Проектирование сушильного хозяйства деревообрабатывающего предприятия

τ_У =6,23+0,1=6,33 сут.

 

Вместимость камеры, м³, рассчитываем по выражению:

E=L ∙B ∙H ∙β ∙m

где L,B,H, - размеры штабеля (длина, ширина, высота), м;

β – объемный коэффициент заполнения штабеля;

m- число штабелей в камере.

Объемный коэффициент заполнения штабеля:

β=β_д ∙β_ш ∙β_в

где β_д,β_ш,β_в – линейные коэффициенты заполнения штабеля по длине, ширине и высоте соответственно;

У₀ – объемная усушка древесины, У₀ = 7%

                                                                                     

Коэффициент заполнения по длине штабеля β_д показывает отношение средней длины уложенных в штабель пиломатериалов L_ср к его длине:

β_д =

Так как длина всех досок  в штабеле одинакова, то β_д =1,0

Коэффициент заполнения по ширине β_ш  - это отношение суммарной ширины пиломатериалов в горизонтальном ряду штабеля к его ширине.

β_ш1 =0,6  β_ш2=0,9

Коэффициент заполнения штабеля  по высоте β_в характеризует отношение суммарной толщины пиломатериалов в вертикальном ряду штабеля к его высоте:

βв=

;

                                             

                                             

где S₁ – толщина пиломатериалов, мм;

S_пр – толщина прокладок, мм.

Тогда объемный коэффициент  заполнения штабеля:

                           

                                                    

Отсюда вместимость камеры:

E_{к.берёза}= 6 ∙2,2∙1,8 ∙0,31 ∙2=14,73 м³

E_к.кедр= 6 ∙2,2∙1,8 ∙0,42∙2=19,48 м³

 

Производительность камеры:

П_б=14,73 ∙46=677,6 м³/год

П_к=19,48 ∙101=1967 м³/год

 

1.4 Расчет необходимого  количества камер в сушильном  хозяйстве предприятия

 

Необходимое количество камер:

n_к = ; 

                                                  

где Q_суш – годовой объем сушки пиломатериалов на предприятии, м³;

П – годовая производительность одной сушильной камеры, м³.

Принимаем n_к=3.

 

2. Тепловой расчет

2.1 Выбор расчетного  материала

 

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

В данном задании расчетным  пиломатериалом являются обрезные кедровые доски 25×180

2.2 Определение  количества испаряемой из материала  влаги

   Количество влаги, испаряемой из древесины, устанавливают на единицу объема высушиваемого материала за период оборота камеры и в единицу времени. Массу влаги, испаряемой из 1м³ пиломатериалов, кг/м³:

                                                M_1м³ = ρ_баз ∙ ;

                                    

где ρ_баз – средняя базисная плотность древесины, кг/м³, для кедра ρ_баз=350кг/м³;

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

Количество влаги, кг, испаряемой за время одного оборота камеры:

М_об.к = М_1м³ ∙ Е_к=140 ∙19,48=2727,2 кг

где E_к – вместимость камеры в расчетном материале, м³.

Среднечасовое количество испаряемой влаги, кг/ч:

М_ср.ч. =

;

 

 

                                    

 

где τ_суш – продолжительность сушки расчетного материала, ч.

Кроме того, для камер  периодического действия определяется расчетное количество испаряемой влаги М_р, кг/ч, с помощью которого учитывают неравномерность удаления влаги в различные периоды сушки:

М_р= М_ср.ч∙ χ=35,16∙1,3=45,7 кг/ч

где χ – коэффициент  неравномерности скорости сушки, принимаемый  в за-висимости от значений конечной влажности древесины. χ=1,3 при W_к<12 %.

2.3 Выбор расчетных параметров сушильного агента и свежего воздуха

              Режимы сушки пиломатериалов в камерах периодического действия многоступенчатые, с параметрами агента сушки, отличающимися на каждой из ступеней. При низкотемпературном процессе для расчета рекомендуется принимать параметры агента сушки по II ступени режима.

Климатические данные для  города Екатеринбурга

Расчетная температура		Среднегодовая температура, tср, °С	Средняя температура отопительного  сезона, tср.отоп, °С	Продолжительность отопительного  сезона, Tотоп, дней	Степень насыщенности среды  φ, %, при условиях
Для отопления, tо.з.	Для вентиляции (летнее время), tо.лет				летних	зимних	среднегодовых
-32	21	0,8	-8,2	214	70,7	85,0	76,8

 

По зимним условиям рассчитываем максимальную тепловую нагрузку камеры, калориферы; по летним – сечение  приточно–вытяжных каналов.

Влагосодержание d, г/кг, рассчитываем как:

d=622 ∙

;

                                    

 

где φ – степень насыщенности агента сушки;

P_б – барометрическое давление атмосферного воздуха, характерное для географического месторасположения камеры, Па. Принимаем P_б=735 мм рт. ст. = 99960 Па;

P_н.п – давление насыщенного пара при расчетной температуре агента сушки или свежего воздуха, Па. P_н.п=17312 Па.

Энтальпия I, кДж/кг: 

I = c_p ∙ t + d ∙10^-3 ∙ I_н.п =1,005 ∙61+92.4 ∙10^-3 ∙2609 =301,44кДж/кг

где c_p – удельная теплоемкость сухого воздуха при расчетных значениях температуры t, кДж/(кг ∙град);

 

t – температура агента сушки или свежего воздуха, °С;

I_н.п – энтальпия сухого насыщенного пара при расчетных значениях температуры агента сушки или свежего воздуха, кДж/кг.

Плотность воздуха ρ, кг/м³:

ρ=

;

                                    

Приведенный удельный объем  , м³/кг:

                          

2.4 Определение  количества циркулирующего в  камере сушильного агента

Объем циркулирующего в штабеле  агента сушки V_шт, м³/ч:

V_шт = 3600∙m∙ω_шт∙F_ж.с.шт

где F_ж.с.шт – площадь живого сечения штабеля, м²;

m – число штабелей в плоскости, перпендикулярной направлению потока агента сушки;

ω_шт – скорость агента сушки в штабеле, м/с.

Площадь живого сечения штабеля  F_ж.с.шт, м²:

F_ж.с.шт = F_габ∙(1-β_в) ,м²          

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

β_в – коэффициент заполнения штабеля по высоте.

F_ж.с.шт =13,2 ∙(1-0,5)=6,6 м²   

Тогда V_шт, м³/ч:

V_шт = 3600 ∙1 ∙2 ∙6,6 = 47520 м³/ч

Масса циркулирующего по материалу  агента сушки в единицу времени  G_шт, кг/ч,:

G_шт =

;

                                         

 

где - приведенный удельный объем агента сушки, соответствующий режимным значениям II ступени, м³/кг.

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

g_шт =

                                     кг_{сух.возд}/кг_{исп.влаги}

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

Влагосодержание агента сушки  на выходе из штабеля d₂, г/кг:

d₂=d₁+

                                    

 

где d₁ – влагосодержание агента сушки на входе в штабель.

Перепад температуры агента сушки в штабеле Δt_шт, °С:

Δt_шт=

                                    

 

Температура агента сушки  на выходе из штабеля t₂, °С:

t₂=t₁- Δt =61-3,2=57,8 °C

Плотность агента сушки на выходе из штабеля ρ₂, кг/м³:

ρ₂=

;

                                    

 

^\

Приведенный удельный объем  агента сушки на выходе из штабеля  , м³/кг:

                        

Энтальпия I₂, кДж/кг: 

I ₂= c_p ∙ t + d ∙10^-3 ∙ I_н.п =1,005 ∙57,8+93,05 ∙10^-3 ∙2609 = 300,84 кДж/кг

     Объем агента сушки, циркулирующий в единицу времени в камере:

V_ц =

;

где η_п – коэффициент использования потока, принимаем η_п=0,9.

2.5 Определение параметров  воздухообмена и расчет приточно-вытяжных  каналов

 

Расчет проводят на условия, соответствующие максимальному  воздухообмену. Параметры свежего  воздуха выбирают по летнему периоду  времени.

Масса свежего и отработавшего  воздуха, приходящегося на 1кг испаряемой влаги, кг/кг:

g₀=

;

                                    

где d₂ – влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля, г/кг_{сух.возд};

d₀ – влагосодержание свежего воздуха, г/кг_{сух.возд}.

d₀=622 ∙

;

Энтальпия I₀, кДж/кг: 

I ₀= c_p ∙ t + d ∙10^-3 ∙ I_н.п , кДж/кг

I ₀= 1,005 ∙21+11,15∙10^-3 ∙2534 = 49,35 кДж/кг

Массовый расход свежего  и отработавшего воздуха, кг/ч:

G₀ = g₀∙M_p =12,3∙45,7=562,11 кг/ч

где М_р – расчетное количество влаги, испаряемой в единицу времени в камере, кг/ч.

Объем отработавшего воздуха, м³/ч:

V_отр = G₀∙

= 562,11∙1,09= 612,7 м³/ч

Объем свежего воздуха, м³/ч:

V_св.в = G₀∙

=562,11∙0,859=482,85 м³/ч

Площадь живого сечения приточного и вытяжных каналов, м²:

 F_кан =

;

                                    

F_кан =

;

                                    

где   ω_кан – расчетная скорость потоков отработавшего или свежего воздуха в канале, м/с. Принимаем ω_кан=5 м/с.

2.6 Определение расходов  тепла на сушку пиломатериалов

                                                                                                                                                Суммарный расход тепла на сушку состоит из затрат тепла на прогрев древесины, исарение из нее влаги, компенсацию тепловых потерь через ограждение камеры.

Под затратами на испарение  влаги при низкотемпературных  режимах сушки подразумевается  не только расход тепла на собственно испарение влаги, но также  и тепло, расходуемое на подогрев свежего  воздуха, поступающего в камеру.

2.6.1.Расход  тепла на начальный прогрев  древесины

Расход тепла на нагревание 1 древесины.

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

 Для зимних условий  расход тепла определяется по  формуле:

                r ;                       

где r – скрытая теплота плавления льда, r = 335 кДж/кг;

      - базисная плотность древесины, для ели кг/м ;

     - плотность древесины при фактической её влажности, Р=410кг/м³;

     - начальная влажность древесины, W_н=50%;

      - влажность гигроскопически жидкой влаги, ;

 - удельная теплоемкость древесины соответственно при положительной и отрицательной температурах;

t_пр- температура древесины при её нагреве;

- начальная температура древесины,  для Екатеринбурга  .

Удельная теплоемкость для и для .

Для зимних условий расход тепла на нагревание 1м³ древесины  будет равен:

        Для  лесосушильных камер периодического  действия температуру прогрева  древесины находим по выражению