Курсовая работа: Реконструкция установки для сушки древесины

Содержание

Введение

1. Основные сведения

2. Технологический расчет

3. Тепловой расчёт

4. Аэродинамический расчет

5. Описание технологического процесса

Список литературы

Введение

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

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

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

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

1. Основные сведения

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

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

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

При обозначении типов камер принята следующая система классификации:

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

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

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

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

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

Технологические показатели камеры ИУ – 1гв.

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

Число штабелей, шт 1

Вместимость камеры 14,7

Годовая производительность, м3 1000

Побудитель циркуляции центробежный вентилятор№20

Производительность вентилятора, тыс.м3/ч 72,0

Установленная мощность электродвигателей, кВт 11,0

Скорость воздуха в штабеле, м/с 2,3

Тепловое оборудование БМК

Источник тепла горячая вода

Масса, т 7,8

2. Технологический расчет

2.1 Пересчёт объёма фактического материала в объём условного материала

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

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

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

У=Ф b_об.усл t_об.ф / t_об.услb_об.ф, (2.1)

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

b_об.усл – коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом;

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

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

b_об.ф – коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом.

К_п=b_об.усл/t_об.усл, (2.2)

где Кп – пересчётный коэффициент.

У=Ф.К_п.t_об.ф/b_об.ф, (2.3)

Определение продолжительности сушки в камере периодического действия.

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

t=t_исх. .А_р.А_ц.А_в.А_к.А_д + t_заг, (2.4)

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

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

А_р; А_ц; А_в; А_к; А_д – коэффициенты, учитывающие категорию режима А_р; интенсивность циркуляции А_ц; начальную и конечную влажность А_в; качество сушки А_к; длину материала А_д.

Таблица 2.1 - Определение продолжительности сушки пиломатериалов

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

2.2 Определение производительности камер в условном материале

П_у=335 К_п Г, м³усл/год, (2.5)

где П_у – годовая производительность в условном материале, м³усл/год;

К_п – пересчётный коэффициент;

Г – габаритный объём штабелей, м³

Г=n.l.b.h , м³, (2.6)

где n – число штабелей в камере,

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

Пу=335.0.065(6.6.1.8.2.6)=672,6 м³усл/год.

2.3 Определение необходимого количества камер

Необходимое количество камер для выполнения заданной программы определяется по формуле:

П_кам=SУ/П_у, (2.7)

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

SУ=У₁+У₂+…+У_n (2.8)

П_у – годовая производительность одной камеры в условном материале, подсчитанная по формуле:

П_кам=9429,77/672,6=14 шт.

Принимаем 20 камер типа ИУ‑1гв.

2.2 Тепловой расчёт

Выбор расчетного пиломатериала.

За расчётный материал в практике проектирования лесосушильных камер выбирается наиболее быстросохнущий пиломатериал. Тепловое оборудование, рассчитанное по быстросохнущему пиломатериалу, надёжно обеспечит сушку пиломатериалов всех пород и сечений.

Выбираем из нашей спецификации пиломатериалов, подлежащих сушке, хвойные доски (сосна), сечением 25х150 и длиной 6500 мм.

2.2.1 Определение массы испаряемой влаги

Масса влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериалов, m_1м³, кг/м³

, (2.9)

где  - базисная плотность расчетного пиломатериала, кг/м³_, определяется из таблицы 1 [5];

W_н, W_к – начальная и конечная влажность древесины, %.

Масса влаги, испаряемой за время одного оборота сушильной камеры, m_{об.кам.,} кг/об.

m_об.кам. = m_1м³Е=252.8,3=2091,6 кг/об. (2.10)

Е= Г.в_ф=6,5.1,8.2.0,356=8,3 м³, (2.11)

где Е - емкость камеры, м³;

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

в_ф – коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным пиломатериалом.

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

, (2.12)

где _суш.ф. - общая продолжительность сушки, ч.

t_с.ф = t_с – (t_п + t_{кон.ВТО}) = 121,5 – (3,75 + 2) = 115,75ч, (2.13)

где t_с – продолжительность сушки расчетного материала, ч;

t_п – продолжительность начального прогрева материала, ч, (по 1,5 часа на каждый сантиметр толщины, т.е. 3,75 ч.);

t_{кон.ВТО} – продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч, (2часа).

Расчетная масса испаряемой влаги, кг/с

М_р=М_с. ч, (2.14)

где ч – коэффициент неравномерной скорости сушки.

Коэффициент неравномерной скорости сушки рекомендуется прини- мать для камер периодического действия при сушке воздухом при Wк=<12%.

М_р=0,005.1,3=0,0065 кг/с.

2.2.2 Выбор режима сушки

Режимы сушки выбираются в зависимости от породы, толщины и назначения расчетного пиломатериала, требований, предъявленных к качеству сухой древесины.

Выбираем II категорию качества – для пиломатериалов и заготовок в столярно-мебельном производстве.

Выбираем низкотемпературный режим 2 – М (по ГОСТ 19773-84).

Таблица 2.4 - Параметры сушильного агента

2.2.3 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

При сушке влажным воздухом расчетную температуру t₁ и степень насыщения ц₁ агента сушки, входящего в штабель, назначают по средней ступени режимов, где t₁= t_с (t_с – температура «сухого» термометра второй ступени режима) и ц₁= ц._.

Влагосодержание d₁, теплосодержание I₁, плотность с₁ и приведенный удельный объем Vпр₁ определяют по Id-диаграмме.

t₁=61 ⁰С; j₁=0,62;

d₁=99 г/кг;

V_пр1=1,12 м³/кг;

I₁=320 кДж/кг;

r₁=0,985 кг/м³ .

2.2.4 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

Определение объема циркулирующего агента сушки за одну секунду, м³/с:

V_c=V_шт.F_{ж.сеч.шт}=2,0.5,85=11,7 м³/с, (2.15)

где V_шт – расчетная скорость циркуляции по штабелю, м/с;

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

F_{ж.сеч.шт}= n₁.l_шт.h_шт (1-в_в)=1.6,5.1,8(1-0,5)=5,85 м², (2.16)

где n₁- количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки, идущему в одном направлении;

 l_шт – длина штабеля, м;

h_шт - высота штабеля, м;

в_в – коэффициент заполнения штабеля по высоте, определяют из соотношения:

в_в=  (2.17)

где S- толщина расчетного пиломатериала, мм.

Масса циркулирующего агента сушки m_ц на 1 кг. испаряемой влаги.

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

 (2.18)

где V₁ – приведенный удельный объем влажного воздуха, определяемый по Id- диаграмме, м³/кг.

2.2.5 Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля

Параметры отработавшего агента сушки (влажного воздуха) на выходе из штабеля.

Для расчетов процесса сушки необходимо знать не только параметры входящего в штабель сушильного агента, но и параметры его на выходе из штабеля: t₂, ц₂, d₂, I₂, с₂, V₂.

При сушке воздухом влагосодержание, г/кг,

 (2.19)

Параметры t₂, ц₂ определяют после построения процесса сушки на Id-диаграмме.

При теоретическом построении процесса испарения влаги теплосодержание воздуха I₂ на выходе из штабеля принимают равным теплосодержанию I₁ воздуха, входящего в штабель, т.е. I₂=I₁.

Приведенный удельный объем V₂ и плотность с₂ выходящего из штабеля отработавшего агента сушки принимают равными объему V₁ и плотности с₁ входящего в штабель агента сушки, т.е. V₂=V₁, с₂= с_1.

I₁ = I₂ = 320 кДж/кг;

V₂=V₁=1,12 м³/кг;

с₂= с₁=0,985 кг/м³ .

t₂ = 59 ⁰C; j₁=0,7;

Уточнение объема и массы циркулирующего агента сушки:

m_ц = 1000/(d₂ – d₁) = 1000/(99,5 – 99) = 2000,0 кг/кг. исп.влаги; (2.20)

V_ц = m_цM_рV_пр1 = 1607,14х0,0065х1,12= 11,7 м³/с; (2.20)

G_ц = m_цM_р = 1607,14х0,0065 = 10,45 кг/с. (2.21)

2.2.6 Определение объема свежего воздуха и отработавшего агента сушки, удаляемого из камеры

Масса свежего воздуха и отработавшего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг. исп. влаги:

m_o= (2.22)

где d_o – влагосодержание свежего приточного воздуха, поступающего в камеру, г/кг.

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

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

V_o=M_p . m_o. V_o.пр=0,0065. 11,43.0,87=0,065 м³/с (2.23)

где V_o.пр – приведенный удельный объем свежего воздуха. При температуре t_o=20^oC, V_o=0,87 м³/кг.

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

V_отр.=М_р.m_oV₂=0,0065.11,43.1,12=0,08 м³/с (2.24)

где V₂ – удельный объем отработавшего агента сушки, принимаемый равным V_1, м³/кг.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала:

f_кан = V_отр/v_кан = 0,08/2 = 0,04 м² (2.25)

где v_кан – скорость движения отработавшего агента сушки.

Площадь поперечного сечения приточного канала:

f_кан = V_о/v_кан = 0,065/2 = 0,0325 м² (2.26)

2.2.7 Определение расхода тепла на сушку древесины

Расход тепла на сушку определяют отдельно для зимних и среднегодовых условий эксплуатации сушильных камер. По зимнему расходу тепла ведется расчет тепловой мощности камер. По расходу тепла в среднегодовых условиях определяется потребность пара на производственную программу и на 1 м³ высушиваемых фактического и условного пиломатериалов, т.е. определяются исходные данные для экономических расчетов, в частности для составления калькуляции себестоимости сушки пиломатериалов.

При сушке древесины тепло в основном расходуется на начальный прогрев пиломатериалов, испарении влаги и на потери через ограждения камеры.

Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины Q_нагр.1м³.

В зимних условиях тепло при нагревании пиломатериалов расходуется на нагревание древесной массы в области отрицательных и положительных температур и на оттаивание замерзшей влаги.

Для зимних условий расход тепла определятся по формулам, кДж/м³

Q_нагр.1м³=с(С_(-)(-t_оз)+С₍₊₎t_кам.)+с_усл.. (2.27)

_нагр.1м³=650(2,1*31+2,8*62)+400=230195 кДж/м³

где r - скрытая теплота плавления льда (335кДж/кг);

с – плотность древесины при фактической ее влажности, побирается на диаграмме на рис.2 [5];

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

W_н – начальная влажность древесины, %;

W_г.ж - влажность гигроскопически жидкой влаги [3], рис.1;

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

t_кам- температура древесины при ее нагреве, ^оС; при сушке в среде влажного воздуха принимается на 5^оС выше температуры t_с по первой ступени режима;

t_оз- начальная температура древесины, принимается по табл.11[5];

При определении удельной теплоемкости древесины для С_(-) принимают, ^оС:

t_ср.(-)= (2.28)

тогда C_(-)=2,1 кДж/кг^оС,

t_ср.(+)= (2.29)

тогда C₍₊₎=2,8 кДж/кг^оС,

Для среднегодовых условий, когда t_с.г.>0 ^оС, расход тепла Q_нагр.1м³ определяется по формуле:

Q_нагр.1м³=сС₍₊₎(t_кам.-t_с.г.)=650.2,8. (62-0,8)=111384 кДж/м³ (2.30)

В этом случае среднеарифметическая температура для определения по рис. 3 [5] удельной теплоемкости С₍₊₎ подсчитывается как полусумма двух температур, ^оС:

t_ср=, (2.31)

тогда C₍₊₎=2,8кДж/кг^оС.

Расход тепла на нагревание древесины Q_нагр в секунду.

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

Q_нагр.=, (2.32)

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

Для зимних:

Q_нагр=,

Для среднегодовых:

Q_нагр=.

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

Для зимних условий:

q_нагр = (2.33)

Для среднегодовых:

q_нагр =

Расход тепла на испарение влаги.

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

q_исп=1000, (2.34)

гдеI₂ – теплосодержание отработавшего агента сушки, выходящего из штабеля, кДж/кг, I₂=I₁;

I_о – теплосодержание свежего воздуха при t=20^oC;

С_в – удельная теплоемкость воды, С_в=4,19 кДж/кг;

t_м – температура нагретой влаги в древесине, принимают равной температуре t_м первой ступени режима.

Общий расход тепла на испарение влаги Q_исп в секунду, кВт

Q_исп.=q_исп.М_р=2892,6.0,0065=18,8 кВт (2.35)

2.2.8 Расчет теплопотерь через ограждения камеры

Потери тепла в секунду через ограждения камеры Q_огр. определяют по выражению:

Q_огр=F_огр .k (t₁-t_нар), (2.36)

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

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

t_нар – температура вне сушильных камер.

Сушильные камеры будут находится в отапливаемом помещении, то t_нар=15^оС.

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

k= (2.37)

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

в₁, в₂,…. в_n – толщина слоев ограждения, м;

л₁, л₂ …. л_n - коэффициенты теплопроводности материалов, составляющие слои ограждений, Вт/м²град., (табл.12 [5]);

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

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

k_пол=0,5k_нар.ст (2.38)

За охлаждающую поверхность пола принимают полосу шириной 1 м вдоль наружной стены.

Для того чтобы исключить возможную конденсацию пара на внутренних поверхностях ограждений (пола, дверей, стен), к_огр должен удовлетворять условию:

к_огр £ 0.6 Вт/(м²хград).

Таблица 2.5 - Расчет площади поверхности ограждений сушильной камеры

где L – длина боковой стены, м (8,3);

H, B – соответственно высота и ширина камеры, м(2,2; 2,8);

h, b – соответственно высота и ширина двери, м (2,2; 2,0).

Удельный расход тепла на потери через ограждения камеры, кДж/кг.исп.влаги:

g_огр= ∑Q_огр/М_с=3,22/0,004=805,0 кДж/кг.исп.влаги (2.39)

Суммарный удельный расход тепла на сушку древесины.

Подсчитывают для среднегодовых условий:

g_суш.=(g_нагр.+g_исп.+g_огр.)с_1, (2.40)

где 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.

g_суш =(525,39+2892,6+805,0)1,3=5489,9кДж/кг.исп.влаги

2.2.9 Выбор типа и расчет теплоотдающей площади калорифера

Подбор типа калорифера.

В качестве источника тепла в лесосушильной камере ИУ-1гв использованы биметаллические водяные калориферы.

Тепловая мощность калорифера.

Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях по формуле:

Q_к=(Q_исп + åQ_огр)с₂, (2.41)

где Q_исп – расход тепла на испарение влаги, кВт;

åQ_огр – 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

Q_к=(18,8 + 3,22)х1,2=26,4кВт

Расчет поверхности нагрева калорифера.

F_к=1000 Q_к с₃/кк(t_т – t_с) = 1000.26,4.1,2/21,35(84-61)=64,5 м² , (2.42)

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

t_т – температура теплоносителя, (84 ⁰С);

t_с – температура нагреваемой среды в камере, (61⁰С);

с₃ – коэффициент запаса (с₃ = 1.2).

Живое сечение калорифера:

F_{ж.сеч.кал.} = f_{ж.сеч.кал}. n_к = 2,5х1 = 2,5 м², (2.43)

где f_{ж.сеч.кал} – живое сечение для прохода агента сушки одного калорифера, м²

n_к – количество калориферов в одном ряду, перпендикулярном потоку агента сушки.

Скорость агента сушки через калорифер:

v_к = V_ц/ F_{ж.сеч.кал} =11,7 /2,5 = 4,68 м/с. (2.44)

Коэффициент теплопередачи калорифера:

k = 10,2 . v_к ^0,48 = 21,39 Вт/(м²х⁰С). (2.45)

Количество калориферов из биметаллических труб на одну сушильную камеру:

n_k= F_k/¦_k, (2.46)

где ¦_k – площадь нагрева одного биметаллического водяного калорифера данной марки.

n_k=64,5/136,02=0,5

Принимаем 1 биметаллический водяной калорифер КСк3-12 .

2.2.10 Определение расхода воды

Расход воды на одну сушильную камеру

D_г.в = Q_k /c_в r_в Dt = 26,4/4,19.945.15 = 0, 0004 м³/сек или 1,44 м³/час, (2.47)

где Q_k – тепловая мощность калорифера, кВт;

с_в – теплоемкость воды,

r_в – плотность воды, кг/м³;

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

Скорость воды:

V_в = D_г.в / f_ж.сеч = 0,0004 / 0,0022 =0,18 м/с (2.48)

где f_ж.сеч – площадь трубы калорифера.

Годовая потребность в горячей воде:

D_г = 335.24.n.D_г.в = 335.24.5.1,44 = 5,78.10⁴ м³ (2.49)

где 24- число часов в сутках; 335 – число рабочих дней в году;

n – число камер, в которых идет сушка.

2.2.11 Определение диаметров трубопроводов

Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262 – 72 “Трубы стальные водопроводные” (условный проход 6. 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90, 100, 125, 150 мм).

Диаметр магистрального трубопровода, м:

d_маг= Ö1,27Р_цех/3600r_вV_в, (2.50)

где r_в – плотность воды, кг/м³;

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

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

Р_цех =nкам.D_г.в , (2.51)

Р_цех = 20.1,44=28,8 м³/час;

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

Принимаем трубу 100х2.8 ГОСТ 3262 – 75.

Диаметр трубы (отвода) к коллектору камеры, м:

d_к= Ö1,27 D_г.в/3600r_вV_в, (2.52)

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

d_к=Ö1,27.1,44/3600.945.0,001=0,022м

Принимаем трубу 25х2.8 ГОСТ 3262 – 75.

Диаметр трубы к калориферу камеры, м

d_к=Ö1,27Р_в/3600r_в V_в, (2.53)

где Р_в – расход воды на сушку, м³/ч;

d_к=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.

d_увл = Ö1,27Р_к.пр /3600р_нVв, (2.54)

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

d_увл=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 = 20^о С, ц = 0,50 и Р_б = 760 мм. рт. ст., с = 1,2 кг/м³).

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

Н _в= Н_ст + Н_д (4.1)

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

n

Н_ст=∑∆h_i, или (4.2)

i

       n  с_i щ_i²      е_i lu

Н_ст=∑ ^________ ( ^_______ + ж_i), Па (4.3)

      i      2           f

где на данном i-ом участке

с_i – плотность агента сушки, кг/м³;

щ_i – скорость агента сушки, м/с;

е_i – коэффициент трения о стенки газохода;

l – длина прямого газохода, м;

u- периметр поперечного сечения прямого газохода, м;

f – площадь «живого» сечения газохода, м²;

ж_i – коэффициент местного сопротивления.

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

где f_ж.с - поперечное сечение канала, свободное для прохода агента сушки, м²;

V_с – объем циркулирующего агента сушки, м³/с.

Рис 4.1 Схема циркуляции агента сушки по камере ИУ‑1гв

Таблица 4.1 Участки циркуляции воздуха в камере

4.2 Определение скорости циркуляции агента сушки по каждому участку.

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

Участок 1. Вентиляторная перегородка:

f₁=((рD_в²)/4)n_в, м², (4.5)

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

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

f₁=((3,14.1,9²)/4) .1=2,83 м²

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

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):

F_{ж.сеч.шт}=L_штH(1-в_выс), м², (4.6)

где L_шт – длина штабеля, м;

Н – высота штабеля, м;

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

F_{ж.сеч.шт}=6,6∙2,6(1-0,5)=8,58 м²

f₅ =F_{ж.сеч.шт}=8,58м²

Участок 6. Штабель:

f₆= F_{ж.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= F_{ж.сеч.кал} =2,5 м²

4.4 Выбор вентилятора

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

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

4.5 Определение мощности и выбор электродвигателя

Мощность, потребляемая вентилятором, подсчитывается в зависимости от давления Н_в, Па и производительности V_в, м³/с

где з_в – КПД вентилятора по аэродинамической характеристике;

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

V_в= V_с/n=19,734/1=19,734 м³/с

489 ∙19,734

Установленная мощность электродвигателя:

N_уст=kN_в=1,1.13,5=14,9кВт (4.8)

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

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

4.6 Расчет приточно-вытяжных каналов

Площадь поперечного сечения приточного канала:

f_пр.к.=V₀/ щ_к, м², (4.9)

где V₀ – объем свежего воздуха, м³/с;

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

f_пр.к=0,089/2=0,0445 м²

Площадь поперечного сечения вытяжного канала:

f_выт.к.=V_отр/ щ_к, м²,

где V_отр – объем отработавшего воздуха.

f_выт.к=0,113/2=0,0565 м².

5. Описание технологического процесса

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

1.  Подготовка камеры к работе.

2.  Формирование сушильного штабеля пиломатериалов.

3.  Загрузка камеры (закатка штабеля или штабелей).

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

5.  Проведение влаготеплообработок.

6.  Кондиционирование пиломатериалов (при необходимости).

7.  Охлаждение материала и выкатка штабеля.

5.1 Подготовка камеры к работе

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

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

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

5.2 Формирование сушильного штабеля пиломатериалов

Формирование сушильного штабеля осуществляется при помощи лифта‑подъёмника.

При формировании сушильного штабеля необходимо выполнить следующие основные требования:

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

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

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

-  торцы штабеля должны быть выровнены;

- штабель формируется из пиломатериалов одной толщины и одной породы;

- доски низших сортов укладывать на верхние ряды штабеля;

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

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

- крайние прокладки – заподлицо с торцами штабеля;

Для загрузки штабеля в камеру используются подштабельные рельсовые тележки.

5.3 Загрузка камер

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

5.4 Прогрев камеры и проведение сушки

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

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

5.5 Режимные параметры сушки

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

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

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

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

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

Из камеры неохлажденный штабель пиломатериалов выкатывать запрещается!

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

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

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

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

Список литературы

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

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

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

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

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

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