Гидротермическая обработка

 

 

Рассчитываем величину тепловых потерь через все виды ограждений:

– ворота:

Qзогр = Q сгогр = 6,65· 0,39· (61 - 20) · 0,001=0,11 кВт,

 

 

 

 

– стенка боковая:

Qзогр = Q сгогр = 11,09 · 0,39· (61- 20) · 0,001 = 0,18 кВт,

– стенка задняя:

Qзогр = Q сгогр = 6,65 · 0,39· (61- 20) · 0,001 = 0,11 кВт,

– перекрытие:

Qзогр = Q сгогр = 11,62 · 0,39· (61- 20) · 0,001 = 0,19 кВт,

– пол:

Qзогр = 11,62 · 0,39· (61- 2) · 0,001 = 0,27 кВт,

Q сгогр = 11,62 · 0,39· (61- 10) · 0,001 = 0,24 кВт;

Суммарные тепловые потери через ограждения сушилки составят:

– для зимних условий:

Qзогр = ∑ Qзогр i =0,11+ 0,18+ 0,11+ 0,19+ 0,27 = 0,86 кВт,

– для среднегодовых условий:

Qсгогр = ∑ Qсгогр i = 0,11+ 0,18+ 0,11+ 0,19+ 0,24 = 0,83  кВт.

Удельный расход теплоты на потери через ограждения в пересчете на 1 кг испаряемой влаги qогр , кДж/ м3, определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле 4.18 [3] с. 30 :

qогр = 1,5 × åQогр  / Dc,                                                            (4.32)

где åQогр - суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт.

Для зимних условий:

qогр = (1,5 × 0,86) / 0,036 = 35,83 кДж/кг.

Для среднегодовых условий:

qогр = (1,5 × 0,83) / 0,036 = 34,58 кДж/кг.

В пересчете на 1 м3 расчетных пиломатериалов тепловые потери через ограждения q'огр кДж/ м3 ,составляют формула 4.19 [3] с. 30:

q'огр = qогр · D1                                               (4.33)

Для зимних условий:

q'огр = 35,83 · 200 = 7166 кДж/ м3

Для среднегодовых условий:

q'огр = 34,58· 200 = 6916 кДж/ м3

4.3.4  Суммарный расход теплоты

Определение суммарного удельного расхода теплоты на сушку qсуш, кДж/кг, производим для зимних и среднегодовых условий по формуле 4.20 [3] с. 30:

qсуш = (qпр + qисп + qогр) · С1                                  (4.34)

 

 

 

где С1 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход теплоты на нагрева-ние ограждений камер, транспортных средств, оборудования и т.д.

Для камер оборудованных рельсовым транспортом С1 = 1,2-1,3. При этом, если камера  установлена  в отапливаемом помещении, для расчета используют меньшее значение  коэффициента, в противном случае – большее. У нас камера в отапливаемом помещении, принимаем коэффициент С1 = 1,2. 

Для зимних условий:

qзсуш = (896,86+2762,54+35,83) ×1,2= 4434,28 кДж/кг.

Для среднегодовых условий:

qсгсуш = (527,9+2724,36+34,58) ×1,2= 3944,21 кДж/кг.

Расход теплоты на 1 м3 расчетного материала q'суш, кДж/м3, определяем только для среднегодовых условий по формуле 4.21 [3] с. 31:

q'суш = qсуш × D1                                         (4.35)

q'суш = 3944,21 · 200 = 788842 кДж/м3

Результаты расчета расхода теплоты на сушку обобщаем в таблице 4.4.

Таблица 4.4 – Расход теплоты на сушку

Статья расхода теплоты	Зимние условия			Среднегодовые условия
	На 1 м3 древесины, кДж/м3	На 1 кг испаряемой влаги, кДж/кг	За 1 с,   кВт	На 1 м3 древесины, кДж/м3	На 1 кг испаряемой влаги, кДж/кг	За 1 с, кВт
Прогрев материала	179371	896,86	41,92	105580,8	527,9	24,67
Испарение влаги	552508	2762,54	129,84	544872	2724,36	128,04
Потери через ограждения	7166	35,83	0,86	6916	34,58	0,83
Расход теплоты на сушку	-	4434,28	-	788842	3944,21	-

4.4 Определение расхода теплоносителя 

В качестве теплоносителя в сушильных камерах по заданию применяют насыщенный водяной пар с давлением 0,3 Мпа. Расход пара Мп , кг/м3, на сушку 1м3 расчетных пиломатериалов определяем для среднегодовых условий по формуле 4.22 [3] с. 31 :

Мп = (qсуш · D1)/(iн - i'),                                    (4.36)

где iн – энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении, кДж/кг;

i' – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

 

 

 

Энтальпию пара и кипящей воды определяют по табл. 2, [2] с. 212 , iн = 2725 кДж/кг, i' = 561 кДж/кг.

Мп = (3944,21 · 200)/(2725 - 561) = 364,53 кг/м3

Часовой расход пара на 1 камеру М1 , кг/ч , в период прогрева и сушки рассчитываем для зимних условий по формулам 4.24 и 4.25 [3] с. 32:

М1пр = ((Qпр +1,5·Qогр)·1,25·3600)/(iн - i')                      (4.37)

М1суш = ((Qисп +1,5·Qогр)·1,25·3600) /(iн - i')   (4.38)

М1пр = ((41,92+1,5·0,86) · 1,25· 3600)/(2725 - 561) = 89,85 кг/ч

М1суш = ((129,84+1,5·0,86) · 1,25· 3600)/(2725 - 561) = 272,68 кг/ч

Часовой расход пара на сушильный цех Мц, кг/ч, рассчитаем для зимних условий по формуле 4.28 [3] с. 32:

Мц = М1пр·Nпр + М1суш ·Nсуш,                             (4.39)

где Nпр, Nсуш – количество камер, в которых одновременно идет прогрев и сушка материала соответственно, шт.:

Nпр = N/6;                                               (4.40)

Nсуш = N- Nпр,                                           (4.41)

где N – количество камер в цехе, шт.

Nпр = 12/6 = 2 шт. Принимаем 2 шт.;

Nсуш = 12 – 2= 10 шт.

Мц = 89,85·2+ 272,68·10 = 2906,05 кг/ч

Годовой расход пара на сушку всего заданного объема пиломатериалов Мг,т/год, определяем для среднегодовых условий по формуле 4.31 [3] с. 32:

Мг = Мп ·Ф·сτ3·10-3,                                           (4.42)

где Ф – суммарный объем фактически высушенных пиломатериалов заданных размеров и пород, м3/год;

сτ3 – поправочный коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчетного материала. Данный коэффициент определяем по таблице 4.4 [3] с. 33 в зависимости от величины отношения средней продолжительности цикла сушки фактических пиломатериалов (τц.ср) к продолжительности цикла сушки расчетного материала (таблица 3.2 [ПЗ]). Значение τц.ср, сут, рассчитываем по формуле 4.33 [3] с. 33:

 

τц.ср = å τц.i ·Фi/å Фi                                      (4.43)

где τц.i – продолжительность цикла сушки заданных пиломатериалов, сут;

 Фi - объем заданных пиломатериалов, м3/год.

 

τц.ср = (4,6·1000+7,7·1000+5,8·1000+4,2·1500)/(1000+1000+1000+1500) = 4,96 сут.

 

 

 

 

При τц.ср/ τц. = 4,96/4,2= 2, путем интерполяции сτ3 = 1,04.

Ф =1000  + 1000 + 1000 + 1500 = 4500 м3/год

Мг = 364,53·4500·1,04·10-3 = 1706 т/год.

Результаты расчета расхода теплоносителя обобщаем в таблица 4.5.

Таблица 4.5 - Расход теплоносителя

Расход теплоносителя	Для зимних условий	Для среднегодовых условий
На сушку 1 м3 расчетных пиломатериалов, кг/м3	-	364,53
Часовой на1 камеру, кг/ч: в период прогрева в период сушки
	89,85	-
	272,68	-
Часовой на сушильный цех, кг/ч	2906,05	-
Годовой на цех, т/год	-	1706

 

4.5  Расчет  калориферов

4.5.1 Характеристика  калориферов 

В данных сушильных камерах принимаем к установке компактные калорифе-ры, обогреваемые паром КПС-П рис.4.

         Они  представляют собой замкнутую  систему, сообщающихся металли-ческих трубопроводов, омываемых снаружи циркулирующим сушильным агентом, а изнутри обогреваемым теплоносителем [3] c. 34.

Рисунок 4.3 - Компактный калорифер

 

 

 

 

 

 

4.5.2 Выбор  места установки и компоновка  калориферов 

Выполним расчет компактных паровых калориферов модели КПС-П. Местом для установки паровых калориферов планируется циркуляционный канал камеры между горизонтальным экраном и потолком. Размеры поперечного сечения этого канала 4,4×0,9 м. Паровые калориферы следует устанавливать с вертикальным расположением нагревательных трубок. Для того чтобы это было возможно, высота калорифера должна быть меньше высоты циркуляционного канала, т.е. А3 < 900 мм (для данного случая). Согласно приложению 11 [3] с. 97, это условие выполняется для калориферов № 6 – 8. Все они имеют ширину Б2 = 575 мм. Таким образом, по ширине циркуляционного канала может поместиться следующее количество калориферов: 

nк= 4400/575 = 7,65 шт.

Учитывая, что в камере установлено 2 вентилятора, принимаем количество калориферов nк = 6 шт, кратное количеству вентиляторов.

Вычерчиваем схему поперечного сечения циркуляционного канала и предполагаемую компоновку в нём калориферов (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Поперечное сечение канала

Принимаем для установки калориферы № 8. Согласно приложению 11[3] с.97, площадь их фронтального сечения составляет fфр = 0,372м2. По формуле 4.35 [3] c. 37 рассчитаем массовую скорость сушильного агента во фронтальном сечении калорифера:

 

Поскольку выполняется условие 2 ≤ (ωфр · ρ1) ≤ 8, делаем вывод, что номер калорифера выбран правильно.

4.5.3  Расчет тепловой мощности калориферов

Рассчитаем тепловую мощность выбранных калориферов по формуле 4.41 [3] c. 38:

                                                      (4.45)

 

 

где Кк – коэффициент теплопередачи калорифера, (Вт/(м2∙°С);

F – площадь поверхности нагрева калорифера, м2;

  ∆tср – средний температурный напор калорифера, °C;

C3 – коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности нагревательных трубок калорифера.

Коэффициент теплоотдачи принимаем по  приложению 14 [3] с. 98, с учетом номера калорифера и величины массовой скорости сушильного агента в его фронтальном сечении Кк = 37,05 Вт/(м ∙°С).

Площадь поверхности нагрева компактных калориферов рассчитаем по формуле 4.42 [3] c. 39:

                                                            (4.46)

где fк – поверхность нагрева одного компактного калорифера,м2.

Значение fк определяем по приложению 11 [3] с. 97 , ƒк = 16,92 м2

F = 16,92 · 6 = 101,52 м2 .

По условию задания в качестве теплоносителя используется насыщенный пар с давлением рн = 0,3 Мпа. По табл. 2 приложения 2 [2] с. 212 определяем, что этому давлению соответствует температура насыщения tн = 133,54 °С. Рассчитываем   средний температурный напор калориферов по формуле 4.47 [3] c. 40:

              Δtср. = tн – 0,5∙( t1 + t2)                                             (4.47)

где t1,t2 – температура агента сушки на входе и выходе из штабеля, 0С.

Δtср. = 133,54 – 0,5∙( 68 + 55) = 72,04 °С.

Коэффициент Сз принимаем равным 1,2, согласно рекомендациям [3] c. 40.

 

Qу =

= 225,8 кВт

Определяем тепловую нагрузку на калориферы во время сушки пиломатериалов в зимних условиях по формуле 4.49 [3] c. 40:

                                          (4.48)

где Сп – коэффициент неучтенных потерь теплоты при сушке. Принимаем Сп = 1,2.

Qк= (129,84 + 1,5 × 0,86) ×1,2 = 157,36 кВт.

Т.к. условие Qу > Qк выполняется, считаем, что калориферы  обеспечат соблюдение выбранных режимов сушки и требуемую производительность сушильных камер.

Определяем тепловую нагрузку на калориферы в период начального прогрева для зимних условиях по формуле 4.50 [3] c. 41 :

                                           (4.49)

 

 

= (41,92 + 1,5 × 0,86) ×1,2 = 51,85 кВт.

Т.к. Qу > (225,8 > 51,85), то делаем вывод, что калориферы обеспечивают соблюдение выбранных режимов сушки и требуемую производительность сушильных камер.

 

 

5 Разработка технологического процесса

5.1 План сушильного цеха

Строительство участка планируется в Минской области, он будет располагаться в отапливаемом помещении. Размеры сушильного участка следующие: 45×30 м. Общая площадь, занимаемая участком, составляет 1350 м2.

В данном участке планируется установить 7 сушильных камер периодического действия модели AS-1 , которые будут располагаться в один ряд. В сушильном участке предусмотрено наличие лаборатории размерами 9,4×9 м. Лаборатория располагается возле сушильных камер. А так же бытовое помещение тех же размеров.

Для транспортирования штабелей от площадок для их формирования и разборки, а также для загрузки и выгрузки сушильных камер применяем подштабельные тележки, двигающиеся по рельсам, а так же траверсную тележку для перемещения штабеля с одних рельс на другие.

На против сушильных камер находятся склады сырых и сухих пиломатериалов. Размеры склада сырых пиломатериалов 12×9 м, площадь – 108 м2. Он вмещает 6 штабелей. Емкость склада сухих пиломатериалов – 12 штабелей. Размеры этого склада 12×18 м, площадь – 216 м2. Площадка для формирования и разборки штабелей, 12×9 м, площадь – 108 м2 каждая.