Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Повышение энергоэффективности осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов. Монография
.pdf
41
b
2
0,020498
7
-0,0027
b23
-0,00275
-0,00069
b
3
0,038027
1
0,0119
b34
-0,0035
-0,00081
b4 -0,112934
0,0057
b45
0,000875
0,00275
b
5
0,003323
3
-0,0091
b15
-0,0040625
0,00169
b
11
0,011
0,0077
b14
-0,003
-0,00044
b
22
-0,011
-0,0113
b24
-0,0014375
-0.00063
b
33
0,014
0,0052
b25
-0,0026875
0,00025
b
44
0,0015
0,0067
b35
0,014125
0,00281
b
55
-0,004
-0,0083
Значения коэффициентов Т1 – Т6 для В-планов с ПФП
ортогональной частью и количеством факторов k=5 и N=42 равны
(табл. 2.5):
Таблица 2.5
Значения коэффициентов Т
Удаление свободной влаги
Удаление связанной влаги
Т1=0,15821
Т1=0,15821,
Т2=0,0332
Т2=0,0332
Т3=0,02941
Т3=0,02941
Т4=-0,0918
Т4=-0,0918
Т5=0,03125
Т5=0,03125
Расчет регрессионных коэффициентов (табл. 2.4) производится
с помощью уравнений (2.11) и (2.12). Оценки дисперсий и ковариаций
регрессионных коэффициентов находятся решением уравнения (2.13),
так как погрешности, вносимые отклонениями от В-плана в
выражения, определяемые данными формулами, несущественны.
Дисперсии регрессионных и ковариационных коэффициентов
между коэффициентами определяются формулами
s2{b0}=(Т1/ n) s2 {y};
s2{bi}=(Т3/ n) s2 {y};
s2{bii}=((Т4 + T5 )/ n) s2 {y}; (2.13)
s2{bij}=(Т6/ n) s2 {y};
cov {b0,bii}= - (T2/ n) s2 {y};
cov {bii,bij}= (T5/ n) s2 {y}.
42
С помощью (2.13) рассчитаны оценки:
− при удалении свободной влаги:
s2{b0}=(0,15821/5)· 0,0001112=0,0001,
s2{bi}=(02941/5)· 0,0001112=0,0001875,
s2{bii}=((0,5 – 0,0918)/5)· 0,0001112=0,0002603, (2.14)
s2{bij}=(0,03125/5)· 0,0001112=0,0000199,
cov {b0,bii}= -(0,0332/5)· 0,0001112=-0,0000211,
cov {bii,bij}= -(0,0918/5)· 0,0001112=-0,0000585,
− при удалении связанной влаги
s2{b0}=(0,15821/5)· 0,0001112=0,0000035,
s2{bi}=(02941/5)· 0,0001112=0,0000065,
s2{bii}=((0,5 – 0,0918)/5)· 0,0001112=0,000009, (2.15)
s2{bij}=(0,03125/5)· 0,0001112=0,000000695,
cov {b0,bii}= -(0,0332/5)· 0,0001112=-0,0000006992,
cov {bii,bij}= -(0,0918/5)· 0,0001112=-0,000002041632.
В соответствии с методикой оценки значимости регрессионных
коэффициентов получено табличное значение t- критерия Стьюдента
для числа степеней свободы fy=168. В случае удаления свободной
влаги из таблиц t-критерия Стьюдента для q=0,05 найдено t
табл.
=1,97.
Для коэффициента b0 имеем
s{b0}= 0,01; t
табл.
· s{b0}= 1,97·0,01= 0,0197. (2.16)
Отсюда видно, что для коэффициента b0 выполняется
соотношение |bi|≤t
табл.
· s{bi}. Поэтому коэффициент b0 был определен
несущественным, а аналогичный член b0х0 исключен из
регрессионного уравнения. Также были исключены b1х1, b2х2, b4x
4, b5x5,
b14х
14, b15x1x5, b24х24, b25х25, b34х34, b35x3 x5 , b45x4 x5+ b11x1
2
+b22x
2
2
+ b33x
3
2
+
b44x
4
2
+ b55x
5
2
. Все остальные регрессионные коэффициенты оказались
существенными.
Модель регрессии после исключения несущественных членов
преобразуется к виду
y= b3x3+b12x1 x2+b23x2 x3 +b13x1 x3 . (2.17)
В случае удаления связанной влаги из таблиц t-критерия
Стьюдента для q=0,05 найдено t
табл.
=1,97.
Для коэффициента b0 имеем
s{b0}= 0,00187; t
табл.
·s{b0}= 1,97·0,00187= 0,00369. (2.18)
Отсюда видно, что для коэффициента b0 выполняется соотношение
|bi|≤t
табл.
· s{bi}. Поэтому коэффициент b0 был выявлен
несущественным, а аналогичный член b0х
0
исключен из
43
регрессионного уравнения. Также были исключены b1х1,b2х2,b33х
3
2
,
b23х23, b34х
34
, b14х
14
, b24х
24
, b25х
25
. Все оставшиеся регрессионные
коэффициенты оказались существенными. Регрессионная модель
после исключения несущественных членов имеет следующий вид:
y= +b3x3+b4x4+b5x5 +b12x1 x2+b13x1 x3 +b15x1 x5+b35x3 x5 +b45x4 x5+
+b11x
1
2
++b22x
2
2
+b44x
4
2
+ b55x
5
2
. (2.19)
После подстановки формул, объединяющих нормализованные
и натуральные обозначения (2.6), в уравнения регрессии (2.17)−(2.19)
получаем уравнения, определяющие скорость сушки нагретого
пиломатериала при его вакуумировании:
− для влажности материала выше предела насыщения клеточных
стенок
N1= – 0,001473W–0,000341ρ-0,001152S-0,0000097TP–
0,00001875TW+0,0000112TS+0,0000187WS+0,000018ρS+0,000077Т2–
0,0000282Р2+0,00000067ρ2–0,0000368S2 +0,303571; (2.20)
− для влажности материала ниже предела насыщения клеточных
стенок;
N1= –0,06416W–0,08354Т+0,006635Р–0,0000415TP–
0,000076PW+0,00142TW+3,7666. (2.21)
Предложенная методика расчета процесса вакуумирования
нагретого материала позволяет определить исходные данные для
расчета вакуумного оборудования для процессов сушки древесины, а
также определить начальные данные для расчета теплового насоса для
осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушильной установки.
44
Глава 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ОСЦИЛЛИРУЮЩЕЙ ВАКУУМНО-КОНДУКТИВНОЙ СУШКИ
ПИЛОМАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОВОГО
НАСОСА
В настоящей главе представлена разработанная
энергосберегающая технология осциллирующей вакуумнокондуктивной сушки пиломатериалов с использованием теплового
насоса. Получено уравнение изменения температуры материала на
стадии нагрева в зависимости от скорости удаления влаги в материале
в процессе вакуумирования, представлены описание и принцип
работы экспериментальной установки, созданной для лабораторной
апробации предложенной технологии. Приведены результаты
экспериментальных исследований с целью определения принципа
смены стадий в установке, компенсации тепловых потерь при нагреве
материала во второй камере и анализа энергоэффективности
предложенной технологии осциллирующей вакуумно-кондуктивной
сушки с использованием теплового насоса.
При создании экспериментальной установки учитывались
особенности, свойственные процессам, протекающим в условиях
кондуктивного нагрева, понижения давления среды и в процессе
выдержки пиломатериала под вакуумом, что позволило в условиях
лаборатории исследовать процессы, протекающие в промышленных
аппаратах.
3.1. Технология использования теплового насоса в процессе
осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов
Ввиду особенностей технологии осциллирующей вакуумнокондуктивной сушки пиломатериалов снижение энергозатрат путем
возврата в технологический процесс тепловой энергии испаренной из
древесины влаги возможно в установке, состоящей из двух
герметичных теплоизолированных вакуумных камер, где
предусмотрена асинхронная смена стадий нагрева и вакуумирования.
При этом тепловая энергия влаги, испаренной из материала во время
вакуумирования, из одной камеры передается на нагрев материала в
другую камеру (рис. 3.1, 3.2) [55, 60–67, 102].
45
а
б
Рис. 3.1. Идеализированная схема передачи тепловой энергии влаги,
испаренной из материала на стадии вакуумирования в одной камере,
для повышения температуры материала на стадии нагрева в другой
камере с использованием теплового насоса. Стадии процесса сушки:
а – вакуумирование первой камеры, нагрев образца во второй камере;
б – нагрев образца в первой камере, вакуумирование во второй камере;
нагрев
вакуумирование
Для осуществления данной технологии в обе камеры
загружается пиломатериал одного и того же сортамента (одной
породы и одного типоразмера). Объем загрузки материала в камерах
равный. Торцы древесины закрашиваются краской с целью
минимизации удаления влаги во время нагрева материала.
Подготовленный таким образом пиломатериал помещается между
двумя нагревательными перфорированными плитами.
м.1
м.2
q
исп
Q
м.1
м.2
q
исп
Q
46
Рис. 3.2. Идеализированная схема ведения процесса осциллирующей
вакуумно-кондуктивной сушки в двух камерах с использованием
теплового насоса: T1, P1, U1 – температура, давление и влажность
образца в первой камере; T2, P2, U2 – температура, давление и
влажность образца во второй камере
Т
2
P
1
P
Т
1
Т
P
2
U
U
2
U
P
атм
нагрев
вакуумирование
нагрев
вакуумирование
нагрев
вакуумирование
нагрев
вакуумирование
нагрев
вакуумирование
нагрев
вакуумирование
47
На пусковом периоде в работу включается только одна из
камер, в которой осуществляется нагрев материала путем включения в
работу стандартного дополнительного нагревателя. После нагрева
материала до заданной температуры в данной камере начинается
стадия вакуумирования, при этом включением вакуумного насоса из
камеры удаляется воздушная среда. Далее в работе остается только
конденсатор установки, являющийся одновременно и испарителем в
контуре теплового насоса. С созданием разрежения в аппарате
вызывается интенсивное испарение влаги из материала. Испаритель
теплового насоса конденсирует влагу, отбирая тепловую энергию и
передавая ее на конденсатор теплового насоса, являющийся
одновременно нагревательной плитой установки. Таким образом,
тепловая энергия испаренной из материала 1 влаги передается
материалу 2, находящемуся в другой камере на стадии нагрева. При
этом мощность передаваемой энергии прямо пропорциональна
скорости испарения влаги из материала 1.
Изменение температуры материала 2, находящегося на стадии
нагрева, в зависимости от скорости сушки материала 1, находящегося
на стадии вакуумирования, может быть получено из уравнения
теплового баланса, где тепловая энергия испаренной в первой камере
влаги тепловым насосом передается на нагрев материала:
. (3.1)
Тогда изменение температуры во второй камере определяется
по выражению
, (3.2)
откуда
. (3.3)
После некоторых преобразований получим
, (3.4)
где один из множителей произведения в правой части уравнения равен
скорости сушки
. (3.5)
48
Тогда
, (3.6)
где .
Отсюда
. (3.7)
Принимая во внимание, что в обеих камерах равный объем
загрузки и сушке подвергаются пиломатериалы одинакового
сортамента, .
После некоторых преобразований получаем
. (3.8)
При достижении материалом заданных параметров происходит
смена стадий в камерах. Количество циклов определяется размерами
материала, заданным конечным влагосодержанием, а также породой
древесины.
На рис. 3.2 представлена идеализированная схема ведения
исследуемого процесса сушки. Математическая алгоритмизация
осуществления процесса осциллирующей вакуумно-кондуктивной
сушки с использованием теплового насоса представлена на рис. 3.3
[45, 59, 60, 154, 184].
49
Рис. 3.3. Алгоритм расчета осциллирующей вакуумно-кондуктивной
сушки с использованием теплового насоса
Начало
ρ, s, W, T,
Вывод результатов
на печать
Конец
да
да
нет
нет
∆Wv1 = N ∙ ∆τ
W
м1 dTохл м1
T
м1
dT
нагр м2
(11)
Nм1(7)
Блок расчета начальной стадии нагрева
материала [59, 119,122]
τ = τ+1
Тм2≥ Т
зад
τ' = τ' + 1
Nм2(7)
dT
нагр м1
(11)
Тм1≥ Т
зад
Wм1≥ W
зад
50
Решением данного алгоритма является получение профилей
повышения температуры материала и снижения его влажности
(рис. 3.4.)
а
б
Рис. 3.4. Результаты применения алгоритма
В результате обработки полученных по данному расчету
данных можно определить рациональную схему ведения процесса
осциллирующей вакуумно-кондуктивной сушки: выявить условия для
смены стадий и установить факторы, влияющие на продолжительность
процесса.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]