Реферат: Расчет работы сушильной камеры периодического действия типа УЛ 2

Министерство образования Кыргызской Республики.

Бишкекский архитектурно-строительный техникум.

Специальность: "Технология деревообработки"

По предмету: "Сушка и защита древесины"

Тема: Расчет работы сушильной камеры периодического

действия типа УЛ – 2

Выполнил: Крысанов А.Н. гр. 614

Проверил: Сидорина А.А.

Бишкек 2008г.

Место строительства сушильной камеры – город Алматы

Назначение высушиваемого пиломатериала - мебель

Теплоноситель пар: давлением 0,45 МПа

Спецификация и количество высушиваемых пиломатериалов в год

I. Технологический расчет

В камерах периодического действия при низкотемпературном процессе общая продолжительность сушки, включая начальный прогрев и ВТО, находиться по формуле:

τ = τ_{исх .} ·А_р ·А_ц ·А_w ·А_к ·А_д

τ_{исх –} исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданной породы, толщины, ширины (Таблица 1)

Таблица 1. Исходная продолжительность сушки τ_исх пиломатериалов, ч, при низкотемпературном процессе.

Ар – коэффициент, учитывающий жесткость применяемого режима сушки: для мягких режимов Ар = 1.70, нормальных - 1.0, форсированных – 0.8.

Ац – коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Определяется по таблице 2

Таблица 2.Значение коэффициента Ац для камер с реверсивной циркуляцией

А_к – коэффициент, учитывающий категорию качества сушки пиломатериалов: I категория – 1,2 ; II категория – 1,15 ; III категория – 1,05

А_д – коэффициент, учитывающий длину пиломатериала:

для досок =1

А _w - коэффициент, учитывающий начальную W_н. и конечную W_к. влажность древесины. Определяется по таблице 3.

Таблица 3. Значение коэффициента А _w

τ_{суш/час -} продолжительность сушки фактического пиломатериала в часах.

τ_{суш/сут. -} продолжительность сушки фактического пиломатериала в сутках.

τ_{об.усл.год -} продолжительность сушки условного пиломатериала.

τ_{суш/час} = τ_исх. ·А_р ·А_к ·А_ц ·А_w ·А_д

τ_{суш/сут =} ^{τ исх .·А р ·А ц ·А w ·А к ·А д}

²⁴

τ_{об.усл.год =} τ_{суш/сут + 0,1}

0,1 - время на загрузку и выгрузку штабеля

I.1 Расчет продолжительности сушки

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

τ_{суш/час (сосна)} = 88·1·1,15 · 0,74 · 1,14 · 1 = 85,4ч.

τ_{суш/сут(сосна) =} 88·1·1,15·0,74·1,14·1 _{= 3,5сут.}

²⁴

τ_{об.усл.год (сосна) = 3,5+0,1=3,6сут.}

_{-----------------------------------------------------------------------------------------------}

τ_{суш/час (кедра)} = 105·1·1,15·0,81·1,35·1 = 132ч.

τ_{суш/сут (кедра) =} 105·1·1,15·0,81·1,35·1 _{= 5,5сут.}

²⁴

τ_{об.усл.год (кедра) = 5,5+0,1=5,6сут}

_{-----------------------------------------------------------------------------------------------}

τ_{суш/час (кедра)} = 73·1·1,15·0,68·1,25·1 = 71,4ч

τ_{суш/сут (кедра) =} 73·1·1,15·0,68·1,25·1 _{= 2,9сут.}

²⁴

τ_{об.усл.год (кедра) = 2,9+0,1=3сут.}

_{-----------------------------------------------------------------------------------------------}

τ_{суш/час (ореха)} = 321·1·1,15·0,97·1,14·1 = 408ч.

τ_{суш/сут (ореха) =} 321·1·1,15·0,97·1,14·1 _{= 17сут.}

²⁴

τ_{об.усл.год (ореха) = 17+0,1=17,1сут.}

_{-----------------------------------------------------------------------------------------------}

τ_{суш/час (дуба)} = 214·1·1,15·0,96·1,25·1 = 295ч.

τ_{суш/сут (дуба) =} 214·1·1,15·0,96·1,25·1 / 24 = 12,3сут

τ_{об.усл.год (дуба) = 12,3+0,1=12,4сут.}

--------------------------------------------------------------------------------------------

Сводка пересчета в условный материал

- условный материал

Т.к продолжительность сушки условного материала 3,5 суток, то за условный материал выберем сосну толщиной 40мм с τ _{об . ус} = 3,6 и β _об.ус = 0,438

Ф – фактическое количество подлежащего сушке материала данного размера и породы м³ /год (или фактически высушенное за какой-то период)

τ _{об. ф} – продолжительность (в сутках) оборота камеры для фактического материала.

τ _об. ус. - продолжительность (в сутках) оборота камеры для условного материала.

βоб.ус ; βоб.ф – объемные коэффициенты заполнения штабелей соответственно для условного и фактического материалов. Определяются по таблице 4.

3 · 0,438

∑У = У_сосны + У_кедра + У_кедра + У_ореха + У_дуба

∑У = 1500+2500+1114+4687+4243=14044м³ /год

Таблица 4.Нормативные значения объемного коэффициента заполнения штабеля

Габаритный объем штабелей (м³ ), находят по формуле:

Г = L _шт. · B _шт. · H _шт. · m _шт. , м³

Г – габаритный объем

L _шт. – длина штабеля – 6,5м

B _шт. – ширина штабеля – 1,8м

H _шт. – высота штабеля – 2,6м

m _шт. – число штабелей в камере – УЛ-2 – 2камеры

Г= 6,5 · 1,8 · 2,6 · 2 = 60,8м³

При проектировании сушильных камер для определения годовой производительности камеры можно использовать для всех типов камер универсальную формулу:

Г – габаритный объем.

βоб.ус – коэффициент объемного заполнения штабеля.

335 – установленное расчетное число дней работы сушильных камер в год.

τ _об. ус.год - продолжительность (в сутках) оборота камеры для условного материала в год.

^3,6

Потребное количество камер определяется по формуле:

∑ У – годовое количество всех пиломатериалов подлежащих сушке м³ / год

У₁ – производительность одной камеры м³ / год условного материала.

II. Тепловой расчет

II.1. Выбор расчетного материала и режима сушки для него, продолжительность собственно сушки расчетного материала

Наиболее быстросохнущим материалом в заданной спецификации.

Кедр размером 32X180Х6500 обрезной – продолжительность сушки 3сут.

В дальнейшем весь тепловой расчет ведется по быстросохнущему материалу

Выбираем режим сушки для быстросохнущего материала

Для сушки используют нормальный режим №4

Параметры режима:

Продолжительность собственно сушки расчетного материала определяется по формуле:

τ _{соб. суш} . = 0,8 · τ_суш

τ_{соб. суш.} = 0,8 · 3=2,4суток

2,4 · 24 = 57,6 часов

В дальнейшем все расчеты ведутся исходя из значения τ _{соб. суш} . и по параметрам II ступени режима сушки.

II.2. Определение количества испаряемой влаги

ρ_кедра = 360 кг/м³

М_{1об. кам .} = Е·М_1м ³

Е – емкость камеры.

Е = Г · βоб.ус = (2,6·1,8·6,5·2) · 0,399 = 24,28м³

М_{1об. кам} = 24,28 · 187,2 = 4545

Расчетное количество испаряемой влаги в час

М_{расчет..} = М_{ср. час.} · Х кг/час

Х – коэффициент учитывающий равномерность просыхания материала по всему объему

При W материала = 12% Х = 1,2

При W материала = 8...10% Х = 1,3

М_{расчет.} = 79·1,3 = 102,1 кг/час

II.3. Определение часового количества циркуляции воздуха в камере

Расчетно-режимные параметры воздуха определяют по 2-й ступени режима по Id диаграмме.

По Id диаграмме находим: I, d, ρ, V

t = 80ºС I = 191 ккал/кг

φ = 0,64 в = 275 г/кг

ρ = 0,87 кг/м³

V = 1,47 м³ /кг

Циркуляция воздуха в камере реверсивного действия.

Для расчета скорости циркуляции сушильного агента по материалу принимается:

w_мат. = 3...4 м/с

Рассчитываем площадь живого сечения штабелей плоскости перпендикулярной движению воздуха :

F_{жив. сеч.шт.} = h · l · n (1-β_выс. ) м²

где β_{выс .} - коэффициент укладки штабеля по высоте

S – толщина расчктного материала в мм.

F_{жив. сеч.шт.} = 33,8·(1-0,54) = 33,8 · 0,46 = 15,5м²

Расчет объема циркулирующего воздуха внутри камеры, производится по формуле:

V _ц. = F _{жив. сеч.шт} · w _шт. · 3600м³ /ч. V_ц. = 15,5 · 3 · 3600 = 167400м³ /ч.

Масса циркуляции воздуха рассчитывается по формуле:

G _ц. = V _ц. · ρ = кг/ч G_ц. = 167400 · 0,87 = 145,638 кг/ч.

Количество влаги испаряемой 1кг. циркуляции воздуха в камере при проходе через штабель:

Определяем температурный период воздуха, при переходе его через штабель:

Зная значения t₁ , d₁ и d₂ находим значения φ₂ по Id диаграмме:

t₂ = t₁ - Δt t₂ = 80 – 1,65 = 78,35ºC

φ = 0,7

II.4. Расчет часового количества отработанного и свежего воздуха

Объем отработанного воздуха определяем по формуле:

V_отр. = g₀ · М_{расчет.} · V₂ ; V₂ = V₁ ;

Расчет количества воздуха для удаления влаги из древесины рассчитываем по формуле:

d₀ – влагосодержание, принимается равным 12 г/кг.

V_отр. = 3,77 · 102,7 · 1,47 = 569 [ кг/м³ ]

Объем свежего воздуха, подаваемого вентилятором в камеру рассчитываем по формуле:

V_св.в. = g₀ · М_{расчет.} · V₀ ; [ кг/м³ ]

V₀ – объем свежего воздуха м³ /кг для приточного воздуха t = 20ºC, принимаем V₀ = 0,87

V_св.в. = 3,77 · 102,7 · 0,87 = 337 ; [ кг/м³ ]

II.5. Определение расхода тепла на сушку древесины.

Расход тепла определяют в 2^-х вариантах:

а) Для зимних условий по формуле:

Q_{нач.зим.} = ρ_усл. [0,53 · (t_кам. – t_{0 зим.} ) + ^{W нач. – 15} · ( 0,5 · ( - t_{0 зим.} ) + 80 + t_кам. ) ]

¹⁰⁰

t_кам. - температура воздуха внутри камеры по II ступени режима

t_{0 зим.} - _{принимается по климатологической таблице.}

_{Для города Алматы} t_{0 зим. =} - 24ºC

t_{0 ср.год. = + 7,3ºC}

= 360 · [ 55,12 + 77,4 ] = 360 · 132,56 = 47707 ккал/м³

б) Расход тепла на сушку древесины для среднегодовых условий ведем по формуле:

= 360 · ( 0,38 + 0,6 ) · ( 80 - 7,3 ) = 360 · 71,246 = 25648 ккал/м³

Определяем расход тепла на нагрев 1 кг испаряемой влаги в 2^-х вариантах:

б) Среднегодовой

II.6. Расчет теплопотерь через ограждение камеры:

Камера УЛ-2 представляет собой металлическую камеру, собираемую из двух боковых, двух торцевых панелей и верхней секции. Панели 3^-х слойные из холодно-гнутых профилей и из полужестких минераловатых утеплителей, с внутренней стороны панели обшиваются алюминиевыми листами или листом из нержавеющей стали. Снаружи камера обшита гофрированным алюминием.

Алюминий

Строительное железо Стекловата 1 120 мм пенобетон

Пенобетон

50 мм стекловата

7 мм алюминий

8 мм строительное

железо

Гофрированный алюминий

Расчет теплопотерь через ограждения камеры производится по формуле в 2^-х вариантах:

а) Для зимних условий:

Q _{огр. зим.} = F · k ( t _кам. - (- t _зим. ) ) [ккал/кг] ;

б) Для среднегодовых условий:

Q _{огр. ср.год.} = F · k ( t _кам. - (- t _0ср.год ) ) [ккал/кг] ;

F - площадь ограждения камеры

k - коэффициент теплопередачи

t_кам. - температура внутри камеры

Для многослойных ограждений камеры рассчитывается по формуле:

£_в. - коэффициент теплопередачи от окружающей среды к внутренней поверхности ограждения.

£_в. = 22...25ккал/м² · ч · ºC

£_н. - коэффициент теплопередачи от наружной поверхности ограждения сушильной камеры к окружающей среде.

G ₁ , G ₂ , G ₃ , G_n - это толщина отдельных слоев ограждения в м.

λ₁ , λ₂ , λ₃ , λ _n - это коэффициент теплопроводности материала, принимается согласно справочных данных (Справочник по сушке древесины Е.С. Богданов )

k_пола - принимается 0,5 стены

k_пола = 0,5 · 0,6 = 0,3 ккал/м² · ч · ºC

Расчет теплопотерь ведется по таблице для зимних и для среднегодовых условий:

Расход тепла на испарение рассчитываем по формуле:

I₂ = I₁

I₀ - теплосодержание свежего приточного воздуха температурой t = 20ºC, подаваемого вентилятором из коридора управления.

I₀ = 12 ккал/кг

t_{мат .} - определяется по Id диаграмме ; t_мат. = t_м. - t_м. = 69ºC

d₀ - для свежего приточного воздуха при t = 20ºC,

d₀ = 12г/кг

Суммарный расход тепла на сушку 1кг испаряемой влаги определяем в 2^-х вариантах:

а) Зимой

С₁ - коэффициент запаса принимаем равным 1,2

б) Среднегодовой расчет

II.8. Выбор конструкции и определение нагрева поверхности калорифера.

В камере типа УЛ-2 установлены пластинчатые калориферы. Для камер периодического действия часовой расход тепла, который должен быть покрыт калорифером, рассчитываем по формуле:

Q = ( Q_исп. - Q_{огр.зим.} ) · С₂

Q_исп. - определяем по формуле:

Q_исп. = q_исп. · М_расч. [ ккал/кг ]

С₂ = 1,3

Q_исп. = 606 · 102,7 = 62236 [ ккал/кг ]

Q = (62236 +26693) · 1,3 = 115608[ ккал/кг ]

Площадь нагрева калориферов рассчитываем по формуле:

k - коэффициент теплопередачи калорифера

t_п. - температура пара, при давлении пара 0,45МПа, t = 147ºC

C₃ - коэффициент запаса принимаем равным 1,3

Для определения коэффициента k проводим предварительный расчет:

А) Укрупнено рассчитываем площадь нагрева калорифера

F= 6 · E

Где Е - емкость камеры F= 6 · 24,28 = 145,68

Б) Выбираем марку калорифера и его площадь нагрева по справочным данным (Справочник по сушке древесины Е.С.Богданов)

КФ - 12 ; F _1кал. = 88,8м²

ƒ_{жив.сеч.кал.} = 0,810 м²

В) Рассчитываем количество калориферов:

n_к. = =

Укрупнено берем 6 калориферов.

Г) Определяем суммарную площадь живого сечения калориферов

Σƒ_{жив.сеч.} = ƒ_{жив.сеч.} · n _к. = м²

Σƒ_{жив.сеч.} = 0,810 · 6 =4,86м²

ω_дейст. =

Е) Определяем весовую скорость воздуха циркулирующего внутри камеры:

ω₁ = ω_дейст. · ρ₁ = 9,5 · 0,87 = 8м/с

Ж) Определяем k по справочнику k = 21,2

З) Определяем площадь нагрева калорифера:

Окончательно в цех устанавливаем пластинчатые калориферы марки КФБ - 12 в количестве 6 штук.

II.9. Расчет расхода пара на сушку 1м³ древесины, на камеру в час и на сушильный цех.

Расход пара в процессе сушки на камеру в час рассчитываем в 2^-х вариантах:

Б) Среднегодовые условия

Расход пара на камеру в час в период нагрева определяем для зимних условий:

Q_нагр.ч = [ккал/ч]

τ_{нагрева} - это продолжительность нагрева расчетного материала, принимаем из расчета 2ч на 1см толщины

τ_{нагрева} Кедра 32 · 2 = 6,4часа

Максимальный часовой расход пара, потребляемого цехом определяется для зимних условий по формуле:

Д_цеха = m _{кам. прогрева} · Д_{прогрева} + m _{кам. суш.} · Д_{кам. суш.}

m_{кам. прогрева} - количество камер в которых одновременно осуществляется прогрев

Количество камер определяем 1/6 от общего нагрева камер.

Д_цеха = 1 · 415 + 5 · 342 = 415 + 1710 = 2125 [кг/ч]

Годовой расход пара на сушку всего заданного количества высушиваемых пиломатериалов рассчитывается по формуле:

Ф - объем фактически высушиваемого материала

С - коэффициент длительности выбирается в зависимости от средней продолжительности сушки материала τ_{ср. факт.}

= 7,5

Если τ_{ср. факт.} = 7,5 , то С по справочнику Е.С.Богданова в зависимости от отношения

τ_{ср. факт.} 7,5

τ_{факт.расчет.} ⁼ _2,9 ^{= 2,6}

С = 1,3

III. Аэродинамический расчет

2 1 13

3 12

4

5 11

6 7 9 10

8

_{0,2 1,8}

Т Т

III.1. Расчет площади участков

1)

Двен. = 1

2) Прямой участок

ƒ_уч.(2) = 14,4 · 1,5 = 21,6 м²

3) Поворот под углом 135º

ƒ_уч.(3;12) = 0,5 · 14,4 = 7,2м²

4) Сопротивление калорифера

ƒ_уч.(4) = ƒ_{жив.сеч.калориф.} · n_{калориф.} = 4,9 · 6 = 29,4м²

5) Прямой участок

ƒ_уч.(5;11) = 0,25 · 14,4 = 3,6 м²

6) Поворот под углом 90º

7) Внезапное сужение

ƒ_уч.(7) = F_{жив.сеч.шт.} = 15,5м²

8) Сопротивление штабеля

ƒ_уч.(8) = F_{жив.сеч.шт.} = 15,5м²

9) Внезапное расширение

ƒ_уч.(9) = F_{жив.сеч.шт.} = 15,5м²

Рассчитываем скорость сушильного агента на каждом участке по формуле :

Vц. - объем циркулирующего воздуха внутри камеры.

ƒ_уч - площадь участка

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

W₁ = 167400 / 3600 · 0.8 = 58.2 / 6_вен. = 9,7 м/с

W_{2 ;13} = 167400 / 3600 · 21,6 = 2,15 м/с

W_{3 ;12} = 167400 / 3600 · 7,2 = 6,46 м/с

W₄ = 167400 / 3600 · 29,4 = 1,6 м/с

W_{5 ;11} = 167400 / 3600 · 3,6 = 13 м/с

W_{6 ;10} = 167400 / 3600 · 34 = 1,4 м/с

W_{7 ;8;9} = 167400 / 3600 · 15,5 = 3 м/с

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Сопротивление воздуха на участках камеры:

Участок 1

Сопротивление при входе и выходе из кожуха вентилятора для камер с осевыми вентиляторами коэффициент трения воздуха принимаем ζ = 0,8

ρ - плотность воздуха = 0,87 кг/м³

w - скорость воздуха

2q - сила тяжести

h₁ = 0,87 · 9,7² / 2 · 9,8 · 0,8 = 3,34 кг/м²

Участок 2 ; 13

Сопротивление на прямом участке определяем по формуле:

ζ _тр - для металлических каналов принимается = 0,016.

l - длина канала = 14,4м

U - периметр канала (14,4 + 1,8) · 2 = 32,4м²

ƒ - площадь участка = 21,6м²

h _{2 ;13} = ((0,87 · 2,15² ) / 19,6) · ((0,016 · 14,4 · 32,4) / 86,4) · 2 = 0,18 [кг/м² ]

Участок 3 ; 12

Сопротивление на повороте под углом 135º , определяем по формуле:

ζ ₁₃₅ ^º - для поворота на 135º = 0,25

h _3;12 = ((0,87 · 6,46² ) / 19,6) · 2 · 0,25 = 0,9 [кг/м² ]

Участок 4

Сопротивление калорифера принимается по справочным данным, в зависимости от весовой скорости:

w · ρ [ кг/м² ]

1,6 · 0,87 = 1,4 [кг/м² ]

Участок 5 ; 11

Сопротивление на прямом участке определяем по формуле:

h _5;11 = ((0,87 · 13² ) / 19,6) · 2 · (0,016 ·14,4 ·(0,5 + 14,4) · 2) / (4 · 14,4) = 7[кг/м² ]

Участок 6 ; 10

Сопротивление на повороте под углом 90º , определяем по формуле:

Значение коэффициента ζ _тр для поворота определяем по справочным данным - ζ _тр для 90º = 1,1

h _6;10 = ((0,87 · 1,4 ² ) / 19,6) · 2 · 1,1 = 0,2 [кг/м² ]

Участок 7

Коэффициент трения при внезапном сужении определяется в зависимости от отношения ƒ / F по справочным данным

ƒ = 6,5 · 2,6 · 2 = 34м²

F = 14,4 · 2,9 = 42м²

ζ_тр. = 34/42 = 0,04

h ₇ = ((0,87 · 3 ² ) / 19,6) · 0,04 = 0,02 [кг/м² ]

Участок 8

Сопротивление штабеля

ζ _тр - сопротивление штабеля определяется по графику в зависимости от скорости воздуха по штабелю

w_штаб. = w · (1 - β_выс. ) = 3 · 0,46 = 1,38

ζ _тр. = 20

h ₇ = ((0,87 · 3 ² ) / 19,6) · 20 = 8 [кг/м² ]

Участок 9

Сопротивление при внезапном расширении определяется по формуле:

Коэффициент трения при внезапном сужении определяется в зависимости от отношения ƒ / F по справочным данным

ƒ = 6,5 · 2,6 · 2 = 34м²

F = 14,4 · 2,9 = 42м²

ζ_тр. = 34/42 = 0,04

h ₇ = ((0,87 · 3 ² ) / 19,6) · 0,04 = 0,02 [кг/м² ]

Суммарное сопротивление по кольцу циркуляции воздуха в камере

h _расч. = h₁ + h_{2 ;13} + h_{3 ;12} + h₄ + h_{5 ;11} + h_{6 ;10} + h ₇ + h ₈ + h ₉

h_расч. = 3,3 + 0,18 + 0,9 + 1,4 + 7 + 0,2 + 0,02 + 8 + 0,02 = 21,02 [кг/м² ]

III.2. Выбор вентилятора

Для выбора вентилятора имеются данные давления воздуха по характеристике.

h _хар. = h _расч. = 21,02 · (1,2/0,87) = 29 [кг/м² ]