1. Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём условного материала

Для учёта производительности лесосушильных камер и планирования их работы установлена неизменная учётная единица – кубометр условного материала, которому эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1 м, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60 до конечной 12%

Определение коэффициентов объёмного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами β_Ф и условным материалом β_У.

Таблица 1

Порода, вид и размеры пиломатериалов, мм	βВ	βШ	βД	К0	Wном, %	Wк, %	У0, %	βу, βФ	КЕ= βу = βФ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Осина, строительный материал, 25не обрезнаяx6500	0,5	0,6	1	0,41	20	12	3,28	0,290	1,565
Лиственница, для мебели, 3240x 3250	0,561	0,9	1	0,52	20	8	6,24	0,473	0,96
Сосна, заготовки для мебели, 4060x 3250	0,615	0,9	1	0,44	20	8	5,28	0,524	0,866
Сосна, обрез. пиломат. 40150 5500 (усл. матер.)	0,615	0,9	0,85	0,44	20	12	3,52	0,454	---

1.2. Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале, м³ усл./год, определяется по формуле:

П_У=Е_Уn_У,

где Е_У – вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м³/усл.;

n_У – число оборотов камеры в год при сушке условного материала.

Вместимость камеры в условном материале, м³/усл., находится по формуле:

Е_У=Гβ_У, Е_У=70,2*0,454=32 м³/усл

где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м³; β_У – коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом (определяется так же, как и β_Ф по формулам или таблицам).

Габаритный объём штабелей Г, м³, вычисляется по выражению:

Г=nlbh. Г=2*6,5*1,8*3,0=70,2 м³

где n – число штабелей в камере; l, b, h, - соответственно габаритная длина, ширина, и высота штабеля, м.

Число оборотов камеры в год (число загрузок), об/год, определяется по выражению:

335

n_У= ────

τ_ОБ.У

где 335 – время работы камеры в году, суток; τ_ОБ.У – продолжительность оборота камеры для условного материала, суток.

В конечном виде формулу для определения П_У, м³усл./год, можно записать:

335 335

П_У=Гβ_У ──── П_У=70,2*0,454 ────=3140 м³усл./год

τ_ОБ.У 3,4

1.3. Определение необходимого количества камер

ΣУ 7455

n_КАМ= ─── = ──── = 3 шт

П_У 3140

где ΣУ – общий объём условного материала; П_У – годовая производительность одной камеры в условном материале.

1.4. Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха (участка)

Производственная мощность лесосушильного цеха П_ЦЕХА, м³усл./год, определяется суммой произведений числа камер соответствующего типа П_Уl, м³усл./год,

П_ЦЕХА=Σn_lП_Уl.

П_ЦЕХА=3*3140=9420 м³усл./год

2.1. Выбор расчётного материала

За расчётный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации.

В данном случае Осина, толщина 25 мм, длина 6,5мм, не обрезная, строительный материал. Начальная влажность 60% конечная 12%.

2.2. Определение массы испаряемой влаги

2.2.1. Масса влаги, испаряемой из 1м³ пиломатериалов, кг/м³

W_Н-W_К 60-12

m_1м3=ρδ ────── = 400───── =192 кг/м³

100 100

где ρδ – базисная плотность расчётного материала, кг/м³; W_Н, W_К - соответственно начальная и конечная влажность расчётного материала, %.

2.2.2. Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, кг/оборот

m _ОБ.КАМ= m _1м3Е=192*20,3=3898 кг/оборот Е=Г β_Ф=70,2*0,290=20,3 м³

где Е – вместимость камеры, м³; Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м³; β_Ф – коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом.

2.2.3. Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с

m _ОБ.КАМ 3898

m _С= ──────── = ───────── =0,021кг/с

3600τ_{соб.суш} 3600*51,3

τ_{соб.суш}= τ_суш-( τ_пр+ τ_{кон.ВТО})=58-(4,7+2)=51,3ч

τ_пр=2,5*1,5*1,25=4,7 ч

где τ_суш – продолжительность сушки расчётного материала, ч, τ_пр – продолжительность начального прогрева материала, ч; τ_{кон.ВТО} – продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч.

Продолжительность начального прогрева можно ориентировочно принимать для мягких хвойных пород 1,5 ч на каждый см толщины расчётного материала; для берёзы, осины, ольхи и др. мягких лиственных пород время прогрева увеличивается на 25%, а для пиломатериалов твёрдых пород (дуб, бук, лиственница и др) – на 50%.

2.2.4. Расчётная масса испаряемой влаги, кг/с

m _Р= m _Сk=0,021*1,2=0,025 кг/с

где k – коэффициент неравномерности скорости сушки (рекомендуется принимать k=1,2 для камер периодического действия при сушке воздухом до W_К=12-15%; k=1,3 при W_К<12%; при сушке в среде перегретого пара соответственно k=1,3 и k=1,4).

2.10. Определение диаметров паропроводов и конденсатопроводов

1. Диаметр главной паровой магистрали d_МАГ, м, в сушильном цехе (от теплового ввода до крайней камеры в блоке):

Р_ЦЕХА 1023

d_МАГ=√1,27─────── = √1,27──────── =0,066 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*50

принимаем 65 мм

где ρ_П – плотность пара, кг/м³; υ_П – скорость движения пара, принимается для магистралей 50-80 м/с.

2. Диаметр паропровода (отвода) к коллектору камеры, м,

Р_КАМ.ПР 730

d_КАМ=√1,27─────── =√1,27───────── =0,063 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*40

принимаем 65 мм

где Р_КАМ.ПР – расход пара на камеру периодического действия для зимних условий в период прогрева, кг/ч; υ_П – принимается 40-50 м/с.

3. Диаметр паропровода к калориферу камеры, м,

Р_{КАМ.СУШ} 146,46

d_К=√1,27─────── =√1,27───────── =0,035 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*25

принимаем 32 мм

где Р_{КАМ.СУШ} – расход пара на сушку для зимних условий, кг/ч; υ_П – принимается 25-40 м/с.

4. Диаметр паропровода к увлажнительным трубам, м,

Р_КАМ.ПР-Р_{КАМ.СУШ} 730 -146,46

d_УВЛ=√1,27──────────── =√1,27─────────── =0,05 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*50

принимаем 50 мм

При расчёте d_УВЛ скорость движения пара υ_П принимается 50 м/с и более. Диаметр самих увлажнительных труб в камере может быть d_УВЛ=40-50 мм.

5. Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры, м,

Р_{КАМ.СУШ} 146,46

d_{КОНД.КАМ}=√1,27───────── =√1,27───────── =0,01 м

3600ρ_Кυ_К 3600*934*0,5

принимаем 10 мм

где ρ_К – плотность конденсата, кг/м³ (выбирается в зависимости от давления в трубопроводе); υ_К – скорость конденсата, м/с (принимается от 0,5 до 1м/с).

6. Диаметр конденсационной магистрали, м,

Р_{КАМ.СУШ}n_КАМ 146,46 *2

d_{КОНД.МАГ}=√1,27───────── =√1,27───────── =0,01 м

3600ρ_Кυ_К 3600*934*1

принимаем 10 мм

где n_КАМ – количество камер в цехе; υ_К – принимается 1-1,5 м/с

Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водо-газопроводные» (условный проход, мм: 6,8,10,15,20,25,32,40,50,65,80,90,100,125,150).

Пример условного обозначения: труба 202,8 ГОСТ 3262-75 (так обозначается труба обыкновенная, не оцинкованная, с условным проходом 20 мм, толщиной стенки 2,8 мм, без резьбы и муфты).

2.11. Выбор конденсатоотводчиков

Выбор их производится по коэффициенту пропускной способности k_υ кг/ч,

20Р_{КАМ.СУШ} 20*146,46

k_υ= ──────── = ────────── =1126,6 кг/ч

с_Г√∆_Рρ_К 0,29√0,085*934

где Р_{КАМ.СУШ} – расход пара на сушку в зимних условиях, равный расходу горячего конденсата, кг/ч; ∆_Р – перепад давления в конденсатоотводчике, МПа; ρ_К – плотность конденсата, кг/м³; с_Г – коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с холодным; при ∆_Р≤0,2 МПа с_Г=0,29; ∆_Р>0,2 МПа с_Г=0,25.

Перепад давления в конденсатоотводчике

∆_Р=р₁-р₂=0,95*0,30-0,2=0,085 МПа

где р₁ – абсолютное давление пароводяной смеси перед конденсатоотводчиком, МПа (р₁=0,95р, где р – абсолютное давление пара перед калорифером, т.е. на коллекторе камеры, обычно задаётся); р₂ – абсолютное давление конденсата после конденсатоотводчика, МПа (давление в конденсационной магистрали, принимается от 0,1 до 0,2 МПа).

Если k_υ по расчёту получается больше 2500 кг/ч, то на камеру выбирается два конденсатоотводчика по суммарной пропускной способности, близкой к расчётной.

Принимаем конденсатоотводчик типа 45ч15нж с d_У=25 мм

Проход условн-ый dУ, мм	Коэффициент kυ, кг/ч	Размеры						Резьба трубная дюйм	Масса, кг
		L	L1	HМАКС	H1	D0	S
25	1250	120	18	250	28	100	46	1	6,55

2.3. Выбор режима сушки

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчётного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины.

В настоящее время установлены четыре категории качества сушки пиломатериалов.

Мы выбираем II категорию:

II – сушка пиломатериалов до W_СР.К=7…15% (мебельное производство, столярно-строительные изделия и др.).

2.3.1. Режимы сушки в камерах периодического действия (ГОСТ 19773-84)

В этих камерах применяются режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса.

Порода	Толщина п/м мм	Номер и индекс режима	Номер ступени режима	Изменение влажности древесины на каждой ступени %	Параметры режима
					t0, С	∆ t0, С	φ
Осина	25	3-Б (Н)	1 2 3	60>30 30-20 20-12	75 80 100	4 8 28	0,84 0,70 0,32

2.4. Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.4.1. Агент сушки - влажный воздух

По выбранному режиму назначаются расчётная температура t₁ и относительная влажность воздуха φ₁ со стороны входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй (средней) ступени режима (W=35-20%).

Влагосодеражание d₁, теплосодержане I₁, плотность р₁ и приведённый удельный объём υ_ПР.1 определяются по Id-диаграмме. Если точка 1, характеризующая на Id-диаграмме состояние воздуха на входе в штабель, выходит за пределы диаграммы, парамеиры воздуха следует вычислять по известным уравнениям:

ρ_П1 33151,3

d₁=622 ───── г/кг= 622 ──────── =308,4 г/кг

ρ_а-ρ_П1 10⁵-33151,3

где ρ_П1 - парциальное давление водяного пара, Па; ρ_а – атмосферное давление воздуха (ρ_а≈1 бар=10⁵ Па).

Так как φ₁= ρ_П1/ ρ_Н1, то ρ_П1= φ₁ρ_П1=0,70*47359=33151,3 Па

где φ₁ – относительная влажность воздуха расчётной ступени режима; ρ_П1 – давление насыщения водяного пара при расчётной температуре режима.

Теплосодержание воздуха, кДж/кг,

I₁=1,0t₁+0,001d₁(1,93t₁+2490)=1,0*80+0,001*308,4(1,93*80+2490)=895,5 кДж/кг

Плотность воздуха, кг/м³,

d₁ 308,4

349-132────── 349-132────────

622+d₁ 622+308,4

ρ₁= ──────────── = ─────────────── =0,86 кг/м³

Т₁ 353

Приведённый удельный объём, м³/кг сух. возд,

υ_ПР.1=4,62 10^-6 Т₁(622+d₁)=4,62*10^-6*353(622+308,4)=1,52 м³/кг

где Т₁ – термодинамическая температура, К. Т₁=273+t₁=273+80=353 К

2.5.3. Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

1000 1000

d₂= ───── +d₁ = ────── + 308,4=310,3 г/кг

m_Ц 513,1

Теплосодержание воздуха, кДж/кг, I₂=I₁

I₂-2,490d₂ 895,5-2,490*310,3

I₂=1,0t₂+0,001d₂(1,93t₂+2490). Откуда t₂= ──────── = ──────────── = 76,5

1,0+0,00193d₂ 1,0+0,00193*310,3

I₂=1,0*76,5+0,001*310,3(1,93*76,5+2490)=895 кДж/кг

Плотность воздуха, кг/м³,

d₂ 310,3

349-132────── 349-132 ──────

622+d₂ 622+310,3

ρ₂= ──────────── = ────────────── = 0,87 кг/м³

Т₂ 349,5

Приведённый удельный объём, м³/кг сух. возд,

υ_ПР.2=4,62 10^-6 Т₂(622+d₂)=4,62*10^-6*349,5(622+310,3)=1,50 м³/кг

где Т₂ – термодинамическая температура, К. Т₂=273+t=273+76,5=349,5 К

2.5.4. Уточнение объёма и массы циркулирующего агента сушки

1000 1000

m_Ц= ───── = ────── = 526,3

d₂-d₁ 310,3-308,4

Уточнение объёма V_Ц, м³/с, и массы G, кг/с, циркулирующего агента сушки

V_Ц= m _Цm _Рυ_ПР.1=526,3*0,025*1,52=20 м³/с

G_Ц= m _Цm _Р=526,3*0,024=13,1 кг/с

Если не задана скорость агента сушки через штабель, то она может быть определена или уточнена по V_Ц

V_Ц 20

υ_ШТ= ─────── = ───── =2

F_{Ж.СЕЧ.ШТ} 9,75

2.5. Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1. Объём циркулирующего агента сушки, м³/с, определяется по формуле

V_Ц=υ_ШТF_{Ж.СЕЧ.ШТ}=2,0*9,75=19,5 м³/с

где υ_ШТ – расчётная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с; F_{Ж.СЕЧ.ШТ} – живое сечение штабеля, м².

F_{Ж.СЕЧ.ШТ}=nlh(1-β_В)=1*6,5*3,0(1-0,5)=9,75 м²

где n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки; l, h – длина и высота штабеля, м; β_В – коэффициент заполнения штабеля по высоте.

2.5.2. Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг

V_Ц 19,5

m _Ц= ──── = ─────── =513,1 кг/кг

m _Рυ_ПР.1 0,025*1,52

где υ_ПР.1 – приведённый удельный объём агента сушки на входе в штабель, м³/кг (определяется по Id-диаграмме или расчётным путём).

2.6. Определение объёма свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

2.6.1. Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг,

1000 1000

m₀= ────── = ─────── =3,3 кг/кг

d₂-d₀ 310,3-10

где - d₀ влагосодержание свежего воздуха, г/кг (при поступлении из коридора управления или цеха d₀=10-12 г/кг; при поступлении наружного воздуха летом d₀ =10-12 г/кг; зимой d₀=2-3 г/кг).

2.6.2. Объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, м³/с,

V₀= m _P m ₀ν_ПР.о=0,025*3,3*3,48=0,287 м³/с

где ν_ПР.о – приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг (при t₀=20^оC; ν_ПР.о≈0,87 м³/кг).

2.6.3. Объём отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с,

V_ОТР= m _P m ₀ν_ПР.2 =0,025*3,3*1,50=0,123 м³/с

где ν_ПР.2, - приведённый удельный объём отработанного ( на выходе из штабеля) воздуха, м³/кг.

2.6.4. Расчёт приточно–вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала, м²,

V₀ 0,287

ƒ_КАН= ───── = ───── =0,0717 м²

ν_КАН 4

где V₀ – объём свежего воздуха, м³/с;

V_О=m ₀m _Рν_ПР.0=3,3*0,025*3,48=0,287 м³/с

где ν_ПР.0 – приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м²,

V_0ТР 0,123

ƒ_КАН= ───── = ──── =0,0307 м²

ν_КАН 4

где V_0ТР – объём отработавшего агента сушки, м³/с;

V_ОТР=m ₀m _Рν_ПР.2=3,3*0,025*1,50=0,123 м³/с

где ν_ПР.2 – приведённый удельный объём отработавшего агента сушки, м³/кг.

2.7. Определение расхода тепла на сушку

2.7.1. Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

1.Для зимних условий, кДж/м³,

W-W_Г.Ж 60-17

q_ПР11м³= ρ_WС_(-)(-t₀)+ ρ_б  + Р_WС₍₊₎t_ПР=650*2,09*24+400────335+650*2,89*100=278074кДж/м³

100 100

где ρ_W – плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности W_Н, кг/м³; ρ_б – базисная плотность древесины расчётного материала, кг/м³; W_Н – начальная влажность расчётного материала, %; W_Г.Ж – содержание незамёрзшей связанной (гигроскопичной влаги), %;  - скрытая теплота плавления льда (335 кДж/кг); С_(-),С₍₊₎ – средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг ^оС); t₀ – начальная расчётная температура для зимних условий, ^оС; t_ПР – температура древесины при её прогреве, ^оС.

При определении удельной теплоёмкости древесины, средняя температура, ^оС древесины принимается:

t₀+0 -24+0

для С_(-) t_СР= ────── = ───── = -12 ^оС С_(-)=2,09

2 2

0+t_ПР 0+100

для С₍₊₎ t_СР= ────── = ───── =50 ^оС С₍₊₎=2,89

2 2

2. Для среднегодовых условий, кДж/м³,

q_ПР11м³= ρ_WС₍₊₎(t_ПР-t₀)=650*2,9(100-5,0)=179075 кДж/м³

где t₀ – среднегодовая темература древесины, ^оС.

при t_СР=(t₀+t_ПР)/2 = (5,0+100)/2=52,5 ^оС С₍₊₎=2,9

2.7.2. Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1кг испаряемой влаги

(определяется для зимних и среднегодовых условий)

q_ПР11м³ 278074 179075

q_ПР=  = ────── =1448,30 (зимнее) q_ПР= ──────── =932,68 (среднегодовое) кДж/кг

m 1м³ 192 192

2.7.3. Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

q_ПР11м³E 278074*20,3 179075*20,3

Q_ПР=  = ───────── =333,62 (зимнее) Q_ПР= ──────── =214,84 (среднегодовое) кДж/кг

3600 τ_ПР 3600*4,7 3600*4,7

где τ_ПР – продолжительность прогрева, ч; принимается ориентировочно для пиломатериалов мягких хвойных пород летом 1-1,5, зимой 1,5-2 ч на каждый см толщины материала; для пиломатериалов мягких лиственных пород ( берёза, осина, ольха и др.) время прогрева увеличивается на 25%, а для пиломатериалов твёрдых пород (дуб, бук, лиственница и др.) – на 50%.

2.7.4. Определение расхода тепла на испарение влаги

1. Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг,

I₂-I₀ 895-10

q_ИСП=1000 ───── - C_Вt_ПР = 1000─────── - 4,19*100=2451,5 кДж/кг (зимнее)

d₂-d₀ 310,3-2

895-46

q_ИСП= 1000─────── - 4,19*100=2408,2 кДж (среднегодовое)

310,3-10

где I₂ – теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг; I₀ – теплосодержание свежего (приточного) воздуха, кДж/кг; d₂ – влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг; d₀ – влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг; С_В – удельная теплоёмкость воды, С_В=4,19 кДж/(кг ^оС); t_ПР – температура нагретой влаги в древесине, ^оС; принимается равной температуре прогрева.

При поступлении воздуха из коридора управления или наружного воздуха летом допустимо принять d₀=10-12 г/кг, I₀=46 кДж/кг; при поступлении наружного воздуха зимой d₀=2-3 г/кг, I₀=10 кДж/кг.

2. Общий расход тепла на испарение влаги, кВт,

Q_ИСП=q_ИСПm _Р=2451,5*0,025= 61,3кВт (зимнее)

Q_ИСП=2408,2*0,025= 60,2 кВт (среднегодовое)

2.7.5. Потери тепла через ограждения камеры

1. Теплопотери, кДж, через ограждения камеры в единицу времени (секунду), т.е. кВт,

Q_ОГ=∑F_ОГk(t_c-t₀)10^-3 = кВт

где ∑F_ОГ – суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м²; k – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м^{2 о}С); t_c – температура среды в камере, ^оС; t₀ – расчётная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий.

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений подсчитывается по общейзвестной формуле, Вт/(м^{2 о}С),

1

k= ───────────────────────────

1 δ₁ δ₂ δ_n 1

──── + ─── + ─── + …+ ─── + ────

α_ВН λ₁ λ₂ λ_n α_Н

где α_ВН – коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м^{2 о}С) (принимается ориентировочно α_ВН=25); α_Н – коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м^{2 о}С) (α_Н=23 – для наружного воздуха; α_Н=12 – для чердачных и неотапливаемых помещений; α_Н=9 – для отапливаемых помещений); δ₁; δ₂; … ; δ_n – толщина слоёв ограждений, м; λ₁; λ₂; … ; λ_n - коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоёв ограждений, Вт/(м^{2 о}С).

коэффициент теплопередачи пола k_ПОЛ, Вт/(м^{2 о}С), принимается равным 0,5k наружной стены

k_ПОЛ=0,5k_СТ =0,5*0,47=0,24 Вт/(м^{2 о}С),

1

k_ДВ= ─────────────────────── =0,6 Вт/(м^{2 о}С),

1/25+0,01/58+0,08/0,07+0,01/240+1/9

1

k_СТ= ───────────────────────── =0,47 Вт/(м^{2 о}С),

1/25+0,005/58+0,14/0,07+0,005/240+1/9

2. Удельный расход тепла на потери через ограждения (определяется для зимних среднегодовых условий), кДж/кг, ∑Q_ОГ=4,7*1,5=7,05

∑Q_ОГ 7,05

q_ОГ= ───── = ───── =335,71 кДж/кг

m_С 0,021

где ∑Q_ОГ – суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт

2.7.6. Определение удельного расхода тепла на сушку, кДж/кг

Производится для зимних и среднегодовых условий

q_СУШ=(q_ПР+q_ИСП+q_ОГ)с₁=(1448,30+2451,5+335,71)1,1=4659,06(зимнее) кДж/кг

q_СУШ=(932,68+2408,2+335,71)1,1=4044,24 (среднегодовое) кДж/кг

где с₁ – коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др.; принимается в зависимости от условия процесса от 1,1 до 1,3.

2.7.7. определение расхода тепла на 1 м³ расчётного материала, кДж/м³

Производится для среднегодовых условий по формуле

q_{СУШ 1 м}³=q_СУШm₁м³

q_{СУШ 1 м}³ =4044,24*192=776494,08 (среднегодовое) кДж/м³

2.8. Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера

2.8.1. Выбор типа калорифера

Из всего многообразия серийно выпускаемых калориферов (основное название – воздухонагреватель по ГОС 7201-80) для лесосушильной техники следует рекомендовать спирально – накатные (биметаллические). Это так, называемые, компактные калориферы, которые могут довольно надёжно работать в агрессивной среде лесосушильных камер.

2.8.2. Тепловая мощность калорифера

Тепловая мощность калорифера, то есть количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии в кВт, определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий:

Q_К=(Q_ИСП+ΣQ_ОГ)с₂ = (61,3+7,05)1,2=82,02

где с₂ – коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку, с₂=1,1…1,3.

2.8.3. Расчёт поверхности нагрева калорифера, м²

1000Q_Кc₃ 1000*82,02*1,2

F_К= ────── = ─────────── = 94,61м²

K(t_т-t_C) 19,0(133-78,25)

где k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м^{2 о}С); t_т – температура теплоносителя (пар, вода), ^оС; t_C – температура нагреваемой среды в камере (воздух, перегретый пар), ^оС; с₃ – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера ( для чугунных труб с₃=1,1; для биметаллических с₃=1,2).

Температуру среды t_C ориентировочно можно вычислить по формуле

t_C=(t₁+t₂)/2=(80+76,5)/2=78,25

где t₁ и t₂ – соответственно температуры агента сушки на входе в штабель и выходе из штабеля, ^оС.

Камеры с калориферами из биметаллических греющих труб наружным диаметром 56 мм

F_Ж.СЕЧ.К=F_КАН(1-Кƒ)=9,75(1-0,410)=5,75

где Кƒ – коэффициент проекции труб на площадь, перпендикулярную потоку.

Коэффициент проекции зависит от шага S размещения труб и при величинах шага 100, 80, 74 мм – соответственно равен 0,350; 0,410; 0,466;

Зная F_Ж.СЕЧ.К и V_Ц, определяем скорость агента сушки; м/с, через калорифер

V_Ц 19,5

υ_К= ────── = ──── = 3 м/с k=19,0

F_Ж.СЕЧ.К 5,75

Для биметаллических труб k находят по таблицам в зависимости от υ_К, то есть k=ƒ(υ_К).

F_К 94,6

n_К= ──── = ──── = 72 трубы

ƒ_К 1,3

ƒ_К – поверхность нагрева одного компактного калорифера.

Площадь нагрева 1 м биметаллической трубы диаметром 56 мм равна 1,3 м².

2.9. Определение расхода пара

2.9.1. Расход пара на 1 м³ расчётного материала, кг/м³

q_СУШm_1М³ 4044,24 *192

Р_СУШ.1М³= ──────── = ──────── =369,75 кг/м³

i_П-i_К 2100

где q_СУШ – суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг; i_П – энтальпия сухого насыщенного пара при определённом давлении, кДж/кг; i_К – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

Ориентировочно Δi= i_П-i_К можно принимать:

при р=0,2-0,25 МПа Δi≈2190 кДж/кг

при р=0,3-0,50 МПа Δi≈2100 кДж/кг

р – давление пара в калорифере.

2.9.2. Расход пара на камеру, кг/ч

Определяется для зимних и среднегодовых условий

Для камер периодического действия:

а) в период прогрева

(Q_ПР+∑Q_ОГ)с₂3600 (333,62+7,05)1,25*3600

Р_КАМ.ПР= ──────────── = ────────────── =730 (зимнее) кг/ч

i_П-i_К 2100

(214,84+7,05)1,25*3600

Р_КАМ.ПР= ────────────── = 475,47(среднегодовое) кг/ч

2100

б) в период сушки

(Q_ИСП+∑Q_ОГ)с₂3600 (61,3+7,05)1,25*3600

Р_{КАМ.СУШ}= ──────────── = ────────────── =146,46 кг/ч (зимнее)

i_П-i_К 2100

(60,2+7,05)1,25*3600

Р_{КАМ.СУШ}= ─────────────── =144,10 кг/ч (среднегодовое)

2100

с₂ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами, конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном воздухообмене (с₂≈1,25).

2.9.3. Расход пара на сушильный цех, кг/ч

Р_ЦЕХА=n_КАМ.ПРР_КАМ.ПР+n_{КАМ.СУШ}Р_{КАМ.СУШ}=1*730 +2*146,46 =1023 кг/ч

где n_КАМ.ПР – число камер, в которых одновременно идёт прогрев материала (принимается равным 1/6 от общего числа камер и не менее одной при любом малом числе камер); n_{КАМ.СУШ} – остальные камеры цеха, в которых идёт процесс сушки;

2.9.4. Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов, кг/год,

Р_ГОД=Р_СУШ.1м Ф_Cдлит=369,75*2400*1,0=887400 кг/год

где Ф – объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы, м³; С_ДЛИТ – коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчётного материала.

Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч,

τ₁Ф₁+ τ₂Ф₂+…+ τ_nФn 58*2400+108*1250+87*3250

τ_СР.Ф= ─────────────── = ──────────────────── =80,71 ч

Ф 6900

где τ_1; τ₂;… τ_n – продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч; Ф₁; Ф₂;…Ф_n – годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³; τ_РАСЧ – продолжительность сушки расчётного материала, ч.

τ_СР.Ф/ τ_РАСЧ=80,71/58=1,3

_Cдлит=1,0

Литература

1. Е. С. Богданов, В. А. Козлов, Н. Н. Пейч Справочник по сушке древесины: Изд 3-е, перераб. – М.: Лесн. Пром-сть, 1981, - 192 с.

2. Акишенков С. И., Корнеев В. И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. И доп./ЛТА. СПб., 1992.

3. Кречетов И. В. Сушка древесины. М: Лесная промышленность, 1980, 432 с.

Двух штабельная камера СПМ – 1К

Камера состоит из пяти цельно сборных металлических секций. Передняя представляет собой сварную конструкцию прямоугольной формы, закрытую с одного из торцов дверями. Каракас секции состоит из швеллерного и уголкового проката, закрытого изнутри стальным листом, защищённого антикоррозийным покрытием или листами из нержавеющей стали. Снаружи стены обшиты алюминиевым листом. Пространство между обшивками заполнено теплоизоляционным материалом – минеральной ватой. Секция имеет две одностворчатые двери автоклавного типа. Для герметичного уплотнения дверей применяется полосовая термостойкая резина, которая закладывается в специально загнутый листовой профиль, приваренный к каркасу секции. Двери закрываются с помощью двух штурвалов и штанги. На секции в зоне дверного проёма установлены два конечных выключателя, блокирующих работу вентиляторов при открытых дверях. В секции установлены два оборотных блока и биметаллический калорифер.

Вентиляторная секция – наиболее ответственный узел камеры. Её корпус в плане представляет собой равнобокую трапецию. В секции установлены два осевых реверсивных вентилятора серии У – 12 № 12,5, расположенных друг над другом на поперечных валах. Подшипниковые узлы вынесены за пределы внутреннего пространства секции и расположены в специальных карманах. На скошенных боковых стенах установлены приточно-вытяжные трубы, имеющие в верхней части заслонки с исполнительным механизмом.

Сочленение секции и герметичность внутренней оболочки камеры обеспечиваются сваркой. С внешней стороны камеры промежутки между секциями закрывают алюминиевыми накладками и крепят винтами. Эти промежутки предварительно заполняют стекловатой.

Лесосушильная камера в собранном виде представляет собой металлический короб, разделённый по длине на две части: сушильное пространство и вентиляторное помещение.

В сушильном пространстве находятся высушиваемый материал, тепловое оборудование, направляющие экраны и оборотные блоки. Объём этого пространства рассчитан на загрузку двух штабелей. В вентиляторном помещении размещают вентиляторную установку, тепловое оборудование с разводкой трубопроводов, устройства для установки датчиков.

В качестве теплового оборудования в камере устанавливают специальные биметаллические калориферы. Общая поверхность нагрева составляет около 450 м².

Для обеспечения равномерного температурного поля в камере 55% общей поверхности нагрева калорифера устанавливается в ветиляторном помещении, а 45% - в сушильном пространстве, в промежутке между штабелями.

Камера оснащена увлажнительной системой и приточно-вытяжными трубами. Увлажнительная система состоит из двух пар труб, установленных вертикально на выходе из вентиляторного помещения в сушильное пространство. Эти трубы по всей длине имеют отверстия, через которые пар подаётся непосредственно в камеру.

Для удаления отработанного воздуха и подачи в камеру свежего воздуха размещают две приточно-вытяжные трубы. Камера оснащена гидравлическим затвором, с помощью которого в камере поддерживают атмосферное давление.

В конструкции гидравлического затвора и месте его установки предусмотрена система для сбора образующегося конденсата.

Для уменьшения утечки агента сушки мимо сушильных штабелей в камере устанавливаются стационарные и поворотные экраны. Стационарные экраны загораживают торцы штабелей, а поворотные ликвидируют утечку агента сушки через зазор, образующийся между потолочным перекрытием и верхом штабелей в период их усадки.

Для механизации загрузки штабелей в камере со стороны дверных проёмов устанавливают поворотные блоки. Выгрузка штабелей из камеры может производиться с помощью траверсной тележки, автопогрузчиком или специальной лебёдкой.

Камера СПМ – 1К предназначена для установки внутри отапливаемого производственного помещения и рекомендуется для любых деревообрабатывающих предприятий с объёмом переработки древесины не более 30…60 тыс. м³ условных пиломатериалов в год.

Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф_l, м³, пересчитывается в объём условного материала У_l , м³ усл. По формуле:

У=КФ,

где Ф_l-объём высушенных или подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного размера и породы, м³; К-коэффициент пересчёта, определяется по формуле:

К= К_τ К_Е,

где К_τ –коэффициент продолжительности оборота камеры; К_Е - коэффициент вместимости камеры. Коэффициент вместимости камеры определяется отношением коэффициентов объёмного заполнения штабеля условным β_У и фактическим β_Ф материалом:

β_У

К_Е= ───

β_Ф

Коэффициент β_У или β_Ф равен произведению коэффициентов заполнения штабеля по высоте β_В , ширине β_Ш и длине β_ДЛ . С учётом объёмной усушки пиломатериалов У₀ величина β_У или β_Ф находиться по формуле:

100-У₀

β_Ф= β_В β_Ш β_ДЛ ──────

100

Коэффициент β_В зависит от номинальной толщины высушиваемого материала S и толщины прокладок S_ПР:

S

β_В= ─────

S_ПР+S

Для штабелей высотой до 3,0 м толщина прокладок S_ПР=25 мм, для штабелей высотой до 5,0 м S_ПР=32 мм.

Коэффициент β_Ш зависит от способа укладки(со шпациями, без шпаций) и вида пиломатериалов (обрезные, необрезные).

Коэффициент β_ДЛ равен отношению средней длины пиломатериалов l_СР в штабеле к его габаритной длине l_ГАБ.ШТ. Если в штабель укладываются доски без сортировки по длине, то средний коэффициент заполнения β_ДЛ принимается равным 0,85. Для условного материала β_ДЛ=0,85. При укладке заготовок, уложенных торец в торец, их количество по длине штабеля составит:

n_Д=(l_ГАБ,ШТ+0,2)/l_ЗАГ,

где l_ЗАГ – длина заготовок, м; l_ГАБ,ШТ – габаритная длина штабеля, м (по паспортным данным камеры).

Округлив n_Д до целого в меньшую сторону, можно определить коэффициент β_Д

β_Д=l_ЗАГ n_Д/l_ГАБ,ШТ,

где n_Д – количество заготовок по длине штабеля после округления до целого в сторону уменьшения, шт.

Объёмную усушку У₀, %, предлагается нами определять так:

У₀=К₀(W_НОМ-W_К),

где К₀ – коэффициент объёмной усушки, зависящий от породы древесины; W_НОМ – влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, %; W_К – конечная влажность высушенных пиломатериалов, %.

Все данные сводятся в таблице 1

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

τ_ОБ.Ф

К_τ= ────

τ_ОБ.У

где τ_ОБ.Ф – продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток; τ_ОБ.У – продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического ил условного материала:

• для камер периодического действия:

τ_ОБ.Ф=τ_СУШ+τ_ЗАГР,

τ_ОБ.У=τ_СУШ+τ_ЗАГР,

где τ_СУШ – продолжительность сушки фактического или условного материала, суток.; τ_ЗАГР - продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается равной 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки (в часах), включая начальный прогрев и влаготеплопереработку, находится по выражению

τ_СУШ= τ_ИСХА_РА_ЦА_КА_ВА_Д,

где τ_ИСХ – исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы, толщины S₁ и ширины S₂ нормальными режимами в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчётная скорость воздуха – 1,0 м/с, ширина штабеля 1,5 – 2м) от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%.

А_Р – коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: для нормальных – 1,0; А_Ц – коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. А_К – коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок: II – 1,155

А_В – коэффициент, учитывающий начальную (W_Н) и конечную (W_К) влажность древесины; А_Д – коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса; для пиломатериалов А_Д=1,0; для заготовок берётся в зависимости от отношения их длины l к толщине S.

Результаты по определению продолжительности сушки удобнее представить в виде таблицы 2

Определение продолжительности сушки пиломатериалов (или заготовок)

Таблица 2

Порода, сечение пиломатериалов, мм	Категория режима	Категория качества сушки	Влажность		Исходная продолжительность сушки τИСХ, ч	Коэффициенты					τСУШ, ч	τОБ. Ф, τОБ. У, сут	Кτ=τОБ. Ф/τОБ.У
			WН, %	WК, %		АР	АЦ	АК	АВ	АД
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Осина, строи материал, 25не обрезная	Н	II	60	12	68	1,0	0,74	1,15	1,00	1,0	58	2,5	0,73
Лиственница для мебели, 3240.	Н	II	65	8	94	1,0	0,77	1,15	1,30	1,0	108	4,6	1,35
Сосна, заготовки для мебели, 4060.	Н	II	70	8	79	1,0	0,71	1,15	1,35	1,0	87	3,7	1,10
Сосна, обрез. пиломат. 40ґ150. (усл. матер.)	Н	II	60	12	88	1,0	0,78	1,15	1,00	1,0	79	3,4	-

Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала представлено в таблице 3

Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала

Таблица 3

Порода, вид и сечение пиломатериалов, мм	Заданный объём сушки Ф, м3	Коэффициент вместимости камеры КЕ	Коэффициент оборота камеры Кτ	Коэффициент пересчёта К=КЕ Кτ	Объём в условном материале У=ФК, м3/усл
Осина, строительный материал, 25не обрезная	2400	1,565	0,73	1,142	2741
Лиственница, для мебели, 3240.	1250	0,96	1,35	1,296	1620
Сосна, заготовки для мебели, 4060.	3250	0,866	1,10	0,952	3094

Общий объём условного материала определяется как сумма, м³ усл.

∑У=У₁+У₂+…+У_n =2741+1620+3094=7455 м³ усл.

Расчёт поверхности ограждений камеры

Таблица 4

F_БОК=LH F_БОК=LH

Наименование ограждений	Формула	Площадь, м2
1. Наружная боковая стена	FБОК=LH	46
2. Торцовая стена со стороны коридора управления	F`ТОРЦ=BH	30,5
3. Торцовая стена со стороны траверсного пути без учёта площади	F``ТОРЦ= F`ТОРЦ-FДВ	9,5
4. Перекрытие	FПОТ=BL	54
5. Пол	FПОЛ=BL	54
6. Дверь	FДВ=bh	21

F_БОК=LH=9*5,1=46 м²

F`_ТОРЦ=BH=5,98*5,1=30,5 м²

F``_ТОРЦ= F`_ТОРЦ-F_ДВ30,5-21=9,5 м²

F_ПОТ=BL=5,98*9=54 м²

F_ПОЛ=BL=5,98*9=54 м²

F_ДВ=bh=5,8*3,6=21 м²

Расчёт поверхности ограждений камеры рекомендуется выполнять по форме таблицы 4

Расчёт потерь тепла через ограждения

Таблица 5

Наименование ограждений	FОГ, м2	kОГ, Вт/(м2 оС)	tC, оС	t0, оС	tС-t0, оС	QОГ, кВт
				Отапливаемое помещение	Отапливаемое помещение	Отапливаемое помещение
1	2	3	4	5	6	7
1. Наружная боковая стена	46	0,47	78,25	20	58,25	1,25
2. Торцовая стена со стороны коридора управления	30,5	0,47	78,25	20	58,25	0,83
3. Торцовая стена со стороны траверсного пути без учёта площади	9,5	0,47	78,25	20	58,25	0,26
4. Перекрытие	54	0,24	78,25	20	58,25	0,75
5. Пол	54	0,24	78,25	10	68,25	0,88
6. Дверь	21	0,6	78,25	20	58,25	0,73

∑=215 ∑=4,7

Расчёт потерь тепла через ограждения представлено в таблице 5

Схема сушилки СПМ – 1К

1 – щит управления и щиты вентиляторов; 2 – лаборатория; 3 – щит регуляторов; 4 – психрометрическое устройство; 5 – калорифер; 6 – отопительно-вентиляционная система; 7 – поворотный экран; 8 – вытяжная труба; 9 – одностворчатая дверь; 10 – приточно-вытяжная труба; 11 – гидравлический затвор; 12 – вентилятор; 13 – паровая раздаточная гребёнка; 14 – поворотный блок; 15 – штабель.

Техническая характеристика камеры периодического действия СПМ–1К

Показатели	СПМ-1К
Габаритные размеры штабеля, мм: Длина Ширина Высота	6500 1800 3000
Число штабелей, загружаемых в камеру (сушилку)	2
Ёмкость камеры в условном пиломатериале, м3	33,3
Годовая производительность, м3: При высокотемпературном режиме При форсированном режиме При нормальном режиме При мягком режиме	5600 3300 2500 1400
Побудитель циркуляции агента сушки	Вентилятор серии У-12 № 12,5
Число вентиляторов	2
Характеристика вентилятора: Производительность, тыс. м3/ч Давление, мм вод. ст Частота вращения, мин-1	26-48 до 40 970; 640; 480
Характеристика электродвигателя для привода вентилятора: тип мощность, кВт частота вращения, мин-1 число, шт	Трёхскоростной АО2-71/8/6/4 10,5; 8,3; 7,1 1460; 965; 730 2
установленная мощность электродвигателей, кВт	21; 16,6; 14,2
Скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с	1,5-3,0 (регулируемая)
Средний часовой расход электроэнергии, кВт, при режиме: высокотемпературном форсированном нормальном мягком	10,2 14,4 16,2 18,0
Характеристика теплового оборудования: Тип Число, шт Поверхность нагрева, м2	Специальные стальные биметаллические калориферы 8 425
Давления пара при вводе в камеру, МПа	0,3-0,6
Максимальный расход пара, кг/ч, при режиме: высокотемпературном форсированном нормальном мягком	600 450 400 300
Средний расход пара, кг/ч, при режиме: высокотемпературном форсированном нормальном мягком	475 350 300 225
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	9000 5980 5100
Масса, кг	23400