Курсовая работа: Реконструкция установки для сушки древесины

Qисп.=qисп.Мр=2892,6.0,0065=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

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= ∑Qогр/Мс=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.)с1, (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 + åQогр)с2, (2.41)

где Qисп – расход тепла на испарение влаги, кВт;

åQогр – 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) = 1000.26,4.1,2/21,35(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 rв Dt = 26,4/4,19.945.15 = 0, 0004 м3/сек или 1,44 м3/час, (2.47)

где Qk – тепловая мощность калорифера, кВт;

св – теплоемкость воды,

rв – плотность воды, кг/м3;

Dt – 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 = 335.24.n.Dг.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:

dмаг= Ö1,27Рцех/3600rвVв, (2.50)

где rв – плотность воды, кг/м3;

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

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

Рцех =nкам.Dг.в , (2.51)

Рцех = 20.1,44=28,8 м3/час;

dмаг= Ö1,27.28,8/3600.945.0,001 =0,098м

Принимаем трубу 100х2.8 ГОСТ 3262 – 75.

Диаметр трубы (отвода) к коллектору камеры, м:

dк= Ö1,27 Dг.в/3600rвVв, (2.52)

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

dк=Ö1,27.1,44/3600.945.0,001=0,022м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75.

Диаметр трубы к калориферу камеры, м

dк=Ö1,27Рв/3600rв Vв, (2.53)

где Рв – расход воды на сушку, м3/ч;

dк=Ö1,27.2.10-4/3600.945.0,001 =0,00026м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75

Диаметр увлажнительных труб для установки форсунок, м.

dувл = Ö1,27Рк.пр /3600рнVв, (2.54)

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

dувл=Ö1.27.282,8/3600.1,13.50 = 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 Рб = 760 мм. рт. ст., с = 1,2 кг/м3).

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

Н в= Нст + Нд (4.1)

Статический напор Нст равен сумме сопротивлений всех последовательных участков ∆hi на пути движения агента сушки в камере:

n

Нст=∑∆hi, или (4.2)

i

       n  сi щi2      еi lu

Нст=∑ ________ ( _______ + жi), Па (4.3)

      i      2           f

где на данном i-ом участке

сi – плотность агента сушки, кг/м3;

щi – скорость агента сушки, м/с;

еi – коэффициент трения о стенки газохода;

l – длина прямого газохода, м;

u- периметр поперечного сечения прямого газохода, м;

f – площадь «живого» сечения газохода, м2;

жi – коэффициент местного сопротивления.

Для расчета Нст 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 fж.с - поперечное сечение канала, свободное для прохода агента сушки, м2;

Vс – 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

4.2 Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку.

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

Участок 1. Вентиляторная перегородка:

f1=((рDв2)/4)nв, м2, (4.5)

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

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

f1=((3,14.1,92)/4) .1=2,83 м2

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

f2= f4=f8=f10=f11=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):

Fж.сеч.шт=LштH(1-ввыс), м2, (4.6)

где Lшт – длина штабеля, м;

Н – высота штабеля, м;

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

Fж.сеч.шт=6,6∙2,6(1-0,5)=8,58 м2

f5 =Fж.сеч.шт=8,58м2

Участок 6. Штабель:

f6= Fж.сеч.шт=8,58м2

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

f7=Fж.сеч.шт= 8,58м

Участок 12. Калорифер из биметаллических труб.

f12= Fж.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 nв=900 об/мин, КПД=0,75.

4.5 Определение мощности и выбор электродвигателя

Мощность, потребляемая вентилятором, подсчитывается в зависимости от давления Нв, Па и производительности Vв, м3/с

где зв – КПД вентилятора по аэродинамической характеристике;

зп – КПД передачи, равный 0,95 при клиноременной передаче.

Vв= Vс/n=19,734/1=19,734 м3/с

489 ∙19,734

Установленная мощность электродвигателя:

Nуст=kNв=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:

fпр.к.=V0/ щк, м2, (4.9)

где V0 – объем свежего воздуха, м3/с;

щк – скорость агента сушки, равная 2 м/с.

fпр.к=0,089/2=0,0445 м2

Площадь поперечного сечения вытяжного канала:

fвыт.к.=Vотр/ щк, м2,

где Vотр – объем отработавшего воздуха.

fвыт.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.