Гидротермическая обработка

 

 

Содержание

 

 

 

 

Реферат

 

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и 2 листов графического материала. Пояснительная записка включает: 44 страниц формата А4, 14 таблиц, 6 рисунков, 6 источника информации.

ПИЛОМАТЕРИАЛ, СУШКА, СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА, РЕЖИМ, КАЛОРИФЕР, ТЕХНОЛОГИЯ, ПЛАН УЧАСТКА.

Целью курсового проекта является разработка проекта лесосушильного участка на базе сушильных камер AS-1.

Изучено и описано устройство сушильной камеры AS-1. Обоснованы и выбраны режимы сушки, начального прогрева и влаготеплообработки пиломатериалов из древесины бука и сосны. Выполнен технологический расчет. Установлено, что для выполнения программы необходимо 7 камер. Произведен расчет и выбор вспомогательного оборудования.

 Разработаны план цеха (участка) и технологический процесс сушки пиломатериалов.

 

 

Введение

 

Под гидротермической обработкой древесины понимаются процессы воздействия на нее тепла, влажного газа или жидкости, предназначенные для изменения температуры и влажности древесины или введения в нее веществ, улучшающих ее технологические и эксплуатационные характеристики.

Процессы гидротермической обработки базируются на физических явлениях переноса, и в частности, на явлениях тепло- и массообмена материала с окружающей средой. По своим особенностям и назначению они  разделяются на три группы:

  1. процессы тепловой обработки, связанные с нагреванием древесины и поддержанием ее температуры в течении определенного времени на заданном уровне;
  2. процессы сушки, связанные со снижением влажности древесины;
  3. процессы пропитки, связанные с введением в древесину веществ, изменяющих ее свойства.

Сушкой называется процесс удаления из материала влаги путем ее испарения или выпаривания. Технологические цели сушки определяются изменениями физических и эксплуатационных свойств древесины при изменении ее влажности.

Влажность древесины, идущей на изделия и сооружения, для которых требуется стабильность размеров и формы деталей, должна быть заранее снижена до величины, соответствующей условиям эксплуатации изделий, а сами они должны предохраняться от повторных увлажнений.

Древесина с большим содержанием влаги подвержена загниванию, в то время как сухая обладает большей стойкостью. При снижении влажности древесины уменьшается ее масса и одновременно повышается прочность. Наконец, сухая древесина значительно лучше склеивается и отделывается, чем сырая.

Таким образом, к основным технологическим целям сушки древесины относятся:

• предупреждение формоизменяемости и размероизменяемости деталей;

• предохранение от загнивания;

• уменьшение массы при одновременном повышении прочности;

• улучшение качества склеивания и отделки.

• Целью курсового проекта является разработка проекта лесосушильного цеха (участка) на базе сушильных камер AS-1.

 

 

Основными решаемыми задачами проекта являются:

  1. определение продолжительности сушки;
  2. определение вместимости сушильной камеры и ее производительности;
  3. определение количества камер, необходимых для проведения сушки;
  4. выбор калориферов;
  5. разработка технологического процесса.

 

1 Устройство и принцип  действия оборудования

1.1Устройство и принцип  действия сушильной камеры

Лесосушильная установка AS-1 предназначена для сушки пиломатериалов хвойных и лиственных пород  различной толщины до эксплуатационной и транспортной влажности она имеет непроходное исполнение, предназначенное для расположения в помещении.

Установка имеет модульно-блочную конструкцию. Её основу образует каркас из алюминиевого проката, на котором крепятся стеновые и потолочные панели. Панели многослойные пакетного исполнения, имеют длину 2,1 м. Они состоят из двух оребрённых или гофрированных листов алюминия, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом (пенопласт ПВ-1). Толщина алюминиевых листов 1,5 мм, слоя теплоизоляционного материала 100 мм. Конструкция ограждений обеспечивает надежную теплоизоляцию и герметизацию внутреннего пространства установки. В одной из торцовых стен предусмотрен проём, предназначенный для загрузки и выгрузки пиломатериалов и рельсовый путь шириной 1000 мм.. В рабочем состоянии проём перекрывает сдвижная щитовая дверь. Габаритные размеры сушильной установки: длина -  4,56 м, ширина – 2,80 м, высота – 3,5 м., размеры сушильного пространства: длина – 4,4 м, ширина -2,64 м, высота – 2,52 м.

Пиломатериалы загружают в сушильное пространство установки с помощью рельсового транспорта. Штабеля, располагаются внутри установки в один ряд. Размеры штабелей: высота-2,5 м, ширина-1.5 м, длина - 4 м. Между боковыми стенами камеры и штабелями предусмотрены циркуляционные каналы шириной 1000 мм.

Сушильная установка имеет поперечно-вертикальную циркуляцию сушильного агента. В верхней её части расположен циркуляционный канал, отделённый от сушильного пространства горизонтальным экраном. Высота верхнего канала 900 мм. Внутри него установлены осевые реверсивные вентиляторы №8 в количестве 2 шт. Вентиляторы имеют индивидуальные приводы мощностью 3.0 кВт. 

В качестве теплового оборудования применены паровые калориферы модели КПС-П. Они расположены в промежутке между горизонтальным экраном и потолком. Количество калориферов – 6 шт., суммарная поверхность нагрева – 101,52 м2. Теплоносителем является насыщенный водяной пар, имеющий давление 0,3 Мпа и температурой насыщения 133,54 °С.

 

Для поддержания в сушильном пространстве заданной относительной влажности агента сушки, а также для проведения влаготеплообработки  высушиваемого материала в боковом циркуляционном канале смонтирована увлажнительная труба. Для увлажнения сушильного агента используют воду, распылённую с помощью форсунок.

Удаление влаги, испаряемой из пиломатериалов, а также поступление свежего атмосферного воздуха происходит через приточно-вытяжные трубы, вмонтированные в потолочное перекрытие. Количество труб - 2 шт. Для регулирования интенсивности воздухообмена они имеют поворотные заслонки.

Лесосушильная установка оснащена системой автоматического контроля и регистрации основных технологических параметров, дистанционного автоматического управления процессов сушки. Управление осуществляется путём регулирования подачи теплоносителя в калориферы, частоты вращения вентиляторов, положения поворотных заслонок приточно-вытяжных труб.

Технические показатели лесосушильной камеры AS-1 приведены в табл.1.1 

Таблица 1.1 – Техническая характеристика сушильной камеры AS-1

Параметры

Значения параметров

1

2

Размеры сушильного пространства, м:

длина

ширина

высота

 

4,4

2,64

2,52

Количество штабелей, загружаемых в камеру, шт.

1

Размеры штабелей, м:

длина

ширина

высота

 

4

1,5

2,0

Вместимость камеры, м3, для материала:

условного

заданного №1

заданного №2

заданного №3

заданного №4

 

10,2

5,56

6,02

7,25

6,31

Производительность камеры, м3/год, в материале:

условном

заданном №1

заданном №2

заданном №3

заданном №4

 

1035,4

426,2

258,5

411,6

491,6


 

 

Продолжение таблицы 1.1

Характеристики калориферов:

тип

количество, шт.

вид теплоносителя

температура теплоносителя, °С

суммарная площадь нагрева, м2

тепловая мощность, кВт

 

КПС-П

6

пар (Р = 0,3 МПа)

133,54

101,52

225,8

Характеристика вентиляторов:

тип, номер

количество, шт.

мощность привода, кВт

частота вращения, мин-1

производительность, м3/ч

 

осевой реверсивный, №8

8

3

1500

19250-27800

Габаритные размеры камеры, м:

длина

ширина

высота

 

4,6

2,8

3,5


 

1.2 Устройство и  принцип действия вспомогательного  оборудования

В качестве вспомогательного оборудования в цеху используется лифт Л-6.5 для формирования и разборки штабелей, траверсная тележка ЭТ2-6.5 для переме-щения штабелей с одного рельсового пути на другой, подштабельная тележка.

Технические характеристики приведены в табл.1.2

Таблица 1.2

Показатель

Значение

Лифт Л-6.5

грузоподъемность, т

15

габариты подъемной платформы (длина/ширина), мм

6900/2200

скорость перемещения платформы, м/с

0,0104

мощность электродвигателя, кВт

10

габариты приямка (длина/ширина/высота), мм

7000/3000/3115

Траверсная тележка ЭТ6.5

грузоподъемность, т

15

скорость передвижения тележки, м/мин

21

общая установленая мощность, кВт

9

допускаемые размеры перевозимого штабеля, мм

6500/1800/3000

количество рельсовых путей, шт./ширина колеи, мм

4/2000

габаритные размеры тележки, мм

3900/6490

Подштабельная тележка:

габаритные размеры, мм

6500/1800/300


 

 

2  Выбор и обоснование режима сушки и влаготеплообработки

2.1  Выбор режимов  сушки

Исходными данными для выбора режимов сушки являются: назначение высушенной древесины, порода древесины, толщина пиломатериалов, начальная и конечная влажность древесины, технические возможности сушильной камеры.

Заданные пиломатериалы будут использоваться в производстве мебели. В соответствии с рекомендациями, [1] с.197, принимаем ІІ категорию качества сушки – сушка до эксплуатационной влажности, обеспечивающую точную механическую обработку деталей и узлов квалифицированных узлов.

В сушильной камере в качестве теплоносителя используется пар с давлением р = 0,3 МПа и температурой t = 133,54°С. Последующие использование пиломате-риалов в мебельном производстве диктует необходимость сохранения физико–механических свойств древесины. Поэтому принимаем решение использовать низкотемпературные режимы, по нормальной категории режима, которая обеспечивает бездефектную сушку при полном сохранении прочностных свойств древесины, но с возможными незначительными изменениями ее цвета.

В соответствии с табл. 9, [2] с.219, для сушки пиломатериалов из древесины березы толщиной S1 = 40 мм и S2 = 50 мм рекомендованы режимы Б3-Н и Б4-Н соответственно.

Для липовых пиломатериалов толщиной S1 = 60 мм и S2 = 40 мм табл. 10, [2] с.220, рекомендует применять режимы О5-Н и О3-Н соответственно.

Результаты выбора режимов сушки обобщаем в таблице 2.1

 Таблица 2.1  -  Выбор режимов сушки                           

Порода древесины

Размеры, мм

Категория качества

Категория режима

Обозначение режима

толщина

ширина

Береза

40

125

II

нормальный

Б3-Н

50

150

Б4-Н

Липа

60

100

II

нормальный

О5-Н

40

150

О3-Н


 

В таблице 2.2. приведены значения параметров сушильного агента для выбранных режимов, согласно данным приведенным в вышеуказанным таблицах.

 

 

 

 

 

       Таблица 2.2  -  Параметры сушильного агента                          

Режим сушки

  

                       Параметры

Влажность древесины, %

температура, 0C

психрометрическая разность, 0C

Степень насыщенности

Б3-Н

>35

70

6

0, 76

35-25

75

11

0,61

<25

92

29

0,28

Б4-Н

>35

64

6

0,74

35-25

68

10

0,61

<25

84

26

0,29

О5-Н

>35

56

3

0,84

35-25

59

6

0,73

<25

77

22

0,34

О3-Н

>35

64

4

0,82

35-25

68

8

0,68

<25

88

26

0,31


2.2 Выбор режимов начального  прогрева и влаготеплообработки

Выбор режимов начального прогрева (НП), конечной (КВТО) и проме-жуточной (ПВТО) влаготеплообработки проводят в соответствии с рекомен-дациями, изложенными в [2] с. 109 – 111.

Начальный прогрев древесины является первой технологической операцией процесса сушки. Психрометрическую разность ∆tнп в период начального прогрева поддерживают в пределах 0,5 – 1,5 °С (при начальной влажности выше 25%).  При прогреве мягких лиственных пород температуру среды при прогреве назначают на 8°С выше температуры первой ступени сушки, но не выше 100°С. Температуры 1-х ступеней сушки пиломатериалов указаны в табл. 2.2 [ПЗ]

Для березовых пиломатериалов (НП):

 

 толщиной 40мм: tнп40=70+8=78°С;

толщиной 50мм: tнп50=64+8=72°С

 

Для липовых пиломатериалов (НП):

 

толщиной 60 мм: tнп60= 64+8=72°С;

 толщиной 40 мм: tнп40 = 56+8=64°С.

 

 

 

Продолжительность НП ориентировочно принимаем для мягких хвойных пород 1,5 часа на каждый сантиметр толщины пиломатериалов. Для мягких лиственных пород время прогрева увеличивают на 25%, для твердых лиственных на 50%.

Продолжительность прогрева определяем по формуле:

 

                                                            tпр=1,5×S                                                (2.1)

где S – толщина материала, см;

1,5 – продолжительность  прогрева одного сантиметра материала, ч.

Для березовых материалов продолжительность начального прогрева увеличи-вается на 25% и  составит:

   толщиной 40 мм: tпр = 1,5×4·1,25 = 7,5 ч;

    толщиной 50 мм: tпр = 1,5×5·1,25 = 9,375 ч;

 

Для липовых материалов продолжительность начального прогрева  увеличи-ваем на 25% и она составит:

                толщиной 60 мм: tпр = 1,5×6×1,25= 11,25 ч;

              толщиной 40 мм: tпр = 1,5×4×1,25= 7,5 ч.

Определяем суммарную продолжительность влаготеплообработок заданных пиломатериалов по табл.23[2]с.228:

tвто_береза_40= 6 ч;

tвто_береза_50 =12 ч;

tвто_липа_60= 9 ч;

tвто_липа_40= 3 ч.

Согласно рекомендациям, табл.23[2] с.228, промежуточная влаготеплообра-ботка не нужна для толщин заданных пиломатериалов, соответственно все время суммарной продолжительности влаготермообработки для данной толщины и породы древесины расходуется на конечную влаготеплообработку.

Температура конечной влаготеплообработки равна температуре на предшедст-вующей ей ступени сушки плюс 8°С, но не должна превышать 100°С.  Психромет-рическая разность Dt, во время КВТО, для всех пиломатериалов принимаем равной 0,5–1,0 °С. Температуры последних ступеней сушки выбранных режимов представ-лены в табл. 2.2[ПЗ]

Определяем температуру конечной влаготеплообработки пиломатериалов:

 

t_квто_береза_40=92+8=100 °С;

t_квто_береза_50=84+8=92 °С;

t_квто_липа_60=77+8=85 °С;

t_квто_липа_40=88+8=96 °С.


 

 

Результаты выбора режимов начального прогрева и конечной влаготеплообра-ботки обобщаем в табл. 2.3

Таблица 2.3 -  Режимы начального прогрева, промежуточной и конечной влаготеплообработок

Режим сушки

Наименование обработки

Влажность древесины,%

Параметры обработки

t, 0C

∆  t, 0C

τ, ч

Б3-Н

НП

80

78

0,5-1,5

7,5

КВТО

12

100

0,5-1,5

6

Б4-Н

НП

80

72

0,5-1,5

9,375

КВТО

12

92

0,5-1,5

12

О5-Н

НП

60

72

0,5-1,5

11,25

КВТО

10

85

0,5-1,5

9

О3-Н

НП

60

64

0,5-1,5

7,5

КВТО

10

96

0,5-1,5

3


 

 

 

 

 

 

3 Технологический  расчет

Целью технологического расчёта является определения камер, необходимого для сушки заданного объёма пиломатериалов, и количества вспомогательного оборудования, достаточного для обеспечения бесперебойной работы камер. На основании выполненного расчёта разрабатывают план сушильного цеха.

3.1 Расчёт продолжительности  цикла сушки

 

Расчет продолжительности сушки выполняем для всех пиломатериалов спе-цификации, а также для условного материала. За условный принимают сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1 м, высу-шиваемые по ІІ категории качества от начальной влажности 60% до конечной 12%.

Прежде чем приступить к расчёту продолжительности процесса сушки, определим скорость циркуляции сушильного агента (ω, м/с) в штабеле пилома-териалов по формуле 3.1 [3] с.17:

ω = V/fш ,                                              (3.1)

где V – объём циркулирующего агента сушки, м3/с;

fш – площади живого сечения штабелей, м2.

Площадь живого сечения штабелей для сушильных камер, в которых длина штабелей не соответствует длине сушильного пространства,  определяют по форму-ле 3.3 [3] с.17:

fш = Lк · H · (1 - βв · βд)                                         (3.2)

 где Lк – длина сушильного пространства, м;

 Н – высота штабеля,м;

 βв,·βд – коэффициенты заполнения штабеля по высоте и длине

Необходимые для расчёта размеры принимаем из технической характеристики камеры. Сушильная камера AS-1 имеет следующие размеры сушильного прост-ранства 4,4х2,64х2,52 м. Штабель сформирован цельным, принимая высоту тележ-ки 0,3 м, а  зазор между штабелем и верхним экраном 0,2 м определим высоту штабеля по формуле:

                                         Н = hс.ш. - (0,3 + 0,2)                                                    (3.3)

где hс.ш. – высота сушильного пространства, м. hn = 2,52 м;

Н = 2,52 - (0,3 + 0,2) = 2,02 м.

Принимаем штабели с размерами b×h×l = 1,5×2,0× 3,5 и 1,5×2,0×4,0 м

Коэффициент заполнения по высоте, для цельного штабеля, определяем по формуле 5.14 [2, с. 125]:

 

 

где S – толщина пиломатериалов, мм;

S1 – толщина межрядовых прокладок, мм. Принимаем S1 = 25 мм.

 

 

 

Коэффициент заполнения штабеля по длине определяем по формуле 5.12 [2] с.124:

 

где l – длина пиломатериалов, м;

L – длина штабеля, м.

 

Коэффициент заполнения штабеля по длине для условного материала согласно рекомендациям, [2] с. 124,принимаем βД у. = 0,85.

Рассчитываем площадь живого сечения штабелей:

fш.1 = 4,4·2,0·(1 – 0,615·0,795) = 4,4975 м2;

fш.2 = 4,4·2,0·(1 – 0,667·0,795) = 4,1337 м2;

fш.3 = 4,4·2,0·(1 – 0,706·0,91) = 3,15 м2;

fш.4 = 4,4·2,0·(1 – 0,615·0,91) = 3,88 м2;

                                   fш. у. = 4,4·2,0·(1 – 0,615·0,85) = 4,2 м2.

Объем циркулирующего агента сушки в м3/с будет равен:

V = 32000/3600 = 8,9 м3/с

Скорость сушильного агента в штабелях пиломатериалов будет равна:

ω1 = 8,9/4,4975= 1,98 м/с; ω2 = 8,9/4,1337 = 2,15 м/с; ω3 = 8,9/3,15 = 2,82 м/с;

ω4 = 8,9/3,88 = 2,29 м/с; ωу. = 8,9/4,2 = 2,11 м/с.

Режимы сушки мягких лиственных пород составлены для диапазона скорости агента сушки 1,0 – 2,5 м/с. При фактической скорости ниже 1,0 м/с психрометрическая разность на всех ступенях режима, кроме последнего, увеличивается по сравнению с табличной на 10C , а при фактической скорости выше 2,5 м/с уменьшается на 10C, на всех ступенях сушки кроме последней, в соответствии с рекомендациями, [2] с.99 – 105, заносим в таблицу 3.3.

 

 

 

 

Проводим корректировку табл. 2.2 [ПЗ] ( режим О5-Н и О3-Н). Значение на-сыщенности уточняем по табл. 6 [2] с. 215.

 Таблица 3.1  -  Скорректированные параметры сушильного агента                          

Режим сушки

  

                       Параметры

Влажность древесины, %

температура, 0C

психрометрическая разность, 0C

Степень насыщенности

Б3-Н

>35

70

6

0, 76

35-25

75

11

0,61

<25

92

29

0,28

Б4-Н

>35

64

6

0,74

35-25

68

10

0,61

<25

84

26

0,29

 

О5-Н

>35

56

2

0,90

35-25

59

5

0,77

<25

77

22

0,34

О3-Н

>35

64

4

0,82

35-25

68

8

0,68

<25

88

26

0,31


 

 

Продолжительность цикла сушки пиломатериалов τц определяем по формуле 5.5 [2] с. 121:

                                       tц = tисх × Ар × Ац × Ав × Ад × Ак                                   (3.6)

 где tисх - исходная продолжительность сушки пиломатериалов заданных размеров и породы при начальной влажности 60 и 12 % в камерах с реверсивной циркуляцией средней интенсивности (скорость воздуха по материалу 1 м/с);

Ар – коэффициент, учитывающий фактическую категорию режима сушки;

Ац – коэффициент, учитывающий фактическую интенсивность циркуляции;

Ав – коэффициент, учитывающий фактическую начальную и конечную влажность древесины;

Ад – коэффициент, учитывающий фактическую длину сортиментов;

Ак – коэффициент, учитывающий фактическую категорию качества сушки.

Значение исходной продолжительности сушки, исходя из толщины и ширины пиломатериалов, определяем по табл. 24 [2] с. 228, 229:

τисх.1 = 101ч., τисх.2 = 149ч., τисх.3 = 128ч., τисх.4 = 99ч., τисх.у. =88ч.

Для нормальных режимов сушки, по [2] c. 122, коэффициент Ар = 1.

Используя приложение 5, [3] с. 91, по величине произведения tисх × Ар находим коэффициент циркуляции сушильного аганта:

Ац1 = 0,8007, Ац2 = 0,909, Ац3 = 0,8474, Ац4 = 0,7819, Ац у. = 0,7672.

 

 

По табл. 26 [2] с. 230 определяем коэффициент, учитывающий конечную и начальную влажность древесины:

Ав1 = Ав2 = 1,18, Ав3 = Ав4 = 1,11, Ав у. = 1,00

Для досок и брусьев коэффициент, учитывающий длину сортиментов, согласно рекомендациям, [2] c. 122, принимаем  Ад = 1,00.

Древесина, используемая для производства мебели, должна быть высушена по ІІ категории качества. С учетом этого по рекомендациям [2] c. 122, принимаем Ак = 1,15.

Рассчитываем продолжительность сушки:

τц1 = 101·1·0,8007·1,18·1·1,15 = 109,7ч = 4,6 сут.;

τц2 = 149·1·0,909·1,18·1·1,15 = 183,8ч = 7,7 сут.;

   τц3 = 128·1·0,8474·1,11·1·1,15 = 138,5ч = 5,8 сут.;

                         τц4 = 99·1·0,7819·1,11·1·1,15 = 99,8ч = 4,2 сут.;

                         τц у. = 88·1·0,7672·1·1·1,15 = 77,6ч = 3,2 сут.

 

Результаты выбора исходной продолжительности сушки, поправочных коэффициентов и расчета по определению продолжительности сушки представлены в таблице 3.2.

 

Таблица 3.2 - Продолжительность цикла сушки пиломатериалов        

Материал

τисх, ч

Коэффициенты

Продолжительность цикла сушки, τц,

Порода древесины

Размеры поперечного сечения, S×b, мм

Ар

Ац

Ав

Ад

Ак

часы

сутки

Береза

40×125

101

1

0,8007

1,18

1

1,15

109,7

4,6

50×150

149

1

0,909

1,18

1

1,15

183,8

7,7

Липа

60×100

28

1

0,8474

1,11

1

1,15

138,5

5,8

40×150

99

1

0,7819

1,11

1

1,15

99,8

4,2

Условный материал

88

1

0,7672

1

1

1,15

77,6

3,2

Гидротермическая обработка 📙 Курсовая → 🆔 60631

Гидротермическая обработка 📙 Курсовая → 🆔 60631

Гидротермическая обработка