木材干燥设计教材

1、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：表1:被干木材的树种、规格以及用途树种木材名称厚度mm长度m杨木整边材404刺柏40栓皮栋40油松40樟子松40铁杉40初含水率W（%）终含水率W （%数量m用途6092000家具及室 内装饰材20001000200020001000济南地区年平均气温145C，全年最冷月份平均气温-0.33 T，最低气温-12.43C 工厂有电力蒸汽供应。供气表压力为0.3-0.4

2、MPa。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（I） 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（I） 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 :10000S=(40 40 40 40) 2000 (40 40) 1000 mm=40mm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 B v=0.557根据公式计算干燥室

3、实际容积为：VfV B v=m- I b h B v=(4 x4X 1.8 x2.6 X0.557)m3=41.7 m33、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:树 种厚 度mm干燥时间h杨木40202刺柏40172栓皮栋40504油松40172樟子松40172铁杉40202平均干燥周期2021721721722000(504202) 100010000 =干燥室年周转次数f=二4 = 24 280 :- 31.1次/年讥214+2.44、确定需要的干燥室数M z Vk10000。茴N= - =8 间Va f 41.7 31.1三、热力计算一些基本的条件依

4、据采用厚度为 40mm、基本密度p为400 kg/m3 ,初含水率W 为 60%,终含水率 W为9%,干燥周期Tt为84h。计算的干燥介质参数：3d0 =13g/kg, l0 =54kJ/kg, v0 =0.87m /kg；1 =85C, 1 =62%, 4 =356g/kg, I 1025.8kJ/kgV 仁 1.65m3/kg; p =0.83kg/m 3;t2=76C, 2 90%, d2 =363g/kg , l2 =1025.8kJ/kg , v2 1.60m3/kg0.85kg / m3用于干燥室热力计算的室容量Vt=V - B v=m- l b h B v=4X 4X 1.8 x

5、 2.6 x 0.557=41.71 m1、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：M 1 -M 260 - 9Wv=12Vt =400x41.71 =8508.84 kg/次100 100平均每小时从干燥室内蒸发出来的水分量Wh=W,：Tt=8508.84 .101.30 k/h84每小时水分蒸发量Wa=Wh x = 101.30 1.3 =131.69 kg/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1000g0=d d 01000363 13=2.86 k /kg每小时输入干燥室的新鲜空气量3V0=Wa g0 V0=131.69X

6、 2.86X 0.87=327.67m/h每小时输出干燥室的废气的体积V2=Wa g0 v2= 131.69 2.86 1.6 = 602.61 m/h材堆高度密度系数B h= bb =400.615bs +hb 25+40材堆迎风面空气通道的有效断面面积 Ac=m l h (1- B h)=4 x 4 x 2.6 x(1-0.615)=16.016 m2每小时在干燥室内的循环空气的体积3VC=3600 Ac Vc k=3600X 2X 16.016 X 1.2=138378.24 m3/h式中：Vc取 2.0m/s。3、干燥过程中消耗热量的确定t 亠t室内平均温度t = 1280 C2室外冬

7、季温度 twc=0.4twc+0.6tch=-7.59C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Qob(C0 CwXt-twc) M1 _Maw(_Citwc ri Cwt) =400X (1.591+4.1868100 10053X 0.15) X (80+7.59)+0.45x -2.09x (-7.59) +334.9+4.1868X 80=2.01 x 105kJ/m3 预热期平均每小时的热消耗量Qo = Q Vt =2.01 X 105X 41.71/(4X 1.5)=1.40X 106 kJ/ht以1 kg被蒸发水分为

8、基准，用于预热的单位热消耗量qo=Qo VtWv=2.01 X 105 X 41.71/8508.84=985.29kJ/kgqi=1000I2-I0(2) 由木材每蒸发1 kg水分所消耗的热量-cwt=1000X 1025.8-54 -4.1868x 80=2.44X 103 kJ/kg363 13干燥室内每小时蒸发水分所消耗的热量Q1=q1Wa=2.44X 103X 131.69=3.21X 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 K 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/(m

9、2C ),硬质聚氨酯泡沫板的导热系数为0.027W/(m2 r)，干燥室内表面的换热系数为 a 1=11.63 W/(m2 C)，外表面的 换热系数为 a 2=23.26 W/(m2 C )。壳体的传热系数2 。=0.56 W/(m C )1n 0.003_0.0451+ + +211.631620.02723.26当k 2=0.56的情况下，干燥室内外的温度分别为80C和-6C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 C )。一宀 h -1 c80 - 73 门 cc 2 厂、k 2 w 111.63X0.88 W/(m

10、 C )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 C )。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=x A k (t1-t外) W C (kJ/h)，其结果如下表：序号散热部分 名称散热面积m2k

11、值W/(m 2 C )t1Ct2CQ2(kJ/h)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5.30Xl04kJ/h，附加10%热损，共计艺Q2=5.83Xl04kJ/hq2=、Q2WT以1 kg被蒸发水分为基准，壳体的单位热损失量为4-5.6883X 104/131.69= 442

12、.71kJ/kg干燥过程中总的热消耗量：33q= (q0+qi+q2) x=(985.29+2.44X 103+442.71) X 1.2=4.64X 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：545Q=u ( Q1+7Q2) =1.2X (3.21 X 105+5.83X 104)=4.55X 105kJ/h(2) 干燥室内应具有的加热器散热表面积为:Ae=V2=Vc3600 A281687.273600 8.5=2.67m s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k W

13、/(m 2 C)空气阻力厶h(Pa)2CC L ,0.30123.54vr“ 1.4312.16vr30.40919.64vr17.35vr1.5540 41219.46vr27.73vr1.51采用3排管IZGL 1型盘管散热器，根据上表计算其传热系数k为:k =19.64w0.409=19.64X 2.220.409=27.19 W/(m2C其中：Vr=v2 P 1=2.67X 0.83=2.22 kg/ m2 s式中V2、p 1为经过加热器前空气流速 m s和密度kg / m3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：Q2.02 105 12:.39.31 m2. (t

14、s _t)：27.19 (143-80) 3.6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Go,Q。、Q2 Ii -Ii= 1.2 O 106 583 1042135= 819.65 kg /h(2) 干燥期间内每小时的蒸汽消耗量为:G1=卫.2 3.21 105 5.83 104 I1-I；2135二 213.19 kg /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G = n0 G0 n 1 G1 = 3 819.65 5 213.15

15、 = 3524.9 kg /h(4) 干燥1m3木料的平均蒸汽消耗量为：3GWvq1.2 850884 4.63 10 =530.88 kg /hVt(l1-I；)41.712135(5) 蒸汽主管与通向加热器的蒸汽管的最小直径为：1.27 Gmaxmax 1.27 3524.9ds = J J貼 0.15m:3600Vs. 3600 2.1 25式中：Gmax与 G 相同，P n 为 2.1 kg/m Vs取 25m/s。 任一间干燥室为蒸汽支管，其直径为仁7 Gmax仁7 530.88 ： 0.06m：3600 几 Vs3600 2.1 25式中：Gmax的值与G。相同，这是由于干燥室在预

16、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di1.27 G11 3600 =；o Vco1.27 213.19.3600 960 10.009m(7) 当蒸汽压为0.3MPa时，疏水器的入口压 P1=0.3X 0.9=0.27MPa,出口压力 P2=0，AP=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212.35X 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1 2f 34567891011121314 1

17、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、&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：2.0.5083 1275 =33.73Pa其中取0.5,V1Vc2nD3600mf4138378.242=12.75m/s3.14 0.8 Q3600646。式中D暂时取0.8;风机的台数暂时取(2) 加热器的阻力3、13段为加热器，加热器的阻力厶h根据加热器性能指标确定。本设计采用IZGL 1型盘管加热器，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

18、分别 计算。1 551 553 段的阻力为： h3=17.35vr . =17.35X 2.22 . =59.54Pa13 段的阻力为： h13=17.35vr1.55=17.35X 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、& 11、14段。其中8段按整体材堆阻力计算。PP .v2其余因各段长度及断面不同而需分别计算。公式为h = JPaF 22、14段的阻力为:222F2二 2 c uR I2 P V2 c c ccc 19.8X1.2 0.83X 2.672 门“厂 =h2 = h4 =2沁二Pa = 2 0.020.32Pa28.9

19、12式中摩擦系数卩取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。P5 I5V5211.6 1.5 0.83 6.6725-5 Pa =0.02= 1.80PaF528.9 0.42式中摩擦系数卩取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。2八 ,P5 l5 p v511.6.5 0.85汉6.672%555 Pa =0.027.39PaF528.9 0.12(4) 材堆的阻力=140.83 222=23.24MPa其中通过查表厚度为40mm,柴堆宽为1.8m时，8为14左右，空气流速取2.0m/s(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：2“.1 竺口匚3.25Pa4段的骤然缩小阻力为:巾22 083 Sb =4.07Pa6段的拐弯阻力为:0.83 6.672= 20.33Pa27段的骤然缩小阻力为: ：h7 二 7=0.25220.83 2=0.42Pa9段的骤然扩大阻力为: