Курсовая работа (т): Технологический, тепловой и аэродинамический расчёт лесосушильной камеры

Технологический, тепловой и аэродинамический расчёт лесосушильной камеры

Содержание

Введение

1. Выбор камеры

2. Технологический расчет

.1 Определение режима сушки пиломатериалов

.2 Определение продолжительности сушки в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе

.3 Расчет производительности лесосушильных камер на материале заданной характеристики

.4 Расчет необходимого количества камер в сушильном хозяйстве предприятия

. Тепловой расчет

.1 Выбор расчетного материала

.2 Определение количества испаряемой из материала влаги

.3 Выбор расчетных параметров сушильного агента и свежего воздуха.

.4 Определение количества циркулирующего в камере сушильного агента

.5 Определение параметров воздухообмена и расчет приточно-вытяжных каналов

.6 Определение расхода тепла на сушку пиломатериалов

.6.1 Расход тепла на прогрев древесины

.6.2 Расход тепла на испарение влаги

.6.3 Расход тепла на компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры

.6.4 Определение тепловой нагрузки для расчета калориферов и расхода теплоносителя на сушку

.7 Подбор калориферов

. Аэродинамический расчет камеры

.1 Определение потерь напора в кольце циркуляции

.2 Подбор вентилятора

. Планировка лесосушильных цехов

. Описание технологического процесса сушки пиломатериалов

Заключение

Список литературы

Введение

Сушка - важный этап подготовки дерева к работе. Сушильные камеры для пиломатериалов являются самым распространенным способом, которым сушат древесину.

Источники тепла - это пар из парового котла или газ. Значит, сушильные камеры по типу среды, можно поделить на паровоздушные и газовые. Оба эти типа камеры позволяют, чтобы в сушащемся материале протекали два процесса - влагообмен и влагоперенос. В каждой из камер устанавливается особый режим сушки, это зависит от того, какой цели нужно добиться. Мягкий режим высушит дерево так, что сохраняться все качества, прочность и цветовой оттенок, а при нормальном режиме - цвет станет немного темным. Форсированный режим сохранит прочность на изгибание пиломатериала, но древесина потемнеет, а также снизиться устойчивость на скол и раскол.

Целью данной работы является выполнение технологического, теплового и аэродинамического расчётов лесосушильной камеры

1.     
Выбор камеры

При разработке сушильного цеха, для сушки исходных пиломатериалов, используются сушильные камеры СПМ-1К.

Камеры предназначены для сушки пиломатериалов любых пород и сечений до требуемой конечной влажности. Сушильные камеры могут использовать традиционные энергоносители (технологический пар, горячая вода), или конвективно-лучистый принцип разогрева (тепловые лампы). Данные источники могут применяться как раздельно, так и совместно, учитывая фактор сезонности (зима, лето) и производственную целесообразность.

Сушильные камеры СПМ-1К могут размещаться либо в цехе (отапливаемом или неотапливаемом здании), либо на открытом воздухе.

Сушка осуществляется конвективным методом в паровоздушной среде с использованием мягкого и нормального режимов. В основу работы автоматики положен принцип саморегулирующейся системы. Использование этого принципа обеспечивает:

высокую равномерность и эффективность сушки древесины;

надежность;

пожаробезопасность;

простоту эксплуатации;

экологическую чистоту процесса сушки.

В процессе сушки пиломатериалов образующийся пар не выбрасывается в атмосферу, а конденсируется на внутренней поверхности наружной обшивки, при этом осушенный теплый воздух возвращается обратно в камеру. Данный принцип позволил сократить энергозатраты на 30%.

При установке камеры в цеху за счет постоянной рекуперации тепла (отбора энергии у пара на наружной обшивке камеры) осуществляется обогрев помещения. В этом случае КПД камеры в зимний период составляет 93%.

Камера обеспечивает первую и вторую категорию сушки.

Затраты по электроэнергии на 1 куб. м. составляют 90 кВт - в летнее время, 150 кВт - в зимнее.

Источником нагрева сушильных камер СПМ-1К служит горячая вода.

Таблица 1

Характеристики камеры УНИВЕРСАЛ-СК14

. Технологический расчет

.1 Определение режима сушки пиломатериалов

Категория режима сушки определяется исходя из возможностей проектируемой камеры, а именно максимально температуры в рабочем пространстве камеры. При этом

₃ ≤t_max, (1)

где t₃ - температура III ступени режима сушки пиломатериалов, °С;

t_max- максимальная температура в рабочем пространстве камеры, °С.

Из таблицы рекомендуемых режимов низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов хвойных пород:

Таблица 2

Режимы низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов из древесины сосны, ели, пихты, кедра (ГОСТ 19773-84)

.2 Определение продолжительности сушки в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе

Общая продолжительность сушки (включая длительность начального прогрева и влаготеплообработки), определяется по выражению:

τ_суш=τ_исхА_рА_цА_вА_кА_д, (2)

где τ_исх- исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы, толщины и ширины нормальным режимом в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсивности ( расчетная скорость воздуха 2м/с, ширина штабеля 1800 мм), от начальной влажности 50 % до конечной влажности 12%.

Величина τ_исх, ч, определяется по таблице исходной продолжительности сушки пиломатериалов камерах периодического действия при низкотемпературном процессе:

Таблица 3

Исходная продолжительность сушки пиломатериалов τ_исх в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе.

Коэффициент А_р учитывает жесткость применяемого режима сушки и составляет:

для мягких режимов А_р = 1,7;

для нормальных режимов А_р = 1,0.

Коэффициент А_ц учитывает характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере и может быть определен в зависимости от величины произведения τ_исх А_р и скорости циркуляции ω_ц,

τ_исх А_р=1,0·104=104 ч

Таблица 4

Значение коэффициента А_ц для камер с реверсивной циркуляцией

Коэффициент А_в, зависящий от начальной W_н и конечной W_к влажности пиломатериалов.

Таблица 5

Значения коэффициента А_в

Коэффициент А_к учитывающий длительность влаготеплообработки и кондиционирования древесины в камере, имеет следующие значения:

для I категории качества сушки - 1,15;

для II категории качества сушки - 1,1.

Коэффициент А_д = 1,0 для материалов, для заготовок он зависит от отношения длины материала к его толщине.

τ_суш=104·1,0·0,81·0,89 ·1,1·1,0= 79,693,32сут.

.3 Расчет производительности лесосушильных камер на материале заданной характеристики

Производительность камеры при сушке пиломатериалов определенной характеристики (породы, толщины, начальной и конечной влажности) рассчитывают на заданное календарное время (например, год) по формуле, м³/год:

П=nЕ, (3)

где n-число оборотов камеры в течение заданного времени;

Е-вместимость камеры, м³ древесины.

Число оборотов камеры в год определяется по выражению

n= , (4)

где С-коэффициент технического использования камеры, С=0,92;

τ- продолжительность оборота камеры, сут.

Для камер периодического действия

τ= τ_суш+ τ_з.р. , (5)

τ= 3,32+0,1=3,42 сут.

Число оборотов камеры в год (4):

n== 98 об/год

где τ_суш-продолжительность процесса сушки (формула (1.2)), сут;

τ_з.р- время загрузки и разгрузки камеры (можно принять 0,1 сут)

Вместимость камеры, м³, рассчитывается по выражению

Е=LBHβm, (6)

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

β-объемный коэффициент заполнения штабеля;

m- число штабелей в камере.

Объемный коэффициент заполнения штабеля рассчитывают как

β = β_д β_ш β_в, (7)

где β_д β_ш β_в- линейные коэффициент заполнения штабеля по длине, ширине и высоте соответственно;

У₀-объемная усушка древесины, % (можно принять У₀=7%).

Коэффициент заполнения по длине штабеля β_д показывает отношение среды длины уложенных в штабель пиломатериалов L_ср к его длине L.

β_д= , (8)

Для штабеля материалов различной длины можно принять β_д=0,85. Если длина всех досок в штабеле одинакова (L_ср = L), то β_д=1. По условию, принимаем β_д=1.

Коэффициент заполнения по ширине β_ш - это отношение суммарной ширины пиломатериалов в горизонтальном ряду штабеля к его ширине. Он зависит от вида пиломатериалов и способа укладки. По условию даны обрезные доски с укладкой со шпациями, принимаем β_ш=0,65.

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

β_в=, (9)

где S₁-толщина пиломатериалов, мм;

S_пр-толщина прокладок, мм.

Наиболее часто применяемая толщина прокладок составляет 25 мм.

Объемный коэффициент заполнения штабеля:

β_в==0,66

β = 1· 0,65·0,66· =0,4

Вместимость камеры (6):

Е=6,5·1,8·3·0,4·2 =33,3 м³

Производительность камеры (1):

П=98·33,3=3263,4 м³/год

.4 Расчет необходимого количества камер в сушильном хозяйстве предприятия

Необходимое количество камер определяется как:

_k =  , (10)

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

П - годовая производительность одной сушильной камеры, м³.

n_k =  = 2,14

Принимаем 3 камеры.

. Тепловой расчет

.1 Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимают самые быстросохнущие доски из заданной спецификации. Камеры в этом случае обеспечат сушку любого другого материала по спецификации.

При проектировании лесосушильных камер за расчетный материал принимаются, как правило, сосновые обрезные доски толщиной 25 мм, шириной не менее 150 мм, начальной влажностью около 50% конечной в зависимости от целевого назначения материала.

.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 1 м³ пиломатериалов, кг/м³, рассчитывают:

М_1м³ = ρ_баз , (11)

где ρ_баз - средняя базисная плотность древесины, кг/м³;

W_Н ,W_K - соответственно начальная и конечная влажность древесины, %.

М_1м³ =400= 152 кг/м³

Количество влаги, кг, испаряемой за время одного оборота камеры, определяют по формуле:

М_об.к.= М_1м³Е_к , (12)

где Е_к - вместимость камеры в расчетном материале, м.

М_об.к.= 152·33,3= 5061,6 кг

Среднечасовое количество испаряемой влаги, кг/ч, определяется как:

М_ср.ч= , (13)

где τ_суш- продолжительность сушки расчетного материала, ч.

М_ср.ч= = 66 кг/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.чχ ,(14)

где χ - коэффициент неравномерности скорости сушки, принимаемый в зависимости от конечной влажности древесины, W_к=12-15%, χ=1,2.

М_р=66·1,2 = 79,2 кг/ч

.3 Выбор расчетных параметров сушильного агента и свежего воздуха

Режимы сушки пиломатериалов в камерах периодического действия многоступенчатые, с параметрами агента сушки, отличающимися на каждой ступени. При низкотемпературном прочесе для расчета принимаем параметры агента сушки по II ступени режима.

При выборе параметров вводимого в камеру свежего воздуха учитываем географическое расположение камеры, период года, место отбора воздуха.

По зимним условиям рассчитывают максимальную тепловую нагрузку камеры, калориферы; По летним - сечение приточно-вытяжных каналов.

Среднегодовые параметры необходимы для определения основных технико-экономических показателей.