Расчет. Курсовая работа Проект сушильного цеха для камеры ул2

• Название: Курсовая работа Проект сушильного цеха для камеры ул2
• Дата: 29.09.2022
• Размер: 304.7 Kb.
• Имя файла: Расчет.docx
• Тип: Курсовая; #704321
• страница: 3 из 4

1.2. Тепловой расчет камер

Цель теплового расчета состоит в определении затрат тепла и расхода пара на сушку древесины, выборе и расчете теплового оборудования камер (калориферов, конденсатоотводчиков).

1.2.1. Выбор расчетного материала

За расчётный материал принимается самый быстросохнущий материал из заданной спецификации, т.е. тот, у которого t_об имеет наименьшее значение.

1.2.2. Определение параметров агента сушки на входе в штабель

Агент сушки – влажный воздух. По выбранному для расчётного материала режиму назначаю расчётные параметры – (t₁, φ₁) агента сушки на вход в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй ступени режима. Другие параметры, характеризующие состояние воздуха на входе в штабель:

влагосодержание d₁, теплосодержание J₁, парциальное давление пара P₁, плотность ρ₁ и удельный объём V₁ определяются по J_d – или t_p – диаграмме или расчётом по следующим формулам.

Парциальное давление пара и воздуха:

Р_{п 1}= Р_{н 1}·φ₁, Па (8)

где, Р_{н 1}- давление насыщенного пара при температуре t₁, Па.

Значение Р_{н 1} определяется по таблице.

Расчёты:

t₁=84°C φ=0,59.

Р_н=5750·10 = 57500 Па.

Р_n1=57500·0,59 = 33925 Па.

Влагосодержание воздуха:

d₁=622 , г/кг (9)

Расчёты:

d₁=622·33925/(10000-33925) = 319,35 г/кг.

Теплосодержание (энтальпия) воздуха:

J₁=t₁+0,001d₁(1,93t₁+2490), кДж/кг (10).

Расчёты:

J₁=84+0,001·319,35(1,93·84+2490) = 930,95.

Плотность воздуха:

ρ₁= , кг/м ³ (10)

Расчёты:

ρ₁=(349-132·319,35/(622+319,35))/273+84 = 0,852 кг/м ^3.

Удельный объём воздуха:

V₁=4,62·10^-6(273+t₁)(622+d₁), м ³/кг (11)

Расчёты:

V₁=4,62·10^-6(273+84)·(622+319,35) = 1,55 м ³/кг.

Значения параметров агента сушки на входе в штабель, записываю в таблицу. (удельная теплоёмкость перегретого пара в данном случае не определяется).

Значение температуры смоченного термометра определяется либо по Jd- или tp-диаграмме, либо по значениям t₁ и ∆t₁, указанным в таблице 4.

Таблица 4

Параметры агента сушки на входе в штабель

№	Наименование	Обозна-чение	Ед. изм.	Значение
1	Температура	t1	˚С	84
2	Относительная влажность (степень насыщенности)	φ1	%	0,59
3	Влагосодержание	d1	г/кг	319,35
4	Теплосодержание (энтальпия пара)	J1(i1)	кДж/кг	930,95
5	Парциальное давление пара	Рn1	кПа	33925
6	Плотность	ρ1	кг/м3	0,852
7	Удельный объем	ν1	м3/кг	1,55
8	Температура смоченного термометра	tМ	˚С	85
9	Удельная теплоемкость перегретого пара	Сn1	кДж/(кг.град)	215923

1.2.3. Расчет количества испаряемой влаги

а) количество влаги, испаряемой из 1м ³ древесины,

М _1м ³=ρ_б , кг/м ³ (12)

где ρ_Б – базисная плотность древесины, кг/м ³ (см. табл.)

Wн,Wк – соответственно начальная и конечная влажность расчётного материала, %.

Расчёты:

М _1м ³=400 =272 кг/м ³.

б) расчётное количество влаги, испаряемой из древесины в секунду,

М_р= , кг\с. (13)

где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м ³.

β_ф – объёмный коэффициент заполнения штабеля фактическим (расчётным) материалом.

А_к – коэффициент, учитывающий качество сушки.

х – коэффициент неравномерности скорости сушки, определяемый по рисунку, приложений для камер периодического действия. Для камер непрерывного действия х=1.

τ _суш – общая продолжительность сушки расчётного материала, ч.

Значения Г,β_ф, А_к и τ_суш были определены в технологическом расчёте.

Расчёты:

М_р= (272·140,4·0,356·1,15·1,68)/3600·52,2=0,14 кг\с.

1.2.4. Определение объема циркулирующего агента сушки и его параметров на выходе из штабеля

А. Камеры периодического действия. Низкотемпературный процесс.

Объём циркулирующего по материалу агента сушки:

V_шт=n·V_мат·S_{ж.с. шт}, м ³/с, (14)

где, n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной направлению потока воздуха,

v_мат – скорость циркуляции по материалу, принятая ранее в технологическом расчёте, м/с,

S_{ж.с. шт.} – площадь живого сечения штабеля (свободная для прохода агента сушки), м ².

Расчёты:

V_шт=2·2,0·11,2=22,4 м ³/с.

Количество штабелей n определяется в зависимости от схемы циркуляции в камере. Площадь живого сечения штабеля для лесосушильных камер большинства систем:

S_{ж.с. шт.}=L·H(1-β_д· β_в), м ², (15)

где L,H – длина и высота штабеля, м,

β_д, β_в – коэффициент заполнения штабеля по длине и высоте, определяются соответственно по формуле.

Расчёты:

S_{ж.с. шт.}=6,5·3(1-0,85·0,5)=11,2 м ².

Влагосодержание агента сушки на выходе на штабеля.

d₂ = d₁+ , г/кг, (16)

где d₁ – влагосодержание агента сушки на входе в штабель, г/кг;

М_ρ – количество влаги, испаряемой из древесины в секунду, кг/с;

V₁ – удельный объём агента сушки, м ³/с.

V_шт – объём циркулирующего агента сушки, м ³/с.

Расчёты:

d₂ = 319,35+ = 324,2 г/кг.

Остальные параметры агента сушки на выходе из штабеля можно определить при помощи построения линии процесса сушки на Jd – или tр – диаграмме.

Точку 1, характеризующую состояние агента сушки на входе в штабель находят по указанным в таблице параметрам. Точка 2, характеризующая параметры агента сушки на выходе из штабеля, получается на пересечении линии j=соnst(j₁=J₂), исходящей из точки 1, с линией d₂=соnst. (рис. 1).

Отрезок 1-2 характеризует изменение состояния агента сушки при прохождении его через штабель (линия процесса сушки). Построение линии процесса сушки поясняют схемой (рис. 1.)

Значения Pn₂, φ₂, ρ₂, V₂ можно определить также и аналитическим путём, используя видоизменённые формулы при известных значениях d₂ и t₂.

Значение t₂ более точно можно определить по формуле:

t₂=t₁- , ˚C (17)

Расчёты:

t₂=84- =76,4 ˚C.

J₂= J₁=930,9 кДж/кг φ₂=0,84.

P_n2=0,84·40000=34440 Па.

ρ₂=(349-132·319,35/(622+319,35))/273+84 = 0,851 кг/м ^3.

V₁=4,62·10^-6(273+84)·(622+319,35) = 1,55 м ³/кг.



Полученные значения параметров агента сушки на выходе из штабеля, вносят в табл. 5 (удельная теплоёмкость перегретого пара не определяется при низкотемпературном процессе сушки).
Таблица 5

Параметры агента сушки на выходе из штабеля

№	Наименование	Обозна-чение	Ед. изм.	Значение
1	Температура	t2	˚С	76,4
2	Относительная влажность (степень насыщенности)	φ2	%	0,84
3	Влагосодержание	d2	г/кг	324,2
4	Теплосодержание (энтальпия пара)	J2(i2)	кДж/кг	930,9
5	Парциальное давление пара	Рn2	кПа	34,440
6	Плотность	ρ2	кг/м3	0,851
7	Удельный объем	ν2	м3/кг	1,55
8	Температура смоченного термометра	tМ	˚С	94
9	Удельная теплоемкость перегретого пара	Сn2	кДж/(кг.град)	215923

1.2.5. Расчет приточно-вытяжных каналов

Расход тепла на сушку из затрат тепла на прогрев материала, испарение на него влаги и на теплопотери через ограждения камеры.

Расчёты ведутся для зимних условий с целью определения максимальной нагрузки на котельную и для среднегодовых условий с целью определения общих расходов на годовую программу.

а) Расход тепла на прогрев 1м ³ древесины для зимних условий определяется по формуле:

q_{пр.1м 3 зим}=q_{пр.1кг зим}·ρ_wн, кДж/м ³ (18)

где q_{пр.1кг зим} - затраты тепла на прогрев 1 кг влажной древесины в зимних, кДж/кг;

ρ_wн -плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности, кг/м;

Расчёты: q_{пр.1м 3 зим}=428·725=310300 кДж/м ³.

Значение q_{пр.1кг зим} определяется по диаграмме, как сумма абсолютных теплосодержаний древесины заданной начальной влажности при нагреве от температуры t_{расч. зим} до температуры t_пр. левая часть диаграммы характеризует расход тепла на прогрев мёрзлой древесины. Если температура t _{расч. зим} > 0°С, то расход тепла определяется по правой части диаграммы. Температура t _{расч. зим} определяется по климатологической таблице, как расчётная температура для отопления.

Температура t_пр. определяется для камер периодического действия в соответствиис указаниями.

Значение плотности ρ_wн определяют по диаграмме приложений в зависимости от породы и начальной влажности расчётного материала.

б) Расход тепла на прогрев 1 м ³ древесины для среднегодовых условий q _{пр 1м 3 ср} при нагреве от температуры t_ср:

q_{пр.1м 3 зим}=q_{пр.1кг зим}·ρ_wн, кДж/м ³ (19)
Расчёты:

q_{пр.1м 3 зим}=382·725=276950 кДж/м ³.

в) Расход тепла на прогрев древесины в камере в секунду для зимних условий:

Q _{пр зим}=q _{пр 1м} ³_зим·Г_пр·_ф/(3600· _пр), кВт, (20)

где Г _пр - габаритный объем прогреваемых штабелей, м ³. В камерах преиодического действия Г_пр=Г, а в камерах непрерывного действия Г_пр=Г_шт, т.е. габаритному объему одного штабеля;

β_ф- объемный коэффициент заполнения штабеля фактическим (расчетным) материалом;

τ _{пр –} продолжительность начального прогрева древесины, ч. Ориентировочно, τ _пр определяется из расчета 1 ч на каждый сантиметр толщины материала.

Расчёты:

Q _{пр зим}=310300·140,4·0,356/(3600· 2,5)= 1723,28 кВт.

г) Расход тепла на начальный прогрев в камере в секунду для среднегодовых условий определяется по аналогичной формуле:

Q _{пр ср.год}=q_{пр 1м} ³ _ср·Г_пр·_ф/(3600·_пр), кВт, (21)

Расчёты:

Q _{пр ср.год}=276950·140,4·0,356/(3600·2,5) =1538,06 кВт.

д) Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины (на 1 кг подлежащий испарению влаги) в зимних условиях:

q _пр.зим=q _{пр 1м} ³_зим/М _1м ³, кДж/кг (22)

Расчёты:

q _пр.зим=310300/272=1140,8 кДж/кг.

е) Удельный расход тепла на начальный прогрев древесины в среднегодовых условиях:

q _пр.ср=q _{пр 1м} ³_ср/М _1м ³, кДж/кг (23)

Расчёты:

q _пр.ср=276950/272=1018,2 кДж/кг.

При поступлении свежего воздуха из помещения цеха допустимо принять d₀=10г/кг, J₀=46 кДж/кг.

При поступлении свежего наружного воздуха его параметры определяются климатическим условиями. Ориентировочно можно принять:

- для зимних условий:

d_0зим=0, J_0зим=t_{расч зим}, кДж/кг (24)

- для среднегодовых условий при положительной температуре: d_{0 ср}=5г/кг:

J_{о ср}=t _ср+0,001d_{о ср}(1,93∙t _ср+2490), (25)

- для среднегодовых условий при отрицательной температуре:

d_{0 ср}=0, J_{о ср}= t _ср, кДж/кг. (26)

Расчёты:

q_исп=1000(930,9-46)/(324,2-10)-4,19·94=2422,5 кДж/кг.

з) Расход тепла в камере на испарение влаги в секунду для зимних и среднегодовых условий:

Q_исп= q_исп· М_р, Квт, (27)

где М_р – расчётное количество испаряемой влаги, кг/с.

Q_исп=2422,5·0,14=339,2 Квт.

и) Расчёт потерь тепла через ограждения камеры (крайней в блоке) в секунду выполняется для каждого ограждения для зимних и среднегодовых условий по формуле:

Q_{огр. зим}=S∙ К ·(t_кам – t_расч) · С · 10^-3, кВт (28)

где S – площадь поверхности ограждения, м ²;

К – коэффициент теплопередачи данного ограждения, Вт/ (м ². град).

Значения К принимаются по таблице.

t_кам – температура агента сушки в камере определяется как среднее значение температур на входе и выходе из штабелей, т.е.

t_кам = (t₁ + t₂) / 2, °С; (29)

t_расч – расчётная температура вне камеры для зимних и среднегодовых условий, °С.

С – коэффициент увеличения теплопотерь, равный 1,5 – при мягких режимах сушки и 2 – при нормальных, форсированных и высокотемпературных.

Если ограждения располагаются внутри здания сушильного цеха, то t_расч принимается 15… 20 °С. Если же они соприкасаются с наружным воздухом, то t_{расч.эим} и t_ср. определяется по климатологическим таблицам.
Таблица 6

Потери тепла через ограждения камеры

Наименование ограждения	S		К	tкам	tрасч	tкам- tрасч	С	Qогр.
	расчётная формула	значение
1. Наружная боковая стена	L·H	45,9	0.6	80.2	17	63.2	2	3.48
2. Торцовая задняя стена	B·H	61,2						4.64
3. Торцовая парадная стена (без двери)	B·H-b·h	37,2						2.82
4. Потолок	B·L	108						8.19
5. Пол	1.5·(L+2B)	49,5						3.75
6. Дверь	b·h	24						1.82

L= 9 м, B= 12 м, H= 5,1 м, b·h= 24 м ².

Q_{огр. зим}=61,2·0,6·63,2·2·10^-3=4,64 кВт,

Q_{огр. зим}=37,2·0,6·63,2·2·10^-3=2,82 кВт,

Q_{огр. зим}=108·0,6·63,2·2·10^-3=8,19 кВт,

Q_{огр. зим}=49,5·0,6·63,2·2·10^-3=3,75 кВт,

Q_{огр. зим}=24·0,6·63,2·2·10^-3=1,82 кВт,

∑ Q_{огр. зим}=24,7 кВт,

к) Удельный расход тепла на потери через ограждения для среднегодовых условий:

q_{огр.зим} = =176,43 кДж/кг.

л) Суммарный удельный расход тепла на сушку для зимних условий:

q_зим =1140,8+2422,5+176,4=3739,7 кДж/кг.

м) Суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий:

q_ср =1018,2+2422,5+176,4=3617,13 кДж/кг.

1.2.6. Выбор и расчет калориферов

В лесосушильной технике применяются, как правило, для нагрева агента сушки компактные пластинчатые калориферы и сборные калориферы из чугунных ребристых труб. Тип применяемых в сушильной камере калориферов обусловлен конструкцией камеры.

Потребная площадь поверхности нагрева калориферов определяется по формуле:

м², (30)

Расчет производится для зимних условий, соответствующих максимальному теплопотреблению лесосушильной камерой.

Для камер переодического действия, тепловую нагрузку (мощность калорифера) Q_к, кВт, рассчитывают только на период собственно сушки (без затрат тепла на прогрев древесины)

Fкал.расч = 1,15 2791 79,2 / 3600 + 20,23 = 81,6 кВт

Максимальный расход пара на сушку составит:

Qмакс.пар.суш = 3600 Qк / rп.о, (31)

где rп.о - удельная теплота парообразования, кДж/кг ( =2322кДж/кг).

Qмакс.пар.суш = 3600 81,6 / 2368,5= 124кг/ч.

Максимальный расход горячей воды на сушку Q кг/ч, составит:

Qмакс.вода.суш = 859 19 Qк / t₁- t₁^" , (32)

где t₁ - температура горячей воды на входе в калориферы, ⁰С, 95⁰С;

t₁^" - температура горячей воды на выходе из калориферов, ,⁰С, 75⁰С.

Qмакс.вода.суш = 859 19 81,6 / 95-75 = 66589 кг/

Агент сушки нагревают в рекуперативных поверхностных нагревателях, именуемых калориферами. Они относятся к основному виду теплового оборудования и во многом определяют энергетические и экономические показатели лесосушильных камер.

Ранее в камерах довольно широко применялись калориферы из гладких (обычных и биметаллических) труб, а также труб с накатными алюминиевыми ребрами. Однако в последние годы наиболее широко применяются стандартные металлические пластинчатые калориферы.

Коэффициент теплопередачи калорифера (при водяном обогреве) К, Вт/(м²град), отнесенный к полной внешней поверхности нагрева:

К=А(р₂w₂)ⁿw^m₁, (33)

где р₂w₂ - массовая скорость воздуха в живом сечении калорифера, кг/(м с);

w₁ - скорость воды в трубках, м/с

А - коэффициент, величина которого указана в таблице (А=17,8)

n,m - показатели степени, величины которых даны в таблице (n=0,32; m=0,13)

К=17,8·8^0,320,0149^0,13 = 20,05 Вт/(м² ·град).

Аэродинамическое сопротивление h_k, Па, калориферов может быть определено по формуле:

h_k = 1,5(р₂w₂)^1,69 (34)

h_k = 1,5·8^1,69 = 50,39 Па.