Определение расхода тепла на сушку

 

Расход тепла на сушку складывается из затрат тепла на прогрев материала, испарение влаги из него и на теплопотери через ограждения камеры. Затраты тепла на прогрев ограждений, технологического и транспортного оборудования учитываются введением поправочных коэффициентов. Расчет ведется для зимних и среднегодовых условий.

 

Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

Для зимних условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, кДж/м³, определяют по формуле:

 

, (2.28)

 

где ρW - плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности Wн, кг/м³;

ρб - базисная плотность древесины расчетного материала, кг/м³;н- начальная влажность расчетного материала, %;г.ж- содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги, %;

γ - скрытая теплота плавления льда,кДж/кг;

с(-), с(+) - средняя удельная теплоемкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг·^оС);о - начальная температура для зимних условий, ^оС;пр- температура древесины при ее прогреве, ^оС.

Плотность древесины сосны при заданной начальной влажности ρW = 650 кг/м³ [3].

Содержание незамерзшей связанной (гигроскопической) влаги Wг.ж=17%.

Скрытая теплота плавления льда γ = 335 кДж/кг [1].

Средняя удельная теплоемкость при отрицательной температуре с(-) = 2,1 кДж/(кг·^оС)[3].

Средняя удельная теплоемкость при положительной температуре с(+) = 2,77 кДж/(кг·^оС) [3].

Температура древесины при ее прогреве tпр=67^оС.

В камерах периодического действия первой технологической операцией после загрузки штабеля является начальная обработка материала (прогрев). Температуру среды при прогреве пиломатериалов мягких хвойных пород поддерживают в зависимости от их толщины и категории режима сушки.

 

 кДж/м³.

 

Для среднегодовых условий расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины, кДж/м³, определяют по формуле:

 

 

где t0 - среднегодовая температура древесины, ^оС.

 

qпр1м³=650· 2,8·(67+2,6) = 126672 кДж/м³.

 

Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги определяют по формуле:

 

, (2.30)

 

для зимних условий

 

кДж/кг,

 

для среднегодовых условий

 

кДж/кг.

 

Для камер периодического действия общий расход тепла на камеру при начальном прогреве, кВт, определяют по формуле:

 

, (2.31)

 

где τпр- продолжительность прогрева, ч.

Общий расход тепла подсчитывается для зимних и среднегодовых условий:

для зимних условий

 

 

кВт,

 

для среднегодовых условий

 

кВт.

 

Определение расхода тепла на испарение влаги из древесины

Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг, определяют по формуле:

 

, (2.32)

 

где h2 - теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг;

h0 - теплосодержание свежего (приточного) воздуха, кДж/кг;- влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг;- влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг;

св- удельная теплоемкость воды, кДж/(кг· оС);пр-температура нагретой влаги в древесине, оС.

- для зимних условий

 

кДж/кг,

 

для среднегодовых условий

 

кДж/кг,

 

Общий расход тепла на испарение влаги, кВт, определяют по формуле:

 

,(2.33)

 

для зимних условий

 

Qисп = 2827,81·0,028 = 79,17 кВт,

 

- для среднегодовых условий

исп =2773,85 ·0,028 = 77,66 кВт,

 

Потери тепла через ограждения камеры

Теплопотери тепла через ограждения камеры в единицу времени (секунду), кВт, определяют по формуле:

 

, (2.34)

 

где Fог - поверхность ограждений, м²;- коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м²·^оС);с - температура среды в камере, ^оС;- расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, ^оС.

 

 

Рисунок 2.2 - Схема к расчету потерь тепла через ограждения камеры

 

На рисунке 3.2 схематично показана камера периодического действия с внутренними размерами L (длина), В (ширина) и Н (высота) и размерами моноблочных ворот, шириной b и высотой h. Расчет теплопотерь производится отдельно для наружной боковой стены, торцовой стены, выходящей в коридор управления, торцовой стены, выходящей в траверсный коридор, двери, перекрытия и пола камеры. Это вызвано тем, что материал и толщина ограждений различны, а температура наружной среды неодинакова. Потери тепла через междукамерные боковые стены в расчет не принимаются.

Температура наружной среды для всех ограждений, кроме пола, берется одинаковой (15÷20^оС). Для пола можно брать наружную температуру по среднегодовым условиям (8÷12^оС).

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений, Вт/(м²·^оС), определяется по формуле:

 

, (2.35)

 

где αвн- коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м²·^оС);

αн - коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м²·^оС);

δ1, δ2,…, δn - толщина слоев ограждений, м;

λ1, λ2,…, λn - коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м²·^оС).

Коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений αвн=25Вт/(м²·^оС)[1].

Коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений αн=23Вт/(м²·^оС) [1].

 

 Вт/(м²·⁰С),

Вт/(м²·⁰С),

Вт/(м²·⁰С),

Вт/(м²·⁰С),

 

Коэффициент теплопередачи пола, Вт/(м²·^оС), определяется по формуле:

 

, (2.36)

 Вт (/м²·⁰С).

 

Температура среды для камер периодического действия принимается равной средней температуре агента сушки на входе и выходе их штабеля.

Расчет поверхности ограждений камеры выполнен в таблице 2.4.

 

 

Таблица 2.4 - Расчет поверхности ограждений камеры

Наименование ограждений	Формула	Площадь, м2
1 Стена наружная боковая		36,04
2 Стена торцовая		41,52
3 Стена торцовая (без учета дверей)		34,02
4 Перекрытие		64,96
5 Пол		64,96
6 Дверь		7,50

 

Расчет потерь тепла через ограждения приведен в таблице 2.5.

 

Таблица 2.5 - Расчет потерь тепла через ограждения

Наименование ограждений	Fог, м2	kог, Вт/(м2·оС)	tс, оС	t0, оС	tс - tо, оС	Qог, кВт
1 Стена наружная боковая	36,04	0,24	59,5	14	45,5	0,396
2 Стена торцовая со стороны коридора управления	41,52	0,24		14	45,5	0,457
3 Стена торцовая со стороны траверсного пути	34,02	0,24		14	45,5	0,715
4 Перекрытие	64,96	0,24		14	45,5	0,404
5 Пол	64,96	0,12		8	51,5	0,082
6 Дверь	7,50	0,24		14	45,5	0,347
Итого						2,401

 

Согласно заданной спецификации подлежащие сушке пиломатериалы различны по породам и сечениям, следовательно, отличаются условия высушивания древесины: заполнение камеры, скорость агента сушки, параметры ступеней режима и т.п., поэтому суммарные потери теплоты через ограждения камеры с учётом поправки ΣQОГ, Вт, определяются по формуле:

 

 

ΣQ’ОГР=1,5ΣQОГР, (2.37)

ΣQ’ОГР=1,5·2,401=3,601 кВт.

 

Удельный расход тепла на потери через ограждения, кДж/кг, определяют по формуле:

 

, (2.38)

 

где ΣQог - суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт.

 

кВт.

 

Удельный расход тепла на сушку, кДж/кг, определяется по формуле:

 

 

где с1 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др., принимается в зависимости от условий процесса от 1,1 до 1,3.

- удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий

суш = (633,36+2827,34+163,704)·1,1 = 3986,84 кДж/кг.

 

Расход тепла на 1 м³ расчетного материала для среднегодовых условий, кДж/м³, определяют по формуле:

 

 

qсуш 1 м³= qсуш· m1 м³,(2.40)суш 1 м³ = 3986,84 · 200 = 797368 кДж/м³.