Курсовая работа: Гидротермическая обработка древесины
Название: Гидротермическая обработка древесины Раздел: Промышленность, производство Тип: курсовая работа | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Введение Сушка – обязательная часть технологического процесса выработки пиломатериалов. Непросушенные пиломатериалы не могут считаться готовой продукцией, подлежащей реализации, а технологический процесс их изготовления законченным. Влажные пиломатериалы подвержены грибковым заболеваниям и непригодны для дальнейшей механической обработки и производства из них готовых изделий. В настоящее время увеличение объёмов камерной сушки пиломатериалов происходит за счёт разработки, организации серийного производства и строительства новых лесосушильных камер, модернизации действующих устаревших конструкций и интенсификации работы камер, а также за счёт упорядочения технологической дисциплины в лесосушильных цехах и реализации мероприятий по улучшению качества сушки. Большое влияние на увеличение мощности камерной сушки пиломатериалов оказывает строительство новых камер непрерывного действия как отечественных, так и импортных. Современные лесосушильные камеры – сложный комплекс оборудования, требующий квалифицированного обслуживания. Уже появились на лесозаводах комплексные линии сушки (например, финской фирмы «Валмет»), включающие участки формирования штабелей, буферные склады со стороны загрузки и выгрузки пиломатериалов, транспортные средства, конвейерные линии возврата прокладок и подштабельных тележек. Целью данной работы является выполнение технологического, теплового и аэродинамического расчётов лесосушильной камеры. 1. Описание камерыТермовакуумная камера ТВК 1 эл предназначена для сушки пиломатериалов и заготовок из древесины в заданных режимах температур и давлений в паровоздушной среде. Регулирование процессом сушки производится управлением работы электродвигателей, вентиляторов и вакуумного насоса включением и отключением нагревателей теплового агента (воды в ёмкости увлажнителя) с пульта управления, ручной регулировкой положения органов управления трубопроводной арматурой на панели управления, а также открытием и закрытием патрубков приточно-вытяжной вентиляции при работе в режиме конвективной сушки. Регулировка температуры теплового агента в камере производится в ручном режиме, предназначенном для единичных нагревов теплового агента до необходимой температуры, и в автоматическом режиме для подаержания заданной температуры теплового агента. Ручной режим регулировки температуры теплового агента производится включением кнопок подачи напряжения на ТЕНы при включении переключателя в положение температуры цифрового (сухой) и при нажатии кнопки М (мокрый). Контроль температуры объекта сушки проводится оператором по показаниям измерителя температуры цифрового при нажатии кнопки О. Камера состоит из следующих составных частей: корпус; система нагрева; система вакуумирования; система увлажнения; система кондиционирования; система управлении и измерения и агрегатной транспортировки. Корпус ТВК представляет собой полый цилиндр, на одном конце имеется дверь, другой глухой. Корпус и дверь изготовлены из алюминиевого сплава. Дверь установлена на шарнирном навесе. Поджатие двери в камере осуществляется прижимами. Система нагрева ТВК предназначена для нагрева теплового агента и включает в себя три группы электродвигателей типа ТЭН. Система воздухораспределения включает в себя три вентилятора с электродвигателями, воздушный коллектор, газораспределитель, приточно-вытяжную вентиляцию. Эта система предназначена для обеспечения достаточного объема тепла от ТЕНов тепловым агентом и равномерного его распределения по всему объему высушиваемого материала, а также для отвода испаряющейся влаги с поверхности материала. Система увлажнения предназначена для доведения агента до соответствующей необходимой влажности. Система включает в себя: емкость, ТЕНы (6 штук), датчики для определения температуры среды в емкости увлажнения. Система вакуумирования ТВК предназначена для отвода влаги, создания в камере разряжения. Система включает в себя: насос вакуумный водокольцевой, трубопровод. Система конденсирования предназначена для выделения влаги из теплового агента, сбору и отводу приточной вентиляции. Система управления включает в себя пульт управления и блок датчиков. 2. Технологический расчёт камер и цеха2.1 Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём условного материала Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации пересчитывается в объём условного материала , по формуле: , (2.1) где - объём высушенных или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации,; - коэффициент пересчёта. Принимается 1500 , 1200 ; 1400 – по заданной спецификации пиломатериалов. Определение коэффициент пересчёта: , (2.2) где - коэффициент продолжительности оборота камеры; - коэффициент вместимости камеры. Коэффициент вместимости камеры , (2.3) где - коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом; - коэффициент объёмного заполнения штабеля фактическим материалом; Коэффициенты иопределяются по формуле: , (2.4) где - коэффициент заполнения штабеля по высоте; - коэффициент заполнения штабеля по ширине; - коэффициент заполнения штабеля по длине. Принимается =0,9 – таблица 1.1 [1] для обрезных пиломатериала, уложенного без шпаций; =0,85 – с. 8 [1] – для условного материала. Все расчёты по определению коэффициентов и сведены в таблице 2.1. Определение коэффициента заполнения штабеля по высоте: , (2.5) где S – номинальная толщина высушиваемого материала, мм ; - толщина прокладок, мм ; Принимается 32 мм, 25 мм, 19 мм– по заданной спецификации пиломатериалов; =25 мм – с. 9 [1] – для условного материала; Определение коэффициента заполнения штабеля по длине :, (2.6) где l – средняя длина досок в штабеле, м ; - габаритная длина штабеля, м . Принимается 6 м, 5 м, 4,5 м– по заданной спецификации пиломатериалов; =6 м – для камеры ТВК – 1 эл. Определение объёмной усушки , %: , (2.7) где - коэффициент объёмной усушки; - влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, %; - конечная влажность высушенных пиломатериалов, %. Принимается - таблица 1.2 [1] – для сосны; - таблица 1.2 [1] – для пихты; - таблица 1.2 [1] – для осины; - таблица 1.2 [1] – для сосны; =20% – с. 8 [1] – для экспортных пиломатериалов; =15% – c. 8 [3] – для третьей категории качества сушки пиломатериалов 50 мм ; =12% – 6 [1] – для условного материала. Таблица 2.1 – Определение коэффициентов объёмного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами и условным материалом
2.1.2 Определение коэффициента продолжительности оборота камеры , (2.8) где - продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток; - продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток ; Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического или условного материала, суток , для камер периодического действия: , (2.9) , (2.10) где - продолжительность сушки фактического или условного материала, суток . Определение продолжительности сушки пиломатериалов в воздушной камере периодического действия при использовании нормальных режимов , ч : , (2.11) где - исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданных размеров от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%, ч; - коэффициент учитывающий категорию применяемого режима сушки; - коэффициент учитывающий интенсивность циркуляции; - коэффициент учитывающий начальную и конечную влажность; - коэффициент учитывающий интенсивность циркуляции воздуха; - коэффициент учитывающий категорию качество сушки; - коэффициент учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса. Принимается =73 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 32 мм шириной 150 мм ; =54 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 25 мм шириной 125 мм ; =39 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 19 мм шириной 100 мм ; =20,4 ч – таблица 1.1.10 [1] – для нормального режима при сушке пиломатериала толщиной 40 мм шириной 150 мм ; ====1,05 – с. 11 [1]; 0,92 – таблица 1.6 [1] – для 70%, 15%; 1,00 – таблица 1.6 [1] – для 80%, 15%; 0,82 – таблица 1.6 [1] – для 60%, 15%; 1,00 – таблица 1.6 [1] – для 60%, 12%; 1,0 – с. 11 [1] – для нормального режима =0,68 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =73 ч ; =0,62 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =54 ч ; =0,59 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =39 ч ; =0,54 – таблица 1.15 [1] – при м/с , =39 ч ; ====1,0 – с. 11 [1] Результаты по определению продолжительности сушки сведены в таблицу 2.2. Таблица 2.2 – Определение продолжительности сушки пиломатериалов
Таблица 2.3 – Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала
Общий объём условного материала , : =У1 +У+У3 , (2.12) Результаты пересчёта объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала сведены в таблицу 2.3. 2.2 Определение производительности камер в условном материале Годовая производительность камеры в условном материале , , определяется по формуле: , (2.13) где - габаритный объём всех штабелей в камере, ; - вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, ; - число оборотов камеры в год при сушке условного материала, ; 335 – время работы камеры в году, суток ; - продолжительность оборота камеры для условного материала, суток . Принимается =0,328 – таблица 2.1; =0,58 суток – таблица 2.2. Габаритный объём штабелей , , определяется по формуле: , (2.14) где nшт – число штабелей в камере; l, b, h – соответственно габаритная длина, ширина и высота штабеля, м . Принимается nшт =1; l =6 м ; b =1,2 м ; h =1,2 м – для ТВК – 1 эл. 2.3 Определение необходимого количества камер Необходимое количество камер , определяется по формуле: , (2.15) Принимается 7 камер ТВК – 1 эл. 2.4 Определение производственной мощности лесосушильного цеха Производственная мощность лесосушильного цеха , , определяется по формуле: , (2.16) где - число камер соответствующего типа; производительность камер того же типа, ; =. 3. Тепловой расчёт камеры 3.1 Выбор расчётного материала За расчётный материал принимаются осиновые обрезные доски толщиной 19 мм , шириной 100 мм , начальной влажностью 60%, конечной 15%. 3.2 Определение массы испаряемой влаги Масса влаги, испаряемой из 1 пиломатериалов , , (3.1) где - базисная плотность расчётного материала, ; Принимается =400 – таблица 1.2 [1] – для осины; Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры , , (3.2) где Е – вместимость камеры, ; Определение вместимости камеры Е , : , (3.3) где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, ; - коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом. Принимается Г =8,64 м3 ; =0,286 – таблица 2.1. Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду , , (3.4) где - продолжительность собственно сушки, ч ; Определение продолжительности собственно сушки , ч : , (3.5) где - продолжительность сушки расчётного пиломатериала, ч ; - продолжительность начального прогрева материала, ч ; - продолжительность конечной влаготеплообработки, ч . Принимается =19,81 ч – таблица 2.2; =0 ч – таблица 2.1 [1]. Определение продолжительности начального прогрева материала, ч : Принимается ч с 27 [1] ч Расчётная масса испаряемой влаги , , (3.6) где k – коэффициент неравномерности скорости сушки. Принимается k =1,2 – с. 28 [1] для камер периодического действия. 3.3 Выбор режима сушки Для осиновых досок толщиной 19 мм с III категорией качества из таблицы 3.4 [3] выбирается режим сушки 3-Г. 3.4 Определение параметров агента сушки на входе в штабель По выбранному режиму 3-Г из таблицы 3.4 [3] принимается расчётная температура на входе в штабель , относительная влажность воздуха на входе в штабель , психрометрическая разность . По - диаграмме определяются параметры сушильного агента на входе в штабель: влагосодержание = 262; теплосодержание =769 ; плотность =0,87; приведённый удельный объём =1,45 . 3.5 Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки Объём циркулирующего агента сушки , , (3.7) где - живое сечение штабеля, . Определение живого сечения штабеля ,: , (3.8) где п – количество штабелей в плоскости перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки. Принимается п =1 Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги , кг/кг , (3.9) кг/кг Определение параметров воздуха на выходе из штабеля Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в камерах периодического действия определяется графоаналитическим способом. По - диаграмме определяется параметры воздуха на выходе из штабеля: Температура относительная влажность влагосодержание =263,2 ; теплосодержание =769 ; плотность =0,891 ; приведённый удельный объём =0,817 . 3.6 Определение объёма свежего и отработанного воздуха Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги , кг/кг , (3.10) где - влагосодержание свежего воздуха, г/кг . Принимается =11 г ./кг – с. 35 [1] при поступлении наружного воздуха из цеха. кг/кг Объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру , , (3.11) где - приведённый удельный объём свежего воздуха, . Принимается =0,87 – с. 35 [1]. Объём отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры) , , (3.12) Расчёт приточно-вытяжных каналов камеры Площадь поперечного сечения приточного канала , : , (3.13) где - скорость движения свежего воздуха агента сушки в каналах, м/с . Принимается =3 м/с – с. 36 [1]. Площадь поперечного сечения вытяжного канала ,: , (3.14) 3.7 Определение расхода тепла на сушку Расход тепла на начальный прогрев 1 древесины 1) Для зимних условий ,: , (3.15) где - плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности, ; - содержание незамёрзшей связанной (гигроскопической) влаги, %; - скрытая теплота плавления льда; - средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, ; - начальная расчётная температура для зимних условий, ; - температура древесины при её прогреве, . Принимается =650 - рисунок 12 [5] для =400 и %; =100 - табл. 2.4 [1] для нормального режима сушки; =-36 - таблица 2.5 [1] для Красноярска; =14% – рисунок 2.3 [1] для =-36 ; =335 - с. 37 [1]; =1,82 - рисунок 13 [5] для и %; =2,9 - рисунок 13 [5] для и %. 2) Для среднегодовых условий ,: , (3.16) где - среднегодовая температура древесины, . Принимается =2,9 - рисунок 13 [5] для и %; =0,6 - таблица 2.5 [1] для Красноярска. Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги , , (3.17) Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве , кВт , (3.18) кВт кВт Определение расхода тепла на испарение влаги Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом , : , (3.19) где - теплосодержание свежего воздуха, ; - влагосодержание свежего воздуха, г/кг ; - удельная теплоёмкость воды, ; Принимается =4,19 - с. 40 [1]; =46 , =11 г ./кг – с. 40 [1] при поступлении воздуха из коридора управления; Общий расход тепла на испарение влаги , : , (3.20) Потери тепла через ограждения камеры Суммарные теплопотери через ограждения камеры , : , (3.21) где - теплопотери через наружную поверхность, ; - теплопотери через торцовую стену, ; - теплопотери через дверь на входе камеры, . Теплопотери через наружную поверхность ограждения камеры в единицу времени , : , (3.22) где - площадь ограждения, ; - температура среды в камере, ; - расчётная температура наружного воздуха, . , – внутренний и наружный диаметры стенки, мм. – коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, – коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Принимается =15 - с. 41 [1] для всех ограждений; Теплопотери через торцовую стену и дверь в единицу времени: (3.23) Размеры камеры: длина м ; диаметр в =1,8 м . Размеры двери: диаметр в =1,8 м . Таблица 3.1 – Расчёт поверхности ограждений камеры
Таблица 3.2 – Расчёт потерь тепла через ограждения
кВт Суммарные теплопотери через ограждения камеры с учётом поправки , кВт : , (3.24) кВт Удельный расход тепла на потери через ограждения , : , (3.25) кДж/кг Определение удельного расхода тепла на сушку , , (3.26) где - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др. Принимается =1,2 – с. 45 [1]. кДж/кг кДж/кг Определение расхода тепла на 1 м3 расчётного материала , : , (3.27) 3.8 Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера Согласно заданию оставляем электронагреватели типа ТВК. 3.8.2 Тепловая мощность калорифера , кВт , (3.28) где - коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку. Принимается =1,2 – с. 47 [1]. кВт Определение потребляемого количества электроэнергии за 1 год работы цеха , кВт*год Расход электроэнергии: 2,0…2,6 кBт*чac/м3 на 1% выпаренной влаги. где – расход электроэнергии за 1 час работы, на 1% выпаренной влаги, из 1 м3 пиломатериала, кBт*чac/м3 ; – время работы камеры за 1 год, ч; V – годовая программа, м3 ; Принимается кBт*чac/м3 ; ч 4. Аэродинамический расчёт камер4.1 Расчёт потребного напора вентилятора Таблица 4.1 – Участки циркуляции воздуха в термовакуумной камере периодического действия типа «ТВК-1 эл»
Определение скорости циркуляции агента на каждом участке , м/с , (4.1) где - площадь поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, . Определение площади поперечного сечения канала в плоскости, перпендикулярной потоку агента сушки на соответствующем участке, : Участок 1 Прямой канал , (4.2) где - высота циркуляционного канала, м . Принимается =0,888 м , м ; Участок 2 Вход в штабель (внезапное расширение) , (4.3) Участок 3 Штабель , (4.4) Участок 4. Выход из штабеля (внезапное сужение) , (4.5) Все расчёты по определению скорости циркуляции агента сушки сведены в таблицу 4.2. Таблица 4.2 – Скорость циркуляции агента сушки на каждом участке
Определение сопротивлений движению агента сушки на каждом участке , Па Участок 1. Прямой канал , (4.6) где – коэффициент трения; - длина участка, м ; - периметр канала, м . Принимается =0,016 – с. 58 [1] для металлических каналов; =16,2 м . Определение периметра канала , м : , (4.7) м Участок 2 Вход в штабель (внезапное расширение) , (4.8) где- коэффициент сопротивления для внезапного расширения потока. Принимается =0,9 – таблица 3.8 [1] для внезапного расширения потока при =0,05. Участок 3. Штабель , (4.9) где- коэффициент сопротивления потока в штабеле. Принимается =8,6 – таблица 3.10 [1] для штабеля с толщиной прокладок =25 мм и толщиной досок =19 мм . Участок 4 Выход из штабеля (внезапное сужение) , (4.10) где- коэффициент сопротивления потока при внезапном сужение потока. Принимается =0,3 – таблица 3.9 [1] для внезапного сужения потока при =0,05. Все расчёты по определению сопротивлений сведены в таблицу 4.3. Таблица 4.3 – Подсчёт сопротивлений
Определение потребного напора вентилятора , Па , (4.11) Па 4.2 Выбор вентилятора Определение производительности вентилятора , , (4.12) Определение характерного (приведённого) напора вентилятора , Па , (4.13) Па Безразмерная производительность , (4.14) где - частота вращения ротора, . Принимается =1000 . Безразмерный напор , (4.15) 4.3 Определение мощности и выбор электродвигателя Максимальная теоретическая мощность вентилятора , кВт , (4.16) кВт Мощность электродвигателя для привода вентиляторов , кВт , (4.17) где - коэффициент запаса мощности на пусковой момент; - коэффициент запаса, учитывающий влияние температуры среды, где расположен электродвигатель; - КПД передачи. Принимается =1,15 – таблица 3.15 [1] для электродвигателя мощностью более 5 кВт и центробежного вентилятора; =1,25 – таблица 3.16 [1] для температуры среды С =1,0 – с. 81 [1] при непосредственной насадке ротора вентилятора на вал электродвигателя. кВт По расчётной мощности электродвигателякВт и частоте вращения ротора из таблицы 3.17 [1] выбирается три трёхскоростных электродвигателя типа 4А160S6У3 с мощностью кВт и частотой вращения ротора . Заключениелесосушильный камера пиломатериал термовакуумный В данном курсовом проекте были проведены технологический, тепловой и аэродинамический расчёты лесосушильной камеры «ТВК-1 эл», а также описаны специальные способы сушки пиломатериалов. В работе был произведен вентиляторов с приводами. Список использованных источников 1. Акишенков С.И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию для студентов спец. 26.02, 17.04. – Л.: ЛТА, 1992. – 87 с. 2. Шубин Г.С. Проектирование установок для гидротермической обработки древесины. – М.: Лесн. пром-сть, 1983. – 272 с. 3. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. – Архангельск: Изд-во ЦНИИМОД, 1985. – 142 с. 4. Богданов Е.С. Сушка пиломатериалов. – М.: Лесн. пром-сть, 1988. – 248 с. 5. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. – М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 360 с. |