Проектирование лесосушильной камеры

	Загрузить архив:
	Файл: ref-20503.zip (173kb [zip], Скачиваний: 62) скачать

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………….

1.Технологический расчёт камер и цеха………………………………………………..

  Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём условного материала……

                1.2. Определение производительности камер в условном материале…………………..

      1.3. Определение необходимого количества камер………………………………………

1.4. Определение производственной мощности действующего лесосушильного

цеха (участка)……………………………………………………………………………….

2.Тепловой расчёт камер и цеха………………………………………………………….

2.1. Выбор расчётного материала…………………………………………………………..

      2.2. Определение массы испаряемой влаги……………………………………………….

      2.3. Выбор режима сушки…………………………………………………………………..

      2.4. Определение параметров агента сушки на входе в штабель…………………………

    2.5. Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки………………………

   2.6. Определение объёма свежего и отработанного воздуха или перегретого пара…….

   2.7. Определение расхода тепла на сушку…………………………………………………

      2.8. Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера………………………………

2.9. Определение расхода пара……………………………………………………………..

2.10. Определение диаметров паропроводов и конденсатопроводов……………………

2.11. Выбор конденсатоотводчиков…………………………………………………………

Литература………………………………………………………………………………….…

Введение.

По своему технологическому содержанию процессы сушки и защиты древесины имеют целью осуществлять коренные изменения качества древесных материалов путём облагораживания древесины c превращением её из сырья в строительный, отделочный материал.

                                   Понятие о сушке древесины.

Выпиливаемые из сырых бревен доски и заготовки содержат по массе почти столько же влаги, сколько в них заключается древесного вещества. Если удалить эту влажность, масса досок уменьшится почти в 2 раза, а влажность древесины будет близка к нулю.

Применяемый в промышленности метод теплового удаления влаги из древесины называется сушкой. Физическая сущность процесса заключается в том, что нагретый воздух (агент сушки) направляют к сырому материалу, при взаимодействии с которым он отдаёт своё тепло, а влага из древесины за счёт восприятия ею из воздуха тепла превращается в парообразное состояние и удаляется этим же, воздухом.

                                       Цели сушки древесины.

Главная цель сушки древесины во всех условиях её производственного и бытового использования заключается в превращении древесины из природного сырья в промышленный материал с коренным улучшением её биологических, физико-механических, технологических и потребительских свойств

В результате высушивания, древесина приобретает стойкость против гниения, повышается её прочность и жёсткость, возникает стабильность размеров и формы деталей и всего изделия. Открывается возможность склеивания, шлифования, строгания, снижается тепло и электропроводимость, появляются другие положительные свойства (лучше удержание гвоздей, выше чистота обрабатываемой поверхности и др.).

                                Возможные способы сушки.

Подведения тепла к пиломатериалам для удаления влаги, возможно следующими способами:

1) С горячей гидрофобной (отталкивающей) жидкостью.

2) Твёрдыми телами при контакте древесины с горячей металлической поверхностью.

3) Лучистой теплотой направленной к древесине от специальных полей.

4) Электрическим током пропускаемым через древесину и нагревающим её.

5) Электромагнитным полем высокой частоты, пронизывающем и нагревающем влажную древесину.

Известный интерес представляют опытные методы обезвоживания древесины без превращения её влаги в пар т.е. без затрат тепла на парообразование.

1) Центробежный при больших частотах вращения образца древесины, когда ось его вращения проходит по середине его длины.

2) Воздействие разности потенциалов постоянного электрического тока

3) Выдавливание древесины.

1. Технологический расчёт камер и цеха

Конечной целью технологического расчёта является определение количества камер для высушивания заданного годового объёма пиломатериалов или определение производственной мощности лесосушильного цеха при известных типах количестве камер.

Технологический расчёт для известного типа камер или вновь проектируемой камеры выполняется в определённой последовательности.

1. Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём 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. Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём условного материала

Для учёта производительности лесосушильных камер и планирования их работы установлена неизменная учётная 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%

Определение коэффициентов объёмного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами β_Ф и условным материалом β_У.

                                                                                                                          Таблица 1

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм	βВ	βШ	βД	К0	Wном, %	Wк, %	У0, %	βу, βФ	КЕ= βу =   βФ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Осина, строительный материал, 25´не обрезнаяx6500	0,5	0,6	1	0,41	20	12	3,28	0,290	1,565
Лиственница, для мебели, 32´40x 3250	0,561	0,9	1	0,52	20	8	6,24	0,473	0,96
Сосна, заготовки для мебели, 40´60x 3250	0,615	0,9	1	0,44	20	8	5,28	0,524	0,866
Сосна, обрез. пиломат. 40´150´ 5500 (усл. матер.)	0,615	0,9	0,85	0,44	20	12	3,52	0,454	---

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,

гдеЕ_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=Гβ_У,  Е_У=70,2*0,454=32 м³/усл

где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м³; β_У – коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом (определяется так же, как и β_Ф по формулам или таблицам).

Габаритный объём штабелей Г, м³, вычисляется по выражению:

                         Г=nlbh.    Г=2*6,5*1,8*3,0=70,2 м³

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:

                            335

                   n_У= ────     

                           τ_ОБ.У

где 335 – время работы камеры в году, суток; τ_ОБ.У – продолжительность оборота камеры для условного материала, суток.

В конечном виде формулу для определения П_У, м³усл./год, можно записать:

                                   335                                     335

                  П_У=Гβ_У────     П_У=70,2*0,454 ────=3140 м³усл./год

                                            τ_ОБ.У                                         3,4

1.3. Определение необходимого количества камер

      

                                                                          ΣУ           7455

                                                              n_КАМ= ───=   ──── = 3 шт

                                                                                     П_У               3140

        где ΣУ – общий объём условного материала; П_У – годовая производительность одной камеры в условном материале.

       1.4. Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха (участка)

Производственная мощность лесосушильного цеха П_ЦЕХА, м³усл./год, определяется суммой произведений числа камер соответствующего типа П_Уl, м³усл./год,

                                                               П_ЦЕХА=Σn_lП_Уl.

                       П_ЦЕХА=3*3140=9420 м³усл./год

2. Тепловой расчёт камер и цеха

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

Тепловой расчёт целесообразно выполнять в определённой последовательности:

1) выбор расчётного материала;

2) определение массы испаряемой влаги;

3) выбор режима сушки;

4)определение параметров агента сушки на входе в штабель;

5)определение объёма и массы циркулирующего агента сушки;

    6) определение объёма свежего и отработавшего воздуха или перегретого пара;

    7) определение расхода тепла на сушку;

    8) выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера;

    9) определение расхода теплоносителя;

10) определение диаметров паропроводов и конденсаторопроводов;

11) выбор конденсатоотводчиков.

2.1. Выбор расчётного материала

За расчётный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации.

В данном случае Осина, толщина 25 мм, длина 6,5мм, не обрезная, строительный материал.Начальная влажность 60% конечная 12%.

2.2. Определение массы испаряемой влаги

   2.2.1. Масса влаги, испаряемой из 1м³ пиломатериалов, кг/м³

                              W_Н-W_К                    60-12      

m_1м3=ρδ ────── = 400───── =192кг/м³

                                            100                    100

где ρδ – базисная плотность расчётного материала, кг/м³; W_Н, W_К - соответственно начальная и конечная влажность расчётного материала, %.

2.2.2. Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, кг/оборот

             m _ОБ.КАМ=m _1м3Е=192*20,3=3898 кг/оборот             Е=Гβ_Ф=70,2*0,290=20,3 м³

где Е – вместимость камеры, м³; Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м³;β_Ф – коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом.

         2.2.3. Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с

            m _ОБ.КАМ3898

m _С= ──────── = ───────── =0,021кг/с   

3600τ_{соб.суш}3600*51,3

                                      

τ_{соб.суш}= τ_суш-( τ_пр+ τ_{кон.ВТО})=58-(4,7+2)=51,3ч

τ_пр=2,5*1,5*1,25=4,7 ч

где τ_суш – продолжительность сушки расчётного материала, ч, τ_пр – продолжительность начального прогрева материала, ч; τ_{кон.ВТО} – продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч.

Продолжительность начального прогрева можно ориентировочно принимать для мягких хвойных пород 1,5 ч на каждый см толщины расчётного материала; для берёзы, осины, ольхи и др. мягких лиственных пород время прогрева увеличивается на 25%, а для пиломатериалов твёрдых пород (дуб, бук, лиственница и др) – на 50%.

                        2.2.4. Расчётная масса испаряемой влаги, кг/с     

                   m _Р=m _Сk=0,021*1,2=0,025 кг/с

где k – коэффициент неравномерности скорости сушки (рекомендуется принимать k=1,2 для камер периодического действия при сушке воздухом до W_К=12-15%; k=1,3 при W_К<12%; при сушке в среде перегретого пара соответственно k=1,3 и k=1,4).

2.3. Выбор режима сушки

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчётного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины.

В настоящее время установлены четыре категории качества сушки пиломатериалов.

Мы выбираем II категорию:

II – сушка пиломатериалов до W_СР.К=7…15% (мебельное производство, столярно-строительные изделия и др.).

    2.3.1. Режимы сушки в камерах периодического действия (ГОСТ 19773-84)

В этих камерах применяются режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса.

Порода	Толщина п/м мм	Номер и индекс режима	Номер ступени режима	Изменение влажности древесины на каждой ступени %	Параметры режима
t0, С	∆ t0, С	φ
Осина	25	3-Б (Н)	1 2 3	60>30 30-20 20-12	75 80 100	4 8 28	0,84 0,70 0,32

2.4. Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.4.1. Агент сушки - влажный воздух

По выбранному режиму назначаются расчётная температура t₁ и относительная влажность воздуха φ₁ со стороны входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй (средней) ступени режима (W=35-20%).

Влагосодеражаниеd₁, теплосодержане I₁, плотность р₁ и приведённый удельный объём υ_ПР.1 определяются по Id-диаграмме. Если точка 1, характеризующая на Id-диаграмме состояние воздуха на входе в штабель, выходит за пределы диаграммы, парамеиры воздуха следует вычислять по известным уравнениям:

                               ρ_П1                                               33151,3

              d₁=622 ───── г/кг= 622 ──────── =308,4 г/кг

                              ρ_а-ρ_П1                    10⁵-33151,3

где ρ_П1 - парциальное давление водяного пара, Па; ρ_а – атмосферное давление воздуха (ρ_а≈1 бар=10⁵ Па).

Так как    φ₁= ρ_П1/ ρ_Н1, то ρ_П1= φ₁ρ_П1=0,70*47359=33151,3 Па

где φ₁ – относительная влажность воздуха расчётной ступени режима; ρ_П1 – давление насыщения водяного пара при расчётной температуре режима.

Теплосодержание воздуха, кДж/кг,

I₁=1,0t₁+0,001d₁(1,93t₁+2490)=1,0*80+0,001*308,4(1,93*80+2490)=895,5 кДж/кг

Плотность воздуха, кг/м³,

                           

                            d₁                                                 308,4   

349-132──────          349-132────────

                622+d₁                                      622+308,4

ρ₁= ──────────── = ─────────────── =0,86 кг/м³

       Т₁                                                   353

Приведённый удельный объём, м³/кг сух. возд,

υ_ПР.1=4,62 10^-6 Т₁(622+d₁)=4,62*10^-6*353(622+308,4)=1,52 м³/кг

где Т₁ – термодинамическая температура, К.            Т₁=273+t₁=273+80=353 К

2.5. Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1. Объём циркулирующего агента сушки, м³/с, определяется по формуле

V_Ц=υ_ШТF_{Ж.СЕЧ.ШТ}=2,0*9,75=19,5 м³/с

гдеυ_ШТ – расчётная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с; F_{Ж.СЕЧ.ШТ} – живое сечение штабеля, м².

                       F_{Ж.СЕЧ.ШТ}=nlh(1-β_В)=1*6,5*3,0(1-0,5)=9,75 м²

где n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки; l, h – длина и высота штабеля, м; β_В – коэффициент заполнения штабеля по высоте.

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

                   V_Ц                    19,5

                   m _Ц=  ──── = ─────── =513,1 кг/кг

                            m _Рυ_ПР.1     0,025*1,52

где υ_ПР.1 – приведённый удельный объём агента сушки на входе в штабель, м³/кг (определяется по Id-диаграмме или расчётным путём).

2.5.3. Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

                  1000                  1000

         d₂= ───── +d₁ = ────── + 308,4=310,3 г/кг                                             

                        m_Ц                        513,1

Теплосодержание воздуха, кДж/кг,     I₂=I₁

                                                                               I₂-2,490d₂           895,5-2,490*310,3

I₂=1,0t₂+0,001d₂(1,93t₂+2490).      Откуда   t₂= ──────── = ──────────── = 76,5

                                                                               1,0+0,00193d₂     1,0+0,00193*310,3

I₂=1,0*76,5+0,001*310,3(1,93*76,5+2490)=895 кДж/кг       

Плотность воздуха, кг/м³,

                           

                            d₂                                     310,3

349-132──────        349-132  ──────

                622+d₂                                    622+310,3

ρ₂= ────────────= ────────────── = 0,87 кг/м³

       Т₂                                                       349,5

Приведённый удельный объём, м³/кг сух. возд,

υ_ПР.2=4,62 10^-6 Т₂(622+d₂)=4,62*10^-6*349,5(622+310,3)=1,50 м³/кг

где Т₂ – термодинамическая температура, К.                     Т₂=273+t=273+76,5=349,5 К

2.5.4. Уточнение объёма и массы циркулирующего  агента сушки

1000             1000

m_Ц= ───── = ────── = 526,3

                                     d₂-d₁       310,3-308,4

Уточнение объёма V_Ц, м³/с, и массы G, кг/с, циркулирующего агента сушки

                V_Ц= m _Цm _Рυ_ПР.1=526,3*0,025*1,52=20 м³/с

                  G_Ц= m _Цm _Р=526,3*0,024=13,1 кг/с

Если не задана скорость агента сушки через штабель, то она может быть определена или уточнена по V_Ц

                             V_Ц                    20

           υ_ШТ= ─────── = ───── =2

                         F_{Ж.СЕЧ.ШТ}9,75

2.6. Определение объёма свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

2.6.1. Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг,

             1000             1000

m₀= ────── = ─────── =3,3 кг/кг

                    d₂-d₀                310,3-10

где - d₀ влагосодержание свежего воздуха, г/кг (при поступлении из коридора управления или цеха d₀=10-12 г/кг; при поступлении наружного воздуха летом d₀ =10-12 г/кг; зимой d₀=2-3 г/кг).

2.6.2. Объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, м³/с,

V₀= m_Pm ₀ν_ПР.о=0,025*3,3*3,48=0,287 м³/с

где ν_ПР.о – приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг (при t₀=20^оC; ν_ПР.о≈0,87 м³/кг).

2.6.3. Объём отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с,

V_ОТР= m_Pm ₀ν_ПР.2 =0,025*3,3*1,50=0,123 м³/с

где ν_ПР.2, - приведённый удельный объём отработанного ( на выходе из штабеля) воздуха, м³/кг.

        2.6.4. Расчёт приточно–вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала, м²,

                                   V₀                    0,287

                  ƒ_КАН= ───── = ───── =0,0717 м²

                                   ν_КАН                 4

где V₀ – объём свежего воздуха, м³/с;

                   V_О=m ₀m _Рν_ПР.0=3,3*0,025*3,48=0,287 м³/с

где ν_ПР.0 – приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м²,

                                    V_0ТР        0,123

                  ƒ_КАН= ───── = ──── =0,0307 м²

                                   ν_КАН               4

где V_0ТР – объём отработавшего агента сушки, м³/с;

                 

                     V_ОТР=m ₀m _Рν_ПР.2=3,3*0,025*1,50=0,123 м³/с

где ν_ПР.2 – приведённый удельный объём отработавшего агента сушки, м³/кг.

2.7. Определение расхода тепла на сушку

2.7.1. Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

1.Для зимних условий, кДж/м³,

                                  W-W_Г.Ж                                             60-17

          q_ПР11м³= ρ_WС_(-)(-t₀)+ ρ_б ¾¾¾¾ g+ Р_WС₍₊₎t_ПР=650*2,09*24+400────335+650*2,89*100=278074кДж/м³

                                    100                                                                100

       где ρ_W – плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности W_Н, кг/м³; ρ_б – базисная плотность древесины расчётного материала, кг/м³; W_Н – начальная влажность расчётного материала, %; W_Г.Ж – содержание незамёрзшей связанной (гигроскопичной влаги), %; g - скрытая теплота плавления льда (335 кДж/кг); С_(-),С₍₊₎ – средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг ^оС); t₀ – начальная расчётная температура для зимних условий, ^оС; t_ПР – температура древесины при её прогреве, ^оС.

При определении удельной теплоёмкости древесины, средняя температура, ^оС древесины принимается:

                                                            t₀+0             -24+0

для С_(-)   t_СР= ────── = ───── = -12 ^оС         С_(-)=2,09  

                                                          2                    2

                         

                                                            0+t_ПР               0+100

для С₍₊₎   t_СР= ────── = ───── =50 ^оС          С₍₊₎=2,89

                                                          2        2

2. Для среднегодовых условий, кДж/м³,

q_ПР11м³= ρ_WС₍₊₎(t_ПР-t₀)=650*2,9(100-5,0)=179075 кДж/м³

где t₀ – среднегодовая темература древесины, ^оС.

при t_СР=(t₀+t_ПР)/2 = (5,0+100)/2=52,5 ^оС          С₍₊₎=2,9  

2.7.2. Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1кг испаряемой влаги

(определяется для зимних и среднегодовых условий)

               q_ПР11м³      278074                                                               179075

       q_ПР= ¾¾¾¾ = ────── =1448,30 (зимнее)       q_ПР= ──────── =932,68 (среднегодовое) кДж/кг     

                   m 1м³               192                                                                        192

2.7.3. Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

      q_ПР11м³E      278074*20,3                                                179075*20,3

              Q_ПР= ¾¾¾¾ = ───────── =333,62 (зимнее)     Q_ПР= ──────── =214,84 (среднегодовое) кДж/кг

          3600 τ_ПР           3600*4,7                                                        3600*4,7

гдеτ_ПР – продолжительность прогрева, ч; принимается ориентировочно для пиломатериалов мягких хвойных пород летом 1-1,5, зимой 1,5-2 ч на каждый см толщины материала; для пиломатериалов мягких лиственных пород ( берёза, осина, ольха и др.) время прогрева увеличивается на 25%, а для пиломатериалов твёрдых пород (дуб, бук, лиственница и др.) – на 50%.

2.7.4. Определение расхода тепла на испарение влаги

1.Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг,

                                     I₂-I₀                                895-10

           q_ИСП=1000 ───── - C_Вt_ПР = 1000─────── - 4,19*100=2451,5 кДж/кг (зимнее)

                                    d₂-d₀                               310,3-2

                                     895-46

           q_ИСП= 1000─────── - 4,19*100=2408,2 кДж (среднегодовое)

                           310,3-10

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; С_В – удельная теплоёмкость воды, С_В=4,19 кДж/(кг ^оС); t_ПР – температура нагретой влаги в древесине, ^оС; принимается равной температуре прогрева.

При поступлении воздуха из коридора управления или наружного воздуха летом допустимо принять d₀=10-12 г/кг, I₀=46 кДж/кг; при поступлении наружного воздуха зимой d₀=2-3 г/кг, I₀=10 кДж/кг.

2.Общий расход тепла на испарение влаги, кВт,

                 Q_ИСП=q_ИСПm _Р=2451,5*0,025= 61,3кВт (зимнее)

              Q_ИСП=2408,2*0,025= 60,2 кВт (среднегодовое)

2.7.5. Потери тепла через ограждения камеры

1.Теплопотери, кДж, через ограждения камеры в единицу времени (секунду), т.е. кВт,

                    Q_ОГ=∑F_ОГk(t_c-t₀)10^-3 =кВт

где ∑F_ОГ – суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м²; k – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м^{2 о}С); t_c – температура среды в камере, ^оС; t₀ – расчётная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий.

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений подсчитывается по общейзвестной формуле, Вт/(м^{2 о}С),

                                                                  1                                                 

       k= ───────────────────────────

                  1            δ₁         δ₂                                   δ_n                  1                

              ──── + ─── + ─── + …+ ─── + ────    

                 α_ВН         λ₁               λ₂                            λ_n         α_Н                            

где α_ВН – коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м^{2 о}С) (принимается ориентировочно α_ВН=25); α_Н – коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м^{2 о}С) (α_Н=23 – для наружного воздуха; α_Н=12 – для чердачных и неотапливаемых помещений; α_Н=9 – для отапливаемых помещений); δ₁; δ₂; … ; δ_n – толщина слоёв ограждений, м; λ₁; λ₂; … ; λ_n- коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоёв ограждений, Вт/(м^{2 о}С).

коэффициент теплопередачи полаk_ПОЛ, Вт/(м^{2 о}С), принимается равным 0,5k наружной стены

                       k_ПОЛ=0,5k_СТ =0,5*0,47=0,24 Вт/(м^{2 о}С),

               1

k_ДВ= ─────────────────────── =0,6 Вт/(м^{2 о}С),

                        1/25+0,01/58+0,08/0,07+0,01/240+1/9

                             1

k_СТ= ───────────────────────── =0,47 Вт/(м^{2 о}С),

                        1/25+0,005/58+0,14/0,07+0,005/240+1/9   

2.Удельный расход тепла на потери через ограждения (определяется для зимних среднегодовых условий), кДж/кг,   ∑Q_ОГ=4,7*1,5=7,05

                     ∑Q_ОГ        7,05

           q_ОГ= ───── = ───── =335,71 кДж/кг

                            m_С                               0,021

где ∑Q_ОГ – суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт

2.7.6. Определение удельного расхода тепла на сушку, кДж/кг

Производится для зимних и среднегодовых условий

   q_СУШ=(q_ПР+q_ИСП+q_ОГ)с₁=(1448,30+2451,5+335,71)1,1=4659,06(зимнее) кДж/кг

          q_СУШ=(932,68+2408,2+335,71)1,1=4044,24 (среднегодовое)кДж/кг

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

2.7.7. определение расхода тепла на 1 м³ расчётного материала, кДж/м³

Производится для среднегодовых условий по формуле

q_{СУШ 1 м}³=q_СУШm₁м³

         q_{СУШ 1 м}³ =4044,24*192=776494,08 (среднегодовое)кДж/м³

2.8. Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера

2.8.1. Выбор типа калорифера

Из всего многообразия серийно выпускаемых калориферов (основное название – воздухонагреватель по ГОС7201-80) для лесосушильной техники следует рекомендовать спирально – накатные (биметаллические). Это так, называемые, компактные калориферы, которые могут довольно надёжно работать в агрессивной среде лесосушильных камер.

2.8.2. Тепловая мощность калорифера

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

     

                     Q_К=(Q_ИСП+ΣQ_ОГ)с₂ = (61,3+7,05)1,2=82,02

где с₂ – коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку, с₂=1,1…1,3.

2.8.3. Расчёт поверхности нагрева калорифера, м²

                       1000Q_Кc₃         1000*82,02*1,2

             F_К= ────── = ─────────── = 94,61м²

                                  K(t_т-t_C)         19,0(133-78,25)

где k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м^{2 о}С); t_т – температура теплоносителя (пар, вода), ^оС; t_C – температура нагреваемой среды в камере (воздух, перегретый пар), ^оС; с₃ – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера ( для чугунных труб с₃=1,1; для биметаллических с₃=1,2).

Температуру среды t_C ориентировочно можно вычислить по формуле

  

                 t_C=(t₁+t₂)/2=(80+76,5)/2=78,25

где t₁ и t₂ – соответственно температуры агента сушки на входе в штабель и выходе из штабеля, ^оС.

Камеры с калориферами из биметаллических греющих труб наружным диаметром 56 мм

             F_Ж.СЕЧ.К=F_КАН(1-Кƒ)=9,75(1-0,410)=5,75

где Кƒ – коэффициент проекции труб на площадь, перпендикулярную потоку.

Коэффициент проекции зависит от шага S размещения труб и при величинах шага 100, 80, 74 мм – соответственно равен 0,350; 0,410; 0,466;

Зная F_Ж.СЕЧ.К и V_Ц, определяем скорость агента сушки; м/с, через калорифер

                           V_Ц             19,5

         υ_К= ────── = ──── =3 м/с           k=19,0

                     F_Ж.СЕЧ.К          5,75

Для биметаллических труб kнаходят по таблицам в зависимости от υ_К, то есть k=ƒ(υ_К).

                   

                                  F_К                          94,6

                    n_К= ──── = ──── = 72 трубы

                                  ƒ_К               1,3

ƒ_К – поверхность нагрева одного компактного калорифера.

Площадь нагрева 1 м биметаллической трубы диаметром 56 мм равна 1,3 м².

2.9. Определение расхода пара

2.9.1. Расход пара на 1 м³ расчётного материала, кг/м³

                                q_СУШm_1М³        4044,24 *192

           Р_СУШ.1М³= ──────── = ──────── =369,75 кг/м³

                                    i_П-i_К                          2100

где q_СУШ – суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг; i_П – энтальпия сухого насыщенного пара при определённом давлении, кДж/кг; i_К – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

Ориентировочно Δi= i_П-i_К можно принимать:

при р=0,2-0,25 МПаΔi≈2190 кДж/кг

при р=0,3-0,50 МПаΔi≈2100 кДж/кг

р – давление пара в калорифере.

2.9.2. Расход пара на камеру, кг/ч

Определяется для зимних и среднегодовых условий

Для камер периодического действия:

а) в период прогрева

                  (Q_ПР+∑Q_ОГ)с₂3600             (333,62+7,05)1,25*3600

Р_КАМ.ПР= ──────────── = ────────────── =730 (зимнее)кг/ч

               i_П-i_К                                                          2100

  (214,84+7,05)1,25*3600

Р_КАМ.ПР= ────────────── = 475,47(среднегодовое)кг/ч

                             2100

б) в период сушки

                         (Q_ИСП+∑Q_ОГ)с₂3600      (61,3+7,05)1,25*3600

       Р_{КАМ.СУШ}= ──────────── = ────────────── =146,46кг/ч (зимнее)

                         i_П-i_К                                         2100

                               (60,2+7,05)1,25*3600

       Р_{КАМ.СУШ}= ─────────────── =144,10 кг/ч (среднегодовое)

                                             2100

с₂ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами, конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном воздухообмене (с₂≈1,25).

2.9.3. Расход пара на сушильный цех, кг/ч

      Р_ЦЕХА=n_КАМ.ПРР_КАМ.ПР+n_{КАМ.СУШ}Р_{КАМ.СУШ}=1*730 +2*146,46 =1023 кг/ч

где n_КАМ.ПР – число камер, в которых одновременно идёт прогрев материала (принимается равным 1/6 от общего числа камер и не менее одной при любом малом числе камер); n_{КАМ.СУШ} – остальные камеры цеха, в которых идёт процесс сушки;

2.9.4. Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов, кг/год,

                        Р_ГОД=Р_СУШ.1м Ф_Cдлит=369,75*2400*1,0=887400 кг/год

где Ф – объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы, м³; С_ДЛИТ – коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчётного материала.

Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч,

               τ₁Ф₁+ τ₂Ф₂+…+ τ_nФn          58*2400+108*1250+87*3250

τ_СР.Ф= ─────────────── = ──────────────────── =80,71 ч

                                             Ф                                        6900

где τ_1; τ₂;… τ_n – продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч; Ф₁; Ф₂;…Ф_n – годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³; τ_РАСЧ – продолжительность сушки расчётного материала, ч.

τ_СР.Ф/ τ_РАСЧ=80,71/58=1,3

_Cдлит=1,0

2.10. Определение диаметров паропроводов и конденсатопроводов

1. Диаметр главной паровой магистрали d_МАГ, м, в сушильном цехе (от теплового ввода до крайней камеры в блоке):

                                                 Р_ЦЕХА                                     1023

               d_МАГ=√1,27─────── = √1,27──────── =0,066 м

                3600ρ_Пυ_П        3600*1,62*50

                       принимаем 65 мм

где ρ_П – плотность пара, кг/м³; υ_П – скорость движения пара, принимается для магистралей 50-80 м/с.

2. Диаметр паропровода (отвода) к коллектору камеры, м,

                                              Р_КАМ.ПР                                  730

              d_КАМ=√1,27─────── =√1,27───────── =0,063 м

               3600ρ_Пυ_П                3600*1,62*40

                     принимаем 65 мм

где Р_КАМ.ПР – расход пара на камеру периодического действия для зимних условий в период прогрева, кг/ч; υ_П – принимается 40-50 м/с.

3. Диаметр паропровода к калориферу камеры, м,

                                              Р_{КАМ.СУШ}                146,46

                   d_К=√1,27─────── =√1,27───────── =0,035 м

           3600ρ_Пυ_П                     3600*1,62*25

         принимаем 32 мм

где Р_{КАМ.СУШ} – расход пара на сушку для зимних условий, кг/ч; υ_П – принимается 25-40 м/с.

4. Диаметр паропровода к увлажнительным трубам, м,

                                              Р_КАМ.ПР-Р_{КАМ.СУШ}                        730 -146,46

              d_УВЛ=√1,27──────────── =√1,27─────────── =0,05 м

                  3600ρ_Пυ_П                                  3600*1,62*50

                    принимаем 50 мм

При расчёте d_УВЛ скорость движения пара υ_П принимается 50 м/с и более. Диаметр самих увлажнительных труб в камере может быть d_УВЛ=40-50 мм.

5. Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры, м,

                                                        Р_{КАМ.СУШ}                                146,46

              d_{КОНД.КАМ}=√1,27───────── =√1,27───────── =0,01 м

                    3600ρ_Кυ_К                  3600*934*0,5

                     принимаем 10 мм

где ρ_К – плотность конденсата, кг/м³ (выбирается в зависимости от давления в трубопроводе); υ_К – скорость конденсата, м/с (принимается от 0,5 до 1м/с).

6. Диаметр конденсационной магистрали, м,

                                                        Р_{КАМ.СУШ}n_КАМ                      146,46*2

                  d_{КОНД.МАГ}=√1,27───────── =√1,27───────── =0,01 м

                      3600ρ_Кυ_К                           3600*934*1

                    принимаем 10 мм

где n_КАМ – количество камер в цехе; υ_К – принимается 1-1,5 м/с

Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водо-газопроводные» (условный проход, мм: 6,8,10,15,20,25,32,40,50,65,80,90,100,125,150).

Пример условного обозначения: труба 20´2,8 ГОСТ 3262-75 (так обозначается труба обыкновенная, не оцинкованная, с условным проходом 20 мм, толщиной стенки 2,8 мм, без резьбы и муфты).

2.11. Выбор конденсатоотводчиков

Выбор их производится по коэффициенту пропускной способности k_υ кг/ч,

                       20Р_{КАМ.СУШ}    20*146,46

          k_υ= ──────── = ────────── =1126,6 кг/ч

                                     с_Г√∆_Рρ_К         0,29√0,085*934

где Р_{КАМ.СУШ} – расход пара на сушку в зимних условиях, равный расходу горячего конденсата, кг/ч; ∆_Р – перепад давления в конденсатоотводчике, МПа; ρ_К – плотность конденсата, кг/м³;с_Г – коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с холодным; при ∆_Р≤0,2 МПа с_Г=0,29; ∆_Р>0,2 МПа с_Г=0,25.

Перепад давления в конденсатоотводчике

                        ∆_Р=р₁-р₂=0,95*0,30-0,2=0,085 МПа

где р₁ – абсолютное давление пароводяной смеси перед конденсатоотводчиком, МПа (р₁=0,95р, где р – абсолютное давление пара перед калорифером, т.е. на коллекторе камеры, обычно задаётся); р₂ – абсолютное давление конденсата после конденсатоотводчика, МПа (давление в конденсационной магистрали, принимается от 0,1 до 0,2 МПа).

Если k_υ по расчёту получается больше 2500 кг/ч, то на камеру выбирается два конденсатоотводчика по суммарной пропускной способности, близкой к расчётной.

                Принимаем конденсатоотводчик типа45ч15нж с d_У=25 мм

Проход условн-ый dУ, мм	Коэффициент kυ, кг/ч	Размеры	Резьба трубная дюйм	Масса, кг
L	L1	HМАКС	H1	D0	S
25	1250	120	18	250	28	100	46	1	6,55

Литература

1. Е. С. Богданов, В. А. Козлов, Н. Н. Пейч Справочник по сушке древесины: Изд 3-е, перераб. – М.: Лесн. Пром-сть, 1981, - 192 с.

2. Акишенков С. И., Корнеев В. И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. И доп./ЛТА. СПб., 1992.

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