Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины

.pdf
Скачиваний:
10
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
11.89 Mб
Скачать

мов сушки не ухудшает результаты расчетов, а даже несколько улучшает. Это можно объяснить тем, что хотя окончание периода

стабилизации температуры на уровне

t = t m n

имеет

место

при

W = Wmp < 20 %, фактическое значительное падение скорости

сушки

начинается при более высоком

влагосодержании.

 

 

Сопоставления результатов расчетов продолжительности про­

цесса

с экспериментальными

данными

при

различном способе

учета

эквивалентного размера

показали

(эта

работа

проводилась

до разработки способа получения коэффициента Сх), что на первых этапах процесса более близкое согласование с экспериментальными

данными дает

величина

5Г ,

на втором

этапе — 5 п р , а в среднем наи­

более близкие к

опытным

данным получились величины 5 р а с ч =

_ jSrj+ _ Snp^

у ч и

т ы в а я

необходимость

использовать для производ­

ственных расчетов единую и наиболее простую методику, признано целесообразным вести расчеты на основе величины S n p . В связи с тем, что при статистической обработке большого количества опы­ тов и расчетов с использованием 5 п р -было получено превышение расчетных данных в 1,12 раза, в расчетное уравнение введен коэф­ фициент 0,9, приводящий в соответствие опытные и расчетные данные.

Таким образом, в качестве структурных были приняты фор­ мулы:

первый период (от W = WH до №П еР = 20%)

 

5 п р Р у с л Г 0 ( ^ н - 2 0 ) ( 1

S

 

t = 0 - 9

2 0 0 ( / е - 1 0 0 )

1 ~ + - 4 F J >

( 6 - 6 Л >

которая в размерности 5 см; г0

— мдж/кг

(принимается

величина

г0 = 2,26 мдж/кг);

р у с л — кг/ж3 ;

а вт/м2-град

и %

вт/м-град

принимает вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 , 9 S n p P y c J 1 r 0 ( r H - 2 0 )

( i

,

S

\ ч .

{ 6 6

2 }

 

72 ( ^ с — 1 0 0 )

 

\ а.

1

400?.

 

 

второй период (от № = №П еР = 20 %)

 

 

 

 

 

 

5 п р Р У с л Г 0 ( 2 0 - 1 Г р ) / 1

S

L q ,

 

2 0 - W 7 ,

 

 

72 (tc~

100)

- - 4 0 0 Г /

2.3

!g WK-WV

Я-

( 6 - 6 - 3

Записанные формулы для расчета длительности высокотемпера­ турной сушки в первом приближении могут быть использованы для непосредственных расчетов применительно к штабелю, так как вхо­ дящий в эти выражения коэффициент а, зависящий от скорости циркуляции и размера материала в направлении движения агента сушки, учитывает основные факторы, определяющие замедление процесса. Более простым оказалось определение коэффициентов С замедления сушки в штабеле, которые можно получить предвари­ тельно на основании многочисленных расчетов позонного просыхания материала (см. § 5.3) с последующей проверкой их в производ­ ственных условиях. Для этого использовались уравнения продол­ жительности сушки для единичных сортиментов в виде (5.6.8),

14*

211

применявшиеся для зоны штабеля определенной глубины, по кото­ рым определялось конечное влагосодержание зоны, и необходимые соотношения термодинамики газа. Для каждой зоны и каждого ин­ тервала времени требовалось знать входные и выходные параметры, которые определялись по балансовому выражению [130]

г'1 + 100Св ос=(1 -(-•/) i2 кдж\кг пара агента.

(6.6.4)

Здесь ii и h — теплосодержание перегретого пара перед зоной штабеля и после выхода из нее; и — количество влаги, испаряемой из древесины, отнесенное к единице массы затраченного на это

Cb'Ui

7

В

5

4

3

2

1 3,13,0

2,8 2,6 2,4

2,2 2ft

1,8 1,6

1,4 1,2 1,0

 

Расчетная

толщина

 

S см

коэффициент

замедления

сутки

с

Рис. 6.6.1. HoMorpaMiMa для определения коэффициентов замедления высокотем­

пературной сушки

в штабелях — скорость

циркуляции агента сушки по мате­

 

риалу, h — ширина

штабеля)

агента сушки

(перегретого пара);

С в — удельная теплоемкость

воды, равная 4,19 кдж/кг.

 

В конечном итоге требовалось определять величину h, а по ней, используя таблицы перегретого пара, его температуру. Необходи­ мая для этого величина к определялась на основании обычного теп­

лового расчета

сушильных

камер

[22]. Результаты расчетов

позво­

лили

выявить

влияние

основных

факторов на замедление

сушки

в штабеле

(за

основу

была принята

зона

штабеля

глубиной / =

= 450

мм)

и

получить

[129,

130]

обобщенную

номограмму

(рис.

6.6.1).

Основное

влияние на

величину

С оказывает скорость

агента сушки, толщина материала и ширина штабеля, значительно меньшее влияние — начальное влагосодержание материала и тем­ пература среды. Влияние характера циркуляции совпало с опреде­ ленным для низкотемпературной сушки. Это позволило принять

Л ц = 1 при реверсивной и Л ц = 1 , 1 5 при нереверсивной

циркуляции.

Сравнительно слабо влияя на длительность

достижения штабе­

лем среднего влагосодержания, что определяет

величину С, харак­

тер циркуляции существенно влияет на равномерность

просыхания,

что видно из рис. 6.6.2. Следовательно, использование

камер с не-

212

реверсивной циркуляцией при высокотемпературной сушке может привести к разрушению материала при переходе на следующую сту­ пень режима по влагосодержанию быстросохнущей зоны (в сере-

а

5

Рис. 6.6.2. Влияние характера циркуляции агента высокотемпературной сушки на равномерность просыхания пиломатериалов в штабелях:

а — реверсивная; б — нереверсивная циркуляция (сосна, S=50 мм, tc = l20° С, и=2,5 м/сек)

дине процесса перепады по толщине достигают 20%) и существенно затягивает процесс, если ориентироваться на медленносохнущие зоны штабеля.

6.7. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ КАМЕРАХ

С учетом замедления

сушки

в

штабеле С и коэффициента Ац

формулам для

расчета

продолжительности

сушки в

штабелях

можно придать вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

первый период

(от WH до Wmp

=

20%)

 

 

 

 

 

х—0,9-

•->прРусл''о

0 0 )

 

 

 

(

п р

САЦ я\

(6.7.1)

7 2 ( ^ . - 1a

 

 

 

 

 

 

(W —

2 0 )

(

\

 

400Х5

 

 

ВТОРОЙ ПерИОД (ОТ W n e p =

20%)

 

 

 

 

 

 

 

•^прРусл''0

1

S n D \

 

 

 

 

20 —

W„

72 ( ^ с —

1 0 0 )

 

 

 

СЛЦ

2,3 ( 2 0 -

Wp)

J - я.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.7.2)

Эти выражения громоздки и для практических расчетов должны быть представлены в более удобной форме. С этой целью величины, входящие в формулы (6.7.1) и (6.7.2), объединены в комплексы, для

213

определения которых построены вспомогательные графики и диа­ граммы [214]. Обозначим:

 

 

 

^прРусл''О

 

 

 

(6.7.3)

 

 

 

72 (tc — 100)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

•-Г;

 

 

(6.7.4)

 

 

 

400Х

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 0 — И 7 П

 

 

(6.7.5)

 

 

 

 

 

 

 

Тогда формулы

(6.7.1)

и (6.7.2) примут вид:

 

 

 

 

первый период

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x=0,9Br(WH-20)CAn

 

ч;

 

(6.7.6)

второй

период

 

%=ВСГАаЕ

ч.

 

 

(6.7.7)

 

 

 

 

 

Величина В

при

постоянном

значении

г0

(принято

г0

= 2,26

мдж/кг)

оказалась зависящей

лишь

от

породы древесины

(русл)

и температуры

среды. По выражению

(6.7.3)

построена

но-

8 7 6 5 4 3 2 1 0,4 0£ОВСШШШЧ 1,822,533,545 678 910121416182025303

8п 7 6 5

4 3

2

1 0,4 0,50,60,7 0,911,2 1,6182 2,533,54 5 6 7 8 9 10121416

Расчетная толща-

 

 

 

 

с„„

р

~

 

HaS"P>CM

 

 

 

 

 

«~

72 Ctc-100)

 

Рис. 6.7.1. Номограмма для определения величины В в зависимости от толщины

материала,

его породы

и температуры

среды при высокотемпературной

сушке

мограмма

(рис.

6.7

.1). Для лиственницы,

сушка

которой

специ­

фична (температура

материала,

превышая

100° С,

оказывается

меньше W i

при

возникающем

внутри

давлении),

прямая на

рис. 6.7.1 проведена

ориентировочно с учетом

данных,

полученных

214

в МЛТИ и СибТИ. Величина Г (6.7.4) зависит

от всех

факторов,

которыми определяются а и Я, а также от 5 п р .

В связи

с тем что

коэффициент замедления сушки в штабеле С исчислялся по отно­ шению к продолжительности сушки входной зоны штабеля глуби­ ной / = 0 , 4 5 м, коэффициент а в выражении (6.7.4) принимался по этому значению /. Он, таким образом, зависит только от скорости циркуляции. Это позволило представить зависимость (6.7.4) в виде номограммы, изображенной на рис. 6.7.2.

В связи с тем что в соотношении (6.7.4) и на номограмме ве­ личины а исчислены при / = 0,45 м, пользование этой номограммой

Рис. 6.7.2. Номограмма для определения величины Г в зависимости от тол­

щины материала, породы и скорости циркуляции при высокотемпературной сушке

при определении длительности сушки единичных сортиментов (6.6.2)

и (6.6.3), размер которых может отличаться

от

/ = 0,45 м, приведет

к погрешностям. Номограмма на рис. 6.7.2

специально

предназна­

чена для формул, в которых имеется

коэффициент

замедления

сушки в штабеле С.

 

 

 

 

 

Принятие в качестве переходного влагосодержания

П е р = 20%

позволило построить сравнительно простую

номограмму для Е по

соотношению (6.7.5) рис . 6.7.3. Здесь E =

f(tc,

/м, WK).

При

этом

величины tc и / м определяют значение

Wp.

На второй

стадии

про­

цесса меньшие значения / м приводят к ускорению процесса сушки, что находит отражение на номограмме (см. рис. 6.7.3). Положение линий / м = const < 100° С определено расчетом.

При стабильных режимах, высоком начальном и низком конеч­ ном влагосодержании величина т определяется суммой выражений

(6.7.6) и (6.7.7). Тогда

 

х = т 1 + т 2 = В Г С А ц [ 0 , 9 ( Г н - 2 0 ) + £ ] ч.

(6.7.8)

215

100 110 120130Щ. 2 4 6 8

10 12 14 76 78 20 22 24 26 28 30 32 34 36 3$ 40 4Z

7емпература

.

,

£= (20-Hp) 2,3In MZJU/R.

среды tc,°C

 

 

UicUp

Рис. 6.7.3. Номограмма для определения величины Е в зависимости от темпе­ ратуры среды tc и температуры по мокрому термометру tM, а также конечного влагосодержания WK при высокотемпературной сушке

Рис. 6.7.4. Графики для определения приведенной толщины пиломатериалов Sup в зависимости от их толщины S\ и ширины 52

При двухэтапных режимах сушки, когда величины tc на разных этапах различны, различными получаются величины В. Тогда

^=xx +

x2=rCAvl[Q$Bx(WH-20)+B2E\

(6-7.9)

Рекомендуется

следующая

последовательность

пользования

формулами (6.7.8)

и (6.7.9) для практических расчетов:

 

I . По известным размерам

толщины 5 4 и ширины

5 2 определя­

ется расчетный размер материала S n p (рис. 6.7.4).

 

216

2. По значениям 5 п р , породе древесины и температуре среды определяется величина В (см. рис. 6.7.1). При двухэтапных режи­

мах определяются величины B i и В 2 . Для

кедра может использо­

ваться та же линия, что и для ели.

 

3. По величине 5 п р , породе древесины

и скорости циркуляции

сушильного агента по материалу v м/сек определяется величина Г (см. рис. 6.7.2).

4. По известным величинам S n p , v и ширине штабеля h опреде­ ляется коэффициент замедления сушки в штабеле С (см. рис. 6.6.1).

Для

лиственницы этот

коэффициент

определяется по

выражению

 

 

С л = - ^

+

1,

(6-7.10)

где С — значение, полученное по рис. 6.6.1.

 

5.

Устанавливается

значение Л ц

(при реверсивной

циркуляции

Лц= 1, при нереверсивной Л ц =

1,15).

 

 

6.

По известным значениям

tc,

tMH

WK при конечном влагосо-

держании ниже 20% определяется величина Е (см. рис. 6.7.3). При двухэтапных режимах для этого используются значения tc и tM на втором этапе.

П р и м е р .

Определить

продолжительность сушки сосновых пиломатериалов

сечением 4 X 1

2

см в

среде

перегретого

пара при двухэтапном режиме (первый

э т а п — ^ с = П 0

° С , второй

э т а п — г ,

с = 1 1

5 ° С ) , скорости

реверсивной циркуляции

v=2 м/сек, н = 7 5 % ,

WK

= 8%,

h=2

м. Определяем: S n p = 3,8 см

(см. рис. 6.7.4);

B i = 5,3; В 2 = 3 , 5

(см.

рис. 6.7.1);

Г=0,08

(см. рис. 6.7.2);

С=1,35

(см. рис. 6.6.1);

£ = 1 9 (см.-рис. 6.7.3);

Л ц = 1 .

 

 

 

 

 

 

Тогда общая продолжительность сушки

 

 

 

 

 

1 = ГСАа

[0,9В, (WH — 20) + В2Е\

=

 

=0,08 • 1,35 [0,9 • 5,3 (75 — 20) +3,5 • 19] = 35,4 ч.

Если конечное влагосодержание

WK равно или близко 20%, сле­

дует пользоваться только формулой

(6.7.6), подставляя

в нее вме­

сто 20 фактическое значение WK. При WK

выше 20% для

определе­

ния продолжительности сушки

пиломатериалов

тонких

и средней

толщины можно пользоваться также формулой

(6.7.6). При

сушке

толстых пиломатериалов (S = 50-+60 мм)

в этом

последнем

случае

( № к > 2 0 % ) точнее применение

формулы

(6.7.6)

в

виде

 

 

* = 0 , 9 ( и ? н - 2 0 ) - £ я / у М ц .

 

 

 

(6.7.11)

Здесь в соответствии с рис. 5.7.3

х

определяется

по величине

 

Е ^

^ к - 2 0

 

 

 

 

 

Wn 20

 

 

 

 

 

' 217

а величина Гх,

равная

 

 

 

 

определяется

по рис. 6.7.2,

где

вместо величины

S n p принимается

величина

 

 

 

 

 

Например, сушке подвергаются

березовые доски сечением 6 X 1 5 см

( 5 п р = 5,7 см)

при WB = 70%,

WK

= 30%,

v = 2 м/сек. Тогда

 

/ 7 _ _ 3 0 - 2 0

_

 

 

 

70 — 20

 

 

х

 

 

 

 

 

а величина —

= 0,69 (см. рис. 5.7.3). Значение Гх

по

 

5 п р

- ^ - = 5 , 7 • 0 , 6 9 = 3 , 9 4

 

составит (при о = 2 м/сек) 0,09 (см. рис. 6.7.2). Если начальное вла­ госодержание WH ниже 20%, пользуются только формулой (6.7.7), величина Е при этом подсчитывается непосредственно по выраже­ нию (6.7.5). При сушке толстых трудносохнущих пиломатериалов (S = 50-^-60 мм) в ряде случаев вторая стадия процесса более точно описывается уравнением, в котором

 

Г = ^ + Т Г '

 

( 6 - 7 Л З )

где С = 3, а при сушке лиственницы С = 2, Если

ввести эти

коррек­

тивы, расчетные формулы примут вид:

 

 

при стабильных режимах

 

 

т = х 1 +

х 2 = 5 С А ц [0,9 ( W „ - 2 0 ) Г , + Г 2 £ ] ;

(6.7.14)

при двухэтапных

режимах

 

 

т = т 1 + - с 2 = С Л ц [ 0 , 9 Д 1 Г 1 ( ^ „ - 2 0 ) +

5 2 Г 2 £ ] .

(6.7.15)

Здесь Л — обычное выражение по соотношению (6.7.4), а А — по соотношению (6.7.13). Для определения величины А в этом слу­

чае нужно вместо величины

5 п р откладывать на

графике

величину

V

 

 

 

 

с

 

 

 

 

Например, при S n p = 5 и С = 3 5 р а с ч = 6,66

см.

и универсальный

Указанный в разделе 6.7

метод расчета,

как

метод расчета при низкотемпературном процессе

(раздел

6.6), на­

шел применение за рубежом

[215].

 

 

 

218

6.8. УКРУПНЕННЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СУШКИ-

Этот метод пригоден для расчета длительности высокотемпера­ турной сушки по рекомендуемым руководящими материалами ре­ жимам. Получаемый результат включает, кроме продолжительно­ сти собственно сушки, длительность обработок.

Несмотря на то, что общая длительность высокотемпературной сушки определяется в общем случае по двум уравнениям, для ук­

рупненных

расчетов

удалось соз­

 

 

 

 

 

 

 

дать

простую

формулу

типа

60

 

 

 

 

 

/

(6.1.2), в которой все величины

 

 

 

 

 

получены

расчетом

по

исходным

55

 

 

 

 

 

формулам (5.6.8) и (5.6.12).

50

-

 

 

 

 

t

Расчетная

формула

имеет вид

45"

Ё

 

 

 

 

I/t

 

' = * и с И И « А А .

 

(6.8.1)

 

 

 

 

 

 

Е

 

 

 

/

По структуре

она

несколько

ио

 

 

 

N

 

отличается

от

соответствующей

55

\

 

 

 

 

 

 

 

формулы

для

низкотемператур­

 

 

 

 

ных

камер. В

ней: тИ сх продол­

30

 

 

Л

'//

25 Е

 

жительность собственно сушки (за

 

 

 

вычетом обработок)

высокотемпе­

20

г

/

 

 

ратурным

(рекомендуемым

руко­

Е

 

•N

 

 

водящими

 

материалами)

режи­

15

 

 

 

s2

=80~/361MM

мом

пиломатериалов

заданной

70 Е

 

 

 

 

 

толщины S i и ширины 5г в паро­

5

 

 

 

 

 

 

вых

высокотемпературных

каме­

 

 

 

 

 

 

рах с горизонтально-поперечной

О ELI I п и J I L L WW

1111

 

I I I !

циркуляцией

типа

Латгипропром

 

20 25

30 35

40

45

50 55 SpMM

и Гипродрев от начального

влаго­

Рис.

6.8.1. Графики

для

определения

содержания

 

60%

До

конечного

 

исходной

продолжительности высоко­

влагосодержания

12%.

Величина

 

температурной сушки

т и о х

определяется

по

графику

облегчает расчеты

для пилома­

(рис.

6.8.1),

пользование которым

териалов нестандартной толщины. Продолжительность сушки не­ обрезного материала определяется по наибольшей его ширине.

Множители Ав, Ац, Ав, Ак — коэффициенты, учитывающие соот­ ветственно влияние породы, циркуляции, диапазона влагосодержа­ ния материала и категории качества.

Для материала определенной толщины и породы выбор высоко­ температурного режима является однозначным. Поэтому в отличие от формулы (6.5.1) для низкотемпературных процессов, осущест­ вляемых по режимам различных категорий, в формуле (6.8.1) от­ сутствует коэффициент режима Лр . Вместе с тем появилась возмож­ ность выявить влияние породы через коэффициент Ап, произведя для этого многочисленные расчеты длительности сушки материала

различных

пород и

сопоставляя результаты с продолжительно­

стью сушки

сосны.

Так как режимы высокотемпературной сушки

219

пиломатериалов разных пород различны, коэффициент" Л п отражает влияние породы не в чистом виде, а с учетом этого режима, т. е. при одних и тех же режимах коэффициенты Л п были бы другими. Это не относится только к ели, для которой рекомендуются те же режимы, что и для сосны (чистый коэффициент породы для ели со­ ставляет 0,9).

В связи с особенностями сушки лиственницы, в соответствии с данными МЛТИ и СибТИ, комплекс В, учитывающий влияние по­ роды, подсчитывался для нее по выражению

пРуслг 0

л — 4 2 ( 4 — 1 0 0 ) '

где вместо постоянной величины 72 стоит постоянная 42, отражаю­ щая соответствующее удлинение сроков сушки.

Полученные для различных пород коэффициенты

Л п оказались

в некоторой

степени зависящими

от толщины

материала

(в пре­

делах 10%) . Однако для укрупненных

практических

 

расчетов их

можно усреднить:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Порода

 

Сосна

Ель

 

Осина

 

Береза

 

Лиственница

Коэффициент

Ап

1

0,9

 

1,2

 

 

1,4

 

 

 

4

Влияние скорости

циркуляции

агента

сушки

на

ее

продолжи­

тельность

в исходных

уравнениях

учитывается

коэффициентами

1

 

 

теплообмена а и замедления сушки в

 

 

штабеле С. Оба эти коэффициента за­

 

 

висят, кроме того, от ширины штабеля

 

 

h, которая колеблется в ограниченных

 

 

пределах, 1,6—2 м и может для укруп­

 

 

ненных расчетов

приниматься

постоян­

\

 

 

ной, равной 1,8 м. Величина коэффи­

 

 

циента

Л ц

находилась как

отношение

\\

 

 

продолжительности

сушки

при

данной

 

 

 

скорости циркуляции

к продолжитель­

V

 

S,=60MM

ности

сушки

при

t> = 2 м/сек.

Выяви­

 

 

лась

зависимость

Л ц

также и

от тол­

 

 

 

 

 

,50

щины

материала, что

иллюстрируется

 

 

1140

графиком

(рис. 6.8.2). Этот график мо­

 

 

//,#•

жет

использоваться

для

определения

 

 

величины Л ц

при

известных значениях

 

 

1-22

 

 

v. Когда эти значения неизвестны, рас­

 

 

 

 

 

 

чет должен производиться в зависимо­

 

 

 

сти от типа камер, которые подразде-

 

 

 

Рис. 6.8.2. Графики для определения

коэффи­

 

 

 

циентов

циркуляции

при

высокотемпературной

 

 

V, "/сек

сушке (укрупненный

метод

расчета)

220

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ