Проектирование противоточной сушильной установки непрерывного действия

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В России производится более 20 млн. м³ пиломатериалов в год. Камерной сушке подвергается 20% пиломатериалов, остальная часть частично подвергается атмосферной сушке, частично используется в сыром виде.

В растущем дереве всегда содержится значительное количество влаги в жидком состоянии. Применяя срубленную и обработанную древесину для многообразных целей, люди заинтересованы в предотвращении природного разрушения древесины - ей придают стойкость против гниения. Наиболее просто это достигается путём удаления из древесины почти всей влаги. При этом древесина из нестойкого сырья органического происхождения превращается в очень ценный материал. В сухом состоянии древесина может сохраняться длительное время. Древесина, используемая в виде досок и заготовок в строительстве, мебельном производстве, машиностроении и других производствах должна не только быть долговечной и сохранять свою форму, но и обладать механической прочностью, хорошо обрабатываться, иметь минимальную тепло и электропроводность. Все эти свойства она приобретает лишь после просушки. Целью сушки является превращение древесины из природного сырья в промышленный материал, с коренным улучшением её биологических, физико-технических, технологических и потребительских свойств. В результате сушки должен получиться облагороженный материал, качественный и ценный, отвечающий высоким требованиям, предъявляемым к нему в различных производственных и бытовых условиях. По мере развития техники, качество жизни будет происходить удорожание древесины как материала и эти требования будут возрастать. Будущее рассматривается как возрастание цены высушенной древесины, чтобы достичь более эффективного её использования. Возможно, в будущем потребуется регулирование величины усадки присушки, растягивание древесины, использование преднапряжённого состояния материала и заготовок, с заданным, неравномерным распределением влаги, высушиванием брёвен. Сушка древесины на предприятиях обычно проводится до заданной величины влажности в специальных сушильных установках. Во многих случаях производительность в этих установках недостаточна, а техника их эксплуатации неудовлетворительна, в результате чего получается недосушенная или неравномерно высушенная древесина. Такая продукция низкокачественная и малопригодна для использования, хотя на её выработку затрачивается сырое сырьё, вспомогательные материалы, электроэнергия, рабочая сила и другие средства. Она будет недолговечной, быстропортящейся, для её воспроизводства потребуется повторное расходование материалов и других средств производства. Таким образом, качественная сушка предотвращает большой ущерб в промышленности, позволяет обходиться меньшем количеством предприятий, сырья и экономить средства населения.

Техническая характеристика ЦНИИМОД-49

Сушка бывает: атмосферная, жидкостная и камерная. Камерная сушка подразделяется на индукционную, диэлектрическую, вакуумную, высокотемпературную, пропарочную, крупногабаритную, конвекционную, ТВЧ, СВЧ (сушка бревна без трещин). Конвекционные лесосушильные камеры бывают: воздушно-паровые и газовые, периодического, непрерывного и комбинированного действия, туннельные и тупиковые. Циркуляция воздуха может быть естественная и принудительная. Камеры бывают с различной загрузкой материала: противоточные с поперечной, зигзагообразной загрузкой. Лесосушильная камера ЦНИИМОД-49 наиболее распространена, как камера непрерывного действия, противоточная, с поперечным перемещением штабелей, вследствие сравнительной простоты, рациональной принудительной схемы циркуляции воздуха и большой производительности. Регулирование режимов сушки - ручное. Блок, состоящий из нескольких камер размещён в отдельно строящемся здании. Наружные стены сушилки и служебно-бытовые помещения из крупных кирпичных блоков, внутренние стены камер - бетонные. Кровля рулонная, трёхслойная. Камера паровая, одиннадцатишбельная, с противоточной циркуляцией сушильного агента. Штабеля, уложенные на швеллерных подштабельных балках перемещаются по роликовым конвейерам. На каждую камеру монтируется три роликовых конвейера с уклоном 1:100, по ходу движения штабелей. Воздух в камерах нагревается двенадцатью пластинчатыми калориферами КФБ-9. Циркуляция сушильного агента осуществляется тремя осевыми вентиляторами, для привода которых применены многоскоростные электродвигатели. Это даёт возможность в зависимости от высушиваемых сортиментов создавать в камере разные скорости циркуляции воздуха. Электродвигатели установлены на одной оси с вентиляторами. Теплоносителями служит насыщенный пар. Таков основной конструктивный вариант камеры. Воздух циркулирует по материалу от разгрузочного конца камеры к загрузочному, прямолинейно, вдоль стикеров (прокладок) в штабеле. Применяют мягкие, нормальные и форсированные режимы сушки.

В камере, вместо трекового транспортёра применяются роликовые шины на траверсных тележках, погрузо-разгрузочных площадках и в остывочном помещении. Трековые тележки заменены подштабельным основанием из швеллеров, которые катятся со штабелями по роликам. Ролики в камере по всей длине (24м) устанавливаются с уклоном 0,005м для облегчения перемещения штабелей. ЦНИИМОД-49 это модернизированная паровая туннель. Воздух перемещается во всех штабелях прямолинейно - от сухого к сырому концу, вдоль стикеров, в этом аэродинамическое преимущество системы. Туннельные камеры этого типа выпускают и поставляют узлами: стены, перекрытия, двери, прижимы, вентиляторы, калориферы и т.д.

Недостатки и направление модернизации

Камера ЦНИИМОД-49 имеет следующие недостатки:

· Значительная ширина дверей

· Неравномерное просыхание досок по длине штабеля, с пересушкой на торцах

· Нельзя сушить доски разной длины

· Трудно регулировать раздачу воздуха по высоте штабеля

· Количество воздуха, проходящего по материалу, не регулируется в зависимости от его характеристики

Большинство конструкций, эксплуатируемых в промышленности, сушильных камер устарело. Необходима их модернизация. В результате модернизации должно быть достигнуто:

1) скорость воздуха должна быть более 2 м/с, а по расчётам скорости от вентилятора не ниже 3 м/с

2) должна быть достигнута герметичность камеры

3) ограждение камер должно быть теплоизолирующим, а внутренняя поверхность без конденсации влаги

4) должен быть дистанционный контроль параметров сушильного процесса

5) погрузочные и транспортные работы должны быть механизированы

6) должна быть применена техника зажатия пиломатериалов

7) Перетекание сушильного агента мимо штабеля должно быть минимальным

8) Должно быть устройство для регулирования температуры сушильного агента по длине туннеля.

Аэродинамические показатели камеры ЦНИИМОД-49

Средняя скорость сушильного агента (для досок толщиной 50мм, при стикерах 25мм), м/с Среднее квадратичное отклонение скорости Вариационный коэффициент,% Коэффициент полезного использования воздушного потока	1,2 0,52 43 0,30

При проектировании камер необходимо создать условия, обеспечивающие равномерное распределение потока агента. Часть воздуха идёт мимо штабеля, и не участвует в процессе сушки. Эти «паразитные» потоки снижают коэффициент полезного использования воздушного потока до 0,6-0,7, а худшем случае до 0,3-0,4. ЦНИИМОД-49 имеет коэффициент полезного использования воздушного потока, равный 0,3, то есть это характеризует неэффективную работу камеры. Наибольшие потери потока при верхнем расположении вентиляторов, что мы имеем в конструктивном решении ЦНИИМОД-49. «Паразитные» потоки - это подштабельная зона. Необходимо использовать экраны, закрывающие вход воздуха под штабель. Необходим зазор между верхним штабелем и потолком делать минимальным, а высота штабеля должна быть максимальной. Снизу делают подвижные, а сверху - подвесные экраны. Недогрузка штабеля недопустимое явление. Оно ведёт к ухудшению аэродинамических показателей камеры, к увеличению времени сушки, удорожанию, снижению качества

1. Технологический расчёт камеры и потребность количества камер на цех и реализации годовой программы

Конечной целью технологического расчёта является определение количества камер для высушивания заданного годового объёма пиломатериалов или определение производственной мощности лесосушильного цеха при известных типах и количестве камер.

1.1 Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объёме условного материала

Для учёта производительности лесосушильных камер и планирования их работы установлена неизменная учётная единица - кубометр условного материала, которому эквивалентны сосновые обрезные доски, толщиной 40мм, шириной 150мм, длиной более 1м, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60 до конечной 12%.

II категория качества включает в себя механическую обработку и сборку деталей по ГОСТ 6449.1-82 для ответственных частей изделий (мебельное производство).

Определение коэффициентов объёмного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами в_ф и условным материалом в_у

Таблица 1

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм	вВ	вШ	вД	K0	Wном.,%	Wк.,%	У0,%	вф, ву
сосна, обр. п/м 40Ч150Ч6500	0,615	0,9	1	0,44	20	10	4,4	0,529	1,22
пихта, обр. п/м 50Ч175Ч6500	0,667	0,9	1	0,39	20	10	3,9	0577	1,1
лиственница, н/о. п/м 40Чн/оЧ2500	0,615	0,6	0,77	0,52	20	10	5,2	0,269	1
осина, обр. п/м 25Ч100Ч2500	0,5	0,9	0,77	0,41	20	10	4,1	0,332	0,92
дуб, обр. п/м 19Ч125Ч6500	0,432	0,6	1	0,43	20	10	4,3	0,373	1,9
сосна, обр. п/м 40Ч150Ч6500 (усл.матер.)	0,615	0,9	1	0,44	20	12	4,4	0,429	1

Коэффициент в_в зависит от номинальной толщины высушиваемого материала S и толщины прокладок S_пр:

в_в =

Для штабелей высотой до 3,0 м (у камеры ЦНИИМОД-49 высота загружаемых штабелей 2,6 м, см. техническую характеристику камеры) толщина стикеров (прокладок) S_пр=25 мм.

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

в_в = =

Коэффициент в_ш зависит от способа укладки (со шпациями или без шпаций) и вида пиломатериалов (обрезные, необрезные). Принимаем способ укладки без шпаций, тогда для обрезных и необрезных пиломатериалов коэффициент в_ш будет составлять 0,9 и 0,6 соответственно.

Коэффициент в_дл равен отношению средней длины пиломатериалов ?_ср в штабеле к его габаритной длине ?_габ.шт.. Если в штабель укладываются доски без сортировке по длине, то средний коэффициент заполнения в_дл принимается равным 0,77. Для условного материала в_д=1.

При укладке заготовок, уложенных «торец в торец», их количество по длине штабеля составит:

, где

?_заг-длина заготовок, м;

?_габ.шт- габаритная длина штабеля, м (для ЦНИИМОД-49 ?_габ.шт=6,5м, см. техническую характеристику)

Округлив до целого в меньшую сторону, можно определить коэффициент в_д :

, где

n_д'-количество заготовок по длине штабеля после округления до целого в сторону уменьшения, шт.

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

1) =

2)

Объёмную усушку У₀, %, определяют так:

где

- коэффициент объёмной усушки, зависящий от породы древесины (таблица 1.2 [1])

W_ном - влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, %;

W_к - конечная влажность высушенных пиломатериалов, %;

По ГОСТ 8486-86 для пиломатериалов внутрироссийского потребления и экспортных W_ном=20%.

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

%.

Коэффициент в_у или в_ф равен произведению коэффициентов заполнения штабеля по высоте в_в, ширине в_ш и длине в_дл. С учётом объёмной усушки пиломатериалов У₀ величина в_у или в_ф находится по формуле:

.

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

.

Коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом в_у принимаем для камеры ЦНИИМОД-49 (как камера со средней и мощной циркуляцией)равным:

.

Коэффициент вместимости камеры определяется отношением коэффициентов объёмного заполнения штабеля условным в_у и фактическим в_ф материалом:

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

.

Укрупнённый (табличный ) метод определения продолжительности сушки.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического или условного материала, в сутках. Для сушильной камеры ЦНИИМОД-49 определяем, что она непрерывного действия. Для камер непрерывно действия:

=

=, где

- продолжительность сушки фактического или условного материала, суток.

В камерах непрерывного действия время на загрузку и выгрузку штабелей не предусматривается.

2. Низкотемпературный процесс сушки в воздушных и газовоздушных камерах непрерывного действия.

В камерах с противоточной циркуляцией продолжительность сушки пиломатериалов (в часах), включая начальный прогрев, находится из выражения:

, где

- исходная продолжительность сушки сосновых пиломатериалов заданных размеров от начальной влажности 60 до конечной влажности 12% в камерах с поперечной штабелёвкой при объёме циркулирующего сушильного агента, обеспечивающем минимальную себестоимость сушки пиломатериалов при сохранении их целостности, ч;

-коэффициент, учитывающий породу древесины (установлены следующие значения: пихта-0,90; сосна-1,00; осина-1,10; дуб, лиственница-2,30);

- коэффициент, учитывающий интенсивность циркуляции (для обрезного материала находится по таблице 1.11[1] в зависимости от толщины S₁ и ширины S₂ пиломатериалов, типа камеры (ЦНИИМОД-49: с поперечной штабелёвкой и прямолинейной циркуляцией), категория режима сушки (нормальная) и габаритной скорости циркуляции ;

- коэффициент, учитывающий качество сушки (принимается в соответствии с категорией качества - II категория, таблица 1.9[1]),

-коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность, определяется в зависимости от начальной W_н и конечной W_к влажности, а также толщины пиломатериалов S₁ и категории режима сушки (нормальная) таблица 1.13[1].

Исходная продолжительность сушки берётся из таблицы (таблица 1.10[1]), в зависимости от категории режимов (для камеры ЦНИИМОД-49 принимаем нормальный режим), толщины S₁ и ширины S₂ пиломатериалов.

Нормальный режим - это режим, обеспечивающий бездефектную сушку пиломатериалов при практически полном сохранении прочностных показателей древесины с возможными незначительными изменениями её цвета. Этот режим рекомендуется для сушки пиломатериалов внутрироссийского потребления до любой конечной влажности.

Габаритную скорость циркуляции рассчитаем по формуле:

, где

- скорость циркуляции агента сушки через штабель берётся из паспортных данных камеры (для камеры ЦНИИМОД-49=2,3м/с).

в_в - коэффициент, см. таблицу 1.

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

=1,15

Для необрезного материала табличные значения коэффициента умножается на поправочный коэффициент из таблицы 1.12[1].Для лиственницы, необрезного пиломатериала (40Чн/оЧ2500) и при 1,15 этот коэффициент составляет:

=0,903

Зная все коэффициенты можно определить продолжительность сушки пиломатериалов.

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

ч.

Расчёт продолжительности сушки условного материала составляет:

ч.

Для камеры непрерывного действия ЦНИИМОД-49:

= для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500 =сут.

= для сосны, обр. п/м 40Ч150Ч6500 =сут.

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

*Пример расчёта (для осины, обр. п/м 25Ч100Ч2500):

.

Заданный объём сушки Ф, м³ принимаем из задания:

Таблица 3

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм	Объём на годовую программу, м3
сосна, обр. п/м 40Ч150Ч6500	15300
пихта, обр. п/м 50Ч175Ч6500	15100
лиственница, н/о. п/м 40Чн/оЧ2500	5850
осина, обр. п/м 25Ч100Ч2500	10000
дуб, обр. п/м 19Ч125Ч6500	8600

2.1 Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала

Таблица 4

Порода, вид и размеры пиломатериа-лов, мм	Заданный объём сушки Ф, м3	Коэффициент вместимости камеры КЕ	Коэффициент оборота камеры Кф	Коэффициент пересчёта КЯ=КЕ Кф	Объём в условном материале У=ФКЯ, м3/усл.
сосна, обр. п/м 40Ч150Ч6500	15300	1	0,81	0,81	12393
пихта, обр п/м 50Ч175Ч6500	15100	0,917	0,92	0,844	12744
лиственница, н/о. п/м 40Чн/оЧ2500	5850	1,967	1,42	2,793	16339
осина, обр. п/м 25Ч100Ч2500	10000	1,593	0,31	0,493	4930
дуб, обр. п/м 19Ч125Ч6500	8600	1,422	0,67	0,953	8195

Коэффициент вместимости камеры К_Е - см. таблицу 1;

Коэффициент продолжительности оборота камеры К_ф - см. таблицу 2.

Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала выполняется только для фактических пиломатериалов.

2.2 Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале, м³усл./год, определяется по формуле:

, где

Е_у - вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м³ /усл.;

n_у - число оборотов камеры в год при сушке условного материала, об./год, определяется по выражению:

, где

335-время работы камеры в году, суток;

-продолжительность оборота камеры для условного материала, суток (см. таблицу 2, =3,38сут.);

об./год.

Вместимость камеры в условном материале, м³ /усл., находится по формуле:

, где

Г- габаритный объём всех штабелей в камере, м³ ;

- коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом (см. таблицу 1, =0,529)

Габаритный объём штабелей в камере Г, м³ , вычисляется по выражению:

, где

n - число штабелей в камере (для ЦНИИМОД-49 n=11, см. техническую характеристику);

l,b,h - соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м (для камеры ЦНИИМОД-49 l=6,5м, b=1,8м, h=2,6 м).

= м³,

тогда определим вместимость камеры в условном материале:

м³ /усл.

м³усл./год

2.3 Определение необходимого количества камер

, где

- общий объём условного материала (см. таблицу 4);

П_у - годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале (см. пункт 2.3).

Округляя полученное значение до целого, определяем количество камер. В данном случае получаем 5 камер.

2.4 Определение производительной мощности действующего лесосушильного цеха (участка)

Производительная мощность лесосушильного цеха П_цеха, м³усл./год, определяется суммой произведений числа камер соответствующего типа (n_i) на производительность камер того же типа П_уi, м³усл./год,



При правильном планировании работы лесосушильного цеха общий годовой объём условного материала(см. таблицу 4), должен быть примерно равен П_цеха.

5?11930,6=59653.

3. Тепловой расчёт камер и цеха

Производится с целью определения затрат тепла на сушку, расхода теплоносителя, выбора и расчёта теплового оборудования камер и цеха (калориферов, конденсатоотводчиков, трубопроводов).

3.1 Выбор расчётного материала

За расчётный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации. В этом случае камеры обеспечат сушку любого другого материала из этой спецификации. Примем за расчётный материал (_суш. минимальное) осину - обрезной пиломатериал 25Ч100Ч2500.

3.2 Определение массы испаряемой влаги

3.2.1 Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры

, где

с_б - базисная плотность расчётного материала, кг/м³;

W_н,W_к - соответственно начальная и конечная влажность расчётного материала, %

кг/м³

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

;

Е=Г, где

где Е-- вместимость камеры, м³; Г -- габаритный объем всех штабелей в камере, м³; -- коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

Е=Г=334,62?0,332=111,1;

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

, где

ф_{соб.суш.}- продолжительность собственно сушки, ч

Определяется из следующего выражения:

ф_{соб.суш.} =ф_суш -(ф_пр+ф_{кон.ВТО}), где

ф_суш - продолжительность сушки расчетного материала, ч;

ф_пр-- продолжительность начального прогрева материала, ч;

ф_{кон.ВТО} -- продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО),ч.

Для камер непрерывного действия продолжительность прогрева принимается равной периоду между загрузками штабелей:

ф_пр=, где

ф_суш - общая продолжительность сушки расчетного материала, ч;

n_шт - число штабелей по длине камеры непрерывного действия.

ф_пр== ч;

ф_{соб.суш.} =ф_суш -(ф_пр+ф_{кон.ВТО}) ф_{соб.суш.} =37,55 -(3,41+0)=34,14 ч;

кг/с

В лесосушильных камерах непрерывного действия с противоточной циркуляцией конечная ВТО не проводится, если они не имеют специальных отсеков. В ЦНИИМОД - 49 таких отсеков нет.

3.2.4 Расчетная масса испаряемой влаги, кг/с

m_p=m_c?k, где

k -- коэффициент неравномерности скорости сушки (для камер непрерывного действия k=1,0)

m_p=0,217?1,0 =0,217кг/с.

3.3 Выбор режима сушки

Режим сушки выбирается в зависимости от толщины расчетного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины.

В настоящее время установлены четыре категории качества сушки пиломатериалов [27, с. 7--13]. Мы принимаем II режим сушки -- это сушка пиломатериалов до W_cp, _к = 7 ... 15% (мебельное производство, столярно-строительные изделия, автостроение и др.).

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству сухой древесины, пиломатериалы могут высушиваться режимами различной жесткости. Выбор в каждом конкретном случае режимов той или иной категории производится с учетом характера их воздействия на свойства древесины [27, с. 13--15]. Принимаем режим сушки 10-Н.

3.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

Агент сушки -- влажный воздух

По выбранному режиму назначаются расчетная температура t₁=97°C и относительная влажность воздуха ц₁=0.31 со стороны входа в штабель.

Влагосодержание d₁, теплосодержание I₁, плотность с₁ и приведенный удельный объем _пр.1 определяются по Id-диаграмме. Если точка 1, характеризующая на Id-диаграмме состояние воздуха на входе в штабель, выходит за пределы диаграммы, параметры воздуха следует вычислять по известным . уравнениям:

d₁=622, где

р_п1-- парциальное давление водяного пара, Па; р_а -- атмосферное давление воздуха (р_а1бар=10⁵ Па).

Так как

ц1 = , то р_п1= ц1?р_н1 , где

р_п1-- относительная влажность воздуха расчетной ступени режима; р_н1-- давление насыщения водяного пара при расчетной температуре режима, р_н1=95000 Па.

р_п1= ц1?р_н1=0,31?95000=29450 Па,

d₁=622=622г/кг

Теплосодержание воздуха:

I₁=1.0?t₁+0.001?d₁ ?(1.93?t₁+2490)=

1.0?97+0.001?259.6 ?(1.93?97+2490)=792кДж/кг,

Плотность воздуха:

0,84кг/м³

Приведенный удельный объем:
_np1 = 4,62?10^-6 -T₁(622 + d₁)= 4,62?10^-6 370?(622 + 259,6)=1.56 м³/кг сух.воз.

где Т₁-- термодинамическая температура, К.

Т₁= 273+t₁.

3.5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

3.5.1 Объем циркулирующего агента сушки, м³/с, определяется по формуле

V_ц=, где

расчетная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с;

F_{ж.сеч.шт} - живое сечение штабеля, м².

F_{ж.сеч.шт}=n?l?h?(1-в_в), где

n -- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки (для камер ЦНИИМОД - 49, n=1); t, h -- длина и высота штабеля, м; в_в -- коэффициент заполнения штабеля по высоте.

F_{ж.сеч.шт}=n?l?h?(1-в_в) =1?6,5?2,6?(1-0,5)=8,45м²;

V_ц==м³/с.

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

m_ц=, где

- приведённый удельный объём агента сушки на входе в штабель, м³/кг (определяется по Id-диаграмме или расчётным путём).

m_ц= =.

3.5.3 Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в сыром конце камер непрерывного действия допустимо определять с помощью построения теоретического процесса сушки, т. е. линия I₁=I₂=const доводится на Id-диаграмме до линии ц₂=f(?t₂), предусмотренной режимом сушки при W_Н>50% или W_H<50%.

Если точка 2 выходит за пределы Id-диаграммы, параметры воздуха на выходе из штабеля определяются аналитически.

I₁=I₂=792.

Тогда определяем

277,02;

;

;

°C.

3.5.4 Уточнение объёма и массы циркулирующего агента сушки

Определим массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг:

m_ц==.

Уточнение объёма V_ц , м³/с, и массы G, кг/с, циркулирующего агента сушки:

м³/с;

кг/с.

3.6 Определение объёма свежего и отработанного воздуха

3.6.1 Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг

, где

d₀ - влагосодержание свежего воздуха, г/кг (при поступлении наружного воздуха летом d₀=10-12 г/кг; зимой d₀=2-3г/кг).

1) для лета =3,7;

2) для зимы =3,63;

3.6.2 Объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, м³/с

, где

- приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг (при t₀=20°С; 0,87м³/кг).

1) для лета ;

2) для зимы ;

3.6.3 Объём отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с

, где

- приведённый удельный объём отработанного (на выходе из штабеля) воздуха, м³/кг

1) для лета ;

2) для зимы ;

3.6.4 Расчёт приточно-вытяжных каналов камеры

Скорость движения свежего воздуха или отработавшего агента сушки в каналах () принимается ориентировочно 2ч5м/с. Мы принимаем =3м/с.

Площадь поперечного сечения приточного канала, м²:

1) для лета d=0,37м

2) для зимы d=0,37 м

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м²:

1) для лета d=0,48 м

2) для зимы d=0,48 м.

Приточно-вытяжные каналы и трубы могут быть круглой, квадратной, прямоугольной или треугольной формы. В противоточных камерах непрерывного действия можно принимать приточно-вытяжные каналы и трубы различной формы поперечного сечения. Для ЦНИИМОД - 49 принимаем приточный и вытяжной каналы круглого поперечного сечения с диаметрами d=0.37 м и d=0.48 м соответственно.

3.7 Определение расхода тепла на сушку

Расход тепла на сушку складывается из затрат тепла на прогрев материала, испарение влаги из него и на теплопотери через ограждение камеры. Затраты тепла на прогрев ограждений, технологического и транспортного оборудования учитываются введением поправочных коэффициентов. Расчёт ведётся для зимних и среднегодовых условий.

3.7.1 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

1) Для зимних условий, кДж/м³,

, где

- плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности W_н=70%, =270кг/м³ (определили по диаграмме для пихты [21]);

- базисная плотность древесины расчётного материала ,=400 кг/м³;

W_г.ж.- содержание незамёрзшей связанной (гигроскопической) влаги, W_г.ж=15 % (график по Б.С. Чудинову);

- средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг?°С). Чтобы определить удельную теплоёмкость древесины, необходимо рассчитать t_ср

для t_ср===1,99 кДж/(кг?°С);

для t_ср=== 2,65 кДж/(кг?°С).

В камерах непрерывного действия с противоточной циркуляцией температуру среды при прогреве t_пр t_м, где t_м - температура мокрого термометра для нормального режима будет составлять t_м=69°С.

t₀ - начальная расчётная температура для зимних условий (для Казани она составит t₀=-31°С);

t_пр - температура древесины при её прогреве, t_пр=69°С.

= кДж/м³.

2) Для среднегодовых условий, кДж/м³:

где

t₀ - среднегодовая температура древесины, для Казани t₀=3,3°С;

- удельная теплоёмкость древесины при

t_ср===2,6 кДж/(кг?°С).

кДж/м³

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

1) для зимних условий :

= кДж/кг

2) для среднегодовых условий:

кДж/кг.

3.7.3 Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

Q_пр=, где

Е_пр-объём одновременно загружаемого и прогреваемого материала, Е_пр =10,1м³;

ф_пр - продолжительность прогрева, ф_пр=3,36ч.

1) для зимних условий :

Q_пр==кВт

2) для среднегодовых условий:

Q_пр==кВт.

3.7.4 Определение расхода тепла на испарение влаги

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

, где

I₂ - теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, I₂=792 кДж/кг,;

I₀ - теплосодержание свежего (приточного) воздуха (при поступлении воздуха летом d₀=10-12г/кг, I₀=46 кДж/кг; при поступлении наружного воздуха зимой d₀=2-3 г/кг, I₀=10 кДж/кг).

d₀ - влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг;

с_в - удельная теплоёмкость воды, с_в=4,19кДж/(кг?°С);

t_пр - температура нагретой влаги в древесине, t_пр=69°С.

1) для зимних условий:

кДж/кг;

2) для среднегодовых условий:

кДж/кг;

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт

1) для зимних условий:

кВт

2) для среднегодовых условий:

кВт

3.7.5 Потери тепла через ограждения камеры

Теплопотери, кДж, через ограждения камеры в единицу времени (секунду), т.е. кВт,

, где

- суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м². Расчёт поверхности ограждений камеры выполняется в форме таблицы 5

Расчёт поверхности ограждений камеры

Таблица 5

Наименование ограждений	Формула	Площадь, м2
1.Наружная боковая стена	Fбок=L?H=24?5.08=121.92	121.92
2.Торцовая стена со стороны траверсного пути без учёта площади дверей	Fторц =B?H-Fдв=6,85?5,08-21=13,798	27.596
3.Перекрытие	Fпот=В?L=24?6.85=164.4	164.4
4.Пол	Fпол= В?L=24?6.85=164.4	164.4
5. Дверь	Fдв=b?h= 4?6=24	48

=526.316м²

k - коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м²?°С):

, где

б_вн-коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, принимаем б_вн=25Вт/(м²?°С);

б_н-коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений (для наружного воздуха б_н=23Вт/(м²?°С));

д₁, д₂,…д_n - толщина слоёв ограждений, м;

л₁, л₂,…л_n - коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоёв ограждений Вт/(м?°С);

Произведём расчёт коэффициента теплопередачи соответствующего ограждения камеры:

1)Наружная боковая стена (торцовая стена со стороны траверсного пути):

=0,46 Вт/(м²?°С);

2) Перекрытие:

3.7.6 Определение удельного расхода тепла на сушку, кДж/кг

q_суш=(q_пр+q_исп+q_ог)?с₁, где

с₁ - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др.; принимаем с₁=1,2.

1) для зимних условий:

q_суш=(q_пр+q_исп+q_ог)?с₁==(582,19+2559,5+189,1)?1,2=3996,9 кДж/кг;

2) для среднегодовых условий:

q_суш=(q_пр+q_исп+q_ог)?с₁=(192,17+2529,7+127,8)?1,2=3419,6 кДж/кг.

3.7.7 Определение расхода тепла на 1м³ расчётного материала, кДж/м³

Производится расчёт для среднегодовых условий:

q_{суш 1 м3}=q_суш?m_1м3=3419,6?240=820704 кДж/м³

3.8 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера.

3.8.1 Выбор типа калорифера

Из всего многообразия серийно выпускаемых калориферов (основное название -- воздухонагреватель по ГОСТ 7201--80) для лесосушильной техники следует рекомендовать спирально-накатные (биметаллические). Это так, называемые, компактные калориферы, которые могут довольно надежно работать в агрессивной среде лесосушильных камер.

3.8.2 Тепловая мощность калорифера

Тепловая мощность калорифера, то есть количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии в кВт, определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий:

, где

с₂ - коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку, с₂=1,2.

=кВт.

3.8.3 Расчёт поверхности нагрева калорифера, м²

, где

k - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м²?°С);

Для определения коэффициента теплопередачи калорифера в камерах с принудительной циркуляцией надо знать скорость агента сушки через калорифер , которая определяется из живого сечения калорифера F_ж.сеч.к.

, где

K_f - коэффициент проекции труб на площадь, перпендикулярную потоку, он зависит от шага размещения труб, при шаге 100 K_f=0,350;

F_кан - площадь сечения канала, перпендикулярная потоку воздуха, в котором размещены трубы, м²;

F_кан - b?(1500)=6,85?1,5=10,27м²;

6,67 м².

Зная F_ж.сеч.к и V_ц, определяем скорость агента сушки, м/с, через калорифер:

2,9 м/с;

Далее по таблице интерполяцией определяем коэффициент теплопередачи биметаллических калориферов. При =2,9м/с коэффициент теплопередачи калорифера k=16,72 Вт/(м²?°С);

t_т - температура теплоносителя (пар),°С t_т=144 °С;

t_c - температура нагреваемой среды в камере (воздух), °С, t_c=82°C;

с₃ - коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера (для биметаллических труб с₃=1,2);

м².

Определяем требуемое количество труб:

.

Определяем количество секций:

, где

f_к - поверхность нагрева одного компактного калорифера,

f_к=1,3?2,95?10=38,35м².

, принимаем 26 секций.

Для выбора калорифера суммарную площадь живого сечения делим на количество труб и секций:

3.9 Определение расхода пара

3.9.1 Расход пара на 1м³ расчётного материала, кг/м³

, где

i_п - энтальпия сухого насыщенного пара при определённом давлении, кДж/кг;

i_п энтальпия кипящей воды при том же давлении кДж/кг;

Ориентировочно ?i = i_п- i_п принимаем при давлении пара в калорифере р=0,4 МПа кДж/кг;

Для зимних условий: кг/м³;

Для среднегодовых условий: кг/м³;

3.9.2 Расход пара на камеру, кг/ч

с₂ - коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами, конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном воздухообмене (с₂=1,25).

Для зимних условий:

кг/ч;

Для среднегодовых условий:

кг/ч;

3.9.3 Расход пара на сушильный цех, кг/ч

Для зимних условий: кг/ч;

Для среднегодовых условий: кг/ч.

3.9.4 Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов, кг/год

, где

- объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы, м³;

с_длит - коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчётного материала. Определяется по таблице, в зависимости от соотношения , где

, где

ф₁; ф₂;…ф_n - продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч (см. таблицу 2);

Ф₁; Ф₂;…Ф_n - годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³ (см. таблицу 3);

ф_расч. - продолжительность сушки расчётного материала, ч (см. таблицу 2), ф_расч.=38ч.

=

Для зимних условий:

кг/год;

Для среднегодовых условий:

кг/год;

3.10 Определение диаметров паропроводов и конденсатопроводов

1) Диаметр главной паровой магистрали d_маг, м, в сушильном цехе (от теплового ввода до крайней камеры в блоке):

, где

с_п - плотность пара, в зависимости от давления пара, с_п=2,12кг/м³; , при р=0,4МПа;

- скорость движения пара, для магистралей принимаем =65м/с;

Для зимних условий: ;

2) Диаметр паропровода (отвода) к коллектору камеры, м:

, где

- скорость движения пара по паропроводу принимаем =45м/с;

Для зимних условий:

3) Диаметр паропровода к калориферу камеры ,м:

, где

- скорость движения пара по паропроводу к калориферу камеры принимаем =35м/с;

Для зимних условий:

4) Диаметр паропровода к увлажнительным трубам, м:

, где

- скорость движения пара по паропроводу к увлажнительным трубам камеры принимаем =55м/с;

Для зимних условий: ;

5) Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры, м:

, где

- скорость движения пара по конденсационному трубопроводу от калорифера камеры, принимаем =0,75м/с;

с_к - плотность конденсата, в зависимости от давления пара в трубопроводе, с_к=925 кг/м³ , при р=0,4МПа;

Для зимних условий:

.

6) Диаметр конденсационной магистрали, м:

, где

- скорость движения пара по конденсационной магистрали, принимаем =1м/с;

Для зимних условий:

.

3.11 Выбор конденсатоотводчиков

В лесосушильных камерах для удаления конденсата из калорифера используются термодинамические конденсатоотводчики. Их выбор производится по коэффициенту пропускной способности , кг/ч:

, где

?р - перепад давления в конденсатоотводчике, МПа:

?р=р₁-р₂

р₁ - абсолютное давление пароводяной смеси перед конденсатоотводчиком, МПа:

р₁= 0,95?р, где

р - абсолютное давление пара перед калорифером р=0,4МПа:

р₁= 0,95?0,4=0,38МПа;

р₂ - абсолютное давление конденсата после конденсатоотводчика, МПа, р₂=0,15МПа;

?р=р₁-р₂=0,38-0,15=0,23;

с_к - плотность конденсата, с_к=937,3кг/м³, при ?р=0,23МПа.

с_г - коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с холодным, при ?р>0,2 МПа с_г=0,25.

кг/ч.

Техническая характеристика термодинамического конденсатоотводчика выбранного по = 9068,3кг/ч типа 45ч9нж1-4м:

Принимаем 2 конденсатоотводчика с опрокинутым поплавком, каждый из которых имеет следующие технические характеристики:

Условный проход d_у=50мм;

4. Аэродинамический расчёт камеры

Аэродинамический расчёт противоточной камеры непрерывного действия ЦНИИМОД-49 проводится согласно аэродинамической схемы сушильной камеры.

Исходными данными для расчёта являются:

ь Объём циркулирующего агента сушким³/с;

ь Расчётная плотность агента сушки

=кг/м³

Предварительно принимаем вентилятор № 12. Камера оборудована пластинчатыми калориферами. Наименование участков сведены в таблицу 7.

Таблица 7

Номера участков	Наименование участков
1	вентилятор
2	Верхний циркуляционный канал
3	Колориферы
4	Поворот потока на 90°
5	Боковой канал
6	Поворот потока к торцу штабеля
7,10,13,16,19,22,35,28,31,34,37	Вход в штабель
8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38	Штабель
9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39	Выход из штабеля
40	Поворот
41	Боковой канал
42	поворот к вентилятору под углом 120°
43	Вход в вентилятор (сужение)

Участок №1:

, где D- диаметр вентилятора, n - число вентиляторов;

м²;

=м/с;

Участок №2:

6,67 м²;

2,9 м/с; (см.п.3.8.3.)

Участок №3:

f₃=H?L=2?6.85=13.7м²;

м/с;

Участок №4:

f₄=H?L=2?6.85=13.7м²;

м/с;

Участок №5:

f₅=H?L=2?6.85=13.7м²;

м/с;

Участок №6:

f₆=b?H=1.5?6.85=10.28 м²;

м/с;

Участок №7,10,13,16,19…….:

F₇=n?l?h?(1-в)=1?6.5?2.6?(1-0.5)=8.45 м²;

м/с;

Участок №8,11,14,17,20……..:

м²

м/с;

Участок №9,12,15,18,21……..:

F₉==n?l?h?(1-в)=1?6.5?2.6?(1-0.5)=8.45 м²;

= м/с;

Участок № 40:

м³/с;

F₄₀=0.1?6.85?2+0.1?3?2=1.97 м²;

м/с;

Участок №41:

F₄₁=b?H=1.5?6.85=10.28 м²;

м/с;

Участок №42:

м²;

=м/с;

Участок №43:

м²;

=м/с;

Определяем коэффициенты сопротивления на прямых участках по формулам, а на всех остальных по таблицам. Все данные площади, скорости и коэффициента сопротивления сводим в таблицу 8.

- участок №5;

- участок №41;

В камере ЦНИИМОД-49 согласно технической характеристики установлено 3 вентилятора, тогда :

м³/с;

H_хар==Па;

м/с.

В камере установлены вентиляторы серии В. Зная вышеуказанные значения по графику и по максимальному коэффициенту полезного действия , выбираем вентилятор № 10 ().

Считаем обороты двигателя: об/мин.

Считаем мощность вентилятора:кВт;

Считаем мощность электродвигателя: кВт.

Зная обороты, мощность выбираем электродвигатель: 4А16058/42У3 с характеристиками:

ь N=3,8 кВт;

ь n=750 об/мин;

ь .

5. Технология процесса сушки с выбором основных параметров, подсобных материалов и оборудования для формирования сушильных штабелей, дистанционного контроля за параметрами режима, промежуточных операций и автоматизации процесса сушки пиломатериалов

Сырой пиломатериал укладывается на тележки и транспортируется к сушильной камере, где происходит процесс сушки. Вместо трекового транспортёра применяют роликовые шины на траверсных тележках, погрузо-разгрузочных площадках и в остывочном помещении. Трековые тележки заменены подштабельным основанием из швеллеров, которые катятся со штабелями по роликам. Ролики в камере по всей её длине 24 м, устанавливаются с уклоном 0,005 м для обеспечения перемещения штабелей.

После того как материал поступил в камеру, пар поступает в трубы и начинается процесс сушки. Поток нагреваемого калориферами циркулирующего воздуха распределяется между полом, потолком и штабелями камеры, опускается вниз, омывая сушимый материал. Наиболее охладившиеся струи падают на пол. Главная же масса воздуха направляется к нагревательным приборам, свежий воздух подаётся в приточный канал и направляется на нагревательные приборы. Обычно количество циркулирующего воздуха в 15-20 раз больше объёма сменяемого воздуха. В отельные периоды сушки (первоначальный прогрев материала) смена воздуха прекращается, путём закрывания шибера в отводящей трубе, на процесс циркуляции воздуха это не отражается.

Главные рычаги управления сушки: вентиль отопления и шибер отводящей трубы. Температура воздуха внутри камеры регулируется вентилем отопления, а влажность шибером у отводящей трубы. Шибер служит для понижения и повышения влажности воздуха в камере. При открывании шибера количество удаляемого влажного воздуха увеличивается: на его место через приточный канал поступает свежий, менее влажный воздух.

Подсобные материалы.

При высушивании древесины выделяется уксусная кислота. Она разрушает металлическое оборудование лесосушильных установок. Необходима защита лесосушильного оборудования от коррозии. От коррозии страдают: обшивки дверей, стенки воздуховодов. Применяют антикоррозийные краски: битумный лак и алюминиевую пудру или масленый лак и алюминиевую пудру. Для смазки подшипников вентиляторов, валов двигателей, используют смазочные устройства и смазки: солидолы и графиты.

Оборудование для формирования сушильных штабелей.

Существует 2 способа укладки в штабеля: штучный и паркетный. Штабеля формируют на погрузочной площадке у лесосушильного цеха или у камеры, на специальные тележки-основания.

6. Организация, технико-экономические показатели и учётная документация лесосушильного цеха.

Современному уровню техники и технологии производства должна соответствовать и организация труда. Совершенствование организации труда - один из источников повышения производительности труда и эффективности производства. Необходимо внедрять научную организацию труда - НОТ. Это процесс внедрения в существующую организацию труда, достижений науки и передового опыта, повышающих производительность труда. Основные задачи НОТ: повышение производительности труда, сохранение здоровья и работоспособности человека, превращение труда в первую жизненную потребность человека. Для сушильного цеха выбираем направление НОТ: совершенствование рабочих мест, совершенствование оплаты труда, улучшение условий труда, внедрение передовых методов и приёмов работы.

Состав штатного расписания и количество штатных единиц для цеха определяется от количества сушильных камер, без учёта типа. Обычно 1 оператор на 10 камер. Штат цеха - это начальник, мастер, три оператора, лаборант, контролёр, слесарь-ремонтник, моторист, электромонтер, механик, рабочие по загрузке и выгрузке.

Технико-экономические показатели.

Основные технико-экономические показатели включены в техническую характеристику сушильной камеры ЦНИИМОД-49 (см. выше). Однако, технико-экономические показатели это: производственные, технологические, эксплуатационные. Конкретно для ЦНИИМОД-49: габаритный объём штабелей, удельная производительность, годовая производительность, стоимость сушки 1м³ условного материала, ёмкость камеры, число камер, расход электроэнергии для привода вентиляторов, тип калориферов, часовая потребность пара, оснащенность погрузо-разгрузочными механизмами, а так же удельное капиталовложение, затраты на монтаж и стоимость сушильной установки. Основной производственно-экономический показатель - это себестоимость сушки.

Учётная документация сушильного цеха

Паспорт сушильной камеры - для технической и производственной характеристики оборудования. Эти сведениья из паспорта необходимы для поддержания оборудования на должном техническом уровне и для организации и планирования производства.

Дефектная ведомость на каждую камеру отражает износ оборудования к моменту составления паспорта. Неотъемлемая часть паспорта - это план сушильного цеха в масштабе 1:200, а так же план и разрезы сушильных камер в масштабе 1:50, с оборудованием. Необходимым документом является журнал учёта высушенного материала, а так же штабельная карточка и диспетчерская доска для учёта работы камер непрерывного действия

Расчёт площади цеха.

Соотношение площадей помещений сушильного цеха берётся от площадей сушильных камер (площадь одной камеры составляет 164м², площадь 5-и камер 820м²), это составляет 25% от общей площади цеха, тогда площадь цеха будет 2630м². Остальные помещения: коридоры, остывочные помещения, вспомогательные и бытовые рассчитываются в процентном отношении от площади цеха. Производственные помещения - 93%, вспомогательные - 3%, бытовые 4%.

Выводы по проекту

На основании выполненных расчётов делаем вывод о целесообразности применения сушильной камеры с рассчитанными элементами оборудования и параметрами сушильного агента. Используем модернизированную сушильную камеру, с улучшением аэродинамических показателей. Производительность и качество сушки повысится. Затраты на строительство сушильного цеха с расчётной модернизированной камерой окупятся. Строительство цеха в городе Уфа, для предлагаемой годовой программой экономически целесообразно.

сушильная установка материал

Список используемой литературы и источников

1. Акишенков С.И. «Проектирование лесосушильных камер», Ленинград, 1992 год.

2. Богданов Е.С. Справочник по сушке древесины, «Лесная промышленность», Москва, 1990 год.

...