木材干燥室的设计

1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2周期式顶风机型空气干燥室的设计一、设计条件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用途枫香整边材4046015.52000家具材东北榆木302000水曲柳302000银杏401000白桦301000柞木301000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S=9000100030)30(40200030)30(40mm=33mm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=19.1m33、确定干燥室全年周转次数f树种厚度干燥时间mmh枫香40202东北榆木30142水曲柳30168银杏40202白桦30142柞木303353平均干燥周期kkkVVtt=90001000)335142202(2000168142202=189.2h干燥室年周转次数f=rtetd=4.22.1892802435.1次/年4、确定需要的干燥室数N=fVVak=141.351.199000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㎏/3m,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：3000d13g/kg54kJ/kgv0.87m/kgI，，；1111t8562%d356g/kg1025.8kJ/kgI℃，，，3311v1.60m/kg0.83kg/m，;33222222t7690%d363g/kg1025.8kJ/kgv1.60m/kg0.85kg/mI℃，，，，，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=18.57m31、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=t21100-VMM=400×49.356557.1810012-60㎏/次清军每小时从干燥室内蒸发出来的水分量Wh=ttWv=45.42843565.49㎏/h每小时水分蒸发量Wv=xWh=94.502.145.42㎏/h2、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4g0=86.2133631000100002dd㎏/kg每小时输入干燥室的新鲜空气量V0=aWg0·v0=61.12687.086.294.50m3/h每小时输出干燥室的废气的体积V2=aWg0·v2=85.2326.186.294.50m3/h材堆高度密度系数βb=bhbb=545.0253030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室内平均温度802t21tt℃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0Q)](100))(100[(10btcrtcMMttMccwiwciawwcaww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0Q=0t0VQt=1.75×105×18.57/(3×1.5)=7.22×105kJ/h以1㎏被蒸发水分为基准，用于预热的单位热消耗量q0=vt0VQW1.75×105×18.57/3565.49=0.91×103kJ/kg(2)由木材每蒸发1㎏水分所消耗的热量q1=tcddw0202I-I1000=1000×1336354-1025.8-4.1868×80=2.44×103kJ/kg干燥室内每小时蒸发水分所消耗的热量Q1=q1Wa=2.44×50.94=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5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=56.026.231027.0045.0162003.063.11111112c1W/(m2·℃)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≤out1c11t-tt-t11.63×99.02.18073-80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8.4m、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m2к值W/(m2·℃)t1℃t2℃Q2(kJ/h)1外侧墙8.4*4.4=36.960.5685-1214455.202内测墙36.960.56851510431.593后端墙2.0*4.4=8.800.5685-123441.714前端墙8.800.5685-123441.715顶棚8.4*2.0=16.800.5685-126570.546地面16.800.2385151947.45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6q2=a2QW4.43×104/50.94=869.7kJ/kg(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/kg4、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+2Q）=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：Ae=)()(к12mttQbhe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)223.54vr0.30112.16vr1.43319.64vr0.40917.35vr1.55419.46vr0.41227.73vr1.51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㎏/m3v2=67.25.8360027.8168736002cAVm·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：11.396.3)80143(19.272.11001.2)t(5setQAm2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90.50421351043.41054.82.1I-I4511200QQG㎏/h（2）干燥期间内每小时的蒸汽消耗量为：83.7821351043.41024.12.1I-I4511211QQG㎏/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797.323383.78990.50451100GnGnG㎏/h（4）干燥1m3木料的平均蒸汽消耗量为：74.412213557.181006.597.32332.1)I-(IV311tvqWG㎏/h(5)蒸汽主管与通向加热器的蒸汽管的最小直径为：15.0251.2360097.323327.1360027.1dmaxsnsvG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mvGsn06.0251.2360090.50427.1360027.1dmaxi式中：0maxGG的值与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mvGco005.01960360083.7827.1360027.1dco1i（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，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=a43.26229.1183.05.02v2111P其中取0.5,smmVfe/29.11448.014.3360027.816874D3600v221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8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=59.54Pa13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