Проект цеха сушки пиломатериалов на базе лесосушильных камер ЛСК-45

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО "Сибирский государственный технологический университет"

Факультет механической технологии древесины

Кафедра теплотехники

Курсовой проект

Проект цеха сушки пиломатериалов на базе лесосушильных камер ЛСК-45

Руководитель:

А.А. Орлов

Выполнил:

Студент группы 2504-32с

Потылицина Н.А.

Реферат

В данной курсовой работе представлена разработка цеха сушки пиломатериалов, на базе лесосушильных камер ЛСК-45. Проект осуществляется для строительства в Архангельске.

Пояснительная записка включает в себя 48 страниц машинописного текста, 12 таблиц, 4 рисунков,11 использованных литературных источника.

цех сушка древесина вентилятор

Содержание

Введение

. Описание конструкции и принцип работы лесосушильной камеры

. Технологический расчет проектируемого цеха

2.1 Пересчет объема фактического пиломатериала в объем условного материала

.2 Определение производительности камер в условном материале

.3 Определение необходимого количества камер

.4 Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха

2.5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

.7 Определение расхода тепла на сушку

2.7.1 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

2.7.2 Определение расхода тепла на испарение влаги из древесины

2.7.3 Потери тепла через ограждения камеры

2.8 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

2.8.1 Система теплоснабжения камеры

2.8.2 Расчет поверхности нагрева калорифера

2.9 Определение расхода теплоносителя на сушку пиломатериалов

2.9.1 Расход горячей воды на 1 м³ расчетного материала

2.9.2 Расход теплоносителя на камеру

2.9.3 Расход теплоносителя на сушильный цех

2.9.4 Среднегодовой расход теплоносителя на сушку всего заданного объема пиломатериалов, кг/год

2.10 Определение диаметров труб системы теплоснабжения камеры

3. Аэродинамический расчет

.1 Расчет потребного напора вентилятора

3.2 Аэродинамический расчет

3.2.1 Составление аэродинамической схемы камеры

3.2.2 Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке

3.2.3 Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке ∆hi, Па

3.3 Выбор вентилятора

3.4 Выбор электродвигателя

Заключение

Список использованных источников

 

Введение

Сушка древесины относится к одному из важнейших процессов технологии 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 155 с.

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. Описание конструкции и принцип работы лесосушильной камеры

Камеры ЛСК являются разработкой "Центра сушки пиломатериалов" СибГТУ. Это конвективные лесосушильные установки периодического действия, предназначенные для сушки пиломатериалов различных древесных пород и сечений. Сушка древесины выполняется в паровоздушной среде мягкими режимами, с температурой сушильного агента до 80°С.

Камеры ЛСК изготавливают как сборно-металлической конструкции (ЛСК-50Ф), так и в стационарном исполнении (ЛСК-45). По желанию заказчика, загрузка пиломатериалов в камеру может выполняться на подштабельных тележках и с помощью автопогрузчика.

Камеры ЛСК рекомендуется использовать на деревообрабатывающих предприятиях, выполняющих сушку пиломатериалов до транспортной и эксплуатационной влажности по 0,1, II и III категориям качества сушки.

Камеры ЛСК представляют собой лесосушильные установки с поперечной вертикальной циркуляцией сушильного агента.

Циркуляция сушильного агента осуществляется осевыми реверсивными вентиляторами, размещенными в верхнем рециркуляционном канале камеры. Крепление двигателей выполнено непосредственно к обечайке вентиляторов. При этом рабочие колеса вентиляторов закреплены непосредственно на валы электродвигателей. Электропривод вентиляторов имеет тропическое исполнение и может эксплуатироваться при температуре до 80°С. Мощность электродвигателей - до 4 кВт, частота вращения - 1500 мин.

Теплоснабжение камеры осуществляется посредством компактных биметалллических калориферов.

Для создания и поддерживания в камере необходимой относительной влажности воздуха используется система увлажнения. Данная система состоит из нержавеющих труб с латунными форсунками.

Техническая характеристика камеры ЛСК-45

Наименование параметров	Величина
Габаритные размеры камеры, мм: длина ширина высота	7510 8650 4800
Вместимость камеры, усл. м3	46,4
Способ загрузки	Загрузка штабелей на подштабельных тележках
Габаритные размеры сушильного пакета, мм: длина ширина высота	6500 2000 2600
Количество загружаемых штабелей, шт.	3
Теплоноситель тип температура, 0С	горячая вода 90-105
Калорифер тип марка количество, шт.	биметаллический ВНВ-113-211 6
Вентилятор тип номер вентилятора количество вентиляторов в камере, шт. частота вращения вентилятора, мин-1	осевой, реверсивный 8 4 1500
Установленная мощность электродвигателей, кВт вентиляторов общая	16 19
Скорость циркуляции сушильного агента через штабель, м/с.	2
Годовая производительность камеры на мягком режиме, усл.м3	2670

 

Рисунок 1 - Схема камеры ЛСК-45

1 - труба приточно-вытяжная; 2 - экран аэродинамический; 3 - тележка подштабельная; 4 - труба увлажнительная; 5 - экран вентиляторов; 6 - экран калориферов; 7 - психрометрический блок; 8 - вентилятор; 9 - калорифер биметаллический.

2. Технологический расчет проектируемого цеха

2.1 Пересчет объема фактического пиломатериала в объем условного материала

Для учета производительности лесосушильных камер и планирования их работы установлена неизменная учетная единица - кубометр условного материала, которому эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1 м, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60 до конечной 12%.

Объем высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Фi, м3, пересчитывается в объем условного материала Уi, м3усл., по формуле:

, (1.1)

где Фi - объем высушенных или подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного размера и породы, м3;

Кi - коэффициент пересчета, определяется по формуле:

,(1.2)

Где Кτ - коэффициент продолжительности оборота камеры;

КЕ - коэффициент вместимости камеры.

Коэффициент вместимости камеры определяется по формуле:

, (1.3)

где βу - коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом;

βф - коэффициент объемного заполнения штабеля фактическим материалом.

Коэффициент βуили βф с учетом объемной усушки пиломатериалов определяется по формуле:

, (1.4)

где βв - коэффициент заполнения штабеля по высоте;

βш - коэффициент заполнения штабеля по ширине;

βд - коэффициент заполнения штабеля по длине;

У0 - коэффициент объемной усушки.

;

;

Коэффициент βв определяется по формуле:

,(1.5)

где S - толщина высушиваемого материала, мм;пр - толщина прокладок, мм.

Для штабеля высотой до 3,0 м толщина прокладок Sпр = 25 мм, для штабелей высотой до 5,0 м - Sпр = 32 мм.

Коэффициент βш зависит от способа укладки (со шпациями, без шпаций) и вида пиломатериалов (обрезные, необрезные). Значения βш выбирают по таблице 1.1 с. 8 [1].

Коэффициент βдл равен отношению средней длины пиломатериалов lср в штабеле к его габаритной длине lгаб. шт.

Если в штабель укладываются доски без сортировки по длине, то средний коэффициент заполнения βдл принимается равным 0,85. Для условного материала βд = 0,85.

Коэффициент βдопределяется по формуле:

, (1.6)

;

;

.

Объемная усушка У0, %, определяется по формуле:

,(1.7)

Где

Кβ0 - коэффициент объемной усушки, зависящий от породы древесины, по таблице 1.2 с. 14 [1];ном - влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, %;к - конечная влажность высушенных пиломатериалов, %.

Принимается: - для лиственницы;

- для граб;

- для сосна;

Для условного материала:

.

Принимается:

=10% - для второй категории качества сушки пиломатериалов.

Коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом для камер со средней и мощной циркуляцией принимается

для штабелей, укладываемых без шпаций:

Таблица 2.1 - Определение коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами и условным материалом

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм	βв	βш	βд	Кi	Wном, %	Wк, %	Уо,%	βф, βу	КЕ
1 Лиственница, обрезные п/ м 50х200х5500	0,67	0,9	0,85	4,66	20	12	4,16	0,49	0,924
2 граб, обрезные п/м 32х150х5500	0,56	0,9	0,85	3,50	20	12	4,32	0,41	1,107
3 сосна, обрезные п/м 25х125х6000	0,5	0,9	0,85	0,70	20	12	3,52	0,37	1,23
4 Сосна, обрезные п/м 40х150х5500 (усл.)	0,615	0,9	0,85	0,454	20	12	3,52	0,454	-

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле

,(1.8)

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

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

Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического или условного материала для камер периодического действия определяется по формуле

,(1.9)

,(1.10)

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

τзагр- продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается равный 0,1 суток.

 сут;

 сут;

 сут.

Общая продолжительность сушки (в часах), включая прогрев и влаготеплообработку, находится по формуле

,(1.11)

где τисх - исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы, толщины S1 и ширины S2 мягкими режимами в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчетная скорость воздуха - 2,0 м/с, ширина штабеля 1,5-2 м) от начальной влажности 65% до конечной влажности 10%, по таблице 1.4 с. 12 [1];

Ар - коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки (для мягких режимов Ар = 1,7);

Ац - коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере, по таблице 1.4 с. 17 [1];

Ак - коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработки (II категория качества - 1,15);

Ав - коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины,по таблице 1.6 с. 23 [1];

Ад - коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса (для пиломатериалов Ад = 1,0).

ч;

ч;

ч.

Результаты по определению продолжительности сушки  и коэффициентов продолжительности оборота камеры Кτ для пиломатериалов заданных сечений представлены в таблице 2.2. В этой таблице также представлен расчёт продолжительности сушки для условного материала.

Таблица 2.2 - Определение коэффициента продолжительности оборота камеры

Порода, сечение пиломатер., мм	Категория режима	Категория качества сушки	Влажность		Исходная продолжительность сушки, τисх, ч	Коэффициенты					τсуш, ч	Τсуш ф,τ.у, сут	Кτ
			Wн %	Wк%		Ар	Ац	Ак	Ав	Ад
1Лиственница, обр. п/м 50х200х5500	М	II	80	12	304	1,7	0,98	1,05	1,18	1	627,5	29	5,04
2 Граб обр. п/м. 32х150х5500	М	II	65	12	214	1,7	0,98	1,05	1,05	1	393,07	18,03	3,16
3Сосна, обр. п/м 25х125х6000	М	II	60	12	54	1,7	0,71	1,05	1,00	1	68,43	3,22	0,56
4 Сосна, обр. п/м 40х150х5500 (усл.)	М	II	60	12	54	1,7	0,81	1,15	1,00	1	85,5	3,64	-

Общий объём пиломатериалов, подлежащих высушиванию, выраженный в м3 условного материала, вычисляем как , :

=У1+У2+У3,

=16310+11200+2100=29610 усл.м³.

Результаты пересчёта объёма фактических пиломатериалов в объём условного пиломатериала сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 - Пересчет объема фактических пиломатериалов в объем условного материала

Порода, вид и сечение п/м, мм	Заданный объем сушки Ф, м3	Коэффициент вместимости камеры КЕ	Коэффициент оборота камеры Кτ	Коэффициент пересчета К	Объем в условном материале У, м3/усл
1 Лиственница, обр. пиломатер. 50х200х5500	3500	0,924	5,04	4,66	16310
2 Граб, обр. пиломатер. 32х150х5500	3200	1,107	3,16	3,50	11200
3 Сосна, обр. пиломатер. 25х125х6000	3000	1,23	0,56	0,70	2100
Итого	8700				29610

2.2 Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале, м³усл./год, определяется по формуле:

,(1.13)

где Еу - вместимость камеры, м³ усл;

- количество дней работы камеры в году, сут;ц - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, сут.

Вместимость камеры в условном материале, м3усл.,находится по формуле

, (1.14)

где Г - габаритный объем всех штабелей в камере, м³; βу - коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом.

Габаритный объем штабелей вычисляется по выражению

, (1.15)

где n - число штабелей в камере;, b, h - соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м.

Число штабелей в камере n = 3.

Габаритная длина штабеля l = 6,5 м.

Габаритная ширина штабеля b = 2 м.

Габаритная высота штабеля h = 2,6 м.

 м³

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

, (16)

где 335 - время работы камеры в году, суток;

τоб.у - продолжительность оборота камеры для условного материала, суток.

Продолжительность оборота камеры для условного материала τоб.у=6,91 суток:

,об./год.

В конечном виде формулу для определения годовой производительности камеры в условном материале можно записать:

,(1.17)

 м³усл./год.

2.3 Определение необходимого количества камер

Необходимое количество камер определяется по формуле:

,(1,18)

где ΣУ - общий объем условного материала, подсчитанный по формуле;

Пу - годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале.

Принимаем общий объем условного материала ΣУ = 29610 м³.

Годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале Пу = 2231,81 м³.

Принимаем nкам = 13 камер.

2.4 Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха

Производственная мощность лесосушильного цеха , усл.м3/год, определяется по формуле:

,

где nБЛ - количество камер;

Пу - годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале.

 м3/год.

2 Тепловой расчет сушильной камеры

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

 

.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. При проектировании универсальных лесосушильных камер за расчетный материал принимаются, как правило, сосновые обрезные доски толщиной 25 мм, шириной не менее 100 мм, начальная влажность около 80 %, конечная - в зависимость от целевого назначения.

В данной курсовой работе за расчетный материал принимаем сосновые обрезные доски толщиной 25 мм, шириной 125 мм, начальная влажность 60 %, конечная- 10%.

 

.2 Выбор режима сушки

Режим сушки расчётного материала принимают на основании данных руководящих технических материалов

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчетного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины.В данной курсовой работе режим дан в задании, для этого варианта - это мягкий режим (М), категория качества - II.

2.3 Определение количества испаряемой влаги

Массу влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, кг/м3, определяют по формуле:

,(2.1)

где ρб- базисная плотность расчетного материала, кг/м3;н, Wк- соответственно начальная и конечная влажность расчетного материала, %.

Базисная плотность для древесины сосны ρб = 400 кг/м3;

Начальная влажность расчетного материала Wн = 60 %;

Конечная влажность расчетного материала Wк= 12 %.

кг/м3.

Массу влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, кг/оборот, определяют по формуле:

, (2.2)

где Е - вместимость камеры, м3;

, (2.3)

где Г - габаритный объем всех штабелей в камере, м3;

βф - коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

Е=101,4*0,37=37,52 м3

 кг/оборот.

Массу влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с, определяют по формуле:

,(2.4)

где τсоб.суш- продолжительность собственно сушки, ч.

кг/с.

Продолжительность собственно сушки, ч, определяют по формуле

,(2.5)

где τсуш - продолжительность сушки расчетного материала, ч;

τпр - продолжительность начального прогрева материала, ч;

τкон. ВТО - продолжительность конечной влаготеплообработки, ч.

Продолжительность сушки расчетного материала τсуш = 69 ч.

Продолжительность начального прогрева материала τпр = 5 ч.

Продолжительность конечной влаготеплообработки τкон. ВТО =3 ч.

ч.

Расчетную массу испаряемой влаги, кг/с, определяют по формуле:

, (2.6)

где k - коэффициент неравномерности скорости сушки.

Коэффициент неравномерности скорости сушки k = 1,2[ 1].

кг/с.

 

.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

По выбранному режиму назначаются расчетная температура t1 и относительная влажность воздуха φ1 со стороны входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры выбираются для II ступени режима. Остальные параметры агента сушки, характеризующие его состояние, рассчитываем аналитически по следующим выражениям.

Влагосодержание d1,г/кг определяется по формуле

, (2.7)

где  - атмосферное давление, Па. Принимается равным 105 Па,

 - давление насыщения водяного пара при t1,°C (прил. А) [1].

Удельная энтальпия влажного воздуха на входе в штабель, h1, кДж/кг

, (2.8)

Плотность влажного воздуха ρ1, кг/м3, на входе в штабель определяем по выражению:

 (2.9)

 кг/м³.

Приведённый удельный объём сухого воздуха υПР1 , м3/кг, определим по формуле:

υПР1=4,62·10-6Т1·(622+d1), (2.10)

υПР1=4,62·10-6·334·(622+103,25)=1,119 м³/кг.

Параметры агента сушки на входе в штабель приведены в таблице 3.2

Таблица 2.2 - Параметры агента сушки на входе в штабель

Параметры	t1, оС	φ1	d1, г/кг	h1, кДж/кг	ρ1, кг/м3	υпр.1, м3/кг
Значение	61	0,62	103,25	330,5	1,045	1,119

2,5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

Объем циркулирующего агента сушки Vц, м³/с, определяют по формуле:

, (2.11)

где wшт - расчетная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с;ж.сеч.шт - площадь живого сечение штабеля, м².

Расчетная скорость циркуляции агента сушки через штабель wшт=2,5 м/с.

ц =2·8,45= 16,9 м³/с.

Площадь живого сечения штабеля Fж.сеч.шт, м², определяют по формуле:

, (2.12)

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

βв - коэффициент заполнения штабеля по высоте.

Количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки n = 1.

Коэффициент заполнения штабеля по высотеβв = 0,56.

ж.сеч.шт= 1·6,5 ·2,6(1-0,5)= 8,45 м².

Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля

Влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля d2, г/кг, определяется по формуле:

 (2.13)

Температура агента сушки на выходе из штабеля t2, °С, определяется по формуле:

 (2.14)

Удельная энтальпия влажного воздуха на выходе из штабеля h2, кДж/кг, равна:

h2= h1=330,5 кДж/кг (2.15)

Плотность влажного воздуха ρ2, кг/м³, на выходе из штабеля определяем по выражению:

 (2.16)

 кг/м³

Приведённый удельный объём сухого воздуха, м³/кг, на выходе из штабеля определим по формуле:

υПР2=4,62·10-6Т2·(622+d2), (2.17)

υПР2=4,62·10-6·275,9·(622+105,103)=0,926 м³/кг.

Таблица 2.3 - Параметры агента сушки на выходе из штабеля

Параметры	t2, оС	φ2	d2, г/кг	h2, кДж/кг	ρ2, кг/м3	υПР2, м3/кг
Значение	56,3	0,62	105,103	330,5	1,001	0,926

Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг,

 (2.18)

кг/кг

Уточнение объема Vц, м³/с, и массы G, кг/с, циркулирующего агента сушки:

 (2.19)

 (2.20)

2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг, определяют по формуле:

, (2.21)

где d0 - влагосодержание свежего воздуха, г/кг (при поступлении из цеха, а также в летний период для наружного воздуха d0 принимается от 10 до 12 г/кг; зимой - от 2 до 3 г/кг).

 кг/кг (лето)

 кг/кг.

Объем свежего воздуха, поступающего в камеру, м3/с, определяют по формуле:

,(2.22)

где υпр.0 - приведенный удельный объем свежего воздуха, м³/кг.

Приведенный удельный объем свежего воздуха υпр 0 = 0,87 м³/кг, с. 35 [1].

 м3/с.(лето)

 м3/с.

Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с, определяют по формуле

, (2.23)

где υпр.2 - приведенный удельный объем отработанного (на выходе из штабеля) воздуха, м³/с.

Приведенный удельный объем отработанного (на выходе из штабеля) воздуха υпр2=0,926 м³/с.

м³/с.(лето)

м³/с.

Площадь поперечного сечения приточного канала, м², определяют по формуле:

,(2.24)

где Vпр - объем свежего воздуха, м³/с.

м².(лето)

м².

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м², определяют по формуле:

, (2.25)

где Vотр - объем отработанного агента сушки, м³/с.

м².(лето)

м².

В камерах периодического действия с реверсивной циркуляцией приточно-вытяжные каналы принимаются с одинаковыми размерами.

Примем приточно-вытяжные каналы квадратной формы.

2.7 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.

.7.1 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

Для зимних условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, кДж/м³, определяют по формуле:

, (2.28)

где ρW - плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности Wн, кг/м³;

ρб - базисная плотность древесины расчетного материала, кг/м³;н- начальная влажность расчетного материала, %;г.ж- содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги, %;

γ - скрытая теплота плавления льда ,кДж/кг;

с(-), с(+) - средняя удельная теплоемкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг·^оС);о - начальная температура для зимних условий, ^оС;пр- температура древесины при ее прогреве, ^оС.

Плотность древесины сосны при заданной начальной влажности ρW = 650 кг/м³ [3].

Содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги Wг.ж=17%.

Скрытая теплота плавления льда γ = 335 кДж/кг [1].

Средняя удельная теплоемкость при отрицательной температуре с(-) = 2,1 кДж/(кг·^оС)[3].

Средняя удельная теплоемкость при положительной температуре с(+) = 2,77 кДж/(кг·^оС) [3].

Температура древесины при ее прогреве tпр=67^оС.

В камерах периодического действия первой технологической операцией после загрузки штабеля является начальная обработка материала (прогрев). Температуру среды при прогреве пиломатериалов мягких хвойных пород поддерживают в зависимости от их толщины и категории режима сушки.

 кДж/м³.

Для среднегодовых условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, кДж/м³, определяют по формуле:

где t0 - среднегодовая температура древесины, ^оС.

qпр1м³=650· 2,8·(67+2,6) = 126672 кДж/м³.

Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги определяют по формуле:

, (2.30)

для зимних условий

кДж/кг,

для среднегодовых условий

кДж/кг.

Для камер периодического действия общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, кВт, определяют по формуле:

, (2.31)

где τпр- продолжительность прогрева, ч.

Общий расход тепла подсчитывается для зимних и среднегодовых условий:

для зимних условий

кВт,

для среднегодовых условий

кВт.

.7.2 Определение расхода тепла на испарение влаги из древесины

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг, определяют по формуле:

, (2.32)

где h2 - теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг;

h0 - теплосодержание свежего (приточного) воздуха, кДж/кг;- влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг;- влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг;

св- удельная теплоемкость воды, кДж/(кг· оС);пр-температура нагретой влаги в древесине, оС.

- для зимних условий

кДж/кг,

для среднегодовых условий

кДж/кг,

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт, определяют по формуле:

,(2.33)

для зимних условий

Qисп = 2827,81·0,028 = 79,17 кВт,

- для среднегодовых условий

исп =2773,85 ·0,028 = 77,66 кВт,

.7.3 Потери тепла через ограждения камеры

Теплопотери тепла через ограждения камеры в единицу времени (секунду), кВт, определяют по формуле:

, (2.34)

где Fог - поверхность ограждений, м²;- коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м²·^оС);с - температура среды в камере, ^оС;- расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, ^оС.

Рисунок 2.2 - Схема к расчету потерь тепла через ограждения камеры

На рисунке 3.2 схематично показана камера периодического действия с внутренними размерами L (длина), В (ширина) и Н (высота) и размерами моноблочных ворот, шириной b и высотой h. Расчет теплопотерь производится отдельно для наружной боковой стены, торцовой стены, выходящей в коридор управления, торцовой стены, выходящей в траверсный коридор, двери, перекрытия и пола камеры. Это вызвано тем, что материал и толщина ограждений различны, а температура наружной среды неодинакова. Потери тепла через междукамерные боковые стены в расчет не принимаются.

Температура наружной среды для всех ограждений, кроме пола, берется одинаковой (15÷20^оС). Для пола можно брать наружную температуру по среднегодовым условиям (8÷12^оС).

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений, Вт/(м²·^оС), определяется по формуле:

, (2.35)

где αвн- коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м²·^оС);

αн - коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м²·^оС);

δ1, δ2,…, δn - толщина слоев ограждений, м;

λ1, λ2,…, λn - коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м²·^оС).

Коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений αвн=25Вт/(м²·^оС)[1].

Коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений αн=23Вт/(м²·^оС) [1].

 Вт/(м²·⁰С),

Вт/(м²·⁰С),

Вт/(м²·⁰С),

Вт/(м²·⁰С),

Коэффициент теплопередачи пола, Вт/(м²·^оС), определяется по формуле:

, (2.36)

 Вт (/м²·⁰С).

Температура среды для камер периодического действия принимается равной средней температуре агента сушки на входе и выходе их штабеля.

Расчет поверхности ограждений камеры выполнен в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Расчет поверхности ограждений камеры

Наименование ограждений	Формула	Площадь, м2
1 Стена наружная боковая		36,04
2 Стена торцовая		41,52
3 Стена торцовая (без учета дверей)		34,02
4 Перекрытие		64,96
5 Пол		64,96
6 Дверь		7,50

Расчет потерь тепла через ограждения приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Расчет потерь тепла через ограждения

Наименование ограждений	Fог, м2	kог, Вт/(м2·оС)	tс, оС	t0, оС	tс - tо, оС	Qог, кВт
1 Стена наружная боковая	36,04	0,24	59,5	14	45,5	0,396
2 Стена торцовая со стороны коридора управления	41,52	0,24		14	45,5	0,457
3 Стена торцовая со стороны траверсного пути	34,02	0,24		14	45,5	0,715
4 Перекрытие	64,96	0,24		14	45,5	0,404
5 Пол	64,96	0,12		8	51,5	0,082
6 Дверь	7,50	0,24		14	45,5	0,347
Итого						2,401

Согласно заданной спецификации подлежащие сушке пиломатериалы различны по породам и сечениям, следовательно, отличаются условия высушивания древесины: заполнение камеры, скорость агента сушки, параметры ступеней режима и т.п., поэтому суммарные потери теплоты через ограждения камеры с учётом поправки ΣQОГ, Вт, определяются по формуле:

ΣQ’ОГР=1,5ΣQОГР, (2.37)

ΣQ’ОГР=1,5·2,401=3,601 кВт.

Удельный расход тепла на потери через ограждения, кДж/кг, определяют по формуле:

, (2.38)

где ΣQог - суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт.

кВт.

Удельный расход тепла на сушку, кДж/кг, определяется по формуле:

где с1 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др., принимается в зависимости от условий процесса от 1,1 до 1,3.

- удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий

суш = (633,36+2827,34+163,704)·1,1 = 3986,84 кДж/кг.

Расход тепла на 1 м³ расчетного материала для среднегодовых условий, кДж/м³, определяют по формуле:

qсуш 1 м³= qсуш· m1 м³,(2.40)суш 1 м³ = 3986,84 · 200 = 797368 кДж/м³.

2.8 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

 

.8.1 Система теплоснабжения камеры

Система теплоснабжения камеры включает: калориферную установку; регулирующий клапан, трубопроводы и запорную арматуру.

Выбор типа калорифера

Рисунок 3.3 - Схема воздухонагревателя ВНВ (теплоноситель вода)

Тепловая мощность калорифера, то есть количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии, кВт, определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий в камерах периодического действия по формуле:

к = (Qпр + ΣQог)·с2,(2.41)

где с2 - коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку, принимается 1,1…1,3.

к = (260,03+3,601)·1,1 = 289,99 кВт.

2.8.2 Расчет поверхности нагрева калорифера

Суммарная поверхность нагрева калорифера, м2, определяют по формуле:

, (2.42)

где k - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м²·^оС);

∆ t- температурный напор, ^оС;

для теплоносителя горячая вода:

  (2.43)

Где

,-соответственно, большая и меньшая разности температур между греющим и нагревающим теплоносителями:

= (2.44)

= (2.45)

Где

-параметры теплоносителя, соответственно, на входе и выходе теплообменника, °С

-параметры агента сушки соответственно до и после прохождения через теплообменник.

=95-58,4=36,6°С

=80-61=19°С

В формуле 2.42 неизвестен коэффициент теплопередачи калорифера, k. Для его определения в камерах с принудительной циркуляцией надо знать скорость агента сушки через калорифер υк, которую можно подсчитать, если известно живое сечение калорифера Fж. сеч.к.

Площадь свободную для прохода воздуха, м², определяют по формуле:

,(2.46)

где  - площадь фронтального сечения одного калорифера, м² [1].

.

Скорость агента сушки через калорифер, υк, м/с, определяется по формуле

,(2.48)

Тогда массовую скорость воздуха во фронтальном сечении калориферной установки, кг/(м²/с) следует рассчитывать по выражению:

ωФР=ωК·ρ1, (2.49)

где

ρ1 - плотность влажного воздуха на входе в штабель, кг/м³.

Скорость воды в трубах теплообменника находится по формуле:

 (2.52)

Расход греющей воды:

 (2.53)

м².

Требуемое количество компактных калориферов или воздухонагревателей, используя выражение:

 (2.54)

 

.9 Определение расхода теплоносителя на сушку пиломатериалов

2.9.1 Расход горячей воды на 1 м³ расчетного материала

Расход горячей воды на 1 м³ расчетного материала, кг/м³, находим по формуле:

 (2.53)

где qсуш.- суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг;, h2- энтальпии теплоносителя соответственно на входе и выходе из калорифера, кДж/кг.

для теплоносителя - горячая вода:

=cв·ti, (2.54)=4,19·61=255,6кДж/кг;=4,19·58,4=244,69 кДж/кг;

.9.2 Расход теплоносителя на камеру

Расход горячей воды на камеру, кг/ч, определяется для зимних и среднегодовых условий:

а) в период прогрева:

 (2.55)

для зимних условий

б) в период сушки:

 (2.56)

.9.3 Расход теплоносителя на сушильный цех

Максимальный расход горячей воды, Рцеха,,кг/ч, в зимних условиях на сушильный цех, состоящий из камер периодического действия:

 (2.57)

Гдекам. пр- число камер, в которых одновременно идет прогрев материала (принимается равным 1/6 от общего числа камер и не менее одной при любом малом числе камер);кам. Суш - остальные камеры цеха, в которых идет процесс сушки.

.

2.9.4 Среднегодовой расход теплоносителя на сушку всего заданного объема пиломатериалов, кг/год

, (2.58)

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

сдлит - коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчетного материала, в зависимости от величины отношения , [1].

Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч, определяется по формуле:

 (2.59)

гдепродолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч; Ф1,Ф2,Ф3 - годовой объем этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³; продолжительность сушки расчетного материала, ч.

,

2.10 Определение диаметров труб системы теплоснабжения камеры

Диаметр главной магистрали dмаг, м, в сушильном цехе определяется по формуле:

 (2.60)

гдеплотность пара, кг/м³;

скорость движения горячей воды, принимается для магистралей 2 м/с.

Диаметр отвода к коллектору камеры, м, определяется по формуле:

 (2.61)

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

 принимается 2 м/с.

Диаметр подающего трубопровода к калориферу камеры, м, определяется по формуле:

 (2.62)

где Ркам.суш- расход пара на сушку для зимних условий, кг/ч;

 принимается 1 м/с.

Диаметр увлажнительной трубы, м,

 (2.63)

Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262-75 "Трубы стальные электросварные с прямым швом". По стандартным диаметрам принимаем: dмаг=200мм; dкам=150мм; dк=150мм; dувл=100мм.

3. Аэродинамический расчет

Современные лесосушильные камеры проектируются и строятся только с принудительной циркуляцией агента сушки, осуществляемой центробежными или осевыми вентиляторами. Конечной целью аэродинамического расчета является выбор типа и номера вентилятора, а также определение теоретической мощности вентилятора и установленной мощности электродвигателя вентиляторной установки.

3.1 Расчет потребного напора вентилятора

Полное давление (напор) вентилятора, Рв, Па, определяют по формуле

Рв = hст + hд,(3.1)

где hст - статический напор, Па;

hд - динамический напор, Па.

Центробежный или осевой вентилятор с приводом и системой подключения к нему воздуховодов принято называть вентиляторной установкой.

Вентиляторная установка может иметь незамкнутую (работающую на выхлоп) или замкнутую систему воздуховодов.

Во всех камерах, кроме эжекционных, вентиляторные установки имеют замкнутую систему воздуховодов.

В замкнутой системе величину hд можно не учитывать. В этом случае вентилятор приводит в движение всю массу агента сушки в системе только при пуске. В дальнейшем необходим только статический напор hст, т.е. напор на преодоление всех сопротивлений в системе циркуляции (Нв = hст).

Статический напор, Па, определяют по формуле

где ρ - плотность агента сушки, кг/м³;

υ - скорость циркуляции агента сушки на участках системы, м/с;- длина участка (канала), м;эк- эквивалентный диаметр, м;

ξ - коэффициент трения о стенки каналов и воздуховодов [1];

ζ - коэффициент местных потерь (сопротивлений) [1].

Первое слагаемое в формуле (3.2) представляет собой сумму сопротивлений на трение на всех прямых участках сети, второе - сумму местных сопротивлений на всем пути циркуляции.

В замкнутых системах циркуляции сумма местных сопротивлений - основная величина.

Эквивалентный диаметр, м, определяют по формуле

, (3.3)

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

3.2 Аэродинамический расчет

.2.1 Составление аэродинамической схемы камеры

Составляется и вычерчивается развернутая схема циркуляционной системы камеры с последовательной нумерацией всех ее участков.

Схема циркуляционной системы приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема циркуляционной системы

Таблица 3.1 - Участки циркуляции агента сушки в камере "ЛСК-45"

Номер участков	Наименование участков
1	Вентилятор
2	Прямой канал
3,17,5,15	Поворот на 90°
18,19	Калорифер
4,16	Боковые каналы
6,9,12	Вход в штабель (внезапное сужение)
7,10,13	Штабель
8,11,14	Выход из штабеля (внезапное расширение)

.2.2 Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке

Для определения сопротивления каждого участка подсчитывается скорость циркуляции агента сушки на каждом участке.

Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке, м/с, определяют по формуле

, (3.4)

Где- площадь поперечного сечения канала, в плоскости перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, м² (площадь для прохода агента сушки).

Участок 1 Вентилятор

, (3.5)

где Dв - диаметр ротора вентилятора, 1 м;в- число вентиляторов в камере, 4.

м²,

м/с.

Участок 2, 16 Прямой канал

, (3.6)

Где

Н1 - высота циркуляционного канала, м;- внутренний размер камеры по длине, м.

м²,

м/с.

Участок 4 Калорифер

F18,19=Fж. сеч. кал. (3.7)

F18,19=4,98 м²,

м/с.

Участок 5, 15, 3, 17 Поворот под углом 90°

Принимается самое минимальное сечение канала до и после поворота.

f3,15,3,17 = В∙L, (3.8)

f5,15,3,17 = 4.3·0,62=2.6м²,

м/с.

Участок 5, 14 Боковые каналы, 4,16

F4 = f16= bср∙L, (3.9)

где bср - средняя ширина канала, м.

= f16=0,62∙4.3=4,6 м²,

м/с.

Участок 7,10 Вход в штабель (внезапное сужение)

f6,9,12 =Fж. сеч. шт., (3.10)

f6,9,12 =8,45м²,

м/с.

Участок 8,11 Штабель

F7,10,13 =Fж. сеч.шт., (3.11)

F7,10,13 =8,45м²,

м/с.

Участок 9,12 Выход из штабеля (внезапное расширение)

F8,11,14 =Fж. сеч. шт., (3.12)

F8,11,14 =8,45м²,

м/с

Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке, ω м/с, определяют по формуле 3.4. Результаты расчетов вносим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке

Номера участков	1	2	18,19	3,17,5,15	4,16	6,9,12	7,10,13	9,12
fi, м2	3,1	6.8	4,9	2.6	2.6	8,4	8,4	8,4
wi, м/с	5,3	2,5	3,4	6.5	6.5	2,0	2,0	2,0

.2.3 Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке ∆hi, Па

 (3.13)

Где

ρ - средняя плотность агента сушки, кг/м³;

 - коэффициент местного сопротивления агенту сушки на входе в вентилятор.

Принимаем =0,8 для камер периодического действия с осевыми вентиляторами.

Определение средней плотности агента сушки ρ, кг/м³

 (3.14)

Участок 1 Вентилятор

 (3.15)

 Па.

Участок 2 Прямой канал

 (3.16)

где  - коэффициент трения;- длина участка, м;, - периметр канала, м.

Принимаем =0,016 для металлических каналов.

Определяем периметр канала u2, м:

u2=2В+2Н1, (3.17)=2·6,6+2·1,2=15,6м;

Участок 3, 15, 6, 13 Поворот под углом 900

 (3.18)

где  - коэффициент сопротивления для участка поворота потока под углом 90, =1,1.

 Па.

Участок 4 Калорифер

 (3.19)

где nP - количество рядов калориферов перпендикулярных потоку сушильного агента, nP=2;

∆hK - сопротивление движению агента сушки через калорифер, Па, ∆hK=10 Па, для биметаллических труб.

 (3.20)

Участок 4, 16 Боковые каналы

 (3.21)

где l - высота сушильного пространства, м.

Па.

Участок 6,9,12 Вход в штабель (внезапное сужение):

, (3.22)

где  - коэффициент сопротивления для внезапного сужения потока, =0,18.

Па.

Участок 8,11 Штабель

 (3.23)

где - коэффициент сопротивления потока в штабеле, =11,5. Принимаем:  для штабеля с толщиной прокладок SПР=25 мм и толщиной досок S=25 мм.

Па.

Участок 9,12 Выход из штабеля (внезапное расширение)

, (3.24)

где - коэффициент сопротивления потока при внезапном расширении потока, =0,25.

Па.

Расчет сопротивлений движению агента сушки на каждом участке приведен в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Подсчет сопротивлений

Номера участков	Наименование участков	ρ, кг/м3	wi, м/с	Сопротивление участков, Δhi, Па
1	Вентилятор	1,023	5.3	23.6
2	Прямой канал	1,023	2.5	0.16
3,17,5,15	Поворот на 90°	1,023	6.5	95.0
18,19	Калорифер	1,023	3.4	20.0
4,16	Боковые каналы	1,023	6.5	5.62
6,9,12	Вход в штабель (внезапное сужение)	1,023	2.0	1.50
7,10,13	Штабель	1,023	2.0	94.2
8,11,14	Выход из штабеля (внезапное расширение)	1,023	2.0	2.04
Нв				242.1

 

.3 Выбор вентилятора

Определение потребного напора вентилятора Нв, Па:

,(3.25)

HB=242.1 Па

Определение производительности вентилятора, Vв, м³/с:

, (3.26)

где п - число вентиляторов в камере.

м³/с

Определение характерного напора вентилятора НХАР, Па:

 (3.27)

 Па.

По характерному напору Нхар и производительности вентилятора Vв выбираем осевой реверсивный вентилятор марки ВОПР-17-310-10 с частотой вращения рабочего колеса 1500 об/мин.

.4 Выбор электродвигателя

Максимальная теоретическая мощность вентилятора, кВт, определяется в зависимости от его напора, производительности и КПД:

кВт

Мощность электродвигателя для привода вентиляторов, кВт определяют по формуле:

,(3.29)

где kз - коэффициент запаса мощности на пусковой момент;- коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где установлен электродвигатель;

ηn - КПД передачи.

кВт

Принимаем электродвигатель серии АИР100S4, мощностью N=3.0 кВт и n=1500 мин-1. Класс изоляции обмоток Н (температура среды до 100^оС)

 

Заключение

В данном курсовом проекте мы спроектировали лесосушильный цех на базе камер марки: "ЛСК-45".

В ходе технологического расчёта определили необходимое количество лесосушильных камер n=13 шт.

Также мы рассчитали необходимые технологические, тепловые и аэродинамические характеристики камеры.

Список использованных источников

1. Т.В. Ермолина. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Проектирование лесосушильных камер и цехов: учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 250403. / Т.В. Ермолина, А.А. Орлов, Ю.А. Корчук. - Красноярск: СибГТУ, 2009. - 145 с.

2. Богданов Е.С., Козлов В.А., Кунтыш В.Б, Мелехов В.И. Справочник по сушки древесины. - М: 1990, - 304 с,

. П.С. Серговский. Гидротермическая обработка и консервирование древесины [Текст] / С.П. Серговский, А.И. Расев. - М.: 1987. - 360 с.

. Степанов В.И. и др. Расчет сушильных камер непрерывного действия. Красноярск: СТИ. 2002. - 70 с.

. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины: сб. - Архангельск: Изд-во стандартов, 1985. - 144 с.

. Т.В. Ермолина. Проектирование цехов сушки пиломатериалов [Учебное пособие] / Т.В. Ермолина, В.Н. Ермолин. - Красноярск: СибГТУ, 2003. - 50 с.

7. Шубин Г.С., Проектирование установок для гидротермической обработки древесины. - М.: Лечн. Промс-сть, 1983. - 272 с.

8. Альбом лесосушильных камер непрерывного и периодического действия. - Архангельск: Изд-во ЦНИМОД, 1983, - 85 с.