Проектирование камеры гидротермической обработки древесины


Введение

гидротермический древесина камера

Гидротермическая обработка древесины, обработка древесины нагретыми газом, паром или жидкостью производится с целью изменения её физических и эксплуатационных свойств. Процессы Г. о. д. разделяются на 3 группы: тепловая обработка, сушка и пропитка.

Тепловая обработка производится нагретой водой (проварка) или насыщенным паром (пропарка) для временного снижения твёрдости и повышения пластичности древесины и облегчения процессов её рамного пиления, лущения, строгания, гнутья и прессования. Применяется в лесопилении, в производстве клеёной фанеры и строганого шпона в спичечном производстве, в производстве гнутой мебели и изготовлении прессованной древесины. Сушка древесины осуществляется в среде влажного воздуха, топочных газов или перегретого пара. Цель сушки — доведение влажности материала до величины, соответствующей условиям эксплуатации изготовленных из древесины изделий, что предупреждает их размеро — и формоизменяемость. Древесина высушивается в виде пиломатериалов, лущёного и строганного шпона, стружки, щепы и мелких полуфабрикатов. Пропитка древесины производится органическими жидкостями или растворами минеральных и органических веществ преимущественно для её консервирования, т. е. длительной защиты материала от загнивания или поражения насекомыми. Консервированию подвергаются лесоматериалы (шпалы, столбы, брусья, доски) для сооружений, эксплуатируемых на открытом воздухе и в соприкосновении с грунтом. В отдельных случаях пропитку производят для огнезащиты, а также для изменения некоторых физических свойств древесины.

Г. о. д. имеет большое хозяйственное значение, Правильное и своевременное проведение её (особенно сушки и пропитки) существенно удлиняет сроки службы изделий и сооружений из древесины.

1. Основная часть

1.1 Техническая характеристика заданной камеры, её недостатки и направление модернизации

Для курсового проекта была выбрана камера УЛ-2. Установка УЛ-2 является двухштабельной (2 штабеля расположены по длине сушилки).

Она предназначена для установки в помещении цеха на заранее подготовленном фундаменте и собирается из пяти основных частей: передней панели с дверцей, двух боковых панелей, задней панели и верхней секции, внутри которой смонтированы три осевых реверсивных вентилятора, биметаллические калориферы и увлажнительные трубы.

Камера паровоздушная т. е. может работать на воздухе, так и на пару. В первом случае воздухообмен камеры с атмосферой осуществляется через вентиляционные трубы, установленные в верней секции. А во втором случае вентиляционные трубы наглухо перекрываются герметичными задвижками, а испаряющаяся из древесины вода удаляется в виде пара через вытяжные трубы и гидравлический затвор.

Недостатками сушильной камерыУЛ-2 являются собственно такие же недостатки, как и у многих других камер, а именно

· не отвечает современным требованиям;·

· не обеспечивает достаточной интенсивности и равномерности циркуляции сушильного агента;

· ·происходит загрязнение поверхности материала сажей при неполном сгорании топлива;·

· происходят резкие изменения параметров газов;

· ·отсутствие увлажнения и невозможность поддержания определенной влажности высушиваемого материала;

· ·имеет недостаточную скорость циркуляции сушильного агента;·имеют повышенную пожароопасность;

· ·имеет неравномерное распределение сушильного агента по штабелю, что приводит к неравномерному просыханию досок в штабеле.

Все эти недостатки приводят к уменьшению производительности сушильной камеры. Одним из способов повышения производительности является модернизация сушильной камеры путем увеличения интенсивности циркуляции.

Таблица 1 Техническая характеристика лесосушильной камеры УЛ-2

Характеристика

Значение

Габаритные размеры, м

18,2×4,4×5,63

Мощность, кВт

31,8-36

Число штабелей, шт

2

Вместимость камеры, усл. п/м, м

30,7

Количество вентиляторов, шт

2

Скорость циркуляции сушильного агента через штабель, м/с

1,5…3,5

1.2 Технологический расчет камеры и потребность количества камер на цех для реализации годовой программы

1.2.1 Пересчет объема фактического пиломатериала в объем условного материала

Сосна (фактическое и условное)

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

где — объем подлежащего сушке пиломатериала из сосны размерами 0,04х0,175х2,5 м., м3;Фсосна.= 4800 ,м3;

Кi(сосна) — коэффициент пересчета

где — коэффициентпродолжительности оборота камеры ;

КЕ-коэффициент вместимости камеры

где или как произведение коэффициентов заполнения штабелей по высоте вв, шириневш и длине вдлс учетом объемной усушки пиломатериалов Уо

где — зависит от номинальной толщины пиломатериала S и толщины прокладок Sпр :

где Sпр= 25 мм. т. к. планируется штабель высотой 3 м.

S — толщина высушиваемого фактического и условного материала;

S = 40 мм.

вш — зависит от способа укладки (без шпаций) и вида пиломатериала (обрезные) , вш = 0,9

вдл = при укладке заготовок «торец в торец», их количество по длине составит:

где lгаб. длина — габаритная длина штабеля, м (lгаб. длина = 6500 м.);

lзаг. — длина заготовки, м.;

Округлив nдлдо целого получим вдл:

Уо — объемная усушка находится по формуле:

где К0 — коэффициент объемной усушки зависящий от породы древесины, в случае если породой является сосна то К0 = 0,44

Wном — влажность для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, Wном = 20% ;

Wк(Wк. у) — конечная влажность пиломатериалов, Wк = 10(12)%

Коэффициент объемного заполнения штабелем условным материалом находится по формуле :

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

где — продолжительности оборота камеры при сушке условного материала, суток.

фоб. ф — продолжительности оборота камеры при сушке фактического материала данного размеры и породы ( сосна, 0,04х0,175х2,5 м.) , суток.

где — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток. Находится в соответствии с режимом;

фзагр — продолжительностьзагрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки ( в часах ), включая начальный прогрев и влаготеплообработку:

где — исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы (сосна, 0,04х0,175х2,5 м.), фисх. ф = 88 ч;фисх. у = 88 ч;

Ар — коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: Ар = 1;

Ац — коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Находится в зависимости от произведения Ар, фисх и от скорости циркуляции: Ац. ф = 0,81; Ац. у = 1;

Ак — коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок. Так как сушка ведется до влажности равной 10 % то выбираем IIкатегорию качества сушки при которой: Ак = 1,15;

Ав — коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины, при начальной влажности равно 65%(60%) и конечной 10(12)%, Ав. ф= 1,16;Ав. у = 1;

Ад — коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериалов на продолжительность процесса, Ад = 1;

Пихта

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

где — объем подлежащего сушке пиломатериала из сосны размерами 0,05х0,125х2,5 м., м3;Фпихта.= 5900 ,м3;

Кпихта — коэффициент пересчета

где — коэффициентпродолжительности оборота камеры ;

КЕ-коэффициент вместимости камеры

где или как произведение коэффициентов заполнения штабелей по высоте вв, ширине вш и длине вдлс учетом объемной усушки пиломатериалов Уо

где — зависит от номинальной толщины пиломатериала S и толщины прокладок Sпр :

где Sпр= 25 мм. т. к. планируется штабель высотой 3 м.

S — толщина высушиваемого материала; S = 50мм.

вш — зависит от способа укладки (без шпаций) и вида пиломатериала (обрезные) , вш = 0,9

вдл = при укладке заготовок «торец в торец», их количество по длине составит:

где lгаб. длина — габаритная длина штабеля, м (lгаб. длина = 6500 м.);

lзаг. — длина заготовки, м.;

Округлив nдлдо целого получим вдл:

Уо — объемная усушка находится по формуле:

где К0 — коэффициент объемной усушки зависящий от породы древесины, в случае если породой является пихта то К0 = 0,54

Wном — влажность для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, Wном = 20% ;

Wк(Wк. у) — конечная влажность пиломатериалов, Wк = 10(12)%

Коэффициент объемного заполнения штабелем условным материалом находится по формуле :

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

где — продолжительности оборота камеры при сушке условного материала, суток.

фоб. ф — продолжительности оборота камеры при сушке фактического материала данного размеры и породы (пихта, 50х125х2500 мм.) , суток.

где — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток. Находится в соответствии с режимом;

фзагр — продолжительностьзагрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки ( в часах ), включая начальный прогрев и влаготеплообработку:

где — исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы (сосна, 0,04х0,175х2,5 м.), фисх. ф = 100 ч;фисх. у = 88 ч;

Ар — коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: Ар = 1;

Ац — коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Находится в зависимости от произведения Ар, фисх и от скорости циркуляции: Ац. ф = 0,81; Ац. у = 1;

Ак — коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок. Так как сушка ведется до влажности равной 10 % то выбираем IIкатегорию качества сушки при которой: Ак = 1,15;

Ав — коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины, при начальной влажности равно 65%(60%) и конечной 10(12)%, Ав. ф= 1,16; Ав. у = 1;

Ад — коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериалов на продолжительность процесса, Ад = 1;

Береза

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

где — объем подлежащего сушке пиломатериала из березы размерами 0,038х0,1х5м., м3;Фпихта.=3350 ,м3;

Кбереза — коэффициент пересчета

где — коэффициентпродолжительности оборота камеры ;

КЕ-коэффициент вместимости камеры

где или как произведение коэффициентов заполнения штабелей по высоте вв, ширине вш и длине вдлс учетом объемной усушки пиломатериалов Уо

где — зависит от номинальной толщины пиломатериала S и толщины прокладок Sпр :

где Sпр= 25 мм. т. к. планируется штабель высотой 3 м.

S — толщина высушиваемого материала; S = 38мм.

вш — зависит от способа укладки (без шпаций) и вида пиломатериала (обрезные) , вш = 0,9

вдл = при укладке заготовок «торец в торец», их количество по длине составит:

где lгаб. длина — габаритная длина штабеля, м (lгаб. длина = 6500 м.);

lзаг. — длина заготовки, м.;

Округлив nдлдо целого получим вдл:

Уо — объемная усушка находится по формуле:

где К0 — коэффициент объемной усушки зависящий от породы древесины, в случае если породой является пихта то К0 = 0,39

Wном — влажность для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, Wном = 20% ;

Wк(Wк. у) — конечная влажность пиломатериалов, Wк = 10(12)%

Коэффициент объемного заполнения штабелем условным материалом находится по формуле :

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

где — продолжительности оборота камеры при сушке условного материала, суток.

фоб. ф — продолжительности оборота камеры при сушке фактического материала данного размеры и породы (пихта, 50х125х2500 мм.) , суток.

где — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток. Находится в соответствии с режимом;

фзагр — продолжительностьзагрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки ( в часах ), включая начальный прогрев и влаготеплообработку:

где — исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы (береза, 38х100х5000 м.), фисх. ф = 100 ч;фисх. у = 88 ч;

Ар — коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: Ар = 1;

Ац — коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Находится в зависимости от произведения Ар, фисх и от скорости циркуляции: Ац. ф = 0,81; Ац. у = 1;

Ак — коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок. Так как сушка ведется до влажности равной 10 % то выбираем IIкатегорию качества сушки при которой: Ак = 1,15;

Ав — коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины, при начальной влажности равно 65%(60%) и конечной 10(12)%, Ав. ф= 1,16; Ав. у = 1;

Ад — коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериалов на продолжительность процесса, Ад = 1;

Осина

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

где — объем подлежащего сушке пиломатериала из осины размерами 0,019х0,15х5 м., м3;Фпихта.=2900 ,м3;

Косина — коэффициент пересчета

где — коэффициентпродолжительности оборота камеры ;

КЕ-коэффициент вместимости камеры

где или как произведение коэффициентов заполнения штабелей по высоте вв, ширине вш и длине вдлс учетом объемной усушки пиломатериалов Уо

где — зависит от номинальной толщины пиломатериала S и толщины прокладок Sпр :

где Sпр= 25 мм. т. к. планируется штабель высотой 3 м.

S — толщина высушиваемого материала; S = 19мм.

вш — зависит от способа укладки (без шпаций) и вида пиломатериала (обрезные) , вш = 0,9

вдл = при укладке заготовок «торец в торец», их количество по длине составит:

где lгаб. длина — габаритная длина штабеля, м (lгаб. длина = 6500 м.);

lзаг. — длина заготовки, м.;

Округлив nдлдо целого получим вдл:

Уо — объемная усушка находится по формуле:

где К0 — коэффициент объемной усушки зависящий от породы древесины, в случае если породой является пихта то К0 = 0,41

Wном — влажность для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, Wном = 20% ;

Wк(Wк. у) — конечная влажность пиломатериалов, Wк = 10(12)%

Коэффициент объемного заполнения штабелем условным материалом находится по формуле :

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

где — продолжительности оборота камеры при сушке условного материала, суток.

фоб. ф — продолжительности оборота камеры при сушке фактического материала данного размеры и породы (осина, 19х150х5000 мм.) , суток.

где — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток. Находится в соответствии с режимом;

фзагр — продолжительностьзагрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки ( в часах ), включая начальный прогрев и влаготеплообработку:

где — исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы (осина, 19х150х5000м.), фисх. ф = 40 ч;фисх. у = 88 ч;

Ар — коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: Ар = 1;

Ац — коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Находится в зависимости от произведения Ар, фисх и от скорости циркуляции: Ац. ф = 0,67; Ац. у = 1;

Ак — коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок. Так как сушка ведется до влажности равной 10 % то выбираем IIкатегорию качества сушки при которой: Ак = 1,15;

Ав — коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины, при начальной влажности равно 65%(60%) и конечной 10(12)%, Ав. ф= 1,16; Ав. у = 1;

Ад — коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериалов на продолжительность процесса, Ад = 1;

Бук

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

где — объем подлежащего сушке пиломатериала из бука размерами 0,022х0,15х5 м., м3;Фбук.=2600 ,м3;

Кбук — коэффициент пересчета

где — коэффициентпродолжительности оборота камеры ;

КЕ-коэффициент вместимости камеры

где или как произведение коэффициентов заполнения штабелей по высоте вв, ширине вш и длине вдлс учетом объемной усушки пиломатериалов Уо

где — зависит от номинальной толщины пиломатериала S и толщины прокладок Sпр :

где Sпр= 25 мм. т. к. планируется штабель высотой 3 м.

S — толщина высушиваемого материала; S = 22мм.

вш — зависит от способа укладки (без шпаций) и вида пиломатериала (обрезные) , вш = 0,9

вдл = при укладке заготовок «торец в торец», их количество по длине составит:

где lгаб. длина — габаритная длина штабеля, м (lгаб. длина = 6500 м.);

lзаг. — длина заготовки, м.;

Округлив nдлдо целого получим вдл:

Уо — объемная усушка находится по формуле:

где К0 — коэффициент объемной усушки зависящий от породы древесины, в случае если породой является бук то К0 = 0,47

Wном — влажность для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, Wном = 20% ;

Wк(Wк. у) — конечная влажность пиломатериалов, Wк = 10(12)%

Коэффициент объемного заполнения штабелем условным материалом находится по формуле :

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

где — продолжительности оборота камеры при сушке условного материала, суток.

фоб. ф — продолжительности оборота камеры при сушке фактического материала данного размеры и породы (бук, 22х150х5000 мм.) , суток.

где — продолжительность сушки фактического или условного материала, суток. Находится в соответствии с режимом;

фзагр — продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки (в часах), включая начальный прогрев и влаготеплообработку:

где — исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы (бук, 22х150х5000 м.), фисх. ф = 82 ч;фисх. у = 88 ч;

Ар — коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: Ар = 1;

Ац — коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Находится в зависимости от произведения Ар, фисх и от скорости циркуляции: Ац. ф = 0,76; Ац. у = 1;

Ак — коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок. Так как сушка ведется до влажности равной 10 % то выбираем IIкатегорию качества сушки при которой: Ак = 1,15;

Ав — коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины, при начальной влажности равно 65%(60%) и конечной 10(12)%, Ав. ф= 1,16; Ав. у = 1;

Ад — коэффициент, учитывающий влияние длины пиломатериалов на продолжительность процесса, Ад = 1;

Таблица 2 — определение коэффициентов объемного заполнения штабеля фактическим и условным материалом

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм

вв

вш

вдл

К0

Wном

У0

ву, вф

КЕ

Сосна обр. пиломатериал 40х175х2500

0,62

0,9

0,76

0,44

20

10

4,4

0,613

1,11

Пихта обр. пиломатериал 50х125х2500

0,66

0,9

0,76

0,39

20

10

3,9

0,37

1,06

Береза обр. пиломатериал 38х100х5000

0,6

0,9

0,76

0,54

20

10

5,4

0,793

1,15

Осина обр. пиломатериал 19х150х5000

0,43

0,9

0,76

0,41

20

10

4,1

0,567

1,6

Бук обр. пиломатериал 22х150х5000

0,47

0,9

0,76

0,47

20

10

4,7

0,616

1,48

Сосна обр. пиломатериал 40х150х5500 (Условный материал)

0,62

0,9

0,84

0,44

20

12

3,52

0,454

Таблица 3 — определение продолжительности сушки материалов

Порода, сечение пиломатериалов, мм

Категория режима

Категория качества сушки

Wнач

фисх, часы

фсуш, часы

фоб. ф, фоб. ф,суток

Кф

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Сосна, обр. 40х175

Н

II

65

10

88

1

0,81

1,15

1,16

1

95

4

0,94

Пихта, обр.50х125

Н

II

65

10

100

1

0,81

1,15

1,16

1

108

4,6

1,07

Береза, обр.38х100

Н

II

65

10

100

1

0,81

1,15

1,16

1

108

4,6

1,07

Осина, обр.19х150

Н

II

65

10

40

1

0,67

1,15

1,16

1

35,7

1,6

0,37

Бук, обр.22х150

Н

II

65

10

82

1

0,76

1,15

1,16

1

83

3,6

0,82

Сосна, обр.40х150 усл. матер.

Н

II

60

12

88

1

0,81

1,15

1

1

101

4,3

Таблица 4 — пересчет объема фактических пиломатериалов в объем условного материала

Порода, сечение пиломатериалов, мм

Заданный объем сушки Ф, м3

Коэффициент вместимости камеры КЕ

Коэффициент оборота камеры Кф

Коэффициент пересчета К

Объем в условном материале У, м3

Сосна, обр. 40х175

4800

1,11

0,94

1,05

5058

Пихта, обр. 50х125

5900

1,06

1,07

1,13

6712

Береза, обр.38х100

3350

1,15

1,07

1,23

4126

Осина, обр.19х150

2900

1,6

0,37

0,595

1727

Бук, обр.22х150

2600

1,48

0,82

1,21

3163

Итого

19550

20768

1.2.2 Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в уловном материале, м3/год :

где Еу — вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м3;

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

ву — коэффициент объемного заполнения штабеля условным материалом;

где n — число штабелей в камере;

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

nу — число оборотов камеры в год при сушке условного материала, об/год,

где фоб. у — продолжительность оборота камеры для условного материала, суток;

335 — время работы камеры в году, суток;

В итоге формула для определения Пу примет вид:

1.2.3 Определение необходимого количества камер

где ?У — общий объем условного материала, м3;

Пу — годовая производительность камеры в условном материале, м3/год.

1.2.4 Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха

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

При правильном планировании лесосушильного цеха общий годовой объем условного материала должен быть равен его производственной мощности.

1.3 Тепловой расчет камеры и цеха

Проводится с целью определения затрат тепла на сушку, расхода теплоносителя, выбора и расчета теплового оборудования камер и цеха.

Начинать тепловой расчет целесообразно с выбора расчетного материала. За расчетный материал принимаются самые быстросохнущие доски.

Я принимаю за расчетный материал самые быстросохнущие обрезные доски из спецификации породы осина сечением 19х150мм с продолжительностью сушки (фсуш) 35,7 часов, начальная влажность 65%, конечная в связи с тем, что производство мебельное конечная влажность принимается 10%.

1.3.1 Определение массы испаряемой влаги

· Масса влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, кг/м3

где со — базисная плотность расчетного материала (осины) кг/м3, со = 400;

Wн, Wк — начальная и конечная влажность расчетного материала соответственно, %.

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

где Е-вместимость камеры, м3;

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

вф — коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

· Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с

где фсоб. сушки — продолжительность собственно сушки, ч;

где фсуш — продолжительность сушки расчетного материала, ч, фсуш = 35,7;

фпр — продолжительность начального прогрева материала, ч, фпр = 3,23;

фкон. вто — продолжительность конечной влаготеплообработки, ч, фкон. вто = 1,5.

· Расчетная масса испаряемой влаги, кг/с

где k — коэффициент неравномерности скорости сушки, k = 1,3 т. к. конечная влажность меньше 12%.

1.3.2 Выбор режима сушки

Так как сушка производится до влажности в 10% а производством является мебельное то качество сушки выбирается II.

Режим при низкотемпературном режиме сушки выбирается 3-Г (из таблицы 13, стр.180).

При низкотемпературном режиме сушке с индексом Г и номером 3 находятся параметры сушильного агента:

Таблица 5 — Режим низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов лиственных пород

Индекс

Средняя влажность древесины, %

Параметры сушильного агента

t

Дt

ц

1

2

3

4

5

Г

25-35

80

11

0,63

1.3.3 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

· Влажный воздух

1. Влагосодержание d1, г/кг, определяется по формуле:

где pп1 — парциальное давление водяного пара, Па;

где ц — относительная влажность воздуха расчетной ступени режима;

pн1 — давление насыщенного водяного пара при расчетной температуре режима в 80 градусов, pн1 = 47359 Па;

pа — атмосферное давление воздуха, pа = 105 Па

2. Теплосодержание воздуха I, кДж/кг,

Плотность воздуха, кг/м3,

где T — термодинамическая температура, К, T = 273+t=273+80=353 К;

3. Предельный удельный объем, м3/кг,

1.3.4 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

· Определение объема циркулирующего агента сушки, м3/с,

где vшт — заданная скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с;

Fж. сеч. шт. — живое сечение штабеля, м2

где n — количество штабелей в плоскости перпендикулярный входу циркулирующего агента сушки; n = 2;

l, h — длина и высота штабеля, м, 6,5,3 соответственно;

вв — коэффициент заполнения штабеля по высоте; вв = 0,43

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

· Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

I2=I1=779,4 кДж/кг;

1.3.5 Определение объема свежего и отработанного воздуха

· Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги кг/кг

где d0 — влагосодержание свежего воздуха, гр/кг.,d0= 12 гр/кг.

· Объем свежего воздуха поступающего в камеру, м3/с

где vпр 0 — приведенный удаленный объем свежего воздуха, м3/кг, vпр 0 = 0,87.

· Расчет приточно-вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала, м2,

где vкан — скорость движения свежего воздуха или отработавшего агента сушки в каналах, м/с, vкан= 3.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м2,

где Vотр — объем отработавшего агента сушки, м3/с,

Приточно-вытяжные каналы выбираются круглой формы диаметр, мм, которых находится по формуле:

Возьмем стандартное : d = 350 мм.

1.3.6 Определение расхода тепла на сушку

· Расход тепла на начальный прогрев 1 м3 древесины,

Для зимних условий, кДж/м3,

где сw — плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности Wн = 65%, сw = 720 кг/м3;

сб — Базисная плотность древесины расчетного материала, кг/м3,

сб = 400;

Wн — начальная влажность расчетного материала, %, Wн = 65;

Wгж — содержание незамерзшей связанной влаги, %, Wгж = 16;

г — скрытая теплота плавления льда, г = 335 кДж/кг;

c-; c+ — средняя удельная теплоемкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг*°C), c— =2,12, c+ = 2,92; t0 — начальная расчетная температура для зимних условий в городе Пенза, t0 = -27 °C;

tпр — температура древесины при её прогреве, tпр = 83 °C

При определении средней удельной теплоемкости древесины средняя температура, °C, принимается равной при:

1. При отрицательной температуре (c-)

2. При положительной температуре (c+)

Для среднегодовых условий, кДж/м3,

где t0 — среднегодовая температура древесины, °C, t0 = 5,5;

c+ — средняя удельная теплоемкость при положительной температуре:

c+ = 2,93 кДж/(кг*°C),.

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

Для зимних условий:

где m1м — масса влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, кг/м3,

m1м = 220;

Для среднегодовых условий:

· Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

Для зимних условий, кВт:

Для среднегодовых условий, кВт:

где E — вместимость камеры, м3, E = 19,7;

фпр — продолжительность начального прогрева материала, ч, фпр = 3,23.

· Определение расхода тепла на испарение влаги

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

где I2 — теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг, I2 = 779,4;

I0 — теплосодержание свежего воздуха, кДж/кг, I0 = 46;

d2 — влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг, d2 = 266,1;

d0 — влагосодержание свежего воздуха, г/кг, d0 =12;

cв — удельная теплоемкость воды, кДж/(кг*°C), cв = 4,19;

tпр — температура нагретой влаги в древесине, °C, tпр = 83.

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт,

где mр — расчетная масса испаряемой влаги, кг/с, mр = 0,05.

· Потери тепла через ограждение камеры

1. Теплопотери через ограждение камеры в единицу времени (секунду), кВт,

Для зимних условий:

· Для для боковых стен

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 78;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°)

где aвн — коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м2*C°), aвн = 25;

aн — коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей, Вт/(м2*C°), aн = 23;

дn — толщина слоев ограждений, м;

лn — коэффициент теплопроводности материалов соответствующих ограждений, Вт/(м*C°);

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = -27 °C;

· Для для задней торцевой стены

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 12;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481;

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = -27 °C;

· Для передней торцевой стены

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 4,3;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481; tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6; t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий, t0 = -27 °C;

· Для перекрытия

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 17,5;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481;

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = -27 °C;

· Для двери

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2; Fог = 7,7;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°)

tc = 78,6;

t0 = -27 °C

· Для пола

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2; Fог = 33

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°)

tc = 78,6;

t0 = -27 °C

Для среднегодовых условий:

· Для боковых стен

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 78;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481;

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = 5,5 °C;

· Для для задней торцевой стены

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 12;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481;

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = 5,5 °C;

· Для передней торцевой стены

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 4,3;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481;

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = 5,5 °C;

· Для перекрытия

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2, Fог = 17,5;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°), k = 0,481;

tc — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

t0 — расчетная температура наружного воздуха для зимних условий,

t0 = 5,5 °C;

· Для двери

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2; Fог = 7,7;

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°)

tc = 78,6;

t0 = 5,5 °C;

· Для пола

где Fог — суммарная площадь поверхностей камеры, м2; Fог = 33

k — коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*C°)

tc = 78,6;

t0 = 5,5 °C.

Таблица 6 — Расчет поверхности ограждений камеры

Наименование ограждений

Формула

Площадь, м2

1

2

3

Наружная боковая стена

Fбок = L(H1 + H2)

Fбок = 14,6*(1,6536+3,6866)=78

Торцевая сторона со стороны коридора управления

Fторц1 = Fторц 1 + Fторц 2

Fторц1 = 2,422+9,5787=12

Торцевая стена со стороны траверсного пути без учета площади двери

Fторц2 = Fторц1 — Fдв

Fторц2 = 12 — 7,7 = 4,3

Перекрытие

Fпот = b2*L

Fпот =1,2*14,6 =17,5

Пол

Fпол = B*L

Fпол = 2,26*14,6=33

Дверь

Fдв = b1*h

Fдв = 2,14*3,58=7,7

Таблица 7 — Расчет потерь тепла через ограждение камеры

Наименование ограждений

Fог, м2

k, Вт/(м2*C°)

tc, °C

t0, °C

tc — t0, °C

Qог, кВт

Зима

Среднегодовое

Зима

Среднегодовое

Зима

Среднегодовое

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Наружная боковая стена

78

0,481

78,6

-27

5,5

105,6

73,1

8

5,48

Торцевая сторона со стороны коридора управления

12

0,481

78,6

-27

5,5

105,6

73,1

0,67

0,42

Торцевая стена со стороны траверсного пути без учета площади двери

4,3

0,481

78,6

-27

5,5

105,6

73,1

0,22

0,15

Перекрытие

17,5

0,481

78,6

-27

5,5

105,6

73,1

0,9

0,62

Пол

33

0,241

78,6

-27

5,5

73,1

73,1

0,84

0,58

Дверь

7,7

0,6

78,6

-27

5,5

105,6

73,1

0,48

0,34

Итого:

11,1

7,59

2. Удельный расход тепла на потери через ограждение, кДж/кг,

Для зимних условий:

где mc — масса влаги испаряемой из камеры в секунду, кг/с, mc = 0,038.

Для среднегодовых условий:

Определение удельного расхода тепла на сушку, кДж/кг

Для зимних условий:

qисп — удельный расход тепла на испарение влаги в камерах многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг,

qисп = 2536,92

qпр — удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги, кДж/кг;

c1 — коэффициент учитывающий дополнительный расход тепла на прогрев камер, траспортных средств и оборудования, c1 =1,1.

Для среднегодовых условий:

· Определение расхода тепла на 1 м3 расчетного материала, кДж/м3

Для среднегодовых условий:

где m1м — Масса влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, кг/м3, m1м = 220.

1.3.7 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

Для камеры УЛ-2 выбирается биметаллический калорифер. Тепловая мощность которого определяется по формуле с учетом зимних условий, кВт

где c2 — коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку, c2 = 1,2;

Qисп — общий расход тепла на испарение влаги, кВт, Qисп = 126,84.

· Расчет поверхности нагрева калорифера, м2

где k — коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м2*C°);

tт — температура теплоносителя, tт = 144 C°;

c3 — коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера, c3 = 1,2;

tс — температура среды в камере, °C, tc = ( t1 + t2)/ 2 = 78,6;

Что бы определить коэффициент теплопередачи калорифера с начало нужно определить площадь живого сечения калорифера:

где Kf — коэффициент проекции труб на площадь перпендикулярно потоку, при шаге размещения труб равным 100 мм. то Kf = 0,35

Fкан — площадь сечения канала перпендикулярная потоку воздуха в котором размещены трубы, м2, Fкан = 14,6*1,4=20,44.

Затем определяется скорость агента сушки через калорифер, м/с,

Так как vк = 3,34 то k = 19 из таблицы в 2.11[2]

Количество труб определяется как: nтр = L/l = 14,6/1,2 = 12

где l — длина секции, м

L — Длина сушильной камеры, м.

· Количество труб или компактных калориферов:

где fк — площадь нагрева компактного калорифера, м2, fк = nтр * 2,95 * f1м = 12 * 2,95 * 1,3 = 46,02

f1м — площадь нагрева одной биметаллической трубы, м2, f1м = 1,3.

1.3.8 Определение расхода пара

· Расчет пара на 1м3 расчетного материала, кг/м3

где qсуш — суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг, qсуш = ;

iп — энтальпия сухого насыщенного пара при определенном давлении, кДж/кг; m1м — масса влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, кг/м3, m1м = 220; iк — энтальпия кипящей воды при том же давлении давлении, кДж/кг;

?i — разность энтальпии кипящей воды и насыщенного пара, кДж/кг, ?i = при давлении пара в калорифере p = 0,3…0,5 Мпа, ?i = 2100.

· Расход пара на камеру, кг/ч

Для зимних условий:

1. В период прогрева

где Qпр — расход тепла при начальном прогреве, Квт, Qпр = 476,69;

?Qог — сумма расхода тепла через ограждения, КВт, ?Qог = 11,1

c2 — коэффициент, учитывающий учитывающий потери тепла паропроводами, кондесаторопроводами, кондесатоотводчики при необходимом воздухообмене, c2 = 1,25.

2. В период сушки

где Qисп — общий расход тепла на испарение влаги, кВт, Qисп = 126,84.

Для среднегодовых условий:

1. В период прогрева

где Qпр — расход тепла при начальном прогреве, Квт, Qпр = 276,98;

?Qог — сумма расхода тепла через ограждения, КВт, ?Qог = 7,59

2. В период сушки

· Расход пара на сушильный цех, кг/ч

Максимальный расход пара в зимних условиях на сушильный цех, состоящий из камер:

где nкам. пр. — число камер, в которых идет одновременно прогрев материала, nкам. пр = (1/6) * n = (1/6) * 9 = 1,5 = 2 шт

nкам. суш — остальные камеры цеха, в которых идет сушка, nкам. суш = 7 шт.

· Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объема пиломатериалов, кг/год,

где Ф — объем фактически высушенного или подлежавшего сушке пиломатериала данного размера и породы, м3, Ф = 2900;

cдлит — коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов сохнущих медленнее расчетного материала:

Определяется cдлит в зависимости от величины отношения фср. ф/фрасч = 90,8/35,7=2,54; cдлит = 1,31

где фср. ф — средневзвешанная продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч,

где фn — продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч;

Фn — годовой объем этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м3;

фрасч — продолжительность сушки расчетного материала, ч.

1.3.9 Определение диаметров паропроводов и кондесаторопроводов

Диаметр главной магистрали, м, в сушильном цехе:

где сп — плотность пара, кг/м3, сп = 2,12 при давлении пара 0,4 Мпа;

vп — скорость движения пара, для магистралей vп = 60 м/с.

Диаметр паропровода к коллектору камеры, м,

где Pкам. пр — расход пара на камеру для зимних условий, кг/ч, Pкам. пр = 1045,3;

vп — скорость движения пара, vп = 50 м/с.

Диаметр паропровода к калориферу камеры, м,

где Pкам. суш — расход пара на сушку для зимних условий, кг/ч, Pкам. суш = 295,6;

vп — скорость движения пара, vп = 30 м/с.

Диаметр паропровода к увлажнительным трубам, м,

где vп — скорость движения пара, vп = 50 м/с.

Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры, м,

где сп — плотность конденсата, кг/м3, ск = 925 при давлении пара 0,4 МПа;

vк — скорость конденсата, vп = 1 м/с.

Диаметр конденсационной магистрали, м,

где nкам — количество камер в цехе, шт;

vк — скорость конденсата, vп = 1 м/с.

1.3.10 Выбор конденсатоотводчиков

В настоящее время все чаще используются компактные и надежные в работе термодинамические конденсатоотводчики типа 45ч15нж

Выбор их осуществляется по коэффициенту пропускной способности, кг/ч,

где ?p — перепад давления в конденсатоотводчике, МПа,

где p1 — абсолютное давление пара пара перед калорифером, МПа, p1 = 0,95p = 0,95*0,4 = 0,38;

p2 — абсолютное давление конденсата после конденсатоотводчика, МПа,

p2 = 0,1;

cr — коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с холодным, при ?p ? 0,2 то cr = 0,25.

По коэффициенту kv определяем техническую характеристику конденсатоотводчика типа 45ч15нж из таблицы 2.13[2]:

Таблица 8 Краткая характеристика конденсатоотводчика типа 45ч15нж

Проход условный dу, мм

kv, кг/ч

Размеры

Резьба трубная, дюйм

Масса, кг

L

L1

Hмакс

H1

D0

S

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

32

1600

140

20

300

35

100

55

11/4

8,5

Примечание: условные обозначения на рисунке 2.8[2]

1.4 Аэродинамический расчет камеры

1.4.1 Методика расчета потребного напора вентилятора

Полный напор вентилятора рассчитывается как:

где hст — статический напор, Па

где с — средняя плотность агента сушки, кг/м3, с = 0,88;

v — скорость циркуляции агента сушки на участках системы, м/с;

l — длина участка, м;

dэк — эквивалентный диаметр, м;

ж — коэффициент местных потерь

о — коэффициент трения о стенки каналов и воздуховодов.

Последовательность аэродинамического расчета состоит из:

1. Составление схемы циркуляции агента сушки в камере и аэродинамическая схема камеры

2. Подсчитывается суммарное сопротивление на всех участках движения агента сушки

3. Подбирается типа и номер вентилятора по соответствующей характеристике

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

1. Составление схемы циркуляции агента сушки в камере и аэродинамическая схема камеры

Таблица 9 Участки циркуляции агента сушки в камере УЛ-2

Номер участков

Наименование участков

1

2

1

Вентилятор

2;13

Прямой участок

3;12

Поворот под углом 135 градусов

4

Калорифер

5;11

Прямой участок

6;10

Поворот под углом 90 градусов

7

Внезапное сужение

8

Сопротивление кабеля

9

Внезапное расширение

2. Подсчитывается суммарное сопротивление на всех участках движения агента сушки

Для этого требуется сначала определить скорость циркуляции агента сушки и площадь сечений на участках. Находится по формуле:

где Vц — объем циркулирующего агента сушки, м3/с, Vц = 44,46;

f — площадь сечения канала в плоскости, м2.

Участок 1 — Вентилятор

где dвент — диаметр вентилятора, м, dвент = 1;

nвент — количество вентиляторов, nвент = 6.

Участок 2;13 — Прямой участок

где h2 = 1,4 м.

Участок 3;12 — Поворот под углом 135 градусов

Участок 4;4,1 — Калорифер

где fж. сеч. кад. — площадь живого сечения калорифера, м2;

nкал — количество калориферов в камере, в УЛ-2 установлено 12 калориферов в расчетное берется количество калориферов равное 6 с одной стороны камеры.

Участок 5;11 — Прямой участок

где b — ширина между краем штабеля и началом стенки в нижней части, м.

Если вы думаете скопировать часть этой работы в свою, то имейте ввиду, что этим вы только снизите уникальность своей работы! Если вы хотите получить уникальную курсовую работу, то вам нужно либо написать её своими словами, либо заказать её написание опытному автору:
УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ ИЛИ ЗАКАЗАТЬ »