Разработка лесосушильного цеха на базе сушильных камер ВК-4

 

Г=6,5×1,8×2,6×4=121,6(м3),

Пу=335/3,3×0,48×121,6=5926(м3/год).

 

Расчёт требуемого количества камер:

Требуемое количество камер  рассчитывается по формуле:

 

n=У/Пу

 

где У-общий объём условного материала, м3 усл. Пу-годовая производительность одной камеры в условном материале, м3усл/год.

Принятое количество камер  определяется округлением n до ближайшего целого числа.

 

n=(13080+8256+8064)/5926=4,9,

 

Принимаем к строительству 5 четырёхштабельных камер.

 

3.3 Разработка плана  сушильного цеха

 

Планировка цеха должна обеспечивать рациональную организацию всего  технологического процесса в цехе, механизацию трудоёмких погрузочно-разгрузочных и транспортных операций, соблюдение требований техники безопасности и  санитарных норм.

Состав основных участков и помещений цеха зависит от применяемого типа камер принятые способов и механизмов по формированию и расформированию  сушильных штабелей, а так же от планируемой работы и мощности цеха.

Основы для расчёта  площади сушильного цеха служит площадь  всех сушильных камер, определяемая исходя из конструкций камеры и их потребного количества определённого  в технологическом и составляющая в среднем 25,9% от общей площади  цеха.

 

Fк=l*b*m, м2

 

Где l- длинна сушильной камеры;

b - ширина сушильной камеры;

m - количества сушильных  камер.

 

Fк=14,4 × 6,2 × 5 = 446,4м2

Fцеха=Fк*100/25,9%,

 

де Fк - общая площадь сушильных камер;

,9% - среднее от общей Sцеха;

Ориентировочная площадь  цеха принимается

 

Fцеха=446,4*100/25,9=1728 м2.

 

4. Тепловой расчёт

 

4.1 Определение  массы испаряемой влаги

 

Цель теплового расчета  в паровых сушилках состоит в  определении расходов тепла и  пара, выборе типа конденсатоотводчиков.

В качестве расчетного материала  принимаю обрезные доски ель Т=40 мм. Расчет ведётся по 2-ой ступени сушки.

Количество испаряемой влаги  измеряют в двух вариантах [3]:

а) Количество влаги испаряемой из 1м3 древесины:

 

М1 м3=?б*( Wн-Wк)/100, кг/м3

 

где ?б -базисная плотность древесины, кг/м3;

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

 

Для ель: ?б = 365 кг/м3.

М1 м3=365*(60-12)/100=175,2 кг/м3

 

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

 

Мр=М1*Г* ?*Ак/(3600* ?суш), кг/с

 

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

Ак- коэффициент, учитывающий качество сушки.

 

?суш=?-(?н.п.+ ?ПВТО+ ?КВТО), ч

?суш=72-(6+4)=62

Мр=175,2*121,6*0,5*1,05*/(3600*62)=0,05 кг/с

4.2 Определение  параметров агента сушки

 

Определение параметров агента сушки на входе в штабель [3]:

.Парциальное давление  пара в воздухе:

 

Рп1= Рн1*?1 , Па

 

где Рн1-давление насыщенного  пара при температуре t1,Па.

Определяю по таблице Рн1=44000,Па

 

Рп1=44000*0,66=29040 Па

 

2.Влагосодержание воздуха:

 

d1=622*( Рп1/(100000 - Рп1)), г/кг

d1=622*(29040/(100000-29040))=254,6 г/кг

 

3.Теплосодержание воздуха:

 

JI=1.0t+0,001d1*(1.93t1+2490), кДж/кг

JI=1*73+0,001*254,6*(1,93*77+2490)=744,8 кДж/кг

 

4.Удельный объём воздуха:

 

V1=4,62*10-6*(t1+273)*(622+d1),м3/кг

V1=4,62×10-6*(77+273)*(622+254,6)=1,4м3/кг.

 

5. Плотность воздуха:

 

?1 =349-(132*d1/(622+d1))/(273+t1), кг/ м3

?1=349-(132*254,6/(622+254,6))/(273+77)=0,8 кг/ м3.

 

Параметров агента сушки  на входе в штабель представлены в таблице 9.

 

Таблица 9 - Параметры  агента сушки на входе в штабель

НаименованиеОбозначениеЕдиница измеренияЗначения1.Температура 2.Относительная влажность 3.Влагосодержание 4.Теплосодержание 5.Парциальное давление пара 6.Плотность 7.Удельный объёмt1 ?1 d1 J1Pn1 ?1 V1оС - г/кг кДж/кг Па кг/м3 м3/кг77 0,66 254,6 744,8 29040 0,8 1,4

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

Камеры периодического действия. Низкотемпературный процесс. Объем  циркулирующего по штабелю агента сушки  Vшт и температурный перепад в штабеле ?tшт взаимосвязаны между собой: чем выше скорость циркуляции, тем меньше ?tшт. Высокие значения ?tшт свидетельствуют о неравномерности просыхания материала, что влияет на качество сушки. Поэтому значение ?tшт не должно превышать величины ?t на первой ступени режима. Объем циркулирующего в единицу времени в штабеле агента сушки определяется по формуле:

 

Vшt =m*Vмат*Fж.с.шт,м3/с

 

где m- количество штабелей в  плоскости, перпендикулярной направлению  потока воздуха(принимаем два штабеля).мат - скорость циркуляции по материалу, соответствующая той, которая была принята при определении продолжительности сушки в технологическом расчете, м/с;ж.с.шт - площадь живого сечения штабеля (свободная для прохода агента сушки) , м2.

 

Fж.с.шт = L*H*(1-?д*?в), м2

 

где L,H - длина и высота штабеля, м;

?д, ?в - коэффициент заполнения штабеля по длине и высоте, определяются соответственно по формулам.

 

Fж.с.шт =6,5*2,6*(1-1*0,6)=6,8 м2

Vшt=2*2*6,8=27,2м3/с.

 

Влагосодержание агента сушки  на выходе из штабеля определяют по формуле:

 

d2=1000/?шт+d1, г/кг

 

где ?шт - удельный расход циркулирующего агента сушки (по сухой массе) на 1 кг испаряемой влаги, кг сух.возд./кг влаги:

 

gшт=Gшт/Мр; кг сух.возд/кг влаги

 

где Gшт - масса циркулирующего по материалу агента в единицу времени:

 

Gшт=Vшт/V1, кг/с

 

где V1 - приведенный удельный объем (принимается по Jd-диаграмме, по t1 и ?1 по расчетной ступени режима).

 

Gшт=27,2/1,4=19,5 кг/сшт=19,5/0,039=500 кг сух.возд/кг влаги

d2=1000/500+254,6=256,6 г/кг

 

Остальные параметры сушильного агента на выходе из штабеля можно  определить по аналогичным формулам, по которым определяли состояние  сушильного агента на входе в штабель.

 

t2=t1-((d2-d1)/(0,4+0,0003(d2+d1))), C0

t2=77-((256,6-254,6)/(0,4+0,0003(256,6+254,6)))=72,1C0

Рп2=(d2* 100000)/ (622 + d 2 ), Па

Рп2= (256,6*100000)/(622 +256,6) = 29205,6 Па

J2=1,0*73+0,001*254,6(1,93*77+2490)=744,8 кДж/кг

V2=4.62*10-6(273+72,1)*(622+256,6)=1,4 м3/кг.

p2=(349-(132*256,6)/(622+256,6))/(273+72,1)=0,9 кг/м3.

Рн2 = 40000 Па

?2 = Рп2 / Рн2,

?2= 29205,6/40000 = 0,73

 

Таблица 9 - Параметры  агента сушки на выходе из штабеля

Наименован иеОбозначениеЕдиница измеренияЗначения1.Температура 2.Относительная влажность 3.Влагосодержание 4.Теплосодержание 5.Парциальное давление пара 6.Плотность 7.Удельный объёмt2 ?2 d2J2 Pn2 ?2 V2С0 - г/кг кДж/кг Па кг/м3 м3/кг72,1 0,73 256,6 744,8 29205,6 0,9 1,4

4.3 Определение  расходов теплоты на сушку

 

4.3.1 Расход теплоты  на начальный прогрев

Расходы тепла на прогрев 1 м3 древесины для зимних условий:

 

qпр.1м3 зим = qпр.1 кг. зим.* pwн, кДж/м3

 

где qпр.1кг зим - затраты тепла на прогрев 1 кг влажной древесины в зимних условиях, кДж/м3; Определяется по диаграмме рис. 3 приложения, как сумма абсолютных теплосодержаний древесины заданной начальной влажности при нагреве от температуры tрасч.зим до температуры tпр. Температуру tрасч.зим определяю по таблице 32 приложения:

pwн - плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности, кг/м3. (определяю по диаграмме рис. 4 приложения).

 

qпр.1м3 зим = 355*590=209450 кДж/м3.

 

Расходы тепла на прогрев 1 м3 древесины для средних условий  qпр.1м3 ср. определяются аналогично при нагреве от температуры tср.:

 

qпр.1м3 ср. = 263*590=155170 кДж/м3.

 

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

 

Qпр.зим.=(qпр 1 м3зим * Гпр* ?ф)/ 3600 * ?пр, кВт

Qпр.ср.год=(qпр 1 м3ср * E/ 3600 * ?пр), кВт

 

где Гпр- габаритный объем прогреваемых штабелей, м3;

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

?пр - продолжительность начального прогрева древесины, ч.

 

Qпр.зим.=(209450*121,7*0,5)/3600*4=884,4 кВт.

Qпр.ср.год=(155170*121,7*0,5)/3600*4=655,2 кВт.

 

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

 

qпр.зим=qпр 1 м3/М1м3, кДж/кг пр.зим = 209450/175,2=1195,5 кДж/кг.пр.ср. = 155170/175,2=885,7 кДж/кг.

 

Расход теплоты на испарение  влаги

Удельный расход тепла  на испарение 1 кг влаги для зимних и средних условий:

при низкотемпературном процессе сушки (режим Н)

 

qисп=1000*(Ј2 -Ј0 )/(в2 -в0 )-Св*tм, кДж/кг

 

где Ј2 ,d2 - тепло и влагосодержание отработанного воздуха, выбрасываемого из камеры;

Ј0 ,d0 - тепло и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в камеру;

Св - удельная теплоёмкость воды, Св=4,19кДж/(кг.град.). При поступлении свежего воздуха из помещения цеха допустимо принять d0=10 г/кг, J0=46 кДж/кг.

 

tм=tс-?t=77-9=68 0Cисп= 1000 * ((744,8 -46)/(566,6 - 10)) - 4,19 * 68 = 2515,08 кДж/кг.

 

Расход тепла в камере на испарение влаги для зимних и средних условий:

 

Qисп=qисп* Мр, кВт

 

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

Мр - расчётное количество испаряемой влаги, кг/с.

 

Qисп зим= 2515,08 * 0,05= 125,8 кВт.

Qисп ср.=2515,08 * 0,05 = 125,8 кВт

 

4.3.2 Тепловые потери  через ограждения

Удельный расход тепла  на потери:

 

Qогр.зим=S*К*(tкам-tрасч)*С*10-3, кВт

 

где S - площадь поверхности  ограждения, м2

K - коэффициент теплопередачи  данного ограждения, Вт/(мг2 рад).

Значения К принимаются из таблицы. 33 приложения.

tкам - температура агента сушки в камере. Определяется как среднее значение температуры на входе и выходе из штабелей, то есть

 

tкам=(t1 + t2)/2,0С

tкам=(77+72,1)/2=77,550С.

 

где tрасч - расчётная температура вне камеры для зимних условий, 0С;

C - коэффициент увеличения  потерь при нормальных режимах  равен 2.

 

Qогр.зим = 56,5*0,5*(77,55-(-20))*2*10-3 = 3,3 кВт

Qогр.ср = 56,5*0,5*(77,55-5,4)*2*10-3 =2,2 кВт

 

Расчет потерь тепла через  торцовую стену со стороны дверей:

 

Qогр.зим = 11,3*0,48*(77,55-20)*2*10-3 = 0,6 кВт

Qогр.ср = 11,3*0,48*(77,55-20)*2*10-3 = 0,6кВт

 

Расчет потерь тепла через  торцовую стену со стороны коридора управления:

 

Qогр.зим = 24,2*0,48*(77,55-20)*2*10-3 = 1,3 кВт

Qогр.ср = 24,2*0,48*(77,55-20)*2*10-3 =1,3 кВт

 

Расчет потерь тепла через  двери:

 

Qогр.зим = 12,9*0,39*(77,55-20)*2*10-3 = 0,6 кВт

Qогр.ср = 12,9*0,39*(77,55-20)*2*10-3 = 0,6 кВт

 

Расчет потерь тепла через  потолок:

 

Qогр.зим = 75,8*0,24*(77,55-(-25))*2*10-3 = 3,5 кВт

Qогр.ср = 75,8*0,24*(77,55-5,4)*2*10-3 = 2,5 кВт

 

Расчет потерь тепла через  пол:

 

Qогр.зим = 75,8*0,25*(77,55-2)*2*10-3 = 2,8 кВт

Qогр.ср = 75,8*0,25*(77,55-10)*2*10-3 = 2,5 кВт

 

Расчёт потерь тепла через  ограждения камеры свожу в таблицу 10, а для средне годовых условий представлен в таблице 11.

 

Таблица 10 - Потери тепла через ограждения камеры

Наименование огражденияПлощадь, м2Коэффициент теплопередач, Вт/(м2,град)ТемператураТепловые потери, кВтСредняя в камере, 0СНаружная, 0С1.Наружная боковая стена56,50,577,55-203,32.Торцевая стена со стороны дверей 11,3 0,48 77,55 20 0,63. Торцевая стена со стороны коридора 24,2 0,48 77,55 20 1,34.Дверь12,90,3977,55200,65.Потолок 75,80,2377,55-253,56.Пол75,80,2577,5522,8

Таблица 11 - Потери тепла через ограждения камеры для  средне годовых условий

Наименование огражденияПлощадь, м2Коэффициент теплопередач, Вт/(м2,град)ТемператураТепловые потери, кВтСредняя в камере, 0СНаружная, 0С1234561.Наружная боковая стена56,50,577,555,42,22.Торцевая стена со стороны дверей 11,3 0,48 77,55 20 0,63.Торцевая стена со стороны коридора 24,2 0,48 77,55 20 1,34.Дверь12,90,3977,55200,65.Потолок 75,80,2377,555,42,56.Пол75,80,2577,55102,5

4.3.4 Суммарные расходы  теплоты

Общие теплопотери через ограждения камеры для зимних ?Qогр.зим и средних ?Qогр.ср. находятся путём суммирования потерь тепла через все ограждающие конструкции.

 

?Qогр.зим = 3,3+0,6+1,3+0,6+3,5+2,8 =12,1 кВт

?Qогр.ср. = 2,2+0,6+1,3+0,6+2,5+2,5=9,7 кВт

 

Удельный расход тепла  на потери через ограждения (на 1кг испаряемой влаги) :

 

qогр. = ?Qогр. / Мр, кДж/кг

qогр.зим =12,1 / 0,05 = 242 кДж/кг

qогр.ср. = 9,7 / 0,05 = 194 кДж/кг

 

Суммарный удельный расход тепла  на сушку для зимних условий:

 

qзим = (qпр.зим+qисп.зим+qогр.зим)*С1, кДж/кг

qзим = (1195,5 + 2515,08 + 242) * 1,2 = 4743,1 кДж/кг

 

Суммарный удельный расход тепла  на сушку для средних условий:

 

qср. = (qпр.ср.+qисп.ср.+qогр.ср)*С1, кДж/кг

qср. =(885,7+2515,08+194)*1,2=4313,8 кДж/кг

 

4.4 Определение  расхода пара

 

Максимальный расход пара в секунду:

- для камеры периодического  действия в период прогрева:

 

Dпр.зим = (Qпр.зим+ ?Qогр.зим)/r, кг/с

 

где r - теплота преобразования пара, кДж/кг (таблица 34 приложения).

 

Dпр.зим =(884,4+12,1)/2148=0,4 кг/с

 

- для камеры периодического  действия в период сушки

 

Dсуш.зим = (Qисп.зим+ ?Qогр.зим)/r, кг/с

Dсуш.зим = (98,08+12,1)/2148=0,05 кг/с.

 

Максимальный расход пара сушильным цехом в единицу  времени:

на блок камер периодического действия:

 

Dцехазим =Dпр.зим* nпр+Dсуш.зим* nсуш, кг/с

 

где nпр - число камер, в которых одновременно производится прогрев древесины, равен 1/3…1/6 от общего числа камер nк, но не менее одной;

nсуш - число камер в которых производится сушка:

 

nсуш=nк-nпр

 

где nк - принятое число сушильных камер.

 

nпр= 5/3 = 2 камеры