Page 3 | Расчет и проектирование лесосушильной камеры

Тепловой расчет производится с целью определения затрат тепла на сушку, расхода теплоносителя, выбора и расчета теплового оборудования камер и цеха (калориферов, конденсатоотводчиков, трубопроводов).

Тепловой расчет целесообразно проводить в определенной последовательности:

выбор расчетного материала;
определение массы испаряемой влаги;
выбор режима сушки;
определение параметров агента сушки на входе в штабель;
определение объема и массы циркулирующего агента сушки;
определение объема свежего и отработавшего воздуха;
определение расхода тепла на сушку;
выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера;
определение расхода теплоносителя;
определение диаметров паропроводов и конденсатопроводов;
выбор конденсатоотводчиков.

Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации. В этом случае камеры обеспечат сушку другого материала из этой спецификации. В заданном варианте самым быстросохнущем материалом являются сосновые доски сечением 25x150 мм с начальной и конечной влажностями соответственно 97 % и 8 % .

Определение массы испаряемой влаги

Расчет массы влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов

Масса влаги, испаряемая из 1 м3 пиломатериалов m1м3, кг/м³ , определяется по формуле

m1м3 = ,(2.1)

где rб – базисная плотность расчетного материала, кг/м³;

Wн начальная и конечная влажность расчетного материала, %;

Wк конечная влажность расчетного материала, %.

По табл.1.2,с.9, /1/ определим базисную плотность сосны, она равна

rб =400 кг/м³ и, зная начальную и конечную влажность материала по формуле (2.1) найдем массу влаги, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов m1 M3 , кг/м³,

m1 м3 = 400 ((97-8) / 100) = 356 кг/м³ .

Расчет массы влаги, испаряемой за время одного оборота камеры

Масса влаги, испаряемая за время одного оборота камеры mоб. кам. , кг/оборот, определяется по выражению

mоб. кам. = m1м3Е,(2.2)

где Е – вместимость камеры, м3;

m1 м3− масса влаги, испаряемая из 1 м3 пиломатериалов, кг/м³.

Е = Гbф ,(2.3)

где Г- габаритный объем всех штабелей в камере, м3;

bф- коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом.

Габаритный объем всех штабелей в камере ранее найден по формуле (1.23) Г=60,84м3.По таблице 1, с.5 пояснительной записки коэффициент объемного заполнения штабеля расчетным материалом для сосны равен bф=0,36, тогда по формуле (2.2) найдем массу влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, mоб. кам. , кг/оборот

mоб. кам. = 356*21,9 = 7796,4 кг/оборот.

Расчет массы влаги, испаряемой из камеры в секунду

Масса влаги, испаряемая из камеры в секунду mс, кг/с , определяется по формуле

mс = ,(2.4)

где tсоб.суш- продолжительность собственно сушки, ч , которая в свою очередь определяется из следующего выражения

tсоб.суш= tсуш- (tпр + tкон.ВТО ) ,(2.5)

где tсуш- продолжительность сушки расчетного материала, ч;

tпр – продолжительность начального прогрева материала, ч;

tкон.ВТО – продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО);

Продолжительность сушки расчетного материала принимаем по таблице 3 пояснительной записки, для сосны tсуш= 59,8 ч;

Продолжительность начального прогрева для мягких хвойных пород принимается 1,5 ч на каждый сантиметр толщины расчетного материала. То есть

tпр =1,5*2,4=3,75ч.

Ориентировочная общая продолжительность влаготеплообработок в зависимости от породы и толщины пиломатериалов приведена в табл.2.1,с.28,/1/. Для сосновых досок толщиной 25 мм tкон.ВТО =2 ч . Соответственно этим значениям найдем продолжительность собственно сушкиtсоб.суш,(формула (2.5))

tсоб.суш= 59,84– (3,75 + 2) = 54,09 ч.

Имея все необходимые данные найдем массу влаги, испаряемой из камеры в секунду, mс , кг/с

mс =5019 / 3600 *56,34 = 0,0247кг/с.

Определение расчетной массы испаряемой влаги

Расчетную массу испаряемой влаги mр, кг/с , можно найти, воспользовавшись выражением

mр = mсk,(2.6)

где k – коэффициент неравномерности скорости сушки;

mс – масса влаги, испаряемая из камеры в секунду, кг/с.

Для камер периодического действия при сушки воздухом до конечной влажности Wк = 8 % коэффициент неравномерности скорости сушки рекомендуется принимать k = 1,3 , тогда расчетная масса испаряемой влаги mр равна

mр = 0,0247*1,3 = 0,0321 кг/с .

Выбор режима сушки

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчетного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины. В данном случае категория качества сушки пиломатериалов II.

Режимы сушки в камерах периодического действия (ГОСТ 19773-84)

В этих камерах применяются режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса.

Режимы низкотемпературного процесса делятся на три категории: мягкие (М), нормальные (Н) и форсированные (Ф). В данном случае сушка ведется нормальным режимом. Параметры этого режима при сушке пиломатериалов из древесины сосны можно взять из табл.10, с.177/2/. Выбираем нормальный режим сушки для пиломатериалов из древесины сосны толщиной 25мм.

Таблица 5

Нормальный режим сушки для пиломатериалов из древесины сосны толщиной 25мм

Влажность W, %	Расчетная температура t, °C	Психометрическая разность Dt, °C	Относительная влажность воздуха j
97¼35	79	7	0,73
35¼25	84	12	0,59
25¼8	105	33	0,26

Определение параметров агента сушки на входе в штабель

По выбранному режиму назначаются расчетная температура t1 и относительная влажность воздуха j1 со стороны входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй ступени режима, то есть в рассматриваемом случае t1 = 84 °C, j1 = 0,59 .

Влагосодержание d1 , теплосодержание I1 плотность r1 и приведенный удельный объем Vпр. 1определяются по Id-диаграмме. Если точка 1, характеризующая на Id-диаграмме состояние воздуха на входе в штабель, выходит за пределы диаграммы, что и произошло в данном случае, влагосодержание d1 , следует вычислять по уравнению

d1 = ,(2.7)

где РП 1 – парциальное давление водяного пара, Па;

Ра– атмосферное давление воздуха ( Ра = 105 Па ).

Парциальное давление водяного пара РП 1 , Па, высчитывается по уравнению

РП 1 = j1 Рн1,(2.8)

где j1 – относительная влажность воздуха расчетной ступени режима;

Рн1 – давление насыщения водяного пара при расчетной температуре режима

Из табл. 2.2, с.31 /1/найдем давление насыщения водяного пара Рн1 , Па, при расчетной температуре t1 = 84 °C

Рн1 =55714Па.

По формуле (2.8) найдем парциальное давление водяного пара РП 1

РП 1 = 0,59*55714=32871,3 Па.

Теперь, используя формулу (2.7), высчитаем влагосодержание воздуха на входе в штабель, d1

d1 =304,5 г/кг.

Теплосодержание (энтальпия) воздуха I, кДж/кг , характеризуется суммарным теплосодержанием собственно воздуха iВ и находящегося в нем пара iП. Это суммарное теплосодержание исчисляют по отношению к единице массы (1кг) сухой части воздуха. Так как на 1 кг сухой части воздуха приходится 0.001 d кг влаги, теплосодержание выразится суммой

I=свt1+0.001d1 (cПt1+ r0), (2.9)

где св −удельная теплоемкость воздуха, кДж/кг*⁰С ;

t1− расчетная температура, ⁰ С;

d1 − влагосодержание, г/кг;

cП − удельная теплоемкость пара, кДж/кг*⁰С;

r0 − скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

После подстановки значений удельной теплоемкости воздуха cВ и пара cП и скрытой теплоты парообразования r0 получим расчетную формулу теплосодержания воздуха, I, кДж/кг

I = 1,07 t + 0.001d (1.93t + 2490), (2.10)

Подставив все необходимые значения в формулу (2.10), найдем теплосодержание воздуха на входе в штабель, I1

I1 =1.0*84+0.001*304.5 *(1.93*84+2490)= 892 кДж/кг .

Плотность воздуха на входе в штабель, r1 , кг/м³ , можно определить через влагосодержание и температуру по следующей формуле

r1 = ,(2.11)

где Т1 – термодинамическая температура, К;

d1− влагосодержание, г/кг

Т1 = 273 + t1 .(2.12)

В данном случае при t1 =84°C термодинамическая температура равна

Т1 = 273 + 84 = 357 К.

Теперь по формуле (2.11) можно найти плотность воздуха на входе в штабель, r1

r1 = кг/м³.

Приведенный удельный объем, Vпр. 1, м³/кг , можно найти по уравнению

Vпр. 1 = .(2.13)

Поскольку все необходимые данные известны, можно сразу подставить их в выражение (2.13) и вычислить приведенный удельный объем, Vпр. 1, сухого воздуха

Vпр. 1 = м³/кг.

Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

Объем циркулирующего агента сушки

Объем циркулирующего агента сушки, Vц, м³/кг , определяется по формуле

Vц = Vшт Fж. сеч. шт ,(2.14)

где Vшт - расчетная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с;

Fж. сеч. шт - живое сечение штабеля, м2 .

Живое сечение штабеля вычисляется по следующей формуле, Fж. сеч. шт , м2

Fж. сеч. шт = ,(2.15)

где n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки;

l – длина и высота штабеля, м;

h− высота штабеля, м;

bВ – коэффициент заполнения штабеля по высоте .

В 2-штабельной камере КБ ММСК-1 количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку агенту сушки равно двум. Длина и высота штабеля соответственно равны 6,5 и 2,6 м. Коэффициент заполнения штабеля по высоте расчетным материалом равен bВ=0,5 по таблице 2,с.10. Подставим все известные величины в формулу (2.15) и найдем живое сечение штабеля,Fж. сеч. шт

Fж. сеч. шт = 2*6,5*2,6(1-0,5) =16,9 м2.

Расчетная скорость циркуляции агента сушки через штабель по заданию равна Vшт = 2,7 м/с , тогда по формуле (2.14) объем циркулирующего агента сушки, Vц равен

Vц = 2,7*16,9 = 45,63 м³/кг.(2.16)

Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги

Массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, mц , кг/кг,можно определить по следующей формуле

mц = ,(2.17)

где Vпр. 1 – приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель, где м³/кг ;

mр– расчетная масса испаряемой влаги, кг/с;

Определим массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, mц ,

mц = 576,9 кг/кг.

Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в камерах периодического действия (t2 ,j2 ,d2 , I2 ,r2 , Vпр. 2 ) можно определить как графоаналитическим способом, с помощью Id-диаграммы, так и аналитическим. Для точности определения воспользуемся вторым способом.

Влагосодержание влажного воздуха, d2 , г/кг, находится по формуле

d2 = .(2.18)

Теплосодержание влажного воздуха на выходе из штабеля остается таким же как и у воздуха на входе, то есть I1 =I2 =892 кДж/кг . Однако, это же теплосодержание можно вычислить по формуле

I2 =,(2.19)