Гидротермическая обработка

d1 = 622 × 20377/ (100000-20377) =159,2 г/кг

Теплосодержание воздуха (энтальпия) по формуле 1.23 [2] с. 24:

 

 

I1 = 1,01 × t1 + 0,001 × d1 ×  (1,88 × t1 + 2500)                         (4.9)

I1=1,01 ×68 + 0,001 × 159,2·(1,88 × 68 + 2500) = 487,03 кДж/кг

Плотность воздуха r1, кг/м3, определяем по формуле 1.16 [2] с. 23:

r1 = [28,96·pa – 10,94·pп] / 8314·T1                                  (4.10)

где Т1 – температура воздуха в Кельвинах.

Т1 = 273 + t1;                                                (4.11)

Т1 = 273+68=341 К.

r1 = [28,96·100000 – 10,94·20377] / 8314·341= 0,94 кг/м3

Приведённый удельный объём V, м3/кг сухого воздуха, определяем по формуле 4.6 [3] с. 23:

νпр1 = 4,62 × 10-6 × T1 · (622+d1)                                  (4.12)

νпр1 = 4,62× 10-6 × 341× (622+159,2) =

 

 

1,23 м3/кг

 

Определяем параметры воздуха на выходе из штабеля. Влагосодержание воздуха на выходе из штабеля определяем по формуле 4.7 [3] с. 24:

d2 = (1000 / М) + d1,                                    (4.13)

где  М – масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг.

Массу циркулирующего агента определяем по формуле 4.8 [3] с. 24:

М = V / (Dр × νпр1),                                        (4.14)

где V – объем циркулирующего агента сушки, м3/с.

νпр1 – приведенный удельный объём сушильного агента на входе в штабель, г/кг

М = 8,9/ (0,047×1,23) = 154 кг/кг

d2 = (1000 / 154)+159,2 = 165,69 г/кг

I2 = I1 = 487,03 кДж/кг

Плотность воздуха на выходе из штабеля определяем по формуле:

r2 = [28,96·pa – 10,94·pп] / 8314·T2                        (4.15)

Приведенный объем Vпр2 определяем по формуле:

Vпр2 = 4,62 × 10-6×T2 (622 + d2)                              (4.16)

Температура агента сушки на выходе из штабеля равна:

Т2 = 273 + t2

Найдем температуру на выходе со штабеля, преобразуя формулу 1.23 [2] с. 24:

 t2 = (I2  - 2,5 × d2) / (1,01 + 0,00188 × d2)                             (4.17)

t2 = (487,03– 2,5 ×165,69) / (1,01 + 0,00188 ×165,69) = 550C

 

 

                                          (4.18)

Pп2 = = 21035 Па.

Т2 = 273 + 55=328 К.

r2 = [28,96·100000 – 10,94·21035] / 8314·328 = 0,98 кг/м3

Vпр2 = 4,62 × 10-6 × 328(622 +165,69) = 1,19 м3/кг

 Результаты расчета параметров сушильного агента обобщаем в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Параметры сушильного агента

Параметр	Значение
	на входе в штабель	на выходе из штабеля	среднее
1. Температура, °С	68	55	61
2. Влагосодержание, г/кг	159,2	165,69	162,5
3. Энтальпия, кДж/кг	487,03	487,03	487,03
4.Плотность, кг/м3	0,94	0,98	0,96
5. Приведенный  удельный объём, м3/кг	1,23	1,19	1,21

 

4.3 Определение расхода  теплоты на сушку

Одно из основных требований, предъявляемых к сушилкам – минимальный расход теплоты на проведение процесса сушки. Этот расход состоит из затрат на начальный прогрев, испарение влаги и теплопотери через ограждения сушилки .

Для зимних условий удельный расход теплоты на начальный прогрев qпр, кДж/м3, складывается из её затрат на нагревание замороженной древесины от отрицательной начальной температуры t0 до 0°С, плавление содержащегося в древесине льда и нагревание пиломатериала до требуемой температуры.

 

4.3.1 Расход теплоты на  начальный прогрев

Для зимних условий расход теплоты на начальный прогрев определяем по формуле 4,9 [3] с. 25:

q'пр = rд × с(-) × (-tо) + rБ × Wн - Wc.ж; 100 × g   + rд × с(+) × tнп         (4.19)

для среднегодовых условий определяем по формуле 4,10 [3] с. 25 :

q'пр = rl × cl × (tнп - t0)                                       (4.20)

 

 

где rд,rБ – плотность и базисная плотность древесины расчётного материала, кг/м3;

Wс.ж. – содержание воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии, %;

g – скрытая теплота плавления льда (g=335 кДж/кг);

tнп – температура начального прогрева расчётного материала, °С;

t0 – начальная температура древесины, °С.

с(-), с(+) – средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной температуре и температуре прогрева древесины tпр, кДж/(кг×°С);

сд – удельная теплоёмкость древесины в диапазоне температур от t0 до tнп.

Базисную плотность древесины липы найдём по табл. 4 [2] c. 214, а плотность при начальной влажности WН = 60% определим по формуле 2.18 [2] с. 68 :                          

 кг/м3,                                        (4.21)

где ρБ– базисная плотность древесины, кг/м3; W – влажность древесины, %.

Для данного расчётного материала ρБ = 400 кг/м3, влажность W=60%.

 

ρд =

= 640 кг/м3.

 Начальную температуру замороженной древесины при выполнении расчета для зимних условий принимаем t0= -20°С. Значение начальной температуры для среднегодовых условий принимаем по приложению 7, [3] с. 94, в зависимости от региона, в котором планируется строительство цеха для среднегодовых – t0 = 5,50С. Удельную теплоемкость древесины определяем по рисунок 2.3. [2] с. 73. При этом среднее значение температуры древесины рассчитываем по формулам:

при определении с(-)             t = t0/2                                                                   (4.22)

при определении с(+)            t = tнп/2                                                                  (4.23)

при определении сд              t = (t0 + tнп)/2                                                        (4.24)

Для  t= -20 / 2 = -10°C                      с(-) = 2,17 кДж/(кг×°С)

Для t = 64 / 2 = 32 °C                       с(+) = 2,81 кДж/(кг×°С)

Для t = (5,5+64) / 2 = 34,75 °C         сд = 2,82 кДж/(кг×°С)

По табл. 5 приложения, [2] c. 214 для t0=-200С определим содержание воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии Wс.ж.=18%.

Рассчитаем расход теплоты на начальный прогрев 1 м3 пилометериалов для зимних условий:

q' пр = 640 × 2,17× (-(-20))  + 400 × × 335 + 530× 2,81× 64 =

=179371 кДж/м3.

Для среднегодовых условий:

q' пр = 640 × 2,82× (64-5,5) =105580,8 кДж/ м3.

 

 

 

 

Удельный расход теплоты при начальном прогреве, отнесенный к 1 кг испаряемой влаги qпр, кДж/кг, рассчитаем  для зимних  и среднегодовых условий по формуле 4.11 [3] с. 26:

qпр =  q 'пр / D1                                            (4.25)

Для зимних условий:

qпр = 179371/200 = 896,86 кДж/кг

Для среднегодовых условий:

qпр = 105580,8/200= 527,9 кДж/кг

Секундный расход теплоты на начальный прогрев Qпр, кВт, также определим для зимних условий по формуле 4.12 [3] с. 26:

Qпр = q'пр × Е / (3600 × tнп)                                 (4.26)

где tнп- продолжительность начального прогрева для расчётного материала, ч;

Е- вместимость камеры, м3.

Для зимних условий:

Qпр = 179371× 6,31 / (3600×7,5) =41,92 кВт

Для среднегодовых условий:

Qпр = 105580,8× 6,31 / (3600×7,5) =24,67 кВт

 

4.3.2 Расход теплоты на испарение влаги

Удельный расход теплоты на испарение влаги в сушилках рассчитываем для зимних и среднегодовых условий по формуле 4.13 [3] с. 26:

qисп = (1000 × (I2 - I0) / (d2 - d0)) - c' × tм                               (4.27)

где I0, d0 – энтальпия и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в сушильную камеру во время сушки, кДж/кг, г/кг соответственно;

с' – удельная теплоемкость воды (4,19 кДж/(кг×0С));

tм – температура смоченного термометра психрометра для режима сушки расчетного материала, °С.

Определим tм для всех ступеней сушки расчетного материала, по табл. 3.1 [ПЗ]:

1 ступень – tм = 64 – 3 = 61°С

2 ступень – tм = 68 – 7 = 61°С

3 ступень – tм = 88 – 26 = 62°С

Среднее значение tм = 61,3 = 61°С.

 

 

Значения I0 и d0 определяем по приложению 7 [3] с. 94. Для Минской  области I0 = -5,8 кДж/кг, d0 = 2,4 г/кг - для зимних условий; I0 = 5,5 кДж/кг, d0 = 4,1 г/кг – для среднегодовых.

Для зимних условий:

qисп = (1000 × (487,03- (-5,8)) / (165,69 – 2,4)) – 4,19× 61 =2762,54 кДж/кг

Для среднегодовых условий:

qисп = (1000 × (487,03- 5,5) / (165,69 – 4,1)) – 4,19× 61 = 2724,36 кДж/кг

Расход теплоты на испарение влаги из 1 м3 расчетного материала q'исп, кДж/м3, определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле 4.14 [3] с. 27 :

q'исп = qисп × D1                                               (4.28)

Для зимних условий:

q'исп = 2762,54 × 200 = 552508 кДж/м3

Для среднегодовых условий:

q'исп = 2724,36 × 200= 544872 кДж/м3

Расход теплоты в единицу времени на испарение влаги Qисп , кВт, также определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле 4.15 [3] с. 27:

                                                       Qисп = qисп × Dр                                         (4.29)

Для зимних условий:

Qисп = 2762,54 × 0,047 = 129,84 кВт

Для среднегодовых условий:

Qисп = 2724,36 × 0,047 = 128,04 кВт

 

4.3.3 Тепловые  потери через ограждения

Тепловые потери через ограждения сушилки в единицу времени определяем по формуле :

Qогр = å Fi · Kтi · ( tc - t0)  · 10-3                             (4.30)

где  Fi – поверхность ограждений определенного вида (стена, дверь и т.д.), м2;

Kтi - коэффициент теплопередачи соответствующего вида ограждения, Вт/(м2·°С);

tc -температура среды в камере, °С. Принимаем по табл. 4.1 [ПЗ];

t0 – температура наружной среды, °С.

Температура наружной среды зависит от того, где находятся сушильные каме-ры - внутри помещения или вне него. В данном проекте камеры находятся в отап-ливаемом помещения. Поэтому температура наружной среды  t0 = 20°С – для зимних условий, среднегодовых – t0 = 200С.

 

 

 

При расчете потерь через пол  t0 = 2°С  –  для зимних условий; t0 = 10°С – для среднегодовых.

Расчет площадей ограждающих конструкций проведем в соответствии со схемой камеры AS – 1 показанной на рисунке 4.1

Sстенки боковой = 4,4 · 2,52 = 11,09 м2

Sстенки задней = 2,64 ∙ 2,52 = 6,65 м2

Sперекрытия = 2,64 · 4,4 = 11,62 м2

Sпола = 2,64 · 4,4 = 11,62 м2

Sворот = 2,64 ∙ 2,52 = 6,65 м2

 

 

Рисунок 4.1- Схема камеры AS – 1

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений К, Вт/(м2×0С), определяем по формуле 4.17 [3] с. 28:

Kтi = 1 / (1 / aв + d1 / l1 + … + dn / ln + 1 / aн)                 (4.31)

где aв - коэффициент теплоотдачи от внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м2×°С), aв = 25 Вт/(м2×°С;

aн - коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м2×°С), aн = 9 Вт/(м2×°С); 

d1, d2, ..., dn - толщина слоев ограждений, м;

l1, l2,…, ln - коэффициент теплопроводности материалов ограждений, Вт/(м2×°С) (приложение 9 [3] с. 95).

 

 

 

 

 

Сушильные камеры  AS – 1 – сборные. Учитывая это, принимаем конструк-цию и размеры элементов ограждений, перекрытий и дверей следующего образца [3] c. 29, рис. 4.2д, рис. 4.2.

 

Рисунок 4.2 – Панель сборочных камер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значения всех параметров, необходимых для расчета коэффициента теплопередачи, сводим в таблице 4.2.

 

Таблица 4.2 – Расчет коэффициента теплопередачи

Вид ограждений	Материал	Толщина слоя, мм	Коэффи-циент теплопро-водности, Вт/(м·°С)	Коэффициент теплообмена поверхности, Вт/(м2·°С)
				внутренней	наружной
Перекрытие	Пенопласт ПВ-1 Листовой алюминий	100 1,5×2	0,041 240	25	9
Торцовая стена
Торцевая стена со стороны двери
Боковая стена
Дверь

 

 

 

 

 

Определяем коэффициент теплопередачи ограждений:

Кт1= Кт2= Кт3= Кт4= 1 / [1/25 + 0,1/0,041+ 2·0,0015/240 + 1/9 ] = 

0,39 Вт/(м2×°С)

Коэффициент теплопередачи пола принимает равным 0,5 К наружной стены.

Кт5 = 0,5· Кст= 0,5 × 0,39=0,195  Вт/(м2×°C)

Значения коэффициента теплопередачи не превышают 0,7 Вт/( м2×°C). Следовательно, камера не нуждается в дополнительном утеплении.

Расчеты потерь теплоты через ограждения сводим в таблица 4.3.

Таблица 4.3 – Расчет тепловых потерь через ограждения для камеры, распо-ложенной в отапливаемом помещении

Наименование ограждений	Площадь, м2	Коэффициент теплопередачи, Вт/( м·0C)	Температура, 0C		Теплопотери, кВт
			средняя в камере, tc	наружная t0	Qогр.i	åQогр.
Зимние условия
1.Ворота	6,65	0,39	61	20	0,11	0,86
2.Стенка боковая.	11,09	0,39	61	20	0,18
3. Стенка задняя.	6,65	0,39	61	20	0,11
4.Перекрытие	11,62	0,39	61	20	0,19
6. Пол	11,62	0,195	61	2	0,27
Среднегодовые условия
1.Ворота	6,65	0,39	61	20	0,11	0,83
2.Стенка боковая.	11,09	0,39	61	20	0,18
3. Стенка задняя.	6,65	0,39	61	20	0,11
4.Перекрытие	11,62	0,39	61	20	0,19
6. Пол	11,62	0,195	61	10	0,24