Cтроительство сушильного цеха на базе сушильной камеры СМ-4К - курсовой

kursovoy-sm-4k-.doc

Курсовой проект выполнен на тему строительства сушильного цеха на базе сушильной камеры СМ-4К для производства товарного вагоностроения.
Пояснительная записка курсового проекта содержит 53 страницы 3 рисунка 6 таблиц 2 приложения. Графическая часть состоит из 2 листов чертежей.
В курсовом проекте выполнены технологический тепловой аэродинамический расчеты сушильной камеры выбрано необходимое оборудование для технологического процесса камерной сушки древесины.
Ключевые слова: вентилятор камера относительная влажность температура штабель шпации электродвигатель электроэнергия.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
1 Обоснование выбора типа сушильной камеры . 7
2 Определение продолжительности сушки пиломатериалов 8
3 Пересчет годового количества высушиваемого пиломатериала
4 Определение годовой производительности сушильных камер . 10
5 Определение потребного количества сушильных камер .. .10
6 Расчет средств механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ 11
7 Определение количества транспортных механизмов в лесосушильном цехе .. ..13
8 Описание технологического процесса сушки .. .14
1 Определение количества испаряемой влаги из 1м3 пиломатериала .17
2 Выбор расчетного материала . 19
3 Выбор режима сушки и определение параметров агента сушки
на входе в штабель .. .19
4 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки .19
5 Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля . 21
6 Определение объема свежего и отработанного воздуха . 23
7 Определение расхода тепла на сушку 24
8 Выбор типа расчет тепловой мощности и необходимого количества калориферов . .33
9 Определение расхода технологического пара или воды на сушильный цех расчет диаметров труб паровой и конденсационной магистралей ..35
10 Выбор и расчет производительности и количества конденсатоотводчиков 37
Аэродинамический расчет
1 Составление схемы циркуляции агента сушки. . ..40
2 Подсчет суммарного сопротивления на всех участках движения агента сушки 40
3 Выбор вентилятора и их количество . . .46
4 Определение потребной и установленной мощности электродвигателя для привода вентилятора 47
5 Расчет сечений приточно-вытяжных каналов .48
Расчет общей потребности в электроэнергии . ..49
Состав штатного персонала сушильного цеха . ..51
Сводные технико-экономические показатели 52
Список использованной литературы .. 53
Перед деревообрабатывающей промышленностью в условиях интенсификации производства стоит проблема комплексного использования древесины значительного увеличения выпуска пиломатериалов мебели деталей для домостроения и др. В связи с этим сушка различных древесных материалов определяющая долговечность продукции ее качество приобретают важное народнохозяйственное значение.
Знание основных закономерностей процессов сушки следует рассматривать как необходимую базу для правильного построения технологического процесса разработка режимов сушки методов расчета и обоснованного проектирования сушильных устройств.
Камерная сушка пиломатериалов самый энергоемкий процесс в деревообработке а строительство сушильных камер требует значительных капитальных вложений.
Правильная организация процессов сушки дает стране много миллионов кубических метров экспортной древесины являющейся дорогим и дефицитным сырьем.
К основным технологическим целям сушки древесины относятся:
)предупреждение формоизменяемости древесины;
)предохранение от загрязнения;
)уменьшение массы при одновременном повышении прочности;
)улучшение качества склеивания и отделки.
Технологический расчет
1Обоснование выбора типа конструкции сушильной камеры
Сушильная камера СМ-4К относится к камерам непрерывного действия. Схематический общий вид сушильной камеры СМ-4К представлен на рисунке 1. Блок предназначен для работы в суровых климатических условиях и рассчитан на сборку внутри специального здания.
Рис. 1 - Схематический общий вид сушильной камеры СМ-4К
Сборно-металлическая сушильная камера СМ-4К отличается от остальных повышенной высотой штабелей. В этих камерах установлены более мощные калориферы и вентиляторные установки.
Каждая камера имеет с разгрузочного и загрузочного концов двери каркасного типа. Для циркуляции воздуха через штабеля пиломатериалов в каждой камере перед калориферами в рециркуляционном канале установлено по три осевых вентилятора.
2 Определение продолжительности сушки пиломатериалов
= исх·Ац·Ап·Ав·Ак час (1)
где исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы и размеров нормальным режимом от начальной влажности 60% до конечной 12% в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности ч;
Ап Ац Ав Ак – коэффициенты учитывающие интенсивность циркуляции (Ац) начальную и конечную влажность(Ав) качество сушки (Ак) породу материала (Ап) [1].
Продолжительность камерной сушки выполнена в форме таблице 1.
Таблица 1 – Продолжительность камерной сушки пиломатериалов
Порода сечение пм мм
Исхн. продол. сушки час
Площадь габаритного сечения штабеля Fгаб =68·50=34 м2
Расчетная скорость wгаб = 8000034·3600=065
3Пересчет годового количества высушиваемых пиломатериалов
Объем фактически подлежащей сушке древесины переводится в объем условного материала по формуле:
где– коэффициент продолжительности оборота;
– коэффициент вместимости камеры:
где – продолжительность оборота камеры при сушке условного материала сут.;
– продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала сут.; для камер непрерывного действия:
– объемный коэффициент заполнения штабеля усл. материалом;
– объемный коэффициент заполнения штабеля.
Пересчет годового объема сушки фактических пиломатериалов в объем условного материала выполнен в таблице 2.
Таблица 2 – Пересчет годового объема фактических пиломатериалов
4Определение годовой производительности сушильных камер
Нормативная годовая производительность лесосушильной камеры в условном материале рассчитывается по формуле:
где – продолжительность оборота камеры при сушке условного материала сут. (таблица 13 [1]);
– коэффициент объемного заполнения штабеля условным
материалом (таблица 15 [1]);
– габаритный объем всех штабелей в камере м3;
– высота ширина длина штабеля м
– удельная производительность камеры в условном
материале (таблица 14 [1]);
5Определение потребного количества сушильных камер
Потребное количество сушильных камер определяется по формуле:
где – общий годовой объем условного материала м3;
– годовая производительность сушильной камеры в условном
6.1Расчет емкости склада сырых пиломатериалов и определение
количества штабелей подлежащих хранению
Емкость склада сырого материала определяется по формуле:
где – годовое количество фактически высушиваемого материала м3;
– продолжительность хранения материала сут.;
5 – продолжительность работы сушильных камер в течение года сут.;
– ёмкость склада сырого материала м3.
Зная ёмкость склада и ёмкость среднего склада штабеля определим число штабелей подлежащих хранению:
где – ёмкость одного среднего штабеля м3.
Средняя ёмкость штабеля в фактическом материале определяется по формуле:
где – заданная программа сушки соответственно для всех размеров фактического материала м3;
– емкость штабеля последовательно для всех размеров фактического материала м3;
где – габаритный объем штабеля м3;
– коэффициент объемного заполнения штабеля для пиломатериалов данной толщины определяется по таблице 2 [1]:
где – высота ширина длина штабеля м.
Е1 = 68·0356 = 242 м3
Е2 = 68·0292 = 1986 м3
Е3 = 68·0312 = 2122 м3
Е4 = 68·0266 = 1809 м3
Значит количество штабелей подлежащих хранению равно:
6.2 Расчет емкости и площади склада сухих пиломатериалов
Ёмкость склада сухих пиломатериалов определяется по формуле:
– продолжительность хранения материала сут.;
– количество рабочих дней в году;
При хранении материала в плотных пакетах определяют площадь склада и количество штабелей из плотных пакетов:
где – высота штабеля из плотных пакетов (33 – 34) м;
– коэффициент укладки штабеля по высоте (08 – 09);
– коэффициент заполнения площади склада (05 – 06);
Количество штабелей из плотных пакетов:
где– габаритный объём пакета (высота × ширина × длина) – 1×1×65 м3;
– число пакетов – 6;
– коэффициент объёмного заполнения штабеля – 09;
7Расчет средств механизации погрузо-разгрузочных и
7.1 Расчет годовой производительности лифта и их количества
Годовая производительность лифта рассчитывается по формуле:
где – число дней работы механизма в году;
– число часов работы механизма в смену;
– количество рабочих обслуживающих лифт;
– производительность одного рабочего по укладке пм в час.
Производительность лифта при формировании штабеля:
При расформировании штабеля:
Определение количества лифтов:
Техническая характеристика лифта-подъемника Л-65-15
Грузоподъемность т 2
Габаритные размеры подъемной платформы в плане мм:
Ход платформы мм 2600
Габаритные размеры приемника мм:
Характеристика электродвигателя:
Частота вращения мин 980
Скорость подъема и опускания платформы мс 0115
8 Описание технологического процесса сушки
Таблица 3 - Перечень технологических операций по организации работ сушильного цеха
Оборудование или приспособление вид операций
Подготовка сушильных штабелей
1Доставка сырых пиломатериалов
2Формирование штабеля
4Требования к укладке штабеля (способ укладки размеры штабеля требования к прокладкам и их размещению в штабеле)
На прокладках толщиной 32 мм
Размеры штабелей должны соответствовать типу камер: 68х20х50 м. Горизонтальные ряды пиломатериалов в штабелях должны разделяться меж рядовыми прокладками.Число межрядовых прокладок по длине штабеля устанавливается в зависимости от породы толщины пиломатериала и длины штабеля. По высоте штабеля прокладки следует укладывать вертикально одна над другой. Крайние прокладки рекомендуется укладывать на расстоянии не более 25 мм от торцов пиломатериалов. Концы прокладок не должны выступать за боковые поверхности штабель более чем на 25 мм. Регламентируются так же и размеры прокладок. Прокладки изготавливаются из древесины хвойных и лиственных пород не имеющих гнили и синевы. Влажность древесины для изготовления прокладок при сушке пиломатериалов до эксплуатационной влажности не должна превышать 10%.
5 Транспортировка штабеля к камерам и на склад сырого материала
Сушильные штабеля перемещаются на подштабельной тележке по наклонным рельсовым путям вдоль линии сушки. По конструкции тележка представляет собой металлическую раму с четырьмя ходовыми колесами.
6 Количество штабелей-вагонеток на складе сырого материала в зависимости от продолжительности хранения
После формирования штабель устанавливают на траверсную тележку и отправляют на склад где они хранятся 2 суток. Количество штабелей – 21 штука (по расчету).
Технология камерной сушки
1 Определение начальной влажности материала
Перед загрузкой штабелей в камеру определяют начальную влажность пиломатериалов. Она определяется по секциям. Выпиленные из досок характерных для данной партии по строению плотности и влажности без гнили засмолкой сучков и трещин секции зачищают от заусенцев и взвешивают с точностью до 0.01г. Взвешенные секции укладывают в сушильный шкаф и высушивают при Т=103±2 0 С.
Влажность секций определяют согласно ГОСТ сушильно-весовым методом. Первый раз секции взвешивают через 5-6 часов после начала сушки последующие – через каждые 2 часа. Если результат последнего взвешивания совпадает с предыдущим или отличается от него не более чем на 0.02 г его принимают за массу абсолютно сухой секции записывают в журнал а сушку заканчивают. Влажность секций подсчитывают по формуле:
где - начальная масса секции г
- масса абсолютно сухой секции
Среднее значение влажности вычисленное по двум секциям доски принимается за начальную влажность. В каждый сушильный штабель укладывают по два контрольных образца в места интенсивной и замедленной сушки. Средняя влажность их принимается за начальную влажность пиломатериала в штабеле.
2 Подготовка камеры к работе
Подготовка камеры к работе осуществляется в течение 01 суток. В это время в камере производится уборка и осмотр соответствующего оборудования и приборов. Это время на загрузку-выгрузку сушильных штабелей. Сушильные камеры в течение года работают непрерывно. Время на осмотры и профилактические работы нормируется 30 сутками.
3 Проведение процесса сушки
3.1 Начальный прогрев материала (режим и продолжительность прогрева)
Отсутствие отсека влаготеплообработки не позволяет использовать камеры СМ-4К для проведения начального прогрева.
3.3 Определение текущей и конечной влажности
Во время сушки периодически контролируют текущую влажность древесины сушильно-весовым способом по контрольным образцам.
Значение текущей влажности образцов находят по формуле:
где Мт – масса образца в момент определения текущей влажности г
Мс - масса образца в абс.сухом состоянии г.
3.4 Охлаждение и выгрузка материала из камеры
После конечной влаготеплообработки пиломатериалы выдерживают в камере в течение 2-3 ч при психрометрической влажности последней ступени режима сушки затем прекращают подачу пара в калориферы и охлаждают древесину до 30-40 0С при открытых приточно-вытяжных каналах.
Для выравнивания влажности по объему штабеля и толщине материалов проводят кондиционирующую обработку при которой недосушенные сортименты подсыхают а пересушенные увлажняются. Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от многих факторов; назначается в соответствии с категорией качества сушки а так же особенностями камеры и материала.
Организация работ на складе сухих материалов
1 Склад сухих пиломатериалов
1.1 Хранение материала в плотных пакетах
После всех проведенных операций штабели выгружают из камеры и траверсной тележкой подают к лифту-подъемнику. После производится разборка сушильного штабеля и формирование плотных пакетов пиломатериалов.
С помощью кран-балки штабель из плотных пакетов формируется на складе сухих пиломатериалов на высоту 3.3-3.4 м. Затем по мере необходимости материал автопогрузчиком доставляется в обрабатывающие цеха. Склад сухих материалов рассчитан на запас древесины на 4 суток что необходимо для непрерывной работы обрабатывающих цехов предприятия.
Тепловой расчет камеры СМ-4К
1Определение массы испаряемой влаги из 1 м³ пиломатериала
1.1влаги испаряемая из 1 м3 пиломатериалов
Количество испаряемой влаги из 1 м³ пиломатериала определяется по формуле:
где масса влаги испаряемая из 1 м³ пиломатериала кгм3;
базисная плотность расчетного материала кгм3;
– соответственно начальная и конечная влажность материала %.
1.2влаги испаряемая за время одного оборота камеры
Масса влаги испаряемая за время одного оборота камеры определяется по формуле:
где – емкость камеры м³;
где – габаритный объем всех штабелей в камере м³;
– коэффициент объемного заполнения штабеля фактическим материалом;
– количество штабелей
Е1 = 68·035612 = 2904 м3
Е2 = 68·029212 = 23832 м3
Е3 = 68·031212 = 25464 м3
Е4 = 68·026612 = 21708 м3
1.3влаги испаряемой в камере в секунду
Масса влаги испаряемой в камере в секунду определяется по формуле:
где – продолжительность собственно сушки ч;
где – общая продолжительность сушки фактического материала ч.
– коэффициент учитывающий время испарения влаги из древесины.
При низкотемпературном процессе в камерах непрерывного действия
1.4 Расчетная масса испаряемой влаги
Расчетная масса испаряемой влаги определяется по формуле:
где – коэффициент неравномерности скорости сушки
mp1 = 02028·1 = 02028 кгс
mp2 = 01363·1 = 01363 кгс
mp3 = 01265·1 = 01265 кгс
mp4 = 00816·1 = 00816 кгс
2Выбор расчетного материала
За расчетный материал принимается наиболее быстросохнущий из заданной спецификации т.е. тот материал который в единицу времени испаряет наибольшее количество влаги. В этом случае тепловое и аэродинамическое оборудование камеры обеспечит сушку любого материала.
Расчетный материал - №1 сосна 32×150 мм.
3Выбор режима сушки
Режим сушки выбирается в зависимости от конструкции камеры породы толщины и категории качества сушки материала. Режим выбирается для расчетного материала. В нашем случае выбираем режим 10-Н (приложение 2)
Таблица 3 – Параметры режима
Макс.психрометрич.разность
Параметры сушильного агента
4 Выбор режима сушки и определение параметров агента сушки
4.1 Агент сушки – влажный воздух
Параметры агента сушки на входе в штабель определяются по
J 1 = 770 кДжкг; d 1 = 250 гкг
ρ1 = 083 кгм 3 ; V 1 = 151м3кг
Для контроля эти же параметры определяются аналитически по известным уравнениям:
где – парциальное давление водяного пара Па;
– атмосферное давление воздуха (Па).
– относительная влажность воздуха расчетной ступени режима;
– давление насыщения водяного пара при расчетной температуре режима принимается из таблицы 5 [3].
Рn1 =031927400=287494 Па.
Теплосодержание воздуха:
Плотность воздуха: (32)
где Т1 – термодинамическая температура К;
(273+t); Т1=(273+97)=370 К.
Приведенный удельный объем:
5Определение объема и массы циркулирующего агента сушки
5.1 Объем циркулирующего агента сушки
Объем циркулирующего агента сушки определяется по формуле:
где – расчетная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель мc;
– живое сечение штабеля м²;
где и – длина и высота штабеля м;
– количество штабелей в плоскости перпендикулярной потоку циркулирующего агента сушки шт;
– коэффициент заполнения штабеля по высоте и определяется по формуле:
где – толщина расчетного материала мм;
– принятая толщина прокладок мм.
5.2циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги
Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги определяется по формуле:
где – приведенный удельный объем агента сушки на входе в
– расчетная масса испаряемой влаги кгс.
5.3Определение параметров агента сушки на выходе из штабеля
Параметры влажного (отработанного) воздуха на выходе из штабеля (t2 φ2 d2 пр2 ρ2) определяются графическим способом по Id – диаграмме (приложение 5 [2]).
Сначала на Id – диаграмму по выбранному режиму с параметрами t1 и φ1 (на входе в штабель) наносится точка 1. Затем из точки 1 проводится линия I1=I2 до пересечения с линией d2. Величина d2 рассчитывается по формуле:
На пересечении и находится точка 2 характеризующая параметры воздуха на выходе из штабеля ( и др.).
Таблица 11 – Параметры агента сушки на выходе из штабеля
6Определение объема свежего и отработанного воздуха
или выбрасываемого из камеры пара
6.1 свежего и отработанного воздуха на 1 кг
Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги определяется по формуле:
где – влагосодержание свежего воздуха гкг с.в. при поступлении из коридора управления или цеха гкг.
6.2 Объем свежего (приточного) воздуха поступающего в камеру
Объем свежего (приточного) воздуха поступающего в камеру равен:
где – приведенный удельный объем свежего воздуха м³кг (при °C м³кг).
6.3 Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из
Объем отработанного воздуха (выбрасываемого из сушильной камеры) определяется по формуле:
где – приведенный удельный объем отработавшего (на выходе из штабеля) воздуха м³кг.
7Определение расхода тепла на сушку
7.1 Начальный прогрев древесины
Для камер непрерывного действия
где– общая продолжительность сушки расчетного материала час;
mшт – число штабелей в камере по ее длине
7.2 Расход тепла на начальный прогрев 1 м3 древесины
где ρ – плотность расчетного материала при заданной влажности кгм3 (рис. 1 [1]) при начальной влажности Wн>30% также можно пользоваться формулой:
где ρb – базисная плотность расчетного материала кгм3
γ – скрытая теплота плавления льда (335 кДжкг);
с(-);с(+) – средняя удельная теплоемкость соответственно при отрицательной и положительной температурах кДжкг°С (рис. 4 [1]);
tпр – температура древесины при ее прогреве °С;
t0 – начальная расчетная температура для зимних условий °С
(табл. 24 [1]); t0=-24°С;
Wн – начальная влажность расчетного материала;
Wг.ж – содержание не замерзшей связанной (гигроскопической жидкой ) влаги %; Wг.ж=17% (при t0=-24°С).
Удельная теплоемкость древесины (С) определяется по средней температуре нагревания для
Для среднегодовых условий
Когда t0>0°C расход тепла определяют по формуле:
где t0 – среднегодовая температура древесины °С (табл. 29 [1]); t0 =46°С.
С(+) – удельная теплоемкость древесины кДжкг°С.
В этом случае температуру tср для определения С(+) подсчитывают как
По рис. 4 [1] определяем С(+) =32 кДжкг°С (при tср=368°С)
7.3 Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг
Для зимних условий (45)
Для среднегодовых условий:
7.4 Общий расход тепла при прогреве в секунду
Общий расход на прогрев материала подсчитывается для зимних и среднегодовых условий по формуле:
где Е – емкость камеры или отсека для начального прогрева м3;
n – количество штабелей в камере шт;
ф – коэффициент объемного заполнения штабеля фактическим материалом (табл. 15 [2]).
7.5 Определение расхода тепла на испарения влаги
Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией:
где I2 и d2 – теплосодержание и влагосодержание воздуха на выходе из штабеля кДжкг;
I0 и d0 - теплосодержание и влагосодержание свежего (приточного) воздуха кДжкг;
Св – удельная теплоемкость воды Св=419 кДжкг°С;
tпр – температура нагрева влаги в древесине °С принимается равной температуре прогрева °С; tпр =69°С.
В формуле при поступлении воздуха из коридоров управления или наружного воздуха летом допустимо принять d0=10-12 гкг с.в; I0 =46 кДжкг.
Общий расход тепла на испарение влаги в секунду.
где mр – расчетная масса испаряемой влаги кгс
7.6 Расчет потерь тепла через ограждения камеры
Потери тепла через ограждения камеры в секунду
где Fогр – суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке м2;
К – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры Втм2°С;
tс – температура среды в камере (расчетной ступени) °С;
t0 – расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий (табл. 29 [1]).
Расчет ведется для крайней камеры блока без учета потерь через междукамерную боковую стену так как в ней практически нет температурного перепада. Расчет поверхности ограждений камеры приведен в таблице 10. Поверхность каждого из ограждений подсчитывается отдельно исходя из внутренних размеров камеры.
Таблица 10 - Расчет поверхности ограждения камеры
Торцевая стена со стороны коридора управления
Коэффициент теплопередачи К многослойных ограждений подсчитывается по формуле:
где - коэффициент теплопередачи внутренних поверхностей ограждений Вт и принимается ориентировочно Вт;
- коэффициент теплопередачи наружных поверхностей ограждений Вт ( - для наружного воздуха; - для отапливаемых помещений);
- толщина слоев ограждений м;
- коэффициент теплопередачи соответствующих слоев ограждений Вт.
Температура среды для камер непрерывного действия принимается равной средней температуре агента сушки в сыром конце камеры и в сухом
Суммарные теплопотери Qогр увеличиваются в 2 раза как поправка увлажнения конструкций ограждения камеры.
Удельный расход на потери через ограждения
где Qогр – суммарные теплопередачи через ограждения камеры кВт
Расчет тепла через ограждения сводим в таблицу 11.
7.7 Определение удельного расхода тепла на сушку
где с1 – коэффициент учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камеры транспортных средств утечки тепла через неплотности ограждений и др. (с111-13) стр. 55 [1].
Таблица 11 - Расчет теплопотерь через ограждения
Коэффи-циент тепло-передачи kВтм2.0С
Темпера-тура t1 в камере 0C
Потери тепла Qогр кВт
Наружная боковая стена
Торцовая стена примыкающая к коридору управления
Торцовая стена без площади дверей
S Qогр. ср. год кВт;
7.8 Определение расхода тепла на 1 м3 расчетного материала
где m1м3 – масса испаряемой влаги на 1 м3 древесины.
7.9 Построение действительного процесса сушки
В сушильных камерах непрерывного действия построение действительного процесса сушки выполняется с учетом уменьшения теплосодержания воздуха при движении его по камере уменьшение теплосодержания находится по формуле:
где Св – удельная теплоемкость воды Св=419 кДжкг°С;
mц – количество циркулирующего воздуха на 1 кг испаряемой влаги;
tмат – температура материала в сушилке °С; tмат=tм (мокрого термометра) по режиму.
qогр – принимается для зимних условий (формула (48)).
На Id – диаграмме (приложение 4) от точки 1 характеризующей состояние воздуха на входе в штабель проводим линию I=const до пересечения с линией d2. В точке 2 уже определены параметры воздуха выходящего из штабеля. Этот воздух смешивается со свежим приточным воздухом (t0 = 20°C φ = 07) и точка смеси лежит на линии 0-2 (точка 3).
После смешивания воздух нагревается в калориферах (3-1) до состояния в точке 1 поэтому d1 должно быть равно d3. Для получения точки 3 (точка смеси) – из точки 1 опускаем перпендикуляр до пересечения с линией 0-2. Треугольник 1-2-3 называется теоретическим процессом сушки древесины.
Для построения действительного процесса испарения влаги из материала из точки 2 вниз по вертикали откладываем в масштабе величину ΔI. Точка 2’ – характеризует действительную влажность агента сушки после выхода из штабеля с учетом потерь тепла через ограждения камеры.
Аналогично определению точки 3 находим точку 3’ а треугольник 1-2’-3’ – будет действительным процессом сушки. Определим параметры агента сушки в точке 2’: φ2 =088; t2 =68°С.
Рисунок 1 - Построение действительного процесса сушки
Треугольник 1-2-3 теоретический процесс сушки
Треугольник 1-2 -3 – действительный процесс сушки.
Относительная влажность агента сушки должна быть в пределах 085-09. В действительности j 2 попадает в этот предел и равен 09.
8 Выбор типа расчет тепловой мощности и необходимого
количества калориферов
8.1 Выбор типа калорифера
Основным тепловым оборудованием сушильной камеры СМ-4К являются пластинчатые калориферы. Тип калориферов и схемы их расположения принимаются согласно технической характеристики камеры. Дальнейший расчет поверхности нагрева калориферов позволит уточнить их количество а для пластинчатых – их номер.
8.2 Тепловая мощность калорифера
Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях для камер непрерывного действия по формуле:
где Qисп – расход тепла на испарение влаги кВт;
Qогр – теплопотери через ограждение камеры кВт;
С2 – коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку (С2 11-13)
8.3 Расчет поверхности нагрева калорифера
где Кк –коэффициент теплопередачи калорифера Втм ² ºC;
tn – температура теплоносителя ºC (табл.28 [3]);
tc – температура сушильного агента в камере на входе в штабель ºC;
C3 – коэффициент запаса учитывающий загрязнение и коррозию поверхности калорифера; C3 = 12- для пластинчатых калориферов.
Общая площадь живого сечения калориферов определяется по формуле:
Fж.с.кал. = fж.с.кал nкал (59)
где fж.с.кал - живое сечение одного пластинчатого калорифера;
nкал. – количество калориферов в одном ряду расположенных перпендикулярно потоку агента сушки м2.
Fж.с.кал. = 0558 3=1674
Зная живое сечение всех калориферов () расположенных в плоскости перпендикулярно потоку агента сушки и количество циркулирующего агента сушки в камере () определяется скорость агента сушки (кал.) через калорифер мс:
Приведенная скорость 0=66084=55 мс
По приведенной скорости определяем коэффициент теплопередачи калорифера ( стр.63 [2]) К=239.
После подсчета общей поверхности нагрева калориферов определяют их количество по формуле
где f кал – поверхность нагрева одного калорифера м2 ( стр. 63[2]).
9 Определение расхода пара
9.1 Расход пара на 1 м3 расчетного материала
Расход пара на 1 м3 расчетного материала определяется по формуле:
где qсуш – удельный расход тепла на сушку древесины для среднегодовых условий;
in – энтальпия испарения или теплоотдача 1 кг пара при давлении пара в калорифере р =3-4 бар i = 2120 кДжкг
9.2 Расход пара на камеру
Массу пара для камеры определяют для зимних и среднегодовых условий в период прогрева и в период сушки пиломатериалов.
9.3 Расход пара на сушильное отделение
Максимальный расход пара в зимних условиях
где nкам.пр – число камер в которых одновременно идет прогрев принимают равным 16 от общего числа камер но не менее одной при любом малом числе камер шт.;
nкам.суш – остальные камеры цеха в которых идет процесс сушки шт.
9.4 Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объема
Среднегодовой расход пара на сушку заданного количества пиломатериалов
где Ф – годовой объем фактических пиломатериалов м3;
Сдлит – коэффициент учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов сохнущих медленнее чем расчетный материал определяют по табл. 19 [2] в зависимости от величины отношения средневзвешенной продолжительности сушки фактического материала (ср.ф) к продолжительности сушки расчетного материала (расч) (табл. 1 [2]).
Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов
где 1 2 n – продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям ч;
Ф1 Ф2 Фn – годовой объем этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям м3.
При отношении ср.ф расч = 154021082 = 142 по табл. 32 [1] определяем коэффициент Сдлит = 11.
10 Определение диаметров трубопроводов
10.1 Диаметр главной паровой магистрали к сушильному отделению
Диаметр главной паровой магистрали к сушильному цеху определяем по формуле:
где Рцех – максимальный расход пара в зимних условиях;
ρn – плотность пара кгм3 в зависимости от давления пара (бар) определяем по табл. 28 [1] при Рn = 4 бар ρn = 212 кгм3;
n – скорость движения пара принимают для магистралей 50-70 мс.
10.2 Диаметр отвода к камере
Диаметр отвода к камере определяется по формуле:
где Ркам.пр – расход пара на камеру зимой в период прогрева (формула (65));
n – принимают равной 40-50 мс.
10.3 Диаметр паропровода к калориферу камеры
где Ркам.суш – расход пара на камеру в период сушки;
n – принимают равной 25-40 мс.
10.4 Диаметр паропровода к увлажнительным трубам
где n – принимают равной 40-50 мс
10.5 Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры
где ρв – плотность конденсата можно принимать равной 945 кгм3;
в – скорость движения конденсата (07-1 мс).
Плотность конденсата определяем по табл. 34 [2] в зависимости от давления за конденсатоотводчиком которое принимают равным 04 от давления в калорифере при Р = 40 бар ρв = 925 кгм3.
Принимаем диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры – 25 мм.
10.6 Диаметр конденсационной магистрали
nкам – количество камер в цехе;
в – принимают равной 1-2 мс.
Принимаем диаметр конденсационной магистрали – 25 мм.
11 Выбор и расчет производительности и количества
конденсатоотводчиков
Определяем давление пара перед конденсатоотводчиком по формуле:
Определяем перепад давления в конденсатоотводчике:
По коэффициенту пропускной способности К=5029 кгч по таблице 35 [1] подбираем два конденсатоотводчика 45ч15нж с условным проходом Ду = 50 мм.
Аэродинамический расчет
1 Методика и последовательность аэродинамического расчета
В сушильных камерах циркуляция сушильного агента осуществляется по замкнутому кольцу. В камерах протяжность прямых каналов невелика поэтому трение агента сушки о стенки каналов не принимается в расчет. Учитывается лишь сопротивление материала а местные сопротивления потока агента сушки определяемые по формуле:
где ρ – плотность агента сушки кгм3;
– коэффициент местного сопротивления в зависимости от вида местного сопротивления определяется по специальным таблицам и графикам.
К местным сопротивлениям потока агента сушки относится сопротивление вентилятора поворотов калорифера вход в штабель и выход из него.
2 Составление схемы циркуляции агента сушки
Для подсчета сопротивлений составляют аэродинамическую схему камеры на которой обозначают цифрами характерные участки с местными сопротивлениями (рис. 3). Симметричные участки в расчетах объединяют.
Рисунок 3 - Схема циркуляции агента сушки по продольно-замкнутому кольцу с поперечной штабелевкой
Таблица 13 - Участки горизонтально-замкнутого кольца циркуляции
Наименование участка
Поворот под углом 135°
Поворот под углом 90°
Вход в штабель (внезапное сужение)
Выход из штабеля (внезапное расширение)
3Подсчет суммарного (полного) сопротивления на всех участках
движения агента сушки
Участок 1 - прямой канал.
Сопротивление трения на прямых каналах определяется по формуле:
где ρ – плотность агента сушки на расчетной ступени кгм;
пр.к – скорость циркуляции агента сушки на прямом канале;
φ – периметр сечения прямого канала м;
fпр.к – площадь прямого канала перпендикулярная потоку агента сушки м2.
где a – ширина канала м;
h – высота канала м.
Периметр сечения прямого канала равен:
Скорость циркуляции агента сушки на прямом канале определяем по формуле:
Сопротивление канала равно:
Участки 544 - прямые каналы.
Сопротивление канала при Кт=0016 равно:
Участок 4 45 - поворот под углом 135°.
Скорость циркуляции агента сушки на повороте под углом 135° равна:
Сопротивление участка 3-16 определяем по формуле:
пов – скорость циркуляции сушильного агента на повороте мс;
пов – коэффициент местного сопротивления определяется по табл. 26 [2] пов = 025.
Участок 643 - поворот под углом 90°.
Коэффициент местного сопротивления определяется по табл. 26 [1] =11.
Участок 3 – калориферы.
Сопротивление калориферов (Δhкал) определяется в зависимости от способа их размещения и приведенной (0) скорости воздуха которая принимается из теплового расчета по рис. 17 [1]. Общее сопротивление калориферов равно сопротивлению одного ряда умноженному на количество рядов.
Участок 7 10 40 - вход в штабель (внезапное сужение).
Сопротивление входа в штабель определяется по формуле:
где – скорость циркуляции по штабелю принимается из теплового расчета мс;
– коэффициент сопротивления для внезапного сужения по отношению
где Fгаб – габаритная площадь штабеля со стороны входа воздуха в штабель м;
Fж.с.шт – живое сечение штабеля.
По отношению и табл. 40 [2] определяем:
Сопротивление участка равно:
Участок 8 11 41 - штабель.
Сопротивление штабелей определяется по формуле:
где – скорость циркуляции агента сушки по штабелю мс.
Коэффициент местного сопротивления одного ряда штабелей (шт) находящихся в одной плоскости перпендикулярной потоку агента сушки определяется по (табл. 41 [1]).
Участок 912 42 - выход из штабеля (внезапное расширение).
Сопротивление внезапного расширения (выхода из штабеля) определяется по формуле:
где расш – коэффициент внезапного расширения определяется из табл. 39 [2]. расш =036.
Участок 2 - вентилятор.
Сопротивление вентиляторов определяется по формуле:
где в – скорость воздуха при проходе через вентилятор равна
где fв – площадь вентиляторов м2 равна
где D – диаметр колеса вентилятора принимается ориентировочно (конструктивно) равным 1 м и уточняется в последующем;
nв – число вентиляторов установленных в камере.
Предварительно принимаем Dв – 1м число вентиляторов – 3.
Сопротивление вентилятора при в = 05
Сопротивление участков суммируется и сводится в таблицу 14.
Таблица 14- Сопротивление участков кольца циркуляции агента сушки
Наименование участков
Плотность агента сушки ρкгм3
Скорость агента сушки мс
Коэффициенты местного сопротивления
Аэродинамическое сопротивление на участках Δh Па
Напор (давление) вентилятора соответствующий аэродинамическому сопротивлению циркуляционной сети складывается из сопротивлений отдельных ее участков.
По данным расчета Нп (полный напор) и Пв (производительность вентилятора) производится выбор вентилятора и их количества.
Вентилятор выбирают по его производительности (Пв м3с) и давлению (Нст Па).
Все характеристики вентиляторов даны для «стандартного» воздуха температура которого tв=20°С φ=05 и плотность ρст – 12 кгм3. А так как воздух в камере имеет другие параметры то напор вентилятора необходимо перевести в характеристический (Нхар) по формуле:
где ρфак =ρ – плотность воздуха на расчетной ступени кгм3.
Производительность вентилятора равна
где Vс – количество воздуха циркулирующего в камере м3с;
nв – число вентиляторов в камере шт.
По рис. 24 [1] подбираем осевой 16-ти лопастной вентилятор серии В №7 у которого условное число – А = 8600 и КПД вентилятора – в = 069.
Число оборотов вентилятора
где № - номер выбранного вентилятора.
4 Определение потребной и установленной мощности электродвигателя для привода вентилятора
Мощность потребляемая вентилятором определяется по формуле:
где Нв – напор вентилятора Па;
Vв – производительность вентилятора м3с;
в – КПД вентилятора.
Мощность электродвигателя установленного для привода вентилятора определяется по формуле:
где Кз – коэффициент запаса прочности на пусковой момент принимается по табл. 43 [1]; Кз = 115;
Кt – коэффициент учитывающий влияние температуры среды в которой устанавливается электродвигатель принимается по табл. 44 [1]. Кt =125.
п – коэффициент полезного действия передачи: 09.
По приложению 8 [1] подбираем электродвигатель 4А100S4УЗ мощностью 30 кВт частотой вращения 1435 мин-1.
5 Расчет сечений и выбор формы приточно-вытяжных каналов
Площади поперечного сечения каналов определяется по формуле:
где Vо – объем свежего воздуха;
Vотр – объем отработанного воздуха;
кан – скорость движения агента сушки в приточно-вытяжных каналах принимают равной 2-5 мс.
Сечение каналов – круг тогда диаметр каналов будет равен:
Расчет общей потребности в электроэнергии.
Выбор трансформаторов
1 Расход электроэнергии на сушку 1 м3 фактического материала
Расход электроэнергии на сушку 1 м3 фактического материала определяется по формуле:
где Nв – мощность электродвигателей вентиляторной установки кВт;
5 – число рабочих дней в году для лесосушильной камеры;
– число часов в сутках;
nк – количество камер работающих в сушильном цехе шт;
Ф – годовая программа сушки фактического пиломатериала м3.
2 Расход электроэнергии на сушку 1 м3 условного материала
Расход электроэнергии на сушку 1 м3 условного материала определяется по формуле:
где Пу – годовая производительность сушильной камеры в условном материале м3усл.год.
3 Расход электроэнергии на сушку годовой программы в
Расход электроэнергии на сушку годовой программы в условном материале определяется по формуле:
где У – годовая программа сушки условного материале м3 усл.
Состав штатного персонала
Состав штатного персонала представлен в таблице.
Таблица 8 – Состав штатного персонала и количество штатных единиц
Оператор сушильной установки
Лаборант по физико-механическим испытаниям
Электромонтеры по обслуживанию электрооборудования
Основные технико-экономические показатели сушильного цеха
Таблица 9 – Технико-экономические показатели
Технико-экономические показатели
в том числе по типам
Производственная мощность сушильных камер (в усл. мат-ле) по типам
-в фактическом материале
-в условном материале
Число штабелей в камере
Размеры штабеля (lxhxb)
Средняя емкость штабеля
-в расчетном материале
Число рабочих дней в году
Калориферы (все типы)
-общая поверхность нагрева
-на фактический кубометр
-производительность
Расход электроэнергии
-на условный кубометр
- на годовую программу
Число работников в цехе
-число основных рабочих
-число вспомогательных рабочих
Список использованной литературы:
Курьянова Т.К. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: Учебное пособие. Воронеж: ВГЛТА 2007. – 149 с.
Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесин ЦНИИМОД. – Архангельск 1985. – 152 с.
Серговский П.С. Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины.- М.: Лесн. пром-сть 1987.- 360 с.
Шубин Г.С. Проектирование установок для гидротермической обработки древесины: Учебное пособие для вузов. – М.: Лесн.пром-сть 1983. -272 с.