木材干燥課程設(shè)計

計算說明書

設(shè)計題目：

木

材

干

燥

窯的設(shè)

計

學(xué)

院：

林

學(xué)

院

專業(yè)年級：

木材加工班

學(xué)生姓名：

班級學(xué)號：

指導(dǎo)教師：

二0一0年X月X日

第三組

50立方米頂峰即時強(qiáng)制循環(huán)干燥窯設(shè)計

1）

設(shè)計條件

（1）

干燥樹種：柞木。

（2）

初含水率為90%，終含水率為8%，厚度為30mm，長度為4m的整邊板。

（3）

建窯地點(diǎn)年最低氣溫為10℃，最冷月份平均氣溫為15℃，相對濕度φ為60%。

（4）

保溫材料采用聚氯乙烯泡沫塑料。

2)

設(shè)計要求

（1）

規(guī)范的實際說明書。

（2）

手繪圖紙一張比例（1:50）。

（3）

計算機(jī)一張A4圖。

（4）

圖上要把設(shè)計的內(nèi)容及相關(guān)尺寸（位置尺寸、注尺寸）表達(dá)清楚。

蒸汽管路圖（閥門、疏水器、旁通管和分水器的安裝圖）。

一、設(shè)計任務(wù)和依據(jù)

1木材干燥室的設(shè)計任務(wù)

（1）干燥方式和室型的選擇；

（2）熱力計算；

（3）氣體動力計算；

（4）進(jìn)氣道和排氣道的計算；

（5）解決裝堆、卸堆和運(yùn)輸機(jī)械化問題；

2木材干燥室的設(shè)計依據(jù)

（1）被干鋸材的樹種、規(guī)格、材積、初含水率以及所要求的終含水率；

（2）關(guān)于能源（蒸汽、電力等）的資料；

（3）建室地區(qū)一年中最冷月份及年平均氣象資料；

二、干燥方式、室型的選擇和有關(guān)尺寸的計算

干燥方式的選擇：干燥整邊板采用強(qiáng)制循環(huán)周期式頂風(fēng)機(jī)干燥窯。

有關(guān)尺寸的計算：

（1）規(guī)定干燥室的容量

E=V外×β容m3

50=

V外×0.496

V外=100.8

m3

（2）干燥窯基本尺寸：

單元材堆：長

4000mm

寬

2800mm

高

1500mm

室內(nèi)總尺寸：長

8600mm

寬

4800mm

高

5750mm

（3）確定干燥室年周轉(zhuǎn)次數(shù)

柞木干燥時間

Z=130/24=5.42晝夜，Z1=0.1晝夜

墻壁厚240（一磚）+100（聚氯乙烯泡沫）+100（鋼筋混凝土）=440mm

頂棚厚100（鋼混）+140（聚氯乙烯泡沫）+（空心樓板）=340mm

門（吊掛式、內(nèi)外覆鋁板、中間聚氯乙烯泡沫夾層）

320

mm

風(fēng)機(jī)型號

No.10

Y型12葉片

轉(zhuǎn)速

1500

r/min

圓翼型肋型管散熱器

長度2米120個

加熱面積150

m3

三、熱力計算

水

分

蒸

發(fā)

量的計

算

新鮮空氣量與循

環(huán)空氣量的確定

干燥室一次周轉(zhuǎn)期間的水分蒸發(fā)量：

M室=

=

=24723kg/周期

平均每小時水分蒸發(fā)量：

M平=

計算每小時的水分蒸放量：

M計=M平×X=73.8×1.3=96kg/h

蒸發(fā)1kg水分所需要的新鮮空氣量：

g0=kg/kg

柞木的干燥基準(zhǔn)如下表

干燥階段

干球溫度（℃）

相對溫度（℃）

相對濕度（%）

干燥時間系數(shù)（%）

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

每小時輸入干燥室的新鮮空氣量的體積：

V進(jìn)=M計×g0×v0=96×4.3×0.72=297.2

m3/h

每小時由室內(nèi)排除的廢氣體積：

V廢=M計×g0×v2=96×4.3×1.22=503.6m3/h

每小時室內(nèi)循環(huán)空氣的體積：

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

干燥過程中熱消耗量的確定

干燥室內(nèi)平均溫度

t平=

t冬計=0.4t冷平+0.6t最低=0.4×（15）+0.6×（10）=-12℃

預(yù)熱的熱量消耗

預(yù)熱1m3木材的熱量消耗：

Q預(yù)=1000（1.591+4.1868×W初/100）（t平-

t冬計）

=1000×0.36（1.591+4.186×0.9）

(73.5-12)=198740(kj/h)

預(yù)熱期平均每小時熱耗量：

Q預(yù)室=

Q預(yù)×E/Z預(yù)=198740×50/4.5=2.2082ⅹ106

kJ/h

Z預(yù)=3×1.5=4.5h

以1kg被蒸發(fā)水為準(zhǔn)的，用于預(yù)熱上的單位熱量消耗量：

q預(yù)=

=395.33kJ/kg

蒸發(fā)1kg水分的熱消耗量：

q蒸=

干燥室內(nèi)每小時用于蒸發(fā)水分的熱量消耗量為：

Q蒸=q蒸×M計=2567×96=246432kJ/h

透過干燥室殼體的熱損失：

墻：外墻為一磚（250mm）厚，λ磚=0.814W/（m2

℃)

內(nèi)墻為100mm厚鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。內(nèi)外墻夾層100mm厚聚氯乙烯泡沫保溫層，λ層=0.058

W/(m2

℃)。λ鋼

=1.546

W/(m2

℃)。室內(nèi)受熱系數(shù)α內(nèi)=11.63

W/（m2

℃)，室外的表面放熱系數(shù)α外=23.26W/（m2

℃)。

墻的傳熱系數(shù)

k=1/(1/α內(nèi)+∑δ/λ+1/α外)=0.45W/（m2

℃)。

門：用角鋼或槽鋼做骨架，內(nèi)外表面覆蓋鋁板，中間為120mm厚的聚氯乙烯泡沫做保溫層，門的傳熱系數(shù)

K門=1/(1/11.63+0.12/0.058+1/23.26)=0.45W/（m2

℃)。

頂棚：主要結(jié)構(gòu)為100mm現(xiàn)繞鋼筋混凝土內(nèi)層，中間為140

mm膨脹聚氯乙烯泡沫做保溫層，100mm厚空心樓板表面層。

λ空=0.698

W/（m2·

℃)]，頂棚傳熱系數(shù)：

k頂=1/(1/11.63+0.1/1.546+0.14/0.058+0.1/0.698+1/23.26)=0.36

W/（m2

℃)

驗證最大導(dǎo)熱系數(shù)殼體面能否出現(xiàn)結(jié)露，檢驗：

K頂=0.36≤α內(nèi)×（t室-t露）/(t室-t最低)=11.63×(78-67)/(78-10)=1.88

說明側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計保溫性合理，殼體其他部分k≤1.2,所以殼體的保溫性是很好的。

1kg被蒸發(fā)水分為準(zhǔn)的殼體的單位熱消耗量：

墻壁：

Q殼1=1.1×F殼×k墻（t1-t外）×C×3.6=13584

kJ/h

頂棚：

Q殼2=1.1×F殼×k頂（t1-t外）×C×3.6=9323

kJ/h

地面：

K地=0.5

k墻

Q殼3=1.1×F殼×k地（t1-t外）×C×3.6=5827

kJ/h

門：

Q殼4=1.1×F殼×k門（t1-t外）×C×3.6=5.511×103

kJ/h

∑Q殼=

Q殼1+Q殼2+

Q殼3+

Q殼4=28734

kJ/h

q殼=∑Q殼/M=563.4

kJ/kg

④干燥過程中總的單位散熱消耗量：

q干=(q預(yù)+q干+q蒸)×C1=4239

kJ/kg（C1=1.2）

加熱器散熱面積的確定

①平均每小時應(yīng)由加熱器供給的熱量：Q加=(Q蒸+∑Q殼)×C1=330199.2

kJ/kg）（C1=1.2）。

②一間干燥室應(yīng)配置加熱器的散熱表面積：

選用圓翼管加熱器：

F氣道=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

實際循環(huán)速度

ω實=V循環(huán)/3600F有效=14138.96/(3600×6.52)=6.0m/s

將ω實換算成標(biāo)準(zhǔn)空氣循環(huán)速度

ω0=ω實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氣-t平)=480m2

加熱管數(shù)目：查表知，每立方米木材需陪3m2放熱面積，50m3的木材需配150m3加熱管。每根2m長的加熱管放熱面積為4m2,則需約120根左右加熱管。

排列方式：每個起到截面上有5列管，每列10根管

5干燥車間蒸汽消耗量和蒸汽管徑確定

1、預(yù)熱期間干燥室內(nèi)每小時的蒸汽消耗量

D預(yù)室=

=1254.4kg/h2、干燥期間室內(nèi)每小時的蒸汽消耗量

D干室=

=154.3kg/h3、蒸汽主管直徑的數(shù)值不小于

d蒸=mm

取d=310

mm4、干燥室凝結(jié)水輸送管直徑

d凝=mm

取d=170

mm

疏水器的選用

當(dāng)蒸汽壓力為0.3MPa表壓力時，P1=0.3×0.9=0.27MPa,P2=0,每小時的蒸汽消耗量為92kg時，應(yīng)當(dāng)選用疏水器的最大排水量為92×3=276

kg/h,△P=0.27-0=0.27

MPa

選用公稱直徑Dg20的S19H-16熱動力式疏水器

四、空氣動力計算

（一）1段

風(fēng)機(jī)殼的阻力：

△h1=ξ10.5

（二）4,12段

加熱器處的阻力

（三）8段

材堆的阻力

ξ堆為按板厚30mm，材堆寬2.8m，查表得到阻力系數(shù)為20，取材堆內(nèi)流速ω循=5.08m/s

（四）其它局部阻力

按局部阻力計算式確定1、7段

氣流斷面驟然縮小出的局部阻力

式中：ξ局根據(jù)2、9段：氣流驟然擴(kuò)大出的局部阻力

式中：ξ局根據(jù)3、3,6,10,13段

：室內(nèi)直角轉(zhuǎn)彎處4、5,11段：側(cè)氣道5、2,14段：水平氣道

（五）干燥室內(nèi)氣流循環(huán)總的阻力

H=

=720.04

五、通風(fēng)機(jī)的選擇及其所需要的功率

干燥窯內(nèi)配置6太直連式軸流風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量：

選用風(fēng)機(jī)時所需要的規(guī)格風(fēng)壓

根據(jù)H規(guī)和V機(jī)的數(shù)值查Y組12葉片，葉片安裝角θ=20°的軸流式風(fēng)機(jī)特性曲線圖，確定選用No.10風(fēng)機(jī)，即H規(guī)=23600m3/h，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n=1500r/min

每一臺風(fēng)機(jī)需要的功率：

每一臺風(fēng)機(jī)的安裝功率：

六、進(jìn)、排氣道的設(shè)計

進(jìn)、排氣道的斷面積按下公式計算：

進(jìn)氣道斷面

f進(jìn)=

排氣道斷面

f排=

為了統(tǒng)一規(guī)格，進(jìn)、排氣道斷面尺寸均取300mmx400mm。