木材干燥设计.docx
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木材干燥设计.docx
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木材干燥设计
木材干燥学课程设计
设计名称:
顶风机直联型空气干燥室
材艺院木材科学与工程专业
10级木2班第2组
指导老师:
设计人:
顶风机直联型空气干燥室
一、设计条件
设西安某一木材厂全年要干燥10000m3锯材,被干木料的树种,规格和用途如表所示:
表1:
被干木材的树种、规格以及用途
树种
木材名称
厚度mm
长度m
初含水率W1(%)
终含水率W2(%)
数量m3
用途
杨木
整边材
40
4
60
9
2000
家具及室内装饰材
刺柏
40
2000
栓皮栎
40
1000
油松
40
2000
樟子松
40
2000
铁杉
40
1000
济南地区年平均气温14.5℃,全年最冷月份平均气温-0.33℃,最低气温-12.43℃
工厂有电力蒸汽供应。
供气表压力为0.3-0.4MPa。
二、干燥室数量的计算
1、规定材堆和干燥室的尺寸
材堆的外形尺寸和堆数:
长度(l)4.0m,宽度(b)1.8m,高度(h)2.6m,堆数(m)4。
干燥室的内部尺寸:
长度(l)8.6m,宽度(b)4.2m,高度(h)4.0m
(其中风机间高1m,垫条厚度0.1m)
2、计算一间干燥室的容量
按40mm厚的木料计算,堆垛采用25mm厚的隔条,则
全年被干燥木材的加权平均厚度:
=mm=40mm
查课本表15-1,在“快速可循环”中的“整边板”一列中,对应40mm的行中,查得βv=0.557
根据公式计算干燥室实际容积为:
Va=V·βv=m·l·b·h·βv=(4×4×1.8×2.6×0.557)m3=41.7m3
3、确定干燥室全年周转次数f
参考课本表15.2,确定下列树种木材的干燥时间定额:
树种
厚度
干燥时间
mm
h
杨木
40
202
刺柏
40
172
栓皮栎
40
504
油松
40
172
樟子松
40
172
铁杉
40
202
平均干燥周期==214h
干燥室年周转次数f==31.1次/年
4、确定需要的干燥室数
N==间
三、热力计算
一些基本的条件依据采用厚度为40mm、基本密度ρ为400㎏/,初含水率W1为60%,终含水率W2为9%,干燥周期Tt为84h。
计算的干燥介质参数:
;
V1=1.65m³/kg;ρ=0.83kg/m³;
用于干燥室热力计算的室容量
Vt=V·βv=m·l·b·h·βv=4×4×1.8×2.6×0.557=41.71m3
1、水分蒸发量的计算
干燥室在一次周转期间从室内材堆蒸发出来的全部水分量:
Wv==400×㎏/次
平均每小时从干燥室内蒸发出来的水分量
Wh==㎏/h
每小时水分蒸发量
Wa==㎏/h
2、新鲜空气量与循环空气量的确定
蒸发1kg水分所需要的新鲜空气的量
g0=㎏/kg
每小时输入干燥室的新鲜空气量
V0=g0·v0=131.69×2.86×0.87=327.67m3/h
每小时输出干燥室的废气的体积
V2=g0·v2=m3/h
材堆高度密度系数βh==
材堆迎风面空气通道的有效断面面积Ac=m·l·h·(1-βh)=4×4×2.6×(1-0.615)=16.016㎡
每小时在干燥室内的循环空气的体积
VC=3600·Ac·vc·k=3600×2×16.016×1.2=138378.24m3/h
式中:
vc取2.0m/s。
3、干燥过程中消耗热量的确定
室内平均温度℃
室外冬季温度twc=0.4twc+0.6tch=-7.59℃
由于不考虑统计干燥成本,各项热消耗只按照冬季条件来计算:
(1)预热的热消耗量:
预热1m3木材的热消耗量
Q¹0400×{(1.591+4.1868×0.15)×(80+7.59)+0.45×[-2.09×(-7.59)+334.9+4.1868×80]}=2.01×105kJ/m3
预热期平均每小时的热消耗量
==2.01×105×41.71/(4×1.5)=1.40×106kJ/h
以1㎏被蒸发水分为基准,用于预热的单位热消耗量
q0=2.01×105×41.71/8508.84=985.29kJ/kg
(2)由木材每蒸发1㎏水分所消耗的热量
q1==1000×-4.1868×80=2.44×103kJ/kg
干燥室内每小时蒸发水分所消耗的热量
Q1=q1Wa=2.44×103×131.69=3.21×105kJ/h
(3)透过干燥室壳体的热损失
①干燥室的壳体结构金额传热系数к2值
干燥室壳体为内外0.0015m的铝合金,中间添加0.045m的硬质聚氨酯泡沫板结构,铝合金的导热系数为162W/(m2·℃),硬质聚氨酯泡沫板的导热系数为0.027W/(m2·℃),干燥室内表面的换热系数为α1=11.63W/(m2·℃),外表面的换热系数为α2=23.26W/(m2·℃)。
壳体的传热系数
к2=W/(m2·℃)
当к2=0.56的情况下,干燥室内外的温度分别为80℃和-6℃时,干燥室内壁是否会出现凝结水,用以下方式检验
干燥室的地面混凝土加水泥抹光层,其传热系数约为0.23W/(m2·℃)。
к2≤11.63×W/(m2·℃)
计算表明干燥室结构在保温性能方面的设计符合要求。
②透过壳体各部分外表面的散热损失
干燥室壳体的热损失主要包括室顶、左右侧墙、前后端墙及地面的热损失。
室顶及干燥室的侧墙和端墙的材料及厚度相同,所以传热系数相同,均为0.56W/(m2·℃)。
干燥室的前端设有大门,大门的材料和厚度与侧墙相同,因金属壳体的干燥室门的密封性好,所以讲门与前端墙一起计算热损失。
根据干燥室的内部尺寸,可以确定干燥使得外形尺寸为长8.7m、宽4.3m、高4.1m。
壳体的热损失按式Q2=χ·A·к·(t1-t外)·Ψ·C(kJ/h),其结果如下表:
序号
散热部分名称
散热面积m2
к值W/(m2·℃)
t1℃
t2℃
Q2(kJ/h)
1
外侧墙
9*4.1=36.9
0.56
85
-0.33
12695.47
2
内侧墙
36.9
0.56
85
15
10414.66
3
后端墙
4.3*4.1=17.63
0.56
85
-0.33
6065.61
4
前端墙
17.63
0.56
85
-0.33
6065.61
5
顶棚
9*4.3=38.7
0.56
85
-0.33
13314.76
6
地面
38.7
0.23
85
15
4486.10
总计热损失为5.30×104kJ/h,附加10%热损,共计ΣQ2=5.83×104kJ/h。
以1㎏被蒸发水分为基准,壳体的单位热损失量为
q2=5.6883×104/131.69=442.71kJ/kg
(4)干燥过程中总的热消耗量:
q=(q0+q1+q2)·χ=(985.29+2.44×103+442.71)×1.2=4.64×103kJ/kg
4、加热器散热面积的确定
(1)平均每小时应有加热器供给的热量:
Q=μ(Q1+)=1.2×(3.21×105+5.83×104)=4.55×105kJ/h
(2)干燥室内应具有的加热器散热表面积为:
Ae=
本干燥室采用IZGL—1型盘管加热器,该加热器形体轻巧,安装方便,散热面积较大,传热性能好,性能参数见表:
管盘数
传热系数к[W/(m2·℃)]
空气阻力△h(Pa)
2
23.54vr0.301
12.16vr1.43
3
19.64vr0.409
17.35vr1.55
4
19.46vr0.412
27.73vr1.51
采用3排管IZGL——1型盘管散热器,根据上表计算其传热系数к为:
к=19.64vr0.409=19.64×2.220.409=27.19W/(m2·℃
其中:
vr=v2·ρ1=2.67×0.83=2.22㎏/m2·s
式中v2、ρ1为经过加热器前空气流速m·s和密度㎏/m3
v2=m·s
式中:
A2为风机间直线段与空气流速方向垂直段面积m2
因此:
m2
根据所选IZGL——1型盘管散热器的散热面积,在干燥室风机前后对称布置。
5、消耗蒸汽量及蒸汽管道直径的确定
(1)预热期间干燥室内每小时的蒸汽消耗量为
㎏/h
(2)干燥期间内每小时的蒸汽消耗量为:
㎏/h
(3)若干燥车间由1/3的干燥室处于预热阶段,2/3处于干燥阶段,车间每小时的蒸汽消耗量为
㎏/h
(4)干燥1m3木料的平均蒸汽消耗量为:
㎏/h
(5)蒸汽主管与通向加热器的蒸汽管的最小直径为:
m
式中:
Gmax与G相同,ρn为2.1㎏/m3,vs取25m/s。
任一间干燥室为蒸汽支管,其直径为
式中:
相同,这是由于干燥室在预热是比正常干燥消耗的蒸汽量大。
(6)凝结水输送管的最小直径为
(7)当蒸汽压为0.3MPa时,疏水器的入口压P1=0.3×0.9=0.27MPa,出口压力P2=0,△P=0.27MPa。
每小时真气消耗量为212.35kg,疏水器每小时最大排水量为212.35×3=637.05kg。
据S19H—16热动力式疏水器的性能曲线,选用公称直径Dg32的S19H—16热动力疏水器。
(参考课本97页)
四、空气动力计算
干燥室空气循环过程中的阻力图如下
1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→1
其中:
1为轴流通风机,2、5、8、11、14为直线气道,3、13为加热器,4、6、10、12为直角弯道,7骤然缩小,9骤然扩大
各段干燥阻力如下:
(1)1段风机壳的阻力
一段风机壳的阻力为:
△h1=
其中取0.5,
式中D暂时取0.8;风机的台数暂时取6。
(2)加热器的阻力
3、13段为加热器,加热器的阻力△h根据加热器性能指标确定。
本设计采用IZGL—1型盘管加热器,其阻力为:
△h=17.35vr1.55
因进入3段加热器和13段加热器的空气的密度和速度都不同,因此阻力要分别计算。
3段的阻力为:
△h3=17.35vr1.55=17.35×2.221.55=59.54Pa
13段的阻力为:
△h13=17.35vr1.55=17.35×2.271.55=61.78Pa
(3)断面固定的直线气道的阻力
断面固定的直线气道包括2、5、8、11、14段。
其中8段按整体材堆阻力计算。
其余因各段长度及断面不同而需分别计算。
公式为
2、14段的阻力为:
式中摩擦系数μ取0.02,根据风机和加热器的安装尺寸及干燥时内部尺寸,风机至加热器的距离为1.2m。
式中摩擦系数μ取0.02,风机通道按材堆的高度一半加上材堆顶部距干燥间顶板的距离共计1.5m。
(4)材堆的阻力
其中通过查表厚度为40mm,柴堆宽为1.8m时,为14左右,空气流速取2.0m/s
(5)其他局部阻力
局部阻力包括4、6、10、12四段指教拐弯处及4、7段骤然缩小和9、12段骤然扩大的阻力。
每部分均需计算,如下:
4段的拐弯阻力为:
4段的骤然缩小阻力为:
6段的拐弯阻力为:
7段的骤然缩小阻力为:
9段的骤然扩大阻力为:
10段的拐弯处阻力为:
12段的拐弯阻力为:
12段的骤然扩大阻力为:
(6)干燥室内气流循环的总压力
H=273.95Pa
五、通风机型的选择
一间干燥室内配置四台轴流式风机,每一台风机的风量
选用风机时所需的规格风压
每一台风级需要
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