Тепломассообменное оборудование лесозаготовительных предприятий
Работа добавлена на сайт samzan.net:
РОССИЙСКАЯ ОТКРЫТАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
Задание на курсовую работу
Москва 2010г.
Задание на курсовой проект
) Выбор нормативного режима сушки.
) Определение продолжительности сушки.
) Определение числа сушильных камер.
) Тепловой расчет сушильных камер.
) Расход тепла на сушку древесины.
) Тепловой расчет калорифера.
) Определение расхода греющего пара.
) Расчет диаметров основных трубопроводов.
) Выбор вентиляторов.
Исходные данные.
1. Материал, подлежащий сушке, - доски сосновые
длиной L = 6,5 м
шириной b = 200 мм
толщиной δ = 30 мм
2. Годовая программа лесосушилки по фактическому материалу
Ф = 25000 м3/год
3. Начальная влажность пиломатериала Wн = 70 %
конечная Wк = 12 %
4. Технологический процесс сушки - нормальный, по II категории качества.
5. Лесосушилка конвективная с камерами периодического действия, с реверсивной скоростной циркуляцией. Сушильный агент - воздух, подогреваемый в калорифере.
Конструктивный прототип - лесосушилка ЦНИИМОД - 23.
6. Греющий теплоноситель - «перегретая» вода.
Температура воды в калорифере:
на входе t΄w = 130 оС
на выходе t˝w = 100 оС
7. Климатические условия принять применительно к региону постоянного проживания - г. Воркута (минус 41оС).
.
Выбор нормативного режима сушки
Нормативный режим сушки выбирается в зависимости от заданной категории качества, толщины пиломатериалов и влажности древесины.
Для сосновых досок δ = 30 мм
температура сушильного агент - воздуха t1 = 80 oC
относительная влажность φ1 = 61 %
психрометрическая разность Δtпс = t1 - tм
Δtпс = 11 oC
Относительная влажность воздуха для сырого конца сушильной камеры (на выходе) :
φ2 = 90 %
2.
Определение продолжительности сушки
.1 Продолжительность сушки
т.е. время на начальный нагрев, собственно сушку, конечную обработку и охлаждение материала, определяют в зависимости от породы пиломатериалов, их назначения, геометрических размеров.
Продолжительность сушки пиломатериалов определяют по сумме коэффициентов:
σ = Ап + Ат + Аш + Ак + Ац + Ав ,
где Ап - коэффициент, зависящий от породы пиломатериала,
для сосны Ап = 5;
Ат - коэффициент, зависящий от толщины пиломатериала
(при δ = 30 мм Ат = 39);
Аш - коэффициент, зависящий от отношения ширины к толщине досок
Δ = b/ δ при Δ = 200/30 = 6,66 (4,1 - 7) Аш = 14;
Ак - коэффициент, зависящий от качества сушки
(для II категории качества Ак = 10);
Ац - коэффициент, зависящий от характера циркуляции воздуха. Для скоростной реверсивной циркуляции обычной тепломощности
Ац = 17.
Ав - коэффициент, зависящий от начальной Wн и конечной Wк влажности пиломатериалов:
при Wн = 70 % и Wк = 12 % Ав = 79
σ = 5 + 39 + 14 + 10 + 17 + 79 = 164
По таблице 5-14 [1] стр. 131 при σ = 158-195 продолжительность сушки в часах может быть определена по формуле
τсуш = 0,0077σ2 - 0,043σ - 103 = 97,05 час
.2 Продолжительность оборота камеры для расчетного материала
τоб(ф) = τсуш + Δ τоб где Δ τоб = 2,5 ч
τоб(ф) = 97,05 + 2,5 = 99,55 ≈ 4,14 сут
3.
Определение числа сушильных камер
Требуемое число сушильных камер в проектируемой установке находят исходя из заданной годовой программы сушки Ф , м3/год, и годовой производительности одной камеры в условном материале Укам , т.е. с учетом объемного коэффициента заполнения штабеля βф .
3.1 Внутренние размеры камеры ЦНИИМОД - 23
длина Lкам = 14 м
ширина Вкам = 4,8 м
высота Нкам = 3,0 м
3.2 Габаритные размеры штабеля
Исходя из рационального размещения и заполнения камеры материалом, размеры штабеля рекомендуется принять равными:
длина Lшт = 6,5 м
ширина Вшт = 1,8 м
высота Ншт = 2,6 м.
Таким образом, в одной камере размещают 4 штабеля.
3.3 Габаритный объем штабелей в камере
Г = Lшт · Вшт · Ншт · mшт = 6,5 · 1,8 · 2,6 · 4 = 122 м2
где mшт = 4 - число штабелей в одной камере.
.4
Производительность одной камеры в условном материале, м3/год
Укам = 32 · Г = 32 ·122 = 3904 м3/год
.5 Программная производительность сушилки в пересчете на условный материал
У = 0,0038 · Ф · τоб(ф) / βф = 0,0038 · 15000 · 99,55 / 0,39 = 14549,6 м3/год
где βф - объемный коэффициент заполнения штабеля фактического материала, для сосновых досок толщиной δ = 30 мм βф = 0,39
.6 Потребное число камер для выполнения заданной программы сушки
mкам = У / Укам = 14549,6 / 3904 = 3,7 = 4 камеры
сушка древесина камера трубопровод
4
Тепловой расчет камеры
.1 Количество испаряемой влаги, т.е. удаляемой с воздухом из 1 м3 материала в процессе сушки, кг/м3
Мi(w) = ρусл(Wн - Wк) / 100 = 430 · (85-12) / 100 = 313,9 кг/м3
где ρусл - условная плотность древесины, кг/м3
(для сосны ρусл = 430 кг/м3)
Wн , Wк - начальная и конечная влажность материала, %
.2 Емкость камеры, м3
Е = Г βф = 122 · 0,39 = 47,58 м3
.3 Количество влаги, удаляемой в камере за один оборот («цикл»)
Моб(кам) = Мi(w) · Е = 313,9 · 47,58 = 14935,4 кг/об
.4 Среднее количество удаляемой в камере влаги, кг/ч
Мср(w) = Моб(кам)/ τсоб.суш = 14935,4 / 77,64 = 192,37 кг/ч
где τсоб.суш = 0,8 τсуш = 0,8 · 97,05 = 77,64 часов
.5 Расчетное часовое количество удаляемой влаги в камере, кг/ч
Мрасч(w) = χ Мср(w) = 1,3 · 192,37 = 250,08 кг/ч
где χ ≈ 1,3 - коэффициент неравномерности скорости сушки.
.6 Живое сечение штабелей для прохода воздуха в плоскости, перпендикулярной направлению потока, м2
Fшт = Lшт Ншт Zшт (1- ρшт) = 6,5 · 2,6 · 2 · (1 - 0,52) = 16,22 м2
где Zшт = 2 - число штабелей в плоскости живого сечения
Lшт и Hшт - длина и ширина штабеля, м
ρшт = δ / (25 + 1,08 δ) = 30/(25+32,4) = 0,52 - коэффициент заполнения штабеля по высоте
.7 Количество циркулирующего в камере воздуха, м3/ч
Vц = 3600 · wшт · Fшт = 3600 · 2 · 16,22 = 116784 м3/ч
или Vсек = Vц / 3600 = 116784 / 3600 = 32,44 м3/с
где wшт = 2 м/с - средняя (по расходу) скорость циркуляции воздуха в живом сечении штабеля (на входе)
Количество циркулирующего воздуха по массе, кг/ч
Gц = Vц ρ1 = 116784 · 1,085 ≈ 126710 кг/ч
где ρ1 = 1,085 кг/м3 - плотность воздуха на входе в сушильную камеру при t1 = 80oC и φ1 = 61%
Требуемое количество циркулирующего в камере воздуха на 1 кг испаренной влаги gц , кг/кг
gц = = 1000/(265-260)=1000/5 = 200 кг/кг
где d2 и d1 - влагосодержание сушильного агента (воздуха) на выходе из сушильной камеры и на входе в нее, г/кг .
По расчету (см.рис.1):
d1 = 260 г/кг d2 = 265 г/кг
i1 = i2 = 756 кДж/кг= 80оС t2 = 71оС
φ1 = 61% φ2 = 90%
Величина d2 - d1, найденная по i-d - диаграмме, может быть проверена по заданному перепаду температур t1 - t2, который устанавливают в зависимости от режима сушки:
Δd = d2 - d1 = (t1 - t2)х(0,4 + 0,00074 d1)
Δd = 5 = (80 - 71)х(0,4 + 0,00074х200) = 4,93 5 ≈ 4,93
.8 Расход свежего воздуха на 1 кг испаренной влаги qо , кг/кг
gо = = 1000/(265 - 12) = 3,95 кг/кг
где do = 12 г/кг - влагосодержание свежего приточного воздуха, соответствующее его начальному состоянию.
.9 Расход отработавшего воздуха, м3/ч
Vотр = gо Mрасч v2 = 3,95 · 250,08 · 1,1 = 1086,6 м3/ч
где v2 =1,1 - удельный объем отработавшего воздуха при t2 = 71о С
и φ2 = 90% , м3/кг
4.10 Расход свежего воздуха , м3/ч
Vо = g Mрасч vо = 8,26 · 250,08 · 0,85 = 1755,8 м3/ч
где vо - удельный объем воздуха (при tо = 20оС, dо = 12 г/кг) , м3/кг
5. Расход тепла на сушку древесины
Расчет расхода тепла на сушку древесины выполним для расчетной зимней температуре наружного воздуха tо(з.р.) = -31 оС
5.1 Расход тепла на начальный нагрев и оттаивание древесины, кДж/м3
Qнагр.з = ρусл = 430 [(2 х 41 + 335х (85-12)/100+0,545х (69-0)] = 430 х210,6 = 156292,1 кДж/м3
где ρусл = 430 кг/м3 - плотность материала заданной породы;
с(-) = 2 кДж/кг К - средняя массовая теплоемкость мерзлой древесины;
λл = 335 кДж/кг - теплота плавления льда;
с(+) = 0,545 кДж/кг К - средняя массовая теплоемкость оттаявшей древесины;
t = t1 - Δtпс = 80-11 = 69 оС
Удельный расход тепла на 1 кг влаги, кДж/кг,
qнагр = Qнагр.з / Мi(w) = 156292,1 / 313,9 = 497,9 кДж/кг
где Мi(w) - количество испаряемой влаги, т.е. удаляемой с воздухом
из 1 м3 материала в процессе сушки, кг/м3
5.2 Расход тепла на испарение 1 кг влаги в среде влажного воздуха, кДж;/кг
qисп = (i2 - iсм)/(d2 - dcм) - 4,19tсм = (756 - 728)/(265 - 250)х103 - 4,19 х 71 = 5600 - 233,3 = 5366,7 кДж/кг
где i2 - энтальпия отработавшего и свежего воздуха, кДж/кг
(i2 = i1 - по id - диаграмме);
iсм - энтальпия смеси отработавшего воздуха, кДж/кг
d2 и dсм - влагосодержание отработавшего воздуха и его смеси со свежим воздухом, г/кг
.3 Тепловые потери через ограждения камеры, Вт/ч
Ограждающие конструкции камер выполняются в виде плоских однослойных и многослойных стенок различного материала и толщины.
Расчетный тепловой поток, Вт/ч, через i - ое ограждение определяют по уравнению теплопередачи:
где ki - коэффициент теплопередачи, Вт/м2 К
Fi - площадь ограждения, м2
t1 - t0(р) - расчетная разность температур воздуха с внутренней и наружной стороны стенки, оС (для Воркуты)
|
Вид ограждения |
Fi, м2 |
k, Вт/м2К |
Температура, 0С |
Расчетная разность |
Расчетный тепловой поток |
|
|
температур |
Qогр(i), Вт |
|||||
|
t1 |
t0(p) |
t1 - t0(p) |
||||
|
Нар. боковые стены(2 шт) |
129 |
1,04 |
80 |
-41 |
121 |
16233,36 |
|
Торц. стены: |
10 |
1,04 |
80 |
-41 |
121 |
1258,4 |
|
- наружная |
||||||
|
- смежная с коридором |
21 |
1,23 |
80 |
20 |
60 |
1549,8 |
|
Двери: |
6 |
2,33 |
80 |
-41 |
121 |
1691,58 |
|
- наружная |
||||||
|
- смежная с коридором управления |
6 |
1,23 |
80 |
20 |
60 |
442,8 |
|
Потолок |
67 |
0,58 |
80 |
-41 |
121 |
4702,06 |
|
Пол (учитываемая часть) |
24 |
0,52 |
80 |
0 |
80 |
998,4 |
Итого ΣQогр (i) = 26876,4 Вт = 26,8764 кВт
Общий расчетный тепловой поток через ограждения, кВт
Qогр = C1 C2 ΣQогр(i) = 2 · 1 ·26,8764 = 53,75 кВт
где С1 = 2; С2 = 1
.4 Составляющая удельного расхода тепла (на 1 кг испаряемой влаги), связанная с потерями через ограждения, кДж/кг
qогр = 3600 Qогр / Мср.(w) = 3600 х 53,75 / 192,37 = 1005,93 кДж/кг
.5 Полный удельный расход тепла (на 1 кг испаренной влаги) в процессе сушки древесины, кДж/кг
qсуш = ( qнагр + qисп + qогр ) · c =(497,9 + 5366,7 +1005,93) · 1,2 =8244,6 кДж/кг
где с = 1,2
6. Тепловой расчет калорифера
.1 Расчетный тепловой поток, который должен быть обеспечен калорифером, кВт
Qк.ф = (qисп Мрасч/3600 + Qогр(з)) Скф = (5366,7 · 250,08/3600 + 53,75) · 1,2 = 440,8 кВт
где Мрасч - расчетное количество испаряемой влаги, кг/ч
Ск.ф = 1,2 - коэффициент неучтенных потерь тепла.
.2 Расход греющей воды на калорифер Gw(кф), кг/с
Gw(кф)= Qк.ф /сw ( t΄w · t˝w) = 440,8 / 4,19 (150 - 86) = 1,6 кг/с
где t΄w , t˝w - температура воды в калорифере, оС
сw = 4,19 кДж/кг К - средняя теплоемкость воды в интервале температур t΄w , t˝w
Для данной камеры выберем биметаллические калориферы со спирально-накатанным оребрением типа КСК4 - 02
6.3 Требуемая площадь теплообменной поверхности калорифера, м2 находится из уравнения теплопередачи
Fкф =
где Qкф - расчетный тепловой поток, Вт;
Ккф - коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/м2 К;
Скф 1,3 - коэффициент запаса ;
Δtср - средняя интегральная разность температур греющего и нагреваемого теплоносителей, оС.
При использовании в качестве теплоносителя - воды:
Δtср = ( t΄w + t˝w)/ 2 - tкам = ((150 + 86) / 2) - 75,5 = 42,5оC
где tкам=(t1+t2)/2
Коэффициент теплопередачи kкф для калориферов определяется в зависимости от скорости (w) агента сушки.
Для калорифера КСК4 - 11 с площадью поверхности теплообмена со стороны воздуха
F = 110 м2
площадь фронтального сечения fв = 1,66 м2
площадь сечения для прохода теплоносителя fw = 0,00341 м2
длина теплопередающей трубки l = 1,655 м
Скорость циркуляции через калорифер:
м/сек
wo = = 0,18 м/с
Коэффициент теплопередачи Ккф, Вт/м2 К, при скорости движения теплоносителя по трубкам wо = 0,18 м/с и массовой скорости движения воздуха во фронтальном сечении vр =1,7 кг/м2 оС находим по таблице:
Ккф ≈ 26,2 Вт/м2 К
Тогда Fкф = 1,3 х 440,8 х 103 / 26,2 х 42,5 = 514,6 м3
И требуется установить 5 калориферов КСК4 - 11 с общей площадью 550 м2
При использовании в качестве греющего теплоносителя насыщенного водяного пара можно принять:
Δtср ≈ tп - tкам,
где tп = f(рп) - температура насыщенного пара,оС;
tкам = (t1 + t2)/2 - средняя температура воздуха в сушильной камере,оС.
Δtср = 150 - 75,5 = 74,50С
D (кф) = Qк.ф/ rх Δtср, кг/с,
Где rх = 2100 кДж/кг
D (кф) = 440,8 / 2100 х 74,5 = 0,0028 кг/с = 10,1 кг/ч ≈ 10 кг/ч
7. Определение расхода греющего пара
.1 Часовой расход пара на камеру в процессе сушки для зимних условий
= , кг/ч
где rх = 2100 кДж/кг
= (5366,7 + 1005,9) 250,08 · 1,2 / 2100 = 910,7 кг/ч
.2 Расход пара на камеру периодического действия в период прогрева зимой, кг/ч
Dкам пр = , кг/ч
где Qнагр - расход тепла на камеру на начальный нагрев древесины зимой, кДж/ч
.3 Расход тепла на камеру в период начального нагрева древесины зимой, кДж/ч
нагр = Qнагр Е / τнагр
где Е = Г х β.ф - емкость камеры, м3
τнагр - время нагрева,ч. τнагр = 1,5 часа на каждый сантиметр толщины нагреваемого материала.
τнагр = 1,5 х 3 = 4,5часа
Q нагр = 156292 · 47,58 / 4,5 = 1652527,4 кДж/ч
Dкам пр = (1652527,4 + 1005,9 х 250,08) / 2100 = 906,7 кг/ч
.4 Расчетный часовой расход пара на сушильный цех зимой (при условии прогрева материала в одной камере)
Dцех = Dкам.пр + (mкам-1) Dкам.суш = 906,7 + 3 х 910,7 = 3638,8 кг/ч
8. Расчет диаметров основных трубопроводов
Диаметры трубопроводов определяют из уравнения неразрывности:
а) для паровой магистрали к сушильному цеху:
Dцех = 3600 · ρп · wмаг · fмаг
где ρп = 0,85- удельный вес пара при t = 150 оС, кг/м3
wмаг - средняя(по расходу) скорость пара в магистральном трубопроводе, м/с
fмаг - площадь внутреннего поперечного сечения трубы, м2
Так как fмаг = πd2маг/4 , то искомый внутренний диаметр, dмаг , м согласно уравнению будет равен :
dмаг = 0,0188 (Dцех / ρп wмаг )0,5 =0,0188 (3638,8 / 0,85 · 50)0,5 =0,17м=170 мм
б) требуемый внутренний диаметр подводящего к калориферу трубопровода, м
dк.ф = 0,0188 ( / ρп wк.ф )0,5 = 0,0188(910,7/0,85 · 20)0,5 = 0,137м
=140 мм
в) требуемый диаметр подводящего трубопровода к камере, мм
dкам =0,0188(Dкам.пр / ρп wкам )0,5= 0,0188(906,7/0,85· 50)0,5 = 0,087 м =100 мм
где wмаг = 50-60 м/с, wкам = 50 м/с, wк.ф. =20 м/с
9. Выбор вентиляторов
.1 Требуемая подача циркулирующего воздуха на один вентилятор, м3/с
Vсц1 = Vц / nа = 116784 / 3600 · 6 = 5,4 м3/с
где Vц - объемный расход циркулирующего в камере воздуха, м3/ч
nа - число устанавливаемых реверсивных осевых вентиляторов (n = 6).
.2 Требуемый полный приведенный напор вентилятора, кг/м2
Hхар = hрасч ·1.2 / ρ = 24,5 ·1,2/ 1,02 = 28,8 кг/м2
где ρ = 1,02 - плотность циркулирующего воздуха при t1 = 71 оС, кг/м3
hрасч - суммарное расчетное сопротивление воздушного тракта по кольцу циркуляции (в работе примем hрасч = 240 Па = 24,5 кгс/м2)
По найденным величинам Vсц1 и Hхар подберем вентиляторы.
Устанавливаем, вентилятор №12 серии У-12 с углом 100 при n=850 об/мин. Который обеспечит требуемую производительность Vсц1 ≈ 1500 м3/ч и необходимый напор Н = 30 кг/м2, η = 0,55
Итак, выбираем осевые вентиляторы серии У-12 №12 по 5 шт. на камеру.
.3 Потребная мощность на привод вентилятора и выбор электродвигателя, кВт
Nвент = 1,05 х 5,4х24,5/1000х0,55х0,9 = 0,28 кВт
где ηв = 0,55 - КПД выбранного вентилятора, определяемый по его характеристике
ηпр = 0,9 - КПД привода.
Выбираем электродвигатель односкоростной типа АО-51-4, N = 4,5 кВт, n = 850 об/мин.
Используемая литература
1. П.В. Соколов «Проектирование сушильных и нагревательных установок для древесины» «Лесная промышленность», М., 1965г.
. П.Д. Лебедев, А.А. Щукин «Теплоиспользующие установки промышленных предприятий», изд. «Энергия», М., 1970г.
.С.А. Рысин «Вентиляционные установки машиностроительных заводов», изд. «МАШГИЗ», М., 1961г.
2. Рынок медикаментов
3. Контрольная работа - Психология личности- характер
4. 16.00 МК Т.Липатовой 1719 Юлия 2 1416 1720 ТЦ2 Яна 3.
5. ІV Харьковские уголовноправовые чтения Национальный университет Юридическая академия У
6. Российская академия правосудия Факультет подготовки специалистов для судебной системы юридичес
7. тематическую модель схему алгоритма и программу
8. задание для студентов специальности 260901 и 260902 Барнаул 2013 Составитель- Н
9. Понятие и сущность внебюджетного финансирования инноваций.html
10. а Производственные запасы находятся лишь в сфере производства а не в самом процессе производства поскольк
11. Desirble thing for n tom to hve
12. ясли общие и специализированные а также других дошкольных учреждений обеспечить наиболее благоприятные ус
13. это юридически установленные государством права и обязанности граждан; Административное выдворение на
14. Початки загальної і воєннопольової хірургії
15. Своя среди чужих1820 лет Часть 2
16. Надёжность систем теплоснабжени
17. Деятельность ЛДПР в Государственной Думе РФ
18. The exhust ports re slightly higher ~ выпускные окна немного выше 2
19. Хан Шатыр Б~йтерек А~орда Бейбітшілік ж~не келісім сарайы М~~гілік Ел монументі к~птеген
20. Реферат- Острый лейкоз (Leucosis acuta)