Реконструкция установки для сушки древесины

курсовая работа

2.2 Тепловой расчёт

Выбор расчетного пиломатериала.

За расчётный материал в практике проектирования лесосушильных камер выбирается наиболее быстросохнущий пиломатериал. Тепловое оборудование, рассчитанное по быстросохнущему пиломатериалу, надёжно обеспечит сушку пиломатериалов всех пород и сечений.

Выбираем из нашей спецификации пиломатериалов, подлежащих сушке, хвойные доски (сосна), сечением 25х150 и длиной 6500 мм.

2.2.1 Определение массы испаряемой влаги

Масса влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, m3, кг/м3

, (2.9)

где - базисная плотность расчетного пиломатериала, кг/м3, определяется из таблицы 1 [5];

Wн, Wк - начальная и конечная влажность древесины, %.

Масса влаги, испаряемой за время одного оборота сушильной камеры, mоб.кам., кг/об.

mоб.кам. = m3Е=2528,3=2091,6 кг/об. (2.10)

Е= Гвф=6,51,820,356=8,3 м3, (2.11)

где Е - емкость камеры, м3;

Г - габаритный объем всех штабелей, загружаемых в камеру, м3;

вф - коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным пиломатериалом.

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

, (2.12)

где суш.ф. - общая продолжительность сушки, ч.

с.ф = с - (п + кон.ВТО) = 121,5 - (3,75 + 2) = 115,75ч, (2.13)

где с - продолжительность сушки расчетного материала, ч;

п - продолжительность начального прогрева материала, ч, (по 1,5 часа на каждый сантиметр толщины, т.е. 3,75 ч.);

кон.ВТО - продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч, (2часа).

Расчетная масса испаряемой влаги, кг/с

Мрс ч, (2.14)

где ч - коэффициент неравномерной скорости сушки.

Коэффициент неравномерной скорости сушки рекомендуется прини- мать для камер периодического действия при сушке воздухом при Wк=<12%.

Мр=0,0051,3=0,0065 кг/с.

2.2.2 Выбор режима сушки

Режимы сушки выбираются в зависимости от породы, толщины и назначения расчетного пиломатериала, требований, предъявленных к качеству сухой древесины.

Выбираем II категорию качества - для пиломатериалов и заготовок в столярно-мебельном производстве.

Выбираем низкотемпературный режим 2 - М (по ГОСТ 19773-84).

Таблица 2.4 - Параметры сушильного агента

Влажность древесины, %

t,0C

t,0C

>35

57

5

0,77

35-25

61

9

0,62

<20

77

25

0,29

2.2.3 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

При сушке влажным воздухом расчетную температуру t1 и степень насыщения ц1 агента сушки, входящего в штабель, назначают по средней ступени режимов, где t1= tс (tс - температура «сухого» термометра второй ступени режима) и ц1= ц..

Влагосодержание d1, теплосодержание I1, плотность с1 и приведенный удельный объем Vпр1 определяют по Id-диаграмме.

t1=61 0С; 1=0,62;

d1=99 г/кг;

Vпр1=1,12 м3/кг;

I1=320 кДж/кг;

1=0,985 кг/м3 .

2.2.4 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

Определение объема циркулирующего агента сушки за одну секунду, м3/с:

Vc=VштFж.сеч.шт=2,05,85=11,7 м3/с, (2.15)

где Vшт - расчетная скорость циркуляции по штабелю, м/с;

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

Fж.сеч.шт= n1lштhшт (1-вв)=16,51,8(1-0,5)=5,85 м2, (2.16)

где n1- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, идущему в одном направлении;

lшт - длина штабеля, м;

hшт - высота штабеля, м;

вв - коэффициент заполнения штабеля по высоте, определяют из соотношения:

вв= (2.17)

где S- толщина расчетного пиломатериала, мм.

Масса циркулирующего агента сушки mц на 1 кг. испаряемой влаги.

При сушке влажным воздухом, кг/кг исп. влаги:

(2.18)

где V1 - приведенный удельный объем влажного воздуха, определяемый по Id- диаграмме, м3/кг.

2.2.5 Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля

Параметры отработавшего агента сушки (влажного воздуха) на выходе из штабеля.

Для расчетов процесса сушки необходимо знать не только параметры входящего в штабель сушильного агента, но и параметры его на выходе из штабеля: t2, ц2, d2, I2, с2, V2.

При сушке воздухом влагосодержание, г/кг,

(2.19)

Параметры t2, ц2 определяют после построения процесса сушки на Id-диаграмме.

При теоретическом построении процесса испарения влаги теплосодержание воздуха I2 на выходе из штабеля принимают равным теплосодержанию I1 воздуха, входящего в штабель, т.е. I2=I1.

Приведенный удельный объем V2 и плотность с2 выходящего из штабеля отработавшего агента сушки принимают равными объему V1 и плотности с1 входящего в штабель агента сушки, т.е. V2=V1, с2= с1.

I1 = I2 = 320 кДж/кг;

V2=V1=1,12 м3/кг;

с2= с1=0,985 кг/м3 .

t2 = 59 0C; 1=0,7;

Уточнение объема и массы циркулирующего агента сушки:

mц = 1000/(d2 - d1) = 1000/(99,5 - 99) = 2000,0 кг/кг. исп.влаги; (2.20)

Vц = mцMрVпр1 = 1607,14х0,0065х1,12= 11,7 м3/с; (2.20)

Gц = mцMр = 1607,14х0,0065 = 10,45 кг/с. (2.21)

2.2.6 Определение объема свежего воздуха и отработавшего агента сушки, удаляемого из камеры

Масса свежего воздуха и отработавшего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг. исп. влаги:

mo= (2.22)

где do - влагосодержание свежего приточного воздуха, поступающего в камеру, г/кг.

При поступлении свежего воздуха из цеха, коридора управления принимают do=10-12г/кг.св.в.

Объем свежего воздуха, поступившего в камеру, м3/с:

Vo=Mp mo Vo.пр=0,0065 11,430,87=0,065 м3/с (2.23)

где Vo.пр - приведенный удельный объем свежего воздуха. При температуре to=20oC, Vo=0,87 м3/кг.

Объем отработавшего агента сушки, выбрасываемого из камеры, м3/с:

Vотр.рmoV2=0,006511,431,12=0,08 м3/с (2.24)

где V2 - удельный объем отработавшего агента сушки, принимаемый равным V1, м3/кг.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала:

fкан = Vотр/vкан = 0,08/2 = 0,04 м2 (2.25)

где vкан - скорость движения отработавшего агента сушки.

Площадь поперечного сечения приточного канала:

fкан = Vо/vкан = 0,065/2 = 0,0325 м2 (2.26)

2.2.7 Определение расхода тепла на сушку древесины

Расход тепла на сушку определяют отдельно для зимних и среднегодовых условий эксплуатации сушильных камер. По зимнему расходу тепла ведется расчет тепловой мощности камер. По расходу тепла в среднегодовых условиях определяется потребность пара на производственную программу и на 1 м3 высушиваемых фактического и условного пиломатериалов, т.е. определяются исходные данные для экономических расчетов, в частности для составления калькуляции себестоимости сушки пиломатериалов.

При сушке древесины тепло в основном расходуется на начальный прогрев пиломатериалов, испарении влаги и на потери через ограждения камеры.

Расход тепла на начальный прогрев 1 м3 древесины Qнагр.1м3.

В зимних условиях тепло при нагревании пиломатериалов расходуется на нагревание древесной массы в области отрицательных и положительных температур и на оттаивание замерзшей влаги.

Для зимних условий расход тепла определятся по формулам, кДж/м3

Qнагр.1м3=с(С(-)(-tоз)+С(+)tкам.)+сусл.. (2.27)

нагр.1м3=650(2,1*31+2,8*62)+400=230195 кДж/м3

где r - скрытая теплота плавления льда (335кДж/кг);

с - плотность древесины при фактической ее влажности, побирается на диаграмме на рис.2 [5];

сусл- базисная плотность древесины, выбирается по табл. 1, кг/м3 [5];

Wн - начальная влажность древесины, %;

Wг.ж - влажность гигроскопически жидкой влаги [3], рис.1;

С(+), С(-) - удельная теплоемкость древесины соответственно при положительной и отрицательно температуре, рис. 3 [5];

tкам- температура древесины при ее нагреве, оС; при сушке в среде влажного воздуха принимается на 5оС выше температуры tс по первой ступени режима;

tоз- начальная температура древесины, принимается по табл.11[5];

При определении удельной теплоемкости древесины для С(-) принимают, оС:

tср.(-)= (2.28)

тогда C(-)=2,1 кДж/кгоС,

tср.(+)= (2.29)

тогда C(+)=2,8 кДж/кгоС,

Для среднегодовых условий, когда tс.г.>0 оС, расход тепла Qнагр.1м3 определяется по формуле:

Qнагр.1м3=сС(+)(tкам.-tс.г.)=6502,8 (62-0,8)=111384 кДж/м3 (2.30)

В этом случае среднеарифметическая температура для определения по рис. 3 [5] удельной теплоемкости С(+) подсчитывается как полусумма двух температур, оС:

tср=, (2.31)

тогда C(+)=2,8кДж/кгоС.

Расход тепла на нагревание древесины Qнагр в секунду.

Секундный расход тепла подсчитывается для зимних и среднегодовых условий, кВт:

Qнагр.=, (2.32)

где фнагр- продолжительность нагревания древесины, ч; ориентировочно принимают для пиломатериалов мягких хвойных пород на каждый сантиметр толщины 1ч, а зимой 2ч.

Для зимних:

Qнагр=,

Для среднегодовых:

Qнагр=.

Удельный расход тепла qнагр на нагревание древесины, приведенный к 1 кг. испаряемой влаги, кДж/кг.исп.влаги:

Для зимних условий:

qнагр = (2.33)

Для среднегодовых:

qнагр =

Расход тепла на испарение влаги.

При сушке в паровоздушной среде удельный расход тепла на испарение влаги, кДж/кг

qисп=1000, (2.34)

гдеI2 - теплосодержание отработавшего агента сушки, выходящего из штабеля, кДж/кг, I2=I1;

Iо - теплосодержание свежего воздуха при t=20oC;

Св - удельная теплоемкость воды, Св=4,19 кДж/кг;

tм - температура нагретой влаги в древесине, принимают равной температуре tм первой ступени режима.

Общий расход тепла на испарение влаги Qисп в секунду, кВт

Qисп.=qиспМр=2892,60,0065=18,8 кВт (2.35)

2.2.8 Расчет теплопотерь через ограждения камеры

Потери тепла в секунду через ограждения камеры Qогр. определяют по выражению:

Qогр=Fогр k (t1-tнар), (2.36)

где Fогр- площадь ограждения (подсчитывается отдельно для стен, перекрытия, дверей, пола), м2;

k- коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/м2 град.;

tнар - температура вне сушильных камер.

Сушильные камеры будут находится в отапливаемом помещении, то tнар=15оС.

Коэффициент теплопередачи для многослойных ограждений необходимо рассчитать по формуле, Вт/м3град:

k= (2.37)

где бвн - коэффициент для внутренней поверхности ограждения, при сушке в паровоздушной среде бвн=25Вт/м2град;

в1, в2,…. вn - толщина слоев ограждения, м;

л1, л2 …. лn - коэффициенты теплопроводности материалов, составляющие слои ограждений, Вт/м2град., (табл.12 [5]);

лн - коэффициент теплопроводности для наружной поверхности ограждений, Вт/м2град., выходящих в отапливаемые помещения, лн=9Вт/м2град.

Коэффициент теплопередачи пола kпол принимают равным 0,5k наружной стены.

kпол=0,5kнар.ст (2.38)

За охлаждающую поверхность пола принимают полосу шириной 1 м вдоль наружной стены.

Для того чтобы исключить возможную конденсацию пара на внутренних поверхностях ограждений (пола, дверей, стен), когр должен удовлетворять условию:

когр 0.6 Вт/(м2хград).

Таблица 2.5 - Расчет площади поверхности ограждений сушильной камеры

Ограждения

Формула

Площадь, м2

Боковая наружняя стена

Fбок.ст=LH

8,32,2 = 18,26

Торцовая задняя стена

Fт.ст = BH

2,22,8 = 6,16

Торцовая передняя стена (без площади дверей)

Fт.ст = BH - Fдв

2,22,8 - 4,4 = 1,76

Потолок

Fпот = LB

8,32,8 = 23,24

Пол

Fпол=L+ 2(B-1)

8,3+ 2(2,8 - 1) = 11,9

Дверь

Fдв = bh

2,22,0= 4,4

где L - длина боковой стены, м (8,3);

H, B - соответственно высота и ширина камеры, м(2,2; 2,8);

h, b - соответственно высота и ширина двери, м (2,2; 2,0).

Удельный расход тепла на потери через ограждения камеры, кДж/кг.исп.влаги:

gогр= ?Qогрс=3,22/0,004=805,0 кДж/кг.исп.влаги (2.39)

Суммарный удельный расход тепла на сушку древесины.

Подсчитывают для среднегодовых условий:

gсуш.=(gнагр.+gисп.+gогр.1, (2.40)

где с1 - коэффициент, учитывающий неизбежные потери на нагревание ограждений и конструкций камеры, транспортных средств; утечку через не плотности и вынос тепла штабелем после его сушки и др., с1=1.3.

gсуш =(525,39+2892,6+805,0)1,3=5489,9кДж/кг.исп.влаги

2.2.9 Выбор типа и расчет теплоотдающей площади калорифера

Подбор типа калорифера.

В качестве источника тепла в лесосушильной камере ИУ-1гв использованы биметаллические водяные калориферы.

Тепловая мощность калорифера.

Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях по формуле:

Qк=(Qисп + Qогр2, (2.41)

где Qисп - расход тепла на испарение влаги, кВт;

Qогр - теплопотери через ограждения камеры в зимних условиях, кВт;

с2 - коэффициент запаса на неучтенный расход, на возможное ухудшение теплоотдачи калорифера в процессе эксплуатации по причине, например, загрязнения, с2=1.1 - 1.3

Qк=(18,8 + 3,22)х1,2=26,4кВт

Расчет поверхности нагрева калорифера.

Fк=1000 Qк с3/кк(tт - tс) = 100026,41,2/21,35(84-61)=64,5 м2 , (2.42)

где кк - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м2х0С);

tт - температура теплоносителя, (84 0С);

tс - температура нагреваемой среды в камере, (610С);

с3 - коэффициент запаса (с3 = 1.2).

Живое сечение калорифера:

Fж.сеч.кал. = fж.сеч.кал nк = 2,5х1 = 2,5 м2, (2.43)

где fж.сеч.кал - живое сечение для прохода агента сушки одного калорифера, м2

nк - количество калориферов в одном ряду, перпендикулярном потоку агента сушки.

Скорость агента сушки через калорифер:

vк = Vц/ Fж.сеч.кал =11,7 /2,5 = 4,68 м/с. (2.44)

Коэффициент теплопередачи калорифера:

k = 10,2 vк 0,48 = 21,39 Вт/(м2х0С). (2.45)

Количество калориферов из биметаллических труб на одну сушильную камеру:

nk= Fk/k, (2.46)

где k - площадь нагрева одного биметаллического водяного калорифера данной марки.

nk=64,5/136,02=0,5

Принимаем 1 биметаллический водяной калорифер КСк3-12 .

2.2.10 Определение расхода воды

Расход воды на одну сушильную камеру

Dг.в = Qk /cв в t = 26,4/4,1994515 = 0, 0004 м3/сек или 1,44 м3/час, (2.47)

где Qk - тепловая мощность калорифера, кВт;

св - теплоемкость воды,

в - плотность воды, кг/м3;

t - разница между температурой воды на входе к калорифер и на выходе из калорифера.

Скорость воды:

Vв = Dг.в / fж.сеч = 0,0004 / 0,0022 =0,18 м/с (2.48)

где fж.сеч - площадь трубы калорифера.

Годовая потребность в горячей воде:

Dг = 33524nDг.в = 3352451,44 = 5,78104 м3 (2.49)

где 24- число часов в сутках; 335 - число рабочих дней в году;

n - число камер, в которых идет сушка.

2.2.11 Определение диаметров трубопроводов

Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262 - 72 “Трубы стальные водопроводные” (условный проход 6. 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90, 100, 125, 150 мм).

Диаметр магистрального трубопровода, м:

dмаг= 1,27Рцех/3600вVв, (2.50)

где в - плотность воды, кг/м3;

Рцех - расход воды на сушильный цех, м3/час;

Vв - скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с.

Рцех =nкамDг.в , (2.51)

Рцех = 201,44=28,8 м3/час;

dмаг= 1,2728,8/36009450,001 =0,098м

Принимаем трубу 100х2.8 ГОСТ 3262 - 75.

Диаметр трубы (отвода) к коллектору камеры, м:

dк= 1,27 Dг.в/3600вVв, (2.52)

Vв - скорость движения воды, принимаем 0,001 м/с.

dк=1,271,44/36009450,001=0,022м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 - 75.

Диаметр трубы к калориферу камеры, м

dк=1,27Рв/3600в Vв, (2.53)

где Рв - расход воды на сушку, м3/ч;

dк=1,27210-4/36009450,001 =0,00026м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 - 75

Диаметр увлажнительных труб для установки форсунок, м.

dувл = 1,27Рк.пр /3600рнVв, (2.54)

где Vв - скорость движения воды, принимаем 50 м/с.

dувл=1.27282,8/36001,1350 = 0,031м

Принимаем трубу 12,5х2.8 ГОСТ 3262 - 75

Делись добром ;)