = 100мм; δ₃ = 1,5мм; для картон асбестовый δ₄ = 10 мм.

Коэффициент теплопроводности материалов λ, Вт/(м² · єС), берем из таблицы 2.6, с.44 /1/

Коэффициенты теплопроводности асолютно λ₁ = 240 Вт/(м² · єС), λ₂ = 0,035 Вт/(м² · єС), λ₃ = 58 Вт/(м² · єС), λ₄ = 0,22 Вт/(м² · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.37)

 Вт/(м² · єС).

Рассчитываем коэффициенты теплопередачи k_пер, Вт/(м² · єС), для перекрытия.

Принимаем толщину слоев ограждений для минеральной ваты δ₁ = 0,1 м, для алюминия δ₂ = 0,0015 м, для стали строительной δ₃ = 0,0015 м.

Коэффициенты теплопроводности для λ₁ = 0,07 Вт/(м² · єС), для алюминия λ₂ = 240 Вт/(м² · єС), для стали строительной λ₃ = 58 Вт/(м² · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.37)

 Вт/(м² · єС).

Коэффициент теплопередачи пола k_пол, Вт/(м² · єС), найдем по формуле (2.45), с.44 /1/

k_пол = 0,5 · k_ог. (2.38)

где k_ог - коэффициент теплопередачи через ограждения, Вт/(м² · єС).

Подставляем известные значения в формулу (2.38)

k_пол = 0,5 ·0,328= 0,165 Вт/(м² · єС).

Результаты расчета потерь тепла через ограждения представим в виде таблицы 2.2.

Таблица 2.2- Расчет потерь тела через ограждения

Удельный расход тепла на потери через ограждения, кДж/кг определяется по формуле (2.46), с.45 /1/

, (2.41)

где Σ Q_ог - суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт

m_c - масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с.

Подставляем известные значения в формулу (2.41)

кДж/кг.

Определение удельного расхода тепла на сушку

Удельный расход тепла на сушку, кДж/кг, определяется по формуле (2.47), с.47 /1/

q_суш = (q_пр + q_исп + q_ог ) · с₁, (2.42)

где q_исп - удельный расход тепла на испарение влаги, кДж/кг;

q_пр - расход тепла на начальный прогрев одного м³ древесины, кДж/м³;

q_ог - удельный расход тепла на потери через ограждения, кДж/кг.

с₁ - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудований и др.

Принимаем коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, с₁ = 1,1 по рекомендациям на с.47 /1/.

Подставляем известные значения в формулу (2.42)

 кДж/кг,

 кДж/кг.

Определение тепла на один кубический метр расчетного материала

Удельный расход тепла на 1 м³ расчетного материала, кДж/м³, определяется по формуле (2.48), с.45 /1/

, (2.43)

где q_суш - удельный расход тепла для среднегодовых условий, кДж/кг;

m - масса влаги испаряемой из одного кубического метра древесины, кг/м³.

Подставляем известные значения в формулу (2.43)

 кДж/м³.

2.9 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

Устанавливаем спирально-накатные (биметаллические) калориферы (ГОСТ 7201-80). Поскольку эти калориферы наиболее надежно работают в агрессивной среде лесосушильных камер.

Тепловая мощность калорифера, кВт, определяется по формуле (2.49), c.48 /1/

, (2.44)

где Q_пр - расход тепла на прогрев, кВт;

Σ Q_ог - суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт;

с₂ - коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку.

Принимаем коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку с₂ = 1,2 по рекомендациям на с.47 /1/

Подставляем известные значения в формулу (2.44)

 кВт.

Поверхность нагрева калорифера, м², определяется по формуле (2.51), с.49 /1/

, (2.45)

где Q_k - тепловая мощность калорифера, кВт;

k - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м² · єС);

t_т - температура теплоносителя (вода), єС;

t_с - температура нагреваемой среды в камере (воздух, перегретый пар), єС; с₃ - коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера.

Температура среды t_с, єС, ориентировочно можно вычислить по формуле (2.52),с.49 /1/

, (2.46)

где t₁ - температура агента сушки на входе в штабель, єС;

t₂ - температура агента сушки на выходе из штабеля, єС.

Подставляем известные данные в формулу (2.46)

 єС.

Температуру теплоносителя t_т, єС принимаем в зависимости от спецификации, р_п = 0,1 МПа, по таблице 2.9, с.49 /1/ методом интерполирования. Полученная температура теплоносителя t_т = 90 єС.

Для определения коэффициента теплопередачи калорифера k, Вт/(м² · єС), в камерах с принудительной циркуляцией необходимо знать скорость агента сушки через калорифер υ_к, м/с, которую можно вычислить при известном живом сечении калорифера F_ж.сеч.к, м²;

F_{ж.сеч.к.} = F_кан (1- К_f )

F_кан =6,3 м²

К_f - коэффициент проекции труб на площадь, перпендикулярную потоку, он зависит от шага размещения труб и при величинах шага 100, 80, 74 мм - соответственно равен 0,35; 0,41;0,466.

При шаге 74 мм

F_{ж.сеч.к.} = 6,3*(1- 0,466)= 3,3642 м²

В формуле (2.45) неизвестен коэффициент теплопередачи калорифера k. Для его определения в рамках принудительной циркуляции надо знать скорость агента сушки через калорифер, которую можно определить по формуле (2.48)

, (2.48)

где V_ц - объем циркулирующего агента сушки, м³/с;

F _ж.сеч.к - площадь живого сечения калорифера, м².

При шаге 74 мм:

м/с.

По vk определяем к - коэффициент теплопередачи калорифера по таблице 2.11,с53/1/ . к при шаге 100, 80,74 соответственно равен 21,125;21,75; 23Вт/(м²· єС)

Подставляем известные значения в формулу (2.45) и получаем расчетные значения площади нагрева калорифера:

При шаге 74 мм

 м²

Определяем число калориферов:

,= принимаем количество калориферов n= 5 шт.

2.10 Определение расхода количества циркулирующей горячей воды

количество циркулирующей воды на камеру, кг/ч

Определяется для зимних условий:

а) в период прогрева, кг/ч, определяется по формуле (2.72), с.55 /1/

, (2.47)

где Q_пр - общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, кВт;

ΣQ_ог - суммарные потери тепла через ограждения с учётом поправки, кВт;

с₂ - коэффициент неучтенных потерь тепла;

t_пр - температура воды в прямой магистрали;

t_обр - температура воды в обратной магистрали;

Св - 4,19 кДж/кг єС - теплоемкость воды.

 кг/ч

 кг/ч

б) в период сушки:

Подставляем значения в формулу :

 кг/ч

 кг/ч

количество циркулирующей воды на цех, кг/ч.

Максимальное количество циркулирующей воды в зимних условиях на сушильный цех, состоящий из камер периодического действия определяется по формуле (2.75) с.57, /1/:

Р_цеха = n_кам.пр · Р_кам.пр + n_{кам.суш} · Р_{кам.суш} , (2.49)

где n_кам.пр - число камер, в которых одновременно идет прогрев материала; Р_кам.пр - расход воды на камеру в период прогрева для зимних условий, кг/ч; n_{кам.суш} - число камер, в которых идет процесс сушки материала; Р_{кам.суш} - расход воды на камеру в период сушки, кг/ч.

Так как количество камер n_кам = 6, а по данным на с.55 /1/ число камер, в которых идет прогрев материала принимается равным 1/6 от общего числа камер, то n_кам.пр = 1/6 · 6 = 1. Округляем в большую сторону. Принимаем число камер , в которых идет прогрев материала n_кам.пр = 1. Остальные камеры цеха, в которых идет процесс сушки n_{кам.суш} = 1.

Подставляем известные значения в формулу (2.49)

Р_цеха =1 · 28117,67+ 3 · 4946,8= 4295,4 кг/ч.

2.11 Определение диаметров водопроводов

. Диаметр прямой магистрали d_маг.пр, м, от котельной к коллектору (2.87), с.61 /1/

, (2.52)

где Р_цеха - расход воды на сушильный цех, кг/ч; ρ_в - плотность воды, кг/м³; υ_в - скорость движения воды, м/с.

Плотность воды определяем методом интерполяции по таблице 2.9, с.49 /1/ при давлении равным Р_п = 0,1 МПа. Плотность воды ρ_в = 980кг/м³.Скорость движения воды принимаем υ_в =1,5 м/с по рекомендациям на с.61 /1/.

Подставляем известные значения в формулу (2.52)

м.

. Диаметр отвода к калориферам определяется по формуле (2.88), с.61/1/

, (2.53)

где Р_кам.пр - расход воды на камеру в период прогрева для зимних условий, кг/ч;

ρ_в - плотность воды, кг/м³;

υ_в - скорость движения воды, м/с.

Принимаем значение скорости пара υ_п = 1,5 м/с по рекомендации на с.61 /1/

Подставляем известные значения в формулу (2.53)

м.

. Диаметр водопровода к калориферу

, (2.54)

где .- расход воды на сушку для зимних условий,кг/ч.

. Диаметр трубопровода к увлажнительным трубам,м.

В камерах периодического действия ,

, (2.55)

 м

. Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера, м.

, (2.56)

. Диаметр конденсационной магистрали, м.

, (2.57)

. Диаметр труб к форсункам,м

кг/мин

.

 = 6 мм

3. Аэродинамический расчет камер

Последовательность аэродинамического расчета

Аэродинамический расчет лесосушильных камер выполняют в следующей последовательности:

1.       Составляется схема циркуляции агента сушки в камере, т. е. аэродинамическая схема камеры.

2.       Подсчитывается суммарное сопротивление на всех участках движения агента сушки.

.        Подбирается тип и номер вентилятора по соответствующей характеристике.

.        Определяется теоретическая мощность вентилятора, мощность электродвигателя для привода вентилятора, по каталогу выбирается тип электродвигателя, мощность, частота вращения ротора, габаритные размеры и масса.

) объем циркулирующего агента сушки V_ц = (см. формулы (2.12), (2.19))

) средняя плотность агента сушки ρ, кг/ м³.

Средняя плотность агента сушки, кг/ м³, определяется по формуле на с.59 /1/

, (3.1)

где ρ₁ - плотность агента сушки на входе в штабель, кг/ м³;

ρ₂ - плотность агента сушки на выходе из штабеля, кг/ м³.

) тип камеры и ее конструктивные размеры.

3.1 Составление аэродинамической схемы камеры

Схема циркуляционной системы камеры с последовательной нумерацией всех её участков представлена на рисунке 3.1. Участки циркуляции агента сушки указаны в таблице 3.1.

Таблица 3.1-Участки циркуляции агента сушки в камере типа ²Сopcal ² тип HT-40

Для определения сопротивления каждого участка Δh_ст подсчитывается скорость агента сушки на каждом участке υ_i, м/с, по формуле (3.6), с.62 /1/

, (3.2)

где V_ц - объем циркулирующего агента сушки, м³/с;

υ_i - площадь поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, м².

Участок 1. Вентилятор

Площадь поперечного сечения канала, м², определяется по формуле на с.63 /1/

, (3.3)

где D_в - диаметр ротора вентилятора, м;

n_в - число вентиляторов в камере.

Принимаем диаметр ротора вентилятора D_в =0,71 м, число вентиляторов в камере n_в = 2

 м²

м/с

Участок 2. Верхний циркуляционный канал.

 =H₁ · L, (3.4)

где H1 - высота циркуляционного агента, м.- внутренний размер камеры по длине,м;

 =1 · 6. м²

м/с

Участок 3,6,13,16. Поврот под углом 90 є.

f₃ = f₆ = f₁₃ = f₁₆ = 6,1·0,7 =4,8 м².

₃ =₆ =₁₃ =₁₆ = м/с

Участок 4, 15. Калориферы

Принимаем площадь поперечного сечения канала равную площади живого сечения штабеля F_{ж.сеч.шт} , м², определенную по формуле (2.14) пояснительной записки

f₄ = f₁₅ = F_ж.сеч.к = 3.3642 м².

₄ = ₁₅= _к= м/с

Участок 5,14. Боковые циркуляционные каналы

F₅ = f₁₄ = 6,1*0,8=4,8м².

₅ = ₁₄= м/с

Участок 7,10. Вход из штабеля

F₇ = f₁₀ = F_{ж.сеч.шт} = 11,16 м².

₇ = ₁₀= м/с

Участок 8, 11. Штабель

₈ = f₁₁ = F_{ж.сеч.шт} = 11,16 м².

₈ = ₁₁= м/с

Участок 9, 12.Выход из штабеля.

₉ = f₁₂ = F_{ж.сеч.шт} = 11,16 м².

₉ = ₁₂= м/с

Рассчитывает скорость циркуляции агента сушки на каждом участке по формуле (3.2) в виде таблицы 3.2

Таблица 3.2-Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке

Для определения мощности электродвигателя и его типа необходимо найти полный напор вентилятора Н_в, Па, по формуле (3.1), с.64 /1/

Н_в = h_ст + h_д, (3.6)

где h_ст - статический напор, Па;

h_д - динамический напор, Па.

Так как камера ²Trockenanlage VF 623/D ² имеет замкнутую систему воздуховодов, то величину h_д можно не учитывать. Тогда динамический напор h_д, Па, равен нулю.

Статистический напор h_ст, Па, определяется по формуле (3.3), с.64 /1/

, (3.7)

где ρ - средняя плотность агента сушки, кг/ м³;

υ - скорость циркуляции агента сушки на участке, м/с;

l - длина участка (канала), м;

d_эк - эквивалентный диаметр, м;

ξ - коэффициент трения о стенки каналов и воздуховодов;

ζ - коэффициент местных потерь (сопротивлений).

Первое слагаемое в формуле (3.7) представляет собой сумму сопротивлений на трение на всех прямых участках сети; второе - сумму местных сопротивлений на всем пути циркуляции.

Эквивалентный диаметр d_эк, м, определяется по формуле (3.4), с.65 /1/

, (3.8)

где f - площадь сечения в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, м²; u - периметр канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, м.

Определим необходимый напор Δh , Па, на каждом участке по формулам на с.76- 78 /1/, а затем определим статический напор по формуле на с.75 /1/

, (3.9)

где Δh - сопротивление движению агента сушки на определенном участке, м.

3.2 Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке

Участок 1. Вентилятор

Сопротивление движению агента сушки на данном участке определяется по формуле

, (3.10)

где ρ - средняя плотность агента сушки, кг/ м³;

υ₁ - скорость циркуляции агента сушки на первом участке, м/с;

ζ_вх - коэффициент местного сопротивления агента сушки на входе в вентилятор.

Принимаем значение коэффициента местного сопротивления ζ_вх = 0,5 по данным

 Па.

Участок 2. Верхний циркуляционный канал Принимаем коэффициент трения о стенки каналов ξ = 0,016 Подставляем известные данные в формулу

Па.

Участок 3,6,13,16. Поврот под углом 90 є.

Сопротивление движению агента сушки на данном участке из справочных данных

 Па.

Участок 4, 15. Калориферы

 Па.

Участок 5,14. Боковые циркуляционные каналы Сопротивление движению агента сушки на данном участке определяется по формуле

 (3.13)

где ρ - средняя плотность агента сушки, кг/ м³;

υ - скорость циркуляции агента сушки в канале, м/с;

ζ_тр - коэффициент местных потерь для внезапного сужения потока.

Принимаем значение коэффициента местного сопротивления ζ_тр = 0,028 по данным таблицы 3.8, с.74 /1/.Подставляем известные значения в формулу (3.13)

Па.

Участок 7,10. Вход из штабеля

Сопротивление движению агента сушки на данном участке определяется по формуле (3.7), с.75 /1/

, (3.14)

где ρ - средняя плотность агента сушки, кг/ м³;

υ - скорость агента сушки перед штабелем, м/с;

ζ_габ - коэффициент сопротивления штабеля.

 Па.

Участок 8, 11. Штабель

Сопротивление движению агента сушки на данном участке определяется по формуле

, (3.16)

где ρ - средняя плотность агента сушки, кг/ м³;

υ - скорость циркуляции агента сушки в канале, м/с;

 Па.

Участок 9, 12.Выход из штабеля.

 Па.

Производим расчет сопротивлений h_ст, Па, в виде таблицы 3.3

Σ Δh_{i =} h_ст (3,17)

Σ Δh_i = 69,1+0,047+26,6+54,1+0,75+0,1+25,5+0,12=176,3 Па_в =h_ст =176,3Па

3.3 Выбор вентилятора

Вентилятор выбирается по производительности V_в, м³/с, и напору (давлению) Н_в, Па, по формуле (3.31), с.77, /1/

, (3.17)

где V_ц - объем циркулирующего агента сушки, м³/с;

n - число вентиляторов в камере.

В камере установлены три реверсивных вентилятора, следовательно n = 3. Подставляем известные значения в формулу (3.17)

 м³/с.

Характеристики составлены для так называемого «стандартного воздуха» при температуре t = 20 єС, относительной влажности φ = 0,5 и плотности ρ = 1,2 кг/ м³. Так как действительная плотность агента сушки ρ отличается от «стандартной» и равна ρ = 0,986 кг/ м³, то вентилятор подбирается по так называемому характерному (приведенному) напору по формуле (3.32), с.86 /1/

, (3.18)

где Н_в - полный напор вентилятора, Па;

ρ - действительная плотность агента сушки, кг/ м³.

Определяем характерный напор вентилятора, Па, подставляя известные значения в формулу (3.18)

 Па.

При выборе вентиляторов по безразмерным характеристикам определяется производительность и безмерного напора Н.

Безразмерная производительность определяется по формуле (3.33), с.77 /1/

, (3.19)

где V_в - производительность вентилятора, м³/с;

D_в - диаметр ротора вентилятора, м;

n_в - частота вращения вентилятора, мин^-1.

Принимаем диаметр ротора вентилятора D_в = 0,71 м, а частоту вращения вентилятора n_в = 1500 мин^-1. Подставляем известные значения в формулу (3.19)

.

Безразмерный напор определяется по формуле (3.34), с.86 /1/

, (3.20)

где Н_хар - характерный напор вентилятора, Па;

D_в - диаметр ротора вентилятора, м;

n_в - частота вращения вентилятора, мин^-1.

Подставляем известные значения в формулу (3.20)

.

По рисунку 3.10, с.89 /1/ принимаем осевой реверсивный вентилятор У-12 № 10 с коэффициентом полезного действия η_в = 0,62 и углом поворота лопасти ∟=29˚.

3.4 Определение мощности и выбор электродвигателя

Максимальная теоретическая мощность вентилятора N_в, кВт, определяется в зависимости от его напора Н_хар, Па, производительности V_в, м³/с, и КПД по формуле (3.35), 90 /1/

, (3.21)

где Н_хар - характерный напор вентилятора, Па;

V_в - производительность вентилятора, м³/с;

η_в - коэффициент полезного действия вентилятора.

Подставляем известные значения в формулу (3.21)

 кВт.

Мощность электродвигателя для привода вентилятора, кВт, определяется по формуле (3.36), с.90 /1/

, (3.24)

где N_в - максимальная теоретическая мощность вентилятора, кВт;

k₃ - коэффициент запаса мощности на пусковой момент;

k_t - коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где расположен электродвигатель;

η_п - коэффициент полезного действия передачи.

Так как мощность вентилятора от 1,1 кВт, то по таблице 3.15, с.90 /1/ коэффициент запаса мощности на пусковой момент для осевого вентилятора k₃ = 1,1.Коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где расположен электродвигатель принимаем по таблице 3.16, с.91 /1/ для температуры среды 46-50 єС k_t = 1,25.Коэффициент полезного действия передачи принимаем η_п = 0,90 по рекомендациям на с.90 /1/.

Максимальная теоретическая мощность вентилятора N_в = 2,95 кВт.

Подставляем известные значения в формулу (3.24)

 кВт.

По таблице 3.17, с.91 /1/ выбираем электродвигатель мощностью 3,1 кВт марки 4А100L4AY3.

N=4.0 кВт

Η_мин^-1=1500(1450).

4. ВОПРОСЫ ПЛАНИРОВКИ ЛЕСОСУШИЛЫШХ ЦЕХОВ И МЕХАНИЗАЦИИ РАБОТ ПО ФОРМИРОВАНИЮ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЮ СУШИЛЬНЫХ ШТАБЕЛЕЙ

4.1 Планировка сушильных цехов

В данном курсовом проекте спроектирован сушильный цех, который представляет из себя закрытое помещение с отоплением, освещением и приточно-вытяжной вентиляцией. Внутри цеха располагаются по фронту 3 камеры типа HT - 40 фирмы «Copcal», так же внутри цеха расположены участок формирования сушильных пакетов, буферный запас сырых пиломатериалов, остывочное отделение сухих пиломатериалов и служебно-бытовые помещения.

4.2 Механизация работ по формированию и транспортированию штабелей

Формирование и разработка сушильных пакетов осуществляется вручную 2 - 3 рабочими.

Транспортирование и загрузка пакетов в камеры производится электропогрузчиком с фронтальными вилами захватами, для удобства транспортировки пакетов по цеху применяется электропогрузчик с боковым расположением вил захватов.

Штат цеха 18 чел.

Начальник цеха 1 чел.

Оператор 2 чел.

Водитель погрузчика 2-4 чел.

Мастер 3 чел.

Рабочие 8 чел.

Заключение

Краткая характеристика лесосушильной камеры фирмы «Copcal» тип HT-40

Вместимость Е, м³ усл.мат. 40

Ширина В, м 6,7

Глубина L,м 5,1

Высота Н,м 6,1

Число приточно-вытяжных каналов 2+2

Диаметр приточно-вытяжных каналов d_к, мм 240

Вентиляторы, шт. 2

Установленная мощность, кВт 4

Частота вращения, мин^-1 1500(1450)

Тип вентилятора ОВ-4

Список используемых источников

1.       Акишенков С.И., Корнеев В.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие, третье издание, по курсовому проекту и дипломному проектированию для студентов специальностей 26.02, 17.04. - С-Пб.: ЛТА, 1992. - 87с.:ил.

.        Серговский П.С., Рассев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебник для вузов. - четвертое издание, переработанное и дополненное. - М. Лесная промышленность, 1987. - 359с.

.        Кречетов И.В. Сушка древесины. М.: Лесная промышленность, 1980. 432 с.: ил.

.        Альбом. Лесосушильные камеры и оборудование. ЦНИИМОД - Архангельск, 1983 - 86 с.: ил.

.        Богданов Е.С., Козлов В.А., Пейч Н.Н. Справочник по сушке древесины, третье издание, переработанное. - М. Лесная промышленность, 1981. - 192 с.: ил.

.        Соколов П.В. Проектирование сушильных и нагревательных установок. - М.: Лесная промышленность, 1965 - 331 с.: ил.