Проект сушильного цеха на базе сушильной камеры ЦНИИМОД-49 для производства экспортных пиломатериалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет

имени Г.Ф.Морозова»

Кафедра древесиноведения

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Гидротермическая обработка и консервирование древесины»

на тему: «Проект сушильного цеха на базе сушильной камеры ЦНИИМОД-49 для производства экспортных пиломатериалов»

Выполнила: Студентка 4 курса

ТД2-151-ОБ группы Фазлиахметова А.Р.

Проверил: Руководитель:

д.т.н, профессор Платонов А.Д.

Воронеж 2018



Реферат

Расчетно-пояснительная записка состоит из 61 страницы, 93 формулы, 11 таблиц и 5 рисунков. Ключевые слова: древесина, лесосушильный цех, штабель, камера, калорифер, вентилятор, сушка, скорость циркуляции, влажность.

Пояснительная записка включает в себя технологический, тепловой, аэродинамический расчёты, расход электроэнергии, состав штатного персонала и количество штатных единиц.

В расчётах используются технологические режимы и рекомендации, разработанные в ГОСТе 19773-74 «Пиломатериалы хвойных и лиственных пород» и ГОСТе 18867-84 «Пиломатериалы хвойных пород. Руководящих технических материалах по технологии камерной сушки древесины».

В зависимости от высушиваемого по заданию материала были подобраны калориферы, вентиляторы их электродвигатели, конденсатоотводчики и выбраны диаметры трубопроводов.



Содержание

Введение

1. Технологический расчет

1.1 Обоснование выбора типа конструкции сушильной камеры

1.2 Определение продолжительности камерной сушки пиломатериалов

1.3 Пересчет годового объема сушки фактических пиломатериалов в объем условного

1.4 Определение годовой производительности камеры в условном материале

1.5 Определение необходимого количества камер для сушки заданной программы в условном материале

1.6 Расчет емкости и площади складов

1.6.1 Расчет емкости склада сырых пиломатериалов и определение количества штабелей, подлежащих сушке

1.6.2 Расчет емкости и площади склада сухих пиломатериалов

1.7 Выбор и расчет потребности подъемно-транспортного оборудования в лесосушильном цехе

1.7.1 Расчет годовой производительности и количества оборудования для укладки и формирования штабеля

1.8 Составление первого варианта планировки сушильного цеха

2. Тепловой расчет

2.1 Определение массы испаряемой влаги

2.1.1 Масса влаги, испаряемой из 1 м³ пиломатериала

2.1.2 Масса влаги, испаряемая за время одного оборота камеры

2.1.3 Масса влаги, испаряемая в камере в секунду

2.1.4 Расчетная масса испаряемой влаги

2.2 Выбор расчетного материала

2.3 Выбор режима сушки

2.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.4.1 Агент сушки - влажный воздух

2.5 Определение объема и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1 Объем циркулирующего агента сушки

2.5.2 Масса циркулирующего агента сушки на 1кг испаряемой влаги

2.5.3 Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

2.6.1 Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги

2.6.2 Объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру

2.6.3 Объем отработанного воздуха, выбрасываемого из сушильной камеры

2.7 Определение расхода тепла на сушку

2.7.1 Начальный прогрев древесины

2.7.2 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

2.7.3 Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги

2.7.4 Общий расход тепла на начальный прогрев древесины

2.7.5 Определение расхода тепла на испарение влаги

2.7.6 Потери тепла через ограждения камеры

2.7.7 Определение удельного расхода тепла на сушку для зимних и среднегодовых условий

2.7.8 Определение расхода тепла на 1м³ расчетного материала

2.7.9 Построение теоретического и действительного процесса сушки в Id-диаграмме влажного воздуха

2.8 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

2.8.1Выбор типа калорифера

2.8.2 Тепловая мощность калорифера

2.8.3 Расчет поверхности нагрева калорифера

2.8.4 Определение количества пластинчатых калориферов и схемы их установки в камере

2.8.5 Определение площади живого сечения пластинчатых калориферов

2.8.6 Определение коэффициента теплопередачи для пластинчатых калориферов

2.9 Определение расхода пара

2.9.1 Расход пара на 1 м³ расчетного материала

2.9.2 Расход пара на камеру

2.9.3 Расход пара на сушильный цех

2.9.4 Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объема пиломатериалов

2.10 Определение диаметров трубопроводов

2.10.1 Диаметр главной паровой магистрали к сушильному цеху

2.10.2 Диаметр отвода к камере

2.10.3 Диаметр паропровода к калориферу

2.10.4 Диаметр паропровода к увлажнительным трубам

2.10.5 Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры

2.10.6 Диаметр конденсационной магистрали

2.11 Выбор конденсатоотводчика

3. Аэродинамический расчет

3.1 Методика и последовательность аэродинамического расчета сушильных камер

3.2 Расчёт аэродинамического сопротивления циркуляционной сети сушильной камеры

3.2.1 Сопротивление трения на прямых каналах

3.2.2 Сопротивление при изменении направления движения агента сушки (поворотов)

3.2.3 сопротивление при резком изменении сечения канала, входа в штабель (внезапное сужение)

3.2.4 Сопротивление штабелей

3.2.5 Сопротивление внезапного расширения потоков воздуха

3.2.6 Сопротивление перегородок осевых вентиляторов

3.2.7 Сопротивление калориферов

3.3 Выбор вентилятора и электродвигателя для его привода

3.3.1 Определение мощности, потребляемой вентилятором и выбор электродвигателя

4. Расчет расхода электроэнергии на сушку 1м³ древесины

4.1 Расход электроэнергии на сушку 1м³ фактического материала

4.2 Расход электроэнергии на сушку 1м³ условного материала

4.3 Расход электроэнергии на сушку годовой программы в условном материале

5. Состав штатного персонала и количество штатных единиц

6. Основные технико-экономические показатели сушильного цеха

Заключение

Список используемой литературы



Введение

сушка пиломатериал оборудование аэродинамический

Повышение температуры древесины вызывает изменение некоторых ее физико-механических свойств. Этим в основном и обусловлены технологические цели тепловой обработки древесины, к которым относятся:

а) снижение усилий и улучшение качества резания древесины вследствие уменьшения ее твердости при повышении температуры; для этого применяются процессы оттаивания или нагревания круглых сортиментов (бревен, кряжей, чураков) перед их распиловкой или перед лущением и строганием шпона;

б) создание возможности изменения формы деталей или заготовок под действием механических усилий вследствие увеличения податливости (эластичности) древесины с повышением ее температуры; эту цель преследует процессы нагревания древесины перед операциями гнутья или прессования;

в) ускорение процессов склеивания вследствие интенсификации отверждения и высыхания клеевых веществ, нанесенных на древесину, при повышении ее температуры; это достигается процессами нагревания древесины в разнообразных операциях сборки изделий и их узлов.

Сушкой называется процесс удаления из материала влаги путем ее испарения или выпаривания. К основным технологическим целям сушки древесины относятся:

а) предупреждение форомизменяемости и размер изменяемости деталей;

б) предохранение от загнивания;

в) уменьшение массы при одновременном повышении прочности;

улучшение качества склеивания и отделки.



1. Технологический расчёт

Цель расчёта определение количества сушильных камер, необходимых для выполнения заданной годовой программы сушки пиломатериалов; выбор и расчёт погрузочно-разгрузочного оборудования; расчёт ёмкостей складов сырых и сухих пиломатериалов; расчёт площади и количества обслуживающих и бытовых помещений; планировка сушильного цеха с расстановкой оборудования.

1.1 Обоснование выбора типа конструкции сушильной камеры

Камера ЦНИИМОД-49 непрерывного действия предназначена для сушки пиломатериалов хвойных и лиственных пород до эксплуатационной влажности в воздушной среде нормальными режимами.

Эти камеры вмещают 11 нормальных штабелей. Циркуляция воздуха осуществляется тремя осевыми вентиляторами. Для привода вентиляторов применены четырёхскоростные электродвигатели, что даёт возможность создавать в зависимости от характеристик высушиваемого материала различную скорость циркуляции сушильного агента.

Камера обеспечивает высушивание пиломатериалов по 0 категории качества сушки и рассчитана для применения на предприятиях деревообрабатывающей и других отраслей промышленности.

Годовая программа в фактическом материале составляет 67000 м³. На основании этих данных выбираем сушильную камеру ЦНИИМОД-49.



1.2 Определение продолжительности камерной сушки пиломатериалов

Общая продолжительность сушки, включая начальный прогрев и влаготеплообработку, находится по формуле:

ф = ····, ч (1)

где ф - общая продолжительность сушки, ч;

- исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы и размеров нормальным режимом от начальной влажности 60% до конечной 12% в камерах с поперечной штабелёвкой при объеме циркулирующего сушильного агента, обеспечивающем минимальную себестоимость процесса при сохранении целостности материала, ч;

,,, - коэффициенты, учитывающие породу древесины (), интенсивность циркуляции (), начальную и конечную влажность (), качество сушки ().

Сосна 25 мм

ф = 36·1·0,75·1,15·1 = 31,05 ч;

Сосна 40 мм

ф = 59·1·0,91·0,81·1 = 43,5 ч;

Лиственница 32 мм

ф = 50·2,3·0,8·0,93·1 = 85,56 ч;

Ель 50 мм

ф = 87·0,9·1,02·1,03·1 = 82,26 ч.

Расчёт продолжительности камерной сушки представлен в таблице 1.



Таблица 1

Продолжительность камерной сушки ф пиломатериалов по спецификации

С	Порода	Размеры, мм	Категория режима	Категория качества	Влажность	Исходная продолжительность сушки	Коэф-ты	Общая ф
		толщина S1	ширина S2	длина L			WH, %	WK, %		Аn	Ац	Ав	Ак	в час	в сут
1	Сосна	25	110	6,0	Нормальный	0	75	20	36	1	0,75	1,15	1	31,05	1,29
2	Сосна	40	100	6,0	Нормальный	0	60	20	59	1	0,91	0,81	1	43,5	1,81
3	Лиственница	32	150	6,0	Нормальный	0	65	22	50	1	0,8	0,93	1	85,56	3,57
4	Ель	50	150	6,0	Нормальный	0	80	18	87	1	1,02	1,03	1	82,26	3,43

1.3 Пересчёт годового объема сушки фактических пиломатериалов в объём условного материала

Поскольку сушке подвергаются пиломатериалы различной характеристики, производительность лесосушильных камер в объёме высушиваемой древесины значительно колеблется. Поэтому для учета и планирования работы камер установлена установочная и плановая единица - кубический метр условного материала.

Условному материалу эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60% до конечной 12%.

Объём фактически подлежащей сушке древесины переводится в объём условного материала для каждой заданной спецификации по формуле:

= ··, (2)

где - объём условного материала, м³;

- объем фактически подлежащей сушке древесины, м³;

- коэффициент продолжительности оборота;

- коэффициент вместимости камеры.

Коэффициент продолжительности оборота найдём по формуле:

= , (3)

где - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, сут;

Продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала , сут, определяется по следующей формуле:

= ф, (4)

где ф - расчётная продолжительность сушки, сут;

Коэффициент вместимости камеры К_е определим по формуле:

= , (5)

где - объёмный коэффициент заполнения штабеля условным материалом;

- объёмный коэффициент заполнения штабеля.

Пересчёт годового объема сушки фактических пиломатериалов в объём условного материала представлен в таблице 2.

Таблица 2

Пересчёт годового объёма сушки фактического пиломатериала в объём условного материала по сечениям

№ п/п	Характеристика пиломатериалов	Категория качества	Категория режима	Продолжительность оборота камеры для фактического и условного материала, сут	Коэффициент продолжительности оборота кф	Коэффициент заполнения штабеля фактическим и условным материалом	Коэффициент вместимости материала камеры, Ке	Объем п/м, м3
	Вид пиломатериалов	Порода	Размеры, мм	Влаж-ность, %
											в фактическом материале, Фi	в условном материале, Уi
			толщина S1	ширина S2	длина L	начальная Wн	конечная Wк
										фф	фу		вф	ву
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	Доски	Сосна	25	110	6	75	20	0	Н	1,29	3,1	0,42	0,312	0,395	1,4	15000	8001
2		Сосна	40	100	6	60	20	0	Н	1,81	3,1	0,58	0,395	0,395	1,11	20000	11600
3		Лиственница	32	150	6	65	22	0	Н	3,53	3,1	1,15	0,356	0,395	1,23	20000	25530
4		Ель	50	150	6	80	18	0	Н	3,43	3,1	1,11	0,434	0,395	1,01	12000	12121,2
Итого	67000	57252,2

1.4 Определение годовой производительности камеры в условном пиломатериале

Нормативная годовая производительность лесосушильной камеры в условном материале рассчитывается по формуле:

= ·Г· = ·Г, м³/год, (6)

где - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, сут;

- удельная производительность камеры на условном материале, м³/год;

Г - габаритный объём штабелей, загружаемых в камеру, м³.

Габаритный объём штабелей, загружаемых в камеру Г определяется по формуле:

Г = h·b·l·m, , (7)

где h, b, l - соответственно высота, ширина и длина камеры, м;

m - число штабелей в камере, шт.

Г = 2,6·1,8·6,5·11 = 334,62

= 22·334,62 = 7361,64 /год

1.5 Определение необходимого количества камер в условном материале

Количество камер в условном материале n, шт, определим по формуле:

n = , шт, (8)

где - общий годовой объём условного материала, м³;

- годовая производительность сушильной камеры в условном материале, м³/год.

n = = 7,78 шт

Принимаем 8 штук камер.

1.6 Расчёт ёмкости и площади складов

Расчёт ёмкости и площади складов, сырых и сухих пиломатериалов производится с учётом среднесуточной производительности сушильного цеха в фактическом материале и продолжительности хранения.

1.6.1 Расчёт ёмкости склада сырых пиломатериалов и определение количества штабелей, подлежащих хранению

Склад сырого материала представляет стоянку вагонеток-штабелей, подготовленных к сушке. Для их установки предусматриваются узкоколейные пути необходимой протяженности. Эти пути должны разместить расчётное количество вагонеток.

Ёмкость склада сырого материала е_сыр рассчитаем по формуле:

е_сыр = ·Z, , (9)

где Ф_i - годовое количество фактически высушиваемого материала, м³;

Z - продолжительность хранения материала, сутки;

335 - продолжительность работы сушильных камер в течение года, сутки.

е_сыр = ·2 = 400

Зная ёмкость склада и ёмкость среднего штабеля, можно определить количество штабелей, подлежащих хранению n по формуле:

n = , шт, (10)

где - ёмкость одного среднего штабеля, м³.

Ёмкость среднего штабеля в фактическом материале определим по формуле:

= , , (11)

где Ф_i - заданная программа сушки соответственно для всех размеров фактического материала, м³;

Е₁, Е₂,…, Е_n -- ёмкость штабеля последовательно для всех размеров фактического материала, м³.

Ёмкость штабеля Е рассчитаем по формуле:

= Г·, , (12)

где Г - габаритный объём штабеля, м³.

Габаритный объём штабеля Г определим по формуле:

Г = h·b·l, , (13)

где h, b, l -- соответственно высота, ширина и длина штабеля, м.

= 30,42·0,312 = 9,49 ;

= 30,42·0,395 = 12,02 ;

= 30,42·0,356 = 10,83 ;

= 30,42·0,434 = 13,2 .

= = 11,31

1.6.2 Расчёт ёмкости и площади склада сухих пиломатериалов

Склад сухих пиломатериалов сосредотачивает запас, который позволяет цеху, потребляющему сухую древесину, работать ритмично, несмотря на то, что камеры выпускают материал циклично, т.е. режим их работы отличается от режима работы потребляющего цеха.

Материал хранится на складе на колесах.

Ёмкость склада сухих пиломатериалов

= , (14)

где ф_i - годовое количество фактически высушиваемого материала, м³

Z - продолжительность хранения материала, сут.

Т - количество рабочих дней в году, сут.

Число сухих вагонеток-штабелей

= , шт, (15)

1.7 Описание технологического процесса сушки согласно заданию на проектирование

1.7.1 Технологическая карта проведения процесса сушки согласно задания на проектирование

Таблица 3

Перечень технологических операций по организации работ сушильного цеха

Операция	Оборудование и приспособление, вид операции
1. Подготовка сушильных штабелей
1.1. Доставка сырых пиломатериалов 1.2. Формирование штабеля 1.3. Оборудование 1.4. Требования к укладке штабеля (способ укладки, размеры штабеля, требования к прокладкам, и их размещению в штабеле) 1.5. Транспортировка штабеля к камерам и на склад сырого материала 1.6. Количество штабелей-вагонеток на складе сырого материала в зависимости от продолжительности хранения	Автолесовоз Т-80 Вручную Автолесовоз, траверсная тележка Без шпаций; 6,5Ч1,8Ч2,6; толщина прокладок 32 мм, порода - сосна, расположение прокладок по высоте строго друг над другом Траверсная тележка 8 шт
2. Технология камерной сушки
2.1. Определение начальной влажности материала 2.2. Подготовка камеры к работе 2.3. Проведение процесса сушки 2.3.1. Начальный прогрев материала (режим сушки и продолжительность прогрева) 2.3.2. Режим сушки (технологические операции и контроль за параметрами агента сушки) 2.3.3. Определение текущей и конечной влажности 2.3.4. Охлаждение и выгрузка материала из камеры	Весовой метод Осматривают камеру, затем запускают её и осуществляют первоначальный прогрев Процесс сушки осуществляется в 3 этапа - 92 °С; ? - 23 °С; ц - 0,38. Наблюдение за параметрами контрольного образца Весовой метод Охлаждение материала в камере до 40-30 °С, выгрузка через откидные рельсы камеры на траверсную тележку
3. Организация работ на складе сухих материалов
3.1 Склад сухих пиломатериалов 3.1.1 Хранение материала на колесах	На колесах

1.8 Составление первого варианта планировки сушильного цеха



2. Тепловой расчёт

Тепловой расчёт лесосушильных камер производится с целью определения затрат тепла на сушку, расход теплоносителя, выбора и расчета теплового оборудования (калорифера, конденсатоотводчиков, трубопроводов).

2.1 Определение массы испаряемой влаги

2.1.1 Масса влаги, испаряемой из 1 пиломатериала

= ·, кг/, (16)

где - базисная плотность расчетного материала, кг/м³

, - соответственно начальная и конечная влажность материала,%

Сосна

= 400· = 220 кг/м³;

Сосна

= 400· = 160 кг/м³;

Лиственница

= 520· = 223,6 кг/м³;

Ель

= 360· = 223,2 кг/м³.



2.1.2 Масса влаги, испаряемая за время одного оборота камеры

Рассчитаем массу влаги, испаряемой за время одного оборота камеры m_об.кам по формуле:

= ·Е, кг/об, (17)

где Е - ёмкость камеры, м³.

Определим ёмкость камеры Е по формуле:

Е = Г··n, , (18)

где Г - габаритный объём штабеля, м³;

n - количество штабелей в камере, шт.

Сосна 25 мм

= 220·104,4 = 22968 кг/об;

Сосна 40 мм

= 160·132,2 = 21152 кг/об;

Лиственница 32 мм

= 223,6·119,1 = 26630,8 кг/об;

Ель 50 мм

= 223,2·145,2 = 32408,6 кг/об.

2.1.3 Масса влаги, испаряемая в камере в секунду

Определим массу влаги, испаряемой в камере в секунду m_с по формуле:

= , кг/с, (19)

где - продолжительность собственно сушки, ч.

Продолжительность сушки рассчитаем по формуле:

= ф·, ч, (20)

где ф - общая продолжительность сушки фактического материала, ч;

= 1,0 - коэффициент, учитывающий время испарения влаги из древесины.

Сосна

= 31,05·1,0 = 31,05 ч;

Сосна

= 43,5·1,0 = 43,5 ч;

Лиственница

= 85,6·1,0 = 85,6 ч;

Ель

= 82,3·1,0 = 82,3 ч.

Сосна 25 мм

= = 0,21 кг/с;

Сосна 40 мм

= = 0,14 кг/с;

Лиственница 32 мм

= = 0,086 кг/с;

Ель 50 мм

= = 0,11 кг/с.



2.1.4 Расчетная масса испаряемой влаги

Определим расчётную массу испаряемой влаги по формуле:

= ·К, кг/с, (21)

где К = 1,0 -- коэффициент неравномерности скорости сушки.

Сосна 25 мм

= 0,21·1,0 = 0,21 кг/с;

Сосна 40 мм

= 0,14·1,0 = 0,14 кг/с;

Лиственница 32 мм

= 0,086·1,0 = 0,086 кг/с;

Ель 50 мм

= 0,11·1,0 = 0,11 кг/с.

2.2 Выбор расчетного материала

За расчётный материал принимается наиболее быстросохнущий заданной спецификации, т.е. тот материал, который в единицу времени испаряет наибольшее количество влаги. В этом случае тепловое и аэродинамическое оборудование камеры обеспечит сушку любого материала.

В качестве расчётного материала принимаем Сосну толщиной 25 мм, длиной 6 м, с начальной влажностью 75%, конечной влажностью 20%, заданная программа сушки 15000 м³.



2.3 Выбор режима сушки

В зависимости от конструкции, породы расчётного материала, толщины и качества сушки выбираем нормальный режим сушки. Параметры выбранного режима представлены в таблице 6.

Таблица 4

Параметры нормального режима сушки

Номер и индекс режима	Средняя конечная влажность древесины, %	Толщина пиломатериалов, мм	Состояние сушильного агента в разгрузочном конце камеры	Максимальная психометрическая разность ? в загрузочном конце при начальной влажности древесины
			,°С	?,°С	ц	более 50%	до 50%
2-Н	18--22	Св. 22 до 25	92	23	0,38	6	9

2.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.4.1 Агент сушки - влажный воздух

По выбранному режиму назначается расчётная температура и относительная влажность ц₁ со стороны входа в штабель. Параметры соответствуют параметрам в сухом конце камеры: =92°С, ц₁=0,38.

Остальные параметры агента сушки на входе в штабель определяются аналитически и по Id-диаграмме.

1.Аналитический способ

Сначала определим парциальное давление водяного пара по формуле:

= ц₁·, Па, (22)

где ц₁ - относительная влажность воздуха расчётной ступени режима;

= 77100 Па - давление насыщения водяного пара при расчётной температуре режима.

= 0,38·77100 = 29298 Па

Теперь определим влагосодержание d₁, г/кг, по следующей формуле:

= 622·, г/кг, (23)

где = 10⁵ Па - атмосферное давление воздуха.

= 622· = 274,32 г/кг

Теплосодержание воздуха I₁ определим по формуле:

I₁ = +0,001··(1,93·+2490), кДж/кг, (24)

I₁ = 92+0,001·274,32·(1,93·92+2490) = 823,8 кДж/кг

Рассчитаем плотность воздуха с₁ по формуле:

с₁ = , кг/, (25)

где Т₁ - термодинамическая температура, К; Т₁ = (273+).

Т₁ = 273+92 = 365.

с₁ = = 0,85 кг/

Определим приведённый удельный объём по формуле:

= 4,62···(622+), /кг, (26)

= 4,62··365·(622+274,32) = 1,51 /кг

Графический способ по Id-диаграмме 2.

Влагосодержание d₁ = 274,32 г/кг

Теплосодержание I₁ = 823,8 кДж/кг

Плотность воздуха с₁ = 0,85 кг/м³

Приведённый удельный объём =1,51 м³/кг

2.5 Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1 Объём циркулирующего агента сушки

Определим объём циркулирующего агента сушки по формуле:

= ·, м³/с, (27)

где = 4 м/с - расчётная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель;

- живое сечение штабеля, м².

Живое сечение штабеля определим по формуле:

= l·h·(1-)·n, , (28)

где l - длина штабеля, м;

h - высота штабеля, м;

n - количество штабелей в плоскости, перпендикулярной потоку; циркулирующего агента сушки, штук;

- коэффициент заполнения штабеля по высоте.

Коэффициент заполнения штабеля по воздуху определяется по формуле:

= , (29)

где S - толщина расчётного материала (принятая толщина прокладок, мм).

= = 0,5

= 6,5·2,6·(1-0,5)·1 = 8,45

= 4·8,45 = 33,8 м³/с

2.5.2 Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги

Определим массу циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги по следующей формуле:

= , кг/кг, (30)

где - расчётная масса испаряемой влаги, кг/с;

= = 105,6 кг/кг

2.5.3 Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля определяются графическим способом по Id-диаграмме.

Сначала на Id-диаграмму по выбранному режиму с параметрами t₁ и ц₁ (на входе в штабель) наносится точка 1. Затем из точки 1 проводится линия I₁=I₂ до пересечения с линией d₂. Величина d₂ определяется по формуле:

= + , г/кг, (31)

= + 274,32 = 283,8 г/кг



2.6 Определение объема свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

2.6.1 Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги

Определим массу свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги по формуле:

= , г/кг, (32)

где = 11 г/кг с.в. - влагосодержание свежего воздуха.

= = 3,67 г/кг

2.6.2 Объем свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру

Определим объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру , по формуле:

= ··, /с, (33)

где = 0,87 м³/кг - приведённый удельный объём свежего воздуха.

= 0,21·3,67·0,87 = 0,67 /с

2.6.3 Объём отработанного воздуха, выбрасываемого из сушильной камеры

Определим объём отработанного воздуха, выбрасываемого из сушильной камеры , по формуле:

= ··, /с, (34)

где == 1,51 /кг - приведённый удельный объём отработанного (на выходе из штабеля) воздуха.

= 0,21·3,67·1,51 = 1,16 /с

2.7 Определение расхода тепла на сушку

Расход тепла на сушку определяют отдельно для зимних и среднегодовых условий. По зимнему расходу тепла ведётся расчёт тепловой мощности камеры, а расход тепла в среднегодовых условиях необходим для расчёта средних расходов тепла, пара, топлива на 1 м³ высушенных пиломатериалов.

При сушке тепло расходуется на начальный прогрев материала, испарение влаги и на потери через ограждения.

2.7.1 Начальный прогрев древесины

2.7.2 Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

Зимой на плавление льда, когда древесина заморожена, тепло при прогреве пиломатериалов расходуется на прогревание древесной массы, не замёрзшей и оттаявшей влаги.

Определим расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для зимних условий по формуле:

= с·() + ··г + с·, кДж/, (35)

где с - плотность расчётного материала при заданной начальной влажности, кг/м³;

г = 335 кДж/кг - скрытая теплота плавления льда;

и - средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температурах, кДж/кг?°С;

= 69 °С - температура древесины при её прогреве;

= -39 °С - начальная расчётная температура для зимних условий;

= 75% - начальная влажность расчётного материала;

= 14% - содержание не замёрзшей связанной (гигроскопической жидкой) влаги.

Определим плотность расчетного материала с по формуле:

с = ·(1 +), кг/, (36)

где - базисная плотность расчётного материала, кг/м^3.

Удельную теплоёмкость древесины С, кДж/кг?°С, определим по средней температуре нагревания по формуле для:

при = = = 19,5 кДж/кг?°С, (37)

при = = = 34,5 кДж/кг?°С, (38)

Рисунок 3 Диаграмма удельной теплоёмкости древесины

По диаграмме удельной теплоёмкости древесины:

= 2,0 кДж/кг?°С;

= 2,9 кДж/кг?°С.

с = 400·(1 + ) = 700 кг/

= 700·2,0 + 400··335 + 700·2,9 = 85170 кДж/

Определим расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины для среднегодовых условий по формуле:

= с·() + ··г + с·, кДж/, (39)

где с = 700 кг/ - плотность расчётного материала при заданной начальной влажности;

г = 335 кДж/кг - скрытая теплота плавления льда;

и - средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температурах, =2,9 кДж/кг?°С;

= 69 °С - температура древесины при её прогреве;

= -0,8 °С - начальная расчётная температура для зимних условий;

= 75% - начальная влажность расчётного материала;

= 29% - содержание не замёрзшей связанной (гигроскопической жидкой) влаги.

Удельную теплоёмкость древесины С, кДж/кг?°С, определим по средней температуре нагревания по формуле для:

при = = = 0,4 кДж/кг?°С, (40)

По диаграмме удельной теплоёмкости древесины:

= 0,1 кДж/кг?°С;

= 700·0,1 + 400··335 + 700·2,9 = 63740 кДж/



2.7.3 Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги

Определим удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги для зимних и среднегодовых условий по формуле:

= , кДж/кг, (41)

где =220 кг/м³ - масса влаги, испаряемая из 1 м³ пиломатериала.

Для зимних условий:

= = 387,1 кДж/кг

Для среднегодовых условий:

= = 289,7 кДж/кг

2.7.4 Общий расход тепла на начальный прогрев древесины

Определим общий расход тепла на начальный прогрев древесины для зимних и среднегодовых условий по формуле:

= , кВт, (42)

где Е = 9,49 - ёмкость одновременно загружаемого и прогреваемого штабеля;

- продолжительность прогрева, ч, принимаемая равной периоду между загрузками камеры;

для камер непрерывного действия:

= , ч (43)

где - общая продолжительность сушки расчётного материала, час;

- число штабелей в камере по её длине, шт.

= = 2,9 ч

Для зимних условий

= = 77,4 кВт

Для среднегодовых условий

= = 57,9 кВт

2.7.5 Определение расхода тепла на испарение влаги

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке влажным воздухом определяется по формуле:

= 1000· - ·, кДж/кг, (44)

где I₂ и d₂ - теплосодержание и влагосодержание на выходе из штабеля;

I₀ и d₀ - теплосодержание и влагосодержание свежего воздуха;

С_в=4,19кДж/кг°С - удельная теплоёмкость воды;

t_м=69°С - температура нагрева влаги в древесине, принимается равной температуре смоченного термометра.

= 1000 - 4,19·69 = 2562,1 кДж/кг

Определим общий расход тепла на испарение влаги в секунду по формуле:

= ·, кВт, (45)

где m_р=0,030кг/с - расчётная масса испаряемой влаги.

= 2562,1·0,21 = 538,04 кВт

2.7.6 Потери тепла через ограждения камеры

= ·К·()·C·, кВт, (46)

где - суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м²;

К - коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/м²°С;

- температура среды в камере (расчётной ступени), принимается равной температуре агента сушки на входе в штабель, С°;

- расчётная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, °С;

С - коэффициент, учитывающий высокую температуру в камере (С=2).

Расчёт теплопотерь производится отдельно для боковой стены, выходящей в помещение цеха, торцовых стен, выходящих в траверсный коридор, двери, перекрытия и пола. Площадь охлаждения пола принимается равной площади участка вдоль стен, ширина которого берётся для камер без подвала равной 2 м. Отдельный расчёт каждого элемента ограждения вызван тем, что материал и толщина ограждений различна, а также температура наружной среды неодинакова. Потери тепла через междукамерные боковые стены в расчёт не принимаются. Расчёт ведется, как правило, для крайней камеры.

Для определения потерь тепла через ограждения производится расчёт площади поверхностей ограждений. Данные приведены в таблице 5.



Рисунок 4 Схема сушильной камеры ЦНИИМОД-49 для расчёта площади поверхностей ограждений: - длина боковой стены, м; Н - высота боковой стены до перекрытия, м; b - ширина торцовой стены со стороны коридора управления, м; L, B - габаритные длина и ширина камеры, м; b, h - ширина и высота дверей соответственно

Таблица 5

Расчёт поверхности ограждения камеры

Ограждение	Формулы	Площадь
Наружная боковая стена	= L·H	26000·6000 = 156
Торцовая стена со стороны коридора управления	= B·H	8020·6000 = 48,12
Двери	= b·h	7000·3000 = 21
Торцовая стена со стороны транспортного пути без дверей	= -	48,12-21 = 27,12
Перекрытие	= B·L	8020·26000 = 208,52
Пол	= 2·L+[2·(B-2)]·2	2·26000+[2·(8020-2)]·2 = 27,92

Коэффициент теплопередачи К многослойных ограждений определятся по формуле:

К = , Вт/(·°С), (47)

где - коэффициент теплопередачи поверхностей ограждений;

- коэффициент теплопередачи наружных поверхностей ограждений, Вт/м²;

,… - толщина слоёв ограждений, м;

,… - коэффициент теплопроводности соответствующих слоёв ограждений, Вт/(м²•?С).

Коэффициент теплопередачи боковой стены и потолка:

К = = 1,11 Вт/(·°С)

Коэффициент теплопередачи торцевой стены и двери:

К = = 1,54 Вт/(·°С)

Коэффициент теплопередачи для пола определяется по формуле:

= 0,5·, Вт/(·°С) (48)

где - коэффициент теплопередачи наружной боковой стены, Вт/м²°С.

= 0,5·1,11 = 0,555 Вт/м²°С

Расчёт потерь тепла через ограждения сведён в таблице 6.

Таблица 6

Расчёт потерь тепла через ограждения

Ограждение	Площадь ограждения F, м2	Коэффициент теплопередачи К, Вт/м2°С	Температура в камере tс, °С	Температура наружная t0, °С	tс- t0	Потери тепла Qогр, кВт
				зимой	среднегодовая	зимой	среднегодовая	зимой	среднегодовая
Боковая стена	156	1,11	92	-39	-0,8	131	92,8	22,7	16,07
Торцевая стена со стороны коридора управления	48,12	1,54	92	+15	+20	77	72	5,71	5,34
Торцевая стена со стороны транспортного пути без учета площади дверей	27,12	1,54	92	+15	+20	77	72	3,21	3,01
Потолок	208, 52	1,11	92	-39	-0,8	131	92,8	30,3	21,48
Пол	27,92	0,555	92	-39	-0,8	131	92,8	2,03	1,44
Двери	21	1,54	92	+15	+20	77	72	2,49	2,33
Итого	66,44	49,67

Всего с учётом коэффициента С, кВт:

= ?·С, кВт, (49)

= 66,44·2 = 132,88 кВт;

= ?·С, кВт, (50)

= 49,67·2 = 99,34 кВт.

Удельный расход тепла на потери через ограждения

Для зимних условий:

= , кДж/кг. исп. вл., (51)

где - суммарные теплоотдачи через ограждения камеры, кВт

= = 1868,8 кДж/кг. исп. вл.

Для среднегодовых условий:



= , кДж/кг. исп. вл., (52)

где - суммарные теплоотдачи через ограждения камеры, кВт

= = 458,3 кДж/кг. исп. вл.

2.7.7 Определение удельного расхода тепла на сушку для зимних и среднегодовых условий

Определим удельный расход тепла на сушку по формуле:

= (++)·, кДж/кг, (53)

где - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камеры, транспортных средств, утечки тепла через неплотности ограждений и др, ( = 1,5).

Для зимних условий:

= (387,1+2562,1+1868,8)·1,5 = 7221 кДж/кг

Для среднегодовых условий:

= (289,7+2562,1+458,3)·1,5 = 4965,2 кДж/кг

2.7.8 Определение расхода тепла на 1м³ расчетного материала

Рассчитаем расход тепла на 1м³ расчётного материала для зимних и среднегодовых условий по формуле:

= ·, (54)

где = 220 кг/м³ -- масса испаряемой влаги на 1м³ древесины.

Для зимних условий:

= 7221·220 = 1588620

Для среднегодовых условий:

= 4965,2·220 = 1092344

2.7.9 Построение теоретического и действительного процесса сушки в Id-диаграмме влажного воздуха

Построение действительного процесса сушки с учётом теплопотерь через ограждения камеры позволит определить рациональную скорость циркуляции агента сушки по материалу (, м/с), которая обеспечит требуемое увлажнение воздуха при выходе его из штабеля.

Уменьшение теплосодержания ? агента сушки определяется по формуле:

? = , кДж/кг, (55)

где - удельная теплоёмкость воды, кДж/кг°С;

- температура материала в камере принимается равной температуре смоченного термометра, °С;

и - принимаются для зимних условий.

Для зимних условий:

? = = 18,6 кДж/кг

Для среднегодовых условий:

? = = 4,3 кДж/кг

Теперь переходим к построению действительного процесса сушки в Id-диаграмме в следующей последовательности:

- точка 1 (воздух, входящий в штабель) наносится на Id-диаграмму по данным режима (t₁=92°С, ц₁=0,38);

- из точки 1 проводится линия теплосодержания I₁;

- точка 2 (влажный воздух, выходящий из штабеля) определяется на пересечении I₁ и линии d₂;

- степень насыщения воздуха при выходе из штабеля без учета потерь тепла через ограждения определяется по линии ц₂ точки 2.

Для определения степени насыщения воздуха с учётом потерь тепла через ограждения (ц₂'):

- от точки 2 вниз по линии влагосодержания d= const откладывается в масштабе данной Id-диаграммы величина потерь ?I₂ и получают требуемую точку 2', и степень насыщения воздуха ц₂' в этой точке. Так как степень насыщения воздуха зависит от скорости циркуляции агента сушки по штабелю (щ_шт), то ц₂' при выбранной скорости должно соответствовать требованию режима для камер непрерывного действия.

При сушке в камерах непрерывного действия в режиме дана степень насыщения воздуха в сыром конце, определяемая по ? = (-).

1-2'-3'- действительный треугольник сушки; 1 - параметры влажного воздуха на входе в штабель; 2'- параметры влажного воздуха на выходе из штабеля; 3'- точка смешения, отработанного и свежего приточного воздуха

Рисунок 5 Построение действительного процесса сушки

Т.к. ?I ₂' соответствует требованиям режима, то скорость циркуляции агента выбрана рационально.

Для рационального проведения процесса сушки, особенно при его автоматизации, необходимо точно знать параметры смешения отработанного воздуха (2') и свежего приточного (0) с параметрами t₀=20°С, ц=0,7. Для этого:

- на Id-диаграмме наносится точка (0) и соединяется прямой линией с точкой 2';

- из точки 1 по d=const опускается линия до пересечения с прямой 0 - 2' и получают точку 3', это и есть точка смешения свежего и отработанного воздуха, которая характеризуется параметрами t₃^c и t₃^м.

2.8 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера

2.8.1 Выбор типа калорифера

Основным тепловым оборудованием сушильных камер являются калориферы, конструктивные их типы: сборные из чугунных ребристых труб и компактные стальные-пластинчатые. Тип калориферов и схем их расположения принимаются согласно технической характеристики камеры. Дальнейший расчёт поверхности нагрева калориферов позволит уточнить их количество, а для пластинчатых ещё и номер.

Наша камера оборудована чугунными ребристыми трубами и пластинчатыми калориферами.

2.8.2 Тепловая мощность калорифера

Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях по формуле:

= (++)·, кВт, (56)

где - тепловая мощность калорифера, кВт;

=1,2 - коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку.

= (538,04+77,4+132,88)·1,2 = 897,98 кВт

2.8.3 Расчёт поверхности нагрева пластинчатых калориферов

Расчёт поверхности нагрева калорифера производится по следующей формуле:

= , , (57)

где К - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м²°С;

- температура теплоносителя, °С;

- температура сушильного агента в камере на входе в штабель, °С;

- коэффициент запаса, учитывающий загрязнение и коррозию поверхности калорифера,- для пластинчатых калориферов (С=1,2).

В данной формуле неизвестен коэффициент теплопередачи К, который зависит от скорости циркуляции агента сушки через калорифер (щ_к). Скорость циркуляции можно подсчитать, если известно живое сечение калорифера (F_{ж.с.кал.}).

2.8.4 Определение количества пластинчатых калориферов и схемы их установки в камере

После подсчёта общей поверхности калориферов определим их количество по формуле:

= , шт, (58)

где - поверхность нагрева одного калорифера, м².

Принимаем конструктивно в камере 3 пластинчатых калориферов КФС-4



2.8.5 Определение площади живого сечения пластинчатых калориферов

После подсчёта общей поверхности нагрева калориферов определяем количество:

Общая площадь живого сечения калориферов определяется по формуле:

= ·, , (59)

= 0,638·7 = 4,466

2.8.6 Определение коэффициента теплопередачи для пластинчатых и биметаллических калориферов

Выбираем пластинчатый калорифер КФБ-11, живое сечение =4,466 м².

Определим скорость агента сушки через калорифер щ_кал, м/с, по формуле:

= , м/с, (60)

где - количество циркулирующего агента в камере, м³/с;

- ориентировочное число пластинчатых калориферов, шт.

= = 3,74 м/с

Принимаем = 4 м/с.

Массовая скорость воздуха

·щ = 0,85·3,74 = 3,2 м/с

Коэффициент теплопередачи К можно определить по таблице 7.



Таблица 7

Значение коэффициента теплопередачи паровых калориферов и сопротивление движению агента сушки через них

Рассчитаем поверхность нагрева калорифера по формуле (57) из пункта 2.8.3:

= = 970,95

2.9 Определение расхода пара

2.9.1 Расход пара на 1 м³ расчетного материала

Рассчитаем расход пара на 1 м³ расчётного материала по формуле:

= , кг/, (61)

где - расход тепла на 1м³ расчётного материала для среднегодовых условий, кДж/кг;

- масса испаряемой влаги на 1м³ древесины, кг/м³;

- энтальпия испарения или теплоотдача 1 кг пара при давлении в калорифере р=5 бар, кДж/кг.

= = 525,2 кг/



2.9.2 Расход пара на камеру

Массу пара для камеры определяют для зимних и среднегодовых условий, в период прогрева и в период сушки пиломатериалов.

Массу пара для камеры определим по формуле:

= , кг/ч, (62)

Для зимних условий:

= = 1295,2 кг/ч

Для среднегодовых условий:

= = 1203,4 кг/ч

где - общий расход тепла на начальный прогрев древесины, кВт;

- потери тепла через ограждения, кВт;

- общий расход тепла на испарение влаги, кВт;

- энтальпия испарения или теплоотдача 1 кг пара при давлении в калорифере р=5 бар, кДж/кг.

2.9.3 Расход пара на сушильный цех

Максимальный расход пара на сушильный цех в зимних условиях определим по формуле:

= ·, кг/ч, (63)

где =8 шт - количество камер в цехе;

= 8·1295,2 = 10361,6 кг/ч



2.9.4 Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов

Среднегодовой расход пара на сушку заданного количества пиломатериалов определим по формуле:

= , т/год, (64)

где Ф=67000 - годовой объём фактических пиломатериалов;

- коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее, чем расчётный материал, определяется в зависимости от величины отношения средневзвешенной продолжительности сушки фактического материала к продолжительности сушки расчётного материала =31,05ч.

Определим средневзвешенную продолжительности сушки фактического материала по формуле:

= , ч, (65)

где ,,…, - продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч;

,,…, - годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³;

Ф=67000 годовой объём фактических пиломатериалов.

=31,05 ч, =43,5 ч, =85,6 ч, =82,3 ч;

Ф₁=15000 , Ф₂=20000 , Ф₃=20000 , Ф₄=12000 .

= = 60,2 ч

При = 1,94 коэффициент = 1,2.

= = 42226,08 т/год

2.10 Определение диаметров трубопроводов

Для определения диаметров трубопроводов рассчитывают диаметры главной паровой магистрали к сушильному цеху , отвода к камере , паропровода к калориферу камеры , паропровода к увлажнительным трубам , а также диаметры конденсационной магистрали цеха и конденсационного трубопровода от калорифера камеры .

2.10.1 Диаметр главной паровой магистрали к сушильному цеху

Рассчитаем диаметр главной паровой магистрали к сушильному цеху по формуле:

= 18,8·, мм, (66)

где = 10361,6 кг/ч - расход пара на сушильный цех;

= 2,62 кг/ - плотность пара в зависимости от давления пара;

= 60 м/с - скорость движения пара.

= 18,8· = 152,7 мм

Принимаем диаметр главной паровой магистрали не менее 100 мм.

2.10.2 Диаметр отвода к камере

Определим диаметр отвода к камере по формуле:

= 18,8·, мм, (67)

где = 1295,2 кг/ч - расход пара на камеру в период сушки для зимних условий;

= 40 м/с - скорость движения пара.

= 18,8· = 66,4 мм

Принимаем диаметр отвода к камере не менее 60 мм.

2.10.3 Диаметр паропровода к калориферу

Рассчитаем диаметр паропровода к калориферу по формуле:

= 18,8·, мм, (68)

где =1295,2 кг/ч - расход пара на камеру в период сушки для зимних условий;

=30 м/с - скорость движения пара.

= 18,8· = 76,33 мм

Принимаем диаметр паропровода к калориферу =80 мм.

2.10.4 Диаметр паропровода к увлажнительным трубам

Определим диаметр паропровода к увлажнительным трубам по формуле:

= 18,8·, мм, (69)

где =40 м/с - скорость движения пара.

= 18,8· = 66,18 мм

Принимаем диаметр паропровода к увлажнительным трубам 70 мм.

2.10.5 Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры

Определим диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры по формуле:

= 18,8·, мм, (70)

где =916 кг/ - плотность конденсата;

=1 м/с - скорость движения конденсата.

= 18,8· = 22,37 мм

Принимаем диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры =25 мм.

2.10.6 Диаметр конденсационной магистрали

Рассчитаем диаметр конденсационной магистрали по формуле:

= 18,8·, мм, (71)

где =8 шт - количество камер в цехе;

=2 м/с - скорость движения конденсата.

= 18,8· = 44,74 мм

Принимаем диаметр конденсационной магистрали =50 мм.

2.11 Выбор конденсатоотводчика

Для удаления конденсата из калорифера преимущественно применяют термодинамические конденсатоотводчики, которые подбирают по коэффициенту пропускной способности .

Коэффициент пропускной способности по заданному расходу горячего конденсата определим по формуле:

= , кг/ч, (72)

где - расход пара на камеру в период сушки для зимних условий, кг/ч;

- коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с пропуском холодной ванны;

?р - перепад давления в конденсатоотводчике, бар;

- плотность конденсата, проходящего через отводчик, кг/.

Перепад давления в конденсатоотводчике ?р определим по формуле:

?р = -, бар, (73)

где - давление пара перед конденсатоотводчиком;

=1,5 бар - противодавление конденсата после отводчика.

Давление пара перед конденсатоотводчиком определим по формуле:

= 0,95·5 = 4,75 бар; ?р = 4,75-1,5 = 3,25 бар,

где р=5 бар - давление пара перед калорифером.

= = 5982 кг/ч

По коэффициенту пропускной способности типа P76001-01кг/ч подбираем три конденсатоотводчика, каждый с условным проходом D_у=40 мм.



3. Аэродинамический расчёт

Современные сушильные камеры проектируются и строятся с принудительной циркуляцией агента сушки по штабелю, осуществляемой вентилятором. От правильного выбора вентилятора и его установки зависят и производительность камеры, и качество сушки материала.

Цель аэродинамического расчёта -- выбор номера вентилятора, определение его мощности и частоты вращения рабочего колеса, подбор электродвигателя для привода вентилятора, расчёт приточно-вытяжных каналов.

3.1 Составление схемы циркуляции агента сушки в камере

В сушильных камерах периодического действия циркуляция сушильного агента осуществляется по вертикально-замкнутому или по горизонтально-замкнутому кольцу.

К местным сопротивлениям потока агента сушки относятся сопротивление вентилятора, калорифера, прямых каналов, поворотов, входа в штабель и выхода его из штабеля. Для подсчёта сопротивлений на схеме циркуляции агента сушки участки местных сопротивлений обозначаются цифрами. Наименование и номера участков заносятся в таблицу 8.

Таблица 8

Участки продольно-замкнутого кольца циркуляции агента сушки

Номер участка	Наименование участка
1	Прямой канал
2	Вентилятор
3	Калорифер пластинчатый
4, 42	Поворот под углом 135°
5, 41	Прямой канал
6, 40	Поворот под углом 90°
7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37	Вход в штабель (внезапное сужение)
8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38	Штабель
9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39	Выход из штабеля(внезапное расширение)

Рисунок 6 Схема циркуляции агента сушки по продольно-замкнутому кольцу с поперечной штабелёвкой

3.2 Расчёт аэродинамического сопротивления циркуляционной сети сушильной камеры

3.2.1 Сопротивление трения на прямых каналах

Сопротивление трения на прямых каналах ? определяется по формуле:

? = ··, Па, (74)

где с - плотность агента сушки на расчётной ступени, кг/;

- скорость циркуляции агента сушки на прямом канале, м/с;

- коэффициент трения на прямом канале;

l -- длина прямого канала (ширина камеры), м;

ц -- периметр сечения прямого канала, м;

- площадь прямого канала, перпендикулярная потоку агента сушки, м².

Скорость циркуляции агента сушки определим по формуле:

= , м/с, (75)

где -- количество воздуха, циркулирующего в камере, /с.

с=0,85 кг/;

=0,03;

l=25,8 м;

ц=18;

=21

= = 1,61 м/с

= = 2,41 м/с

? = ·0,03· = 1,128 Па

3.2.2 Сопротивление при изменении направления движения агента сушки (поворотов)

Поворот потока воздуха под некоторым углом (б) может быть резким и плавным. У плавных поворотов наружные и внутренние кромки имеют закругление. Во всех остальных случаях поворот потока считается резким. Коэффициент местного сопротивления (о) определяется в зависимости от величины угла поворота.

Для угла б=135° коэффициент местного сопротивления о=0,25.

Определим местное сопротивление поворота ? по формуле:

? = ·, Па, (76)

где - скорость циркуляции сушильного агента на повороте, м/с.

Скорость циркуляции воздуха на поворотах ( принимается равной скорости в канале () между стенкой камеры и штабелем, то есть =1,61 и =2,41.

? = ·0,25 = 0,27 Па

? = ·0,25 = 0,62 Па

3.2.3 Сопротивление при резком изменении сечения канала, входа в штабель (внезапное сужение)

Рассчитаем сопротивление входа в штабель ? по формуле:

? = ·, Па, (77)

где =4 м/с - скорость циркуляции по штабелю, принимается из теплового расчёта;

- коэффициент сопротивления от внезапного сужения.

Для определения коэффициента сопротивления, необходимо определить отношение:

, (78)

где - живое сечение штабеля, ;

- габаритная площадь штабеля со стороны входа воздуха в штабель, .

Определим живое сечение штабеля по формуле:

= ·(1-), , (79)

где =0,5 -- коэффициент заполнения штабеля по высоте.

Рассчитаем габаритную площадь штабеля по формуле:

= h·l, , (80)

где h - высота штабеля, м;

l - длина штабеля, м.

= 2,6·6,5 = 16,9

= 16,9·(1-0,5) = 8,45

? = ·0,18 = 1,22 Па

На 11 штабелей ? = 13,4 Па.

3.2.4 Сопротивление штабелей

Определим сопротивление штабеля ? по формуле:

? = ·, Па (81)

где =1,5 - коэффициент местного сопротивления одного ряда штабелей, находящихся в одной плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки.

? = ·1,5 = 10,2 Па

На 11 штабелей ?=112,2 Па.

3.2.5 Сопротивление внезапного расширения (выхода из штабеля) потоков воздуха

Определим сопротивление внезапного расширения ? по формуле:

? = ·, Па (82)

где =0,25 - коэффициент внезапного расширения.

? = ·0,25 = 1,7 Па

На 11 штабелей 18,7 Па.

3.2.6 Сопротивление перегородок осевых вентиляторов

Рассчитаем сопротивление вентиляторов ? по формуле:

? = ·, Па (83)

где - скорость воздуха при проходе через вентилятор, м/с;

- коэффициент местного сопротивления перегородок осевых вентиляторов.

Определим скорость воздуха при проходе через вентилятор по формуле:

= , м/с, (84)

где - количество воздуха, циркулирующего в камере, /с;

- площадь вентиляторов, .

Рассчитаем площадь вентиляторов по следующей формуле:

= ·, , (85)

где D=1м - диаметр колеса вентилятора;

=3шт - число установленных в камере вентиляторов.

= ·3 = 2,36

= = 14,3 м/с

? = ·0,5 = 43,5 Па

3.2.7 Сопротивление калориферов

Участок №3:

Сопротивление одного ряда пластинчатых калориферов типа КФБ определяется по таблице 7 в зависимости от номера калорифера и весовой скорости, принятой из теплового расчёта. Общее сопротивление калориферов равно сопротивлению одного ряда на количество рядов.