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

Выбранных расчетных параметров, характеризующих состояние агента сушки и свежего воздуха (t, φ) недостаточно для дальнейших расчетов. Необходимо установить так же величины энтальпии (теплосодержания) I, влагосодержания d, плотности p и приведенного удельного объема V¹_1+d10^-3, влажного воздуха (для агента сушки и свежего воздуха).

Влагосодержание d, г/кг, рассчитывают:

= 622 , (15)

сушка пиломатериал влага камера

где φ - степень насыщенности агента сушки;

Р_б- барометрическое давление атмосферного воздуха, характерное для географического месторасположения камеры, Па (для г. Алапаевск можно принять Р_б = 750 мм рт.ст.= 99991 Па);

Р_НП - давление насыщенного водяного пара при расчетной температуре агента сушки или свежего воздуха, Па:

d= 622 = 90,21г/кг

Энтальпию I, кДж/кг, определяют по формуле:

 = c_pt + d10^-3I_нп , (16)

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

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

I_{нп -} энтальпия сухого насыщенного пара при расчетных значениях температуры агента сушки или свежего воздуха, кДж/кг.

I = 1,009·55 + 90,21·10^-3·2589,5 = 288,9 кДж/кг

Плотность воздуха р, кг/м³, рассчитывают:

ρ =  , (17)

ρ =  = 1,01 кг/м³

Приведенный удельный объем V¹_1+d10^-3, м³/кг, определяется как:

¹_1+d10^-3 = 4,62·10^-6(273+t)(622+d), (18)

¹_1+d10^-3 = 4,62·10^-6(273+55)(622+90,21)= 1,08м³/кг

.4 Определение количества циркулирующего в камере сушильного агента

Для камер периодического действия расчет проводят следующим образом.

Определяют объем циркулирующего в штабеле (штабелях) агента сушки V_шт, м³/ч:

_шт=3600mω_штF_ж.с.шт, (19)

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, вычисляют по формуле:

_ж.с.шт = F_габ(1- β_в) , (20)

где F_габ - площадь габаритного сечения штабеля в плоскости, перпендикулярной направлению потока, м;

β_в - коэффициент заполнения штабеля по высоте.

F_ж.с.шт = 19,5(1- 0,474) = 10,26 м²

V_шт=3600·2·2·10,26= 147744 м³/ч

Массу циркулирующего по материалу агента сушки в единицу времени G_шт , кг/ч, определяют по формуле:

_шт=  , (21)

где V_1+d10^-3 - приведенный удельный объем агента сушки, соответствующий режимным значениям II ступени, м³/кг.

G_шт =  = 136800кг/ч

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

_шт =  , (22)

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

g_шт =  = 1727,27 кг_{сух.возд}/кг_{исп.влаги}

Влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля (штабелей) d₂, г/кг определяют по формуле:

₂ = d₁+  , (23)

где d₁ - влагосодержание агента сушки на входе в штабель (штабели), рассчитанное по формуле (15) для II ступени режима, г/кг.

d₂ = 90,21 +  = 90,79г/кг

Перепад температуры агента сушки в штабеле (штабелях) Δt , °С, рассчитывают, используя формулу:

Δt=  , (24)

Δt= = 1,2°С

Далее определяют температуру агента сушки на выходе из штабеля t₂ ,°С:

₂ = t₁ - Δt , (25)

₂ = 55 - 1,2 =53,8 °С

Затем по формулам (17) и (18) рассчитывают плотность ρ₂ и приведенный удельный объем V²_1+d10^-3 , агента сушки в состоянии на выходе из штабеля (штабелей).

ρ²=  = 1,025 кг/м³

V²_1+d10^-3 = 4,62·10^-6(273+53,8)(622+90,79)= 1,067м³/кг

В завершении рассчитывают объем агента сушки, циркулирующего в единицу времени в камере V_ц , м³:

_ц =  , (26)

где η_n - коэффициент использования потока (отношение объема сушильного агента, проходящего через штабели, к общему объему циркулирующего в камере сушильного агента), принимается η_n = 0,9.

V_ц = = 164160м³

.5 Определение параметров воздухообмена и расчет приточно-вытяжных каналов

Расчет проводят на условия, соответствующие максимальному воздухообмену. Параметры свежего воздуха выбирают по летнему периоду времени или климатическим условиям помещения, из которого происходит отбор свежего воздуха (коридора управления, здания цеха).

Расчет системы воздухообмена производится следующим образом.

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

₀ =  , (27)

где d₂ - влагосодержание агента сушки на выходе из штабеля, г/кг_сух.

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

g₀ =  = 12,38кг/кг

Массовый расход свежего и отработанного воздуха, кг/ч:

₀ = g₀M_p , (28)

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

G₀ = 12,38·79,2 кг/ч = 980,5 кг/ч.

Объем отработавшего воздуха определяется как, м³/ч:

_отр=G₀V²_1+d10^-3 , (29)

_отр=980,5·1,08= 1058,9м³/ч

Объем свежего воздуха составляет,

V_св.в=G₀V⁰_1+d10^-3 , (30)

_св.в=980,5·1,08=11058,9м³/ч

Площадь живого сечения приточного и вытяжного каналов, м²:

_кан=  , (31)

где ω_кан - расчетная скорость потоков отработавшего или свежего воздуха в канале, м/с.

Скорость потока среды в приточно-вытяжных каналах принимают для воздушных камер в пределах 3-9 м/с.

F_кан =  = 1,049 м²

.6 Определение расхода тепла на сушку пиломатериалов

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

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

Расчет тепла по всем статьям затрат производят в двух вариантах:

) Для зимних условии (определяют тепловую нагрузку систему теплоснабжения, нагрева агента сушки);

) Для среднегодовых условий с целью определения технико-экономических показателей теплопотребления.

.6.1 Расход тепла на прогрев древесины

Расход тепла на прогрев 1 м³ замороженной древесины (для зимних условий) Q³_пр.1м³ , кДж/м³ , определяют по формуле:

³_пр.1м³ = ρ[с_(-)(-t₀)+ с₍₊₎t_пр]+ρ_базr_ог, (32)

где ρ - плотность древесины при W_н , кг/м³;

t₀ - начальная отрицательная температура древесины, загруженной в камеру, °С;

t_пр - температура до которой прогревается древесина в камере, °С;

W_г.ж- количество связанной замерзшей влаги, содержащейся в древесине, %;

r_ог - теплота плавления льда, принимается равной 335 кДж/кг;

с_(-), с₍₊₎ - соответственно удельные теплоемкости замороженной и прогретой до положительной температуры древесины, кДж/(кг-град).

Таблица 6

Климатологические данные для города Челябинск

Q³_пр.1м³ = 600[1,78(-34)+ 2,82·53,5]+400· 335 = 105130 кДж/м³

Для лесосушильных камер периодического действия температуру прогрева древесины t_пр , °С, рекомендуется находить по выражению:

_пр=  , (33)

где t_сп.пр - температура среды в камере при прогреве пиломатериалов, назначаемая режимом начальной обработки пиломатериалов, °С._пр=  = 53,5°С

Расход тепла на прогрев древесины, имеющей положительную начальную температуру Q_пр·1м³ , кДж/м³ , определяют по формуле:

_пр.1м³ = ρс₍₊₎(t_пр- t₀) , (34)

где t₀ - начальная температура древесины, °С;

с₍₊₎ - удельная теплоемкость древесины, кДж/(кг-град), определяемая при расчетной температуре.

Q_пр.1м³ = 600·2,85(53,5 - 21) = 55575 кДж/м³

Для определения расхода тепла на прогрев древесины по среднегодовым условиям Q^ср_пр.1м³ , кДж/м³, можно использовать выражение:

^ср_пр.1м³=  , (35)

где  - расход тепла на прогрев древесины в летний период, кДж/м³;

Т - календарный фонд времени работы камеры в течение года, сут;

Т_отоп- продолжительность отопительного периода, сут;

Т_неот - продолжительность неотапливаемого периода, (Т_неот = Т - Т_отоп)

Т_неот = 365 - 214 = 151 сут.

Q^ср_пр.1м³ =  = 84629кДж/м³

Удельный расход тепла при прогреве древесины в расчете на 1 кг испаряемой влаги q_пр ,кДж/м³ , устанавливают для любого периода года по формуле:

_пр =  , (36)

_пр =  = 692кДж/м³

Для определения затрат тепла на прогрев древесины в единицу времени Q_пр , кВт, можно использовать выражение:

_пр=  , (37)

где Е_пр - объем одновременно прогреваемых в камере пиломатериалов, м³;

τ_пр - продолжительность прогрева, ч.

Q_пр =  = 486,2 кВт

.6.2 Расход тепла на испарение влаги

Расход тепла на испарение влаги определяют для зимних и среднегодовых условий.

Удельный расход тепла на испарение влаги с учетом затрат на прогрев свежего воздуха q_исп , кДж/кг, при низкотемпературном процессе определяют по формуле:

_исп = 1000- c_в t_пр.вл. , (38)

где I₂, d₂ - соответственно энтальпия, кДж, и влагосодержание, г/кг, отработавшего удаляемого из камеры агента сушки;

I₁, d₁ - соответственно энтальпия, кДж, и влагосодержание, г/кг, свежего поступающего в камеру воздуха;

с_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/м³;

t_пр.вл - температура прогрева влаги по расчетным параметрам, °С.

q = 1000 - 4,19·51 = 2791 кДж/кг

.6.3 Расход тепла на компенсацию тепловых потерь через ограждения камеры

При расчете тепловых потерь учитывают потоки тепла через ограждения и полы лесосушиль камер.

Рис.1 Внутренние размеры сушильной камеры

Для расчета площади поверхности ограждений воспользуемся рисунком 1.

_огр= 1,5∑F_jk_j(t_c - t₀)10^-3, (39)

где F_j, k_j - площадь, м², и коэффициент теплопередачи, Вт (м²град), J-ого элемента ограждения.

t_c,t₀ - температура среды внутри и снаружи камеры около j-ого элемента ограждения, ⁰С.

Q_огр= 1,5∑(91,8+61)·(0,7+1,8)·(55-21 )10^-3 = 19,5 кВт

Боковые стороны: F= (9·5,1) ·2 = 91,8 м²

Задняя стена и ворота: F= (5,98·5,1) ·2 = 61 м²

Тепловые потери через пол лесосушильной камеры малой мощности, расположенной непосредственно на грунте Q_пол, кВт,

_пол=410^-4F_n(t_c - t₀), (40)

_пол=410^-4·53,82·34= 0,73 кВт

Суммарные потери тепла через ограждения и полы камер, кВт, определяют:

_пот= Q_огр+ Q_пол, (41)

_пот= 19,5 + 0,73 = 20,23 кВт

Величину удельных потерь (на 1 кг испаряемой влаги) q_пот, кДж/кг, рассчитывают по формуле:

_пот=,(42)

_пот= = 1103,5 кДж/кг

Полный удельный расход тепла на сушку пиломатериалов кДж/кг, подсчитывают для зимних и среднегодовых условий и складывают из отдельных стадий затрат:

_суш=q_пр+1,1(q_исп+q_пот),(43)

_суш=692+1,1(2791 + 1103,5) = 4976 кДж/кг

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

Расчет производится для зимних условий, соответствующих максимальному теплопотреблению лесосушильной камерой.

Для камер переодического действия, тепловую нагрузку ( мощность калорифера) О_к, кВт, рассчитывают только на период собственно сушки (без затрат тепла на прогрев древесины):

_k=1,15 (44)

_k=1,1581,6 кВт

Максимальный расход пара на сушку , кг/ч, составит: