Расчет и подбор сушильных установок

Влажность древесного волокна перед прессованием плит по сухому способу производства должна составлять 6 - 8%. Выбор способа сушки измельченной древесины во многом определяется размерами и однородностью материала. На заводах древесноволокнистых плит применяют двухступенчатые сушильные установки с частичной рециркуляцией агента сушки.

Волокно после размола подается в трубопровод сушильной установки, где смешивается с подогретым в калорифере воздухом, температура которого при входе в сушилку равна 160 - 190 °С. Температура волокна на выходе из сушилки первой ступени составляет около 70°С. После первой ступени влажность древесноволокнистой массы снижается приблизительно до 65 - 67 %.

Наиболее эффективно использовать работу комбинированных сушилок: аэрофонтанная – барабанная.

 

Расчет и подбор сушилки первой ступени

Для проведения первой стадии сушки целесообразно использовать аэрофонтанную сушилку. В аэрофонтанной сушилке за счет скорости агента сушки волокно многократно фонтанирует, затем выносится из сушильного пространства после его высыхания до необходимой (заданной) влажности. Агентом сушки служит горячий воздух, который подогревается в пластинчатом паровом калорифере до 160°С.

Воздух и волокно движутся при помощи центробежного вентилятора. Этим же вентилятором и отсортированное в сепараторе волокно транспортируется в циклон – воздухоотделитель.

Для расчета аэрофонтанной сушилки используем следующие исходные данные:

производительность по абсолютно сухому волокну G, кг/сек

G = 135180 кг/сутки = 1,565 кг/сек;

начальная и конечная температуры материала Ө₁ и Ө₂, соответственно, °С

 

Ө₁ = 5 °С Ө₂ = 70 °С;

 

температура сушильного агента на входе в сушилку t₁ и на выходе t₂ из нее, °С

 

t₁ = 160 °С t₂ = 70 °С

 

начальная и конечная влажность материала w₁ и w₂, соответственно, %

w₁ = 60% w₂ = 40%

Материальный баланс сушилки

Определим количество влажного материала на входе в сушилку G₁, кг/с, по формуле:

 

G₁ = G · 100/ (100 – w₁) (5)

 

Получим:

G₁ = 1,565 · 100/ (100 – 60) = 3,913 кг

Определим количество высушенного материала G₂, кг/с:

 

G₂ = G · 100/(100 – w₂) (6)

 

Получим:

G₂ = 1,565 · 100/(100 – 40) = 2,608 кг/с

 

Количество удаленной влаги W составит, кг/с:

 

W = G₁ – G₂ (7)

 

W = 3,913 – 2,608 = 1,305 кг/с

Тепловой баланс сушилки

Расход тепла на нагрев материала, покидающего сушилку Q_мат, кВт, составит:

 

Q_мат = (G · c_м + W₂ · 4,19) · (Ө₂ - Ө₁) (8)

 

где с_м – теплоемкость абсолютно сухого материала (древесины), с_м = 1,43 кДж/кг·К [2]; W₂ – количество влаги в высушенном материале, кг/с.

W₂ =(G₁ – G) – W (9)

 

W₂ =(3,913 – 1,565) – 1,305 = 1,043 кг/с

Получим:

Q_мат = (1,565 · 1,43 + 1,043 · 4,19) · (70 - 5) = 429,53 кВт

Определим расход тепла на испарение влаги Q_исп, кВт, по уравнению:

 

Q_исп = W · (2493 + 1,97 · t₂ – 4,19 · Ө₁) (10)

 

Получим:

Q_исп = 1,305 · (2493 + 1,97 · 70 – 4,19 · 5) = 3460,7 кВт

Определим расход тепла с уходящим воздухом Q_возд, кВт. Поскольку расчет воздуха пока неизвестен, то определяем ориентировочный расход воздуха по диаграмме I –x [3], как если бы процесс шел в теоретической сушилке, тогда:

 

 (11)

 

где I₀ и I₂ – энтальпия воздуха при влагосодержании x₀ и x₂,соответственно, кДж/кг; x₂ – ожидаемое конечное содержание влаги, кг/кг сухого воздуха.

На диаграмме I – x по известным параметрам t₀ = 5°С – температура свежего воздуха и относительной влажности φ₀ = 70% находим влагосодержание x₀, кг влаги/кг сухого воздуха, и энтальпию I₀, кДж/кг, свежего воздуха:

x₀ = 0,005 кг/кг I₀ = 23 кДж/кг

При нагревании воздуха до температуры t₁ = 160°С его энтальпия увеличивается до I₁ = 178 кДж/кг. Так как нагрев сушильного агента осуществляется через стенку, влагосодержание остается постоянным: x₀ = x₁.

Для определения параметров отработанного воздуха строим рабочую линию сушки на диаграмме I – x.

Запишем уравнение рабочей линии сушки:

 

∆ = I₂ – I₁/(x – x₁) или I₂ = I₁ + ∆(x – x₁) (12)

 

где ∆ - разность между удельным приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, которая определяется при составлении внутреннего теплового баланса сушилки, кДж/кг влаги:

 

∆ = 4,19 · Ө₁ – G · c_м · (Ө₂ - Ө₁) / W – q_п (13)

 

где q_п – удельные потери тепла в окружающую среду на 1 кг испаренной влаги, принимаем q_п = 22,6 кДж/кг.

Получаем:

∆ = 4,19 · 5 – 1,565 · 1,43 (70 – 5)/1,305 – 22,6 = -113,12 кДж/кг влаги

Для построения рабочей линии сушки необходимо знать координаты (x и I) минимум двух точек. Координаты одной точки известны: x₁ = 0,005; I₁ = 178. Для нахождения координат второй точки зададимся произвольным значением x и определим соответствующее значение I по формуле (12).

Пусть x = 0,02 кг/кг, тогда соответствующее ему значение энтальпии:

I₂ = 178 - 113,12(0,02 – 0,005) = 176,3 кДж/кг

Далее проводим линии на диаграмме I – x через две точки с координатами x₁ = x₀ = 0,005 кг/кг, I₁ = 178 кДж/кг и x = 0,02 кг/кг, I₂ = 176,3 кДж/кг до пересечения с заданным параметром отработанного воздуха, t₂ = 70°С. Конечное влагосодержание отработанного воздуха x₂, кг/кг, составит:

x₂ = 0,037 кг/кг

Подставляя значения в формулу (7), получим:

 

 

В окружающую среду расход тепла Q_пот, кВт, принимаем равным 10% от полного расхода тепла Q_полн, кВт, который определяем по формуле:

 

Q_полн = Q_мат + Q_исп + Q_возд + Q_пот (14)

 

Соответственно полный расход тепла составит:

Q_полн = (429,53 + 3460,7 + 6251,8) 100/(100 – 10) = 11269 кВт

Выбираем стандартную аэрофонтанную сушилку, используемую на заво-дах по производству ДВП.

 При получении в сутки 140 т древесноволокнистых плит на первой стадии сушки испаряется 69955,65 кг воды. Соответственно производительность по испаряемой влаге G_в¹, кг/ч составит:

G_в¹ = 69955,65 кг/сутки = 69955,65/24 = 2915 кг/ч

Из расчетов следует, что необходимо установить четыре аэрофонтанных сушилки одна из которых является резервной.

Технические характеристики сушилки приведены в табл. 8.

 

Таблица 8

Техническая характеристика аэрофонтанной сушилки