Для определения степени насыщения воздуха с учётом потерь тепла через ограждения (ц2'):
- от точки 2 вниз по линии влагосодержания d= const откладывается в масштабе данной Id-диаграммы величина потерь ?I2 и получают требуемую точку 2', и степень насыщения воздуха ц2' в этой точке. Так как степень насыщения воздуха зависит от скорости циркуляции агента сушки по штабелю (щшт), то ц2' при выбранной скорости должно соответствовать требованию режима для камер непрерывного действия.
При сушке в камерах непрерывного действия в режиме дана степень насыщения воздуха в сыром конце, определяемая по ? = (-).
1-2'-3'- действительный треугольник сушки; 1 - параметры влажного воздуха на входе в штабель; 2'- параметры влажного воздуха на выходе из штабеля; 3'- точка смешения, отработанного и свежего приточного воздуха
Рисунок 5 Построение действительного процесса сушки
Т.к. ?I 2' соответствует требованиям режима, то скорость циркуляции агента выбрана рационально.
Для рационального проведения процесса сушки, особенно при его автоматизации, необходимо точно знать параметры смешения отработанного воздуха (2') и свежего приточного (0) с параметрами t0=20°С, ц=0,7. Для этого:
- на Id-диаграмме наносится точка (0) и соединяется прямой линией с точкой 2';
- из точки 1 по d=const опускается линия до пересечения с прямой 0 - 2' и получают точку 3', это и есть точка смешения свежего и отработанного воздуха, которая характеризуется параметрами t3c и t3м.
2.8 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера
2.8.1 Выбор типа калорифера
Основным тепловым оборудованием сушильных камер являются калориферы, конструктивные их типы: сборные из чугунных ребристых труб и компактные стальные-пластинчатые. Тип калориферов и схем их расположения принимаются согласно технической характеристики камеры. Дальнейший расчёт поверхности нагрева калориферов позволит уточнить их количество, а для пластинчатых ещё и номер.
Наша камера оборудована чугунными ребристыми трубами и пластинчатыми калориферами.
2.8.2 Тепловая мощность калорифера
Тепловую мощность калорифера рассчитывают по максимальному расходу тепла в период сушки в зимних условиях по формуле:
= (++)·, кВт, (56)
где - тепловая мощность калорифера, кВт;
=1,2 - коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку.
= (538,04+77,4+132,88)·1,2 = 897,98 кВт
2.8.3 Расчёт поверхности нагрева пластинчатых калориферов
Расчёт поверхности нагрева калорифера производится по следующей формуле:
= , , (57)
где К - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м2°С;
- температура теплоносителя, °С;
- температура сушильного агента в камере на входе в штабель, °С;
- коэффициент запаса, учитывающий загрязнение и коррозию поверхности калорифера,- для пластинчатых калориферов (С=1,2).
В данной формуле неизвестен коэффициент теплопередачи К, который зависит от скорости циркуляции агента сушки через калорифер (щк). Скорость циркуляции можно подсчитать, если известно живое сечение калорифера (Fж.с.кал.).
2.8.4 Определение количества пластинчатых калориферов и схемы их установки в камере
После подсчёта общей поверхности калориферов определим их количество по формуле:
= , шт, (58)
где - поверхность нагрева одного калорифера, м2.
Принимаем конструктивно в камере 3 пластинчатых калориферов КФС-4
2.8.5 Определение площади живого сечения пластинчатых калориферов
После подсчёта общей поверхности нагрева калориферов определяем количество:
Общая площадь живого сечения калориферов определяется по формуле:
= ·, , (59)
= 0,638·7 = 4,466
2.8.6 Определение коэффициента теплопередачи для пластинчатых и биметаллических калориферов
Выбираем пластинчатый калорифер КФБ-11, живое сечение =4,466 м2.
Определим скорость агента сушки через калорифер щкал, м/с, по формуле:
= , м/с, (60)
где - количество циркулирующего агента в камере, м3/с;
- ориентировочное число пластинчатых калориферов, шт.
= = 3,74 м/с
Принимаем = 4 м/с.
Массовая скорость воздуха
·щ = 0,85·3,74 = 3,2 м/с
Коэффициент теплопередачи К можно определить по таблице 7.
Таблица 7
Значение коэффициента теплопередачи паровых калориферов и сопротивление движению агента сушки через них
Рассчитаем поверхность нагрева калорифера по формуле (57) из пункта 2.8.3:
= = 970,95
2.9 Определение расхода пара
2.9.1 Расход пара на 1 м3 расчетного материала
Рассчитаем расход пара на 1 м3 расчётного материала по формуле:
= , кг/, (61)
где - расход тепла на 1м3 расчётного материала для среднегодовых условий, кДж/кг;
- масса испаряемой влаги на 1м3 древесины, кг/м3;
- энтальпия испарения или теплоотдача 1 кг пара при давлении в калорифере р=5 бар, кДж/кг.
= = 525,2 кг/
2.9.2 Расход пара на камеру
Массу пара для камеры определяют для зимних и среднегодовых условий, в период прогрева и в период сушки пиломатериалов.
Массу пара для камеры определим по формуле:
= , кг/ч, (62)
Для зимних условий:
= = 1295,2 кг/ч
Для среднегодовых условий:
= = 1203,4 кг/ч
где - общий расход тепла на начальный прогрев древесины, кВт;
- потери тепла через ограждения, кВт;
- общий расход тепла на испарение влаги, кВт;
- энтальпия испарения или теплоотдача 1 кг пара при давлении в калорифере р=5 бар, кДж/кг.
2.9.3 Расход пара на сушильный цех
Максимальный расход пара на сушильный цех в зимних условиях определим по формуле:
= ·, кг/ч, (63)
где =8 шт - количество камер в цехе;
= 8·1295,2 = 10361,6 кг/ч
2.9.4 Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов
Среднегодовой расход пара на сушку заданного количества пиломатериалов определим по формуле:
= , т/год, (64)
где Ф=67000 - годовой объём фактических пиломатериалов;
- коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее, чем расчётный материал, определяется в зависимости от величины отношения средневзвешенной продолжительности сушки фактического материала к продолжительности сушки расчётного материала =31,05ч.
Определим средневзвешенную продолжительности сушки фактического материала по формуле:
= , ч, (65)
где ,,…, - продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч;
,,…, - годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м3;
Ф=67000 годовой объём фактических пиломатериалов.
=31,05 ч, =43,5 ч, =85,6 ч, =82,3 ч;
Ф1=15000 , Ф2=20000 , Ф3=20000 , Ф4=12000 .
= = 60,2 ч
При = 1,94 коэффициент = 1,2.
= = 42226,08 т/год
2.10 Определение диаметров трубопроводов
Для определения диаметров трубопроводов рассчитывают диаметры главной паровой магистрали к сушильному цеху , отвода к камере , паропровода к калориферу камеры , паропровода к увлажнительным трубам , а также диаметры конденсационной магистрали цеха и конденсационного трубопровода от калорифера камеры .
2.10.1 Диаметр главной паровой магистрали к сушильному цеху
Рассчитаем диаметр главной паровой магистрали к сушильному цеху по формуле:
= 18,8·, мм, (66)
где = 10361,6 кг/ч - расход пара на сушильный цех;
= 2,62 кг/ - плотность пара в зависимости от давления пара;
= 60 м/с - скорость движения пара.
= 18,8· = 152,7 мм
Принимаем диаметр главной паровой магистрали не менее 100 мм.
2.10.2 Диаметр отвода к камере
Определим диаметр отвода к камере по формуле:
= 18,8·, мм, (67)
где = 1295,2 кг/ч - расход пара на камеру в период сушки для зимних условий;
= 40 м/с - скорость движения пара.
= 18,8· = 66,4 мм
Принимаем диаметр отвода к камере не менее 60 мм.
2.10.3 Диаметр паропровода к калориферу
Рассчитаем диаметр паропровода к калориферу по формуле:
= 18,8·, мм, (68)
где =1295,2 кг/ч - расход пара на камеру в период сушки для зимних условий;
=30 м/с - скорость движения пара.
= 18,8· = 76,33 мм
Принимаем диаметр паропровода к калориферу =80 мм.
2.10.4 Диаметр паропровода к увлажнительным трубам
Определим диаметр паропровода к увлажнительным трубам по формуле:
= 18,8·, мм, (69)
где =40 м/с - скорость движения пара.
= 18,8· = 66,18 мм
Принимаем диаметр паропровода к увлажнительным трубам 70 мм.
2.10.5 Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры
Определим диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры по формуле:
= 18,8·, мм, (70)
где =916 кг/ - плотность конденсата;
=1 м/с - скорость движения конденсата.
= 18,8· = 22,37 мм
Принимаем диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры =25 мм.
2.10.6 Диаметр конденсационной магистрали
Рассчитаем диаметр конденсационной магистрали по формуле:
= 18,8·, мм, (71)
где =8 шт - количество камер в цехе;
=2 м/с - скорость движения конденсата.
= 18,8· = 44,74 мм
Принимаем диаметр конденсационной магистрали =50 мм.
2.11 Выбор конденсатоотводчика
Для удаления конденсата из калорифера преимущественно применяют термодинамические конденсатоотводчики, которые подбирают по коэффициенту пропускной способности .
Коэффициент пропускной способности по заданному расходу горячего конденсата определим по формуле:
= , кг/ч, (72)
где - расход пара на камеру в период сушки для зимних условий, кг/ч;
- коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с пропуском холодной ванны;
?р - перепад давления в конденсатоотводчике, бар;
- плотность конденсата, проходящего через отводчик, кг/.
Перепад давления в конденсатоотводчике ?р определим по формуле:
?р = -, бар, (73)
где - давление пара перед конденсатоотводчиком;
=1,5 бар - противодавление конденсата после отводчика.
Давление пара перед конденсатоотводчиком определим по формуле:
= 0,95·5 = 4,75 бар; ?р = 4,75-1,5 = 3,25 бар,
где р=5 бар - давление пара перед калорифером.
= = 5982 кг/ч
По коэффициенту пропускной способности типа P76001-01кг/ч подбираем три конденсатоотводчика, каждый с условным проходом Dу=40 мм.
3. Аэродинамический расчёт
Современные сушильные камеры проектируются и строятся с принудительной циркуляцией агента сушки по штабелю, осуществляемой вентилятором. От правильного выбора вентилятора и его установки зависят и производительность камеры, и качество сушки материала.
Цель аэродинамического расчёта -- выбор номера вентилятора, определение его мощности и частоты вращения рабочего колеса, подбор электродвигателя для привода вентилятора, расчёт приточно-вытяжных каналов.
3.1 Составление схемы циркуляции агента сушки в камере
В сушильных камерах периодического действия циркуляция сушильного агента осуществляется по вертикально-замкнутому или по горизонтально-замкнутому кольцу.
К местным сопротивлениям потока агента сушки относятся сопротивление вентилятора, калорифера, прямых каналов, поворотов, входа в штабель и выхода его из штабеля. Для подсчёта сопротивлений на схеме циркуляции агента сушки участки местных сопротивлений обозначаются цифрами. Наименование и номера участков заносятся в таблицу 8.
Таблица 8
Участки продольно-замкнутого кольца циркуляции агента сушки
|
Номер участка |
Наименование участка |
|
|
1 |
Прямой канал |
|
|
2 |
Вентилятор |
|
|
3 |
Калорифер пластинчатый |
|
|
4, 42 |
Поворот под углом 135° |
|
|
5, 41 |
Прямой канал |
|
|
6, 40 |
Поворот под углом 90° |
|
|
7, 10, 13, 16, 19, 22, 25, 28, 31, 34, 37 |
Вход в штабель (внезапное сужение) |
|
|
8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35, 38 |
Штабель |
|
|
9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39 |
Выход из штабеля(внезапное расширение) |
Рисунок 6 Схема циркуляции агента сушки по продольно-замкнутому кольцу с поперечной штабелёвкой
3.2 Расчёт аэродинамического сопротивления циркуляционной сети сушильной камеры
3.2.1 Сопротивление трения на прямых каналах
Сопротивление трения на прямых каналах ? определяется по формуле:
? = ··, Па, (74)
где с - плотность агента сушки на расчётной ступени, кг/;
- скорость циркуляции агента сушки на прямом канале, м/с;
- коэффициент трения на прямом канале;
l -- длина прямого канала (ширина камеры), м;
ц -- периметр сечения прямого канала, м;