Проект сушильного участка деревообрабатывающего предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Уральский государственный лесотехнический университет

Институт лесного бизнеса

Кафедра А и ИТ

Курсовая работа

По дисциплине: Тепловая обработка и сушка древесины

Проект сушильного участка деревообрабатывающего предприятия

Выполнил студент

гр. ДО-23 Д.М. Филинков

Проверил

преподаватель Е.Е. Шишкина

Екатеринбург

2019



Оглавление

сушка штабель калорифер

1. Технологический расчёт

1.1 Определение режима сушки

1.2 Определение продолжительности сушки и пересчёт объёма фактического п/м в объём условного

1.3 Расчёт производительности сушильной камеры

2. Тепловой расчёт

2.1 Определение параметров агента сушки при входе в штабель

2.2 Определение параметров свежего приточного воздуха

2.3 Определение количества, циркулирующего в камере сушильного агента

2.4 Определение параметров воздухообмена и расчёт приточно-вытяжных каналов

2.5 Определение расхода тепловой энергии на сушку п/м

2.6 Расход тепла на компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры

2.7 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калориферов

2.8 Расчёт диаметров трубопроводов

3. Аэродинамический расчёт камеры

3.1 Определение потерь напора в кольце циркуляции

3.2 Подбор вентилятора

4. Планировка лесосушильных цехов

4.1 Ёмкость и необходимая площадь складов сырых и сухих пиломатериалов

5. Описание технологического процесса

Литература



1. Технологический расчёт

1.1 Определение режима сушки

Первая порода

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Ель	25	н/обр.	6	65	8	440	II

Наиболее подходящим режимом, удовлетворяющим параметрам сушильной камеры, является режим 8:

I ступень сушки	t	55
	t	2
		0,9
II ступень сушки	t	58
	t	5
		077
III ступень сушки	t	75
	t	22
		0,34

Вторая порода

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Берёза	25	н/обр.	6	60	50	660	II

Наиболее подходящим режимом, удовлетворяющим параметрам сушильной камеры, является режим Б6:

I ступень сушки	t	52
	t	4
		0,8
II ступень сушки	t	54
	t	8
		0,64
III ступень сушки	t	72
	t	22
		0,32

Третья порода

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Ель	50	200	4	70	8	1100	II

Наиболее подходящим режимом, удовлетворяющим параметрам сушильной камеры, является режим 8:

I ступень сушки	t	55
	t	2
		0,9
II ступень сушки	t	58
	t	5
		0,77
III ступень сушки	t	75
	t	22
		0,34

1.2 Определение продолжительности сушки и пересчёт объёма фактического п/м в объём условного

Первая порода

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Ель	25	н/обр.	6	65	8	440	II

,



где ф_исх - исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы, толщины и ширины нормальным режимом в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией

А_n - коэффициенты, необходимые для расчета (табличные значения).

Объём подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации пересчитывается в объём условного материала по формуле:

, м³

где Ф - объём подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного размера и породы, м³;

К - коэффициент пересчёта.

Общий объём условного материала находится поп формуле:

, м³

Условным материалом принято считать:

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Категория качества сушки
Сосна	40	150	>1	60	12	II

где К - коэффициент продолжительности оборота камеры;

К_Е - коэффициент вместимости камеры.



,

где - продолжительность оборота камеры при сушке фактического пиломатериала данного размера и породы, сут.;

- продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, сут.

_., сут

_.,сут

где ф_суш. - продолжительность процесса сушки фактического (условного) пиломатериала, сут.,

_загр - время загрузки и разгрузки камеры (можно принять 0,1 сут.).

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

,

где - коэффициент объёмного заполнения штабеля условным п/м,

- коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим п/м.

Коэффициенты , с учётом усушки можно найти по формуле:



,

где _д, _ш, _в - линейные коэффициенты заполнения штабеля по длине, ширине, высоте штабеля соответственно (_д, _ш - табличные значения);

У₀ - объёмная усушка древесины, %

,

S₁ - толщина п/м, мм;

S_пр - толщина прокладок, мм.

где - коэффициент объёмной усушки древесины;

W_ном. - влажность, для которой устанавливают номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, %, (можно принять W_ном. = 20 %);

W_к - конечная влажность п/м, %.

=

_. =

=

_{суш. усл} =



=

=

=

=

.

Вторая порода

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Кедр	50	200	6	60	8	1170	II

=

_. =

=

_{суш. усл} =



=

=

=

=

.

Третья порода

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Липа	40	150	3	65	10	910	II

=

_. =

=

_{суш. усл} = 

=

=

=

=

.

1.3 Расчёт производительности сушильной камеры

При проектировании сушильной камеры принято устанавливать её производительность по формуле, м³/год:

,

где Т - период времени, за который определяется производительность, сут.;



- коэффициент технического использования камер.

- продолжительность оборота камеры при сушке пиломатериалов, сут.;

Е_усл - вместимость камеры в условном материале, м³.

,

где L, B, H - размеры штабеля, длина, ширина, высота, м³;

_усл - объемный коэффициент заполнения штабеля условным материалом;

m - количество штабелей.

Количество сушильных камер, необходимых для обеспечения сушки за расчётный период всех пиломатериалов из спецификации, рассчитывают по формуле:

.

.

камеры



2. Тепловой расчёт

В качестве расчётного материала достаточно выбрать один из входящих в спецификацию материалов, сушка которого потребует максимальных расходов тепловой энергии, агента сушки и свежего воздуха. Чем интенсивнее сушка материала, тем больше и должна быть тепловая мощность камеры, поэтому тепловой расчёт производится относительно наиболее быстросохнущего из имеющихся в спецификации материалов.

В данном случае за расчётный материал примем:

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Ольха	25	150	2,5	70	10	520	II

Определение количества испаряемой из материала влаги

Массу влаги, испаряемой из 1 м³ расчётного п/м за весь цикл сушки, кг/м³, вычисляют по формуле:

где - базисная плотность расчётного п/м, кг/м³,

W_н, W_к - соответственно, начальная и конечная влажность п/м, %

Количество влаги, кг, испаряемой за время одного оборота камеры, определяют по формуле:

,



где - вместимость камеры в расчётном материале, м³

Среднечасовое количество испаряемой в камере влаги, кг/ч

,

где - продолжительность сушки расчётного пиломатериала, ч.

Для учёта неравномерности удаления влаги в различные периоды сушки определяют расчётное количество испаряемой влаги, кг/ч:

,

где - коэффициент неравномерности скорости сушки

(при W_к = 12-15% , = 1,2; при W_к < 12%, - 1,3).

кг/м³

кг

кг/ч

кг/ч



2.1 Определение параметров агента сушки при входе в штабель

I ступень сушки	t	56
	t	3
		0,84
II ступень сушки	t	59
	t	6
		0,73
III ступень сушки	t	77
	t	22
		0,34

При низкотемпературном процессе для расчёта рекомендуется принимать параметры агента сушки по II (средней) ступени режима.

Влагосодержание г/кг сухого воздуха при рассчитывается по формуле:

,

где - степень насыщенности агента сушки;

- атмосферное давление воздуха (100000 Па);

- давление насыщения водяного пара при расчётной температуре воздуха, Па.

Теплосодержание воздуха, кДж/кг испаряемой влаги вычисляют по формуле:



Плотность воздуха, кг/м³ вычисляют по формуле:

Приведённый удельный объём м³/кг сухого воздуха рассчитывают по формуле:

Все полученные значения переносятся в таблицу ниже.

Расчётные параметры сушильного агента на входе в штабель

Ступень режима	Переходная влажность, %	t1, °С	ц1	t1, °C	tм1, °C	d1, г/кг	I1, кДж/кг	с1, кг/м3	Vпр1, м3/кг
II	35-25	59	0,73	6	53	100,26	320,1	0,996	1,1

г/кг

кДж/кг

кг/м³

м³/кг

2.2 Определение параметров свежего приточного воздуха

Предположим, что лесосушильная камеры расположена в цехе, следовательно, , .

Расчётные параметры свежего приточного воздуха

t0, °С	ц0	d0, г/кг	I0, кДж/кг	с0, кг/м3	Vпр0, м3/кг
21,5	0,6	9,7	46,06	1,18	0,86

кг/м³

2.3 Определение количества, циркулирующего в камере сушильного агента

Объём циркулирующего в штабелях агента сушки, м³/ч, определяют по формуле:

,

где - площадь живого сечения штабеля, м²;

- скорость агента сушки в штабеле, м/с.

Площадь живого сечения штабеля, м², вычисляют по формуле:

,

где - площадь габаритного сечения штабеля в плоскости, перпендикулярной направлению потока, м²;

- коэффициент заполнения штабеля по высоте.

Массу циркулирующего по материалу агента сушки в единицу времени, кг/ч, определяют по формуле:

.

Количество циркулирующего по материалу агента сушки, приходящееся на 1 кг испаряемой влаги, кг_{сух.возд}/кг_{исп.влаги}, рассчитывают как:

,

где М_р - расчетное количество испаряемой в единицу времени из материала влаги, кг/ч.

Влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля, г/кг, определяют по формуле:

,

где - влагосодержание агента сушки на входе в штабель.

Теплосодержание воздуха, кДж/кг испаряемой влаги вычисляют по формуле:



Перепад температуры агента сушки в штабеле, °С, рассчитывают, используя формулу:

.

Плотность воздуха, кг/м³, вычисляют по формуле:

.

Приведённый удельный объём, м³/кг сухого воздуха, вычисляют по формуле:

.

Степень насыщенности сушильного агента на выходе из штабеля можно определить по отношению:

,

где Р_а - атмосферное давление воздуха (100000 Па);

Р_н.2 - давление насыщения водяного пара при температуре воздуха на выходе из штабеля t₂.

Объем агента сушки, циркулирующего в единицу времени в камере:



,

где - коэффициент использования потока (принимается от 0,75 до 0,85).

Все полученные значения переносятся в таблицу ниже.

Расчётные параметры агента сушки при входе в штабель

Ступень режима	Переходная влажность, %	t2, °С	ц2	d2, г/кг	I2, кДж/кг	с2, кг/м3	Vпр2, м3/кг
II	35-25	55,5	0,89	102,4	321,4	0,997	1,1



2.4 Определение параметров воздухообмена и расчёт приточно-вытяжных каналов

Система воздухообмена сушильной камеры обеспечивает удаление из неё воды, испаренной из древесины и приток в камеру более сухого по отношению к находящемуся там воздуха. Для этого имеются приточные и вытяжные каналы. Они работают за счёт разности давлений, создаваемых циркуляционными вентиляторами.

Параметры свежего воздуха выбирают по летнему периоду времени, или климатическим условиям помещения, из которого происходит отбор свежего воздуха (коридора управления, здания цеха).

Расчет системы воздухообмена производится следующим образом.

Масса свежего и отработавшего воздуха, приходящегося на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг, можно найти по формуле:

Массовый расход свежего и отработавшего воздуха, кг/ч, измеряется по формуле:

Объём отработавшего воздуха, м³/ч, вычисляется как:



Объём свежего воздуха, м³/ч, определяется по формуле:

Площадь живого сечения приточного и вытяжного каналов, м², определяется по формулам:

,

где - расчётная скорость потока отработавшего или свежего воздуха в канале, м/с, принимающаяся для воздушных камер в пределах 3 - 5 м/с. Выберем среднее значение и возьмём = 4 м/с.

Приточно-вытяжные каналы могут быть круглой, квадратной или прямоугольной формы. В нашем случае возьмём круглую форму. Зная площадь каналов можно вычислить их диаметр.

Площадь приточного канала, м, вычисляется по формуле:



Площадь вытяжного канала, м, вычисляется по формуле:

2.5 Определение расхода тепловой энергии на сушку п/м

Расход тепла на прогрев 1 м³ замороженной древесины, кДж/м³, вычисляют по формуле:

,

где с - плотность древесины при W_н, кг/м³;

t₀ - начальная отрицательная температура древесины, загруженной в камеру, °С;

t_пр - температура, до которой прогревается древесина в камере (равна температуре смоченного термометра), °С;

W_г.ж. - количество связанной незамерзшей влаги в древесине, %;

с_(-), с₍₊₎ - соответственно удельные теплоёмкости замороженной и прогретой древесины, кДж/(кгград);

r_ог - теплота плавления льда, принимается равной 335 кДж/кг.

Плотность древесины устанавливают по диаграмме на рис. 1, удельную теплоёмкость по диаграмме на рис. 2, количество связанной незамёрзшей влаги по графику на рис. 1.



Рис. 1. Диаграмма плотности древесины

Рис. 2. Диаграмма удельной теплоёмкости древесины



Рис. 3. График содержания в древесине связанной незамерзшей влаги

Расход тепла на прогрев древесины, имеющий положительную начальную температуру, кДж/м³, вычисляют как:

,

где t₀ - начальная температура древесины, °С;

с₍₊₎ - удельная теплоёмкость древесины, определяемая при расчётной температуре

Удельный расход тепла при прогреве древесины в расчете на 1 кг испаряемой влаги, кДж/кг, устанавливают для зимних и среднегодовых условий по формуле:

Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, кВт, рассчитывается по формуле:

,

где ф_пр. - продолжительность прогрева, ч, (принимается для зимних условий 2 ч. на 1 см толщины п/м, для летних условий 1 - 1,5 ч. на 1 см п/м).

Удельный расход тепла на испарение влаги с учетом затрат на подогрев свежего воздуха, кДж/кг, при низкотемпературном процессе определяют по формуле:

,

где с_в - удельная теплоёмкость воды, равная 4,19 кДж/(кгград);

t_м - температура смоченного термометра, °С.

Тепловая мощность, необходимая для испарения из материала влаги, кВт, вычисляется по формуле:



2.6 Расход тепла на компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры

При расчете тепловых потерь учитывают потоки тепла через ограждения и полы лесосушильных камер. Потери через боковые стены, разделяющие смежные камеры, не учитываются. Исключением является расчёт тепло потерь для сборно-металлических камер, которые устанавливаются отдельно одна от другой.

Расчёт тепловых потерь удобно вести в табличной форме, предварительно составив планировку блока камер и конструктивную схему камеры с размерами элементов её ограждений.

Подберём рациональные размеры камеры, исходя из заданного размера штабеля:

H = 3,5 м; b = 4 м;

B = 5 м; h = 3 м.

L = 8,5 м;

Расчёт поверхности ограждений сушильной камеры

№ п/п	Ограждение	Формула	Площадь, м2
1	Наружная боковая стена	Fбок = LH	29,75
2	Торцовая стена	Fторц = BH	17,5
3	Дверь	Fдв = bh	12
4	Торцовая стена (за вычетом дверей)	Fторц2=Fторц - Fдв	5,5
5	Перекрытие (потолок)	Fпер = BL	42,5
6	Пол	Fпол = BL	42,5

Расчёт тепловых потерь через ограждения камеры

Ограждения	Fогр., м2	k,	tk, °С	tнар, °С	tк - tнар, °С	Qогр, кВт
1	29,75	0,7	55,5	18	37,5	1,17
2	17,5	0,7	55,5	18	37,5	0,69
3	12	0,9	55,5	18	37,5	0,6
4	5,5	0,7	55,5	18	37,5	0,217
5	42,5	0,7	55,5	18	37,5	1,67
6	42,5	0,7	55,5	10	45,5	0,7735
ИТОГО:	5,12

Расчётная температура t_нар. наружной среды для всех ограждений, кроме пола является одинаковой и рекомендуется 15 - 20 °С, для пола - 8 - 12 °С. Возьмём средние значения и выберем температуры 18 °С и 10 °С, соответственно.

Температуру среды в камере t_к следует принимать равной температуре агента сушки, соответствующей расчетной ступени режима.

Для расчета потерь тепла через ограждения (кроме пола) камер, кВт, рекомендуется формула:

,

где F_j, k_j - площадь, м², и коэффициент теплопередачи, Вт/(м²град), j-го элемента ограждения;

t_к, t_нар - температура среды внутри и снаружи камеры около j-го элемента ограждения, °С.

Тепловые потери через пол лесосушильной камеры малой мощности (ширина камеры b ? 4 м), расположенной непосредственно на грунте, кВт, определяют по формуле:

Величина коэффициента теплопередачи многослойных ограждений k зависит от толщины ограждения и материалов многослойной конструкции. В таблице ниже приведены ориентировочные значения коэффициента k теплопередачи через ограждающие конструкции камер различного исполнения.

Коэффициент k , Вт/(м²·град), теплопередачи ограждений некоторых лесосушильных камер

Тип ограждения	k
Ограждения стационарных камер периодического действия в железобетонном исполнении	0,8
Ограждения сборно-металлических камер периодического действия с заполнением минеральной ватой с двусторонней обшивкой металлическим листом	0,7
Двери одинарные с двусторонней обшивкой металлическим листом и с заполнением внутреннего пространства минеральной ватой	0,9

Суммарные потери тепла через ограждения и полы камер, кВт, определяются по формуле:

Величину удельных потерь (на 1 кг испаряемой влаги), кДж/кг, рассчитывают по формуле:

Полный удельный расход тепла на сушку пиломатериалов, кДж/кг, складывают из отдельных статей затрат:

,

где с₁ - коэффициент, учитывающий дополнительные неучтённые расходы тепла на влаготеплообработку, подогрев камеры, транспортных средств, оборудования и пр. (принимают для среднегодовых условий с₁ = 1,1).

В расчёте на 1 м³ высушиваемых пиломатериалов расход теплоты, ГДж/м³, определяют по выражению:

.



2.7 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калориферов

Агент сушки нагревают в рекуперативных поверхностных нагревателях, именуемых калориферами. Они относятся к основному виду теплового оборудования и во многом определяют энергетические и экономические показатели лесосушильных камер.

По виду теплоносителя изготавливают водяные и паровые калориферы. Паровые калориферы изготавливаются только в одноходовом исполнении с вертикальным расположением трубок. Водяные калориферы имеют многоходовое исполнение, реализуемое путём установки перегородок в коллекторах. Трубки в них располагаются горизонтально, а патрубки - на одном коллекторе.

По условию теплоносителем является горячая вода, поэтому рассматривать будем многоходовый калорифер КМБ № 9



№ калорифера	Площадь поверхности нагрева, м2	Площадь живого сечения, м2
		по воздуху	по теплоносителю
Калорифер КМБ
9	53,3	0,486	0,00178

Тепловая мощность калорифера, т.е. количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии, кВт, определяется:

Максимальный расход горячей воды на сушку, кг/ч, составит:

Коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м2·град), отнесенный к полной внешней поверхности нагрева, определяется по формуле:

,

где p₂щ₂ - массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(м²·с). p₂щ₂ = 4…12 кг/(м²·с), поэтому примем среднее значение, т.е. p₂щ₂ = 8 кг/(м²·с);

щ₁ - скорость воды в трубках, м/с;

А - коэффициент;

n, m - показатели степени.

Значения постоянных щ_1, А, n, m показаны в таблице ниже.



Модель калорифера	щ1 < 0,25 м/с	щ1 ? 0,25 м/с
	А	n	m	A	n	m
КМБ	24,34	0,331	0,14	11,04	0,446	0,034

Скорость воды в трубах калорифера, м/с, вычисляется по формуле:

,

где с_в - плотность воды, равная 1000 кг/м³;

- площадь живого сечения калорифера по теплоносителю.

Аэродинамическое сопротивление калориферов, Па, определяется по формуле:

,

в которой коэффициент В = 1,2; показатель R = 1,76.

Необходимую поверхность нагрева калорифера, м², определяют по формуле:

,

где t_T - температура теплоносителя, °С ();

t_с - температура среды в камере, °С ().

Необходимая площадь живого сечения калорифера, м², определяют по формуле:

где G₂ - количество нагреваемого агента сушки, кг/ч. (G₂ = G_шт).

Действительная массовая скорость агента сушки в ж.с.к., кг/м²·с, определяется по формуле:

,

где - фактическая площадь живого сечения калорифера, м².



Таким образом, при максимально возможной F_н.к. = 53,3 м², требуемая

F_н.к. = 125,55 м² Принимаем к установке этот калорифер, при этом достаточно установить 3 шт., так, коэффициент запаса будет = 1,27.

2.8 Расчёт диаметров трубопроводов

Трубопроводы в сушильном цехе предназначены для передачи теплоносителя от котельной к калориферам сушильной камеры.

Расход воды, м³/с, проходящей через калориферы одной камеры:

,

где n - количество калориферов в камере.

Трубы подвода и отвода воды, соединяющие калориферы в камере имеют одинаковый диаметр, м, который определяется:

,



где щ_воды - скорость воды в подводящих и отводящих трубах, м/с. (щ_воды=1,0 - 1,5 м/с). В расчётах ниже примем щ_воды= 1,5 м/с.

Диаметр магистральных труб, м (прямого и обратного коллектора) подводящих (отводящих) воду к камерам:

,

где n - количество камер в цехе.

Диаметр труб к форсункам распыления воды для увлажнения воздуха в камере зависит от давления воды и вместимости камер и может составлять от 15 до 25 мм. Количество форсунок зависит от числа штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку воздуха (принимается по 4 форсунки на один штабель).

Полученные расчётом диаметры труб округляются в большую сторону до величины D_у, мм (условный проход), регламентированной стандартом (ГОСТ 10704 - 76). Размеры труб даны в таблице ниже.

Размеры стальных труб (сортамент по ГОСТ 10704 - 76)

Dу	15	20	25	32	40	50	65	80	100	125	150	200	250	300	350
dн	18	25	32	38	45	57	76	89	108	133	159	219	273	325	377
s	2	2	2	2	2	3	3	3	3,5	3,5	4,5	6	6	6	6

Примечание. d_н - наружный диаметр трубы, мм; s - толщина стенки трубы, мм.



3. Аэродинамический расчёт камеры

3.1 Определение потерь напора в кольце циркуляции

Для выполнения дальнейших расчётов необходимо составить аэродинамическую схему сушильной камеры с обозначением всех участков сопротивления движению воздушного потока.

Рис. 4. Расчётная схема двухштабельной камеры с горизонтально-поперечной циркуляцией агента сушки: 1 - вентилятор; 2 - калорифер; 3, 10 - боковые каналы; 4, 7 - вход в штабель; 5, 8 - штабель; 6, 9 - выход из штабеля; 11, 12, 13, 14 - повороты под углом 90°.



Определение скорости циркуляции на отдельных участках, м/с:

где V_в - количество агента сушки, циркулирующего в камере, м³/ч, при этом V_в = V_шт;

F_кан - площадь канала, перпендикулярного движению агента сушки, м².

Расчёты скоростей циркуляции агента сушки на каждом участке рекомендуется свести в таблицу ниже.

Расчёт скорости движения агента сушки в контуре циркуляции сушильной камеры

Номер участка	1	2	3, 6, 9, 10, 11, 12, 13, 14	4, 5, 7, 8
Площадь живого сечения Fк, м2	1,13	-	15,6	7,8
Скорость движения агента сушки, м/с	10,35	-	0,75	1,5

Расчет потерь давления на каждом участке, Па:

где - плотность воздуха, кг/м³;

- скорость воздуха на участках, м/с;

- коэффициент местного сопротивления на участках.

На прямом участке:



,

где k - коэффициент трения;

l - длина участка, м;

Р - периметр участка, м;

- площадь сечения канала, перпендикулярного движению агента сушки, м².

Величина коэффициента трения k:

для металлических каналов k = 0,016;

для оштукатуренных каналов k = 0,03;

для неоштукатуренных каналов k = 0,04.

Значения коэффициентов местных сопротивлений на некоторых участках циркуляции воздуха в сушильных камерах приведены в таблицах ниже.

Поворот потока

Угол поворота в градусах	90	120	135	150
Коэффициент	1,1	0,55	0,25	0,2

Внезапное сужение потока

Отношение площадей f/F	0,1	0,3	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Коэффициент	0,29	0,25	0,18	0,13	0,08	0,04	0,01	0

Внезапное расширение потока

Отношение площадей f/F	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Коэффициент	0,81	0,64	0,48	0,36	0,25	0,16	0,1	0,05	0,01



Сопротивление штабеля, уложенного на прокладках без шпаций при движении воздуха вдоль прокладок, Па, рассчитывают по формуле:

где - скорость движения воздуха перед входом в штабель, м/с;

- коэффициент местного сопротивления штабеля.

Коэффициент местного сопротивления штабеля вычисляется по формуле:

где S - толщина доски, мм;

a - толщина прокладки, мм;

В - ширина штабеля, мм.

Сопротивление перегородок, в которых монтируются осевые вентиляторы, Па, определяют по формуле:



где - скорость воздуха перед кожухом вентилятора, м/с;

- коэффициент местного сопротивления (для вентиляторов на поперечных валах = 0,8).

Сопротивление калорифера определяется в тепловом расчёте ().

Рабочее давление вентилятора, Па, определяется как сумма величин сопротивлений движению воздуха:

Весь расчёт сводится в таблицу ниже.

Номер участка	Наименование участка	с, м3/кг	щi, м/с	оi	Дhi, Па
1	Вентилятор	1,2	10,35	0,8	50,56
2	Калорифер	1,2	-	-	61,5
3, 10	Боковые каналы	1,2	0,75	0,02	0,006
4, 7	Вход в штабель (сужение)	0,996	1,5	0,18	0,2
5, 8	Штабель	0,996	1,5	11,19	12,5
6, 9	Выход из штабеля (расш.)	0,997	0,75	0,25	0,07
11, 12, 13, 14	Повороты воздуха под углом	0,997	0,75	1,1	0,3

Поскольку характеристики вентиляторов составляют для воздуха при стандартных условиях (t = 20 ^°С, с = 1,2 кг/м³), расчетный напор пересчитывают в характеристический, Па:



где с - фактическая плотность воздуха, кг/м³.



3.2 Подбор вентилятора

В лесосушильных камерах наибольшее распространение получили осевые вентиляторы. Это объясняется тем, что их можно устанавливать внутри циркуляционного канала и обеспечивать циркуляцию агента сушки.

Кроме того, производительность и КПД осевых вентиляторов аналогичных размеров выше, а габаритные размеры и масса меньше, чем центробежных. Существенным преимуществом осевых вентиляторов также является реверсивность, т.е. изменение направления вращения рабочего колеса.

Размер осевого вентилятора соответствует его номеру, который обозначается числом дециметров диаметра рабочего колеса. Так, колесо диаметром 1000 мм, или 10 дм, будет № 10. Определение номера вентилятора и частоты его вращения наиболее просто производить по графикам аэродинамической характеристики вентиляторов (рис. 5).

Производительность одного вентилятора, м³/ч, определяется:



где m - количество вентиляторов в камере.

В камерах с поперечно-горизонтальной циркуляцией, независимо от длины штабеля, устанавливается 1 - 2 вентилятора по высоте циркуляционного канала (высота канала совпадает с высотой внутреннего пространства камеры.

Рис. 5. Аэродинамическая характеристика осевых вентиляторов серии У

Мощность, кВт, необходимую на привод вентилятора, определяют по формуле:

где V_вент - производительность одного вентилятора, м³/с;

Н_раб - рабочее давление вентилятора, Па;

з_в - КПД вентилятора (можно принять в расчетах з_в ? 0,6);

з_п - КПД передачи;

К_t - коэффициент, учитывающий влияние температуры среды t_с;

К_з - коэффициент запаса мощности на пусковой момент.

Значения коэффициентов приведены в таблицах ниже.

Значения коэффициента К_t

Температура среды, tc, °С	25 - 35	36 - 40	41 - 45	46 - 50	>50
Кt	1,05	1,1	1,2	1,25	1,5

Значения КПД передачи з_п

При непосредственной посадке рабочего колеса на вал электродвигателя	1,0
При прямом соединении муфтой вала вентилятора с валом электродвигателя	0,95
При клиноременной передаче	0,9

Значения коэффициента К_з (сначала необходимо посчитать N_в без коэффициента, а за тем подобрать его)

Мощность Nв, кВт	До 0,5	0,5 - 1,0	1,0 - 2,0	2,0 - 5,0	>5,0
Кз	1,2	1,15	1,1	1,08	1,05

Выберем по диаграмме на рис. 5 вентилятор № 12.



4. Планировка лесосушильных цехов

Задачей планировки является взаимное размещение всех помещений сушильного цеха. Размеры и общая площадь сушильного цеха определяются выбранным типом, числом камер и количеством высушиваемого материала. Варианты планировки лесосушильного цеха могут быть весьма разнообразными. Они зависят от особенностей генерального плана предприятия, а кроме того, от типа сушильных камер и способов формирования и перемещения штабелей.

При проектировании лесосушильных цехов площадки для формирования штабелей, помещения для хранения сырых сушильных штабелей, траверсные коридоры, остывочные помещения, склады сухих пиломатериалов должны размещаться в закрытых помещениях с отоплением, освещением и приточно-вытяжной вентиляцией.

Особое внимание при проектировании должно обращаться на механизацию формирования сушильных пакетов и штабелей, их транспортирование, загрузку-выгрузку, разборку, подачу на склад и выдачу со склада сухих пиломатериалов.

После определения необходимого количества сушильных камер необходимо выбрать вспомогательное оборудование: укладчики пиломатериалов, транспортно-загрузочные механизмы. Выбор типа, требуемого оборудования производят исходя из количества лесосушильных камер и производительности сушильного цеха.

На планировочных чертежах толщину стен стационарной камеры можно брать в среднем 500 мм и изображать схематично без указания ее конструкции. Толщина стен сборно-металлических камер составляет в среднем 120 - 150 мм. На планировочных чертежах такие камеры можно показывать схематично без разреза в виде прямоугольника со сторонами, равными габаритной ширине и длине камеры.



4.1 Ёмкость и необходимая площадь складов сырых и сухих пиломатериалов

Емкость складов пиломатериалов, м³, зависит от продолжительности хранения материала, сут, и среднесуточной производительности сушильного цеха, м³/сут:

где Z_хр - продолжительность хранения на складе (для сырых материалов Z_хр = до 2 сут.; для сухих Z_хр от 4 до 7 суток).

Q_сут - среднесуточная производительность сушильного цеха, м³/сут.

Среднесуточная производительность сушильного цеха, м³/сут, определяется по формуле:

где Q_суш - годовой объём сушки п/м на предприятии, м³.

с - коэффициент технического использования камер (с = 0,92).

Число штабелей, подлежащих хранению на складе сырого и сухого материала:

где Е_шт - ёмкость штабеля, м³ усл..

Ёмкость штабеля, м³ усл., определяется как:

где Г_шт - габаритный объем штабеля, м³, (Г_шт = lbh);

в_усл - объемный коэффициент заполнения штабеля усл. материалом

Для расчетов площади складов можно принять средний коэффициент заполнения площади складов материалом в_пл.скл = 0,35 - 0,45.

Тогда, площадь склада, м², вычисляется по формуле:

,

Таким образом, для непрерывной работы камеры, при полной их загрузке в запасе на складе должно быть не менее 1 штабеля сырых пиломатериалов, так же нужно предусмотреть место для хранения не менее 3 штабелей сухих пиломатериалов.



5. Описание технологического процесса

Перед началом процесса сушки пиломатериалов подбирают и устанавливают режим сушки. Наиболее подходящим режимом, удовлетворяющим параметрам сушильной камеры, является режим О5:

I ступень сушки	t	56
	t	3
		0,84
II ступень сушки	t	59
	t	6
		0,73
III ступень сушки	t	77
	t	22
		0,34

Режим О5 является нормальным режимом, обеспечивающим бездефектную сушку п/м, при полном сохранении прочностных качеств п/м, с незначительным изменением её цвета.

Затем формируют штабель с учетом толщины и ширины пиломатериалов и прокладок между рядами. За расчётный материал примем ольху:

Порода п/м	Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, м	W н., %	W к., %	Объём, м3	Категория качества сушки
Ольха	25	150	2,5	70	10	520	II

Габаритные размеры формируемого штабеля (HЧBЧL): 2,6Ч1,8Ч6,0 м. доски в штабель укладываются без шпаций, толщина прокладок между досками равна 25 мм. Прокладки укладываются одна за другой, при этом крайние прокладки должны быть расположены от торца штабеля не менее чем на 25 мм, выступать за боковые поверхности штабеля не более, чем на 25 мм. Рекомендуемое количество прокладок в горизонтальном ряду по длине штабеля, равной 6 м. - 12 штук.

Далее готовят камеру: очищают от мусора, проверяют исправность всех систем, прогревают. При помощи штабелера-укладчика камеры загружаются и закрываются. Начинается процесс прогрева древесины. В камерах периодического действия контроль процесса сушки и его регулирование ведут по состоянию агента сушки, поступающего в штабель. В начале каждой смены (на основании определения влажности материала) устанавливают и записывают в журнал необходимое режимное состояние сушильного агента на всю смену

Для того, чтобы прогреть древесину, необходимо добиться влажности воздуха, равного 100%, т.к. только при таких условиях древесина прогреется, не испаряя из себя влагу, и не растрескиваясь. Добиваются стопроцентной влажности путём подачи через увлажнительные трубы пара, при этом калориферы включены, вентиляторы работают, приточно-вытяжные каналы закрыты. Если в древесине нет замерзшей влаги, то на прогрев 1 см толщины доски требуется 1 ч, если же замёрзшая влага (лёд) в древесине есть, то на прогрев 1 см толщины доски требуется от 2 до 2,5 ч. Прогрев длится до тех пор, пока разница температуры среды и температуры в центре доски не достигнет 3 °С

После того, как прогрев древесины окончен, начинается процесс сушки. Продолжительность сушки п/м зависит от породы п/м, толщины, ширины досок, скорости циркуляции агента сушки.

После истечения установленного времени на сушку, пиломатериалы не вынимают из камеры, а дают «отдохнуть», то есть снизить температуру, для снятия внутренних напряжений.

После изъятия пиломатериалов из камеры, они отправляются на склад высушенных пиломатериалов. Штабеля укладывают на хранение в закрытые и открытые склады, под навесы.

Каждый штабель укладывается на фундамент из ж/б, бетонных или деревянных опор и ж/б или деревянных прогонов. Фундаменты на открытых складах устраиваются в соответствии с ГОСТ 3808,1-85 и ГОСТ 7319-85. В неотапливаемых складах (закрытый или открытый с навесом) высота фундамента должна быть ? 300 мм, в отапливаемых ? 100 мм.

На таких складах древесина остывает, хранится до тех пор, пока её не увезут.



Литература

1. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский, А.И. Расев. М.: Лесн. пром-сть. 1987.

2. Расев А.И. Проектирование сушильных камер периодического действия / А.И. Расев, Л.П. Красухина. М.: МГУЛ, 2009. 96 с.

3. Акишенков С.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов /С.И. Акишенков, В.И. Корнеев: учеб. пособие. СПб: СПбГЛТА. 2008. 104 с.

4. Справочник по сушке древесины / Е.С. Богданов, В.А. Козлов, В.Б. Кунтыш, В.И. Мелехов. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 304 с.

5. Богданов Е.С. Расчет, проектирование и реконструкция лесосушильных камер / Е.С. Богданов, В.И. Мелехов, В.Б. Кунтыш. М.: Экология, 1993. 352 с.

6. Гороховский А.Г. Качество сушки пиломатериалов / А.Г. Гороховский, Е.Е. Шишкина: учеб. пособие. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 127 с.

Размещено на Allbest.ru

...