Сушка древесины

1. Общая часть

1.1 Характеристика камеры

СПМ-2К - камера периодического действия, металлическая двухкамерная сушильная камера. Сушилка представляет собой отдельное здание, рассчитанное для размещения на открытой площадке, и состоит из двух камер периодического действия, отапливаемых коридоров управления и лаборатории.

Камеры входящие в состав сушилки СПМ-2К, могут устанавливаться внутри отапливаемого производственного помещения. В этом случае в комплект поставки не входят элементы коридора управления, лаборатории и кровельных панелей.

Кровля сушилки - рулонная из четырёх слоёв рубероида на битумной мастике с уклоном в сторону коридора управления. Рулонный ковёр располагается по настилу из досок, которые укладываются по деревянным брусьям.

Система отопления и вентиляции состоит из следующих основных узлов: вентиляционной камеры, выполненных из утеплённых панелей; калориферов КФСО-4 с паровыми трубами и запорной арматурой; оребренной трубы для установки её в лаборатории; вентилятора Ц4-70 №4 с электродвигателем.

Общая характеристика камеры СПМ-2К блок из 1 камеры.

.2 Режим работы цеха

Камера работает круглосуточно, 335 дней в году ( с учётом остановки камеры на 30 дней капитальный ремонт), транспортные работы выполняются в 2 смены с учётом выходных и праздничных дней, согласно календарю.

Рассчитаем режим работы сушильного цеха N, дней, по формуле

N=365 -(В+П),(1) где 365-количество дней в году;

В - количество выходных дней в году; П - праздничные дни в году.

N=365-(101+10) =254дней.

2. Технологический расчет

.1 Выбор режима сушки

Сосна 16х60 нормальный режим по 2 категории качества

Сосна 32х110 Нормальный режим по 2 категории качества

Сосна 22х60 Нормальный режим по 2 категории качества

Таблица.1 Схема процесса сушки: сечение 16х60 категория качества 2, режим Нормальный, порода Сосна.

Таблица.2 Схема процесса сушки: сечение 32х110 категория качества 2, режим Нормальный, порода Сосна.

Таблица.3 Схема процесса сушки: сечение 22х60 категория качества 2, режим Нормальный, порода Сосна.

.2 Расчет продолжительности сушки и оборота камеры

Определяем продолжительность сушки в камере периодического действия низкотемпературного процесса  суток , по формуле.

 (2)

где - исходная продолжительность сушки пиломатериала заданной толщены и пород.

- коэффициент, учитывающие категории режимов, интенсивность циркуляции, начальное и конечное влажности, категорию качества сушки древесины.

Определяем продолжительность одного оборота камеры , по формуле.

 (3)

где - время на загрузку пиломатериала из камеры,

Таблица.4 Расчет продолжительности сушки

За условный пиломатериал сосновый обрезной доски толщиной 40мм, шириной 150мм, высушивание по 2 категории качества от 60 до 12% влажности.

.3 Пересчет заданного количества фактического материала в условный

Производственный пересчет фактического пиломатериала в условный . по формуле.

где - объем заданных пиломатериалов по спецификации .

 - продолжительность оборотов камеры высушиваемой материале .

 - объем заполнения штабеля материала.

где ; - продолжительность оборотов камеры в фактическом и в условном материале.

 (6)

где - коэффициенты заполнения штабеля условным и фактическим материалом .мм.

Таб.5. Пересчет фактического пиломатериала в условный .

2.4 Расчёт годового производительности камеры в условном пиломатериале

Рассчитаем годовую производительность камеры в условный пиломатериал , по формуле .

 (7)

где 335- плановая продолжительность работы камеры в году.

Г- габаритный объем штабелей в камере ,

 (8)

где l, b, h - размеры штабеля, принимаются по технологической характеристики камеры, м.

m- число штабелей в камере принимаются по технологической характеристики. шт.

2.5 Расчет потребного количество сушильных камер

Рассчитаем потребное число камер, Пр, шт, по формуле.

 (9)

где - сумма объема,

- годовая производительность камеры,

К строительству принимаем количество камер, принятое округляем в большую сторону до целого числа.

2.6 Контроль качества сушки. Контроль влажности

Для измерения влажности древесины в эксплуатационных условиях обычно применяют электрические кондуктометрические влагомеры, основанные на зависимости сопротивления древесины от ее влажности. Они просты по конструкции, достаточно надежны в работе, могут быть переносными (с автономным источником питания), удовлетворяют требованиям, предъявляемым к точности при рядовом производственном контроле.

Такие влагомеры широко применяют как за рубежом, так и в СССР. В ЦНИИМОДе был разработан переносной электровлагомер ЭВА-2 с аккумуляторным питанием, на базе которого серийно выпускается влагомер ЭВ-2К (приборостроительный завод, г. Камо, Армянской СССР). Электронный влагомер ЭВ-2К предназначен для измерения влажности пиломатериалов, заготовок и изделий из древесины сосны, ели, березы, бука, дуба.

Технические данные прибора: пределы измерения по влажности для древесины сосны 7...22 % на первом диапазоне и 22...60 % на втором диапазоне; основная абсолютная погрешность прибора в зоне внедрения электродов датчика не превышает ±2 % влажности в пределах 7..Л 2 % и не более 3 % в пределах от 12 до 30 %. В 1989 г. в ЦНИИМОДе разработан и выпускается экспресс-влагомер ИВ-1.

Психрометр - Гигрометр психрометрический - прибор для измерения воздуха его температуры.

Скорость испарения влаги увеличивается по мере уменьшения относительной влажности воздуха. Испарение влаги, в свою очередь вызывает охлаждение объекта, с которого влага испаряется. По мере охлаждения влажного объекта уменьшается, и скорость испарения влаги до тех пор, пока при некоторой температуре не будет достигнуто динамическое равновесие - количество испарившейся влаги сравняется с количеством конденсирующейся.

Таким образом, температура влажного объекта (например, термометра, обёрнутого во влажную ткань) даёт информацию об относительной влажности воздуха.

.7 Описание технологического процесса сушки

Плотный пакет сырых пиломатериалов подвозится к цеху с помощью автолесовоза и устанавливается на подштабельном основании, перед загрузочно-разгрузочными воротами лесосушильного цеха. В цех пиломатериал закатывается по рельсовому пути с помощью приводной лебедки установленной в цехе. На участке по формированию сушильных штабелей сырой пиломатериал формируют в сушильный штабель при помощи двух укладчиков и механизма лифт Л 6,5-15. Сушильный штабель состоит из под штабельного основания используют трековые тележки; ряд досок уложенных на меж рядные прокладки их количество зависит от породы, длины штабеля и толщины досок; прижимных гидравлических устройств используют для прижатия верхних рядов досок сушильного штабеля. Сформированный сушильный штабель перемещают по рельсовому пути на траверсную тележку ЭТ 2-6,5(поз.2) при помощи лебедки установленной на ней. Траверсная тележка перевозит сушильный штабель по траверсной траншее(поз.3) на склад сырых пиломатериалов(поз.4)или к лесосушильной камере СПЛК-2(поз.5). Склад сырых пиломатериалов является местом запаса плотных пакетов сырых пиломатериалов и сформированных сушильных штабелей по мере необходимости, которые перемещаются к сушильным камерам, либо к месту формирования сушильного штабеля. Закатывание сушильного штабеля в лесосушильную камеру осуществляется при помощи лебедки по рельсовому пути. Технологический процесс сушки древесин устанавливается согласно режимам сушки и состоит из стадий:

.Прогрев древесины;

.Сушка по первой ступени;

.Сушка по второй ступени;

.Промежуточная влаготеплообработка (по показаний силовых секций);

.Сушка по третий ступени;

.Конечная влаготеплообработка (по показаний силовых секций);

.Кондиционирующая обработка(по показателем секций послойной влажности);

.Охлаждение материала;

Контроль и регулирование процесса сушки осуществляется из коридора управления (поз.6) оператором сушильных установок. Контроль качества процесса сушки осуществляет лаборант.

Высушенные пиломатериалы выгружаются из лесосушильной камеры и с помощью траверсной тележки перемещаются на склад сухих пиломатериалов(поз.7) либо к месту расформирования сушильных штабелей(поз.8).

3. Тепловой расчёт

.1 Выбор расчетного пиломатериала

За расчетный пиломатериал принимают наиболее тонкие доски из заданной спецификации, как наиболее быстросохнущих 16х60.

.2 Расчет количества испаряемой влаги

Рассчитаем массу влаги , испаряемой  древесины по формуле.

где - 400, условная плотность

Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры , кг/об, по формуле.

 (11)

 (12)

 где - вместимость камеры .

 - масса влаги

Рассчитаем массу влаги, испаряемого из камеры в секунду ,кг/с по формуле.

сушильный камера древесина калорифер

 кг/с (13)

где - продолжительность собственной сушки пиломатериалов определяем по таб.1, ч

ч (14)

Рассчитаем количество испаряемой влаги в секунду , кг/с, по формуле.

 (15)

где х- коэффициент неравномерности скорости сушки.

.3 Определение параметров агента сушки на входе и выходе из штабеля

Таблица.6

 (16)

Определяем влагосодержание на входе из штабиляг/кг, по формуле.

 (17)

где - масса циркуляционного агента на 1кг испаряемой влаги.

- влагосодержание г/кг.

 (18)

где - удельная объем агента на входе в штабеле.

- объем циркуляционного агента сушки по материалу

 (19)

где - скорость циркуляции агента по материалу

- живое сечение штабеля,

-расчетное количество испаряемой влаги, кг/г

 (20)

где l, h - длинна и высота штабеля. м

- длинна пиломатериала соответствующий длиннее штабеля.

- высота доски с прокладкой. n=1.

 (21)

где а - толщина доски; м

- толщина прокладок; мм

 (22)

.4 Определение количества циркулирующего агента сушки

Определяем удельный расход свежего и отработанного воздуха кг/кг, по формуле.

 (23)

где - влагосодержание (Таб. 6)

 - влагосодержание свежего воздуха, г/кг

Объем свежего  отработанного .., агента определяем по формуле.

 (24)

где - удельный расход свежего и отработанного воздуха

- качество испаряемой влаги в сек, кг/с.

 (25)

Для перегретого пара определяем только объем отработанного пара.

.5 Расчет тепла на прогрев древесины

Рассчитаем расход тепла на прогрев , по формуле.

. (26)

Кострома

 (27)

где  - теплосодержание 1кг влажной древесины, кДж/кг

-плотность древесины, .

Рассчитаем удельный расход тепла на начальный прогрев древесины , влажной по формуле.

 (28)

Рассчитаем расход тепла на прогрев в секунду , по формуле.

 (29)

где - расход тепла на прогрев древесины, .

- объемный прогрев пиломатериала,

Определим потери тепла через ограждения , кВт, по формуле.

где F- площадь огражденной поверхности, .

К- коэффициент теплопередачи ограждения, .

- средняя температура в камере.

- расчетная зимняя температура. Если камера расположена в здании то принимаем .

С- коэффициент, увеличения тепло потерь.

 (31)

где  и - температура агента сушки на входе и выходе из штабеля,

таблица.7

Определим удельный расход тепла на потери через ограждения.

 (32)

где - количества испаряемой влаги в секунду, кг/с.

Определим удельный расход тепла на испарение , по формуле.

где - удельная теплоёмкость воды равная 4,19кДж/кг.

.

Расход тепла на испарение влаги в секунду  кВт, по формуле .

 (34)

где - удельный расход тепла на испарение кДж/кг

- количества испаряемой влаги в секунду, кг/с.

Суммарный удельный расход тепла на сушку для зимних условий ,кДж/кг по формуле.

 (35)

где С=1,1… 1,3 коэффициент учитывающий дополнительный расход тепла.

Рассчитаем максимальный часовой расход пара камеры в период сушки , кг/ч, по формуле.

 (36)

где - коэффициент, учитывающий дополнительный расход, принимаем равный 1,25.

- теплота парообразования, принимаем равное 2134 кДж/кг.

Рассчитаем максимальный часовой расход пара камеры в период прогрева ,кг/ч по формуле.

Определим часовой расход пара сушильном цеху  кг/ч по формуле.

 кг/ч (38)

где - число камеры, в которых производится прогрев.

- число камер, в которых производится сушка.

 (39)

 (40)

где - примерное число камер.

.6 Выбор типа и расчет поверхности нагрева калорифера

Выбор типа калорифера.

Калориферы чугунно-ребристые, комбинированные.

Теплота мощность калорифера. (кВт)

Теплота мощность калорифера т.е количество передаваемой им в секунду времени тепловой энергии определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий.

 (41)

где - коэффициент неучтенного расхода тепла на сушку. 1,1…1,3

Расчет поверхности нагрева калорифера, ()

 (42)

где К- коэффициент теплопередачи калорифера, Вт.

- температура теплоносителя (пар, вода ) .

-температура нагреваемой среды камеры

- коэффициент запаса, учитывающий загрязнение и коррозии поверхности калорифера. Для чугунно-ребристых труб =1,1

Температуру среды , ориентировано можем приниматьF

 (43)

где и - температура воздуха в сухом и сыром концах камеры.

Зная число ребристых труб, () или компактных калориферов, () можно определить живое сечение калорифера , .

 (44)

где - площадь сечение, в которых размещении труб перпендикулярно потоку агента сушки, .

- площадь проекции ребристых труб в плоскости.

 (45)

где - площадь одной трубы, равная при длине трубы 1,5.

-количество труб в плоскости, перпендикулярный потоку.

Зная и  определим скорость агента сушки через калорифер.

 (46)

3.7 Расчет трубопроводов. Выбор конденсатоотводчиков

Расход пара на 1, расчетного материала .

 (47)

где -суммарный удельный расход тепла при определенном давлении кДж/кг.

- энтальпия сухого насыщенного пара при определенном давлении кДж/кг.

-энтальпия кипящей воды того же давления кДж/кг.

Расход пара на камеру (кг/ч). Определяем для зимних и среднегодовых условий в период прогрева.

 (48)

 (49)

Расчёт диаметров трубопроводов.

Рассчитаем диаметр, подводящий пара магистрали к цеху d_маг, м, по формуле;

d_маг.=√1,27·(Д_цеха._з./3600×ρ_n×ω_n);   (50)

где - Д_цеха._з (см. формулу 38);

ρ_n - по табл. Кречетова;

ω_n - скорость движения пара в трубопроводе = 80…50 м/сек;

d_конд.=√ 1,27·(Д_цеха._з/3600×ρ_в×ω_в);  (51)

 где ρ_в - плотность конденсатора 960 кг/м³;

ω_в - скорость движения конденсата Wв=1…0,5 м/сек;

d_конд.=√ 1,27·(9043,64/3600×960×1)=0,003 м; (52)

Рассчитаем диаметр паропровода к камере, d_кам., м, по формуле;

d_кам.=√ 1,27·(Д_{кам.суш.з.}/3600×ρ_в×ω_n);  (53)

где Д_{кам.суш.з.}- см.форм.(37);

ρ_n - табл. 1;

ω_n - 150,40 м/сек;

 d_кам.=√1,27(9043,64/3600×1,87×150,40=0,011 м; (54)

Рассчитаем диаметр конденсатной трубы от камеры, d_{кон.кам.}, м, по формуле;

d_{кон.кам.}=√ 1,27·(Д_{кам.суш.з.}/3600×ρ_в×ω_в);  (55)

где ρ_в - 960 кг/м^3;

ω_в - 1,5….1,0 м/сек;

d_{кон.кам.}=√ 1,27·(9043,64/3600×960×1,0)=0.003 м; (56)

Диаметр увлажнительной трубы, d_ув.тр., по формуле;

d_ув.тр.=√ 1,27·((Д_пр.з.-Д_суш.з)_./3600×ρ_n×50); (57)

d_ув.тр.=√ 1,27·((9043,68-4050)/3600×1,87×50=0,018 м; (58)

Подбор конденсатоотводчика.

Конденсатоотводчик подбираем по диаметру по диаметру условного прохода и коэффициенту припускной способности.

гдеd_y=d_{конд.ком.}

d_y= 0,005

К_r = 63×Д_з.суш./ С₄√0,95×∆p_n×p_в; кг/ч; (59)

С₄ - коэффициент учитывает снижение пропускной способности конденсатоотводчика.

при ∆p≤ 0,2 мпа С₄=0,29;

при ∆p> 0,2 мпа С₄=0,25;

p_в - 960 кг/м³;

∆p - перепад давления в конденсатоотводчике.

∆p = p_п-p₂;

 где p_п - (по условию) давление пара на коллекторе камеры.

p₂ - принимаем = 0,15 мпа;

К_r = 63×4050/0,25√0,95×3×960=1951,2 кг/ч; (60)

Выбираем конденсатоотводчик с условным проходом d_y=40 мм;

4. Аэродинамическая схема и описание вентилятора

В лесосушильных установках осевые вентиляторы получили наибольшее применение. По сравнению с центробежными, они обладают некоторыми преимуществами. В частности, их можно устанавливать внутри циркуляционного канала и обеспечивать непосредственное побуждение агента сушки в лесосушильной установке. Кроме того, производительность аналогичных номеров осевых вентиляторов значительно выше, а габаритные размеры и масса меньше, чем центробежных. Возможно достижение более высоких КПД, в конструктивном исполнении они значительно проще центробежных. Осевые вентиляторы удобно регулировать изменением угла поворота или числа лопастей рабочего колеса. Влияние изменения режима эксплуатации значительно меньше отражается на нагрузке двигателей по сравнению с центробежными машинами. Важным преимуществом их также является реверсивность, т. е. при изменении направления вращения рабочего колеса изменяется направление потока.

Осевой вентилятор представляет собой диск со втулкой, на котором закреплены под некоторым углом профильные лопасти. Диск с лопастями (рабочее колесо вентилятора) вращается внутри цилиндрического кожуха, называемого обечайкой. Осевой вентилятор перемещает воздух вдоль оси вращения рабочего колеса. Осевые вентиляторы, как и центробежные, различают по типам, сериям и размерам (номерам).

Вентиляторы каждой серии характеризуются формой поперечного сечения лопасти и относительной величиной диаметра втулки-диска, на котором крепятся лопасти вентиляторного колеса. Чем больше диаметр втулки-диска по отношению к диаметру всего вентиляторного колеса, тем выше развиваемое полное давление. В пределах каждой серии вентиляторы отличаются диаметром колеса и углом поворота лопаток к плоскости вращения. Размер осевого вентилятора соответствует его номеру, который обозначается, как и у центробежных вентиляторов, числом дециметров в диаметре рабочего колеса. Колесо диаметром 1000 мм или 10 дм будет иметь номер 10, а диаметром 1250 мм соответственно 12,5.

Эффективность работы осевого вентилятора зависит от величины зазора между концами лопастей и внутренней поверхностью обечайки - он не должен превышать 1,5 % длины лопастей.

Осевые вентиляторы серии МЦ, 4- и 6-лопастные вентиляторы серии У и Д в настоящее время в сушильной технике не применяют. Этими вентиляторами оснащались некоторые типы сушильных камер в 1950-х годах.

.1 Схема циркуляции агента сушки

Основной целью аэродинамического расчета является определение сопротивлений движению агента сушки и последующий выбор вентилятора и приводного электродвигателя.

1-вентилятор

- калорифер пластинчатый

; 5; 13;15 -поворот на 90

;14 - прямой газоход

;10 -вход в штабель

;11 -штабель

;12 -выход из штабеля

-калориферы из ребристых труб.

5. Паспортные данные

Литература

§   Кречетов И. В. Сушка древесины. М., 1997.

§   Соколов В. П., Харитонов Г. Н., Добрынин С. В. Лесосушильные камеры. М., 1987.

§   Расев А. И. Сушка древесины. МГУЛ, 2000.

§   Лыков А. В. Теория сушки. М., Энергия.

§   Микит Э. А. Продолжительность сушки пиломатериалов. М., Деревообрабатывающая промышленность.

§   Пейч Н. Н., Царёв Б. С. Справочник по сушке древесины. М., Лесная промышленность, 1975.

§   Коваль В. С., Пинчевская Е. А. Сушка древесины. Киев, 2000.

§   Богданов Е. С. Справочник по сушке древесины. М., 1990.