Технологический расчет процесса сушки древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание сушильной камеры

2. Расчётно-технологическая часть

2.1 Технологический расчёт

2.1.1 Выбор режима сушки

2.1.2 Расчёт продолжительности сушки, оборота камеры

2.1.3 Перевод объёма, подлежащих сушке фактических пиломатериалов, в объём условного материала

2.1.4 Расчет годовой производительности камеры на условном материале

2.1.5 Расчет потребного количество сушильных камер

2.2 Тепловой расчёт

2.2.1 Выбор расчётного материала

2.2.2 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.2.3 Расчет количества испаряемой влаги

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

2.2.5 Расчёт тепла на сушку

2.2.6 Определение расхода пара

2.2.7 Выбор конденсатоотводчиков

2.3 Разработка плана сушильного цеха

2.4 Описание технологического процесса сушки

2.4.1 Расчёт подъёмно-транспортного оборудования

2.4.2 Показатели качества сушки

Список литературы



Введение

Древесина является весьма важным и ценным материалом.

Трудно назвать какую-либо отрасль промышленности или строительства, где не использовалась бы древесина в виде пиломатериала, фанеры, плит и т.д.

Однако древесина отличается серьёзным недостатком - повышенной влажностью. Растущее дерево содержит в себе большое количество влажности. В срубленном дереве влага играет отрицательную роль, ухудшая технические свойства древесины.

При транспортировке сырой древесины приходится затрачивать лишние средства на перевозку содержащей в ней влаги. Такая древесина подвержена загниванию и разрушению грибками, поэтому её нужно сушить.

Сушка древесины представляет собой обязательное и очень важное звено в технологическом процессе механической обработки древесины. В настоящее время подсушивается десятки миллионов кубометров древесины.

Технология и техника совершенствуется. Основная задача сушки обеспечить качественно высушенными пиломатериалами народное хозяйство в необходимом количестве. Для этого организована массовая сушка древесины.

Современные камеры периодического действия - это металлические сушильные камеры с компьютерным управлением.

Перед деревообрабатывающей промышленностью поставлена задача интенсификации производственных процессов, повышения их эффективности при одновременном коренном улучшении качества выпускаемой продукции.

По своему технологическому содержанию процесс сушки имеет целью осуществлять коренные изменения качества древесных материалов путём облагораживания древесины с превращением её из сырья в высококачественный строительный, поделочный и музыкальный материал. Такое сырьё органического происхождения превращается в материал биостойкий, высокопрочный облегчённый почти в 2 раза, стабильный по размерам и форме, отлично обрабатываемый, отделываемый, приобретающий тепло- и электроизоляционные свойства, имеющие высокую эстетичность в практическом использовании. Перед специалистами по сушке и защите древесины возникают новые проблемы кардинального значения. Необходимо осуществлять процесс сушки древесины на более высоком техническом уровне, одновременно придавая ей и защитные свойства. Цель заключается в коренном улучшении качества и сохранности древесины в самом производственном потоке. Вторая, ещё более важная задача состоит в повышении качественных показателей проведения процессов сушки и защиты древесины для удлинения срока службы вырабатываемых из неё изделий. сушка расчет тепловой технологический

Существующая сложная технология в рассматриваемой области производства должна активно совершенствоваться самими производственниками. Необходимо систематически накапливать и анализировать богатый промышленный опыт в многообразных практических условиях и творчески его использовать. Вырабатываемые пиломатериалы должны высушиваться на месте их выпиловки, причём немедленно и желательно в технологическом потоке лесопиления. Непросушенная древесина - внутрицифровой полуфабрикат, поэтому она не может считаться материалом и тем более товарной продукцией подлежащей реализации. За последние годы произошли значительные изменения в технике и технологии сушки, особенно на лесопильных предприятиях. Увеличились мощности камерной сушки пиломатериалов благодаря строительству новых сушильных камер непрерывного периодического действия. Стали выпускаться машиностроительной промышленностью сборные камеры (СП-5КМ, СПВ-62, СПМ-2К, УП-1, УП-2 и другие).

Разработанные новые средства автоматизации и механизации процессов сушки, тепловые и вентиляционное оборудование камер. Разработаны и внедрены стандарты по режимам сушки. В связи с расширением использования древесины роль сушки растёт. Особенно большое развитие получает камерная сушка пиломатериалов, в том числе массовой сушки на предприятиях.



1. Описание сушильной камеры

Сушилка паровая металлическая двухкамерная СПМ-2К. Сушилка представляет собой отдельное здание, рассчитанное для размещения на открытой площадке, и состоит из двух камер периодического действия, отапливаемых коридоров управления и лаборатории.

Лесосушильные камеры, входящие в состав сушилки СПМ - 2К, относятся к паровым периодического действия ёмкостью на два штабеля с горизонтальной циркуляцией агента сушки. Ограждающие конструкции коридора управления и лаборатории решены в виде несущих стеновых и кровельных панелей, запроектированных трёхслойными с каркасом из холодногнутых профилей и утеплителем из полужёстких минераловатных плит. С внутренней стороны панели обшиваются плоскими алюминиевыми листами, с внешней стеновые панели - гофрированными алюминиевыми листами, а панели покрытия - плоскими стальными листами.

Кровля сушилки - рулонная из четырёх слоёв рубероида на битумной мастике с уклоном в сторону коридора управления. Рулонный ковёр располагается по настилу из досок, которые укладываются по деревянным брусьям.

Отопление коридора управления - воздушное, совмещённое с приточной вентиляцией, а лаборатории - отопительным прибором. Система отопления и вентиляции состоит из следующих основных узлов:

вентиляционной камеры из утеплённых панелей;

калориферов КФСО-4 с паровыми трубами и запорной арматурой;

оребренной трубы для установки её в лаборатории;

вентилятора Ц 4-70 №4 с электродвигателем АОЛ 2-12-4 (Р=0,8 кВт, n=1360 мин^-1);

воздуховодов, соединяющих вентиляционную камеру с коридором управления и лабораторией;

вентилятора КЦ 4-90 №4.

Системой отопления и вентиляцией управляют со щита, установленного в лаборатории.

При разработке проекта и освоении производства сушилок СПМ-2К предусматривается 100%-ная заводская готовность всех узлов и деталей, изготовляемых из металла, и комплектация необходимыми приборами, оборудованием и материалами. На месте установки сушилки необходимо подготовить фундамент, осуществить монтаж, возвести кровлю, подключить сушилку к наружным коммуникациям и выполнить определённые строительные работы. Материалы для возведения кровли, строительных и отделочных работ в комплект заводской поставки не входят. По желанию заказчика завод-изготовитель за отдельную плату может поставить совместно с сушилкой 12 подштабельных тележек для формирования сушильного штабеля с укладкой вручную, с помощью лифта или полупакетов с помощью автопогрузчика.

Решение о необходимости серийного производства сушилок указанного типа принято после ведомственных испытаний опытно-промышленного образца СПМ-2К, установленного на экспериментально-производственном заводе " Красный Октябрь" ЦНИИМОДа. При испытании и приёмке СПМ-2К проведены опытные сушки, в результате которых установлено, что фактическая производительность сушилки соответствует проектной, а качество сушки- I-II категориям

По результатам испытаний ведомственная комиссия отметила, что сушилка СПМ-2К по конструкции, технологически и эксплуатационным качествам соответствует лучшим современным образцам. Она обеспечивает высококачественную сушку пиломатериалов при всех режимах сушки с наименьшими эксплуатационными затратами.

С освоением производства сушилок СПМ-2К на Ижевском экспериментальном механическом заводе предусматривается их дальнейшая унификация. В частности, по требованию заказчика завод будет изготовлять и комплектовать лесосушильные блоки с одним пунктом управления (с одной лабораторией) на базе двух, трёх или четырёх сушилок СПМ-2К.

На многих предприятиях деревообрабатывающей промышленности по требованию технологии производства сушильные хозяйства целесообразно размещать в отапливаемом производственном здании. Для реализации указанного требования двухштабельная камера, входящая в состав сушилки СПМ-2К, будет изготовляться как самостоятельная единица, укомплектованная необходимыми приборами и системой автоматики. Этой камере присвоена марка СПМ-1К.

Таблица 1 - Техническая характеристика камеры СПМ-2К

Наименование показателей	Единица измерения	Значение
Число штабелей	шт.	4
Вместимость камеры	м 3	61,4
Годовая производительность:	тыс. м 3
1. Высокотемпературный		13,8
2. Форсированный		7,5
3. Нормальный		5,7
Вентилятор У 12 №12,5	шт.	4
Установленная мощность	кВт	41,2
Скорость циркуляции	м/с	1,5...3,0
Удельный расход электроэнергии:	кВт•ч/м 3
1. Высокотемпературный		20,4
2. Форсированный		28,8
3. Нормальный		30
Калориферы	шт.	4
Вертикальные трубы	шт.	16
Удельный расход теплоты:	Гкал/м 3
Нормальный режим		0,27
Габаритные размеры сушилки	м.	11,99х 16,6х 5,1
Масса	т.	56
Поверхность нагрева	м 2	850
Ёмкость камеры в условном пиломатериале,	м 3	66,5
Скорость циркуляции агента сушки через штабель	м/с	1,5-3,0
Давление пара при вводе в камеру	МПа	0,3-0,6
Максимальный расход пара, при режиме:	кг/ч
1. Высокотемпературном		1200
2. Форсированном		900
3. Нормальном		800
Средний расход пара, при режиме:	кг/ч
1. Высокотемпературном		950
2. Форсированном		700
3. Нормальном		600
Средний часовой расход электроэнергии, при режиме:	кВт
1. Высокотемпературном		20,4
2. Форсированном		28,8
3. Нормальном		32,4



2. Расчётно-технологическая часть

2.1 Технологический расчёт

Таблица 2 - Спецификация высушиваемых пиломатериалов

наименование пиломатериалов	ПОРОДА	вид пиломатериала	Размеры, мм.	Влажность, %	категория качества	заданное кол-во пиломатериала Ф м 3/год
			Толщина S	Ширина B	Длинна L	Wн	Wк
Доски	Сосна	Обрезн.	25	140	6500	80	12	2	17711
Заготовки	Дуб	Обрезн.	50	70	2000	80	12	2	1000,0
Доски	Ель	Обрезн.	40	110	3000	80	12	2	3167
Итого:		21878

2.1.1 Выбор режима сушки

Режим низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов в камерах периодического действия выбираем по ГОСТ 19773-84, в зависимости от породы толщины и назначение пиломатериалов.

Таблица 3 - Режим сушки

порода	толщина пиломатери-ала, мм.	номер и индекс режима	номер ступени режима	изменение вл-ти др-ны на каждой ступени %	параметры режима
					t, ?C	?t, ?C	ц
Сосна	25	2-Н	1 2 3	80-35 35-25 25-12	79 84 105	7 12 33	0,73 0,59 0,26
Дуб	50	Д 4	1 2 3 4 5	80-35 35-25 25-20 20-15 15-12	47 50 55 55 62	2 4 7 7 17	0,89 0,8 0,68 0,68 0,38
Ель	40	4-Н	1 2 3	80-35 35-25 25-12	5 30 80	5 30 10	0,8 0,29 0,64

2.1.2 Расчёт продолжительности сушки, оборота камеры

Расчёт продолжительности сушки в камерах периодического действия при низкотемпературном процессе.

Общая продолжительность сушки фактического и условного материалов, включая начальный прогрев и влаготеплообработку, находиться по формуле:

t_суш = t_исх А_р А_в А_к А_дА_ц, ч (1)

где, tисх. - исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы и размеров нормальным режимом от начальной влажности 60 % до конечной 12 % в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности.

А_р, А_в, А_к, А_д, А_ц, - коэффициенты, учитывающие категорию режимов сушки А_р, интенсивности циркуляции А_ц, начальную и конечную влажность А_в, качество сушки А_к, длину материалов А_д.

Значения приведённых выше величин определяются по табл. 9-13_а приложений. Скорость циркуляции сушильного агента по материалу v мат. принимает 2,0 м/с.

Продолжительность оборота камеры при сушке в камерах периодического действия:

t_об = t_суш + t_з.р.; сут., (2)

где, t_{суш -} продолжительность сушки, сут.

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

Расчёты:

t_суш= 55?1?0,7?1,15?1,18?1 = 52,2 ч.

t_суш= 363?1?0,98?1,15?1,18?1 = 485,4 ч.

t_суш= 86?1?0,78?1,15?1,18?1 = 91 ч.

Таблица 4 - Расчёт продолжительности сушки и оборота камеры

Характеристика пиломатериалов	категория качества	категория режима	tисх, ч	коэффициенты	tсуш	tоб
порода	толщина мм.	ширина мм.	вл-ть %				Ар	Ац	Ак	Ав	Ад	ч	сут.	сут.
			Wн	Wк
Сосна	25	140	80	12	2	Н	55	1	0,7	1,15	1,18	1	52,2	2,2	2,3
Дуб	50	70	80	12	2	Н	363	1	0,98	1,15	1,18	1	485,4	20,2	20,3
Ель	40	110	80	12	2	Н	86	1	0,78	1,15	1,18	1	91	3,8	3,9

2.1.3 Перевод объёма, подлежащих сушке фактических пиломатериалов, в объём условного материала

Объём подлежащего сушке пиломатериалов (Ф_i) переводится в объём условного материала (У_i) по формуле:

У_i= Ф_i К_t К_e, м ³_усл, (3)

где, Ф_i - объём подлежащих сушке фактических пиломатериалов, заданных спецификации, м ³.

К_t - коэффициент продолжительности оборота.

К_e-коэффициент вместимости камеры. 10

Расчёты:

У_i=17711•0,68•1,23 = 14944,4 м ³_усл.

У_i=1000•5,97•0,92 = 5492,4 м ³_усл.

У_i=3167•1,15•1 = 3643 м ³_усл.

К_t =t_{об. ф.}/t_{об. усл.},

где, Е_{об. ф} - продолжительность оборотов камеры при сушке фактического материала, суток.

Е_{об. усл} - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток (табл. 25 и 26)

Расчёты:

К_t= 2,3/3,4 = 0,68.

К_t=20,3/3,4 = 5,97.

К_t=3,9/3,4 = 1,15.

К_E = Е _{усл /} Е _ф = В _{усл /} В _ф (4)

где, Е _усл - вместимость (ёмкость) камеры на условном материале м ³

Е _{ф -} вместимость камеры на материале заданной характеристики, м ³

В _ф - объёмный коэффициент заполнения штабеля фактическим материалом.

В _усл - объёмный коэффициент заполнения штабеля условным материалом.

Расчёты:

К_E=0,438/0,356 = 1,23.

К_E=0,438/0,474 = 0,92.

К_E=0,438/0,438 = 1.

Таблица 5 - Перевод объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала

Характеристика материала	продолжит. оборота камеры, сут.	коэффициенты	объём пиломатериала, м 3
порода	толщина мм.	ширина мм.	tоб ф	tоб усл	Кt	Bф	Bусл	Ke	Задан-ный Ф	в усл. материале Уi
Сосна	25	140	2,3	3,4	0,68	0,356	0,438	1,23	17711	14944,4
Дуб	50	70	20,3		5,97	0,474		0,92	1000,0	5492,4
Ель	40	110	3,9		1,15	0,438		1	3167	3643

Расчёты:

У Ф =17711+1000,0+3167 = 21878 м ³ / год

У У =14944,4+5492,4+3643 = 24079,8 м ³ / год

2.1.4 Расчет годовой производительности камеры на условном материале

Нормативная годовая производительность камеры на условном материале рассчитывается по формуле:

П _у= (335/ Е _{об. усл.}) ?В _усл ?Г, м ³_усл / год (5)

где, 335 - плановая продолжительность работы камер в течении календарного года с учётом необходимости их периодического ремонта суток.

Г - габаритный объём всех штабелей в камере м ³.

Г = L?В?Н m, м ³ (6)

где, L B H - габаритные размеры штабеля.

m - число штабелей в камере.

Расчёты:

Г = 6,5?1,8?3?4 = 140,4 м ³

П _у= (335/3,4)? 0,438? 140,4 = 6059,1 м ³_усл / год.

2.1.5 Расчет потребного количество сушильных камер

n = У У /П _у n = 24079/6059,1 = 3,98.

Принимаем к строительству 4 камеры.



2.2 Тепловой расчёт

2.2.1 Выбор расчётного материала

За расчётный материал принимается самый быстросохнущий материал из заданной спецификации, т.е. тот, у которого t_об имеет наименьшее значение.

2.2.2 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

Агент сушки - влажный воздух. По выбранному для расчётного материала режиму назначаю расчётные параметры - (t₁, ц₁) агента сушки на входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй ступени режима. Другие параметры, характеризующие состояние воздуха на входе в штабель:

влагосодержание d₁, теплосодержание J₁, парциальное давление пара P₁, плотность с₁ и удельный объём V₁ определяются по J_d - или t_p - диаграмме или расчётом по следующим формулам.

Парциальное давление пара и воздуха:

Р_{п 1}= Р_{н 1}?ц₁, Па (7)

где, Р_{н 1}- давление насыщенного пара при температуре t₁, Па.

Значение Р_{н 1} определяется по таблице.

Расчёты:

t₁=84°C ц=0,59.

Р_н=5750?10 = 57500 Па.

Р_n1=57500?0,59 = 33925Па.

Влагосодержание воздуха:

d₁=622, г/кг (8)

Расчёты:

d₁=622?33925/(10000-33925) = 319,35 г/кг (9).

Теплосодержание (энтальпия) воздуха:

J₁=t₁+0,001d₁(1,93t₁+2490), кДж/кг (10).

Расчёты:

J₁=84+0,001?319,35(1,93?84+2490) = 930,95.

Плотность воздуха:

с₁=, кг/м ³ (11)

Расчёты:

с₁=(349-132?319,35/(622+319,35))/273+84 = 0,852 кг/м ^3.

Удельный объём воздуха:

V₁=4,62?10^-6(273+t₁)(622+d₁), м ³/кг (12)

Расчёты:

V₁=4,62?10^-6(273+84)?(622+319,35) = 1,55 м ³/кг.

Значения параметров агента сушки на входе в штабель, записываю в таблицу. (удельная теплоёмкость перегретого пара в данном случае не определяется).

Значение температуры смоченного термометра определяется либо по Jd- или tp-диаграмме, либо по значениям t₁ и ?t₁, указанным в таблице.

Таблица 6 - Параметры агента сушки на входе в штабель

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Значение
1. Температура	t1	?C	84
2. Относительная влажность (степень насыщенности)	ц1	-	0,59
3. Влагосодержание	d1	г/кг	319,35
4. Теплосодержание (энтальпия)	J1(i1)	кДж/кг	930,95
5. Парциальное давление пара	Pn1	Па	33925
6. Плотность	с1	кг/м 3	0,852
7. Удельный объём	V1	м 3/кг	1,55
8. Температура смоченного термометра	tм	?C	72

2.2.3 Расчет количества испаряемой влаги

а) количество влаги, испаряемой из 1м ³ древесины,

М _1м ³=с_б, кг/м ³ (13)

где, с_Б - базисная плотность древесины, кг/м ³ (см. табл.)

Wн,Wк - соответственно начальная и конечная влажность расчётного материала, %.

Расчёты:

М _1м ³=400 =272 кг/м ³ (14).

б) расчётное количество влаги, испаряемой из древесины в секунду,

М_р=, кг\с. (15)

где, Г - габаритный объём всех штабелей в камере, м ³.

в_ф - объёмный коэффициент заполнения штабеля фактическим (расчётным) материалом.

А_к - коэффициент, учитывающий качество сушки.

х - коэффициент неравномерности скорости сушки, определяемый по рисунку, приложений для камер периодического действия. Для камер непрерывного действия х=1.

ф _суш - общая продолжительность сушки расчётного материала, ч.

Значения Г,в_ф, А_к и ф_суш были определены в технологическом расчёте.

Расчёты:

М_р= (272·140,4·0,356·1,15·1,68)/3600·52,2=0,14 кг\с.

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

А. Камеры периодического действия. Низкотемпературный процесс.

Объём циркулирующего по материалу агента сушки:

V_шт=n?V_мат?S_{ж.с. шт}, м ³/с, (16)

где, n - количество штабелей в плоскости, перпендикулярной направлению потока воздуха,

v_мат - скорость циркуляции по материалу, принятая ранее в технологическом расчёте, м/с,

S_{ж.с. шт.} - площадь живого сечения штабеля (свободная для прохода агента сушки), м ².

Расчёты:

V_шт=2?2,0?11,2=22,4 м ³/с.

Количество штабелей n определяется в зависимости от схемы циркуляции в камере. Например, в 4-штабельной камере ЛТА - Гипродрев (ВК-4) n- 2, в 2-штабельной камере СПЛК-2. n=1.

Площадь живого сечения штабеля для лесосушильных камер большинства систем:

S_{ж.с. шт.}=L?H(1-в_д? в_в), м ², (17)

где, L,H - длина и высота штабеля, м,

в_д, в_в - коэффициент заполнения штабеля по длине и высоте, определяются соответственно по формуле.

Расчёты:

S_{ж.с. шт.}=6,5?3(1-0,85?0,5)=11,2 м ².

Влагосодержание агента сушки на выходе на штабеля.

d₂ = d₁+, г/кг, (18)

где, d₁ - влагосодержание агента сушки на входе в штабель, г/кг;

М_с - количество влаги, испаряемой из древесины в секунду, кг/с;

V₁ - удельный объём агента сушки, м ³/с.

V_шт - объём циркулирующего агента сушки, м ³/с.

Расчёты:

d₂ = 319,35+= 324,2 г/кг.

Остальные параметры агента сушки на выходе из штабеля можно определить при помощи построения линии процесса сушки на Jd - или tр - диаграмме.

Точку 1, характеризующую состояние агента сушки на входе в штабель находят по указанным в таблице параметрам. Точка 2, характеризующая параметры агента сушки на выходе из штабеля, получается на пересечении линии j=соnst(j₁=J₂), исходящей из точки 1, с линией d₂=соnst. (рис. 1).

Отрезок 1-2 характеризует изменение состояния агента сушки при прохождении его через штабель (линия процесса сушки). Построение линии процесса сушки поясняют схемой (рис. 1.)

Значения Pn₂, ц₂, с₂, V₂ можно определить также и аналитическим путём, используя видоизменённые формулы при известных значениях d₂ и t₂.

Значение t₂ более точно можно определить по формуле:

t₂=t₁- , ?C (19)

Расчёты:

t₂=84- =76,4 ?C.

J₂= J₁=930,9 кДж/кг ц₂=0,84.

P_n2=0,84·40000=34440 Па.

с₂=(349-132?319,35/(622+319,35))/273+84 = 0,851 кг/м ^3.

V₁=4,62?10^-6(273+84)?(622+319,35) = 1,55 м ³/кг.

Полученные значения параметров агента сушки на выходе из штабеля, вносят в табл. 7 (удельная теплоёмкость перегретого пара не определяется при низкотемпературном процессе сушки).



Таблица 7 - Параметры агента сушки на выходе из штабеля

Наименование	Обозначение	Единица измерения	Значение
1. Температура	t2	?C	76,4°
2. Относительная влажность (степень насыщенности)	ц2	-	0,84
3. Влагосодержание	d2	г/кг	324,2
4. Теплосодержание (энтальпия)	J2(i2)	кДж/кг	930,9
5. Парциальное давление пара	Pn2	Па	34440
6. Плотность	с2	кг/м 3	0,851
7. Удельный объём	V2	м 3/кг	1,53
8. Температура смоченного термометра	tм	?C	72°

2.2.5 Расчёт тепла на сушку

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

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

а) Расход тепла на прогрев 1м ³ древесины для зимних условий определяется по формуле:

q_{пр.1м 3 зим}=q_{пр.1кг зим}·с_wн, кДж/м ³ (20)

где, q_{пр.1кг зим} -затраты тепла на прогрев 1 кг влажной древесины в зимних, кДж/кг;

с_wн -плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности, кг/м;

Расчёты:

q_{пр.1м 3 зим}=428·725=310300 кДж/м ^3.

Значение q_{пр.1кг зим} определяется по диаграмме, как сумма абсолютных теплосодержаний древесины заданной начальной влажности при нагреве от температуры t_{расч. зим} до температуры t_пр. левая часть диаграммы характеризует расход тепла на прогрев мёрзлой древесины. Если температура t _{расч. зим} > 0°С, то расход тепла определяется по правой части диаграммы. Температура t _{расч. зим} определяется по климатологической таблице, как расчётная температура для отопления.

Температура t_пр. определяется для камер периодического действия в соответствиис указаниями.

Значение плотности с_wн определяют по диаграмме приложений в зависимости от породы и начальной влажности расчётного материала.

б) Расход тепла на прогрев 1 м ³ древесины для среднегодовых условий q _{пр 1м 3 ср} при нагреве от температуры t_ср:

q_{пр.1м 3 зим}=q_{пр.1кг зим}·с_wн, кДж/м ³ (21)

Расчёты:

q_{пр.1м 3 зим}=382·725=276950 кДж/м ^3.

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

Q _{пр зим}=q _{пр 1м} ³_зимГ_прф/(3600 _пр), кВт, (22)

где, Г _пр- габаритный объем прогреваемых штабелей, м ³. В камерах преиодического действия Г_пр=Г, а в камерах непрерывного действия Г_пр=Г_шт, т.е. габаритному объему одного штабеля;

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

ф _{пр -} продолжительность начального прогрева древесины, ч. Ориентировочно, ф _пр определяется из расчета 1 ч на каждый сантиметр толщины материала.

Расчёты:

Q _{пр зим}=310300140,40,356/(3600 2,5)= 1723,28 кВт.

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

Q _{пр ср.год}=q_{пр 1м} ³ _срГ_прф/(3600_пр), кВт, (23)

Расчёты:

Q _{пр ср.год}=276950140,40,356/(36002,5) =1538,06 кВт.

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

q _пр.зим=q _{пр 1м} ³_зим/М _1м ³, кДж/кг (24)

Расчёты:

q _пр.зим=310300/272=1140,8 кДж/кг.

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

q _пр.ср=q _{пр 1м} ³_ср/М _1м ³, кДж/кг (25)

Расчёты:

q _пр.ср=276950/272=1018,2 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):

Размещено на http://www.allbest.ru/

кДж/кг, (26)

где J₂, d₂ - тепло- и влагосодержание отработавшего воздуха, выбрасываемого из камеры; J₀, d₀ - тепло- и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в камеру;

Св - удельная теплоёмкость воды, Св=4,19 кДж/(кг•град).

При поступлении свежего воздуха из помещения цеха допустимо принять d₀=10г/кг, J₀=46 кДж/кг.

При поступлении свежего наружного воздуха его параметры определяются климатическим условиями. Ориентировочно можно принять:

- для зимних условий:

d_0зим=0, J_0зим=t_{расч зим}, кДж/кг (27)

- для среднегодовых условий при положительной температуре: d_{0 ср}=5г/кг:

J_{о ср}=t _ср+0,001d_{о ср}(1,93•t _ср+2490), (28)

- для среднегодовых условий при отрицательной температуре:

d_{0 ср}=0, J_{о ср}= t _ср, кДж/кг. (29)

Расчёты:

q_исп=1000(930,9-46)/(324,2-10)-4,19·94=2422,5 кДж/кг.

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

Q_исп= q_исп· М_р, Квт, (30)

где М_р - расчётное количество испаряемой влаги, кг/с.

Q_исп=2422,5·0,14=339,2 Квт.

и) Расчёт потерь тепла через ограждения камеры (крайней в блоке) в секунду выполняется для каждого ограждения для зимних и среднегодовых условий по формуле:

Q_{огр. зим}=S• К ·(t_кам - t_расч) · С · 10^-3, кВт (31)

где S - площадь поверхности ограждения, м ²;

К - коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/ (м ². град).

Значения К принимаются по таблице.

t_кам - температура агента сушки в камере определяется как среднее значение температур на входе и выходе из штабелей, т.е.

t_кам = (t₁ + t₂) / 2, °С; (32)

t_расч - расчётная температура вне камеры для зимних и среднегодовых условий, °С.

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

Если ограждения располагаются внутри здания сушильного цеха, то t_расч принимается 15… 20 °С. Если же они соприкасаются с наружным воздухом, то t_{расч.эим} и t_ср. определяется по климатологическим таблицам.

Таблица 8 - Потери тепла через ограждения камеры

Наименование ограждения	S	К	tкам	tрасч	tкам- tрасч	С	Qогр.
	расчётная формула	значение
1. Наружная боковая стена	L·H	45,9	0.6	80.2	17	63.2	2	3.48
2. Торцовая задняя стена	B·H	61,2						4.64
3. Торцовая парадная стена (без двери)	B·H-b·h	37,2						2.82
4. Потолок	B·L	108						8.19
5. Пол	1.5·(L+2B)	49,5						3.75
6. Дверь	b·h	24						1.82

L= 9 м, B= 12 м, H= 5,1 м, b·h= 24 м ².

Q_{огр. зим}=61,2·0,6·63,2·2·10^-3=4,64 кВт,

Q_{огр. зим}=37,2·0,6·63,2·2·10^-3=2,82 кВт,

Q_{огр. зим}=108·0,6·63,2·2·10^-3=8,19 кВт,

Q_{огр. зим}=49,5·0,6·63,2·2·10^-3=3,75 кВт,

Q_{огр. зим}=24·0,6·63,2·2·10^-3=1,82 кВт,

? Q_{огр. зим}=24,7 кВт,

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

q_{огр. ср} =, кДж/кг (33)

Расчёты:

q_{огр.зим} ==176,43 кДж/кг.

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

q_зим = q_пр.зим + q_{исп.зим} + q_{огр.зим}, кДж/кг (34)

Расчёты:

q_зим =1140,8+2422,5+176,4=3739,7 кДж/кг.

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

q_ср = q_пр.ср + q_исп.ср + q_огр.ср, кДж/кг (35)

Расчёты:

q_ср =1018,2+2422,5+176,4=3617,13 кДж/кг.

2.2.6 Определение расхода пара

а) Максимальный расход пара в секунду

- для камеры периодического действия в период прогрева:

D_{пр. зим}=, кг/с (36)

где ф - теплота парообразования (конденсация) пара, кДж/кг, определяется по таблице;

Расчёты:

D_{пр. зим}==0,83 кг/с.

- для камеры периодического действия в период сушки:

D_{суш. зим}=, кг/с (37)

Расчёты:

D_{суш. зим}==0,173 кг/с.

б) Максимальный расход пара сушильным цехом в единицу времени:

- на блок камер периодического действия.

D_{цех зим} = D_{пр. зим}·n_пр+ D_{суш. зим} ·n_суш, кг/с (38)

где n_пр - число камер, в которых одновременно производится прогрев древесины, принимается равным 1/3 … 1/6 от общего числа камер П_к, но не менее одной;

Расчёты:

D_{цех зим} = 0,83·1+0,173·3=1,35 кг/с.

n_суш - число камер, в которых производится сушка.

n_суш = n_к - n_пр, (39)

где n_к - принятое число сушильных камер, определённое в технологическом расчёте;

n_суш =4-1=3.

Следует указать также максимальный часовой расход пара сушильным цехом.

в) Расход пара на годовую программу:

D_год=·?Ф·С_длит, т/год (40)

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

М _1м ³ - количество влаги, испаряемой из I м ³ древесины, кг/м ³;

?Ф - общий объём подлежащих сушке фактических пиломатериалов, м ³;

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

ф - теплота парообразования (конденсации) пара, кДж/кг.

Значение С_длит определяется по таблице в зависимости от отношения средневзвешенной продолжительности сушки фактических пиломатериалов ф_{суш ср} к продолжительности сушки расчётного материала ф_суш. Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов:

ф_{суш ср}= , ч. (41)

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

ф ₁, ф ₂,… ф_n- годовой объём этих пиломатериалов;

Расчёты:

ф_{суш ср}=(52,2·17711+485,4·1000+91·3167)/21878=77,6 ч.

D_год=((3617,13·272)/(1000·2108))·21878·1,1=11232,1 т/год.

2.2.7 Выбор конденсатоотводчиков

Для предохранения отвода не отработавшего пара и удаления из калориферов скопляющего (по мере отдачи паром тепла агенту сушки) конденсата применяются различные конденсатоотводчики: гидростатические, термостатические и термодинамические. В настоящее время наилучшими признаны термодинамические конденсатоотводчики, компактные и надёжные в работе. Диаметр условного прохода термодинамических конденсатоотводчиков выбирается по диаграмме (рис. 4 приложений) в зависимости от производительности П=Д_{суш. зим} и давления пара в калориферах.

По таблице 34 приложений устанавливаются основные параметры выбранного термодинамического конденсатоотводчика.

П= D_{суш. зим.}

П= 0,173 кг/с.

d_у=40 мм. Р= 0,5 Мпа.

Таблица 9 - Техническая характеристика термодинамического конденсатоотводчика

Условный проход dу, мм.	Коэффициент пропускной способности Кv, кг/ч	Габаритные размеры, мм.	Резьба трубчатая, дюйм	Масса, кг.
		Длина, L	Высота, H
40	2000	170	300	5/4	8,5

2.3 Разработка плана сушильного цеха

Расчёт площади сушильного цеха. За основу расчёта принимается S занятая, сушильными камерам и расчёт ведётся в следующей последовательности.

1. Определяем площадь занятую камерами:

S_кам = L·B·m, м ² (42)

где L и B длина и ширина камеры в м.

m - количество камер в цехе.

Расчёты:

S_кам =9·12·4 =432 м ^2.

2. Площадь камеры принимаем за 18-25 % от общей S цеха. Тогда на 1 % приходится:

S₁= S _кам / (18-25 %) м ² (43)

Расчёты:

S₁=432/18 =24 м ².

3. Площадь производственных помещений составляет 93 % или

S_пр = S₁ · 93 м ² (44)

Расчёты:

S_пр =24· 93 =2232 м ².

4. Площадь вспомогательных помещений составляет 3 % или

S_всп = S₁ ·3 м ² (45)

Расчёты:

S_всп = 24·3 =72 м ².

5. Площадь бытовых помещений:

S_быт = S₁· 4 м ² (46)

Расчёты:

S_быт =24·4 =96 м ².

6. Площадь цеха:

S_цеха = S_пр + S_вс + S_быт м ², (47)

Расчёты:

S_цеха =2232+72+96 =2400 м ².

B=36 м L=66,6 м., принимаем 72м. в длину.

2.4 Описание технологического процесса сушки

Описание технологического процесса сушки в паровоздушной среде. Перед пуском камеры в работу её проверяют на герметичность, равномерность распределения температуры по всему объёму, соответственно скорости циркуляции агента сушки, т.е. тепловое, вентиляционное оборудование, автоматика и приборы должны быть исправлены. Штабеля должны быть уложены в строгом соответствии с правилами укладки. Перед пуском камеру прогревают сухим паром во избежание конденсации пара на оборудовании.

Общий цикл трёхступенчатого низкотемпературного процесса сушки состоит из следующих операций:

1. Прогрев материала.

2. Первая ступень режима.

3. Вторая ступень режима.

4. Промежуточная влаготеплообработка.

5. Третья ступень режима.

6. Конечная влаготеплообработка.

7. Кондиционирующая обработка материала.

8. Охлаждение высушенных пиломатериалов.

Во время прогрева в камеру подают пар в увлажнительные трубы при включённых калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточно-вытяжных каналах. Цель прогрева - уменьшение внутренних напряжений в материале при дальнейшей сушке. Режим прогрева: t на 5-8 °C выше I ступени сушки, но не более 100°C, продолжительность 1час на каждый см толщины материала, Дt =0,5-1,5°C. Прогрев древесины сопровождается большим расходом пара, поэтому на прогрев становится 1/3-1/6 от общего количества камер в цехе. Категорически запрещается пользоваться увлажняющими трубами при открытых приточно-вытяжных каналах. После нагрева переходят к первой ступени сушки. Режим по ГОСТ 19773-84 в зависимости от толщины породы, W_н и W_к, категории качества, типа камеры. Сушка по первой ступени длится до W_пер =35 % для хвойных пород.

Во время сушки контролируется текущая влажность по контрольным образцам. По текущей влажности судят о возможности перехода на следующую ступень сушки им окончания процесса сушки. Для контроля внутренних напряжений в штабель со стороны дверей закладывают силовые образцы длинной 1-1,2м. Торцы образцов покрывают густотёртой масляной краской, для уменьшения испарения влаги с торцов.

В момент контроля напряжений на расстоянии равном 10-ти толщинам, от торца силового образца отпиливают два среза толщиной по 10мм, после выдержки для выравнивания влажности в сушильном шкафу при t =103±2 °С в течении 2-3 часов выпиливают образцы.

Индикаторной скобой измеряют расстояние, характеризующие положение зубцов. Относительное отклонение вычисляют по формуле:

f=(T-T₁)/2l.

Если f больше допустимого, то проводят дополнительную влаготеплообработку.

Сушка по II ступени проводят до W =25 % для хвойных пород и 20 % - для лиственных. Для снятия и уменьшения внутренних напряжений, возникающих при сушке, проводится промежуточная и конечная влаготеплообработка в среде повышенной температуры и влажности. В камеру подаётся пар в увлажнительные трубы при работающих вентиляторах и калориферах, по закрытых приточных - вытяжных каналах. Влаготеплообработкам подвергаются материалы, высушенные по I и II категориям качества, а при сушке лиственницы и твердолиственных пород ВТО проводится не зависимо от категории качества.



Для досок толщиной до 40мм. Для досок толщиной свыше 40 мм. Промежуточная ВТО проводится для пиломатериалов:

1. Для сосны, ели, пихты, кедра, липы, тополя - толщиной выше 60мм.

2. Для берёзы, ольхи - 50мм.

3. Для лиственницы, бука, клёна - 40мм.

4. Для дуба, ореха, ясеня, граба - 32мм.

Режим: t на 8°С выше II ступени сушки, но не более 100°С, Дt = 1,5-2°С, продолжительность выбираем по таблице в зависимости от породы и толщины. Результат делим на 3. Конечную ВТО проводим после окончания сушки, t поддерживаем на 8°С выше III ступени сушки, но не более 100°С, Дt=0,5-1°С. Продолжительность конечной ВТО выбираем по таблице в зависимости от породы и толщины материала и уменьшаем на величину продолжительности промежуточной ВТО, если она проводится.

Для выравнивания влажности по объёму штабеля и по толщине сортимента необходима проводить кондиционирующую обработку. С этой целью в камере с помощью калориферов и увлажнительных устройств поддерживается такое состояние среды, при которой недосушенные сортименты подсыхают, а пересушенные увлажняются. Температура поддерживается на уровне III ступени сушки, но не более 100°С, а степень насыщенности определяется по диаграмме равновесной влажности, увеличенной на 1 %. Для материала по I категории качества кондиционирующая обработка обязательно. Продолжительность равна половине конечной ВТО.

Охлаждение высушенных пиломатериалов производится до t=40°С за счёт воздухообмена через приточно-вытяжные каналы. Продолжительность охлаждения 1час на 1см толщины материала. Вентиляторные устройства работают до конца периода охлаждения. Горячие штабеля выкатывать из камеры запрещается. Формирование штабелей и расформирование производится с помощью лифтов Л 6,5-1,5. Транспортирование штабелей от лифтов в камеры, из камер в остывочное помещение производится с помощью траверсной тележки ЭТ 2-6,5М.

Таблица 9 - Рабочий режим процесса сушки в камерах периодического действия

Наименование технологического этапа сушки	Вл-ть др-ны в начале и конце этапа	Параметры среды	Ориентировочная продолжительность, t, ч.
		t °C	Дt °C
Начальный прогрев	80	94	0,5	2,5
Сушка по I ступени режима	80-32	79	7	52,2
Сушка по II ступени режима	35-25	84	12
Сушка по III ступени режима	25-8	105	33
Конечная ВТО	8	100	1,5	1,33
Подсушка после конечной ВТО	8	95	0,5	1,0
Охлаждение материала в камере	8	30	32	2,5

2.4.1 Расчёт подъёмно-транспортного оборудования

Сменная производительность лифта зависит от толщины пиломатериалов.

Определяем средневзвешенную толщину материала по формуле:

S_ср= , мм. (48)

где S₁, S₂, S₃ - толщина высушиваемого материала, мм;

Ф ₁, Ф _2, Ф ₃ - годовой объём высушиваемого материала данной толщины, м ³;

?_ф - общий объём подлежащих сушке фактических пиломатериалов, м ³.

Расчёты:

S_ср= =28,3 мм.

Годовая производительность при формировании штабеля

П_год= П_см· Я · п м ³, (49)

Расчёты:

П_год=40·2·253=20240 м ³.

Количество лифтов, требуемое для формирования штабеля при равномерной доставки пиломатериалов к участку формирования штабелей:

N= (50)

При неравномерном поступлении пиломатериалов (К_н = 1,25)

Расчёты:

N==1,3.

Следовательно, необходимо установить два лифта для формирования сушильных штабелей с загрузкой.

Наименование показателей	Значение
Грузоподъёмность, т.	15
Габариты подъёмной платформы
длина	6900
ширина	2200
Ход платформы, мм.	2600
Скорость перемещения платформы, м/с	0,0104
Установленная мощность электродвигателя, кВт	10,0
Габариты приямок, мм.
длина	8000
ширина	3000
высота	3115
Масса, кг.	2930

ѓ = ·100 %, (51)

где N₁- принятое количество лифтов, шт.

Расчёты:

ѓ = ·100 %=65 %.

Аналогично определяется требуемое количество лифтов для разборки штабелей.

Характеристика траверсной тележки ЭТ 2-6,5М

Наименование показателей	Значения
Грузоподъёмность, т.	15
Габаритные размеры, мм.
Высота общая длина	3900
от головки ширина	6490
рельсов	1660
Высота между головками верхнего и нижнего рельсов.	215
Скорость передвижения тележки, м\с	0,36
Скорость передвижения троса лебёдки, м\с	0,132
Максимальное тяговое усилие на тросе и лебёдке, кН	7,8
Ширина колец траверсного пути, мм	2000х 2250х 2000
Предельные габаритные размеры, мм, длина	6,5
ширина	1,8
высота	3,0
Общая установленная мощность, кВт	9,0
В том числе передвижение тележки	5,0
лебёдки	4,0
Масса, кг.	3000

2.4.2 Показатели качества сушки

Нормы показателей качества сушки пиломатериалов и заготовок

Показатели качества сушки	Категории качества
	I	II	III	O
Средняя конечная влажность пиломатериалов или заготовок в штабеле, % при толщине пиломатериалов, мм. 32 и менее 38-50 свыше 50	7-10	7-15	10-15	16 18 20
Отклонение влажности отдельных досок (заготовок) от средней влажности штабеляв % не более при толщине пиломатериалов, мм. 32 и менее 38-50 свыше 50	±2	±3	±4	±6 ±4 ±2,5
Перепад влажности по толщине пиломатериалов (заготовок) в % не более при толщине, мм. 13-22 25-40 45-60 70-90	1,5 2,0 2,5 3,0	2,0 3,0 3,5 4,0	2,5 3,5 4,0 5,0	не контролируется
Условный показатель остаточных напряжений (относительная деформация зубцов силового образца), %	Не более 1,5	Не более 2,0	Не контролируется	Не контролируется

Список литературы

1. Богданов Е.С. и др. "Справочник по сушке древесины". - М. Лесная промышленность, 1990.

2. ГОСТ 19773-84. Пиломатериалы хвойных и лиственных пород. Режимы сушки в камерах периодического действия.

3. Кречетов И.В. "Сушка древесины". - М., Лесная промышленность, 1990.

4. Методические указания по выполнению курсового проекта. - М., РПК 1992.

5. Расев И.А. "Сушка древесины". - М., Высшая школа, 1990.

Размещено на Allbest.ru