木材干燥设计...docx

木材干燥学课程设计设计名称：顶风机直联型空气 干燥室材艺院木材科学与工程专业10 级木 2 班第 2 组指导老师：设 计 人：顶风机直联型空气干燥室一、设计条件设西安某一木材厂全年要干燥 10000m3 锯材，被干木料的树种，规格和用途如表所示：初含水率终含水率树种木材名称厚度 mm长度 m数量 m3用途W (%)W （%）12家具及室内装饰材表 1：被干木材的树种、规格以及用途杨木402000刺柏402000栓皮栎整边材4046091000油松402000樟子松402000铁杉401000济南地区年平均气温 14.5，全年最冷月份平均气温-0.33，最低气温-12.43 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的外形尺寸和堆数：长度（ l）4.0m， 宽度（b）1.8m，高度（h）2.6m，堆数（m）4。干燥室的内部尺寸：长度（l）8.6m，宽度（b）4.2m，高度（h）4.0m（其中风机间高 1m，垫条厚度 0.1m）2、计算一间干燥室的容量按 40mm 厚的木料计算，堆垛采用 25mm 厚的隔条，则全年被干燥木材的加权平均厚度S ：S = (40 + 40 + 40 + 40) ´ 2000 + (40 + 40) ´1000 mm=40mm10000查课本表 15-1，在“快速可循环”中的“整边板”一列中，对应 40mm 的行中， 查得 =0.557v根据公式计算干燥室实际容积为：V =V· =m·l·b·h·=(4×4×1.8×2.6×0.557)m3=41.7 m3avv3、确定干燥室全年周转次数 f参考课本表 15.2，确定下列树种木材的干燥时间定额：202172504172172202树种厚度mm干燥时间håt V(202 + 172 + 172 + 172)´ 2000 + (504 + 202) ´1000杨木40刺柏40栓皮栎40油松40樟子松40铁杉40平均干燥周期t=ekk =åVk10000=214h干燥室年周转次数 f=24d= 24 ´ 280» 31.1 次/年t+ter214 + 2.44、确定需要的干燥室数å VN=k=10000» 8 间V × fa41.7 ´ 31.1三、热力计算一些基本的条件依据采用厚度为 40mm、基本密度为 400 / m 3, 初含水率 W1为 60% ， 终含水率 W 为 9% ， 干燥周期 T 为 84h 。 计算的干燥介质参数：2td= 13g / kg，I= 54kJ / kg，v= 0.87m 3 / kg；000t = 85，j= 62%，d = 356g / kg，I = 1025.8kJ / kg1111V1=1.65m³/kg; =0.83kg/m³t= 76，j22» 90%，d2= 363g / kg，I2= 1025.8kJ / kg，v2» 1.60m 3 / kg，r» 0.85kg / m32用于干燥室热力计算的室容量V =V· =m·l·b·h· =4×4×1.8×2.6×0.557=41.71 m3tvv1、 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：W = rM- M12 V=400× 60 - 9 ´ 41.71 = 8508.84 /次v100t100平均每小时从干燥室内蒸发出来的水分量WW =v= 8508.84 = 101.30 /hhT84t每小时水分蒸发量W =W× x =101.30 ´1.3 = 131.69 /hah2、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=1000g =1000= 2.86 /kg0d- d20363 - 13每小时输入干燥室的新鲜空气量aV0=W×g0·v0=131.69×2.86×0.87=327.67m3/h每小时输出干燥室的废气的体积V =W×g ·v =131.69 ´ 2.86 ´1.6 = 602.61 m3/h2a02b40材堆高度密度系数h= bb= 0.615+ h25 + 40sb材堆迎风面空气通道的有效断面面积 Ac=m · l · h · (1- (1-0.615)=16.016 每小时在干燥室内的循环空气的体积V =3600·Ac ·v ·k=3600×2×16.016×1.2=138378.24 m3/h)=4 × 4 × 2.6 ×hC式中：vcc取 2.0m/s。3、干燥过程中消耗热量的确定室内平均温度t =t+ t122 » 80 wc室外冬季温度t=0.4twc+0.6tch=-7.59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Q¹0= r(c+ cb0wM aw )(t - t100wcM- M) +1aw100(-c t+ r + ci wciwt) = 400×(1.591+4.1868×0.15) ×(80+7.59)+0.45×-2.09×(-7.59）+334.9+4.1868×80=2.01×105kJ/m3预热期平均每小时的热消耗量Q ¢ =0Q× V0t =2.01×105×41.71/(4×1.5)=1.40×106 kJ/ht0以 1 被蒸发水分为基准，用于预热的单位热消耗量Qq =0× Vt = 2.01×105×41.71/8508.84=985.29kJ/kg0Wv(2) 由木材每蒸发 1 水分所消耗的热量I- I1025.8 - 54dq1=1000 d 2 - 020- ct =1000×- -4.1868×80=2.44×103 kJ/kgw363 - 13干燥室内每小时蒸发水分所消耗的热量Q1=q1Wa=2.44×103×131.69=3.21×105kJ/h(3) 透过干燥室壳体的热损失干燥室的壳体结构金额传热系数2 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 =11.63 W/(m2·)，外表面的1换热系数为 =23.26 W/(m2·)。2壳体的传热系数 =1=1= 0.56W/(m2·)21 + åd + 11+ 0.003 + 0.045 +1ala1c211.631620.02723.26当2=0.56 的情况下，干燥室内外的温度分别为 80和-6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·)。 at- t1c= 11.63× 80 - 73= 0.88 W/(m2·)21 t1- tout80 + 12.43计算表明干燥室结构在保温性能方面的设计符合要求。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 8.7m、宽 4.3m、高 4.1m。壳体的热损失按式 Q2=·A··(t1-t 外) ··C (kJ/h)，其结果如下表：序号散热部分散热面积m2值t1t2Q2(kJ/h)名称W/(m2·)1外侧墙9*4.1=36.90.5685-0.3312695.472内侧墙36.90.56851510414.663后端墙4.3*4.1=17.630.5685-0.336065.614前端墙17.630.5685-0.336065.615顶棚9*4.3=38.70.5685-0.3313314.766地面38.70.2385154486.10总计热损失为 5.30×104kJ/h，附加 10%热损，共计Q2=5.83×104kJ/h。以 1 被蒸发水分为基准，壳体的单位热损失量为åq2=Q2 = 5.6883×104/131.69= 442.71kJ/kgWa(4) 干燥过程中总的热消耗量： q=（q0+q1+q2）·=(985.29+2.44×103+442.71) ×1.2=4.64×103 kJ/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=（Q1+ åQ 2 ）=1.2×(3.21×105+5.83×104)=4.55×105kJ/h（2） 干燥室内应具有的加热器散热表面积为：1m × QAe= a × (tebh(m2 )- t)rr r本干燥室采用 IZGL1 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W/(m2·)空气阻力h(Pa)223.54v 0.30112.16v 1.43r319.64v 0.40917.35v 1.55r419.46v 0.41227.73v 1.51rr采用 3 排管 IZGL1 型盘管散热器，根据上表计算其传热系数为： =19.64v 0.409=19.64×2.220.409=27.19 W/(m2·其中：vr=v2 =2.67×0.83=2.22 / m2·s1·式中 v2 为经过加热器前空气流速m·s 和密度/ m31、Vv2=c= 81687.27 = 2.67 m·s3600 × A23600 ´ 8.5式中：A2 为风机间直线段与空气流速方向垂直段面积m2Q × m2.02 ´105 ´1.2因此： A=» 39.31 m2ek(ts- t)a27.19 ´ (143 - 80) ´ 3.6根据所选 IZGL1 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G= mQ ¢ + åQ02= 1.2 ´ 1.40 ´106 + 5.83´104 = 819.65 /h0I - I¢112135（2） 干燥期间内每小时的蒸汽消耗量为：G= mQ + åQ12= 1.2 ´ 3.21´105 + 5.83´104 = 213.19 /h1I - I¢112135(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G = n× G00+ n × G11= 3 ´ 819.65 + 5 ´ 213.15 = 3524.9 /h（4）干燥 1m3 木料的平均蒸汽消耗量为：W q8508.84 ´ 4.63´103G¢ = mvV (It1- I¢ )1= 1.2 ´= 530.88 /h41.71´ 2135(5)蒸汽主管与通向加热器的蒸汽管的最小直径为：1.27 × G3600 × r × vnsmax1.27 ´ 3524.93600 ´ 2.1´ 25d=» 0.15 ms式中：Gmax 与 G 相同，n 为 2.1 /m3，vs 取 25m/s。任一间干燥室为蒸汽支管，其直径为1.27 × G¢3600 × r × vnsmax1.27 ´ 530.883600 ´ 2.1´ 25d=» 0.06mi式中：G¢的值与Gmax0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1.27 × G3600 × r× vcoco11.27 ´ 213.193600 ´ 960 ´1d=» 0.009mi（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 212.35kg，疏水器每小时最大排水量为 212.35×3=637.05kg。据 S19H16 热动力式疏水器的性能曲线，选用公称直径 Dg32 的 S19H16 热动力疏水器。(参考课本 97 页)四、空气动力计算干燥室空气循环过程中的阻力图如下12345678910111213141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：1=hx1r v 2112= 0.5 ´ 0.83 ´12.752 = 33.73Pa2其中V 取 0.5,v1=Vc3600 ´ pD2 ´ m4f=138378.24 3600 ´ 3.14 ´ 0.82 ´ 64= 12.75m / s式中 D 暂时取 0.8;风机的台数暂时取 6。（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 IZGL1 型盘管加热器，其阻力为：rh=17.35v 1.55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。r3 段的阻力为：h3=17.35v 1.55=17.35×2.221.55=59.54Par13 段的阻力为：h13=17.35v 1.55=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。其余因各段长度及断面不同而需分别计算。公式为Dh = m2、14 段的阻力为：P × l × r × v 2 Pa F2Dh= Dh= 2 ´ mP × l222× r × v219.8 ´1.20.83´ 2.672Pa = 2 ´ 0.02 ´´= 0.32Pa214F28.9 ´122式中摩擦系数取 0.02，根据风机和加热器的安装尺寸及干燥时内部尺寸，风机至加热器的距离为 1.2m。Dh= mP × l55× r × v511.6 ´1.50.83´ 6.672Pa = 0.02 ´´= 1.80Pa25F28.9 ´ 0.425式中摩擦系数取 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 1.5m。Dh= mP × l255× r × v511.6 ´1.50.85 ´ 6.672Pa = 0.02 ´´= 7.39Pa11F528.9 ´ 0.12（4） 材堆的阻力Dh= x88r v 2882= 14 ´ 0.83 ´ 22 = 23.24MPa2其中通过查表厚度为 40mm，柴堆宽为 1.8m 时，x为 14 左右，空气流速取 2.0m/s8（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：Dh= x44r v 2142= 1.1´ 0.83 ´ 2.672 = 3.25Pa24 段的骤然缩小阻力为：Dh= x44r v 2142= 0.22 ´ 0.83 ´ 6.672 = 4.07Pa 26 段的拐弯阻力为：Dh= x66r v 2162= 1.1´ 0.83 ´ 6.672 = 20.33Pa27 段的骤然缩小阻力为：Dh= x77r v 2172= 0.25 ´ 0.83 ´ 22 = 0.42Pa 29 段的骤然扩大阻力为：Dh= x99r v 2272= 0.48 ´ 0.83 ´ 22 = 0.80Pa 210 段的拐弯处阻力为：Dh= xr v2210= 1.1´ 0.85 ´ 6.672 = 20.82Pa10102212 段的拐弯阻力为：Dh= xr v2210= 1.1´ 0.85 ´ 6.672 = 20.82Pa12102212 段的骤然扩大阻力为：Dh= xr v2210= 0.81´ 0.85 ´ 6.672 = 15.32Pa121222（6） 干燥室内气流循环的总压力H= åDh = 273.95Pa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cV= V138378.24=mh =mh()3 /23063.043 /in6选用风机时所需的规格风压H= H rs sra= 273.95 ´ 1.2= 396.07Pa 0.83每一台风级需要的功率P¢ =H×Vsi= 396.07 ´ 23063.04 = 5.07kW3600h3600 ´ 0.5每一台风机的安装功率P = P¢ ×xih1= 5.07 ´1.2 = 6.76kW 0.9式中： x 为后备系数，取 1.2，h 为传动系数，取 0.91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 6.77kW，共 6 台。六、进、排气道的计算V进气道断面 A=0327.67=0.03m 2in排气道断面 A3600 × vtV=23600 ´ 3.0=602.610.06m 2out3600 × vt3600 ´ 3.0由于进排气道混用，所以采用同一断面 0.06m2附：设计的三视图效果参考下图：主视图左视图俯视图：