Гидротермическая обработка древесины

ρ= 540(1+(90/100))=1026кг/м³

W_г.ж – содержание незамёрзшей связанной влаги %, W_г.ж =17% [1,стр.28,рис.3]

γ-скрытая теплота плавления льда (335 кДж/кг),

 С_(-),С₍₊₎ – средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг⁰С); [1,стр.29,рис.4]

t₀ – начальная расчётная температура для зимних условий, t₀=-26⁰С [1,стр.28,табл.24]

t_пр – температура древесины при её прогреве, ⁰С

t_пр = t₁ +5⁰С,                                                                            (41)

t₁ – температура первой ступени режима, t₁=52⁰С

t_пр = 52 +5=57⁰С

Средняя температура древесины  принимается:

Для С_(-) -      t_ср = (-t₀ +0)/2,  ⁰С                                             (42)

Для С₍₊₎ -      t_ср = (0+t_пр )/2,  ⁰С                                              (43)

t_ср = -13;          t_ср =28,5 ⁰С

С_(-) =2,1 кДж/ (кг⁰С);                           С₍₊₎ =3,05 кДж/ (кг⁰С)   

q_Пр.1м3=1026·2,1·26+540·((90-17)/100)·335+1026·3,05·57=366446,7 кДж/м³

2) Для среднегодовых  условий   (кДж/м³)

q_Пр.1м3=ρС₍₊₎·(t_пр – t₀)                                                            (44)

t₀ – среднегодовая температура древесины, ⁰С,

t₀ =5,6⁰С [1,стр.28,табл.24].

t_ср = (t₀ + t_пр)/2,  ⁰С                                                               (45)

t_ср =31,3 ⁰С

С₍₊₎ = 3 кДж/ (кг⁰С);

q_Пр.1м3=1026·3·(57– 5,6)=158209,2  кДж/м³

Удельный расход тепла (кДж/кг) при начальном прогреве на 1кг испаряемой влаги:

q_пр=q_пр1м3/m_1м3,                                                             (46)

Для зимних условий:                q_пр=366446,7/442,8=827,57 кДж/кг.

Для среднегодовых условий:   q_пр=158209,2/442,8=357,29 кДж/кг.

Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве (кВт):

Q_пр=(q_пр.1м3·Е)/(3600·τ_пр),                                          (47)

τ_пр- продолжительность прогрева, ч

Для зимних условий:               τ_пр= (2·0,5+2)·3,2=9,6ч

Для среднегодовых условий:  τ_пр= (1,5·0,5+1,5)·3,2=7,2ч

Е – ёмкость камеры, м³

Е=2·4,5·1,8·3·0,26=12,636 м³

Для зимних условий:                Q_пр=(366446,7·12,636)/(3600·9,6)=133,98 кВт

Для среднегодовых условий:   Q_пр=(158209,2·12,636)/(3600·7,2)=77,13 кВт

Определение расхода тепла на испарение  влаги (кДж/кг)

q_исп=1000·(I₂-I₀)/(d₂-d₀)-С_в·t_пр,                      (48)

I₀ – теплосодержание свежего воздуха;

I₀=46 кДж/кг [1,стр.30],

d₀ – влагосодержание свежего воздуха;

d₀=11 г/кг  [1,стр.30].

С_в – удельная теплоёмкость воды, С_в =4,19 кДж/ (кг⁰С)

q_исп=1000·(274,71-46)/(85,25-11)-4,19·57=2841,17 кДж/кг,

Общий расход тепла на испарение влаги (кВт):

Q_исп = q_исп·m_р,                                                                (49)  

Q_исп = 2841,17·0,0208=59,096 кВт,

 

2.7. Выбор типа  и расчёт поверхности нагрева калорифера.

 

Выбор типа калорифера.

Для данной работы выбраны  калориферы из чугунных ребристых труб.

Тепловая мощность калорифера (кВт):

Q_к=(Q_исп+ΣQ_ог)·С₂,                                                              (50)

С₂ – коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку, С₂=1,2 [1,стр.34].

Q_к=(59,096+6,9)·1,2=79,2 кВт,

Расчёт поверхности нагрева  калорифера (м²)

F_к=(1000· Q_к· С_з)/(k·(t_т-t_c)),                                                 (51)

k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м^{2   0}С)

t_т – температура теплоносителя; t_т=110 ⁰С [1,стр.35,табл.28]

С_з – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение и коррозию калорифера (поверхности):

С_з=1,1 [1,стр.34].

Принимаем 20 ребристых труб, в каждом ряду, трубы установлены в 2 ряда.

k=f(V₀),                                                                               (52)

V₀ – приведённая скорость, кг/м²с.

V₀= (ρ₁· V_к)/1,3                                                                   (53)

V_к – скорость агента сушки через калорифер, м/с.

V_к= V_ц/F_ж.сеч.к,                                                               (54)

F_ж.сеч.к= (F_кан-f_пр)/(m_р·n_пр),                                                (55)

F_ж.сеч.к – площадь живого сечения калорифера, м²

F_кан – площадь канала ( сечения ), в котором размещены трубы, перпендикулярно потоку агента сушки, м² .

F_кан=l·h=10·3=30 м²

f_пр.тр. – площадь проекции одной трубы, м² .

f_пр.тр. = 0,185 м² [1стр.35].

n_пр – количество труб в плоскости, перпендикулярной потоку.

V_к= (35,64·1,4)/(30-(0,185·20))=1,9 м/с,

V_к= (1,016·1,9)/1,3=1,48  кг/м²с

k=8,4·V₀^0,36                                                                             (56)

k=8,4·1,48^0,36 = 9,7

F_к= (1000·79,2·1,1)/(9,7·(110-54,415))=161,57 м² 

Количество труб определяется по формуле:

n_тр=F_к/f_тр,                                                                              (57)

f_тр – поверхность нагрева одной трубы, м²

f_тр = 4 м² [1,стр.38],

n_тр=161,57/4=40,39

Количество труб на входе ( 40 шт ) равно количеству труб на выходе               ( разность < 5%).

 

2.8. Определение расхода пара.

 

Расход пара на 1 м³ расчётного материала (кг/м³);

Р_суш.1м3=(q_суш·m_1м3)/(i_n-i_k),                                                    (58)

i_n-i_k = 2190 кДж/кг [1,стр38]

i_n – энтальпия сухого насыщенного пара при определённом давлении, кДж/кг.

i_k – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг,

Р_суш.1м3=(4355,7·442,8)/2190=880,7 кг/м³,

Расход пара на камеру ( кг/ч )

1) В период прогрева: Р_кам.пр=((Q_пр+ ΣQ_ог)·С₂·3600)/( i_n-i_k),      (59)

2) В период сушки:     Р_{кам.суш}=((Q_исп+ ΣQ_ог)·С₂·3600)/( i_n-i_k),   (60)

С₂ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами, конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном воздухообмене;

С₂=1,25 [1,стр39].

Для зимних условий:              Р_кам.пр=((133,98+ 6,9)·1,25·3600)/2190=277,9 кг/ч,

Для среднегодовых условий: Р_кам.пр=((77,13+ 6,9)·1,25·3600)/2190=165,76 кг/ч,

Р_{кам.суш}=((59,096+ 6,9)·1,25·3600)/2190=135,6 кг/ч,

Расход пара на сушильный цех (кг/ч)

Р_цеха=n_кам.пр·Р_кам.пр+n_{кам.суш}·Р_{кам.суш},                               (61)

(Р_цеха определяется для зимних условий)

n_кам.пр – число камер, в которых одновременно идёт прогрев материала            ( принимается равный 1/6 от общего числа камер и не менее одной при любом малом числе камер).

n_кам.пр= 1/6·6=1 шт

n_{кам.суш} – остальные камеры цеха, в которых идёт процесс сушки.

n_{кам.суш}= 6-1=5 шт

Р_цеха=1·277,9+5·135,6=955,9 кг/ч,

Среднегодовой расход пара на сушку  всего заданного объёма пиломатериалов ( кг/год )

Р_год=Р_суш1м3·ФС_длит.,                                                                   (62)

Ф – объём фактически высушенного  или подлежащего сушке пиломатериала  данного размера и породы, м³

С_длит. – коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчётного материала. [1,стр.39,табл.32]

С_длит.=f(τ_ср.ф/τ_расч)

Средневзвешенная продолжительность  сушки фактических пиломатериалов, ( ч ).

           _{3                         3}

τ_ср.ф=( Στ_nФ_n) / ( ΣФ_n),                                                         (63)

          ^{n=1                    n=1}

τ_n – продолжительность сушки пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч [см.,табл.2]

Ф_n – годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³ [см.,табл.1].

τ_расч – продолжительность сушки расчётного материала, ч [см.,табл.2].

τ_ср.ф. = (204,9·1500+117,9·1000+260,9·1000) / 3500=196,04 ч.

τ_ср.ф. / τ_расч =196,04/117,9=1,66

С_длит. = 1,132.

Р_год=880,7·3500·1,132=3489333,4 кг/год.

 

2.9. Определение  диаметров паропроводов и конденсатопроводов.

 

Диаметр главной паровой  магистрали, м:

 

d_маг= ,                                                        (64)

ρ_н – плотность пара, кг/м³; [1,стр.35].

ρ_н = 0,86 кг/м³

V_п – скорость движения пара; [1,стр.40].

V_п =50…80 м/с.

Диаметр паропровода  к коллектору камеры, м:

d_кам= ,                                                         (65)

Р_кам.пр. – берётся для зимних условий, кг/ч

Р_кам.пр. =277,9 кг/ч

V_п – принимается 40…50 м/с [1,стр.40].

Диаметр паропровода  к калориферу камеры, м:

d_к= ,                                                          (66)

Р_{кам.суш.} – берётся для зимних условий, кг/ч.

Р_{кам.суш.} =135,6 кг/ч

V_п – принимается 25…40 м/с [1,стр.40].

Диаметр паропровода  к увлажнительным трубам, м

d_увл= ,                                                      (67)

V_п – принимается50 м/с  [1,стр.40].

Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры, м;

d_{конд.кам.}= ,                                                        (68)

ρ_к – плотность конденсата, кг/м³ [1,стр.35,табл.29].

ρ_к = 951,5 кг/м³.

V_к – скорость конденсата, м/с ( принимается от 0,5 до 1 м/с ) [1,стр.41].

Диаметр конденсационной  магистрали, м:

d_{конд.маг.}= ,                                                      (69)

n_кам – количество камер в цехе,

V_к – принимается 1…1,5 м/с [1,стр.41].

Результаты расчётов приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Определение диаметров  паропроводов и конденсатопроводов.

dмаг, м	dкам, м	dк, м	dувл, м	dконд.маг., м	dконд.кам., м
0,07	0,056	0,033	0,045	0,017	0,007

 

2.10. Выбор конденсатоотводчиков.

 

В лесосушильных камерах  для удаления конденсата из калорифера до последнего времени преимущественно  использовались гидростатические конденсатоотводчики. Сейчас они заменяются более надёжными в работе и компактными термодинамическими конденсатоотводчиками 45ч15нж.

Выбор производится по коэффициенту пропускной способности k_v (кг/ч)

k_v = (19,5·Р_{кам.суш.})/(С_г·√Δрρ_к),                                                (70)

Р_{кам.суш.} – расход пара на сушку в зимних условиях, кг/г.

Δр – перепад давления в конденсатоотводчике, бар.