Тепловые расчеты

Количество тепла, необходимое для производства ДСП, определяем производя тепловые расчеты основного оборудования: Бассейна для ГТО, Сушилки CHU-25? KGCI и пресса Д7446, а также реактора смолы «ЛБС-1».

Тепловые расчеты бассейна

· Расход тепла на нагревание абсолютно сухой древесины.

Расход тепла на нагревание абсолютно сухой древесины

где – объем сырья, равный 1

- плотность сырья абсолютно сухого, равная 600 ;

- удельная плотность абсолютно сухой древесины,

- средняя температура чурака, °С;

- начальная температура древесины, °С;

где – температура в центре чурака после прогрева, °С;

°С

кДж

· Потери тепла через стенки и дно бассейна.

,

где К_с - коэффициент теплоотдачи стенок бассейна;

F - площадь стенки и дна бассейна, м²;

t ₁ – температура воды в бассейне, °С;

t ₂ – начальная температура древесины, °С;

T_нагр – продолжительность оттаивания и нагревания сырья, с.

где коэффициент теплоотдачи от воды к стенке, равный 358-477 Вт/м²·град·с;

коэффициент теплоотдачи от стенки к грунту 2,4-2,9 Вт/м²·град·с;

толщина стенки бассейна, равная 0,025 м;

коэффициент теплопроводности, равный 0,3 Вт/м²·град·с.

F = 1,9·2,5·8 + 2,5·3·8 + 1,9·3·4 =120,8 м²

Q₂= 2,13·120,8 (40 –(-10))·33,08·

· Потери тепла с водой, увлекаемой с отгруженным сырьем:

Q₃ = 3 · 4,18 · F_к · t_1,

где F- общая поверхность, м²

F_к = πd_cln

F_к = 3,14 ·0,25·1,6·13 = 16,33 м²

Q₃ = 3·4,18·16,33·40 = 8191,13 кДж

· Расход тепла на нагревание воды после смены ее в бассейне

Q₄ =

где V_б - объем бассейна, м³

V_б = 2,5·4·3·1,9·2 = 114 м³

Q₄ = 4,18 = 2243,49 кДж

· Расход тепла на нагрев охлажденных дна и стенок бассейна

Q₅ = · ,

где Vм – объем материала стенок и дна бассейна, м³;

Т – период смены воды в бассейны, равные312 ч.;

ρ_м – плотность материала для железобетона, равная 2400 кг/м³;

С_м – средняя теплоемкость материала стенок для бассейна равная 0,92 кДж/кг·град;

t_ox – температура охлаждения воды внутренней поверхности, °С

Q₅ =

Полезные затраты тепла на 1 м³ сырья

Qп.з. =Q₁ + Q₂ + Q₃ +Q₄ +Q₅

Qп.з. = 52724,58 + 8191,13 + 2243,49 + 8,49 =63167,69 кДж

Общий расход тепла на тепловую обработку 1м³ сырья

Q _общ =Q₁+ Qп.з.

Q _общ = 33945,6 + 63167,69 = 97113,29 кДж

Тепловые расчеты сушилки СРГ-25

· Количество испаряемой влаги

М_1м³=ρ₀

где ρ₀ – плотность абсолютно сухого шпона, кг/м³;

– начальная влажность шпона, %;

– конечная влажность шпона, %;

К_и - коэффициент объемной сушки, равный 0,64

М_1м³= 600

· Определение теплопотерь

Потери тепла с высушенным шпоном.

Q_м = К_{з ,}

где К – коэффициент перехода, равный 4,19 при в кДж

С_о – теплоемкость абсолютно сухой древесины, равная 0,38

t₂ – температура агента сушки при выходе

=t₂ - 20°C = 150-20=130°C

°С

Qм= 4,19 =286,6 кДж

Конструкция ограждений сушилки –щитовая и состоит из рамок, обшитых с внутренней стороны сушилки листовой сталью толщиной δ₁=2 мм, а с наружной стороны листовой сталью толщиной δ₃=1,5мм с прокладкой между облицовками теплоизоляционным материалом – минеральной ватой с толщиной слоя δ₂

λ₁ = λ₃ = 58 Вт/м°С λ₂ =0,07 Вт/м°С = 35°C

Ввиду значительной разницы температур по длине сушилки целесообразно толщину теплоизоляции рассчитать первой ее половины на расчетную максимальную температуру 300°С, а для второй на температуру 200°С. Тогда толщина теплоизоляционного слоя 1-й половины сушилки.

δ₂ = λ₂( )

δ_{2 = 0.07} =137 мм

Принимаем δ₂ = 130мм

Для второй половины

δ_{2 = 0.07} =83мм

Принимаем δ₂ = 80мм

Площадь поверхности ограждений F, м² для каждой половины сушилки

F = ,

где - общая длина сушильных секций, м

– высота сушилки(2,7м)

− ширина сушилки (В= lp + 2B₁ + 2S₁ = 3,9+2·0,2 +2·0,109 = 4,52м)

- толщина дверей равная 130 +2+1,5 = 133,5 и 80+ 2+ 1,5=83,5 (в среднем 109мм)

- ширина бокового коридора, равная 0,2м

- длина шкафа 2·1,08=2,16 м.

− ширина шкафа подачи (отвода) газов, равная 0,8 м.

F = 10,8·2,7+4,52·2,7+10,8·4,52+4·0,8·2,7+4·0,8·2,16 =105,7 м²

Коэффициент теплопередачи ограждений от агента сушки к окружающей среде для:

Первой половины длины сушилки:

К =

Второй половины длины сушилки

К =

Теплопотери через ограждения (с учетом коэффициента теплопотерь 1,7 с утечкой газовоздушной смеси)

Qпот. = 1,1·F·K(t₁-t₀)3,6

Для первой половины сушилки

Qпот. = 1,1·3,6·105,7·0,465·1,7(

Для второй половины сушилки

Qпот.общ = 1,1·3,6·105,7·0,746·1,7(

Общие теплопотери через ограждения с учетом утечки газовоздушной смеси.

Qпот. =

Теплопотери на испарение 1 кг. влаги:

Qпот.вл. =

где М – расчетное часовое количество испаренной влаги, кг/ч

М = P_расч.· М_1м3

М= 3,23·410,96 =1327,40 кг/ч

Qпот.вл.= кДж/кг влаги

Теплопотери с материалом и через ограждения

Qт.п. = Qм + Qпот.вл. = 286,6+119,32 =405,92 кДж/кг влаги

Определение расхода тепла:

Задаемся влагосодержанием поступающего в сушилку агента сушки d₁=200 г/кг при t₁=300°C/ Удельный объем газовоздушной смеси υ₁=2,18 м³/кг сухого воздуха.

Количество подаваемого в сушилку агента сушки

g =

где V₁- объем циркулирующего агента сушки.

V₁ = 3600Sп.с.·υ_а.с

_где Sп.с –площадь поперечного сечения сушилки, м²

Sп.с= lp· H₁

где lp -длина роликов, равная 3,9м

Sп.с = 2,7·3,9 = 10,53 м²

υ_{а.с – скорость агента сушки, равная 2,0 м/с}

V₁= 3600·10,53·2,0 = 75816 м³/ч

Прирост влагосодержания агента сушки

Δd =d₂ – d₁=

Влагосодержание отработанного в сушилке агента сушки

d₂ =Δd + d₁=38,17+200 = 238,17 г/кг воздуха=240 г/кг сухого воздуха

При построении процесса сушки в Id-диаграмме по заданным параметрам находим (·)А с параметрами t₀==20°C; влагосодержанием d₀=9 г/кг; этальпией I₀=41,9 кДж/кг. Находим (·)М с параметрами tс.г. =900°С и dс.г.=127 г/кг. Линия АМ Является линией горения топлива с заданной относительной влажностью W₀=45%

Процесс сушки на в Id-диаграмме характеризуется (·)1 с параметрами поступающей в сушилку газовоздушной смеси t₁=300°C и d₁=200 г/кг сухого воздуха и (·)2 с параметрами отработанными в сушилке газовоздушной смеси t₂= 150°C и d₂ = 240 г/кг сухого воздуха.

На продолжении линии1-2 до пересечения с линией АМ находим (·)К с параметрами dк=110 г/кг сухого воздуха и tк=750°С, Iк=1250 кДж/кг.

Количество циркулирующей в сушилке газовоздушной смеси, кг/кг влаги.

l ц =

l ц =

Количество газов выбрасываемых из сушилки отработанных газовоздушных смесей в атмосферу, кг/кг влаги

l к = = кг/кг влаги

Расход тепла на испарение 1 кг влаги.

Qисп = = = 9293 кДж/кг влаги

Общий расход тепла

Qобщ = Qт.п+ Qисп = 405,92+9293 =9698,9 кДж/кг влаги

Тепловые расчеты линии пропитки и сушки шпона ЛПСШ

Расход пара определяется по тепловому балансу, кДж

Qобщ = Qшп + Qc +

Расход тепла на нагрев шпона, кДж

Qшп = q₁·c₁(tк-tн),

где с₁ – теплоемкость шпона, равная 2,52 кДж/кг· К

tк,tн – конечная и начальная температура шпона (tк=90°С, tн=25°С)

Площадь одного листа шпона

F=1,6·1,6 =2,56 м²

Скорость сушки V=35 м/мин = 0,58м/с

Количество вещества

q₁= 0,58·2,4·2 = 2,7 м²/с

Qшп = 2,7·2,52 (90-25) =442,3 кДж

Расход тепла на нагрев смолы

Qc= q_c·c₁(tк-tн)

Содержание смолы

q_c=0,5· q₁ -0,5·2,7 = 1,3 кг·м²/с

Теплоемкость смолы Ссм= 2,65 кДж/кгК

Qc=1,3·2,65(90-50) = 137,8 кДж

Расход тепла на нагрев растворителя

Qр= 0,5q_c·c_р(tк-tн)

где c_р – теплоемкость спирта, равная 4,15 кДж/кг·К

q_c- содержание смолы, равное 1,3 кг·м²/с

Qр= 0,5·1,3·4,15(90-50) = 107,9 кДж

Расход тепла на испарение растворителя

,

где r =830 кДж/кг – теплота парообразования спирта;

- содержание смолы

Общие затраты тепла

Qобщ = 442,3+137,8+107,9+539,5 =1227,5 кДж

Тепловые расчеты пресса Д7446

Расход тепла на нагрев плит пресса Q₁

Размер плит пресса 1,67×1,67×0,065 м

Объем плит пресса Vn = 1,67·1,67·0.065 = 0.179м³

Расстояние между каналами для пара =0,06 м

Диаметр канала 0,026м

Расстояние от канала до края плиты 0,1м

Количество каналов в плите n = 1,67/(0,026+0,06) = 19

Длина канала l = 1,65 –(0,1·2) = 27.6 м

Объем занимаемый каналами в плите

V= π r² l,

где r – радиус, м

V=3,14·0,13²·27,6 = 0,015 м³

Удельный вес стали 7850 кг/м³

Объем металла в одной плите

Vм = Vn –V = 0,179 – 0,015 = 0.164 м³

Вес одной плиты пресса

М = Vм·7850 =1,164·7850 = 1288 кг

Расход тепла на нагрев плит пресса

Q₁ = n· М· С₁ (t₂ – t₁)

где n- число рабочих промежутков;

М – вес одной плиты пресса, кг

С₁-теплоемкость стали, равная 0,5 кДж/кг· град

t₂, t₁ – конечная и начальные температуры, °С

Q₁ = 10·1288·0,5(150-40) = 708400 кДж

Расход тепла на нагрев прокладочных листов «Q₂»

Размер прокладочных листов 1,65×1,74×0,005 м

Объем прокладочных листов Vп.л. = 1,65·1,74·0,005 = 0,014 м³

Удельный вес прокладочных листов 7900 кг/м³

Вес одного листа:

М= Vп.л.·7900 = 0,14·7900 = 110кг

Q₂=M·n·C₂(t₂ – t₁)

где n- количество прокладочных листов;

С₂-теплоемкость стали, равная 0,5 кДж/кг· град

t₂, t₁ – конечная и начальные температуры, °С

Q₂=110·0,5·40(150-40) =242000 кДж

Расход тепла на нагрев сухой массы пластика «Q₃»

Q₃ =

Размер пластика 1,6×1,6×0,01 м

Объем пластика Vпл. = 1,6·1,6·0,01 = 0,026 м³

Плотность пластика 1200 кг/м³

Вес одного пластика:

где Сn – теплоемкость пластика, равная 2,62 кДж/кг·ч;

n –число этажей пресса;

конечная и начальная температуры;

– влажность пакета,%

Q₃ =

Расход тепла на нагрев влаги, оставшейся в пластике после прессования «Q₄»

Количество воды, оставшейся в пластике.

М_в =Мn·Wпл.·n = 31,2·0,08·10 = 25 кг

Q4 = Mв·Св( = 25·4,18(150-40) = 11495 кДж

Расход тепла на выпаривание избыточной влаги «Q₅»

Q₅ = d (i₂-i ₁)

d =

i₂-i _{1 =} r при 150 °С ·к = 2120 кДж/кг

Q₅ =6,8·2120 = 14416 кДж

Тепловые потери от верхней части и нижней плиты, за счет теплопроводности «Q₆»

Q₆= F

где F – поверхность пластика, м²

λ – коэффициент теплопроводности плиты, равный 46,5 Вт/м·К;

толщина плиты, м;

цикл прессования, равный 170 м.

Q₆=1,6·1,6·

Расход тепла за один цикл прессования «Qц»

Qц = Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄+ Q₅+ Q₆ = 708400+242000+83257.8+11523+14416+3705.7=1063302.50 кДж

Расход тепла за 1 час

Qч =

За одну упрессовку 1,6·1,6·1200·0,01·10·3 = 921,6 кг пластика

За одну тонну пластика

Q1т.пл. = =1153757,05 кДж

Тепловой расчет реактора ЛБС-1

На одну загрузку смолы необходимо тепловой энергии:

QƩ = Q₁ +Q₂+Q₃

Определение затрат тепловой энергии на нагрев компонентов:

Q₁ = С_см · m_см·Δt,

где С_см - теплоемкость смеси компонентов, кДж/кг·град;

m_см – масса смеси, кг;

Δt - температурный интервал от начальной температуры загрузки компонентов (20°С) до температуры синтеза (98°С).

Теплоемкость смеси выражается формулой:

С_см = Ʃ С_i · x_i

где Ʃ С_i - Сумма удельных теплоемкостей, входящих в состав реакционной смеси, кДж/кг·К;

x_i – массовая доля компонентов смеси, %;

С_см = С_форм · x_{форм +} С_ам.вод· x_{ам.вод +} С_фенола · x_{фенола +} С_спирта · x_спирта

Масса реакционной смеси:

m_см = 148,6 + 5 + 100 + 125 = 378,6

Рецептура спирторастворимой смолы 50%-й концентрации (50% сухих веществ, 50% растворителей (H₂O + C₂H₅OH), % по массе:

Формалин (37 %) = 39,25

Аммиачная вода (25 %)

Фенол

Спирт

________________________________________________________

Всего: 100

Определяем теплоемкость компонентов при:

tср = = = 57°С

Таким образом, удельная теплоемкость веществ, входящих в состав реакционной смеси [X], кДж/кг·град

Формалин (37 %) 3,24

Аммиачная вода (25 %) 4

Фенол

Спирт 2,5

С_см =

Q₁ =

Определение затрат тепловой энергии на нагрев реактора:

Q₂ = С_ст · m_р·Δt,

где С_ст - теплоемкость стали, кДж/кг·град;

m_р – масса реактора, кг;

Δt - разность температур от (20°С) до температуры синтеза (94°С).

Q₂ =

Потери при нагревании реактора и компонентов принимаем 10%.

Q₃ = 0,1(Q₁ + Q₂) = 0,1(

QƩ = = 34488,288

Расход греющего пара

Gгр.пара =

где r –удельная теплота парообразования про температуре 140°С (2150 кДж/кг);

х – степень сухости пара (0,9).

Gгр.пара = = 17,82 кг

Таким образом, на одну варку смолы потребуется 17,82 кг греющего пара. Во время синтеза смолы нагрев реактора до температуры 98°С осуществляется за 40 минут, соответствено расход пара на стадии нагрева реакционной смеси составит, кг/час:

Расход греющего пара в сутки составит, кг

= 71,28