Процесс сушки древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание сушильной камеры

2. Расчетно-технологическая часть

2.1 Технологический расчет

2.1.1 Выбор режима сушки

2.1.2 Расчет продолжительности сушки и оборота камеры

2.1.3 Перевод объема фактических материалов, подлежащих сушке, в объем условного материала

2.1.4 Расчет годовой производительности камеры на условном материале

2.2 Тепловой расчет

2.2.1 Выбор расчетного материала

2.2.2 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.2.3 Расчет количества испаряемой из материала влаги

2.2.4 Определение объема циркулирующего агента сушки и его параметров на входе из штабеля

2.2.5 Расчет расхода тепла на сушку

2.2.6 Определение расхода пара

2.2.7 Выбор конденсатоотводчиков

2.3 Расчет площади сушильного цеха

2.4 Описание технологического процесса сушки

2.4.1 Транспортные и погрузочно-разгрузочные операции

2.4.2 Составление рабочего времени режима сушки пиломатериалов в камерах непрерывного действия

2.4.3 Требования к качеству сушки

2.5 Охрана труда в сушильном цехе

2.5.1 Производственная санитария

2.5.2 Техника безопасности

2.5.3 Противопожарная защита

Литература

Введение

Гидротермическая обработка древесины -- обработка древесины нагретыми газом, паром или жидкостью с целью изменения ее физических и эксплуатационных свойств. Процессы гидротермической обработки древесины разделяются на три группы: тепловая обработка (нагревание или оттаивание древесины), сушка (удаление влаги из древесины), пропитка (введение в древесину различных пропитывающих веществ).

Тепловая обработка производится нагретой водой (проварка) или насыщенным паром (пропарка) для временного снижения твердости и повышения пластичности древесины и облегчения процессов ее рамного пиления, лущения, строгания, гнутья и прессования.

Сушкой называется процесс удаления влаги из древесины путем нагревания для превращения влаги из жидкого в парообразное состояние. В процессе сушки может происходить уменьшение линейных размеров и объема древесины (усушка). Чтобы после сушки пиломатериалов имели заданные размеры, для них установлены припуски на усушку. Сушка древесины позволяет предохранить древесину от грибных поражений, химических окрасок, биологически повреждений и покоробленности, продлевает срок службы изделий. Цель сушки -- доведение влажности материала до величины, соответствующей условием эксплуатации изготовленных из древесины изделий, что предупреждает их размеро- и формоизменяемость.

Пропитка древесины производится органическими жидкостями или растворами минеральных и органических веществ преимущественно для ее консервирования, т.е. длительной защиты материала от загнивания или поражения насекомыми. Консервированию подвергаются лесоматериалы (шпалы, столбы, брусья, доски) для сооружений, эксплуатируемых на открытом воздухе и в соприкосновении с грунтом. В отдельных случаях пропитку производят для огнезащиты, а также для изменения некоторых физических свойств древесины (цвета, электрических характеристик и др.).

Гидротермическая обработка древесины имеет большое хозяйственное значение, правильное и своевременное проведение ее (особенно сушки и пропитки) существенно удлиняет сроки службы изделий и сооружений из древесины.

Цель курсового проекта -- привить практические навыки по планированию, проектированию и расчету технологических процессов сушки древесины.

1. Описание сушильной камеры

Сушильная камера непрерывного действия Валмет-1 (рис. 1) предназначена для сушки пиломатериалов при пониженной температуре. В этих камерах обеспечивается качественная сушка товарных пиломатериалов до транспортной влажности, при надлежащей организации технологии сушки повышается эффективность работы. На некоторых предприятиях достигнута производительность 70 тыс. м³ в год высушенных до транспортной влажности пиломатериалов (по паспорту камеры 50 тыс. м³ в год).

В камере Валмет-1 сушильным агентом служит нагретый влажный воздух. В ней размещается десять штабелей размерами 7Ч1,8Ч2,9 м, перемещающиеся на шинах по роликам. Воздух тремя осевыми вентиляторами, расположенными вместе с электродвигателями в верхнем циркуляционном канале, проходя пластинчатые калориферы, направляется в разгрузочный конец камеры, проходит через все штабеля и возвращается по циркуляционному каналу к вентиляторам. Воздухообмен (приток свежего и выброс отработавшего воздуха) осуществляется через специальный теплообменный аппарат -- рекуператор. Свежий воздух засасывается за счет разрежения, создаваемого основными циркуляционными вентиляторами, проходит через теплообменные трубки, через которые отсасывается теплый отработавший воздух вспомогательным вентилятором, и поступает в камеру через приточную трубу. При невысокой температуре сушильного агента, когда требуется интенсивный воздухообмен между камерой и атмосферой, подогрев свежего воздуха в рекуператоре позволяет экономить 10--15% тепловой энергии на сушку.

Камеры Валмет-1 имеют вариант конструкции, в котором вместо вертикальных применены наклонные подъемные двери. Однако этот вариант не нашел широкого распространения, так как аэродинамическое сопротивление поворота в нем снижается несущественно, а вертикальные двери проще открывать и закрывать. Кроме того, длина камер с такими дверями меньше.

Рисунок 1. Схема сушильной камеры Valmet-1:

1 -- штабель; 2 -- роликовый конвейер; 3 -- двери; 4 -- коридор управления; 5 -- скруббер; 6 -- теплорекуператор; 7 -- канал свежего воздуха; 8 -- канал отработавшего воздуха; 9 -- вентилятор; 10 -- калорифер.

Техническая характеристика сушильной камеры Valmet-1:

Габаритные размеры штабеля:

Длина: 7,0 м.;

Ширина: 1,8 м.;

Высота: 2,9 м.;

Количество штабелей: 10 шт.;

Вместимость в условном материале: 149,0 м³.

Внутренние размеры камеры:

Длина: 21,35 м.;

Ширина: 7,2 м.;

Высота: 4,8 м.

Технические характеристики вентиляторов:

Сила тока: 1,5 А;

Производительность: 6000 м³/ч;

Шум: 66 Дб;

Вес: 19 кг;

Диаметр крыльчатки: 500 мм;

Мощность электродвигателя: 0,37 кВт;

Технические характеристики калориферов КФС-1:

Производительность по воздуху: 2000 м³/ч;

Производительность по теплу: 29,3 кВт;

Площадь поверхности теплообмена: 6,3 м²;

Площадь фронтального сечения: 0,148 м²;

Площадь живого сечения по теплоносителю: 0,00239 м²;

Число ходов по теплоносителю: 1

Масса: не более 30 кг.

2. Расчетно-техническая часть

Целью технологического расчета является определение количества камер, необходимого для сушки материала заданной спецификации.

2.1 Технологический расчет

Таблица 1. Спецификация высушиваемы пиломатериалов

Наименование пиломатериала	Порода	Вид пиломатериала	Размеры, мм	Влажность, %	Категория качества	Заданное количество пиломатериалов, Ф, м3/год
			Толщина, S	Ширина, B	Длина, L	Wн	Wк
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
заготовки	пихта	Обрезные	32	50	1700	60	15	?	9000
Доски	Береза	Обрезные	44	100	5500	70	15	?	15000
Доски	Ель	Обрезные	50	125	5500	65	15	?	11000
Итого	35000

технологический сушка древесина

2.1.1 Выбор режимов сушки

В зависимости от назначения высушиваемых пиломатериалов (заготовок) установлены четыре категории качества сушки.

?, ? и ? категории качества при сушке пиломатериалов (заготовок) до средней эксплуатационной влажности готовых изделий должны обеспечивать:

? категория - возможность механической обработки и сборки деталей по ГОСТ 6449.1-82 для высокоточных составных частей изделий (некоторые соединения механики клавишных инструментов, точное машиностроение и приборостроение, деревянные строительные клееные несущие конструкции, производство моделей, лыж и т.п.);

? категория - механическую обработку и сборку деталей по ГОСТ 6449.1-82 для ответственных составных частей изделий (мебельное производство, разного рода футляры, корпуса клавишных инструментов, столярно-строительные изделия, деревянные строительные клееные несущие конструкции, пассажирское вагоно- и автостроение и т.п.);

? категория - механическую обработку и сборку деталей, по ГОСТ 6449.1-82, для менее ответственных составных частей изделий (погонажные столярно-строительные изделия, товарное вагоностроение, сельхозмашиностроение, рядовая тара и т.п.);

0 категория - сушка пиломатериалов (заготовок), в том числе экспортных, до транспортной влажности.

Рассмотренные выше показатели качества сушки пиломатериалов (заготовок) нормированы в зависимости от категории качества сушки и условий эксплуатации изделий.

Режимы сушки пиломатериалов и заготовок регламентируют параметры сушильного агента в камерах различных типов в зависимости от породы и размеров материала, а также требований, предъявляемых к качеству высушенной древесины.

По температурному уровню режимы делятся на:

? Мягкие М;

? Нормальные Н;

? Форсированные Ф;

? Высокотемпературные (выше 100).

Первые три категории режимов относятся к режимам низкотемпературного процесса (до 100).

При сушке мягкими режимами полностью сохраняются естественные физико-механические свойства древесины, в том числе прочность, цвет и состояние в ней смолы.

Нормальные режимы обеспечивают практически полное сохранение прочности показателей древесины с возможным незначительным изменением ее цвета.

При сушке форсированными режимами сохраняются прочность древесины на изгиб, растяжение и сжатие, но на 15-20% снижается прочность на скалывание и раскалывание с возможным потемнением древесины.

Сушка высокотемпературными режимами еще в большей степени снижает прочность древесины на скалывание и раскалывание (до 25%) со значительным потемнением древесины.

Исходя из требований, предъявляемых к качеству высушенной древесины, и типа сушильной камеры, выбираем режим сушки.

Так как третья категория качества, предъявляемая к высушенной древесине, предусматривает механическую обработку и сборку деталей для менее ответственных составных частей изделий (погонажные столярно-строительные изделия, товарное вагоностроение, сельхозмашиностроение, рядовая тара и т.п.), выбираем форсированный режим камерной сушки.

Параметры сушильного агента заносим в таблицу 2.

Таблица 2. Режимы сушки

Порода	Толщина пиломатериала, мм	Влажность пиломатериала, %	Номер и индекс режима	Состояние сушильного агента в разгрузочном конце камеры	Максимальная психрометрическая разность в разгрузочном конце камеры
		Начальная Wн	Конечная Wк		t1 °C	?t, °C	ц1	?t2, °C
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Пихта	32	60	15	4-Ф	104	27	0,34	5
Береза	44	70	15	6-Ф	98	21	0,43	4
Ель	50	65	15	7-Ф	95	18	0,48	4

2.1.2 Расчет продолжительности сушки и оборота камеры

Продолжительность цикла сушки ф, ч, включая начальный прогрев и кондиционирование, рассчитывают по формуле:

ф = ф_исх Ч А_п Ч А_ц Ч А_в Ч А_кЧ А_д, ч (1)

где ф_исх - исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы, толщины S, ширины B (для пихты ф_исх. = 26; для берёзы ф_исх. =45; для ели ф_исх. =62);

А_п - коэффициент, учитывающий породу древесины (для пихты_. А_п =1,0; для берёзы_. А_п =1,4; для ели А_п =1,0);

А_ц - коэффициент, учитывающий интенсивность циркуляции (для пихты_. А_ц =1,16; для берёзы_. А_ц =1,04; для ели А_ц =0,96);

А_в - коэффициент, учитывающий начальную и конечную влажность древесины (для пихты_. А_в =0,82; для берёзы_. А_в =0,92; для ели А_в =0,87);

А_к - коэффициент, учитывающий качество сушки (для пихты_. А_к =1,05; для берёзы_. А_к =1,05; для ели А_к =1,05);

А_д - коэффициент, учитывающий длину материала (для пихты_. А_д =1; для берёзы_. А_д =1; для ели А_д = 1).

Для пихты: ф = 26Ч1,0Ч1,16Ч0,82Ч1,05Ч1,0 = 25,96 ч. = 1 сутки;

Для березы: ф = 49,8Ч1,4Ч1,04Ч0,92Ч1,05Ч1,0 = 70,04 ч. = 3 суток;

Для ели: ф = 62Ч1,0Ч0,96Ч0,87Ч1,05Ч1,0 = 54,37 ч. =2 суток.

Продолжительность оборота камеры:

ф_об = ф + ф_з.р (2)

где ф - продолжительность сушки, суток;

ф_з.р - продолжительность загрузки и разгрузки камеры принимается равной 0,1 суток при механизированных способах загрузки камеры.

В камерах непрерывного действия, загрузка и разгрузка которых производятся без остановки сушильного процесса, ф_об = ф.

Результаты расчетов продолжительности сушки и оборота камеры для фактического, указанного в спецификации, материала целесообразно свести в таблицу 3:

Таблица 3. Расчет продолжительности сушки и оборота камеры

Характеристики пиломатериалов	Категория качества сушки	Категория режима	фисх	Коэффициенты	ф	фоб
Порода	Толщина, мм	Ширина, мм	Влажность, %
			Wн	Wк				Ап	Ац	Ав	Ак	Ад	Ч.	Сут.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Пихта	32	50	60	15	?	Ф	26	1,0	1,16	0,82	1,05	1,7	25,96	1	1
Береза	44	100	70	15	?	Ф	45	1,4	1,04	0.92	1,05	5,5	70,04	3	3
Ель	50	125	65	15	?	Ф	62	1,0	0,96	0,87	1,05	5,5	54,37	2	2

2.1.3 Перевод объема фактических материалов, подлежащих сушке в объем условного материала

Коэффициент вместимости камеры рассчитывается по формуле:

К_Е = В_усл/В_ф (3)

где В_усл - объемный коэффициент заполнения штабеля условным материалом;

В_ф - объемный коэффициент заполнения штабеля фактическим материалом.

Для пихты: К_Е = 0,438/0,399=1,097;

Для березы: К_Е = 0,438/0,458=0,956;

Для ели: К_Е = 0,438/0,474=0,924.

Коэффициент продолжительности оборота камеры рассчитывается по формуле:

К_ф = ф_об.ф/ф_об.усл, сут. (4)

где ф_об.ф - продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала, суток (для пихты 1 сут.; для березы 2 сут.; для ели 2 сут.);

ф_об.усл - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток (ф_об.усл = 2,4 сут.).

Для пихты: К_ф = 1/2,4=0,41 сут.;

Для березы: К_ф =3/2,4=1,25 сут.;

Для ели: К_ф = 2/2,4=0,83 сут.

Объем подлежащих сушке пиломатериалов (Ф_i) переводится в объем условного материала (У_i) по формуле:

У_i = Ф_iЧ К_фЧ К_Е, м³/усл. (5)

где Ф_i - объем подлежащих сушке фактических пиломатериалов, заданных в спецификации, м³/год (для пихты 9000; для березы 15000; для ели 11000);

К_ф - коэффициент продолжительности оборота;

К_Е - коэффициент вместимости камеры.

Для пихты: У_i =9000Ч0,41Ч1,097=4047 м³/усл;

Для березы: У_i =15000Ч1,25Ч0,956=17925 м³/усл;

Для ели: У_i =11000Ч0,83Ч0,924=8436 м³/усл.

Таблица 4. Перевод объема фактических пиломатериалов в объем условного материала

Характеристика материала	Продолжительность оборота камеры, сут.	Коэффициенты	Объем пиломатериалов, м3
Порода	Толщина, мм.	Ширина, мм.	фоб.ф	фоб.усл	Кф	Вф	Вусл	КЕ	Заданный, Ф	В условном материале, У
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Пихта	32	50	1	2,4	0,41	0,339	0,438	1,097	9000	4047
Береза	44	100	2	2,4	0,83	0,305	0,438	1,436	15000	17925
Ель	50	125	2	2,4	0,83	0,316	0,438	1,386	11000	8436
Итого; ?Ф = 35000; ?У=30408.

2.1.4 Расчет годовой производительности камеры на условном материале

Нормативная годовая производительность камеры на условном материале рассчитывается по формуле:

П_у=(335/ф_об.усл)ЧВ_услЧГ, м³/год., (6)

где 335 - плановая продолжительность работы камеры в течение календарного года с учетом необходимости их периодического ремонта (сутки);

ф_об.усл - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток_. ф_об.усл = 2,4 сут. (таблица 25);

В_усл - объемный коэффициент заполнения штабеля условным материалом;

Г - габаритный размер всех штабелей в камере, м³.

П_у= (335/2,4) Ч0,438 Ч365,4 =22339, м³/год.

Габаритный объем всех штабелей в камере рассчитывается по формуле:

Г=LЧBЧHЧm, м³ (7)

где L - длина штабеля, м;

В - ширина штабеля, м;

Н - высота штабеля, м;

m - число штабелей в камере.

Г=7Ч1,8Ч2,9Ч10=365,4 м³.

2.1.5 Расчет требуемого количества сушильных камер

Требуемое количество камер рассчитывается по формуле:

n=?У_i/П_у, шт. (8)

где ?У_i - общий объем условного материала, м³ усл;

П_у - годовая (плановая) производительность одной камеры в условном материале, м³ усл./год.

n=30408/22339=1,36=2 шт.

Принимаем к строительству две десятиштабельные камеры.

2.2 Тепловой расчет

2.2.1 Выбор расчетного материала

За расчетный материал принимается самый быстросохнущий материал из заданной спецификации, т.е. у которого ф_об имеет наименьшее значение.

За расчетный материал принимаем пихту (ф_об=1).

2.2.2 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

Агент сушки - влажный воздух. Влагосодержание d₁, теплосодержание I₁, парциальное давление пара Рn₁, плотность P₁, удельный объем V₁ определяются по следующим формулам:

1) Парциальное давление пара в воздухе:

Р_n1 = P_н1Чц, Па (9)

где Рн₁ - давление насыщенного пара при температуре t₁, Па; ц - степень насыщенности.

Р_n1 =101300Ч0,34=34442 Па.

2) Влагосодержание воздуха:

d₁ = 622ЧP_n1/100000-P_n1, г/кг (10)

Для пихты: d₁ = 622Ч34442/100000-34442 = 326,77г/кг.

3) Теплосодержание (энтальпия воздуха):

I₁ = 1,0Чt₁+0,001Чd₁(1,93Чt₁+2490), кДж/кг (11)

Для пихты: I₁ = 1,0Ч104+0,001Ч326,77(1,93Ч104+2490) = 983,24 кДж/кг.

4) Удельный объем воздуха:

V₁ = 4,621Ч10^-6(273+t₁) (622+d₁), м³/кг (12)

Для пихты: V₁ = 4,621Ч10^-6(273+104) (622+326,77) = 1,65 м³/кг.

5) Плотность воздуха:

, кг/м³ (13)

Для пихты: кг/м³.

Таблица 5. Параметры сушильного агента на входе в штабель

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Значение
1	2	3	4
Температура	t1	0C	104
Относительна влажность (степень насыщенности)	ц1		0,34
Влагосодержание	d1	г/кг	326,77
Теплосодержание (энтальпия)	I1	кДж/кг	983,24
Парциальное давление пара	Pn1	Па	34442
Плотность	P1	кг/м3	0,80
Удельный объем	V1	м3/кг	1,65

2.2.3 Расчет количества испаряемой из материала влаги

Количество испаряемой влаги определяют в двух вариантах:

а) количество влаги, испаряемой из 1м³ древесины:

М₁м³ = с_б (W_н-W_к)/100, кг/м³ (14)

где р_б - базисная плотность древесины, кг/м³;

W_н, и W_к - соответственно начальная и конечная влажность, %.

Для пихты: М₁м³ = 300(60-15)/100 = 135 кг/м³.

б) Масса влаги, испаряемой из древесины в единицу времени:

, кг/с (15)

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

в_ф - объемный коэффициент заполнения штабеля фактическим (расчетным) материалом;

А_к - коэффициент, учитывающий качество сушки;

X - коэффициент неравномерности скорости сушки.

Для пихты: кг/с.

2.2.4 Определение объема циркулирующего агента сушки и его параметров на выходе из штабеля

t_м= t₁ - Дt₁ (16)

t_м =104-27=77.

t₂ =t_м+Дt₂ (17)

t₂=77+5=82.

1) Парциальное давление пара в воздухе:

Р_n2 = P_н2Чц, Па (18)

Давление насыщенного пара при температуре t₂:

P_н2 = 0,05 МПа=50000 Па;

Р_n2 =50000Ч0,34=77000 Па.

2) Влагосодержание воздуха:

d₂ = 622ЧP_n2/100000-P_n2, г/кг (19)

Для пихты: d₂ = 622Ч17000/100000-17000 = 127,3 г/кг.

3) Теплосодержание (энтальпия воздуха):

I₁ = I₂= 983,24 кДж/кг.

4) Удельный объем воздуха:

V₂ = 4,621Ч10^-6(273+t₂) (622+d₂), м³/кг (20)

Для пихты: V₂ = 4,621Ч10^-6(273+82) (622+127,3) = 1,22 м³/кг.

5) Плотность воздуха:

, кг/м³ (21)

Для пихты: кг/м³.

Таблица 6. Параметры сушильного агента на выходе из штабеля

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Значение
1	2	3	4
Температура	t2	0C	82
Относительна влажность (степень насыщенности)	ц2		0,34
Влагосодержание	d2	г/кг	127,3
Теплосодержание (энтальпия)	I2	кДж/кг	983,24
Парциальное давление пара	Pn2	Па	77000
Плотность	P2	кг/м3	0,91
Удельный объем	V2	м3/кг	1,22

Объем циркулирующего по материалу агента сушки определяется по формуле:

, м³/с (22)

м³/с.

2.2.5 Расчет расхода тепла на сушку

Расход тепла на сушку складываетсяz из затрат тепла на прогрев материала, испарение из него влаги и на теплопотери через ограждения камеры.

Расчеты ведутся для зимних условий с целью определения максимальной нагрузки на котельную и для среднегодовых условий с целью определения общих расходов пара на годовую программу.

Исходные данные для расчета:

Место строительства цеха г. Минск.

t_{расч.зим}= -25?; t_ср=5,4?; с_wн=300.

а) Расходы тепла на прогрев 1 м³ древесины для зимних условий определяются по формуле:

q_пр1м³_зим= q_{пр1кгзим}Чс_wн, кДж/м³ (23)

где q_{пр1кгзим} - затраты тепла на прогрев 1 кг влажной древесины в зимних условиях, кДж/кг;

q_{пр1кгзим} = 145+250=395 кДж/кг;

с_wн - плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности, кг/м³ (с_wн=300).

q_пр1м³_зим=395Ч300=118500 кДж/м³.

б) Расход тепла на прогрев 1 м³ древесины для средних условий q_пр1м³_ср определяется по формуле:

q_пр1м³_ср = q_{пр1кгср}Чс_wн, кДж/м³ (24)

где q_{пр1кгср} - затраты тепла на прогрев 1 кг влажной древесины в среднегодовых условиях, кДж/кг;

q_{пр1кгср} = 80+220=300 кДж/кг.

q_пр1м³_ср = 300Ч300=90000 кДж/м³.

в) Расход тепла на прогрев древесины в камере в секунду для зимних условий:

, кВт (25)

где Г_пр - габаритный объем прогреваемых штабелей, м³.

в_ф- объемный коэффициент заполнения штабеля фактическим (расчетным) материалом;

ф_пр - продолжительность начального прогрева древесины, ч (ф_пр=3,2 ч.).

, кВт.

г) Расход тепла на прогрев древесины в камере в секунду для среднегодовых условий определяется по формуле:

, кВт (26)

, кВт.

д) Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины (на 1 кг подлежащий испарению влаги) в зимних условиях:

, кДж/кг (27)

кДж/кг.

е) Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины в среднегодовых условиях:

, кДж/кг (28)

кДж/кг.

ж) Удельный расход тепла на испарение 1 кг влаги определяется для зимних и среднегодовых условий:

При низкотемпературном процессе сушки (режимы М, Н, Ф):

, кДж/кг (29)

где I₂, d₂ - тепло- и влагосодержание отработанного воздуха, выбрасываемого из камеры;

I_o, d_o - тепло- и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в камеру;

С_в - удельная теплоемкость воды, С_в = 4,19 кДж/кгЧ?.

При поступлении свежего воздуха из помещения цеха допустимо принять d₀= 10г/кг; I_o = 46 кДж/кг.

7667,4 кДж/кг.

З) Расход тепла в камере на испарение влаги для зимних и среднегодовых условий:

Q_исп = q_испЧ М_р, кВт (30)

где q_исп - удельный расход тепла на испарение 1 кг влаги;

М_р - расчетное количество испаряемой влаги, кг/с.

Q_исп = 7667,4Ч0,30=2300,2 кВт.

И) Расчет потерь тепла через ограждения камеры (крайней в блоке) выполняется по формулам:

Q_{огр.зим}=SЧКЧ(t_кам-t_расч) ЧСЧ10^-3, кВт (31)

Q_огр.ср=SЧКЧ(t_кам-t_расч) ЧСЧ10^-3, кВт (32)

где S - площадь поверхности ограждения, м²:

1) Боковая стенка: LЧH=7,0Ч2,9=20,3 м²;

2) Торцовая задняя стенка: BЧH-bЧh=1,8Ч2,9-0,6Ч2,4=3,78 м²;

3) Торцовая передняя стенка: BЧH-bЧh=1,8Ч2,9-0,6Ч2,4=3,78 м²;

4) Потолок: BЧL=1,8Ч7,0=12,6 м²;

5) Пол: 1,5Ч(2BЧL) =1,5Ч(2Ч1,8Ч7,0)=37,8 м²;

6) Дверь: bЧh=0,6Ч2,4=1,44 м².

К - коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/м²Ч?;

t_кам - температура агента сушки в камере;

, ⁰С (33)

?;

где t_расч - расчетная температура вне камеры для зимних и среднегодовых условий, °С;

С - коэффициент увеличения потерь, равный 1,5 при мягких режимах сушки и 2 при нормальных, форсированных и высокотемпературных режимах;

Q_{огр.зим (1)}=20,3Ч0,6Ч(93-25) Ч2Ч10^-3=1,65 кВт;

Q_{огр.зим (2)}=3,78Ч0,6Ч(93-25) Ч2Ч10^-3=0,30 кВт;

Q_{огр.зим (3)}=3,78Ч0,6Ч(93-25) Ч2Ч10^-3=0,30 кВт;

Q_{огр.зим (4)}=12,6Ч0,6Ч(93-25) Ч2Ч10^-3=1,02 кВт;

Q_{огр.зим (5)}=37,8Ч0,6Ч(93-25) Ч2Ч10^-3=3,08 кВт;

Q_{огр.зим (6)}=1,4Ч0,6Ч(93-25) Ч2Ч10^-3=0,11 кВт;

Q_{огр.ср (1)}=20,3Ч0,6Ч(93-5,4) Ч2Ч10^-3=2,13 кВт;

Q_{огр.ср (2)}=3,78Ч0,6Ч(93-5,4) Ч2Ч10^-3=0,4 кВт;

Q_{огр.ср (3)}=3,78Ч0,6Ч(93-5,4) Ч2Ч10^-3=0,4 кВт;

Q_{огр.ср (4)}=12,6Ч0,6Ч(93-5,4) Ч2Ч10^-3=1,32 кВт;

Q_{огр.ср (5)}=37,8Ч0,6Ч(93-5,4) Ч2Ч10^-3=3,97кВт;

Q_{огр.ср (6)}=1,4Ч0,6Ч(93-5,4) Ч2Ч10^-3=0,14 кВт;

Таблица 7. Потери тепла через ограждения камеры

Наименование ограждения	Расчетная формула	Значение, м2	К, Вт/м2Ч°С	tкам, 0С	tрасч, 0С	tкам-tрасч	Коэффициент, C	Qогр, кВт
					зим-няя	средняя	зимняя	средняя		зим-няя	средняя
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Боковая стенка	LЧH	20,3	0,6	93	-25	5,4	68	87,6	2	1,65	2,13
Торцовая задняя стенка		3,78	0,6	93	-25	5,4	68	87,6	2	0,30	0,4
Торцовая передняя стенка		3,78	0,6	93	-25	5,4	68	87,6	2	0,30	0,4
Потолок	BЧL	12,6	0,6	93	-25	5,4	68	87,6	2	1,02	1,32
Пол	1,5Ч(2BЧL)	37,8	0,6	93	-25	5,4	68	87,6	2	3,08	3,97
Дверь	bЧh	1,44	0,6	93	-25	5,4	68	87,6	2	0,11	0,14
Итого: ? Qогр.зим=6,46; ? Qогр.ср=8,36.

к) Удельный расход тепла на потери через ограждения (на 1 кг испаряемой влаги) для зимних условий:

, кДж/кг (34)

кДж/кг.

л) Удельный расход тепла на потери через ограждения для среднегодовых условий:

, кДж/кг (35)

кДж/кг.

м) Суммарный удельный расход тепла на сушку для зимних условий:

q_зим=(q_пр.зим + q_{исп.зим} + q_{огр.зим})ЧС, кДж/кг (36)

q_зим=( + 7667,4 +)Ч2=17133,4 кДж/кг.

н) Суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий:

q_ср = q_пр.ср + q_{исп.зим} +q_огр.ср, кДж/кг (37)

q_ср =+7667,4 +27,86=8361,92 кДж/кг.

2.2.6 Определение расхода пара

а) Максимальный расход пара в секунду:

, кг/с (38)

где r- теплота преобразования (конденсации) пара. кДж/кг.

1,13 кг/с.

б) Максимальный расход пара сушильным цехом в единицу времени:

D_{цеха зим}=D_{суш.зим}Чn_к, кг/с (39)

где n_к - принятое число сушильных камер, определенное в технологическом расчете;

D_{цеха зим}=1,13Ч1=1,13 кг/с.

в) Расход пара на годовую программу:

, т/год (40)

где q_ср - суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг;

М₁м³ - количество влаги, испаряемой из 1 м³ древесины, кг/м³;

?Ф - общий объем подлежащих сушке фактических пиломатериалов, м³;

С_длит - коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчетного материала;

Значение С_длит определяется в зависимости от отношения средневзвешенной продолжительности сушки фактических пиломатериалов ф_суш.ср к продолжительности сушки расчетного материала ф_суш. Средневзвешенную продолжительность сушки фактических пиломатериалов находят по следующей формуле:

, ч (41)

где ф₁, ф₂, …, ф_n - продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч;

Ф₁, Ф₂, …, Ф_n - годовой объем этих же пиломатериалов, м³;

ч

r - теплота парообразования (конденсации) пара. кДж/кг.

т/год.

2.2.7 Выбор конденсатоотводчика

Условный проход: d_у=15 мм.

Коэффициент пропускной способности: К_v=800 кг/ч.

Длина: L=90 мм.

Высота: H=192 мм.

Резьба трубная: Ѕ дюйма.

Масса: 2,45 кг.

2.3 Разработка плана сушильного цеха

Площадь, занятая двумя сушильными камерами:

S_кам=LЧBЧn, м² (42)

S_кам=21,35Ч7,2Ч2=307,44 м².

Эту площадь принимаем за 25%, тогда на 1% приходится площадь:

S₁= S_кам/25, м² (43)

S₁= 307,44/25=12,29 м².

Площадь производственных помещений составляет 93% или

S_пр= S₁Ч93, м² (44)

S_пр= 12,29Ч93=1142,97 м².

Площадь вспомогательных помещений составляет 3% или

S_всп= S₁Ч3, м² (45)

S_всп= 12,29Ч3=36,87 м².

Площадь бытовых помещений занимает 4% или

S_быт= S₁Ч4, м² (46)

S_быт= 12,29Ч4=49,16 м².

Общая площадь сушильного цеха:

S_цеха= S_кам+ S_пр+ S_всп+ S_быт, м² (46)

S_цеха= 307,44+1142,97+36,87+49,16= 1536,44 м².

Ширина здания B = 30 м, тогда длина L = 1536,44/30=51,21 м, высоту здания принимаем 6 м.

2.4 Описание технологического процесса сушки

В камерах непрерывного действия процесс сушки не останавливается. С одного (сырого) конца в сушилку поступает свежая древесина, с другого (сухого) выходит уже высушенный материал. Режим сушки в этих камерах изменяется по мере продвижения пиломатериала по камере, обычно имеющей вид туннеля. Штабель с сырыми пиломатериалами в начале камеры находится в среде с высокой степенью насыщения влагой и относительно низкой температурой. В процессе сушки пиломатериалы периодически перемещаются на новое место в сторону разгрузочного конца камеры, где они каждый раз попадают в среду с более высокой температурой и низкой влажностью. Через определенные интервалы времени в камеру загружают новый штабель, тем самым продвигая находящиеся в ней штабели вперед. В результате этой операции из камеры выгружается штабель с высушенным пиломатериалом.

2.4.1 Транспортные и погрузочно-разгрузочные операции. Применяемые механизмы

Определение средневзвешенной толщины материала по формуле:

S_ср= (S₁ЧФ₁+ S₂ЧФ₂+ S₃ЧФ₃)/?Ф, мм (47)

где S₁, S₂, S₃ - толщина высушиваемых пиломатериалов, мм;

Ф₁, Ф₃, Ф₃ - годовой объем каждой толщины, м³;

?Ф - общий объем высушиваемого материала, м³.

S_ср= (32Ч9000+ 44Ч15000+ 50Ч11000)/35000 = 42,8 мм

Годовая производительность:

П_год = П_смЧiЧn, м³/год (48)

Где i - число смен в сутки;

n - число рабочих дней в году;

П_см - сменная производительность пакетоформирующей машины, принимаем равным 159 м³.

П_год = 159Ч2Ч258=82044 м³/год.

Количество пакетоформирующих машин:

N =?ФЧ К_н/П_год (49)

Где К_н - коэффициент, учитывающий неравномерность поступления материала, принимается равным 1,25.

N =35000Ч 1,25/82044=0,533.

Загрузка:

f = (0,533/1) Ч100%= 53,3%.

Принимаем к установке одну пакетоформирующую машину.

Для транспортирования штабелей принимаем электрический погрузчик FB18.

Таблица 8. Технические характеристики электрического погрузчика FB18

Наименование показателей	Значение
1	2
Общий вес	3150 кг
Вес поднимаемого груза	1800 кг
Центр тяжести	500 мм
Максимальная скорость подъема	300 мм/с
Максимальная скорость опускания	<600 мм/с
Максимальная скорость передвижения	15 км/ч
Максимальный преодолеваемый подъем	15 %
Средняя длина с вилами	3205 мм
Средняя длина без вил	2121 мм
Длина вил	1070 мм
Средняя высота	2105 мм
Средняя ширина	1100 мм
Внутренний радиус поворота	150 мм
Наружный радиус поворота	1900 мм
Углы поворота (вперед - назад)	6- 12

2.4.2 Составление рабочего времени режима сушки пиломатериалов в камерах непрерывного действия

Таблица 9. Рабочий режим процесса сушки в камерах непрерывного действия

Наименование технологического этапа сушки	Влажность древесины в начале и в конце этапа, %	Параметры среды	Ориентировочная продолжительность Т, ч
		t,°C	Дt, °C
1	2	3	4	5
Начальный прогрев	60-48	100	0,5 - 1,5	3,2
Сушка	48-15	104	27	25,96
Охлаждение материала в камере	15	30-40	0,5	3,2

2.4.3 Требования к качеству сушки

Таблица 10. Показатели качества сушки

Показатели качества сушки	Категория ?
1	2
Средняя конечная влажность пиломатериалов или заготовок в штабеле, %	10 - 15
Отклонение влажности отдельных досок (заготовок) от средней влажности штабеля в %	Не более ±4
Перепад влажности по толщине пиломатериалов (заготовок) в % не более при толщине, мм: 13-22	2,5
25-40	3,5
45-60	4,0
70-90	5,0
Условный показатель остаточных напряжений (относительная деформация зубцов силового образца),%	Не контролируется

2.5 Охрана труда в сушильном цехе

2.5.1 Производственная санитария

Согласно действующим санитарным нормам и правилам проектирования промышленных предприятий необходимо предусмотреть во всех помещениях: относительную влажность воздуха в пределах 36-75%, температура воздуха: летом не выше 25C, зимой не ниже 8C, скорость движения воздуха при искусственной циркуляции не более 0,1 м/с. Для обеспечения необходимых температурно-влажных условий применяется приточно-вытяжная вентиляция с нагревом нагнетаемого в помещении воздуха, кратность воздухообмена должна быть не менее 1,5.

Количество воздуха, удаляемого из помещения:

L= VЧn, м³/ч (50)

где V - общий объем помещений сушильного цеха без учета объема сушильных камер, м³;

n - кратность воздухообмена в час;

Общий объем помещений сушильного цеха без учета объема сушильных камер:

V=(LЧBЧH)-V_кам (51)

где L - длина сушильного цеха, м;

B - ширина сушильного цеха, м;

H - высота сушильного цеха, принимаем 6 м.;

V_кам - объем сушильных камер, м³;

V_кам= LЧBЧHЧn (52)

где L - длина сушильной камеры, м;

B - ширина сушильной камеры, м;

H - высота сушильной камеры, м;

n - количество сушильных камер;

V_кам= 21,35Ч7,2Ч4,8Ч2=1475,712 м³.

V=(51,21Ч30Ч6)-1475,712=7742,088 м³.

L= 7742,088Ч4=30968,352 м³/ч.

2.5.2 Техника безопасности

1. К работе по обслуживанию сушильных камер и другого оборудования допускаются люди, достигшие 18 лет, знающие устройство оборудования, правила технической эксплуатации и способы безопасного выполнения рабочих операций.

2. Трубопроводы для провода пара с наружной температурой выше 60 °C теплоизолируются фланцы соединений трубопроводов и калориферов должны быть защищены.

3. Загрузку (выгрузку) сушильных камер в цехе необходимо механизировать.

4. Все движущиеся части оборудования сушильных установок должны закрываться ограждениями.

5. Высота штабелей, укладываемых вручную, не должна превышать 1,5 м.

6. Сушильные камеры оборудуются системой дистанционного управления и контроля или системой автоматического регулирования.

7. Необходимо проводить инструктаж и периодическое обучение персонала по технике безопасности, инструкции вывешивать на видном месте.

8. Для защиты от поражения электрическим током все токоведущие части оборудования должны быть заземлены. Заземление должно проверяться не реже 1-2 раза в год (летом и зимой).

9. Дежурные сушильщики, которые заходят в камеры, должны обеспечиваться брезентовыми костюмами.

10. Следует пользоваться аккумуляторными фонариками, напряжением 12 В или низковольтными лампами с сеткой или бронированным шнуром.

11. Двери в камеру должны иметь наружные и внутренние ручки.

12. Полы в камерах должны быть ровными, без выбоин и выступов.

13. Воздуховоды и двери камер должны быть герметичными.

14. В цехе должны быть оборудованы стенды с наглядными пособиями по технике безопасности.

2.5.3 Противопожарная защита

1. Содержать в чистоте и порядке все участки и помещения цеха, не допускать скопления отходов и мусора.

2. Своевременно смазывать подшипники у вентиляторов и электродвигателей во избежании их перегрева.

3. В переносных осветительных установках применять напряжение тока не более 12 В.

4. Не допускать применения открытого огня, курения в цехе.

5. Сварочные работы выполнять только с разрешения пожарной охраны.

6. Систематически, два раза в год, проверять состояние электрической проводки, сопротивление изоляции.

7. Количество выходов из цеха должно быть не менее двух для эвакуации людей.

8. Паропроводы, трубы центрального отопления должны отстоять от возгораемых частей здания не менее, чем на 100 мм при температуре теплоносителя до 150C и не менее, чем на 380 мм при температуре выше 150C.

9. Необходимо проводить инструктаж по противопожарной защите. Инструкции по противопожарной защите должны вывешиваться на видном месте.

10. В цехе должна быть пожарная сигнализация, пожарный водопровод и гидранты, противопожарные щиты и огнетушители, ящики с песком. Пожарные гидранты должны быть укомплектованы необходимым инвентарем, еженедельно проверяться и при необходимости исправляться.Заключение

В курсовом проекте был разработан сушильный цех на базе сушильной камеры Валмет-1.

Нами был произведен расчет годовой производительности сушильных камер, рассчитано необходимое количество сушильных камер подобрано необходимое оборудование и транспортирующее устройства.

На формате А₁ изображена планировка сушильного цеха на базе сушильной камеры Валмет-1.

В результате расчетов принято следующее оборудование:

1. Две сушильные камеры Валмет-1;

2. Один электрический погрузчик FB18.

Литература

1. А. И. Расев. Тепловая обработка и сушка древесины.

2. https://mybiblioteka.su/2-107248.html

3. https://textarchive.ru/c-2885230-pall.html

4. http://drylesvid.ru/articles/texnologii-sushki-drevesiny/#:~:text= Продолжительность%20начального%20прогрева%20древесины%20зависит,ч%20на%20каждый%20сантиметр%20толщины

5. https://msd.com.ua/sushka-drevesiny/parovozdushnye-i-gazovye-kamery-nepreryvnogo-dejstviya/

6. http://docs.cntd.ru/document/1200016941

7. https://svetercom.ru/user_images/File/09/Дополнительный%2 0каталог_стр266-267.pdf

8. http://scron.ru/ventiliatory.html

9. http://unislift.com/avtopogruzchiki_elektric

Размещено на Allbest.ru