BylinaGTO41x

advertisement
4.Тепловой расчёт
4.1. Определение массы испаряемой влаги
Для выполнения теплового расчёта выбираем расчётный материал. За него
принимаем самый быстросохнущие доски из заданной спецификации. На
основании результатов расчёта продолжительности сушки, выполненного в
разделе 3.1 (табл. 3.1), выбираем в качестве расчётного материала пиломатериалы из древесины ели толщиной S1=22 мм.
Рассчитываем массу влаги, испаряемой из 1 м3 расчётного материала:
D1 
 Б  WН  WК 
100
, кг/м3,
(4. 1)
где ρБ – базисная плотность древесины расчётного материала, кг/м3; WН,WК –
начальная и конечная влажность древесины, %.
Базисную плотность расчётного материала принимаем по табл. 4 [2], с. 214:
ρБ= 360 кг/м3.
Тогда масса влаги, испаряемой 1 м3 расчётного материала:
D1 
360  50  14 
 129,6 êã / ì 3 .
100
Массу влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, определим по
формуле:
DОБ.  D1  E , кг,
(4. 2)
где Е – вместимость камеры, м3.
Рассчитываем вместимость камеры:
E  EШ  и
, м3,
(4. 3)
где Eш – вместимость штабеля, которая была рассчитана в разделе 3. 3, м3; u –
количество штабелей в камере.
E  3,46  1  3,46 ì 3 .
DÎÁ .  129,6  3,46  448,42 êã.
Массу влаги, испаряемой в камере за 1 с, найдем по формуле:
DC 
Изм. Лист
№ докум.
Разр.
Былина Е.И.
Пров.
Федосенко И.Г.
Дата
(4. 4)
КП 04.00.ПЗ
Лит.
Тепловой расчет
Лист
Листов
1
16
БГТУ 209070211
Н. Контр.
Утв.
Подп.
DОБ
, кг/с,
3600   C
Снопков В. Б.
где τС – продолжительность сушки расчётного материала, ч.
Продолжительность сушки расчётного материала вычисляем по формуле
 c   Ц  ( НП   КВТО   ПВТО ), ч.
(4. 5)
 c  28,14  3,3  24,84 ÷.
Тогда масса влаги, испаряемой в камере за 1 с:
DC 
448,42
 0,005 êã / ñ.
3600  24,84
Определяем расчётную массу испаряемой влаги по формуле:
DР  DC  k НС , кг/с,
(4. 6)
где kнс – коэффициент, учитывающий неравномерность скорости сушки.
Принимаем данный коэффициент в зависимости от конечной влажности
древесины – Wк=14 % kнс=1,2.
DÐ  0,005  1,2  0,006 êã / c.
4.2. Определение параметров агента сушки
Температуру и относительную влажность сушильного агента на входе в
штабель принимаем по второй ступени режима сушки расчётного материала (табл.
2.2):
t1=840C, φ1=0,59 %.
Парциальное давление водяного пара определим по формуле:
р П    рН
, Па,
(4. 7)
где рн - давление насыщенного водяного пара при заданной температуре t1.
По таблице 1 приложения [2], с. 211 находим давление насыщенного
водяного пара:
Pн1=55712 Па.
Парциальное давление:
ð Ï 1  0,59  55712  32870,08 Ïà .
Рассчитываем влагосодержание сушильного агента на входе в штабель:
d1 
622  p П1
, г / кг ,
p а  p П1
(4. 8)
где pa – атмосферное давление, pa=100000 Па.
d1 
622  32870,08
 304,6 ã/êã.
100000  32870,08
Энтальпия сушильного агента на входе в штабель:
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
Лист
2
I 1  1,01 t1  0,001 d 1  (1,88  t1  2500), êÄæ / êã;
(4. 9)
I 1  1,01  84  0,001  304,6  (1,88  84  2500)  894,44 êÄæ / êã.
Плотность влажного воздуха находим по формуле:
28,96  pa  10,94  p П1
, кг / м 3 ,
8314  T1
1 
(4. 10)
где Т1 – температура влажного воздуха на входе в штабель, К.
T1=t1 + 273,15 = 80 + 273,15 = 353,15 K.
1 
(4. 11)
28,96  100000  10,94  32870,08
 0,854 êã / ì 3 .
8314  357,15
Приведенный удельный объем сушильного агента на входе в штабель
рассчитываем следующим образом:
 ПР.1  4,62  10 6  T1  (622  d1 ), м 3 / кг;
(4. 12)
 ÏÐ .1  4,62  10 6  357,15  (622  304,6)  1,53 ì 3 / êã.
Влагосодержание сушильного агента на выходе из штабеля определяем по
формуле:
d2 
1000
 d1 , г / кг ,
M
(4. 13)
где M – масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг.
V
, кг / кг ;
D Р  ПР.1
M 
M 
d2 
(4. 14)
6,94
 756,5 êã / êã.
0,006  1,53
1000
 304,6  305,9 ã / êã,
756,5
Определяем температуру агента сушки на выходе из штабелей, при этом
учитываем, что энтальпия воздуха во время сушки не изменяется, т.е. I1= I2.
t2 
I 2  2,5  d 2
,С;
1,01  0,00188  d 2
t2 
894,44  2,5  305,9
 81,8Ñ.
1,01  0,00188  305,9
(4. 15)
Находим давление пара воздуха, выходящего из штабеля:
PП 2 
ÐÏ
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
2

pa  d 2
Па,
622  d 2
(4. 16)
100000  305,9
 32966,9 Ïà .
622  305,9
КП 04.00.ПЗ
Лист
3
Остальные параметры агента сушки после штабелей рассчитываем,
применяя ранее использованную методику:
T2= t2 + 273,15 = 81,8 + 273 = 354,95 0C.
2 
28,96  100000  10,94  32966,9
 0,859 êã / ì 3 .
8314  354,95
 ÏÐ .2  4,62  10 6  354,95  (622  305,9)  1,521 ì 3 / êã.
Результаты расчёта параметров сушильного агента сводим в таблицу 4.1
Таблица 4. 1 - Параметры сушильного агента
Наименование
параметров
Температура, 0C
Влагосодержание, г/кг
Энтальпия, кДж/кг
Плотность, кг/м3
Приведенный
удельный объём, м3/кг
на входе в
штабель
84,0
304,6
894,44
0,854
1,53
Значения параметров
на выходе из
штабеля
81,8
305,9
894,44
0,859
1,521
среднее
82,9
305,25
894,44
0,8565
1,5255
4. 3. Определение расхода теплоты на сушку.
4. 3. 1. Расход теплоты на начальный прогрев.
Для зимних условий удельный расход теплоты на начальный прогрев 1 м3
пиломатериалов складывается из её затрат на нагревание замороженной
древесины от начальной отрицательной температуры до 00C, плавление
содержащегося в древесине льда и нагревание древесины до температуры
начального прогрева. Расход теплоты на начальный прогрев для среднегодовых
условий учитывает только затраты теплоты на нагревание древесины от начальной
положительной температуры до температуры прогрева. Расчёт расхода теплоты на
начальный прогрев пиломатериалов будем выполнять :
а) для зимних условий:
'
q ПР
  Д  c(  )  (t 0 )   Б 
WН  WСЖ
    Д  с(  )  t НП ,
100
кДж/м3;
(4. 17)
б) для среднегодовых условий:
'
q ПР
  Д  c Д  (t НП  t 0 ), кДж/м3,
(4. 18)
где ρД – плотность древесины расчётного материала, кг/м3; ρБ – базисная плотность
древесины расчётного материала, кг/м3; c(-), c(+) – удельная теплоёмкость
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
4
древесины при средней отрицательной и средней положительной температуре,
кДж/кг·0C; cД – удельная теплоёмкость древесины в диапазоне температур от t0 до
tНП, кДж/кг·0C; Wсж – содержание воды, оставшейся в замороженной древесине в
жидком состоянии, %; γ – скрытая теплота плавления льда, γ = 335 кДж/кг; t0 –
начальная температура древесины, 0C; tНП – температура начального прогрева, 0C.
Определяем плотность древесины при начальной влажности WН:
Д 
Ä 
 Б  (100  W )
100
, кг/м3,
(4. 19)
360  (100  50)
 540 êã / ì 3 .
100
Начальную температуру замороженной древесины при выполнении
расчётов для зимних условий принимаем t0 =-200C. Значение начальной
температуры для среднегодовых условий принимаем по приложению 7 [3], с. 94 в
зависимости от региона, в котором планируется строительство цеха.
Данный цех планируется строить в Витебской области, поэтому начальную
температуру для среднегодовых условий принимаем t0 =5,10C. Температура
начального прогрева была определена в подразделе 2.2 (таблица 2.3) tнп =940C.
Значения удельной теплоёмкости c(-), c(+) и cД определяем по диаграмме на рисунке
2.3 [2], с. 73. При этом среднее значение температуры древесины рассчитываем по
формулам: при определении c(-) – t = t0 /2 = -20/2 = -10 0C; при определении c(+) – t =
tНП /2 = 94/2 = 470C; при определении cД - t = (t0+ tНП) /2 = (5,1+94)/2 = 49,55 0C.
Тогда из диаграммы получаем:
c(-)=2,15 кДж/( кг· 0C);
c(+) =2,78 кДж/( кг· 0C);
cД = 2,8 кДж/( кг· 0C);
По табл. 5 приложения [2], с. 214 для t0 =-200C определяем содержание
воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии WСЖ = 18 %.
Рассчитываем расход теплоты на начальный прогрев 1 м3 пиломатериалов:
а) для зимних условий
'
q ÏÐ
 540  2,15  ((20))  360 
50  18
 335  540  2,78  94  202924,8 êÄæ / ì 3 .
100
б) для среднегодовых условий
'
q ÏÐ
 540  2,8  (94  5,1)  134416,8 êÄæ / ì 3 .
Рассчитываем удельный расход теплоты при начальном прогреве,
отнесённый к 1 кг испаряемой влаги, для зимних и среднегодовых условий:
q ПР
'
q ПР

Дж/кг,
D1
(4. 20)
202924,8
 1565,8 êÄæ / êã,
129,6
134416,8

 1037,2 êÄæ / êã.
129,6
q Ç ÏÐ 
q ÑÃ ÏÐ
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
5
Определяем секундный расход теплоты на начальный прогрев только для
зимних условий:
QПР 
Ç
QÏÐ

'
q ПР
E
, кВт ;
3600   НП
(4. 21)
202924,8  3,46
 59,1 êÂò .
3600  3,3
4. 3. 2 Расход теплоты на испарение влаги.
Удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги рассчитывают для
зимних и среднегодовых условий, используя формулу:
q ИСП 
1000  ( I 2  I 0 )
 c '  t М , , кДж/кг,
d2  d0
(4. 22)
где I0, d0 – энтальпия и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в
сушильную камеру во время сушки, кДж/кг, г/кг; c’ – удельная теплоёмкость воды,
кДж/(кг·0C); tм – температура смоченного термометра психрометра для режима
сушки расчётного материала, 0C.
Значения энтальпии и влагосодержания воздуха, поступающего в
сушильную камеру, зависят от принятого места их расположения, а также от
сезона. В данном случае камеры устанавливаются в неотапливаемом помещении,
который планируется строить в Витебской области. Принимаем значения
энтальпии и влагосодержания по приложению 7 [3], с. 94:
I Ç0  6,7 êÄæ / êã,
I Cà 0  5,1 êÄæ / êã,
d Ç0  2,3 ã / êã.
d ÑÃ 0  4,3 ã / êã.
Удельную теплоёмкость воды принимаем c’=4,19 кДж/(кг·0C). Температуру
смоченного термометра психрометра определяем, используя таблицу 2.3 и по
формуле:
t M  t II  t ,
(4. 23)
где tII – температура второй ступени сушки, °С; Δt – психрометрическая разность
на той же ступени, °С.
t M  84  12  72C.
Удельный расход теплоты на испарение 1 кг влаги:
q ÇÈÑÏ 
1000  (894,44  (6,7))
 4,19  72  2666,5 êÄæ / êã;
305,9  2,3
q CÃ ÈÑÏ 
1000  (894,44  5,1)
 4,19  72  2647,1 êÄæ / êã.
305,9  4,3
Расход теплоты на испарение влаги из 1 м3 расчётного материала
определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
6
qÈÑÏ  q ÈÑÏ  D1 кДж/м3,
(4. 24)
q  ÇÈÑÏ  2666,5  129,6  345578,4 кДж/м3 ,
q  ñãÈÑÏ  2647,1  129,6  343064,2 кДж/м3.
Расход теплоты в единицу времени на испарение влаги также рассчитываем
для зимних и среднегодовых условий. При этом используем формулу
QИСП  q ИСП  DР кВт,
(4. 25)
Q ç ÈÑÏ  2666,5  0,006  16,0 кВт.
Q ñãÈÑÏ  2647,1  0,006  15,9 кВт.
4. 3. 3 Тепловые потери через ограждения
Тепловые потери через ограждения сушилки в единицу времени
определяем, используя равенство
QОГР   Fi  KTi  (t C  t 0 )  103 , кВт ,
(4. 26)
где Fi – площадь ограждений определённого вида (стен, пола, дверей и т. д.), м2
;KТi – коэффициент теплопередачи соответствующего вида ограждений, Вт/(
м 2  0 С ); tc – температура среды в камере, 0C; t0 – расчётная температура наружного
по отношению к камере воздуха, 0C.
Основой для выполнения расчета тепловых потерь через ограждения
являются решения, принятые при разработке плана сушильного цеха (подраздел
3. 4).
Коэффициент теплопередачи всех видов ограждений:
KТ 
1

 
1
 1  2  ...  n 
 В 1 2
n  Н
1
, Вт/( м 2  0 С ),
(4. 27)
где αв, αн – коэффициенты теплообмена внутренних и наружных поверхностей
ограждений, Вт/( м 2 0 С ); δ1, δ2… δn – толщина отдельных слоёв ограждений, м; λ1,
λ2… λn – коэффициенты теплопроводности материалов соответствующих слоёв
ограждений, Вт/(м·0C).
Основой для выполнения расчета тепловых потерь через ограждения
являются решения, принятые при разработке плана сушильного цеха.
Расчет площади производят отдельно для каждого вида ограждений. Это
вызвано тем, что толщина ограждений, а также материалы, из которых они
изготовлены, могут быть различными, а температура наружной среды
неодинаковой.
Рассчитаем площади для каждого вида ограждений. Для этого используем
эскиз внутреннего объема камеры с указанием всех его размеров, изображенный
на рисунке 4. 1
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
Лист
7
LK, BK, HK - длина, ширина и высота внутреннего объема камеры, м;
Рисунок 4. 1 – Внутренний объем сушильной камеры
Sбоковая стена = 4,45  2,75  12,24 м2;
Sторцовая стена = 2,75  2,2  6,05 м2;
Sперекрытие = 4,45  2,2  9,79 м2;
Sпол = 4,45  2,2  9,79 м2.
Для выполнения расчёта необходимо знать коэффициент теплопроводности
всех материалов, из которых сделаны ограждения, а также толщину отдельных
слоёв ограждений. Примем следующую конструкцию и размеры ограждений,
изображенную на рисунке 4. 2.
панель сборной камеры
1 – алюминий; 2 – полипеноуретан;
Рисунок 4. 2 – Схемы многослойных ограждений
Коэффициент теплообмена внутренних поверхностей ограждений
принимаем равным αв = 25 Вт/( м 2 0 С ). Для наружных поверхностей ограждений
его величина зависит от места расположения сушильной камеры. В нашем случае
камеры расположены в неотапливаемом помещении αн= 12 Вт/( м 2 0 С ).
Толщины отдельных слоев ограждений принимаем равными:
 1  0,8  10 3 м;
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
8
 2  100  10 3 ì ;
Коэффициенты теплопроводности выбранных материалов принимаем из
приложения 9 [3], с. 95.
1  240Вт /( м  С);
2  0,024Âò /( ì  Ñ);
Рассчитываем коэффициент теплопередачи для всех видов ограждений:
– боковая стена, торцовые стены, перекрытия, двери
Ê Ò1  Ê Ò2  Ê Ò4  Ê Ò5 
1
 0,233 Âò /( ì
1 2  0,0008
0,1
1



25
240
0,024 12
Коэффициент теплопередачи пола принимаем
коэффициента теплопередачи наружной стены, т.е.
2
 Ñ );
равным
половине
Ê Ò5  0,5  Ê Ò1  0,5  0,233  0,117 Âò /( ì 2  Ñ)
Расчёты показывают, что значения коэффициента теплопередачи всех видов
ограждений не превышают 0,7 Вт/( м 2 0 С ). Следовательно, камера в
дополнительном утеплении не нуждается.
Температуру среды в камере принимаем равной средней температуре агента
сушки на входе и выходе из штабеля tс=82,9 0C.
Расчётную температуру наружного воздуха по отношению к камере,
установленной в неотапливаемом помещении, принимаем для зимних условий
t0=-20 0C и для среднегодовых условий из приложения 7 [3], 94 - t0=5,10C. При
расчёте теплопотерь через пол наружную температуру принимают для зимних
условий t0=20C, для среднегодовых - t0 =10 0C.
Рассчитываем величину теплопотерь через все виды ограждений:
– боковая стена
Q ÇÎÃÐ  12,24  0,233  (82,9  20)  10 3  0,293 êÂò ;
Q Ñà ÎÃÐ  12,24  0,233  (82,9  5,1)  10 3  0,222 êÂò ;
– торцовые стены
Q ÇÎÃÐ  6,05  0,233  (82,9  20) 10 3  0,145 êÂò ;
Q Ñà ÎÃÐ  6,05  0,233  (82,9  5,1)  10 3  0,110 êÂò ;
– перекрытие
Q ÇÎÃÐ  9,79  0,233  (82,9  20)  10 3  0,235êÂò ;
Q Ñà ÎÃÐ  9,79  0,233  (82,9  5,1)  10 3  0,177 êÂò ;
– пол
Q ÇÎÃÐ  9,79  0,117  (82,9  2)  10 3  0,093 êÂò ;
Q Ñà ÎÃÐ  9,79  0,117  (82,9  10)  10 3  0,084 êÂò ;
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
9
Суммарные тепловые потери через ограждения сушилки составят:
– для зимних условий
Ç
Ç
QÎÃÐ
  QÎÃÐi
 0,293  2  0,145  0,235  0,093  0,911 êÂò ;
– для среднегодовых условий
ÑÃ
ÑÃ
QÎÃÐ
  QÎÃÐi
 0,222  2  0,110  0,177  0,084  0,703 êÂò ;
Результаты расчета тепловых потерь через ограждения сушильной камеры
сводим в таблицу 4.2.
Таблица 4. 2 – Тепловые потери через ограждения камеры
Наименование
ограждений
Боковая стена
Торцовая стена
Перекрытие
Пол
Боковая стена
Торцовая стена
Перекрытие
Пол
Площадь,
м2
Коэффициент
теплопередачи
, Вт/( м·0C)
Температура, 0C
средняя в
камере
Зимние условия
12,24
0,233
82,9
2x6,05
0,233
82,9
9,79
0,233
82,9
9,79
0,117
82,9
Среднегодовые условия
12,24
0,233
82,9
2x6,05
0,233
82,9
9,79
0,233
82,9
9,79
0,117
82,9
наружная
Теплопотери,
кВт
Qогр.i
Qогр.
-20
-20
-20
2
0,293
0,290
0,235
0,093
5,1
5,1
5,1
10
0,222
0,220
0,177
0,084
0,911
0,703
Определяем удельный расход теплоты на потери через ограждения в
пересчёте на 1 кг испаряемой влаги:
qÎÃÐ 
1,5  QÎÃÐ
, êÄæ / êã;
Dc
(4. 28)
1,5  0,911
 273,3 êÄæ / êã;
0,005
1,5  0,703

 210,9êÄæ / êã.
0,005
Ç
qÎÃÐ

ÑÃ
qÎÃÐ
В пересчёте на 1 м3 расчётных пиломатериалов тепловые потери через
ограждения составляют
  qОГР  D1 , кДж / м 3 ;
qОГР
(4. 29)
q ç ÎÃÐ  273,3  129,6  35419,68 êÄæ / ì 3 ;
qÑà ÎÃÐ  2210,9  129,6  27332,64 êÄæ / ì 3 .
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
10
4. 3. 4. Суммарный расход теплоты
Определение суммарного удельного расхода теплоты на сушку также
производят для зимних и среднегодовых условий. При этом используем формулу :
qСУШ  (q ПР  q ИСП  qОГР )  С1 , кДж / кг ,
(4. 30)
где C1 – коэффициент, учитывающий дополнительный расход теплоты на
начальный прогрев ограждений камеры, транспортных средств, оборудования и
др.
Для камеры DQKE140/3 принимаем C1 = 1,3, т.к. камера оборудована
рельсовым транспортом и установлена в неотапливаемом помещении.
q ÇÑÓØ  (1565,8  2666,5  273,3)  1,3  5857,3 êÄæ / êã;
q Ñà ÑÓØ  (1037,2  2647,1  210,9)  1,3  5063,76 êÄæ / êã.
Расчёт расхода теплоты на 1 м3 расчётного материала выполняем только для
среднегодовых условий по формуле :

qСУШ
 qСУШ  D1 , кДж / м 3 ;
(4. 31)

qÑÓØ
 5063,76  129,6  656263,3êÄæ / ì 3 .
Результаты расчёта расхода теплоты на сушку обобщаем в таблицу 4.4.
Таблица 4. 4 – Расход теплоты на сушку
Зимние условия
3
Статья
на 1 м
на 1 кг
расхода
древесины, испаряемой за 1с,
теплоты
кВт
кДж/м3
влаги,
кДж/кг
Прогрев
202924,8
1565,8
59,1
материала
Испарение
345578,4
2666,5
16,0
влаги
Потери
через
35419,68
273,3
0,911
ограждения
Расход
теплоты на
–
5857,3
–
сушку
Среднегодовые условия
на 1 м3
на 1 кг
древесины, испаряемой за 1с,
кВт
кДж/м3
влаги,
кДж/кг
134416,8
1037,2
–
343064,2
2647,1
15,9
27332,64
210,9
0,703
656263,3
5063,76
–
4. 4. Определение расхода теплоносителя
В качестве теплоносителя в камере, используемой данном проекте, в
используется насыщенный пар. Расход пара на сушку 1 м3 расчётных
пиломатериалов определяем по формуле
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
11
Mï 
qñóø  D1
ií  i
'
, кг/м3,
(4. 32)
где iн – энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении (p=0,2 МПа),
кДж/кг; i’ – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.
Энтальпию пара и кипящей воды определяем по табл. 2[2, с.212]:
iн = 2707 кДж/кг, i’ = 505 кДж/кг.
Для среднегодовых условий:
5063,76  129,6
 298,03 êã / ì 3 .
2707  505
Mï 
Часовой расход пара на 1 камеру в период прогрева и сушки рассчитывают
для зимних условий по формулам
M 1ïð 
(Qïð  1,5  Qîãð )  1,25  3600
M 1ñóø 
M 1ïð 
ií  i '
, кг/ч;
(Qèñï  1,5  Qîãð )  1,25  3600
ií  i '
, кг/ч.
(4. 33)
(4. 34)
(59,1  1,5  0,911)  1,25  3600
 123,6 кг/ч,
2707  505
M 1ñóø 
(16  1,5  0,911)  1,25  3600
 35,5 кг/ч.
2707  505
Часовой расход пара на сушильный цех также рассчитываем для зимних
условий, используя формулы
M ö  M 1ïð  N ïð  M 1ñóø  N ñóø , кг/ч;
N ïð 
N
;
6
(4. 35)
(4. 36)
N ñóø  N  N ïð ,
(4. 37)
где - Nпр , Nсуш – количество камер, в которых одновременно идёт прогрев и сушка
материала, соответственно, шт.; N – количество камер в цехе, шт.
Количество камер в цехе было рассчитано в разделе 3.2:
N=12 шт.
Количество камер, в которых одновременно идет прогрев и сушка
пиломатериалов:
12
 2 камеры;
6
 12  2  10 камер.
N ïð 
N ñóø
Часовой расход пара на сушильный цех для зимних условий
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
12
M ö  123,6  2  35,5  10  602,2 кг/ч.
Годовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов
определяем для среднегодовых условий по формуле
M ã  M ï  Ô  c 3  10 3 , т/год,
(4. 38)
где Ф – суммарный объём фактически высушенных (подлежащих сушке)
пиломатериалов заданных размеров и пород, м3 /год; сτ3 – поправочный
коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов,
сохнущих медленнее расчётного материала.
Суммарный объём заданных пиломатериалов составляет
Ф =2000+2000+1500+1500=7000 м3 /год.
Коэффициент сτ3 определяем по таблице 4. 4 [3], с. 33 в зависимости от
величины отношения средней продолжительности цикла сушки фактических
пиломатериалов (τц.ср.) к продолжительности расчётного материала (таблица 3.1).
Значения τц.ср. рассчитываем по формуле (4.34) [3, с.30]
 Ö .ÑÐ. 
  Ô
Ô
Ö .i
i
, сут,
(4. 39)
i
где τц.i. – продолжительность цикла сушки заданных пиломатериалов, ч; Фi –
объём заданных пиломатериалов, м3 /год.
 Ö .ÑÐ. 
1,17  2000  1,87  2000  1,54  1500  2,53  1500
 1,74 сут.
7000
Для расчётного материала определяем отношение τц.ср./ τц. =1,74/1,17=1,49,
для которого значение поправочного коэффициента – сτ3 =1,098.
Годовой расход пара равен
M ã  298,03  7000  1,098  10 3  2290,6
т/год.
Результаты расхода теплоносителя обобщаем в таблицу 4. 4.
Таблица 4. 4 – Расход теплоносителя
Расход теплоносителя
на сушку 1 м3 расчётных
материалов, кг/ м3
часовой на 1 камеру, кг/ч:
- в период прогрева
- в период сушки
часовой на сушильный цех
годовой на цех, т/год
Для зимних условий
Для среднегодовых условий
–
298,3
123,6
35,5
602,2
–
–
–
–
2290,6
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
13
4. 5. Расчёт калориферов
4. 5. 1. Характеристика калориферов
Принимаем к установке в сушильной камере спирально-накатные
биметаллические четырёхрядные калориферы КП4-СК, относящиеся к
компактным калориферам, обогреваемым паром. Размеры и характеристики этой
модели указаны в таблице 4.5, они относятся к рисунку 4.3.
Рис. 4. 3 Компактный калорифер паровой модели КП4-СК
Таблица 4.5 - Размеры и характеристики паровых компактных калориферов
Номер
калориф
ера
Размеры, мм
А
6
7
8
9
10
11
12
Площадь поверхности
Нагрева калорифера модели КП4- Площадь
СК, м2
Аз
530
655
780
905
1155
1655
1655
Б
675
800
925
1050
1300
1795
1795
Б2
503
503
503
503
503
1003
1503
575
575
575
575
575
1075
1575
КП4-СК
ƒфр, м2
14,26
17,57
20,88
24,19
30,82
90,04
136,02
0,267
0,329
0,392
0,455
0,581
1,660
2,488
4. 5. 2. Выбор места установки и компоновка калориферов
Калориферы устанавливаются с вертикальным расположением
нагревательных трубок в циркуляционном канале камеры, размеры которого
равны 4,45x0,66 м. Следовательно, высота калорифера не должна превышать
высоту циркуляционного канала, т. е. А3<660мм. Так как список из списка
калориферов нет подходящий, ставим калориферы с горизонтальным
расположением трубок. Согласно приложению 10 [3], 96 выберем калорифер
№9. Его высота , в нашем случае ширина А3=1050мм, высота Б2=575 мм.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
14
Таким образом, по ширине циркуляционного канала может поместиться
следующее количество калориферов:
nk 
4450
 4,23 , шт.
1050
Следовательно, принимаем количество калориферов nк=4.
Вычерчиваем схему поперечного сечения циркуляционного канала и
предполагаемую компоновку в нём калориферов:
Для компактных калориферов рассчитывают массовую скорость во
фронтальном сечении
1  ôð 
1  V
f ôð  nk
,
(4. 40)
где fфр – площадь фронтального сечения калорифера, м2; nk – количество
калориферов в сечении, шт.
Согласно приложению 11 [3], c. 97, площадь их фронтального сечения
калорифера составляет fфр=0,455 м2.
 ôð  1 
0,854  6,94
 3,26êã /( ì
0,455  4
2
 ñ).
Массовая скорость агента сушки во фронтальном сечении
установленных калориферов должна быть в пределах от 2 до 8 кг/( м2·с). В
нашем случае условие выполняется.
4. 5. 3. Расчет тепловой мощности калориферов
Тепловую мощность выбранных калориферов, установленных в
сушильной камере, рассчитываем по формуле
Qу=
K К  F  t ср
1000  С з
, кВт,
(4. 41)
где КК – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/( м2·0C); F – площадь
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
15
поверхности нагрева калорифера, м2; ∆tср – средний температурный напор
калорифера, 0C; C3 – коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности
нагревательных трубок калорифера.
Коэффициент теплопередачи для калориферов КП4-CК принимаем по
приложению 15 [3], с. 99.
K К = 41 Вт/(м2·0 C)
Площадь поверхности нагрева компактных калориферов рассчитываем
по формуле
F  f К   nK , м 2 ,
(4. 42)
где fк – поверхность нагрева одного калорифера. Значение fк определяем по
приложению 11[3], с. 97 - fк=13,37 м2.
F  24,19  4  96,76 ì 2 .
Средний температурный напор определяем по формуле
t ср  t Н  0,5  (t1  t 2 ),С ,
(4. 43)
где t1, t2 – температура агента сушки на входе и выходе из штабеля, ·◦С; tн –
температура насыщенного пара, ·◦С.
t ñð  120,23  0,5  (84,0  81,8)  37,33Ñ ,
Коэффициент Сз для компактных калориферов принимаем Сз =1,2.
Qу =
41  96,76  37,33
 123,4 êÂò .
1000  1,2
Определяем тепловую нагрузку на калориферы во время сушки
пиломатериалов в зимних условиях по формуле
QK  (QИСП  1,5  QОГР )  С П , кВт ,
(4. 44)
где Сп – коэффициент неучтенных потерь теплоты при сушке. Принимаем С п
= 1,2.
QK  (16  1,5  0,911) 1,2  20,8êÂò ,
Т.к. условие Qу > Qк выполняется, считаем, что калориферы обеспечат
соблюдение выбранных режимов сушки и требуемую производительность
сушильных камер.
Лист
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП 04.00.ПЗ
16
Скачать