Описание варочного бассейна

Содержание

Введение…………………………………………………………………...3

1. Описание варочного бассейна…………………………………………….6

2. Технологический расчет …………………………………………………..8

3. Тепловой расчет…………………………………………………………..13

4. Разработка производственного процесса………………………………..19

5. Разработка планировки участка тепловой обработки………………….20

Список литературы……………………………………………………….21

Введение

Под гидротермической обработкой древесины понимаются процессы воздействия на нее тепла, влажного газа или жидкости, предназначенные для изменения температуры и влажности древесины или введения в нее веществ, улучшающих ее технологические и эксплуатационные характеристики.

Гидротермическая обработка древесины характеризуется изменением лишь физико-механических свойств обрабатываемого материала без нарушения структуры и химических свойств древесинного вещества.

Процессы гидротермической обработки древесины основаны на физических явлениях теплообмена и массообмена древесины с окружающей средой, относящихся к классу явлений переноса.

Процессы гидротермической обработки древесины по своим особенностям и назначению разделяются на три группы:

а) процессы тепловой обработки, назначением которых является нагревание древесины и поддержание ее температуры в течение определенного времени на заданном уровне;

б) процессы сушки, назначением которых является снижение влажности древесины;

в) процессы пропитки, назначением которых является введение в древесину веществ, изменяющих ее свойства.

Тепловая обработка древесины. Повышение температуры древесины вызывает изменение некоторых ее физико-механических свойств. При тепловой обработки происходит:

- снижение усилий и улучшения качества резания древесины за счет оттаивания или нагревания сортиментов перед их механической обработкой;

- увеличение пластичности древесины при нагревании для улучшения условий ее гнутья или прессования;

- интенсификация процессов склеивания, что обеспечивает ускорением высыхания и затвердевания клеевых веществ, нанесенных на древесину, при повышении ее температуры.

Сушка древесины. Сушкой называется процесс удаления влаги из материала различными способами. Сушкой достигается:

- уменьшение или предупреждение формоизменяемости и размероизменяемости деталей древесины в процессе обработки и изделий из древесины при их эксплуатации;

- предохранения от загнивания (повышение биологической стойкости);

- уменьшение массы при одновременном увеличении прочности и долговечности древесины;

- улучшение качества склеивания и отделки;

- снижение гигроскопичности

Пропитка древесины. Из различных технологических целей пропитки наибольшее значение имеют консервирование и огнезащита древесины.

Консервирование – обработка древесины, на длительное время повышающая ее стойкость к поражению грибами и насекомыми. Для этого в древесину необходимо вводить защитные вещества

Сушка предохраняет древесину от загнивания лишь при условии, если она во время эксплуатации не подвергается повторным увлажнением. Когда же древесина используется в изделиях и сооружениях, находящихся на открытом воздухе или в грунте, ее надлежащая стойкость против загнивания может быть обеспечена только консервированием.

Защита огнезащиты – предохранить сооружения, в которых используется древесина, от разрушения огнем. Для этого ее пропитывают специальными огнезащитными составами.

Консервирование и огнезащиту древесины применяют главным образом в строительстве, железнодорожном хозяйстве и горно – рудной промышленности.

В отдельных случаях пропитку применяют для изменения некоторых физических свойств древесины в направлениях, желательных для тех или иных конкретных условий ее практического использования. Например, древесину пропитывают для глубокого окрашивания, повышения ее электрического сопротивления или электрической прочности, придания ей гидрофобных свойств (модификация древесины).

Процессы гидротермической обработки древесины, особенно сушка и пропитка, имеют колоссальное значение для деревообрабатывающей промышленности и для народного хозяйства в целом.

Несвоевременная или неполноценная сушка древесины приводит к большим потерям материала при транспортировке, резкому сокращению сроков службы деревянных сооружений и громадному перерасходу древесины.

Пропитка древесины значительно увеличивает продолжительность службы сортиментов, используемых в горнорудной промышленности, железнодорожном строительстве и т.д. Следовательно, сокращается и ежегодная потребность в древесине для замены этих сортиментов, измеряемая миллионами кубометров.

Процессы гидротермической обработки древесины очень ответственны и требует сложного и дорого оборудования, рациональная эксплуатация которого невозможна без специальных знаний и высокой квалификации обслуживающего персонала. В связи с этим участки и цехи гидротермической обработки древесины являются наиболее ответственными на деревообрабатывающих предприятиях.

Описание варочного бассейна

Варочный бассейн с мотовилом (рис. 1) представляет собой бетонный резервуар, на продольных стен­ках которого установлен в подшипниках вал с крестовинами, называемый мотовилом. Внутри бассейна уложены направляю­щие рельсы или швеллеры, изогнутые по радиусу, несколько превышающему радиус мотовила. В рабочем состоянии нижние секторы Б и В мотовила заполнены древесиной. При поступле­нии чураков в сектор А масса древесины, находящейся в перед­ней половине бассейна, становится больше, чем в задней. Мото­вило поворачивается, выгружая чураки из сектора В и пере­мещая на их место древесину из сектора Б; сектор А в это время заполняется свежими чураками. Загрузка и выгрузка производятся периодически через отрезки времени τ/2, где τ— заданная продолжительность обработки.

Рис 1. Схематический разрез бассейна с мотовилом:

1 — паропровод; 2 — водопровод; 3 — направляющие; 4 — мотовило; 5—ось, 6 — бассейн; 7 — сливная труба

В зимний период, когда сырье заморожено (t_о<0 °С), потребная продол­жительность обработки определяется временем полного оттаи­вания, которое в зависимости от диаметра чураков и начальной температуры составляет от 1,5—2 до 12—15 ч. При этом температура на окружности карандаша доходит при­близительно до 20 °С. Для уменьшения температурного пере­пада по объему чураков их перед лущением выдерживают некоторое время в помещении.

При начальной температуре древесины t_о>0°С необходи­мая продолжительность обработки будет меньше, чем в зим­ний период. Так как производительность бассейнов и их коли­чество определяются для наиболее тяжелых зимних условий, в другое время года часть их оказывается лишней. Однако для более равномерного прогрева древесины целесообразно при повышении начальной температуры сохранять расчетную про­должительность обработки, установленную для зимних условий, снижая режимную температуру t_c в бассейне до величины, обеспечивающей при данной t₀ требуемую температуру на окружности карандаша

Бассейны с мотовилами имеют существенные конструктив­ные и эксплуатационные недостатки. В них нередки случаи перекоса и заклинивания чураков, приводящие к простою оборудования. Интенсивное парообразование с открытой по­верхности бассейнов создает неблагоприятные условия для работы обслуживающего персонала. В связи с этим следует рекомендовать замену бассейнов с мотовилами секционными бассейнами с краново-контейнерной загрузкой. В зависимости от того, какими производственными площадями располагает предприятие, в этих бассейнах можно применять как мягкие, так и жесткие режимы проваривания.

Технологический расчет

Задание. Произвести расчет бассейна для проваривания древесины перед лущением шпона. Заданы: вид и размеры бассейна, агент обработки, характеристика обрабатываемого материала, которая должна быть на поверхности карандаша заданного диаметра. Продолжительность смены принята равной 8 ч.

Требуется рассчитать сменную производительность бассейна и определить расход тепла и пара на обработку древесины в единицу времени. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные

№ п/п	Наименование	Значения
	Устройство для тепловой обработки древесины	Варочный бассейн с мотовилом
	Размеры устройства, м Радиус мотовила	2,3
	Вид агента обработки	Вода
	Характеристика обрабатываемого материала вид сортимента порода средний диаметр, см длина сортимента, и влажность, % начальная температура, °С	Чураки Ольха 1,6 -15
	Температура обрабатывающей среды, °С
	Глубина оттаивания	Полная
	Диаметр карандаша, см
	Температура на поверхности карандаша, 0С

Производительность бассейна определяется по формуле (1)

(1)

где τ_см– продолжительность смены, ч;

t_ц – время цикла тепловой обработки, ч;

– емкость бассейна, м³.

.

А. Время цикла тепловой обработки t_ц складывается из продолжительности обработки t₁ и продолжительности загрузки и разгрузки t₂, т.е. t_ц = t₁ + t₂.

При начальной температуре древесины t₀ > 0°С и полном оттаивании цилиндрических сортиментов время обработки определяем по формуле (2)

, (2)

где t_по - продолжительность полного оттаивания, ч;

t_доп - дополнительное время на доведение температуры на поверхности карандаша до требуемой, ч.

Действительная плотность

Содержание незамерзшей влаги составляет 20%

Удельная теплоёмкость при

Удельный расход теплоты при оттаивании, кДж/м³, складывается из ее затрат на нагревание замороженной древесины от отрицательной начальной температуры до и на плавление содержащегося в древесине льда, определяется по формуле (3)

(3)

где – плотность древесины, кг/м³ (стр.33 [2] );

– удельная теплоемкость замороженной древесины, кДж/м°С (стр. 34 [2]);

- скрытая теплота плавления льда ( );

- влажность древесины;

- относительное содержание связанной воды, оставшейся в замороженной древесине в жидком состоянии, % ( зависит от температуры замороженной древесины).

Критерий глубины оттаивания определяется по формуле (4)

, (4)

Коэффициент теплопроводности для средней расчетной температуры оттаявшей зоны, , определяется по формуле (5)

(5)

где - номинальное значение коэффициента теплопроводности, определяем по диаграмме рис. 14 [2]);

– коэффициент, учитывающий влияние направления теплового потока (табл. 3 [2] );

– коэффициент, учитывающий влияние базисной плотности древесины (стр. 35 [2]).

,

.

Продолжительность полного оттаивания определяется по формуле (6)

(6)

где – критерий глубины оттаивания, м²;

– удельный расход тепла на оттаивание, кДж/м³;

- коэффициент теплопроводности для средней расчетной температуры оттаявшей зоны, Вт/°С;

– температура окружающей среды, °С

Дополнительное время, , определяется по формуле (7)

(7)

где – диаметр чурака, м;

– коэффициент температуропроводности;

– температура обрабатываемой среды, °С;

– температура на поверхности карандаша, °С;

– диаметр карандаша, м.

Вычисляем коэффициент температуропроводности для . Коэффициент теплопроводности ; удельная теплоемкость действительная плотность , по формуле (8)

(8)

Общее время обработки, определяется по формуле (9):

(9)

Б. Емкость бассейна (м³)

Вместимость бассейна рассчитывается по формуле (10), м³:

(10)

где – габаритный объем сортиментов в бассейне, м3;

– коэффициент заполнения габаритного объема материалом, .

Для бассейна с мотовилом расчет производится по формуле(11), м³:

(11)

где R_м – радиус мотовила, м;

l_ч – длина чурака, м.

Тепловой расчет

А. Полезный расход тепла характеризуется общим уравнением (12),

(12)

где – удельный расход тепла на оттаивание, кДж/м³;

– плотность древесины при заданной влажности, кг/м³;

– удельная теплоемкость при этой температуре, °С;

- средняя температура сортимента в конце обработки, °С;

– температура на поверхности карандаша, °С.

Эта формула справедлива при полном оттаивании сортиментов с последующим нагреванием (т. е. при ).

Б. Тепловые потери

Все основные виды тепловых потерь(Q_конв, Q_исп, Q_огр) имеют только устройства с открытой водной поверхностью, в частности бассейны с мотовилом.

Q_пот = Q_конв + Q_исп + Q_огр

Q_пот = 11,61 + 12,85 + 3,09 = 27,54 кВт

Потери тепла через ограждения определяем по следующей общей формуле (13), кВт

(13)

где – потери тепла через боковые стенки, кВт;

- потери тепла через дно бассейна, кВт.

2,71 + 0,37 = 3,09 кВт.

Потери тепла через боковые стенки определяем по формуле (14), кВт

Q_б.ст. = F_б.ст ∙ K(t_c – t_б.ст)∙10^-3 , (14)

где F_б.ст – площадь боковых стен бассейна, м³;

K – коэффициент теплопередачи, K = 1,2…1,5 Вт/(м²∙°С);

t_с – температура агента обработки, °С;

t_б.ст – температура стен, , где t_дна=0…4°С(температура наружной поверхности дна), t₀=5°C.

Q_б.ст.= 38,92∙1,5∙(50 – 3,5)∙10^-3 = 2,71 кВт .

Площадь боковых стен бассейна рассчитывается по формуле (15), м³

F_б.ст = 2h_б(B+L_ср), (15)

где h_б - глубина бассейна, h_б = R_M +0,5, м ;

B – ширина бассейна, B = 2 R_M +0,2; м ;

L_ср – средняя длина бассейна (средняя линия трапеции),

L_ср = L+ (L+ 0,3)/ 2, L =l_р +0,4,где l_р - длина чурака, м.

F_б.ст = 2∙2,8∙(4,8+2,15) = 38,92 м².

Потери тепла через дно бассейна рассчитывается по формуле (16), кВт

= F_дна ∙0,5∙K∙(t_c-t_дна)∙10^-3, (16)

где F_дна – площадь дна бассейна, м²;

t_дна – температура дна бассейна, °С.

= 10,32 ∙ 0,5 ∙ 1,5 ∙(50-2)∙ 10^-3 = 0,37 кВт.

Площадь дна бассейна рассчитывается по формуле (17) , м²,

F_дна = B∙L_ср, (17)

F_дна = 4,8 ∙ 2,15 = 10,32 м².

Теплопотери вследствие конвективной теплопередачи с открытой водной поверхностью определяем по формуле (18), кВт

Q_конв = F∙α∙(t_c- t₀)∙10^-3, (18)

где α – коэффициент теплообмена, Вт/(м²∙°С), α = 25 Вт/(м²∙°С);

t₀ - температура окружающего воздуха, °С;

F – открытая водная поверхность бассейна,F= F_дна, м².

Q_конв = 10,32 ∙ 25 ∙(50-5) ∙10^-3 = 11,61 кВт.

Затраты тепла на испарение воды с поверхности бассейна рассчитываются по формуле (19), кВт

Q_исп =F∙r₀∙i (кВт), (19)

где F – площадь теплоотдающей поверхности, м² (принимается равной площади дна бассейна);

r₀ = 2490 кДж/(кг*°С) – скрытая теплота парообразования,

i – количество воды, испаряющейся с 1 м² поверхности в секунду, зависит от температуры агента обработки и принимается по рекомендациям [1, с. 74]

Q_исп = 10,32 ∙ 2490 ∙ 5∙10^-4 = 12,85 кВт,

Удельный расход тепла на потери, отнесенный к 1 м³ обрабатываемой древесины определяем по формуле (20), кДж/м³

(20)

Суммарный удельный расход тепла на обработку, кДж/м³, определяем по формуле (21)

(21)

где – тепловой расход тепла, кДж/м³;

– удельный расход тепла на потери, кДж/м³

- коэффициент, учитывающий дополнительные элементы потерь.

Полный расход тепла в единицу времени, кВт, т.е суммарную тепловую мощность установки, определяем по формуле (22)

(22)

Расход теплоносителя в единицу времени определяем по формуле (23)

(23)

где – температура горячей воды, подаваемой в бассейн, °С;

– температура обрабатываемой среды в бассейне, °С.

Термический коэффициент полезного действия установки для теплового обработки определяем по формуле (24)

(24)

На основе расчетов теплопотерь построена гистограмма рис.2, которая показывает где наибольшее значение теплопотерь.

Рис.2. – гистограмма теплопотерь.

На рис.2 видно что наибольшее значение теплопотерь имеют затраты тепла на испарение воды с поверхности бассейна.