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完整版木材干燥室的设计
周期式顶风机型空气干燥室
设计说明书
学院:
材料科学与艺术设计学院
班级:
2009级木材科学与工程一班
学号:
090811415设计者:
边皓臣
日期:
2011年12月31日
周期式顶风机型空气干燥室的设计
、设计条件
3
设南宁某一木材厂全年要干燥9000m3锯材,被干木料的树种,规格和用途如表所示:
树种
木材名称
厚度mm
长度mm
初含水率
W1(%)
终含水率
W2(%)
数量m3
用途
枫香
40
2000
东北榆木
30
2000
水曲柳
整边材
30
4
60
15.5
2000
家具材
银杏
40
1000
白桦
30
1000
柞木
30
1000
南宁地区年平均气温21.6℃,全年最冷月份平均气温12.8℃,最低气温—2.1℃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
材堆外形尺寸为:
长度(l)4m,宽度(b)1.8m,高度(h)2.6m,堆(m)2。
干燥室的内部尺寸:
长度8.4m(l),宽度2.6m(b),高度4.1m(h)(其中风机间高1m)
2、计算一间干燥室的容量
按30mm厚的木料计算,堆垛采用25mm厚的隔条,则
(403030)2000(403030)1000
S=mm=33mm
9000
查表15-1,在“快速可循环”中的“整边板”一列中,对应30—35mm的行中,
查得βv=0.510根据公式得
Va=V·βv=m·l·b·h·βv=(2×4×1.8×2.6×0.510)m3=19.1m3
3、确定干燥室全年周转次数f
树种
厚度
干燥时间
mm
h
枫香
40
202
东北榆木
30
142
水曲柳
30
168
银杏
40
202
白桦
30
142
柞木
30
335
平均干燥周期t
tkVk=2021421682000(202142335)1000=189.2h
Vk9000
干燥室年周转次数f=d=2428035.1次/年
tetr189.22.4
4、确定需要的干燥室数
Vk9000
N==
Vaf19.135.1
14间
三、热力计算
一些基本的条件依据采用厚度为30mm、基本密度ρ为400㎏/m3,初含水率W1为60%,终含水率W2为15.5%,干燥周期Tt为84h。
计算的介质参数:
3
d013g/kg,I054kJ/kg,v00.87m/kg;t185℃,162%,d1356g/kg,I11025.8kJ/kg
v11.60m3/kg,10.83kg/m3;
33t276℃,290%,d2363g/kg,I21025.8kJ/kg,v21.60m3/kg,20.85kg/m3用于干燥室热力计算的室容量
Vt=V·βv=m·l·b·h·βv=2×4×1.8×2.6×0.496=18.57m3
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=M1-M2Vt=400×60-1218.573565.49㎏/次
100t100
清军每小时从干燥室内蒸发出来的水分量
Wv3565.49
Wh==
tt84
每小时水分蒸发量
42.45㎏/h
Wv=Whx=42.451.250.94㎏/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
1000
1000
g0=
d2d0
2.86㎏/kg
36313
每小时输入干燥室的新鲜空气量
V0=Wag0·v0=50.942.860.87126.61m3/h
每小时输出干燥室的废气的体积
V2=Wag0·v2=50.942.861.6232.85m3/h
材堆高度密度系数βb=bbhb=3030250.545
材堆迎风面空气通道的有效断面面积Ac=m·l·h·(1-βh)=2×4×2.6×(1-0.545)=9.45
每小时在干燥室内的循环空气的体积
VC=3600·Ac·vc·k=3600×2×9.45×1.2=81687.27m3/h式中:
vc取2.0m/s。
3、干燥过程中消耗热量的确定
tt
室内平均温度tt1t280℃
2
室外冬季温度twc=12.8℃
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
MawM1Maw
Q0b[(c0cw100)(ttwc)100(citwcricwt)]400×[(1.591+4.1868
×0.15)×(80-12.8)+0.45×(-2.09×12.8+334.9+4.1868×80)]=1.75×105kJ/m3预热期平均每小时的热消耗量
Q0=Q0Vt=1.75×105×18.57/(3×1.5)=7.22×105kJ/ht0
以1㎏被蒸发水分为基准,用于预热的单位热消耗量
(2)由木材每蒸发1㎏水分所消耗的热量
-4.1868×80=2.44×103kJ/kg
q1=1000I2-I0cwt=1000×1025.8-54
d2d0w36313
干燥室内每小时蒸发水分所消耗的热量
Q1=q1Wa=2.44×50.94=1.24×105kJ/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
当к2=0.56的情况下,干燥室内外的温度分别为80℃和-2.1℃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≤1t1-tc
t1-tout
11.63×80-730.99W/(m2·℃)
802.1
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8.4m、宽
2.0m、高4.4m。
壳体的热损失按式Q2=х·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
8.4*4.4=36.96
0.56
85
-12
14455.20
2
内测墙
36.96
0.56
85
15
10431.59
3
后端墙
2.0*4.4=8.80
0.56
85
-12
3441.71
4
前端墙
8.80
0.56
85
-12
3441.71
5
顶棚
8.4*2.0=16.80
0.56
85
-12
6570.54
6
地面
16.80
0.23
85
15
1947.45
总计热损失为4.03×104kJ/h,附加10%热损,共计ΣQ2=4.43×104kJ/h。
以1㎏被蒸发水分为基准,壳体的单位热损失量为
(4)干燥过程中总的热消耗量:
q=(q0+q1+q2)·ζ=(0.91×103+2.44×103+869.7)×1.2=5.06×103kJ/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+Q2)=1.2×(1.24×105+4.43×104)=2.01×105kJ/h
(2)干燥室内应具有的加热器散热表面积为:
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
1.51
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
81687.27
2.67m·s
36008.5
式中:
A2为风机间直线段与空气流速方向垂直段面积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
2)干燥期间内每小时的蒸汽消耗量为:
G1
78.83㎏/h
Q1Q21.21.241054.43104
I1-I12135
(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
Gn0G0n1G15504.90978.833233.97㎏/h
(4)干燥1m3木料的平均蒸汽消耗量为:
GWvq1.23233.975.06103412.74㎏/h
Vt(I1-I1)18.572135
(5)蒸汽主管与通向加热器的蒸汽管的最小直径为:
d1.27Gmax
ds3600nvs
1.273233.970.15m
36002.125
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
d1.27Gmaxdi3600nvs
316.2070520.14.92050.06m
式中:
Gmax的值与G0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
di1.27G1
i3600covco
1.2778.830.005m
36009601
(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78.83kg,疏水器每小时最大排水量为78.83×3=236.49kg。
据S19H—16热动力式疏水器的性能曲线,选用公称直径Dg20的S19H—16热动力疏水器。
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,直角弯道,7骤然缩小,各段干燥阻力如下:
2、5、8、11、14为直线气道,3、13为加热器,4、6、10、12为
9骤然扩大
1)1段风机壳的阻力段风机壳的阻力为:
式中D暂时取0.8;风机的台数暂时取4。
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
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
1.8m。
(4)材堆的阻力
其中通过查表厚度为40mm,柴堆宽为1.8m时,8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:
0.836.672
20.33Pa
9段的拐弯阻力为:
10段的骤然缩小阻力为:
12段的拐弯阻力为:
12段的骤然缩小阻力为:
2
1v6h661.1
2
7段的骤然缩小阻力为:
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
Vc81687.2733
Vic()m3/h20421.82m3/h
n4
选用风机时所需的规格风压
1.21.2
HsH251.78364.02Pa
s0.83每一台风级需要的功率
HsVi364.0220421.82
Psi4.1kW
360036000.5每一台风机的安装功率
P41301.2
Pi5.5kW
i10.9
式中:
为后备系数,取1.2,1为传动系数,取0.9
根据干燥室的特点及所需风量和压力,选择耐高温防潮的BYG型8号风机,14叶片,安装角度为25°,风量34462m3/h,风压469Pa,转速1450r/min,安装功率7.5kW,共四台。
六、进、排气道的计算
由于进排气道混用,所以采用同一断面0.03m2
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