Проектирование лесосушильной камеры типа «TROCKENANLAGE VF 651/4DS»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ на тему: Проектирование лесосушильной камеры типа TROCKENANLAGE VF 651/4DS

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ

Задание на курсовой проект

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАМЕР И ЦЕХА

1.1 Пересчет объема фактического пиломатериала в объем условного материла

1.1.1 Определение коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами _ф и условным материалом _у

1.1.2 Расчеты по определению продолжительности сушки пиломатериалов

1.1.3 Пересчет объема фактических пиломатериалов

1.2. Определение производительности камер в условном материале

1.3 Определение необходимого количества камер

2. Тепловой расчет камер и цеха

2.1 Выбор расчетного материала

2.2 Определение массы испаряемой влаги

2.2.1. Расчет массы влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов

2.2.2 Расчет массы влаги, испаряемой за время одного оборота камеры

2.2.3 Расчет массы влаги, испаряемой из камеры в секунду

2.2.4 Определение расчетной массы испаряемой влаги

2.3 Выбор режима сушки

2.3.1 Режимы сушки в камерах периодического действия

2.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1 Объем циркулирующего агента сушки

2.5.2 Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги

2.5.3 Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

2.5.4 Уточнение объема и массы циркулирующего агента сушки

2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха

2.6.1 Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги

2.6.2 Объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру

2.6.3. Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры)

2.6.4 Расчет приточно-вытяжных каналов камеры

2.7 Определение расхода тепла на сушку

2.7.1 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

2.7.2 Удельный расход тепла при начальном прогреве

2.7.3 Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

2.7.4 Определение расхода тепла на испарение влаги

2.7.5 Потери тепла через ограждения камеры

2.7.6 Определение удельного расхода тепла на сушку

2.7.7 Определение расхода тепла на 1 м³ расчетного материала

2.8 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

2.8.1 Выбор типа калорифера

2.8.2 Тепловая мощность калорифера

2.8.3 Расчет поверхности нагрева калорифера

2.9 Определение расхода воды

2.9.1 Количество циркулирующей воды на камеру

2.9.2 Количество циркулирующей воды на цех

2.10 Выбор диаметров водопроводов

2.11.Определение тепловой мощности водогрейного котла и расхода топлива

2.11.1.Тепловая мощность водогрейного котла

2.11.2 Расход топлива

3. Аэродинамический расчет камер

3.1 Методика расчета потребного напора вентилятора

3.2 Последовательность аэродинамического расчета

3.2.1 Составление аэродинамической схемы камеры

3.2.2 Определение скорости циркуляции агента сушки на каждом участке

3.2.3 Определение сопротивлений движения агента сушки на каждом участке

3.2.4 Выбор типа вентилятора

3.2.5 Определение мощности и выбор электродвигателя

4. Планировка лесосушильного цеха ЗАКЛЮЧЕНИЕ Список использованных источников

Сушка является одним из важнейших процессов гидротермической обработки древесины. Сушка — это процесс удаления из материала влаги путем ее испарения или выпаривания.

Древесина с большим содержанием влаги подвержена загниванию, в то время как сухая обладает большой стойкостью. При снижении влажности древесины уменьшается ее масса и одновременно повышается прочность. Сухая древесина значительно лучше склеивается и отделывается, чем сырая.

В основе данного курсового проекта лежит проектирование лесосушильной камеры и цеха для производства спортинвентаря из заготовок, обрезных и необрезных досок хвойных и лиственных пород. Необходимо произвести технологический, тепловой и аэродинамический расчеты сушильной камеры.

Для данного процесса сушки выбираем лесосушильную камеру TROCKENANLAGE VF 651/4DS, которая высушивает пиломатериалы различных пород и толщин нормальным режимом.

Установка представляет собой сборно-металлическую камеру. Она разделена ложным потолком на сушильное пространство и пространство для размещения технологического оборудования. Штабели пиломатериалов загружают и разгружают по рельсовым путям.

В двух верхних секциях размещаются по четыре основных реверсивных вентилятора типа У12 с индивидуальным приводом электродвигателей типа 4А90L4Y3.

Для притока свежего воздуха и выброса отработанного в одной из верхних секций имеется приточно-вытяжное устройство с заслонками. Открытием заслонок управляет один исполнительный механизм.

Установка снабжена системой водоснабжения, состоящей из узла регулирования давления, калориферов и двух увлажнительных перфорированных труб, подающих воду непосредственно в установку.

В установке предусмотрено автоматическое регулирование процесса сушки по психрометрической разности.

Таблица 1

Краткая техническая характеристика камеры TROCKENANLAGE VF 651/4DS

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КАМЕР И ЦЕХА Конечной целью технологического расчета является определение количества камер для высушивания заданного годового объема пиломатериалов или определение производственной мощности лесосушильного цеха при известных типах и количестве камер.

Технологический расчет для известного типа камер или вновь проектируемой камеры выполняется в определенной последовательности:

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 (участка) при известном количестве и типе камер.

1.1 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 25 мм, шириной 150 мм, длиной более 1 м, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60 до конечной 6%.

Объем высушенного пиломатериала заданной спецификации Фi, м³, пересчитывается в объем условного материала Уi, м³, по формуле Уi = КiФi, (1.1)

где Фi объем подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного где размера и породы, м³

Кi коэффициент пересчета, определяется по формуле

Кi = КК_Е, (1.2)

где К коэффициент продолжительности оборота камеры

К коэффициент вместимости камеры.

Коэффициент вместимости камеры определяется отношением коэффициентов объемного заполнения штабеля условным _У и фактическим материалом _ф

К = _, (1.3)

Коэффициент объемного заполнения штабеля условным _у или фактическим материалом _ф равен произведению коэффициентов заполнения штабеля по высоте _В, ширине _ш и длине _дл. С учетом объемной усушки пиломатериалов У величина коэффициента объемного заполнения штабеля условным _у или фактическим материалом _ф находится по формуле

_ф=_Вшдл, (1.4)

Коэффициент заполнения штабеля по высоте в зависит от номинальной толщины высушиваемого материала S и толщины прокладок S_пр

_В=, (1.5)

Для штабелей высотой до 5.0 м толщина прокладок S_пр=25 мм.

Коэффициент заполнения штабеля по ширине _ш зависит от способ укладки (со шпациями, без шпаций) и вида пиломатериалов (обрезные, необрезные). Значения коэффициента заполнения штабеля по ширине _ш выбираются по табл.1.1, с. 8 /1/. Коэффициент заполнения штабеля по длине _дл равен отношению средней длины пиломатериалов l_ср в штабеле к его габаритной длине l_габ.шт. Если в штабель укладываются доски без сортировки по длине, то средний коэффициент заполнения штабеля по длине _дл принимается равным 0,85. Для условного материала коэффициент заполнения штабеля по длине _дл = 0,85.

При укладке заготовок, уложенных «торец в торец», их количество по длине штабеля составит

n_д =, (1.6)

где l_заг длина заготовок, м;

l_габ.шт габаритная длина штабеля, м (по паспортным данным камеры).

Округлив количество заготовок n_д до целого в меньшую сторону, можно определить коэффициент заполнения штабеля по длине _д

_д =, (1.7)

где n_д количество заготовок по длине штабеля после округления до целого в сторону уменьшения, шт.

Объемную усушку У0, %, предлагается определять по формуле У₀ = К₀ (W_ном W_к), (1.8)

где К₀ коэффициент объемной усушки, зависящий от породы;

W_ном влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, % ;

W_к конечная влажность высушенных пиломатериалов, %.

По ГОСТ 848 686 для пиломатериалов внутреннего потребления и экспортных номинальная влажность равна W_ном = 20%. По заданию на с. 2 пояснительной записки конечная влажность подлежащих сушки пиломатериалов W_к =6%.

Для условного материала по формуле (1.8) объемная усушка У₀, % равна У₀ = 0,44 (20 6) = 6,16% .

Коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом для камер со средней и мощной циркуляции по формуле (1.4) рекомендуется принимать

_у = .

1.1.1 Определение коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами ф и условным материалом у За условный материал принимают обрезные сосновые доски, размером 251 505 500 мм с начальной и конечной влажностями соответственно

W_н = 60%, W_к = 6%.

По формуле (1.5) рассчитаем коэффициент заполнения штабеля по высоте условным материалом

_В = ,

Ранее говорилось, что для условного материала коэффициент заполнения штабеля по длине _дл = 0,85, объемная усушка У₀ = 3,52%, коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом _у = 0,454. По табл.1.1, с. 8 /1/ значение коэффициента заполнения штабеля по ширине для обрезных пиломатериалов, уложенных без шпаций _ш = 0,90 .

Для березовых обрезных досок 251 255 000 мм определим коэффициент заполнения штабеля по высоте.

По формуле (1.5) находим коэффициент заполнения штабеля объемного заполнения по высоте

_В = ,

Коэффициент объемного заполнения по длине находится по следующему выражению

_дл, (1.9)

где l_заг? длина пиломатериала по спецификации, м;

l_габ.шт? габаритной длине штабеля, м.

_дл = = 0,85;

По табл. 1.1, с. 8 /1/, выбираем коэффициент заполнения штабеля по ширине _ш = 0,90, а по табл. 1.2, с. 9/1/, выбираем коэффициент объемной усушки для березы, К₀ = 0,54. Имея необходимые данные, по выражению (1.8) находим объемную усушку

У₀ = 0,54 (20 8) = 6,16%.

По формуле (1.4) вычислим коэффициент объемного заполнения штабеля фактическим пиломатериалом

_ф = .

Коэффициент вместимости камеры определяется по выражению (1.3)

К = 1,28.

Аналогично определяются значения коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами для всех остальных спецификаций задания. Результаты расчетов коэффициента объемного заполнения штабеля условным _у и фактическим материалом _ф сведены в таблицу 2.

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле К =, (1.10)

где _{об. ф} продолжительность оборота камеры при сушке фактического мате где риала данного размера и породы, суток;

_{об. у} продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток.

Продолжительность одного оборота при сушке фактического (_об.ф) или условного (_об.у) материала для камер периодического действия (в сутках) определяются по следующим выражениям

_{об. ф} = _суш + _{загр. ,} (1.11)

_{об. у} = _суш + _{загр. ,} (1.12)

где _суш продолжительность сушки фактического или условного материала, суток;

_загр. продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается равной 0,1 суток.

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

_суш = _исхА_РА_ЦА_КА_ВА_Д, (1.13)

где _исх исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов загд ор заданной породы, толщины S₁ и ширины S_{2, ч};

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 характери-ллл зующий среднюю длительность влаготеплообработок;

А_В — коэффициент, учитывающий начальную (W_н) и конечную (W_к) влажпро ность древесины;

А_д — коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительнось процесса;

1.1.2 Расчеты по определению продолжительности сушки пиломатериалов Определим продолжительность сушки для условного материала сосны. Для этого по табл. 1.4,с. 12/1/ в зависимости от толщины и ширины материала находим величину исходной продолжительности сушки: S₁ = 40 мм, S₂ = 150 мм, соответственно _исх = 88 ч. Поскольку сушка ведется мягким режимом, то коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки равен А_Р = 1,7. Коэффициент учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере А_Ц находят в зависимости от произведения _исхА_Р и скорости циркуляции агента сушки через штабель V_шт

_исхА_Р = = 88,0 ч.

Скорость циркуляции агента сушки через штабель известна по условию v_шт = 2,0 м/с. Теперь по табл. 1.5, с. 13 /1/ методом интерполяции находим значения коэффициента, учитывающего характер и интенсивность циркуляции агента сушки А_Ц

при _исхА_Р = 80 ч и v_шт = 2,0 А_Ц = 0,76,

при _исхА_Р = 100 ч и v_шт = 2,0 А_Ц = 0,81,

тогда при _исхА_Р = 88 ч и V_шт = 2,0

А_Ц = 0,78,

Условный материал — сосновые доски высушиваемые до влажности 12%, по II категории качества, следовательно, коэффициент А_К, учитывающий категорию сушки условного материала равен 1,15.

Начальная и конечная влажности условного материала соответственно равны 60% и 12%, тогда коэффициент, учитывающий влияние влажности на продолжительность сушки равен А_В =1,0 по табл.1.6,с.14/1/.

Коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериала на продолжительность процесса равен А_д = 1,0.

Теперь, имея все необходимые данные, по формуле (1.14) можно найти общую продолжительность сушки условного материала

_суш = 78,94 ч.

Вычислим общую продолжительность сушки для березы сечением 25 125 мм, имеющей начальную и конечную влажности соответственно 90% и 8%.

По табл. 1.4. с. 12 /1/ находим исходную продолжительность собственно сушки _исх = 81 ч. А_Р = 1,0, так как сушка древесины ведется нормальным режимом.

Методом интерполяции по табл.1.5,с. 13/1/ найдем коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере.

Скорость циркуляции агента сушки через штабель v_шт = 2,0. Найдем необходимое произведение _исхА_Р

_исхА_Р = = 81,0 ч.

при _исхА_Р = 80 ч и v_шт = 2,0 А_Ц = 0,76,

при _исхА_Р = 90 ч и v_шт = 2,0 А_Ц = 0,81,

тогда при _исхА_Р = 81 ч и v_шт = 2,0

А_Ц = 0,7625,

Пиломатериалы сушатся до влажности 8%, по ІІ категории качества, следовательно, коэффициент, учитывающий, категорию качества сушки будет равен А_К = 1,15. Начальная и конечная влажности данного пиломатериала соответственно равны 90% и 8%, тогда коэффициент, учитывающий влияние влажности на продолжительность сушки, А_В (табл.1.6, с.14/1/) равен 1,51.

Коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериала на продолжительность процесса А_д = 1,0. По формуле (1.14) находим общую продолжительность сушки данного пиломатериала, _суш, ч

_суш = 107,25 ч.

Аналогичным образом определяются _суш для всех оставшихся спецификаций.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Определение продолжительности сушки пиломатериалов

1.1.3 Пересчет объема фактических пиломатериалов

В качестве примера рассчитаем объем сосновых обрезных досок сечением 25 150. Для того, чтобы перевести объем фактических пиломатериалов в объем условного материала, необходимо сначала по формуле (1.3) найти коэффициент вместимости камеры К

К = .

Коэффициент продолжительности оборота камеры К дан в таблице 3, для взятого образца он равен 1,36. Определим коэффициент пересчета, который находится по формуле (1.2)

К_i = 1,768.

Объем фактического материла пересчитываем в объем условного материала, У_i, м³ усл., по формуле (1.1)

У_i = м³/усл.

Аналогичным образом считаются объемы всех остальных пород. Результаты расчетов сведены в таблицу 4 .

Таблица 4

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 П_у = Е_уn_у, (1.21)

где Е_у вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м³ усл;

n_у — число оборотов камеры в год при сушке условного материала.

Вместимость камеры в условном материале, м³ усл., находится по формуле Е_у = Г_у, (1.22)

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

_у — коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом. Габаритный объем штабелей Г, м3, вычисляется по выражению Г = nlbh, (1.23)

где n — число штабелей в камере;

l, b, h — соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м .

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

n_у =, (1.24)

где 335 — время работы в году, суток ;

_{об. у.} — продолжительность оборота камеры для условного материала, сут.

В конечном виде формулу для определения П_у, м³ усл. / год, можно записать П_у = Г_у. (1.25)

Произведем расчеты по формуле (1.23) найдем габаритный объем штабелей в камере Г, м³

Г = 561,23,6 =129,6 м³

Для определения годовой производительности одной камеры П_у, м³ усл. / год, воспользуемся формулой (1.25)

П_у = 4323,09 м³ усл. / год.

1.3 Определение необходимого количества камер

n_кам = ,

где у — общий объем условного материала, м³ усл. / год.

Подставим значения и найдем необходимое количество камер в цехе

n_кам =1,34.

То есть для сушки заданного годового объема пиломатериалов в цехе необходимо установить две десятиштабельных камеры типа TROCKENANLAGE VF 651/4DS.

1.4 Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха

Производственная мощность лесосушильного цеха П_цеха, м³ усл./год, определяется по формуле П_цеха=n_iП_уi

где n_i — количество камер соответствующего типа;

Пyi — производительность камер того же типа, м3 усл/год.

П_цеха==86 646,18 м³ усл./год.

1.5 Анализ технологического расчета В ходе технологического расчета было определено общее количество камер TROCKENANLAGE VF 651/4DS для высушивания сосновых пиломатериалов годовым объемом в 3000 м³ в год при условии конструирования сушильного цеха ориентировочно в городе Архангельск или Архангельской области. Их число составило порядка трех с округлением в большую сторону. В результате производительность цеха в условном материале оказалась несколько больше по значению, чем суммарный условный объем пиломатериалов. Данное конструктивное решение было принято в связи с тем фактом, что при установке меньшего количества камер в перспективе это способствовало бы значительному недопроизводству камер.

камера лесосушильный пиломатериалы цех

2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАМЕР И ЦЕХА Тепловой расчет производится с целью определения затрат тепла на сушку, расхода теплоносителя, выбора и расчета теплового оборудования камер и цеха (калориферов, конденсатоотводчиков, трубопроводов).

Тепловой расчет целесообразно проводить в определенной последовательности:

1) выбор расчетного материала;

2)определение массы испаряемой влаги;

3)выбор режима сушки;

4)определение параметров агента сушки на входе в штабель;

5)определение объема и массы циркулирующего агента сушки;

6)определение объема свежего и отработавшего воздуха;

7)определение расхода тепла на сушку;

8)выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера;

9)определение расхода теплоносителя;

10)определение диаметров водопроводов;

11)определение тепловой мощности водогрейного котла и расхода топлива.

2.1 Выбор расчетного материала За расчетный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации. В этом случае камеры обеспечат сушку другого материала из этой спецификации. В заданном варианте самым быстросохнущем материалом являются сосновые доски сечением 25 150 мм с начальной и конечной влажностями соответственно 80% и 6% .

2.2 Определение массы испаряемой влаги

2.2.1 Расчет массы влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов Масса влаги, испаряемая из 1 м³ пиломатериалов m_{1 м}³, определяется по формуле

m_1 м³ =, (2.1)

где _б — базисная плотность расчетного материала, ;

W_н — начальная и конечная влажность расчетного материала, %;

W_к — конечная влажность расчетного материала, %.

По табл.1.2,с.9, /1/ определим базисную плотность сосны _б, она равна 400 и, зная начальную и конечную влажность материала, по формуле (2.1) найдем массу влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов m_{1 M3}, ,

m_{1 м}³ = .

2.2.2 Расчет массы влаги, испаряемой за время одного оборота камеры Масса влаги, испаряемая за время одного оборота камеры m_{об. кам.}, кг/оборот, определяется по выражению

m_{об. кам.} = m_1 м³ Е, (2.2)

где Е — вместимость камеры, м³;

m_1 м³? масса влаги, испаряемая из 1 м³ пиломатериалов, .

Е = Г_ф, (2.3)

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

_ф — коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

Габаритный объем всех штабелей в камере ранее найден по формуле (1.23) Г=129,6 м³. По табл.1, с. 5 пояснительной записки коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом _ф для кедра равен 0,36, тогда по формуле (2.3) найдем вместимость камеры Е = = 46,66 м³.

По формуле (2.2) определим массу влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, m_{об. кам.}, кг/оборот

m_{об. кам.} =13 811,36 кг/оборот.

2.2.3 Расчет массы влаги, испаряемой из камеры в секунду Масса влаги, испаряемая из камеры в секунду m_с,, определяется по формуле

m_с =, (2.4)

где _{соб.суш} — продолжительность собственно сушки, ч, которая в свою очередь определяется из следующего выражения

_{соб.суш} = _суш — (_пр + _{кон.ВТО}), (2.5)

где _суш — продолжительность сушки расчетного материала, ч;

_пр — продолжительность начального прогрева материала, ч;

_{кон.ВТО} — продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО);

Продолжительность сушки расчетного материала принимаем по таблице 3 пояснительной записки, для сосны _суш = 135,57 ч;

Продолжительность начального прогрева для мягких лиственных пород принимаем равной 3,75 часов.

Ориентировочная общая продолжительность влаготеплообработок в зависимости от породы и толщины пиломатериалов приведена в табл.2.1,с.28,/1/. Для сосновых досок толщиной 25 мм принимаем _{кон.ВТО} = 2 ч. Соответственно этим значениям найдем продолжительность собственно сушки _{соб.суш}, (формула (2.5))

_{соб.суш} = 135,57- (3,75 + 2) = 125,82 ч.

Имея все необходимые данные найдем массу влаги, испаряемой из камеры в секунду, m_с ,

m_с =0,03 .

2.2.4 Определение расчетной массы испаряемой влаги Расчетную массу испаряемой влаги m_р,, можно найти, воспользовавшись выражением

m_р = m_сk, (2.6)

где k — коэффициент неравномерности скорости сушки;

m_с — масса влаги, испаряемая из камеры в секунду_, .

Для камер периодического действия при сушки воздухом до конечной влажности W_к = 6% коэффициент неравномерности скорости сушки рекомендуется принимать k = 1,3, тогда расчетная масса испаряемой влаги m_р равна

m_р = 0,04 .

2.3 Выбор режима сушки Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчетного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины. В настоящее время установлены четыре категории качества сушки пиломатериалов. В данном случае сушка ведется по II категории качества до влажности W_ср.к. = 715% (мебельное производство).

2.3.1 Режимы сушки в камерах периодического действия (ГОСТ 19 773−84)

В этих камерах применяются режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса.

Режимы низкотемпературного процесса делятся на три категории: мягкие (М), нормальные (Н) и форсированные (Ф). В данном случае сушка ведется нормальным режимом. Параметры этого режима при сушке пиломатериалов из древесины сосны можно взять из табл.10, с.177/2/. Выбираем нормальный режим сушки для пиломатериалов из древесины березы толщиной 25 мм.

Таблица 5

Нормальный режим сушки для пиломатериалов из древесины сосны толщиной 25 мм

2.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель По выбранному режиму назначаются расчетная температура t₁ и относительная влажность воздуха ₁ со стороны входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй ступени режима, то есть в рассматриваемом случае t₁ = 61 C, ₁ = 0,62 .

Влагосодержание d₁, теплосодержание I₁ плотность ₁ и приведенный удельный объем V_{пр. 1} определяются по Id-диаграмме. Если точка 1, характеризующая на Id-диаграмме состояние воздуха на входе в штабель, выходит за пределы диаграммы, что и произошло в данном случае, влагосодержание d_{1 ,} следует вычислять по уравнению

d₁ =, (2.7)

где Р_П 1 — парциальное давление водяного пара, Па;

Р_а — атмосферное давление воздуха (Р_а = 10⁵ Па).

Парциальное давление водяного пара Р_П 1, Па, высчитывается по уравнению

Р_П 1 = ₁ Р_н1, (2.8)

где ₁ — относительная влажность воздуха расчетной ступени режима;

Р_н1 — давление насыщения водяного пара при расчетной температуре режима Из табл. 2.2, с. 31 /1/ методом интерполяции найдем давление насыщения водяного пара Р_н1, Па, при расчетной температуре t₁ = 61 C.

При температуре t₁ = 60 C давление насыщенного пара составит Р_н1 = 19 919 Па;

при температуре t₁ = 65 C давление насыщенного пара составит Р_н1 = 25 008 Па;

тогда при температуре t₁ = 73 C

Р_н1 = Па.

По формуле (2.8) найдем парциальное давление водяного пара Р_П 1

Р_П 1 = Па.

Теперь, используя формулу (2.7), высчитаем влагосодержание воздуха на входе в штабель, d₁

d₁ =92,68 .

Теплосодержание (энтальпия) воздуха I,, характеризуется суммарным теплосодержанием собственно воздуха i_В и находящегося в нем пара i_П. Это суммарное теплосодержание исчисляют по отношению к единице массы (1кг) сухой части воздуха. Так как на 1 кг сухой части воздуха приходится 0.001 d кг влаги, теплосодержание выразится суммой

I= с_вt₁+0.001d₁ (c_Пt₁+ r₀), (2.9)

где с_в? удельная теплоемкость воздуха, ;

t₁? расчетная температура, С;

d₁? влагосодержание, ;

c_П? удельная теплоемкость пара, ;

r₀? скрытая теплота парообразования, .

После подстановки значений удельной теплоемкости воздуха c_В и пара c_П и скрытой теплоты парообразования r₀ получим расчетную формулу теплосодержания воздуха, I,

I =. (2.10)

Подставив все необходимые значения в формулу (2.10), найдем теплосодержание воздуха на входе в штабель, I₁

I₁ =302,68 .

Плотность воздуха на входе в штабель, ₁, , можно определить через влагосодержание и температуру по следующей формуле

₁ =, (2.11)

где Т₁ — термодинамическая температура, К;

d₁? влагосодержание,

Т₁ = 273 + t₁ (2.12)

В данном случае при t₁ =61 C термодинамическая температура равна Т₁ = 273 + 61 = 334 К.

Теперь по формуле (2.11) можно найти плотность воздуха на входе в штабель, ₁

₁ = .

Приведенный удельный объем, V_{пр. 1},, можно найти по уравнению

V_{пр. 1} =. (2.13)

Поскольку все необходимые данные известны, можно сразу подставить их в выражение (2.13) и вычислить приведенный удельный объем, V_{пр. 1}, сухого воздуха

V_{пр. 1} = .

2.5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1 Объем циркулирующего агента сушки Объем циркулирующего агента сушки, V_ц,, определяется по формуле

V_ц = V_шт F_{ж. сеч. шт}, (2.14)

где V_шт — расчетная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, ;

F_{ж. сеч. шт} — живое сечение штабеля, м² .

Живое сечение штабеля вычисляется по следующей формуле, F_{ж. сеч. шт}, м²

F_{ж. сеч. шт} =, (2.15)

где n — количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу

циркулирующего агента сушки;

l — длина и высота штабеля, м;

h? высота штабеля, м;

_В — коэффициент заполнения штабеля по высоте .

В пятиштабельной камере TROCKENANLAGE VF 651/4DSколичество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агенту сушки равно 1. Длина и высота штабеля соответственно равны 6,0 и 3,6 м. Коэффициент заполнения штабеля по высоте расчетным материалом равен _В=0,5 по таблице 2, с. 11. Подставим все известные величины в формулу (2.15) и найдем живое сечение штабеля, F_{ж. сеч. шт}

F_{ж. сеч. шт} = м².

Расчетная скорость циркуляции агента сушки через штабель по заданию равна V_шт = 2,5, тогда по формуле (2.14) объем циркулирующего агента сушки, V_ц равен

V_ц =. (2.16)

2.5.2 Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги Массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, m_ц, , можно определить по следующей формуле

m_ц =, (2.17)

где V_{пр. 1} — приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель, где ;

m_р — расчетная масса испаряемой влаги, ;

Определим массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, m_ц ,

m_ц = 613,636 .

2.5.3 Определение параметров воздуха на выходе из штабеля Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в камерах периодического действия (t₂ ,₂, d₂, I₂ ,₂, V_{пр. 2}) можно определить как графоаналитическим способом, с помощью Id-диаграммы, так и аналитическим. Для точности определения воспользуемся вторым способом.

Влагосодержание влажного воздуха, d₂, , находится по формуле

d₂ =. (2.18)

Теплосодержание влажного воздуха на выходе из штабеля остается таким же как и у воздуха на входе, то есть I₁ =I₂ =546,008откуда можно выразить температуру влажного воздуха на выходе из штабеля, t₂, C

t₂ =. (2.19)

Плотность влажного воздуха, ₂, , можно определить по формуле

₂ =, (2.20)

где Т₂ — термодинамическая температура влажного воздуха, выходящего штабеля, которая вычисляется по формуле, К.

Т₂ = 273 + t_{2 .} (2.21)

Приведенный удельный объем, V_{пр. 2}, , можно найти по уравнению

V_{пр. 2} = (2.22)

По формуле (2.18) определим влагосодержание влажного воздуха, d₂ ,

d₂ = 94,309.

Воспользовавшись формулой (2.19), вычислим температуру влажного воздуха на выходе из штабеля, t₂ ,

t₂ = 57,4 C.

Термодинамическую температуру влажного воздуха, выходящего из штабеля, вычислим по формуле (2.21), Т₂, К Т₂ =540,695 К.

Вычислим плотность влажного воздуха, ₂, , по формуле (2.20)

₂ = 0,613.

Приведенный удельный объем, V_{пр. 2}, , найдем из уравнения (2.22)

V_{пр. 2} == 1,789 м³/кг .

2.5.4 Уточнение объема и массы циркулирующего агента сушки Уточним массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, ,

M_ц =, (2.23)

Уточнение объема циркулирующего агента сушки, V_ц, , произведем по формуле

V_ц =М_ц m_р V_{пр. 1}, (2.24)

Уточним массу циркулирующего агента G _ц, , по формуле

G _ц = М_ц m_р, (2.25)

Массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги,, найдем по формуле (2.23)

M_ц = = 613,874 .

Объема циркулирующего агента сушки, V_ц, , найдем по формуле (2.24)

V_ц = 27,084,

Уточним массу циркулирующего агента G _ц, , по формуле (2.25)

G _ц = 25,554

2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха

2.6.1 Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги Массу свежего и отработанного воздуха можно найти по формуле, m₀ ,

m₀ =, (2.26)

где d₀ — влагосодержание свежего воздуха,, (при поступление свежего воздуха из коридора управления или цеха d₀ = 1012);

d₂? влагосодержание влажного воздуха, .

Примем влагосодержание свежего воздуха d₀ = 10 летом и d₀ = 2 зимой, и найдем массу свежего и отработанного воздуха, m₀ летом,, (формула 2.26)

m₀ =11,861 кг/кг и m₀ зимой, ,

m₀ =10,833 кг/кг

2.6.2 Объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру Объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру,

V₀, можно найти по следующему уравнению

V₀ =, (2.27)

где V_ПР.0 — приведенный удельный объем свежего воздуха, ;

m_р — расчетная масса испаряемой влаги, ;

m₀? масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, .

При температуре t₀ = 20 C приведенный удельный объем равен

V_ПР.0 0,87 .

Найдем объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, V₀ летом

V₀ =0,413 .

зимой

V₀ =0,377

2.6.3 Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры) Объем отработанного воздуха, V_0ТР, , можно найти по следующему уравнению

V_0ТР =, (2.28)

где V_ПР.2 — приведенный удельный объем, ;

m_р — расчетная масса испаряемой влаги, ;

m₀? масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, .

Найдем объем отработанного воздуха, выбрасываемого из камеры, V_отр летом

V_0ТР =0,853 .

зимой

V_0ТР =0,779 .

2.6.4 Расчет приточно-вытяжных каналов камеры Площадь поперечного сечения приточного канала определяется по формуле, f_кан, м ²

f_кан =, (2.29)

где V₀? объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, ;

? скорость движения свежего воздуха в каналах, .

Площадь поперечного сечения вытяжного канала определяется по формуле, f_кан, м ²

f_кан =, (2.30)

где V_0ТР? объем отработавшего агента сушки, ;

? скорость движения свежего воздуха в каналах, .

Скорость движения свежего воздуха или отработавшего агента сушки в каналах принимается ориентировочно 25 .

Приточно-вытяжные каналы и трубы могут быть круглой, квадратной, прямоугольной или треугольной формы. Зная площадь поперечного сечения канала f_кан, легко установить размеры каналов.

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

Примем скорость свежего воздуха в приточном канале равной = 3 .

Произведем расчет приточного канала, f_кан, м ², по формуле (2.29) летом

f_кан = =0,138 м ²,

зимой

f_кан = =0,126 м ²,

По формуле (2.30) определим площадь поперечного сечения вытяжного каналов, f_кан, м ² летом

f_кан = 0,283 м ² .

зимой

f_кан = 0,285 м ² .

Зная площадь поперечного сечения большего канала, можно найти его диаметр трубы для этого канала по формуле d, м

d =, (2.31)

Пользуясь формулой (2.31) определим диаметр трубы

d = = 0,60 м.

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.

2.7.1 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

1.Для зимних условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, q_пр.1м³, , можно найти по формуле

q_ПР.1м³ =, (2.33)

где _w — плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности W_н, ;

_б — базисная плотность древесины расчетного материала, ;

W_н — начальная влажность расчетного материала, %;

W_г.ж? содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги, %;

? скрытая теплота плавления льда,;

с_(-)? средняя удельная теплоемкость при отрицательной температуре,

;

с₍₊₎? средняя удельная теплоемкость при положительной температуре,

;

t _о — начальная расчетная температура для зимних условий, C;

t _пр — температура древесины при ее прогреве, C.

Плотность древесины расчетного материала можно найти как графическим методом, так и аналитическим, используя следующую формулу, _W ,

_W = _Б (1 + 0,01 W_н). (2.34)

По табл. 1.2,с. 9 /1/ определим базисную плотность древесины сосны (расчетного материала), _Б =400, тогда плотность древесины расчетного материала, _W при начальной влажности 80% будет равна

_w = 900 .

Средняя удельная теплоемкость древесины определяется по диаграмме на рис. 13, с. 34, /2/ .При этом средняя температура древесины, t ср, C, принимается

для с_(-) t _ср =, (2.35)

для с₍₊₎ t _ср =. (2.36)

По табл.2.5, с. 39, /1/ выберем начальную расчетную температуру для зимних условий в г. Архангельск: t ₀ = -30 C. А по табл. 2.4, с. 38 /1/ определим температуру древесины при ее прогреве t _пр,, она будет равна температуре начальной ступени режима, причем к табличному значению необходимо добавить 8 C .

t _пр = 67 C .

Зная все необходимые величины по формулам (2.35) и (2.36) найдем среднюю отрицательную и положительную температуры для с_(-) t _ср = = -16 C ,

для с₍₊₎ t _ср == 33,5 C .

По диаграмме на рис. 13, с. 34, /2/ определим среднюю удельную теплоемкость древесины с_(-) = 2,05 ,

с₍₊₎ = 3,08 .

Содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги определим по рис. 2.3, с. 37, /1/, W_Г. Ж. = 14%

По формуле (2.33) найдем расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для зимних условий, q_ПР.1м³

q_пр.1м³ == 333 204 .

2. Для среднегодовых условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, q_пр.1м³, , можно найти по формуле

q_пр.1м³ = _W с₍₊₎ (t _ПР — t ₀), (2.37)

где t ₀ — среднегодовая температура древесины, C;

с₍₊₎? средняя удельная теплоемкость при положительной температуре,

;

t _пр? температура древесины при ее прогреве, C;

_w — плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности W_н, ;

Удельная теплоемкость древесины в формуле (2.37) определяется по той же диаграмме, что и для зимних условий (рис.13) при t _ср

t _ср = = 17,5 C ,

тогда средняя удельная теплоемкость при положительной температуре равна с₍₊₎ = 3,08 .

По формуле (2.37) найдем расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для среднегодовых условий, q_пр.1м³

q_пр.1м³ = 185 169,6.

2.7.2 Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги Удельный расход тепла, q_пр, , при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги для зимних условий определяется по формуле

q_пр =, (2.38)

где q_пр.1м³? расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для зимних где где условий, ;

m_1 м³? масса влаги, испаряемая из 1 м³ пиломатериалов, .

Удельный расход тепла, q_ПР, , при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги для среднегодовых условий определяется по формуле

q_пр =, (2.39)

где q_пр.1м³? расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для

среднегодовых условий, ;

m_1 м³? масса влаги, испаряемая из 1 м³ пиломатериалов, .

Найдем по формуле (2.38) удельный расход тепла, q_пр при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги для зимних условий

q_пр = = 1125,69 .

По формуле (2.39) найдем удельный расход тепла, q_пр при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги для среднегодовых условий

q_пр== 625,57.

2.7.3 Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве для камер периодического действия Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, Q_пр, кВт определяется по формуле

Q_пр =, (2.40)

где _пр — продолжительность прогрева, ч;

Е — вместимость камеры, м³;

q_пр.1м³? расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для зимних/среднегодовых условий, .

Продолжительность прогрева для сосны берем ориентировочно равным 8 ч.

Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве считается для зимних и среднегодовых условий.

По формуле (2.40) определим общий расход тепла на камеру при начальном прогреве для зимних условий, Q_пр, взяв расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, q_пр.1м³, для зимних условий

Q_пр = 539,837 кВт.

Взяв расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, q_ПР.1м³, для среднегодовых условий определим общий расход тепла на камеру при начальном прогреве для среднегодовых условий, Q_пр

Q_пр =400 кВт.

2.7.4 Определение расхода тепла на испарение влаги Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушки воздухом, q_исп, , можно

определить по следующему выражению

q_исп = 1000, (2.41)

где I₂? теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, ;

I₀? теплосодержание свежего (приточного) воздуха, ;

d₂ — влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, ;

d₀ — влагосодержание свежего (приточного) воздуха, ;

с_В — удельная теплоемкость воды, ;

t_пр — температура нагретой влаги в древесине, C.

В формуле (2.41) при поступлении воздуха из коридора управления или наружного воздуха летом допустимо принять d₀ = 10, I₀ = 46; при поступлении наружного воздуха зимой d₀ = 1. Теплосодержание свежего (приточного) воздуха,, для зимних условий определим по формуле (2.10)

I₀ = 6,181 .

Воспользовавшись формулой (2.41) найдем удельный расход тепла на испарение влаги q_исп в зимних условиях

q_исп = 10 002 941,95.

Для летних условий удельный расход тепла на испарение влаги q_исп будет равен

q_исп = 10 002 763,785 .

Общий расход тепла на испарение влаги можно найти из выражения, Q_исп, кВт

Q_исп = q_исп m_р. (2.42)

Для зимних условий общий расход тепла на испарение влаги составит,

Q_исп = 117,678 кВт.

Для среднегодовых условий общий расход тепла на испарение влаги соответственно составит

Q_исп = 110,551 кВт.

2.7.5 Потери тепла через ограждения камеры Теплопотери через ограждения камеры в единицу времени определяются по следующему выражению, Q_ог, кВт

Q_ог = F_огk (t_c — t_o) 10^-3, (2.43)

где F_ог? суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м^2;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, где ;

t_c? температура среды в камере, C ;

t_o — расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, C.

Схема к расчету потерь тепла через ограждения камеры