Тепловий розрахунок

ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

Вступ

Лісопильна і деревообробна промисловість мають сушильні господарства, в склад яких входять сушильні камери різних конструкцій, як вітчизняні, так і закордонні. Останнім часом вони поповнилися сушильними камерами з підвищеною висотою штабелів.

Розвиток лісосушильної техніки базується на конструкції нових типів камер, які є результатом інтенсивної науково-дослідної діяльності. Проектними організаціями розроблені типові робочі проекти досконаліших сушильних камер, налагоджено випуск збірно-металевих камер, налагоджено випуск збірно-металевих камер, що в значній мірі сприяє швидкому нарощуванню потужностей лісосушильного господарства країни.

Діючі лісосушильні камери застарілих конструкцій підлягають модернізації. Велике значення має правильна експлуатація камер. Все це є додатковим резервом збільшення об’єктів сушіння без додаткових капітальних затрат.

В теперішній час намітилися нові тенденції розвитку техніки і технології сушіння, глибше вивчається досвід закордонних країн щодо зменшення потужностей електродвигунів приводу вентиляторів, покращення якості сушіння.

1.2 Коротка характеристика підприємства

28 грудня 2006-го року на території колишньої фабрики меблі «ттт» Коломийського р-н, с. П’ядики, вул. Н. Водоставської 10 було створено цех по виробництву корпусних меблів ПП Ткачик А.М. На першому етапі створення цех налічував трьох працівників та керівника виробництва. Основними завданнями цеху було виробництво корпусних меблів (зокрема кухонь та віталень).

Цех працював на базі наступних верстатів: форматно-розкрійний та крайко-личкувальний.

З 2008-го року меблеве виробництво запровадило нову систему потоку виробництва: лінія стандартних меблів та лінія дизайнерських меблів, які виготовлялися під замовлення клієнта. Основним вектором роботи меблевого цеху було і залишається постійне удосконалення та розширення виробничих потужностей. Разом з тим в цей період було відкрито цех по обробці скла, що повністю забезпечував потреби виробництва корпусних меблів.

З 2010року, внаслідок розформування фабрики меблів «ттт», виробництво корпусних меблів, цех по обробці скла та комерційні приміщення, продовжили свою діяльність в м. Коломия. І вже з 2011року цех по виробництву меблів працює за адресою м. Коломия, вул.. Симоненка 2Б/8, як ПП «Іворі». На даному етапі-це молоде підприємство з шестирічною історією змін та удосконалень. Підприємство працює по напрямках: виробництво корпусних меблів, обробка скла та солярня, комерційно-складські приміщення по продажу готових меблів, комплектуючих та готової фурнітури. Основа підприємства – молода та творча команда, завжди готова вчитись та удосконалюватись. Зараз в роботі підприємства використовується наступне обладнання: форматно-розкрійний, крайко-личкувальний, сверлильно-присадочний, АПК, верстати стрічковий щліфувально-полірувальний та ін.

1.3 Обґрунтування теми проекту

На підприємстві «Іворі» сушильне господарство відсутнє. В той час, коли підприємство має гостру потребу в сухих заготовках. В зв’язку з тим, що підприємство виготовляє пагонажні вироби, столярні вироби,та вироби на замовлення населення, тому я пропоную збудувати сушильний цех на базі сушильної камери марки СПЛК-1. Камера СПЛК-1 призначена для сушіння пиломатеріалів різних деревних порід і товщини в повітряному середовищі нормальними чи форсованими режимами при температурі сушильного агента до 180 ⁰С. Дана камера зручна, компактна у використанні. Має два вентилятора, які розміщені один над іншим, за допомогою яких проходить рівномірний розподіл повітря. Теплове обладнання складається з двох рядів чавунних двохметрових ребристих труб, які встановлені вертикально.

На базі лісосушильної камери СПЛК-1 рекомендується розробляти проекти лісосушильних господарств і цехів потужністю до 2,5 тис. м³ умовних пиломатеріалів в рік.

Камера рекомендується для деревообробних підприємств по виготовленню меблів, лиж, музичних інструментів, паркету, столярних виробів та спеціальної тари. Вона забезпечує сушіння пиломатеріалів по І і ІІ категоріях якості.

2. РОЗРАХУНКОВО-ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА

2.1 Технологічний розрахунок

Кінцевою метою технологічного розрахунку є визначення кількості камер для висушування заданого річного об’єму пиломатеріалів.

2.1.1 Вибір режимів сушіння

Залежно від вимог, які ставлять до якості висушених пиломатеріалів, вони можуть висушуватись пиломатеріалами, різних категорій за температурним рівнем: м’який (М), нормальний (Н), форсований (Ф) і високотемпературний (ВТ).

При сушінні до транспортної вологості за нульовою категорією (О), категорією якості сушіння використовують м’які режими сушіння. При сушінні до експлуатаційної вологості за І категорією використовують нормальні режими, а у випадках, коли ставлять особливі вимоги до якості деревини – м’які режими. При сушінні до експлуатаційної вологості за ІІ і ІІІ категоріями якості можуть використовуватись нормальні, форсовані і високотемпературні режими.

Вибір режимів сушіння здійснюється згідно з ГОСТ 19773-84 залежно від породи, товщини і призначення. Режими сушіння для заданих специфікацій пиломатеріалів і заготовок заносимо до таблиці 2.1.

Режими сушіння камер періодичної дії

Таблиця 2.1

№ п/п	Порода	Товщина	Номер і індекс режиму	Номер ступені режиму	Зміна W деревини	Параметри режиму
t, ^ОС	^ОС	%
	Ялина		4-Н		70 – 35 35 – 25 25 – 8			0,8 0,64 0,29
	Бук		5-Б		90 – 30 30 – 20 20 – 8			0,86 0,75 0,34
	Піхта		4-Н		65 – 35 35 – 25 25 – 8			0,80 0,64 0,29
Продовження таблиці 2.1
	Бук		5-В		70 – 30 30 – 20 20 – 8			0,82 0,71 0,32
	Бук		6-Б		90 – 30 30 – 20 20 – 8			0,85 0,74 0,34
	Липа		4-Б		70 – 30 30 – 20 20 – 8			0,83 0,72 0,34

2.1.2 Розрахунок тривалості сушіння і обороту камери

Розрахунок тривалості в камерах періодичної дії при низькому температурному процесі. Загальна тривалість сушіння фактичного і умовного матеріалу з врахуванням початкового прогрівання і термовологообробки визначають за формулою, год.:

(2.1)

де - вихідна тривалість власне сушіння пиломатеріалів заданої породи і розмірів нормальним режимам від початкової вологості W_П = 60 % до кінцевої W_К = 12 % у камерах з реверсивною циркуляцією середньої інтенсивності, год.;

поправочні коефіцієнти, які враховують: категорію режиму сушіння - ; інтенсивність циркуляції - ; початкову і кінцеву вологість - ; якість сушіння - ; довжину матеріалу - .

Значення коефіцієнтів знаходяться в таблиці Д-1-Д-6.

Швидкість циркуляції агента сушіння по матеріалу в штабелі необхідно брати для камер різних типів такою:

1. Камери з потужного реверсивною або нереверсивною циркуляцією типу ЛТА – Гіпродрев (ВК – 4), СПВ, УЛ, СПЛК, СПМ, ДЛТІ – 2 і аналогічні їм W шт. = 1,5 … 2,5 м/с;

2. Камери з реверсивною циркуляцією середньої інтенсивності типу УНІІМОД – 23, ежекційно-реверсивні ЛЛТІ – 1, ЛЛТІ – 3, та аналогічні їм W_шт = 1,0 … 1,5 м/с;

3. Камери зі слабкою реверсивною або нереверсивною циркуляцією типу ЦНІІМОД – 39, модернізовані камери Груш – Гржимайло, Пекар зі швидкістю руху повітря W шт. = 0,5 … 1,0 м/с;

4. Камери з природною циркуляцією типу Груш – Гржимайло, Пекар зі швидкістю руху повітря W шт. = 0,2 … 0,5 м/с.

Тривалість камерообороту при сушінні в камерах періодичної дії, діб:

(2.2)

де – тривалість сушіння;

– тривалість завантажування і розвантажування камери, беруть 0,1 доби при механізованому завантаженні.

Результати розрахунків сушіння і обороту камери для фактичного і умовного матеріалу зводимо в таблицю 2.2.

Таблиця 2.2.

Розрахунок тривалості сушіння і обороту камери

Характеристика пиломатеріалів	Ка-те-го-рія яко-сті	Кате-горія режи-му суші-ння	Трива-лість суші-ння, tвих, год	Коефіцієнти	tсуш	tоб, діб
Порода	Тов- щи-на, мм	Шири- на,мм	Воло- гість,%
Wп	Wк	Ар	Ац	Ав	Ак	Ад	год	Діб
Ялина					ІІ	Н		1,0	0,79	1,35	1,15	1,0	105,5	4,4	4,5
Бук					ІІ	Н		1,0	0,90	1,30	1,15	1,0	188,37	7,85	7,95
Піхта					ІІ	Н		1,0	0,72	1,30	1,15	1,0	73,19	3,05	3,15
Бук					ІІ	Н		1,0	0,90	1,35	1,15	1,0	152,3	6,34	6,44
Продовження таблиці 2.2
Бук					ІІ	Н		1,0	0,90	1,35	1,15	1,0	278,05	11,58	11,68
Липа					ІІ	Н		1,0	0,79	1,35	1,15	1,0	107,93	4,5	4,6
Умовний матеріал (сосна)					ІІ	Н		1,0	0,88	1.00	1.15	1,0	79,95	3,33	3,43

2.1.3 Перерахунок об’єму фактичного пиломатеріалу в об’єм умовного матеріалу

За умовний матеріал беруть соснові обрізки дошки товщиною 40 мм, шириною 150мм, довжиною, що перебільшує 1 м, які висушуються за ІІ категорією якості від початкової вологості 60 % до кінцевої 12 % нормальними режимами.

Об’єм висушуваного пиломатеріалу, заданого специфікацією Ф (м³), перераховується в об’єм умовного матеріалу У (м³ ум.) за формулою:

(2.3)

де Ф – об’єм фактичного пиломатеріалу, який підлягає сушінню, м³;

К – коефіцієнт перерахунку.

(2.4)

де - коефіцієнт тривалості обороту камери:

(2.5)

де – тривалість камерообороту при сушінні фактичного матеріалу, в добах;

– тривалість камеро обороту при сушінні умовного матеріалу в добах;

Ке – коефіцієнт місткості камери.

(2.6)

де - місткість камери в умовному матеріалі;

- місткість камери в фактичному матеріалі;

- коефіцієнт об’ємного заповнення штабелю умовним матеріалом;

- коефіцієнт об’ємного заповнення штабелю фактичним матеріалом.

Нормативні значення об’ємного коефіцієнта заповнення штабелю вибирають з табл. Д.17. при цьому вказані в таблиці Д17 значення об’ємного коефіцієнта заповнення штабелю визначаємо за формулою:

(2.7)

де - лінійні коефіцієнти заповнення штабелю по його довжині, ширині, висоті.

(2.8)

- товщина прокладок;

- об’ємне всихання деревини, яке враховує зменшення її об’єму при всиханні до номінальної кінцевої вологості W_к = 15 %, для товарних експортних пиломатеріалів беруть у середньому W_к = 7 %.

Коефіцієнт залежить від способу укладання пиломатеріалів у штабель (без шпацій) і виду пиломатеріалів (обрізні). Значення коефіцієнта вибирають за таблицею Д 18.

Якщо в штабель вкладають заготовки, що не перебільшують 32 мм, шириною не більше ніж 70 мм, довжиною не більше за габаритну ширину штабелю, то як прокладки можна використовувати самі заготовки і для такого штабелю β_в беруть залежно від довжини заготовок:

При l заг. = 0,5 м. β_в = 0,6

При l заг. = 1,0 м. β_в = 0,58

При l заг. = 1,0 … 2,0 м. β_в = 0,55

Перерахунок об’єму фактичного матеріалу в об’ємі умовного матеріалу зводять до таблиці 2.3.

Таблиця 2.3.

Перерахунок об'єму фактичних пиломатеріалу в об'єм умовного матеріалу

Характеристика матеріалу	Тривалість обігрівання камери, діб	Коефіцієнти	Об’єм Пиломатеріалів
Порода	Товщина мм	Ширина мм	tоб.ф	tоб.у	Кt	bф	bум	Ке	Заданий Ф, м^3	В умовному матеріалі
Ялина			4,50	3,43	1,31	0,438	0,438	1,0
Бук			7,95	3,43	2,32	0,438	0,438	1,0
Піхта			3,15	3,43	0,92	0,399	0,438	1,09
Бук			6,44	3,43	1,88	0,399	0,438	1,09
Бук			11,68	3,43	3,40	0,474	0,438	0,92
Липа			4,60	3,43	1,34	0,399	0,438	1,09

Всього: åф=2500м åу=5046м

2.1.4 Розрахунок річної продуктивності камери в умовному матеріалі

Річну продуктивність камери в умовному матеріалі визначають за формулою м³ ум/рік

(2.9)

де 335 – тривалість роботи камери в рік, діб;

- тривалість камеро обороту при сушінні умовного матеріалу;

Г – габаритний об’єм усіх штабелів у камері, м³.

(2.10)

де L, B, H – відповідно габаритна довжина, ширина, висота штабелю, м;

m - кількість штабелів в камері;

β_ум – коефіцієнт об’ємного заповнення штабелю умовним матеріалом.

2.1.5 Розрахунок необхідної кількості сушильних камер

Необхідна кількість сушильних камер визначають за формулою:

(2.11)

шт..

де ∑V – загальний об’єм умовного матеріалу, визначено з таблиці 2.3.

П_у – річна (планова) продуктивність однієї камери в умовному матеріалі.

Взята кількість камер визначається округленням до ближчого цілого числа. Беремо для будівництва 4 камери. З завантаженням

Тепловий розрахунок

Тепловий розрахунок лісосушильних камер проводять з метою визначення витрат теплоти на сушіння, витрати пари, виробу і розрахунку обладнання (калориферів, конденсантовивідників).

2.2.1 Вибір розрахункового матеріалу

При проектування лісосушильних камер за розрахунковий матеріал беруть, як правило соснові дошки обрізні, товщиною 25 мм, шириною, не менше ніж 180 мм, початкова вологість близько 80 %, кінцева залежить від призначення.

Якщо в завданні на проектування немає таких дощок, то за розрахунковий матеріал беруть той, що найшвидше висихає із заданої специфікації. В цьому випадку камери забезпечують сушіння будь-якого матеріалу із заданої специфікації.

Приймаю за розрахунковий матеріал – піхту товщиною 32 мм.

2.2.2 Визначення параметрів агента сушіння на вході в штабель

Агент сушіння – вологе повітря. За вибраним розрахунковим матеріалом, режимом сушіння призначають розрахункову температуру t₁, і відносну вологість φ₁ на вході в штабель. Для камер періодичної дії ці параметри беруть за ІІ (середнім) ступенем режиму, а для камери безперервної дії з протічною циркуляцією вони відповідають параметрам в сухому кінці камери (t₁, φ₁).

Вологість d₁, тепловий I₁, густина ς₁, і питомний об’єм V₁ визначають Іd – діаграмою. Значення параметрів агента сушіння на вході в штабель записують до таблиці 2.4.

Параметри агента сушіння на вході в штабель

Таблиця 2.4

Назва	Позначення	Одиниця	Значення
1. Температура	t1	^оС
2. Відносна вологість	φ1	-	0,64
3. Вологість	d1	г/кг
4. Тепловміст (ентальпія)	I1	кДж/кг
5. Парціальний тиск	Pn1	Па
6. Густина	ρ1	кг/м^3	0,86
7. Питомий об’єм	V1	м^3/кг	1,49
8. Температура мокрого термометра	tm	^оС

Якщо точка 1, яка характеризує на Id – діаграмі стан повітря на вході в штабель, виходить за межі діаграми, параметри повітря на вході в штабель визначають аналітично, г/кг:

(2.12)

де Ра – атмосферний тиск повітря (Ра = 1 бар) = (10³ Па).

Рп – парціальний тиск водяної пари, Па.

Оскільки, то Па.

де φ₁ – відносна вологість повітря на розрахунковому ступені режиму сушіння.

Рп₁ – тиск насищеної водяної пари при розрахунковій температурі режиму сушіння.

Тепловміст повітря, кДж/кг.

І₁ = 1,0 ∙ t₁ + 0,001 ∙ d₁(1,93 t + 2490) (2.13)

Густина повітря, кг/м³:

(2.14)

Зведений питомний об’єм, м³:

(2.15)

де Т₁ – термодинамічна температура, град:

Т₁ = 273 + t₁ (2.16)

Агент сушіння – перегріта пара. При використанні високотемпературних режимів у камерах періодичної дії параметри (t₁, φ₁) агента сушіння на вході в штабель визначають за першим ступенем (див. табл.1), W > 20 %, тепловміст І₁, густина ρ₁, питомний об’єм V₁ і питому теплоємкість перегрітої пари визначають за таблицею Д.20.

2.2.3 Розрахунок кількості випаровуваної вологи

Маса вологи, що випаровується з 1 м³ деревини, кг/м³:

(2.17)

де ρ_ум – умовна густина розрахункового матеріалу;

W_n, W_к – початкова і кінцева вологість розрахункового матеріалу;

Маса вологи, що випаровується за час одного камеро обороту кг/об.

(2.18)

де Е – місткість камери м³

(2.19)

де Г – габаритний об’єм всіх штабелів у камері, м³;

β_ф – коефіцієнт об’ємного заповнення штабелю фактичним матеріалом.

Значення Г і β_ф визначені в технологічному розрахунку.

Маса вологи, що випаровується з камери за секунду, кг:

(2.20)

де τ_вл.суш. – тривалість власне сушіння розрахункового матеріалу без врахування тривалості початкового прогрівання і термовологообробок, год.

(2.21)

τ_суш – загальна тривалість сушіння розрахункового матеріалу, год.;

А_К – коефіцієнт, який враховує якість сушіння, його значення було визначено в технологічному розрахунку.

Розрахункова кількість випаровуваної вологи за секунду, кг:

(2.22)

де х – коефіцієнт нерівномірності швидкості сушіння, рекомендується брати х = 1,2 для камер періодичної дії при сушінні повітрям до W_к = 12 – 15 %.

2.2.4 Розрахунок об’єму циркулюючого агента сушіння і його параметрів на виході зі штабелю

Об’єм циркулюючого по матеріалу агента сушіння м³/с;

V_ц = ω шт. ∙F_ж п.шт. (2.23)

V_ц = 2,5 ∙7,44 = 18,6 м³/с

де ω шт. – розрахункова швидкість циркуляції агента сушіння через штабелів штабель, м/с;

з технічної характеристики камери:

F_ж п.шт. – живий перетин штабелю, м².

(2.24)

де n – кількість штабелів в площині, перпендикулярній до напрямку циркуляції агента сушіння;

l, h – довжина і висота штабелю, м;

β_в – коефіцієнт заповнення штабелю по довжині.

Маса циркулюючого матеріалу агента сушіння за секунду, кг:

(2.25)

де V₁ – питомний об’єм агента сушіння на розрахунковому ступені режиму.

Питома витрата циркулюючого агента сушіння на 1 кг випаровуваної вологи, кг/кг вол.:

(2.26)

кг/кг вол.

Вологість агента сушіння на виході зі штабелю, г/кг:

(2.27)

Інші параметри агента сушіння на виході зі штабелю визначають за допомогою побудови ліній процесу сушіння на Іd – діаграмі. Точку 1, яка характеризує стан агента сушіння на вході в штабель, знаходимо за t₁, φ₁.

Точку 2, яка характеризує параметри агента сушіння на виході з штабелю, знаходимо на перетині лінії І = const (I₁ = I₂), яка виходить з точки 1, з лінії d₂ = const. (рисунок 1).

t₂ = 67 ^оС

φ₂ = 0,90

d₂ = 182 ^оС

p_n2 = 24000 Па

I₂ = 550 кДж/кг

ρ₂ = 0,940 кг/м³

V_пр.г = 1,21 м³/кг

t_м = 63 ^оС

Рис.2.1 Схема побудови лінії процесу сушіння на Id -діаграмі

Параметри вологого повітря на виході зі штабелю у вологому кінці камери безперервної дії можна визначити за допомогою побудови теоретичного процесу, тобто лінія І₁ = І₂ = const доводиться на Іd – діаграмі до лінії t₂ = tm + ∆t₂ передбаченої режимами сушіння при Wn > 50 % або Wn < 50 %.

Значення t_m = t_1m - ∆t₁ - ∆t₂ визначають за режимом сушіння. Точка перетину 1 визначає параметри агента сушіння на виході зі штабелів.

Питома витрата циркулюючого агента сушіння на 1 кг випаровуваної вологи, кг

(2.28)

кг

Маса циркулюючого по матеріалу агента сушіння за секунду, кг.

кг (2.29)

кг

де Мр – розрахункова кількість випаровуваної вологи за секунду.

Об’єм циркулюючого по матеріалу агента сушіння визначають за формулою:

м³/с (2.30)

де ω_шт – швидкість циркуляції агента сушіння по матеріалу, м/с;

F_{ж п.шт}. – площа живого перетину штабелю, м²,

(2.31)

м²

Якщо точка 2 виходить за межі Іd – діаграми, параметри повітря на виході зі штабелю визначають аналітично:

І₂ = І₁, d₂ за формулою (2.27)

(2.32)

ρ₂, V₂ – визначають за формулами (2.14), (2.15).

Таблиця 2.5

Параметри агента сушіння на виході зі штабелю

Назва	Позначення	Одиниця	Значення
1. Температура	t2	^оС
2. Відносна вологість	φ2	-	0,9
3. Вологовміст	d2	г/кг
4. Тепловміст	I2	кДж/кг
5. Парціальний тиск	Pn2	Па
6. Густина	ρ2	кг/м^3	0,88
7. Питомий об’єм	V2	м^3/кг	1,47
8. Температура мокрого термометра	tm	^оС

2.2.5 Розрахунок припливно-витяжних каналів

Питома маса свіжого і відпрацьованого повітря, кг. пов/кг. вип..вол.:

кг пов./кг (2.33)

де d₀ – вологість свіжого повітря, г/кг, при t = 20 ⁰С, φ = 60 %.

Об’єм свіжого і відпрацьованого повітря, м³/с.

(2.34)

м³/с

(2.35)

м³/с

де V₀ – питомний об’єм свіжого повітря, м³/кг;

V₂ – питомний об’єм відпрацьованого повітря, м³/кг.

Площа перетину витяжного або припливно-витяжних каналів, м³:

м³ (2.36)

де V – об’єм свіжого V₀ або відпрацьованого агента сушіння;

ω_кан – швидкість руху агента сушіння в каналах, м/с, ω_кан = 3 … 9 м/с, (для повітря).

Приливно-витяжні канали (труби) можуть бути круглої, квадратної або прямокутної форми. Знаючи F_кан, можна визначити розміри:

При круглій формі діаметра каналу, м:

(2.37)

м

Дата добавления: 2015-10-02