Проектирование лесосушильной камеры типа Capcal HT-40

Проектирование лесосушильной камеры типа Capcal HT-40

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

1.1 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_ф К_Е, (1.2)

где К_ф — 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 в_у — коэффициентов объемного заполнения штабеля условным материалом;

в_ф — коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическим материалом.

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

в_у = в_ф = в_в в_ш в_д, (1.4)

где в_в — коэффициент заполнения штабеля по высоте;

в_ш — коэффициент заполнения штабеля по ширине;

в_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 в_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.

1) 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 в_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом в_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)

.

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

в_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)

.

3) Для древесины сосна(50Ч150Ч6200) коэффициент объемной усушки

К₀ = 0,44 по таблице 1.2, с. 9 /1/, коэффициент заполнения штабеля по ширине в_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом в_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)

.

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

в_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 в_ш = 0,9. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом

в_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 в_ш = 0,6. Коэффициент заполнения штабеля условным материалом

в_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: в_в — коэффициент заполнения штабеля по высоте;

в_ш — коэффициент заполнения штабеля по ширине;

в_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, %.

в_у — коэффициентов объемного заполнения штабеля условным материалом;

в_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 ф_об.ф — продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток;

ф_об.у — продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток.

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

ф_об.ф = ф_суш + ф_{загр ,} (1.11)

ф_об.у = ф_суш + ф_{загр ,} (1.12)

где ф_суш — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток;

ф_загр — продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток.

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

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

ф_суш = ф_исх· А_р· А_ц · А_к · А_в · А_д, (1.13)

где ф_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 ф_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 ф_исх = 55 часа по таблице 1.4, с. 12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима ф_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 х_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 ф_исх = 104 часов по таблице 1.4, с. 12 /1/. Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима ф_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 х_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.

3) Определим все значения коэффициентов для пиломатериалов из сосна (40 Ч 150Ч5500)(усл.мат.) Исходная продолжительность сушки ф_исх =88 часа по таблице 1.4, с. 12 /1/. Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима ф_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 х_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 ф_исх = 157 часа по таблице 1.4, с. 12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима ф_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 х_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.

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

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

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима ф_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 х_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 ф_исх = 122 часа по таблице 1.4, с. 12 /1/.

Найдем произведение исходной продолжительности сушки на коэффициент, учитывающий категорию режима ф_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 х_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;

ф_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; ф_суш — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток; ф_об.ф — продолжительность оборота камеры при сушке фактического метериала данного размера и породы, суток; ф_об.у — продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток; К_ф — 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.

2) 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.

3) 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.

4) 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.

5) 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:

в_у

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

в_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;

ф_об.у — продолжительность оборота камеры для условного материала.

Из таблицы 1.14, с. 24 /1/, продолжительность оборота камеры для условного материала составляет ф_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 в_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 УУ — 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 УУ =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 суш-ку, расхода теплоносителя, выбора и расчета теплового обо-рудования камер и цеха (калориферов, трубопроводов).

2.1 Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимаются самые быстросох-нущие 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 с_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 с_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_1 м³ — 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 · в_ф, (2.3)

где Г — габаритный объем штабеля в камере, м³;

в_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; ф_{соб.суш} — продолжительность собственно сушки, ч.

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

ф_{соб.суш} = ф_суш — (ф_пр + ф_{кон. ВТО}), (2.5)

где ф_суш — продолжительность сушки расчетного материала, ч;

ф_пр— продолжительность начального прогрева материала, ч;

ф_{кон.ВТО} — продолжительность конечной влаготеплообработки, ч.

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

Подставим известные данные в формулу (2.5)

ф_{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 Д t = 12 є C, степень насыщенности ц = 0,59.

Режимы сушки в камерах периодического действия

(ГОСТ 19 773 — 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; ц₁ — 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 х_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;

в_в — коэффициент заполнения штабеля по высоте.

По данным таблицы 1.1 пояснительной записки, коэффициент заполнения штабеля по высоте в_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;

х_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 с₂, кг/м³, определим по формуле (2.10)

кг/м³.

Приведенный удельный объем агента сушки на выходе из штабеля х_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;

х_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;

х_пр0 — приведенный удельный объем свежего воздуха, м³/кг.

Летом принимаем приведенный удельный объем свежего воздуха х_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; х_пр1 — приведенный удельный объем агента сушки на выходе из штабеля, м³/кг.

Подставим известные значения в формулу (2.23)

зимой:

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 х_кан — скорость движения свежего воздуха или отработавшего агента сушки в каналах, м/с;

V₀ — объем свежего воздуха, м²/с.

Принимаем скорость воздуха в каналах х_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 ограж-дений, технологического и транспортного оборудования учи-тываются введением поправочных коэффициентов. Расчет ве-дется для зимних и среднегодовых условий.

Определение расхода тепла на прогрев древесины

1. Для зимних условий, кДж/м³,

(2.27)

где с_W — плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности

W_н, кг/м³;

с_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;

г — скрытая теплота плавления льда, кДж/кг.

Плотность древесины расчетного материала с_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/ с_б = 400, кг/м³, получаем плотность древесины расчетного материала, с_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 г = 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.

2. Для среднегодовых условий, кДж/м³,

(2.30)

где с_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; ф_пр — продолжительность прогрева, ч.

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

Подставляем известные значения в формулу (2.33)

кВт.

Принимаем продолжительность прогрева для летних условий ф_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 УF_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 б_вн — коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м² · єС);

б_н — коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м² · єС);

д₁, д₂ ,…, д_n — толщина слоев ограждений, м;

л₁ л₂ ,…, л_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 б_вн = 25 Вт/(м² · єС), коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений для наружного воздуха принимается б_н = 23 Вт/(м² · єС).

1.Алюминий (типа пищевого), толщина д₁ = 1,5 мм;2. Теплоизолятор полиуретана, толщина д₂ = 100 мм;3. Сталь (нержавейка), толщина д₃ = 1,5 мм. Коэффициенты теплопроводности материалов л, Вт/(м² · єС), берем из таблицы 2.6, с. 44 /1/Коэффициенты теплопроводности л₁ = 240 Вт/(м² · єС), л₂ = 0,035 Вт/(м² · єС), л₃ = 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 д₁ = 1,5 мм; д₂ = 100 мм; д₃ = 1,5 мм; для картон асбестовый д₄ = 10 мм.

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

Коэффициенты теплопроводности асолютно л₁ = 240 Вт/(м² · єС), л₂ = 0,035 Вт/(м² · єС), л₃ = 58 Вт/(м² · єС), л₄ = 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 д₁ = 0,1 м, для алюминия д₂ = 0,0015 м, для стали строительной д₃ = 0,0015 м.

Коэффициенты теплопроводности для л₁ = 0,07 Вт/(м² · єС), для алюминия л₂ = 240 Вт/(м² · єС), для стали строительной л₃ = 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)