木材干燥课程设计
计算说明书
设计题目:
木
材
干
燥
窑的设
计
学
院:
林
学
院
专业年级:
木材加工班
学生姓名:
班级学号:
指导教师:
二0一0年X月X日
第三组
50立方米顶峰即时强制循环干燥窑设计
1)
设计条件
(1)
干燥树种:柞木。
(2)
初含水率为90%,终含水率为8%,厚度为30mm,长度为4m的整边板。
(3)
建窑地点年最低气温为10℃,最冷月份平均气温为15℃,相对湿度φ为60%。
(4)
保温材料采用聚氯乙烯泡沫塑料。
2)
设计要求
(1)
规范的实际说明书。
(2)
手绘图纸一张比例(1:50)。
(3)
计算机一张A4图。
(4)
图上要把设计的内容及相关尺寸(位置尺寸、注尺寸)表达清楚。
蒸汽管路图(阀门、疏水器、旁通管和分水器的安装图)。
一、设计任务和依据
1木材干燥室的设计任务
(1)干燥方式和室型的选择;
(2)热力计算;
(3)气体动力计算;
(4)进气道和排气道的计算;
(5)解决装堆、卸堆和运输机械化问题;
2木材干燥室的设计依据
(1)被干锯材的树种、规格、材积、初含水率以及所要求的终含水率;
(2)关于能源(蒸汽、电力等)的资料;
(3)建室地区一年中最冷月份及年平均气象资料;
二、干燥方式、室型的选择和有关尺寸的计算
干燥方式的选择:干燥整边板采用强制循环周期式顶风机干燥窑。
有关尺寸的计算:
(1)规定干燥室的容量
E=V外×β容m3
50=
V外×0.496
V外=100.8
m3
(2)干燥窑基本尺寸:
单元材堆:长
4000mm
宽
2800mm
高
1500mm
室内总尺寸:长
8600mm
宽
4800mm
高
5750mm
(3)确定干燥室年周转次数
柞木干燥时间
Z=130/24=5.42昼夜,Z1=0.1昼夜
墙壁厚240(一砖)+100(聚氯乙烯泡沫)+100(钢筋混凝土)=440mm
顶棚厚100(钢混)+140(聚氯乙烯泡沫)+(空心楼板)=340mm
门(吊挂式、内外覆铝板、中间聚氯乙烯泡沫夹层)
320
mm
风机型号
No.10
Y型12叶片
转速
1500
r/min
圆翼型肋型管散热器
长度2米120个
加热面积150
m3
三、热力计算
水
分
蒸
发
量的计
算
新鲜空气量与循
环空气量的确定
干燥室一次周转期间的水分蒸发量:
M室=
=
=24723kg/周期
平均每小时水分蒸发量:
M平=
计算每小时的水分蒸放量:
M计=M平×X=73.8×1.3=96kg/h
蒸发1kg水分所需要的新鲜空气量:
g0=kg/kg
柞木的干燥基准如下表
干燥阶段
干球温度(℃)
相对温度(℃)
相对湿度(%)
干燥时间系数(%)
60.5
64.5
62.5
t1=82℃
φ1=36%
d1=140g/kg
I1=446
t2=65℃
φ2=90%
d2=150g/kg
I2=460
t0=20℃
φ0=78%
d0=13g/kg
I0=41
每小时输入干燥室的新鲜空气量的体积:
V进=M计×g0×v0=96×4.3×0.72=297.2
m3/h
每小时由室内排除的废气体积:
V废=M计×g0×v2=96×4.3×1.22=503.6m3/h
每小时室内循环空气的体积:
F堆=m×L×h×(1-β)=6×4×1.5×(1-0.04)=14.72m2
V循=3600×ω循×F堆×1.2=3600×16.364×2×1.2=141384.96
m3/h
干燥过程中热消耗量的确定
干燥室内平均温度
t平=
t冬计=0.4t冷平+0.6t最低=0.4×(15)+0.6×(10)=-12℃
预热的热量消耗
预热1m3木材的热量消耗:
Q预=1000(1.591+4.1868×W初/100)(t平-
t冬计)
=1000×0.36(1.591+4.186×0.9)
(73.5-12)=198740(kj/h)
预热期平均每小时热耗量:
Q预室=
Q预×E/Z预=198740×50/4.5=2.2082ⅹ106
kJ/h
Z预=3×1.5=4.5h
以1kg被蒸发水为准的,用于预热上的单位热量消耗量:
q预=
=395.33kJ/kg
蒸发1kg水分的热消耗量:
q蒸=
干燥室内每小时用于蒸发水分的热量消耗量为:
Q蒸=q蒸×M计=2567×96=246432kJ/h
透过干燥室壳体的热损失:
墙:外墙为一砖(250mm)厚,λ砖=0.814W/(m2
℃)
内墙为100mm厚钢筋混凝土结构。内外墙夹层100mm厚聚氯乙烯泡沫保温层,λ层=0.058
W/(m2
℃)。λ钢
=1.546
W/(m2
℃)。室内受热系数α内=11.63
W/(m2
℃),室外的表面放热系数α外=23.26W/(m2
℃)。
墙的传热系数
k=1/(1/α内+∑δ/λ+1/α外)=0.45W/(m2
℃)。
门:用角钢或槽钢做骨架,内外表面覆盖铝板,中间为120mm厚的聚氯乙烯泡沫做保温层,门的传热系数
K门=1/(1/11.63+0.12/0.058+1/23.26)=0.45W/(m2
℃)。
顶棚:主要结构为100mm现绕钢筋混凝土内层,中间为140
mm膨胀聚氯乙烯泡沫做保温层,100mm厚空心楼板表面层。
λ空=0.698
W/(m2·
℃)],顶棚传热系数:
k顶=1/(1/11.63+0.1/1.546+0.14/0.058+0.1/0.698+1/23.26)=0.36
W/(m2
℃)
验证最大导热系数壳体面能否出现结露,检验:
K顶=0.36≤α内×(t室-t露)/(t室-t最低)=11.63×(78-67)/(78-10)=1.88
说明侧墙结构设计保温性合理,壳体其他部分k≤1.2,所以壳体的保温性是很好的。
1kg被蒸发水分为准的壳体的单位热消耗量:
墙壁:
Q壳1=1.1×F壳×k墙(t1-t外)×C×3.6=13584
kJ/h
顶棚:
Q壳2=1.1×F壳×k顶(t1-t外)×C×3.6=9323
kJ/h
地面:
K地=0.5
k墙
Q壳3=1.1×F壳×k地(t1-t外)×C×3.6=5827
kJ/h
门:
Q壳4=1.1×F壳×k门(t1-t外)×C×3.6=5.511×103
kJ/h
∑Q壳=
Q壳1+Q壳2+
Q壳3+
Q壳4=28734
kJ/h
q壳=∑Q壳/M=563.4
kJ/kg
④干燥过程中总的单位散热消耗量:
q干=(q预+q干+q蒸)×C1=4239
kJ/kg(C1=1.2)
加热器散热面积的确定
①平均每小时应由加热器供给的热量:Q加=(Q蒸+∑Q壳)×C1=330199.2
kJ/kg)(C1=1.2)。
②一间干燥室应配置加热器的散热表面积:
选用圆翼管加热器:
F气道=8.2×1.0=8.2m2
f管=0.07
m2
F管=
f管×n管=0.7×8×3=1.68
m2
F有效=8.2-1.68=6.52
m2
实际循环速度
ω实=V循环/3600F有效=14138.96/(3600×6.52)=6.0m/s
将ω实换算成标准空气循环速度
ω0=ω实ρ1/1.25=6.0×0.91/1.25=2.9m/s
管子作一列式排列
k=8.4ω00.36=12.3W/m2k
F散=Q加×C2/k(t气-t平)=480m2
加热管数目:查表知,每立方米木材需陪3m2放热面积,50m3的木材需配150m3加热管。每根2m长的加热管放热面积为4m2,则需约120根左右加热管。
排列方式:每个起到截面上有5列管,每列10根管
5干燥车间蒸汽消耗量和蒸汽管径确定
1、预热期间干燥室内每小时的蒸汽消耗量
D预室=
=1254.4kg/h2、干燥期间室内每小时的蒸汽消耗量
D干室=
=154.3kg/h3、蒸汽主管直径的数值不小于
d蒸=mm
取d=310
mm4、干燥室凝结水输送管直径
d凝=mm
取d=170
mm
疏水器的选用
当蒸汽压力为0.3MPa表压力时,P1=0.3×0.9=0.27MPa,P2=0,每小时的蒸汽消耗量为92kg时,应当选用疏水器的最大排水量为92×3=276
kg/h,△P=0.27-0=0.27
MPa
选用公称直径Dg20的S19H-16热动力式疏水器
四、空气动力计算
(一)1段
风机壳的阻力:
△h1=ξ10.5
(二)4,12段
加热器处的阻力
(三)8段
材堆的阻力
ξ堆为按板厚30mm,材堆宽2.8m,查表得到阻力系数为20,取材堆内流速ω循=5.08m/s
(四)其它局部阻力
按局部阻力计算式确定1、7段
气流断面骤然缩小出的局部阻力
式中:ξ局根据2、9段:气流骤然扩大出的局部阻力
式中:ξ局根据3、3,6,10,13段
:室内直角转弯处4、5,11段:侧气道5、2,14段:水平气道
(五)干燥室内气流循环总的阻力
H=
=720.04
五、通风机的选择及其所需要的功率
干燥窑内配置6太直连式轴流风机,每台风机的风量:
选用风机时所需要的规格风压
根据H规和V机的数值查Y组12叶片,叶片安装角θ=20°的轴流式风机特性曲线图,确定选用No.10风机,即H规=23600m3/h,风机转数n=1500r/min
每一台风机需要的功率:
每一台风机的安装功率:
六、进、排气道的设计
进、排气道的断面积按下公式计算:
进气道断面
f进=
排气道断面
f排=
为了统一规格,进、排气道断面尺寸均取300mmx400mm。