Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 53
Министерство образования Кыргызской Республики. Бишкекский архитектурно-строительный техникум.
Специальность:
"Технология деревообработки"
По предмету:
"Сушка и защита древесины"
Тема:
Расчет работы сушильной камеры периодического
действия типа УЛ – 2
Выполнил: Крысанов А.Н. гр. 614 Проверил: Сидорина А.А. Бишкек 2008г. Место строительства сушильной камеры – город Алматы Назначение высушиваемого пиломатериала - мебель Теплоноситель пар: давлением 0,45 МПа
Спецификация и количество высушиваемых пиломатериалов в год Порода
Размеры мм.
Вид материала
Влажность
Кол-во материала в год
Д
Ш
Т
W
н.%
W
к.%
Сосна
6500 160 40 Обрезная 50 8 1500 Кедр
6500 280 50 Обрезной 70 8 1700 Кедр
6500 180 32 Обрезной 60 8 1200 Орех
6500 200 40 Обрезной 50 8 1000 Дуб
6500 160 32 Обрезной 60 8 1100 I. Технологический расчет
В камерах периодического действия при низкотемпературном процессе общая продолжительность сушки, включая начальный прогрев и ВТО, находиться по формуле: τ = τисх
.
·Ар
·Ац
·Аw
·Ак
·Ад
τисх –
исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы, толщины, ширины (Таблица 1) Таблица 1. Исходная продолжительность сушки
τисх
пиломатериалов, ч, при низкотемпературном процессе.
Толщина пиломатериалов
S1
, мм
Ширина пиломатериалов
S2
, мм
40
…50
60…70
80…100
110…130
140…180
более 180
Сосна, ель, пихта, кедр
32
59 63 68 72 73 73 40
71 79 84 86 88 88 50
- 93 99 100 104 105 Дуб, орех, граб
32
146 173 193 206 214 221 40
183 234 269 293 307 321 Ар
– коэффициент, учитывающий жесткость применяемого режима сушки: для мягких режимов Ар = 1.70, нормальных - 1.0, форсированных – 0.8. Ац
– коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Определяется по таблице 2 Таблица 2.Значение коэффициента Ац для камер с реверсивной циркуляцией
τисх
*
Ар
Скорость циркуляции
w
мат.
м/с
0.2
0.5
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
20
3.14 1.80 0.78 0.63 0.54 0.49 0.46 40
2.4 1.65 0.81 0.67 0.59 0.54 0.52 60
2.03 1.58 0.84 0.71 0.64 0.60 0.58 80
1.76 1.42 0.85 0.76 0.72 0.68 0.67 100
1.56 1.32 0.88 0.81 0.79 0.78 0.77 140
1.31 1.15 0.92 0.91 0.90 0.89 0.88 180
1.15 1.10 0.96 0.95 0.94 0.93 0.92 220
1.08 1.05 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 Ак
–
коэффициент, учитывающий категорию качества сушки пиломатериалов: I категория – 1,2 ; II категория – 1,15 ; III категория – 1,05 Ад
– коэффициент, учитывающий длину пиломатериала: для досок =1 А
w
- коэффициент, учитывающий начальную Wн.
и конечную Wк.
влажность древесины. Определяется по таблице 3. Таблица 3. Значение коэффициента
А
w
Начальная влажность
W
н.%
Конечная влажность
W
к.%
12
10
8
70
1.10 1.21 1.35 60
1.00 1.11 1.25 50
0.89 1.00 1.14 τсуш/час
-
продолжительность сушки фактического пиломатериала в часах. τсуш/сут. -
продолжительность сушки фактического пиломатериала в сутках. τоб.усл.год -
продолжительность сушки условного пиломатериала. τсуш/час
=
τисх.
·Ар
·Ак
·Ац
·Аw
·Ад
24
τоб.усл.год =
τсуш/сут + 0,1
0,1 - время на загрузку и выгрузку штабеля I.1 Расчет продолжительности сушки
Порода
Размеры
W
Н
%
W
К
%
Коэффициенты
τ
суш/
час
τсуш
/сут
τ
об.ус
.
/год
Т
Ш
Д
τ
исх.
Ар
Ак
Ац
А
w
Ад
Сосна
40 160 6500 50 8 88 1 1.15 0.74 1.14 1 85.4 3.5 3.6 Кедр
50 280 6500 70 8 105 1 1.15 0.81 1.35 1 132 5.5 5.6 Кедр
32 180 6500 60 8 73 1 1.15 0.68 1.25 1 71.4 2.9 3 Орех
40 200 6500 50 8 321 1 1.15 0.97 1.14 1 408 17 17.1 Дуб
32 160 6500 60 8 214 1 1.15 0.96 1.25 1 295 12.3 12.4 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
τсуш/час
(сосна)
= 88·1·1,15 · 0,74 · 1,14 · 1 = 85,4ч. 24
τоб.усл.год
(сосна)
= 3,5+0,1=3,6сут.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
τсуш/час
(кедра)
= 105·1·1,15·0,81·1,35·1 = 132ч. 24
τоб.усл.год
(кедра)
= 5,5+0,1=5,6сут
-----------------------------------------------------------------------------------------------
τсуш/час
(кедра)
= 73·1·1,15·0,68·1,25·1 = 71,4ч 24
τоб.усл.год
(кедра)
= 2,9+0,1=3сут.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
τсуш/час
(ореха)
= 321·1·1,15·0,97·1,14·1 = 408ч. 24
τоб.усл.год
(ореха)
= 17+0,1=17,1сут.
-----------------------------------------------------------------------------------------------
τсуш/час
(дуба)
= 214·1·1,15·0,96·1,25·1 = 295ч. τсуш/сут
(дуба)
=
214·1·1,15·0,96·1,25·1 / 24 = 12,3сут τоб.усл.год
(дуба)
= 12,3+0,1=12,4сут.
-------------------------------------------------------------------------------------------- Сводка пересчета в условный материал
Вид материала
Порода
Толщина
Заданное кол-во материала в год Ф(м3
/год)
Продолжит.
оборота камеры сут.
τоб.
Ф
Объемный
коэфф. заполнения
штабеля
βоб.
Ф
Объем в условном мат-ле У(м3
/год)
1
2
3
4
5
6
7
Обрезная Сосна 40 1500 3,6 0,438 1500 Обрезной Кедр 50 1700 5,6 0,474 2500 Обрезной Кедр 32 1200 3 0,399 1114 Обрезной Орех 40 1000 17,1 0,438 4687 Обрезной Дуб 32 1100 11,9 0,399 4086 Итого м3
/год 6500 13887 3,6 0,438 - условный материал τ
об. ф
· β
об.ус
Т.к продолжительность сушки условного материала 3,5 суток, то за условный материал выберем сосну толщиной 40мм с τ
об
. ус
= 3,6 и β
об.ус
= 0,438 Ф
– фактическое количество подлежащего сушке материала данного размера и породы м3
/год (или фактически высушенное за какой-то период) τ
об.
ф
–
продолжительность (в сутках) оборота камеры для фактического материала. τ
об.
ус. -
продолжительность (в сутках) оборота камеры для условного материала. βоб.ус ;
βоб.ф –
объемные коэффициенты заполнения штабелей соответственно для условного и фактического материалов. Определяются по таблице 4. У
кедра
=
1700 1700 3,6 · 0,474 1,7 3 · 0,438 У
кедра
=
1700 1200 3,6 · 0,399 = 1200 1,4 У
дуба
=
1700 = 4243 м3
/год 5,4 1100 12,4 · 0,438 = 1100 1,4 3,6 · 0,399
∑У = Усосны
+ Укедра
+ Укедра
+ Уореха
+ Удуба
∑У =
1500+2500+1114+4687+4243=14044м3
/год Таблица 4.Нормативные значения объемного коэффициента заполнения штабеля
Номинальная толщина пиломатериалов
S
1, мм
Способ укладки
без шпаций
обрезные
необрезные
Толщина прокладок
S
пр, мм
22
25
32
22
25
32
0,422 0,399 0,356 0,281 0,266 40
0,459 0,438 0,395 0,306 0,292 50
0,494 0,474 0,434 0,329 0,316 Габаритный объем штабелей (м3
), находят по формуле:
Г =
L
шт.
·
B
шт.
·
H
шт.
·
m
шт.
, м3
Г – габаритный объем
L
шт.
– длина штабеля – 6,5м
B
шт.
– ширина штабеля – 1,8м
H
шт.
– высота штабеля – 2,6м
m
шт.
– число штабелей в камере – УЛ-2 – 2камеры
Г= 6,5
·
1,8 · 2,6 · 2 = 60,8м3
При проектировании сушильных камер для определения годовой производительности камеры можно использовать для всех типов камер универсальную формулу: τ
об.усл.год
У
1кам.
= Г
·
βоб.ус
Г – габаритный объем. βоб.ус
– коэффициент объемного заполнения штабеля. 335
–
установленное расчетное число дней работы сушильных камер в год. τ
об.
ус.год -
продолжительность (в сутках) оборота камеры для условного материала в год. =
2478 м3
/год
= 60,8 · 0,438
У
1кам.
3,6
Потребное количество камер определяется по формуле:
∑У
У1кам.
∑
У
–
годовое количество всех пиломатериалов подлежащих сушке м3
/ год У1
– производительность одной камеры м3
/ год условного материала. 2478 II. Тепловой расчет
II.1. Выбор расчетного материала и режима сушки для него, продолжительность собственно сушки расчетного материала
Наиболее быстросохнущим материалом в заданной спецификации. Кедр размером 32X180Х6500 обрезной – продолжительность сушки 3сут. В дальнейшем весь тепловой расчет ведется по быстросохнущему материалу Выбираем режим сушки для быстросохнущего материала Для сушки используют нормальный режим №4
Параметры режима:
Средняя влажность древесины %
Параметры режима (t, Δt,ºС, φ )
t Δt φ Iступень
> 35%
75 5 0.80 IIступень 35-25
80
10
0.64
IIIступень
< 25
100 30 0.29 Продолжительность собственно сушки расчетного материала определяется по формуле:
τ
соб.
суш
. = 0,8 ·
τсуш
τсоб.
суш.
=
0,8 · 3=2,4суток 2,4 · 24 = 57,6 часов В дальнейшем все расчеты ведутся исходя из значения τ
соб. суш
.
и по параметрам II ступени режима сушки. II.2. Определение количества испаряемой влаги
60 - 8 [кг/м3
] W
н.
–
W
к.
100 100
[кг/м3
] ρкедра
=
360 кг/м3
[кг/об. кам.] М1об. кам
.
=
Е·М1м
3
Е
– емкость камеры. Е = Г · βоб.ус = (2,6·1,8·6,5·2) · 0,399 = 24,28м3
[кг/об. кам.] М1об. кам
= 24,28 · 187,2 = 4545 М1об. кам
τ
соб.
суш.
4545 57,6 Расчетное количество испаряемой влаги в час Мрасчет..
=
Мср. час.
· Х кг/час
Х –
коэффициент учитывающий равномерность просыхания материала по всему объему При W материала = 12% Х = 1,2 При W материала = 8...10% Х = 1,3 Мрасчет.
= 79·1,3 = 102,1 кг/час II.3. Определение часового количества циркуляции воздуха в камере
Расчетно-режимные параметры воздуха определяют по 2-й ступени режима по Id диаграмме. По Id диаграмме находим: I, d, ρ, V t = 80ºС I
= 191 ккал/кг φ = 0,64 d = 275 г/кг ρ = 0,87 кг/м3
V =
1,47 м3
/кг Циркуляция воздуха в камере реверсивного действия. Для расчета скорости циркуляции сушильного агента по материалу принимается: wмат.
= 3...4 м/с Рассчитываем площадь живого сечения штабелей плоскости перпендикулярной движению воздуха
:
Fжив. сеч.шт.
= h · l · n (1-βвыс.
) м2
где βвыс
.
- коэффициент укладки штабеля по высоте S 2,5 + 1,08 · S S – толщина расчктного материала в мм. 32 32 59,56 2,5 + 1,08 · 32 Fжив. сеч.шт.
= 33,8·(1-0,54) = 33,8 · 0,46 = 15,5м2
Расчет объема циркулирующего воздуха внутри камеры, производится по формуле:
V
ц.
=
F
жив. сеч.шт
·
w
шт.
· 3600м3
/ч.
Vц.
= 15,5 · 3 · 3600 = 167400м3
/ч. Масса циркуляции воздуха рассчитывается по формуле: G
ц.
=
V
ц.
· ρ = кг/ч
Gц.
= 167400 · 0,87 = 145,638 кг/ч. Количество влаги испаряемой 1кг. циркуляции воздуха в камере при проходе через штабель: Мрасчет.
* 1000
Gц.
102,7 ·1000 145,638 Определяем температурный период воздуха, при переходе его через штабель: Δd 0,4 + 0,00074 ·d1
1 1 0,6035 0,4 + 0,00074 · 275 Зная значения t1
, d1
и d2
находим значения φ2
по Id
диаграмме: t2
= t1
- Δt t2
= 80 – 1,65 = 78,35ºC φ =
0,7
II.4. Расчет часового количества отработанного и свежего воздуха
Объем отработанного воздуха определяем по формуле: Vотр.
= g0
· Мрасчет.
· V2
; V2
= V1
;
Расчет количества воздуха для удаления влаги из древесины рассчитываем по формуле: 1000
1000
277 - 12
d2
-d0
d0
– влагосодержание, принимается равным 12 г/кг. Vотр.
= 3,77 · 102,7 · 1,47 = 569 [ кг/м3
] Объем свежего воздуха, подаваемого вентилятором в камеру рассчитываем по формуле: Vсв.в.
= g0
· Мрасчет.
· V0
;
[ кг/м3
] V0
– объем свежего воздуха м3
/кг для приточного воздуха t = 20ºC, принимаем V0
= 0,87 Vсв.в.
= 3,77 · 102,7 · 0,87 = 337 ; [ кг/м3
] II.5. Определение расхода тепла на сушку древесины.
Расход тепла определяют в 2-х
вариантах: а) Для зимних условий по формуле: 100
tкам.
- температура воздуха внутри камеры по II ступени режима t0 зим.
- принимается по климатологической таблице.
Для города Алматы
t0 зим.
=
- 24ºC t0 ср.год. = + 7,3ºC
100 = 360 · [ 55,12 + 77,4 ] = 360 · 132,56 = 47707 ккал/м3
б) Расход тепла на сушку древесины для среднегодовых условий ведем по формуле: 100 = 360 · ( 0,38 + 0,6 ) · ( 80 - 7,3 ) = 360 · 71,246 = 25648 ккал/м3
Определяем расход тепла на нагрев 1 кг испаряемой влаги в 2-х
вариантах:
47707 ккал/м3
Qнагрев.зим.
187,2 кг/м3
М1 м3
б) Среднегодовой Qнагрев.ср.год.
25648 ккал/м3
187,2 кг/м3
М1 м3
II.6. Расчет теплопотерь через ограждение камеры:
Алюминий Строительное железо Стекловата
1 120
мм
пенобетон
Пенобетон
8 мм строительное
железо
Гофрированный алюминий
Расчет теплопотерь через ограждения камеры производится по формуле в 2-х
вариантах: а) Для зимних условий: Q
огр. зим.
=
F
·
k
(
t
кам.
- (-
t
зим.
) ) [ккал/кг] ;
б) Для среднегодовых условий: Q
огр. ср.год.
=
F
·
k
(
t
кам.
- (-
t
0ср.год
) ) [ккал/кг] ;
F -
площадь ограждения камеры k - коэффициент теплопередачи tкам.
- температура внутри камеры Для многослойных ограждений камеры рассчитывается по формуле:
£в.
-
коэффициент теплопередачи от окружающей среды к внутренней поверхности ограждения. £в.
= 22...25ккал/м2
· ч · ºC £н.
-
коэффициент теплопередачи от наружной поверхности ограждения сушильной камеры к окружающей среде. G
1
,
G
2
,
G
3
,
Gn
-
это толщина отдельных слоев ограждения в м. λ1
, λ2
, λ3
, λ
n
-
это коэффициент теплопроводности материала, принимается согласно справочных данных (Справочник по сушке древесины Е.С. Богданов ) Материал λ ккал/м2
· ч · ºC Железобетон
Пенобетон
Кирпич
Рубероид
Минеральная вата
Алюминий
Сталь строительная
Асбестоцементные плиты
1,4
0,34
0,7
0,15
0,06
240
58
0,13
Засыпка
Песок
0,5
Шлак топливный
0,25
1 + + + + + 1
0,1
0,014
0,018
0,05
1
22 0,13 240 58 0,06 10 1 kстены
= + + 1
0,120
0,014
0,018
0,05
1
22 0,13 240 58 0,06 10 + + + 1 kдвери
= + + 1
0,012
0,020
0,01
1
22 240 50 0,06 10 + + kпола
- принимается 0,5 стены kпола
= 0,5 · 0,6 = 0,3 ккал/м2
· ч · ºC Расчет теплопотерь ведется по таблице для зимних и для среднегодовых условий:
Ограждения
F
м2
Коэфф. теплопередачи
k · ккал/м2
·ч·ºC
t0
t1
-t0
Qогр.
=
F
·
k
(
t
кам.
-
t
)
Зим. расчет
Среднегод.
расчет
Зим.
условия
Среднегод.
условия
Зим.
условия
Среднегод.
условия
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Бок наруж. 14,42 х 4,9
70,65 0,6 -24 +7,3 104 72,7 4408 3082 Торцевая
4,9 х 4,52
22,148 0,6 -24 +7,3 104 72,7 1382 966 Перед. торц. за вычет двери.
16,5 0,6 -24 +7,3 104 72,7 1030 720 Двери 2 х 2,8
5,6 0,8 -24 +7,3 104 72,7 466 326 Потолок
4,1 х 14,42
59,1 0,6 -24 +7,3 104 72,7 3688 2578 Пол
(14,42х 4,1)х2
37,04 0,3 -24 +7,3 104 72,7 116 808 Итого Q огр. ккал/ч
12133 8480 С учетом 10% по ОСТ
13346 9328 С учетом коэффициента запаса С=2
26693 18656 Qогр.ср.год
Qогр.зим
[ ккал/кг ]
Мср.час
.
Мср.час
.
26693 Расход тепла на испарение рассчитываем по формуле:
· 1000 -
t
мат.
[ ккал/кг ]
I2
- I0
d2
- d0
.
I2
= I1
I0
-
теплосодержание свежего приточного воздуха температурой t = 20ºC, подаваемого вентилятором из коридора управления. I0
= 12 ккал/кг
tмат
.
- определяется по Id диаграмме ; tмат.
= tм.
- tм.
= 69ºC d0
- для свежего приточного воздуха при t = 20ºC, d0
= 12г/кг
Суммарный расход тепла на сушку 1кг испаряемой влаги определяем в 2-х
вариантах: С1
- коэффициент запаса принимаем равным 1,2 II.8. Выбор конструкции и определение нагрева поверхности калорифера.
В камере типа УЛ-2 установлены пластинчатые калориферы. Для камер периодического действия часовой расход тепла, который должен быть покрыт калорифером, рассчитываем по формуле: Q = ( Qисп.
- Qогр.зим.
) · С2
Qисп.
-
определяем по формуле: Qисп.
= qисп.
· Мрасч.
[ ккал/кг ]
С2
= 1,3 Qисп.
= 606 · 102,7 = 62236 [ ккал/кг ] Q = (62236 +26693) · 1,3 = 115608[ ккал/кг ] Площадь нагрева калориферов рассчитываем по формуле: Q
· C3
k · (t
кам.
-
t
п.
)
k - коэффициент теплопередачи калорифера tп.
- температура пара, при давлении пара 0,45МПа,
t = 147ºC C3
- коэффициент запаса принимаем равным 1,3 Для определения коэффициента
k
проводим предварительный расчет:
А) Укрупнено рассчитываем площадь нагрева калорифера F= 6 · E Где Е - емкость камеры F= 6 · 24,28 = 145,68 Б) Выбираем марку калорифера и его площадь нагрева по справочным данным (Справочник по сушке древесины Е.С.Богданов) КФ - 12 ;
F
1кал.
= 88,8м2
ƒжив.сеч.кал.
= 0,810 м2
В) Рассчитываем количество калориферов: F
145,68 = 1,6калорифера
F1
кал
.
88,8 Укрупнено берем 6
калориферов. Г) Определяем суммарную площадь живого сечения калориферов Σƒжив.сеч.
= ƒжив.сеч.
·
n
к.
= м2
Σƒжив.сеч.
= 0,810 · 6 =4,86м2
м/с
Σƒжив.сеч
· 3600
V
ц.
167400 4,86 · 3600 Е) Определяем весовую скорость воздуха циркулирующего внутри камеры: ω1
= ωдейст.
· ρ1
= 9,5 · 0,87 = 8м/с Ж) Определяем k по справочнику k = 21,2 З) Определяем площадь нагрева калорифера: Q · С3
k · (t
п.
-
t
кам.
)
150290 84719 · 1,3 21,2· (147 - 80 ) 1420 Окончательно в цех устанавливаем пластинчатые калориферы марки КФБ - 12 в количестве 6 штук. II.9. Расчет расхода пара на сушку 1м3
древесины, на камеру в час и на сушильный цех.
qсуш.ср.год
· М 1м3
500
1175 · 187,2 500 Расход пара в процессе сушки на камеру в час рассчитываем в 2-х
вариантах:
(Qисп.час
+ Qогр.зим.
)
· С2
500
(115606 + 26693 ) · 1,2 500 Б) Среднегодовые условия (Qисп.час
+ Qогр.ср.год
)
· С2
500
(115606 + 18656 ) · 1,2 500 Расход пара на камеру в час в период нагрева определяем для зимних условий:
τнагрева
- это продолжительность нагрева расчетного материала, принимаем из расчета 2ч на 1см толщины τнагрева
Кедра 32 · 2 = 6,4часа 47707 · 24,28 6,4 Максимальный часовой расход пара, потребляемого цехом определяется для зимних условий по формуле:
Дцеха
=
m
кам. прогрева
· Дпрогрева
+
m
кам. суш.
· Дкам. суш.
mкам. прогрева
- количество камер в которых одновременно осуществляется прогрев Количество камер определяем 1/6 от общего нагрева камер. 180988 + 26693
Qнагр.ч.
+ Qогр.зим.
500
500
Дцеха
= 1 · 415 + 5 · 342 = 415 + 1710 = 2125 [кг/ч] Годовой расход пара на сушку всего заданного количества высушиваемых пиломатериалов рассчитывается по формуле: Дсуш. 1 м
3
· Ф · С
1000
Ф - объем фактически высушиваемого материала С - коэффициент длительности выбирается в зависимости от средней продолжительности сушки материала τср.
факт.
τ1
·
Ф1
+ τ1
·
Ф2
+ τ1
·
Ф3
+ τ3
·
Ф4
+
τ5
· Ф5
+
τ6
· Ф6
ΣФ 6500 6500 = 7,5 Если τср. факт.
= 7,5 , то С по справочнику Е.С.Богданова в зависимости от отношения τср. факт.
7,5 С = 1,3 440 · 6500 · 1,3 1000 III. Аэродинамический расчет
5 11 0,2
1,8
III.1. Расчет площади участков
1) П·Двен·м2
4 Двен. = 1 3,14 · 1 4 2) Прямой участок ƒуч.(2)
= 14,4 · 1,5 = 21,6 м2
3) Поворот под углом 135º ƒуч.(3;12)
= 0,5 · 14,4 = 7,2м2
4) Сопротивление калорифера ƒуч.(4)
= ƒжив.сеч.калориф.
· nкалориф.
= 4,9 · 6 = 29,4м2
5) Прямой участок ƒуч.(5;11)
= 0,25 · 14,4 = 3,6 м2
6) Поворот под углом 90º Fжив.сеч.шт.
15,5 1 - 0,54 1 - βвыс.
7) Внезапное сужение ƒуч.(7)
= Fжив.сеч.шт.
= 15,5м2
8) Сопротивление штабеля ƒуч.(8)
= Fжив.сеч.шт.
= 15,5м2
9) Внезапное расширение ƒуч.(9)
= Fжив.сеч.шт.
= 15,5м2
Рассчитываем скорость сушильного агента на каждом участке по формуле
: V
ц
3600 ·
ƒуч
Vц. - объем циркулирующего воздуха внутри камеры. ƒуч
- площадь участка -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- W1
= 167400 / 3600 · 0.8 = 58.2 / 6вен.
|