Курсовая работа (т): Разработка проекта лесосушильного участка на базе сушильных камер CM 3000 90

сд - удельная теплоёмкость древесины в диапазоне температур от t0 до tнп.

Плотность древесины при начальной влажности Wн определяют с помощью диаграммы плотности (рисунок 2.2 [2] с.69), либо формулы (2.18) [2] с 68. Для сосны Wн=70% и базисной плотностью rБ=400кг/м3, плотность древесины будет:

rд= rБ ∙(100+W)/100, кг/м3. (4.19)

rд= 400 ∙(100+70)/100=680 кг/м3

Начальную температуру замороженной древесины при выполнении расчета для зимних условий принимаем t0= -20°С. Значение начальной температуры для среднегодовых условий принимаем t0= 5,4°С по приложению 7 [1] с. 94 в зависимости от региона, в котором планируется строительство цеха. Удельную теплоемкость древесины определяем по рисунок 2.3. [2] с. 73. При этом среднее значение температуры древесины рассчитываем по формулам:

при определении с(-) t = t0/2 (4.20)

при определении с(+) t = tнп/2 (4.21)

при определении сд t = (t0 + tнп)/2 (4.22)

Для t= -20 / 2 = -10°C с(-) = 2,2 кДж/(кг×°С)

Для t = 67 / 2 =33,5°C с(+) = 2,91 кДж/(кг×°С)

Для t = (5,4+67) / 2 =36,2°C сд = 2,93 кДж/(кг×°С)

По табл. 5 приложения [2] с.214 для t0= -20°С определяем содержание воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии Wс.ж.=18%.

Рассчитаем удельный расход теплоты на начальный прогрев для зимних условий:' пр = 680 ×2,2×(-(-20)+400 × (70-18) × 335 / 100 + 680×2,91 × 67 =

=232180 кДж/м3

Для среднегодовых условий (t0=5,4°С, т.к. предприятие находится в Минской области):' пр = 680 × 2,93 × (67-5,4) = 122732 кДж/ м3

Удельный расход теплоты при начальном прогреве, отнесенный к 1 кг испаряемой влаги qпр, кДж/кг, рассчитаем для зимних и среднегодовых условий по формуле:

пр = q 'пр / D1 (4.23)

Для зимних условий:

qпр = 232180/ 240 = 967,4 кДж/кг

Для среднегодовых условий:

qпр = 122732 / 240 = 511,4 кДж/кг

Секундный расход теплоты на начальный прогрев Qпр, кВт, также определим для зимних условий по формуле:

Qпр = q'пр × Е1 / (3600 × tнп) (4.24)

где tнп- продолжительность начального прогрева для расчётного материала, ч;

Е1- вместимость камеры, м3.

Для зимних условий:пр = 232180× 66 / (3600 × 2,85) =1493,6 кВт

.3.2 Расход теплоты на испарение влаги

Удельный расход теплоты на испарение влаги в сушилках рассчитываем для зимних и среднегодовых условий по формуле по формуле (4.13) [1] с.26:

qисп = (1000 × (I2 - I0) / (d2 - d0) ) - c' × tм (4.25)

где I0, d0- энтальпия и влагосодержание свежего воздуха, поступающего в сушильную камеру во время сушки, кДж/кг, г/кг соответственно;

с' - удельная теплоемкость воды (4,19 кДж/(кг×0С));м - температура смоченного термометра психрометра для режима сушки расчетного материала, °С.м =t-Δt = 61-10 = 51°С.

Значения I0 и d0 определяем по приложению 7 [1] с. 94. Для Могилевской области I0 = 5,4 кДж/кг, d0 = 4,5 г/кг - для зимних условий; I0 = -6,5 кДж/кг, d0 = 2,4 г/кг - для среднегодовых.

Для зимних условий:исп = (1000 × (290,9-(-6,5)) / (90,9- 2,4)) - 4,19 × 51 = 3146,7 кДж/кг

Для среднегодовых условий:исп = (1000 × (290,9- 5,4) / (90,9- 4,5)) - 4,19 × 51 = 3090,7 кДж/кг

Расход теплоты на испарение влаги из 1 м3 расчетного материала q'исп, кДж/м3, определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле:

q'исп = qисп × D1 (4.26)

Для зимних условий:

q'исп = 3146,7× 240 = 755,2 кДж/м3

Для среднегодовых условий:

q'исп = 3090,7 × 240 = 741,7 кДж/м3

Расход теплоты в единицу времени на испарение влаги Qисп , кВт, также определяем для зимних и среднегодовых условий по формуле:

Qисп = qисп × Dр (4.27)

Для зимних условий: Qисп = 3146,7 × 0,094 = 295,8 кВт

Для среднегодовых условий: Qисп = 3090,7 × 0,094 = 290,5 кВт

.3.3 Тепловые потери через ограждения

Тепловые потери через ограждения сушилки в единицу времени определяем по формуле:

Qогр = ∑ Fi · Kтi · ( tc - t0) (4.28)

где Fi - поверхность ограждений определенного вида (стена, дверь и т.д.), м2;

Kтi - коэффициент теплопередачи соответствующего вида ограждения, Вт/(м2·°С);-температура среды в камере, °С;- температура наружной среды, °С.

Температура наружной среды зависит от того, где находятся сушильные камеры - внутри помещения или вне него. В данном проекте камеры находятся внутри не отапливаемого помещения. Поэтому температура наружной среды t0 = -20°С , а для среднегодовых t0 = 5,4°С . При расчете потерь через пол= 2°С - для зимних условий; t0 = 10°С - для среднегодовых.

Расчет площадей ограждающих конструкций проведем в соответствии со схемой камеры СМ 3000 90 показанной на рисунке 4.1

Sстенки боковой=8,9 · 5,0= 44,5м2

Sстенки задней=9,7 · 5,0=48,5м2

Sперекрытия=9,7 · 8,9=86,33м2

Sпола=9,7 · 8,9=86,33м2

Sворот=3,9 · 9,7=37,83м2

Sстенки передней=48,5 - 37,83= 10,67м2

Рисунок 4.1 - Схема камеры СМ 3000 90

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений К, Вт/(м2×0С), определяем по формуле:

Kтi = 1 / (1 / aв + d1 / l1 + … + dn / ln + 1 / aн) (4.29)

где aв - коэффициент теплоотдачи от внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м2×°С);

aн - коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м2×°С);

d1, d2, ..., dn - толщина слоев ограждений, м;

l1, l2,…, ln - коэффициент теплопроводности материалов ограждений, Вт/(м2×°С) (приложение 9 [1, с. 95]).

Схемы основных ограждений камеры с указанием размеров показаны на рисунке 4.2.

а) стеновая панель камеры, панель двери; 1 - металлическая обшивка, 2- теплоизоляция.

Рисунок 4.2 - Схема ограждения сушильной камеры

Значения всех параметров, необходимых для расчета коэффициента теплопередачи, сводим в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Расчет коэффициента теплопередачи

Определяем коэффициент теплопередачи ограждений:

К = 1 / [1/25 + 0,15/0,052 + 2·0,0015 /58 + 1/12 ] =0,36 Вт/(м2×°С)

Коэффициент теплопередачи пола принимает равным 0,5·К наружной стены.

Кпола = 0,5 · Кст= 0,5 × 0,36=0,18 Вт/(м2×°C)

Температура среды для камер периодического действия принимается по таблице 4.1.

Выполним расчет теплопотерь через ограждения сушилки:

для ворот: Qогр.з.=37,83 ·0,36 ·(57,5-(-20)) ·10-3=1,06кВт

Qогр.сг.= 37,83 ·0,36 ·(57,5-5,4) ·10-3=0,71кВт

для боковой стенки: Qогр.з.=44,5 ·0,36 ·(57,5-(-20)) ·10-3=1,24кВт

Qогр.сг.=44,5 ·0,36 ·(57,5-5,4) ·10-3=0,83кВт

для задней стенки: Qогр.з.=48,5 ·0,36 ·(57,5-(-20)) ·10-3=1,35кВт

Qогр.сг.=48,5 ·0,36 ·(57,5-5,4) ·10-3=0,91кВт

для перекрытия: Qогр.з.=86,33·0,36 ·(57,5-(-20)) ·10-3=2,41кВт

Qогр.сг.=86,33 ·0,36 ·(57,5-5,4) ·10-3=1,62кВт

для стенки передней: Qогр.з.=10,67 ·0,36 ·(57,5-(-20)) ·10-3=0,30кВт

Qогр.сг.=10,67 ·0,36 ·(57,5-5,4) ·10-3=0,20кВт

для пола: Qогр.з.=86,33 ·0,18 ·(57,5-2,0) ·10-3=0,86 кВт

Qогр.сг.=86,33 ·0,18 ·(57,5-10,0) ·10-3= 0,74кВт

Расчеты потерь теплоты через ограждения сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Расчет тепловых потерь через ограждения для камеры, расположенной внутри неотапливаемого помещения

Удельный расход теплоты на потери через ограждения определяем по формуле:

огр = 1,5 × åQогр / Dc, (4.30)

где åQогр - суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт.

Для зимних условий:огр = (1,5 × 7,22) / 0,072 = 150,4 кДж/кг

Для среднегодовых условий:огр = (1,5 × 5,01) / 0,072 = 104,4 кДж/кг

В пересчете на 1 м3 расчетных пиломатериалов тепловые потери через ограждения q'огр кДж/ м3 ,составляют:

'огр = qогр · D1 (4.31)

Для зимних условий:'огр = 150,4 · 240 = 36096 кДж/ м3

Для среднегодовых условий:'огр = 104,4 · 240 =25056 кДж/ м3

.3.4 Суммарный расход теплоты

Определение расхода теплоты qсуш, кДж/кг, производим для зимних и среднегодовых условий по формуле:

суш = (qпр + qисп + qог) · С1 (4.32)

где С1 - коэффициент, учитывающий расход теплоты на прогрев камер, транспортных средств, оборудования и т.д. Для камер, загрузка и разгрузка которых производится рельсовым транспортом С1 = 1,2-1,3.

Для зимних условий:суш = (967,4+3146,7 + 150,4) ×1,3 = 5543,9 кДж/кг

Для среднегодовых условий:суш = (511,4+3090,7 + 104,4) ×1,3 = 4818,5 кДж/кг

Расход теплоты на 1 м3 расчетного материала q'суш, кДж/м3, определяем только для среднегодовых условий по формуле:

'суш = qсуш × D1 (4.33)'суш =4818,5 · 240 = 1156440 кДж/м3

Результаты расчета расхода теплоты на сушку обобщаем в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Расход теплоты на сушку

.4 Определение расхода теплоносителя

В качестве теплоносителя в сушильных камерах по заданию применяют пар (t=133,540C). Расход пара Мп , кг/м3, на сушку 1м3 расчетных пиломатериалов определяем для среднегодовых условий по формуле:

Мп = qсуш · D1/( iн- i')), (4.34)

где, iн - энтальпия сухого насыщенного пара при заданном давлении, кДж/кг;

i '- энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

Энтальпию пара и кипящей воды определяют по таблице 2 [2] стр. 212.

Мп = 4818,5·240 / (2725-561) =534,4 кг/м3

Часовой расход пара на 1 камеру М1 , кг/ч , в период прогрева и сушки рассчитываем для зимних условий по формулам:

М1пр =(Qпр +1,5·Qогр)·1,25·3600/( iн- i')) (4.35)

М1суш =(Qисп +1,5·Qогр)·1,25·3600 /( iн- i')) (4.36)

М1пр =(1493,6+1,5·7,22) · 1,25 · 3600/(2725-561)=3128,4 кг/ч

М1суш =(295,8+1,5·7,22) · 1,25 · 3600/( 2725-561 )= 637,6кг/ч

Часовой расход пара на сушильный цех Мц, кг/ч, рассчитаем для зимних условий по формуле:

Мц = М1пр·Nпр + М1суш ·Nсуш, (4.37)

где Nпр, Nсуш - количество камер, в которых одновременно идет прогрев и сушка материала соответственно, шт.:

Nпр = N/6; (4.38)

Nсуш = N- Nпр, (4.39)

где N - количество камер в цехе, шт.

Nпр = 5/6 = 0,83 шт. ≈ 1 камера

Nсуш = 5-1 = 4 камеры.

Мц = 3128,4·1 + 637,6·4 = 5678,8 кг/ч

Суммарный объем подлежащих сушке пиломатериалов составляет

∑Фi = 8000+5000+7500+3500 = 24000 м3/год.

Рассчитываем среднюю продолжительность сушки заданных пиломатериалов по формуле 4.33 [1] с. 33.

τц.ср = ∑ τц.i ·Фi/∑ Фi (4.40)

где, τц.i - продолжительность цикла сушки заданных пиломатериалов, сут; Фi - объем заданных пиломатериалов, м3/год.

τц.ср = (2,7·8000+4,6·5000+5,4·7500+7,9·3500)/(8000+5000+7500+3500) = 4,7сут

Для расчетного материала опредлеляем отношение τц.ср/ τц=4,7/2,7=1,74; для которого по табл. 4.4 [1] с. 33 принимаем значение поправочного коэффициента сτ3 = 1,15

Годовой расход пара на сушку всего заданного объема пиломатериалов Мг,т/год, определяем для среднегодовых условий по формуле:

Мг = Мп ·Ф·сτ3·10-3, (4.41)

где Ф - суммарный объем фактически высушенных пиломатериалов заданных размеров и пород, м3/год;

сτ3 - поправочный коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчетного материала.

Мг =534,4 ·24000·1,15·10-3 = 14749,4 т/год

Результаты расчета расхода теплоносителя обобщаем в таблице 4.5

Таблица 4.5 - Расход теплоносителя

.5 Расчет калориферов

.5.1 Характеристика калориферов

Заданием на курсовой проект для установки в сушильной камере предложены компактные паровые калориферы КП4-СК, схема которых представлена на рисунке 4.3