Производительность камер для сушки пиломатериалов и планирование работы устанавливаются в кубометрах условного пиломатериала. Условному пиломатериалу эквиваленты сосновые обрезные доски толщиной 50мм, шириной 150мм, длиной более 1м, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности Wн=60% до коночной Wк=12%.
Объём пиломатериалов заданной спецификации Фi, м3 (табл. 2.1), подвергаемых сушке, пересчитывается в объём условного материала Уi, м3, по формуле
Уi=Кi*Фi (2.1)
где Фi – объем подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного размера и породы, м3;
Кi – коэффициент пересчета определяемый по формуле:
Кi= Кt*Кe, (2.2)
где Кt – коэффициент продолжительности оборота камеры;
Ке – коэффциент вместимости камеры.
Коэффициент вместимости камеры определяется отношением коэффициентов объёмного заполнения штабеля условным (βy) и фактическим (βф) пиломатериалом:
Ке= 
(2.3)
Коэффициент βy или βф равен произведению коэффициентов заполнения штабеля по высоте (βв), ширине (βш) и длине (βд), с учетом объемной усушки пиломатериалов Уо:
βф=βв*βш*βд* 
. (2.4)
Коэффициент βв зависит от номинальной толщины высушиваемого материала (S) толщины прокладок (Sпр):
βв= 
. (2.5)
Для штабелей высотой до 3,0 м толщина прокладок Sпр=25мм. В качестве прокладок допускается использование заготовок толщиной до 40мм и шириной не более 80мм.
βв1= 
= 0,67
βв2= 
= 0,561
Коэффициент βш зависит от способа укладки и вида пиломатериалов.
Принимаем βш=0,9
Коэффициент βд равен отношению средней длины пиломатериалов (lср) в штабеле к его габаритной длине (lшт).
βд =1;
Объёмная усушка Уо определяется по формуле:
Уо=Ко*(Wном-Wк), %, (2.6)
где Ко – коэффициент объёмной усушки зависящий от породы древесины;
(Для сосны Ко=0,44)
Wном – влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов. По ГОСТ 8486-86 для пиломатериалов Wном=20%;
Wк – конечная влажность пиломатериалов, %
Уо=0,44*(20-12)= 3,52%.
βф1=0,67*0,9*1* 
= 0,582
βф2=0,561*0,9*1* = 0,487
Коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом βу рекомендуется принимать:
- для камер со средней и мощной циркуляцией 0,492
Таблица 2.1.
Определение коэффициента объемного заполнения штабеля фактическими и условными пиломатериалами
| Порода | βв | βш | βд | Ко | Wном, % | Wк, % | Уо, % | βф | Ке |
| Сосна | 0,61 | 0,9 | 0,44 | 3,52 | 0,582 | 0,85 | |||
| Сосна | 0,561 | 0,9 | 0,44 | 3,52 | 0,487 | 1,01 | |||
| Условный | 0,67 | 0,9 | 0,44 | 3,52 | 0,492 |
Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле
К 
= 
, (2.7)
где 
– продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы,
- продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, сут., определяются для камер периодического действия по формулам:
τоб.ф=τсуш+τзагр, (2.8)
τоб.у=τсуш+ τзагр, (2.9)
где τсуш – продолжительность сушки фактического или условного материала, сут. Находится в соответствии с режимом;
τзагр – продолжительность загрузки и выгрузки материала, принимается равной 0,1 сут.
Общая продолжительность сушки (в часах), включая начальный прогрев и влаготеплообработку, находится по выражению:
τсуш= τисх*Ар*Ац*Ак*Ав*Ад, (2.10)
где τисх – исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы, толщины S1 и ширины S2 нормальными режимами в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчетная скорость воздуха – 1,0м/с, ширина штабеля 1,5-2м) от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%
(τисх1=104ч; τисх2=68ч);
Ар – коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: для мягких режимов Ар=1,7; нормальных – 1,0; форсированных – 0,8;
Ац – коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. Определяется в зависимости от произведения τисх*Ар и типа камеры
(Ац1= 0,81; Ац2=0,72);
Ак – коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок: I категория качества – 1,2; II – 1,15; III – 1,05; 0 – 1,0;
Ав – коэффициент, учитывающий начальную (Wн) и конечную (Wк) влажность древесины
(Ав=0,66);
Ад – коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса; для пиломатериалов Ад =1,0;
τсуш1= 104*1,0*0,81*1,15*0,66*1,0=64ч;
τсуш2= 68*1,0*0,72*1,15*0,66*1,0=37ч.
таблица 2.2
определение продолжительности сушки пиломатериалов
| Порода | Категория режима | Категория качества сушки | Влажность | τисх, ч | Коэффициенты | τсуш, ч | τоб.ф, τоб.у, сут. | Кτ | ||||
| Wн, % | Wк, % | Ар | Ак | Ав | Ад | |||||||
| Сосна | Н | II | 1,0 | 1,2 | 0,66 | 1,0 | 2,8 | 0,68 | ||||
| Сосна | Н | II | 1,0 | 1,2 | 0,66 | 1,0 | 1,7 | 0,42 | ||||
| Условный | Н | II | 1,0 | 1,2 | 1,00 | 1,0 | 98,1 | 4,09 |
таблица 2.3
Пересчет объёма фактических пиломатериалов в объём условного пиломатериала
| Заданный объём сушки Ф, м3 | Коэффициент вместимости камеры Кв | Коэффициент оборота камеры Кτ | Коэффициент пересчета К | Объём в условном материале У, м3 усл. |
| 6673,48 | 0,85 | 0,68 | 0,578 | 3857,27 |
| 3349,35 | 1,01 | 0,42 | 0,4242 | 1420,79 |
| 10022,83 | 5278,07 |
Определение производительности камер в условном пиломатериале.
Годовая производительность камеры в условном пиломатериале приводится в характеристике камеры или определяется по формуле:
Пу= Еу*nу, м3/год, (2.11)
где Еу – вместимость камеры в плотных кубометрах условного пиломатериала.
Вместимость камеры в условном пиломатериале определяется по формуле:
Еу= Г* βу, м3 усл., (2.12)
гдн Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м3;
βу – коэффициент объёмного заполнения штабеля условным пиломатериалом.
Габаритный объём штабелей вычисляется по формуле:
Г= n*l*b*h, м3, (2.13)
где n – число штабелей в камере;
l, b, h – соответственно длина, ширина и высота штабеля, м.
Число оборотов камеры в год (число загрузок) определяется по формуле
nу= 
, (2.14)
где 335- время работы камеры в году, сут;
τоб.у – продолжительность оборота камеры для условного пиломатериала, сут.
Годовая производительность сушильной камеры СПМ-1К
Пу=2*6,5*1,8*3,0*0,492*335/4,09=2829 м3 усл./год.
Определение необходимого количества камер
Количество камер, потребное для сушки годовой программы определяется по формуле:
nкам= 
, (2.15)
где 
- общиё объём условного пиломатериала, м3 усл.;
Пу – годовая производительность камеры в условном пиломатериале, м3 усл./год.
nкам=5278,07/2829=1,87. Принимаем две камеры СПМ-1К.
таблица 2.4
технические характеристики СПМ-1К
| Техническая характеристика | Значение |
| Габаритные размеры штабеля, мм: | |
| длина | |
| ширина | |
| высота | |
| Число загружаемых штабелей | |
| Ёмкость камеры в усл. Пиломатериале, м3 | 33,3 |
| Число вентиляторов | |
| Установленная мощность электродвигателей, кВт | |
| Скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с | 1,5 -3,0 |
| Габаритные размеры, мм: | |
| длина | |
| ширина | |
| высота | |
| Масса, кг | |
| Давление пара при вводе в камеру, МПА | 0,3 -0,6 |
Для загрузки штабеля в камеру принимаем электрифицированную тележку ЭТ-6,5
таблица 2.5
технические характеристики ЭТ-6,5
| Техническая характеристика | Значение |
| Грузоподъёмность, т | |
| Габаритные размеры штабеля, мм | 6600*1900*3000 |
| Колея рельсового пути, мм | |
| Скорость движения тележки, м/с | 0,36 |
| Скорость тягового троса, м/с | 0,13 |
| Габаритные размеры, мм | |
| Длина | |
| Ширина | |
| Высота тележки(в выемке), мм | |
| Масса, кг |
Тепловой расчет камер и цеха.
Определение массы испаряемой влаги
Масса влаги, испаряемой из 1м3 пиломатериалов:
m1=ρб* 
, кг/м3, (2.16)
где ρб – базисная плотность расчетного материала, кг/м3 (ρб=400 кг/м3)
Wн, Wк – соответственно начальная и конечная влажность материала, %
m1=400* 
=92 кг/м3.
Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры
mоб.кам.=m1*Г* βф, кг/оборот, (2.17)
где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м3;
βф – коэффициент объёмного заполнения штабеля с расчетным материалом.
mоб.кам.1=92*2*6,5*1,8*3,0*0,85=5489,64 кг/оборот,
mоб.кам.2=92*2*6,5*1,8*3,0*1,01=6522,98 кг/оборот,
Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду:
mс= 
, кг/с, (2.18)
где 
. – продолжительность собственно сушки, ч. Определяется из следующего выражения:
τсоб.суш.= τсуш-(τпр+τкон.ВТО), ч, (2.19)
где τсуш. – продолжительность сушки расчетного материала, ч;
τпр. – продолжительность начального прогрева материала, ч;
τкон.ВТО – продолжительность конечной влаготеплообработки(ВТО), ч.
τпр1=1,5*5=7,5ч;
τпр2=1,5*3,2=4,8ч;
τкон.ВТО1=6ч;
τкон.ВТО2=2ч;
τсоб.суш.1= 64-(7,5+6) =50,5ч;
τсоб.суш.2= 37-(4,8+2)=30,2ч.
mс1= 
=0,0302 кг/с;
mс2= 
=0,0599 кг/с.
Расчетная масса испаряемой влаги:
mр=mc*k, кг/с, (2.20)
где k – коэффициент неравномерности скорости сушки (k=1,2),
mр1=0,0302*1,2= 0,036кг/с,
mр2=0,0599*1,2= 0,072кг/с,
Определение параметров агента сушки на входе в штабель
Агент сушки – влажный воздух;
Категория качества сушки пиломатериалов – II;
Режим по степени жесткости – нормальный (Н);
Режим сушки - 3-В;
tc=80°С;
tм=71°С;
φ1=0.67;
По I-d диаграмме находим:
d1=310 г/кг сухого воздуха;
I1=900 кдж/кг;
Vпр1=1,54;
ρ1=0,858 кг/м3.
Определение объема и массы циркулирующего агента сушки.
Vц=vшт.*Fж.сеч.шт.,м3/с (2.21)
где vшт. – расчетная(заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с;
Fж.сеч.шт. – живое сечение штабеля, м2;
Fж.сеч.шт.=n*l*h(1-βв), м2,
где n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки;
l, h – длина и высота штабеля, м;
βв – коэфициент заполнения штабеля по высоте
Fж.сеч.шт.=2*6,5*3*(1-0,561)=17,121 м2.
Vц=2*17,1=34,242 м3/с.
Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги.
Вычисляется по формуле:
mц= 
(2.22)
где Vпр.1 – приведенный удельный объем агента сушки на входе в штабель, м3/кг
mц= 
.
Определение параметров воздуха на выходе из штабеля.
Параметры влажного воздуха на выходе из штабеля в камерах периодического действия определяются графоаналитическим способом.
рис. Схема построения теоретического процесса сушки на I-d-диаграмме
d2= 
d1 г/кг сухого воздуха; (2.23)
d2= 
=313,24
d2=313,24 г/кг сухого воздуха;
I2=900 кдж/кг;
t2=76
Vпр2=1,52;
ρ2=0,868 кг/м3.
Уточнение объёма и массы циркулирующего агента сушки
mц= 
(2.24)
mц= 
Vц=mц*mp*vпр.1, м3/с; (2.25)
Vц=308,64*0,072*1,54=34,22 м3/с;
G=mц*mp=308,64*0,072=22,22 кг/с.
Определение объема свежего и отработанного воздуха.
Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги
m0= 
(2.26)
где d0 – влагосодержание свежего воздуха, г/кг (d0=10г/кг).
m0= 
Объем свежего(приточного) воздуха, поступающего в камеру:
V0=m0*mp*vпр.0, м3/с, (2.27)
где Vпр.0 – приведенный удельный объем свежего воздуха(при t0=20 
C, vпр.0=0,87 м3/кг).
V0=3,3*0,072*0,87=0,21 м3/с,
Vотр=m0*mp*vпр.2, м3/с, (2.28)
Vотр=3,3*0,072*1,52=0,36 м3/с.
Расчет приточно-вытяжных каналов камеры:
а) площадь поперечного сечения приточного канала
fпр.кан.= 
м2, (2.29)
где V0 – объем свежего воздуха (V0=0,21м3/с).
б) площадь поперечного сечения вытяжного канала:
fвыт.кан.= 
м2, (2.30)
где Vотр – объем отработавшего агента сушки (Vотр=0,36м3/с).
Скорость движения свежего воздуха или отработавшего агента сушки в каналах принимают
2-5 м/с.
fпр.кан.= 
м2;
fвыт.кан. 
м2.
Принимаем для приточного канала сечение круг с диаметром 0,32м, для вытяжного канала
круг с диаметром 0,39м.
Так как камера периодического действия с реверсивной циркуляцией, то принимаем диаметр 0,39м для обоих каналов.
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.
В камерах периодического действия первой технологической операцией после загрузки штабеля является начальная обработка материала(прогрев).
Температуру среды tпр при прогреве пиломатериалов сосны поддерживают в зависимости от их толщины и категории режима сушки.
tпр=90°С;
Расход тепла на начальный прогрев 1м3 древесины.
1. Для зимних условий:
qпр.1м3=pw*c(-)*(-to)+pб* 
* 
+pw*с(+)*tпр, кДж/м3, (2.31)
где ρw – плотность древесины расчетного материала при заданной начальной влажности Wн, кг/м3 (при влажности 35% принимаем ρw=530 кг/м3);
ρб – базисная плотность древесины расчетного материала кг/м3(для сосны ρб=400кг/м3);
Wн – начальная влажность расчетного материала, % (Wн =35%);
Wг.ж. - содержание незамерзшей связанной(гигроскопической) влаги, % (Wг.ж.=14%);
γ – скрытая теплота плавления льда(γ=335кДж/кг);
с(-),с(+) – средняя удельная теплоемкость древесины соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг*°С);
t0 – начальная расчетная температура для зимних условий, °С(t0=-39°C);
tпр – температура древесины при ее прогреве, °С(tпр=90°С).
При определении удельной теплоемкости древесины средняя температура, °С, древесины принимается:
для с(-) tср= 
; для с(+) tср= 
.
qпр.1м3=530*2*39+400* 
* 
+530*2,6*90=41340+28140+124020=193500 кДж/м3.
2. Для среднегодовых условий:
qпр.1м3=pw*c(+)*(tпр-t0), кДж/м3, (2.32)
где t0 – среднегодовая температура древесины, °С (t0=-0,3°C);
qпр.1м3=530*2,4*(90+39)=164088 кДж/м3.
Удельный расход тепла при начальном прогреве на 1 кг испаряемой влаги.
Определяется для зимних и среднегодовых условий по формуле:
qпр.= 
(2.33)
для зимних условий:
qпр.= 
для среднегодовых условий:
qпр.= 
Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве.
Для камер периодического действия:
Qпр= 
(2.34)
где τпр. – продолжительность прогрева, ч (τпр. для зимних условий – 8ч; τпр. для среднегодовых условий – 7ч)
Е – объем пиломатериалов в камере, м3 (Е=34,5);
Для зимних условий:
Qпр= 
Для среднегодовых условий:
Qпр= 
Определение расхода тепла на испарение влаги.
Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом:
qисп=1000* 
-cв*tпр, кДж/кг, (2.35)
где I2 – теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг;
I0 – теплосодержание свежего(приточного) воздуха, кДж/кг;
d2 – влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг;
d0 – влагосодержание свежего(приточного) воздуха, к/кг;
св - удельная теплоемкость воды, св=4,19кДж/(кг*°С);
tпр – температура нагретой влаги в древесине, °С; tпр=90°С.
для среднегодовых условий:
qисп=1000* 
-4,19*90=2439,25 кДж/кг;
для условий зимы:
qисп=1000* 
-4,19*90=2482,4 кДж/кг;
Общий расход тепла на испарение влаги:
Qисп.=qисп.*mp, кВт. (2.36)
летом:
Qисп.=2439,25*0,072=175,6 кВт.
зимой:
Qисп.=2482,4*0,072=178,7 кВт.
Потери тепла через ограждения камеры.
1. Теплопотери через ограждения камеры:
Qог=∑Fог*k*(tc-t0)*10-3, кВт, (2.37)
где ∑Fог – суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м2;
k – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м2*°С);
tc – температура среды в камере, °С;
t0 – расчетная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий, °С.
Расчет теплопотерь производится отдельно для наружной боковой стены(Fбок=9*5,1=45,9м2), торцовочной стены, выходящей в коридор управления(Fторц1=5,1*5,98=30,5 м2), торцовочной стены выходящей в траверсный коридор (Fторц2=30,5-2,2*3,5*2=15,1м2), двери(Fдв=2,2*3,5*2=15,4м2), перекрытия(Fпот= 53,82м2) и пола(Fпол= 53,82м2) камеры.
Наружная температура для пола 10°С, для всех остальных ограждений 18°С.
Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений подсчитывается по формуле:
K= 
, Вт/(м2*°С), (2.38)
где αвн – коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м2*°С),
принимается ориентировочно αвн=25;
где αн – коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м2*°С),
αн=23 – для наружного воздуха; αн=12 – для чердачных и неотапливаемых помещений, αн=9 – для отапливаемых помещений;
δ1, δ2, δn – толщина слоев ограждений, м;
λ1, λ2, λn – коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоев ограждений, Вт/(м*°С).
Коэффициент теплопередачи пола kпол, Вт/(м2*°С), принимается равным 0,5*k наружной стены.
Kст= 
,45 Вт/(м2*°С),
Kпол=0,45*0,5=0,225 Вт/(м2*°С),
Kдв= 
,69 Вт/(м2*°С),
Kпот= 
,6 Вт/(м2*°С),
tc=(t1+t2)/2=78°C.
Для зимних условий:
Qст=(45,9+30,5+15,1)*0,45*(78+39)*10-3=4,82 кВт,
Qпол=53,82*0,225*(78+39)*10-3=1,42 кВт,
Qпот=53,82*0,6*(78+39)*10-3=3,78 кВт,
Qдв=15,4*0,69*(78+39)*10-3=1,24 кВт.
Для среднегодовых условий:
Qст=(45,9+30,5+15,1)*0,45*(78+0,3)*10-3=3,24 кВт,
Qпол=53,82*0,225*(78+0,3)*10-3=0,95 кВт,
Qпот=53,82*0,6*(78+0,3)*10-3=2,53 кВт,
Qдв=15,4*0,69*(78+0,3)*10-3=0,83 кВт.
2. Удельный расход тепла на потери через ограждения(определяется для зимних и среднегодовых условий):
qог= 
, кДж/кг, (2.39)
где ∑Qог – суммарные теплопотери через ограждения камеры с учетом поправки, кВт
∑Qог1=(4,82+1,42+3,78+1,24)*1,5=15,22 кВт;
∑Qог2=(3,24+0,95+2,53+0,83)*1,5=11,34 кВт
qог1= 
.
qог2= 
.
Определение удельного расхода тепла на сушку.
Производится для зимних и среднегодовых условий:
qсуш=(qпр+qисп+qог)*с1, кДж/кг, (2.40)
где с1 – коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др. (принимаем с1=1,2)
для зимних условий:
qсуш=(2103,3+2482,4 +254,1)*1,2=5807,8 кДж/кг,
для среднегодовых условий:
qсуш=(1783,6+2439,25 +189,3)*1,2=5294,6 кДж/кг.
Определение расхода тепла на 1м3 расчетного материала.
Производится для среднегодовых условий по формуле:
qсуш.1м3=qcуш*m1м3, кДж/м3, (2.41)
qсуш.1м3=5294,6*92=487103,2 кДж/м3.