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/м3.
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;
Св=4,19кДж/кг°С - удельная теплоёмкость воды;
tм=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 mр=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.