Реконструкция установки для сушки древесины

Содержание

Введение

1. Основные сведения

2. Технологический расчет

3. Тепловой расчёт

4. Аэродинамический расчет

5. Описание технологического процесса

Список литературы



Введение

Сушка древесины относится к одному из важнейших процессов тех-нологии деревообработки, направленных на повышение качества и долговечности изделий из нее. Из-за применения недосушенной или некачественно просушенной древесины народное хозяйство несет большие убытки.

Основным средством увеличения объемов подвергаемых сушке пиломатериалов и улучшения качества сушки является строительство новых и реконструкция устаревших сушилок. Практически все установки в качестве источника тепла имеют паровой калорифер. Пар, подаваемый в теплообменники и используемый для начального прогрева древесины, а также для промежуточных и конечных влаготеплообработок, имеет одну природу: это сухой насыщенный пар различного давления с температурой до 155с.

Однако в настоящее время на большинстве предприятий лесного комплекса в основном используются водогрейные котлы низкого давления, укомплектованные топками, в которых сжигаются древесные отходы различного вида, и практически нет технологического пара для целей сушки. Сушка в таких предприятиях ведется только по мягким режимам, влаготеплооработка, как правило, не проводится.

В связи с этим вопросы рационального проектирования, выбора наиболее целесообразных способов сушки, разработки более совершенных технологических и конструктивных схем камер приобретают особую актуальность.



1. Основные сведения

Лесосушильная камера типа ИнтерУРАЛ была разработана в 1991г., учитывая преимущества созданной ранее камеры УРАЛ-72, а также прошла всесторонние испытания, как на стенде, так и в промышленных условиях.

Идея и универсальность установки заключалась в том, что, имея однотипный корпус, вентилятор и систему автоматики, она отличалась внутри данного класса установок только конструкцией источника тепла. Его конструктивные особенности, в свою очередь, отличались друг от друга применяемым видом теплоносителя. Дополнительно, с целью получения пиломатериала наивысшего качества в конструкции камеры были использованы все достижения уральских разработок по аэродинамике равномерной раздачи сушильного агента по штабелю пиломатериалов.

Для упрощения конструкции и технологии изготовления в камерах исключено реверсирование потока воздуха по штабелю.

При обозначении типов камер принята следующая система классификации:

цифры после дефиса-1, 2-количество штабелей в камере;

буквы - теплоноситель, тип источника тепла или характеристика корпуса камеры: п – паровая; в – водяная; э – электрическая с тэнами; и – индукционная; тг – с топочными газами; КГ – контейнерная газовая; МД – малогабаритная, деревянная; МЭ – малогабаритная, электрическая.

В камерах для побуждения движения воздуха стоит роторный цен-тробежный вентилятор, конструкции проф. Микита Э.А., унифицированный, с радиальными лопатками (для повышения надежности и долговечности его частота вращения n=250-270 об/мин).

Корпус сушильных камер конструкции «ИУ» состоит из металличе-ских панелей (типа «сэндвич») с теплоизоляцией из минераловатных материалов. Внутренняя обшивка камер выполнена из нержавеющей стали, наружная – из профильного оцинкованного стального листа. Монтаж корпуса камеры осуществляется непосредственно у заказчика, на месте эксплуатации.

Камеры отличаются друг от друга, как это отмечалось выше, только источником тепла: в паровых и водяных (ИУ – 1гв) – это компактные биметаллические калориферы.

Технологические показатели камеры ИУ – 1гв.

Габаритные размеры штабеля, м 6,6х1,8х2,6

Число штабелей, шт 1

Вместимость камеры 14,7

Годовая производительность, м3 1000

Побудитель циркуляции центробежный вентилятор№20

Производительность вентилятора, тыс.м3/ч 72,0

Установленная мощность электродвигателей, кВт 11,0

Скорость воздуха в штабеле, м/с 2,3

Тепловое оборудование БМК

Источник тепла горячая вода

Масса, т 7,8



2. Технологический расчет

2.1 Пересчёт объёма фактического материала в объём условного материала

Для учёта и сопоставления фактической производительности камер с плановой, а также для составления производственных программ лесосушильных цехов установлена учётная и плановая единица – кубический метр условного пиломатериала.

Условному материалу эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1000 мм, высушенные по II категории качества от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%.

Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф пересчитывается в объём материала У (м3 усл.) по формуле:

У=Ф >об.усл >>об.ф> / >об.усл>>об.ф>, (2.1)

где Ф – объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы (задаётся в спецификации), м3;

>об.усл> – коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом;

>об.ф> – продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток;

>об.усл> – продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток;

>об.ф> – коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом.



К>п>=>об.усл>/>об.усл>, (2.2)

где Кп – пересчётный коэффициент.

У=ФК>п>>об.ф>/>об.ф>,> >(2.3)

Определение продолжительности сушки в камере периодического действия.

Общая продолжительность сушки, включая прогрев и влагообработку, находится по формуле:

=>исх>.А>р>А>ц>А>в>А>к>А>д> + >заг>, (2.4)

где >исх.> – исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы и размеров низкотемпературным режимом от начальной влажности 60% до конечной влажности 12% в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчётная скорость сушильного агента по материалу 2 м/с), ч;

>заг> – время на загрузку и выгрузку штабелей из камеры, равную 0.1 суток или 2.4 часа;

А>р>; А>ц>; А>в>; А>к>; А>д> – коэффициенты, учитывающие категорию режима А>р>; интенсивность циркуляции А>ц>; начальную и конечную влажность А>в>; качество сушки А>к>; длину материала А>д>.



Таблица 2.1 - Определение продолжительности сушки пиломатериалов

Таблица 2.2 - Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала.

2.2 Определение производительности камер в условном материале

П>у>=335 К>п>> >Г, м3усл/год, (2.5)

где П>у> – годовая производительность в условном материале, м3усл/год;

К>п> – пересчётный коэффициент;

Г – габаритный объём штабелей, м3

Г=nlbh , м3, (2.6)

где n – число штабелей в камере,

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

Пу=3350.065(6.61.82.6)=672,6 м3усл/год.

2.3 Определение необходимого количества камер

Необходимое количество камер для выполнения заданной программы определяется по формуле:

П>кам>=У/П>у>, (2.7)

где У – общий объём условного материала, подсчитанный по формуле:

У=У>1>+У>2>+…+У>n> (2.8)

П>у> – годовая производительность одной камеры в условном материале, подсчитанная по формуле:

П>кам>=9429,77/672,6=14 шт.

Принимаем 20 камер типа ИУ 1гв.

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, m>1м>3, кг/м3

, (2.9)

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

W>н>, W>к> – начальная и конечная влажность древесины, %.

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

m>об.кам.> = m>1м>3Е=2528,3=2091,6 кг/об. (2.10)

Е= Гв>ф>=6,51,820,356=8,3 м3, (2.11)

где Е - емкость камеры, м3;

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

в>ф> – 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

М>р>=М>с> 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%.

М>р>=0,0051,3=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 t>1> и степень насыщения ц>1> агента сушки, входящего в штабель, назначают по средней ступени режимов, где t>1>= t>с> (t>с> – температура «сухого» термометра второй ступени режима) и ц>1>= ц.>.>

Влагосодержание d>1>, теплосодержание I>1>, плотность с>1> и приведенный удельный объем Vпр>1> определяют по Id-диаграмме.

t>1>=61 0С; >1>=0,62;

d>1>=99 г/кг;

V>пр1>=1,12 м3/кг;

I>1>=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:

V>c>=V>шт>F>ж.сеч.шт>=2,05,85=11,7 м3/с, (2.15)

где V>шт> – расчетная скорость циркуляции по штабелю, м/с;

F>ж.сеч.шт> – живое сечение штабеля, м2.

F>ж.сеч.шт>= n>1>l>шт>h>шт> (1-в>в>)=16,51,8(1-0,5)=5,85 м2, (2.16)

где n>1>- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, идущему в одном направлении;

l>шт >– длина штабеля, м;

h>шт >- высота штабеля, м;

в>в> – коэффициент заполнения штабеля по высоте, определяют из соотношения:

в>в>= (2.17)

где S- толщина расчетного пиломатериала, мм.

Масса циркулирующего агента сушки m>ц >на 1 кг. испаряемой влаги.



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

(2.18)

где V>1> – 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: t>2>, ц>2>, d>2>, I>2>, с>2>, V>2>.

При сушке воздухом влагосодержание, г/кг,

(2.19)

Параметры t>2>, ц>2> определяют после построения процесса сушки на Id-диаграмме.

При теоретическом построении процесса испарения влаги теплосодержание воздуха I>2 >на выходе из штабеля принимают равным теплосодержанию I>1> воздуха, входящего в штабель, т.е. I>2>=I>1>.

Приведенный удельный объем V>2 >и плотность с>2> выходящего из штабеля отработавшего агента сушки принимают равными объему V>1> и плотности с>1 >входящего в штабель агента сушки, т.е. V>2>=V>1>, с>2>= с>1>>.>



I>1> = I>2> = 320 кДж/кг;

V>2>=V>1>=1,12 м3/кг;

с>2>= с>1>=0,985 кг/м3 .

t>2> = 59 0C; >1>=0,7;

Уточнение объема и массы циркулирующего агента сушки:

m>ц> = 1000/(d>2> – d>1>) = 1000/(99,5 – 99) = 2000,0 кг/кг. исп.влаги; (2.20)

V>ц> = m>ц>M>р>V>пр1> = 1607,14х0,0065х1,12= 11,7 м3/с; (2.20)

G>ц> = m>ц>M>р> = 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:

m>o>= (2.22)

где d>o> – влагосодержание свежего приточного воздуха, поступающего в камеру, г/кг.

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

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

V>o>=M>p >> >m>o>> >V>o>>.пр>=0,0065 11,430,87=0,065 м3/с (2.23)

где V>o>>.пр> – приведенный удельный объем свежего воздуха. При температуре t>o>=20oC, V>o>=0,87 м3/кг.



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

V>отр.>=М>р>m>o>V>2>=0,006511,431,12=0,08 м3/с (2.24)

где V>2> – удельный объем отработавшего агента сушки, принимаемый равным V>1>>, >м3/кг.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала:

f>кан> = V>отр>/v>кан> = 0,08/2 = 0,04 м2 (2.25)

где v>кан> – скорость движения отработавшего агента сушки.

Площадь поперечного сечения приточного канала:

f>кан> = V>о>/v>кан> = 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 Q>нагр.1м>3.

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

Q>нагр.1м>3=с(С>(-)>(-t>оз>)+С>(+)>t>кам.>)+с>усл..> (2.27)

>нагр.1м>3=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];

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

W>н> – начальная влажность древесины, %;

W>г.ж >- влажность гигроскопически жидкой влаги [3], рис.1;

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

t>кам>- температура древесины при ее нагреве, оС; при сушке в среде влажного воздуха принимается на 5оС выше температуры t>с>> >по первой ступени режима;

t>оз>- начальная температура древесины, принимается по табл.11[5];

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

t>ср.(-)>= (2.28)

тогда C>(-)>=2,1 кДж/кгоС,



t>ср.(+)>= (2.29)

тогда C>(+)>=2,8 кДж/кгоС,

Для среднегодовых условий, когда t>с.г.>>0 оС, расход тепла Q>нагр.1м>3 определяется по формуле:

Q>нагр.1м>3=сС>(+)>(t>кам.>-t>с.г.>)=6502,8 (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:

t>ср>=, (2.31)

тогда C>(+)>=2,8кДж/кгоС.

Расход тепла на нагревание древесины Q>нагр>> >в секунду.

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

Q>нагр.>=, (2.32)

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



Для зимних:

Q>нагр>=,

Для среднегодовых:

Q>нагр>=.

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

Для зимних условий:

q>нагр> = (2.33)

Для среднегодовых:

q>нагр> =

Расход тепла на испарение влаги.

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

q>исп>=1000, (2.34)



гдеI>2> – теплосодержание отработавшего агента сушки, выходящего из штабеля, кДж/кг, I>2>=I>1>;

I>о> – теплосодержание свежего воздуха при t=20oC;

С>в> – удельная теплоемкость воды, С>в>=4,19 кДж/кг;

t>м> – температура нагретой влаги в древесине, принимают равной температуре t>м >первой ступени режима.

Общий расход тепла на испарение влаги Q>исп >в секунду, кВт

Q>исп.>=q>исп>М>р>=2892,60,0065=18,8 кВт (2.35)

2.2.8 Расчет теплопотерь через ограждения камеры

Потери тепла в секунду через ограждения камеры Q>огр.> определяют по выражению:

Q>огр>=F>огр >k (t>1>-t>нар>), (2.36)

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

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

t>нар> – температура вне сушильных камер.

Сушильные камеры будут находится в отапливаемом помещении, то t>нар>=15оС.

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

k= (2.37)

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

в>1>, в>2>,…. в>n>> >– толщина слоев ограждения, м;

л>1>, л>2> …. л>n> - коэффициенты теплопроводности материалов, составляющие слои ограждений, Вт/м2град., (табл.12 [5]);

л>н> – коэффициент теплопроводности для наружной поверхности ограждений, Вт/м2град., выходящих в отапливаемые помещения, л>н>=9Вт/м2град.

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

k>пол>=0,5k>нар.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), к>огр> должен удовлетворять условию:

к>огр>  0.6 Вт/(м2хград).

Таблица 2.5 - Расчет площади поверхности ограждений сушильной камеры

Ограждения

Формула

Площадь, м2

Боковая наружняя стена

Fбок.ст=LH

8,32,2 = 18,26

Торцовая задняя стена

Fт.ст = BH

2,22,8 = 6,16

Торцовая передняя стена (без площади дверей)

Fт.ст = BH – Fдв

2,22,8 – 4,4 = 1,76

Потолок

Fпот = LB

8,32,8 = 23,24

Пол

Fпол=L+ 2(B-1)

8,3+ 2(2,8 – 1) = 11,9

Дверь

Fдв = bh

2,22,0= 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:

g>огр>= ∑Q>огр>/М>с>=3,22/0,004=805,0 кДж/кг.исп.влаги (2.39)

Суммарный удельный расход тепла на сушку древесины.

Подсчитывают для среднегодовых условий:

g>суш.>=(g>нагр.+>g>исп.>+g>огр.>)с>1,> (2.40)

где с>1> – 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., с>1>=1.3.

g>суш> =(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:

Q>к>=(Q>исп> + Q>огр>)с>2>, (2.41)

где Q>исп> – расход тепла на испарение влаги, кВт;

Q>огр> – теплопотери через ограждения камеры в зимних условиях, кВт;

с>2> – коэффициент запаса на неучтенный расход, на возможное ухудшение теплоотдачи калорифера в процессе эксплуатации по причине, например, загрязнения, с>2>=1.1 – 1.3

Q>к>=(18,8 + 3,22)х1,2=26,4кВт

Расчет поверхности нагрева калорифера.

F>к>=1000 Q>к >с>3>/кк(t>т> – t>с>) = 100026,41,2/21,35(84-61)=64,5 м2 , (2.42)

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

t>т> – температура теплоносителя, (84 0С);

t>с >– температура нагреваемой среды в камере, (610С);

с>3 >– коэффициент запаса (с>3> = 1.2).

Живое сечение калорифера:

F>ж.сеч.кал. >= f>ж.сеч.кал> n>к> = 2,5х1 = 2,5 м2, (2.43)

где f>ж.сеч.кал> – живое сечение для прохода агента сушки одного калорифера, м2

n>к> – количество калориферов в одном ряду, перпендикулярном потоку агента сушки.

Скорость агента сушки через калорифер:

v>к >= V>ц>/ F>ж.сеч.кал>> >=11,7 /2,5 = 4,68 м/с. (2.44)

Коэффициент теплопередачи калорифера:

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

Количество калориферов из биметаллических труб на одну сушильную камеру:

n>k>= F>k>/>k>, (2.46)

где >k> – площадь нагрева одного биметаллического водяного калорифера данной марки.

n>k>=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

D>г.в> = Q>k> /c>в> >в> t = 26,4/4,1994515 = 0, 0004 м3/сек или 1,44 м3/час, (2.47)

где Q>k> – тепловая мощность калорифера, кВт;

с>в >– теплоемкость воды,

>в> – плотность воды, кг/м3;

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

Скорость воды:

V>в> = D>г.в >/ f>ж.сеч> = 0,0004 / 0,0022 =0,18 м/с (2.48)

где f>ж.сеч> – площадь трубы калорифера.

Годовая потребность в горячей воде:

D>г> = 33524nD>г.в> = 3352451,44 = 5,78104 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:

d>маг>= 1,27Р>цех>/3600>в>V>в>, (2.50)

где >в> – плотность воды, кг/м3;

Р>цех> – расход воды на сушильный цех, м3/час;

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

Р>цех> =nкамD>г.в >, (2.51)

Р>цех> = 201,44=28,8 м3/час;

d>маг>= 1,2728,8/36009450,001 =0,098м

Принимаем трубу 100х2.8 ГОСТ 3262 – 75.

Диаметр трубы (отвода) к коллектору камеры, м:

d>к>= 1,27 D>г.в>/3600>в>V>в>, (2.52)

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

d>к>=1,271,44/36009450,001=0,022м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75.

Диаметр трубы к калориферу камеры, м

d>к>=1,27Р>в>/3600>в> V>в>, (2.53)

где Р>в> – расход воды на сушку, м3/ч;

d>к>=1,27210-4/36009450,001 =0,00026м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75

Диаметр увлажнительных труб для установки форсунок, м.

d>увл> = 1,27Р>к.пр >/3600р>н>Vв, (2.54)

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

d>увл>=1.27282,8/36001,1350 = 0,031м

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



4. Аэродинамический расчет

4.1 Общая часть

Основными задачами аэродинамического расчета установок для сушки пиломатериалов являются: выбор типа, размеров и количества вентиляторов требуемой производительности, определение числа оборотов вентиляторов и необходимой мощности двигателей для их привода, а также количества потребляемой электроэнергии.

Выбор вентиляторов и их параметров производится по индивидуальным или обобщенным аэродинамическим характеристикам в соответствии с требуемой производительностью и напором, составленным для т.н. стандартного воздуха (t = 20о С, ц = 0,50 и Р>б>> >= 760 мм. рт. ст., с = 1,2 кг/м3).

Полный напор Н>в>, развиваемый вентилятором, в общем случае должен быть равен сумме статического и динамического напоров:

Н >в>= Н>ст >+ Н>д >(4.1)

Статический напор Н>ст> равен сумме сопротивлений всех последовательных участков ∆h>i> на пути движения агента сушки в камере:

n

Н>ст>=∑∆h>i>, или (4.2)

i

n с>i> щ>i>2 е>i> lu

Н>ст>=∑ ________ ( _______ + ж>i>), Па (4.3)

i 2 f

где на данном i-ом участке

с>i> – плотность агента сушки, кг/м3;

щ>i>> >– скорость агента сушки, м/с;

е>i> – коэффициент трения о стенки газохода;

l – длина прямого газохода, м;

u- периметр поперечного сечения прямого газохода, м;

f – площадь «живого» сечения газохода, м2;

ж>i> – коэффициент местного сопротивления.

Для расчета Н>ст> необходимо составить схему контура циркуляции агента сушки в камере, разбив его на характерные расчетные участки местных сопротивлений. Скорость движения воздуха на каждом участке определяется по общей формуле:

где f>ж.с> - поперечное сечение канала, свободное для прохода агента сушки, м2;

V>с> – объем циркулирующего агента сушки, м3/с.


Рис 4.1 Схема циркуляции агента сушки по камере ИУ 1гв

Таблица 4.1 Участки циркуляции воздуха в камере

Номер участка

Наименование участка

1

Вентилятор

2, 4, 8, 10, 11

Поворот под углом 900

3, 9

Прямой канал

5

Вход в штабель (внезапное сужение)

6

Штабель

7

Выход из штабеля (внезапное расширение)

12

Калорифер



4.2 Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку.

Для определения сопротивления каждого участка Дh>i> необходимо знать скорость агента сушки щ>i> на каждом участке. Поскольку объем циркулирующего агента сушки V>с>, определенный в тепловом расчете, известен, то следует вначале определить «живые» сечения на каждом участке с тем, чтобы рассчитать далее скорость щ>i>.

Участок 1. Вентиляторная перегородка:

f>1>=((рD>в>2)/4)n>в>, м2,> >(4.5)> >

где D>в> – диаметр вентилятора, м; принимается предварительно, либо по установленному в камерах;

n>в> – число вентиляторов, работающих на рассчитываемый объем агента сушки. В нашем случае n>в>= 1.

f>1>=((3,141,92)/4) 1=2,83 м2

Участки 2,4,8,10,11. Поворот под углом 90о:

f>2>= f>4>=f>8>=f>10>=f>11>=0,5Н=0,53=1,5м2

где Н – высота камеры, м.

Участок 3,9. Прямые газоходы:

Сопротивление на этих участках можно не считать, т.к. из-за их незначительной длины, сопротивление потоку ничтожно мало.

Участок 5. Внезапное сужение потока агента сушки (вход в штабель):

F>ж.сеч.шт>=L>шт>H(1-в>выс>), м2, (4.6)

где L>шт> – длина штабеля, м;

Н – высота штабеля, м;

в>выс> – коэффициент заполнения штабеля по высоте, при толщине пиломатериала 25 мм и прокладок 25 мм он равен 0,5.

F>ж.сеч.шт>=6,6∙2,6(1-0,5)=8,58 м2

f>5> =F>ж.сеч.шт>=8,58м2

Участок 6. Штабель:

f>6>= F>ж.сеч.шт>=8,58м2

Участок 7. Внезапное расширение потока агента сушки (выход из штабеля):

f>7>=Fж>.сеч.шт>= 8,58м

Участок 12. Калорифер из биметаллических труб.

f>12>= F>ж.сеч.кал> =2,5 м2

4.4 Выбор вентилятора

Серийные вентиляторы подбираются по аэродинамическим характеристикам: индивидуальным, групповым и безразмерным. В нашем случае циркуляция агента сушки осуществляется низкочастотными центробежными вентиляторами с радиальными лопатками специального изготовления конструкции проф. Микита Э.А., ЛатНИИЛХП. Эти вентиляторы хорошо зарекомендовали себя при горизонтально поперечной циркуляции сушильного агента в камерах типа ИУ.

Выбираем вентилятор Ц9-57 №8 с диаметром вентилятора 2000 мм, числом оборотов n>в>=900 об/мин, КПД=0,75.

4.5 Определение мощности и выбор электродвигателя

Мощность, потребляемая вентилятором, подсчитывается в зависимости от давления Н>в>, Па и производительности V>в>, м3/с

где з>в> – КПД вентилятора по аэродинамической характеристике;

з>п> – КПД передачи, равный 0,95 при клиноременной передаче.

V>в>= V>с>/n=19,734/1=19,734 м3/с

489 ∙19,734

Установленная мощность электродвигателя:

N>уст>=kN>в>=1,113,5=14,9кВт (4.8)

где k – коэффициент запаса мощности, k=1,1

Выбираем электродвигатель 4А160М6У3, мощностью 15 кВт, с числом оборотов – 1000 мин-1.

4.6 Расчет приточно-вытяжных каналов

Площадь поперечного сечения приточного канала:

f>пр.к.>=V>0>/ щ>к>, м2, (4.9)

где V>0> – объем свежего воздуха, м3/с;

щ>к> – скорость агента сушки, равная 2 м/с.

f>пр.к>=0,089/2=0,0445 м2

Площадь поперечного сечения вытяжного канала:

f>выт.к.>=V>отр>/ щ>к>, м2,

где V>отр> – объем отработавшего воздуха.

f>выт.к>=0,113/2=0,0565 м2.



5. Описание технологического процесса

Технологический процесс сушки пиломатериалов в камерах периодического действия включает следующие этапы (операции):

  1. Подготовка камеры к работе.

  2. Формирование сушильного штабеля пиломатериалов.

  3. Загрузка камеры (закатка штабеля или штабелей).

  4. Прогрев камеры и проведение собственно сушки по заданному режиму.

  5. Проведение влаготеплообработок.

  6. Кондиционирование пиломатериалов (при необходимости).

  7. Охлаждение материала и выкатка штабеля.

5.1 Подготовка камеры к работе

Подготовка камеры заключается в очистке ее от мусора и проверке исправного состояния оборудования.

Проверяют шибера воздухообменных каналов, они должны полностью перекрывать каналы. Дверь камеры должна обеспечивать герметичность. Проверяют работоспособность исполнительных механизмов, так же осмотру подлежит психрометр и вентиляторы.

Периодически проверяется состояние вентиляторного узла, приборов дистанционного контроля и автоматического регулирования температур и влажности.

5.2 Формирование сушильного штабеля пиломатериалов

Формирование сушильного штабеля осуществляется при помощи лифта подъёмника.

При формировании сушильного штабеля необходимо выполнить следующие основные требования:

- штабель должен быть полногабаритным, т. е. заданных размеров по длине, ширине и высоте (по высоте штабель должен быть максимально полногабаритным, во избежание паразитных потоков воздуха, протекающих мимо штабеля);

- необрезные доски укладываются в ряду комлями в разные стороны, попеременно наружными и внутренними пластями;

  • широкие доски - по краям штабеля, узкие в середину;

  • торцы штабеля должны быть выровнены;

- штабель формируется из пиломатериалов одной толщины и одной породы;

- доски низших сортов укладывать на верхние ряды штабеля;

- межрядовые прокладки – калиброванные, размером 25х40мм в ширину штабеля, из здоровой древесины хвойных пород, влажностью ≤ 18 %;

  • расстояние между прокладками в ряду по длине штабеля (шаг) для мягких хвойных пород рекомендуется равным 20 кратной толщин доски (Ш = 20 Т);

- крайние прокладки – заподлицо с торцами штабеля;

Для загрузки штабеля в камеру используются подштабельные рельсовые тележки.

5.3 Загрузка камер

С участка формирования штабеля штабель транспортируется к камерам при помощи траверсной тележки: с лифта штабель перекатывается по рельсам на траверсную тележку, траверсная тележка перемещается до камеры которую предстоит загрузить и перекатывается с траверсной тележки по рельсам в камеру.

5.4 Прогрев камеры и проведение сушки

После подготовки камеры к работе и устранения выявленных неисправностей постепенно прогревают камеру, включают вентиляторы.

Первая технологическая операция после загрузки камеры – начальная влаготеплообработка (прогрев) древесины. Для создания необходимой температурно-влажностной среды в камеру подают теплоноситель, по необходимости открывают вентиль увлажнительной трубы. Воздухообменные каналы камеры в это время закрыты. Продолжительность прогрева хвойных п/м в пределах 1,5 – 2,0 часа на каждый см толщины доски.

5.5 Режимные параметры сушки

После прогрева задаются режимные параметры сушки путем снижения температуры по сухому и увеличению разницы между сухим и смоченным термометрам. Для этого нужно перекрыть вентили подачи на увлажнительную трубу и приоткрыть заслонки воздухообменных каналов, чтобы выбросить из камеры часть влажного воздуха и подать в камеру свежий воздух. Эту операцию продолжать до установления нужных значений (показателей) сухого и смоченного термометров согласно режиму сушки.

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и сечения пиломатериала согласно ГОСТ 19773-84.

Для снятия напряжений в древесине, возникающих в процессе сушки может проводиться промежуточная и конечная влаготеплообработки. При этом температуру среды в камере держат ≈ на 80 С выше режимной. Степень насыщенности воздуха паром должна быть не ниже 95%.

Окончание сушки. После влаготеплообработки пиломатериалы выдерживают в течение 2 – 3 часов при параметрах последней ступени режима для подсушки поверхностного слоев.

Затем прекращается подача воды в калориферы, отключается вентилятор и п/м охлаждают до 30 0С, при этом открыты приточно-вытяжные каналы, а затем приоткрывают и двери камеры. Время охлаждения в пределах 1 часа на каждый см толщины материала.

Из камеры неохлажденный штабель пиломатериалов выкатывать запрещается!

Высушенный пиломатериал должен храниться только в отапливаемом помещении. Для этого в цехе предусмотрен участок складирования сухих пиломатериалов.

Высушенный пиломатериал выкатывается на рельсовые пути из камеры при помощи лебедки на траверсной тележке и трособлочной системы, затем пакеты пиломатериалов при помощи траверсной тележки транспортируются на участок складирования сухих пиломатериалов.

Для хранения на длительный срок пиломатериал перекладывают в плотные пакеты и торцы прикрывают. Эту операцию можно производить при помощи лифта.

Транспортировка пакетов сухих пиломатериалов на дальнейшую обработку производится при помощи траверсной тележки.



Список литературы

1 Лесосушильные камеры: Метод. указания/ Е.В. Воронцов, В.В. Сергеев, Ю.И. Тракало. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГЛТУ, 2004. – 32 с.

2 Технологический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действия для пиломатериалов с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало, Ю.М. Ошурков. – Екатеринбург: РИО УГЛТА, 2001. – 48.

3 Тепловой расчет лесосушильных камер периодического и непрерывного действия с использованием ПЭВМ: Метод. указания/ В.Г. Кротов, Ю.И. Тракало. – Екатеринбург: РИО УГЛТА, 1996. – 48.

4 Гидротермическая обработка древесины. Аэродинамический расчет сушильных камер периодического и непрерывного действия/ В.Г. Кротов, Ю.М. Ошурков. – Свердловск: РИО УЛТИ, 1991. – 32 с.

5 Шубин Г.С., Меркушев И.М. Проектирование лесосушильных камер. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию по специальности 260200 «Технология деревообработки». – М.: МГУЛ. 2002. – 100 с.

6 Кречетов И.В. Сушка древесины. Изд-е 4-е перераб. и дополн. – М.: 1977 – 496 с.