Idejno rešenje rotacione sušare za strugotinu kapaciteta 1500 kg/h Drvo kao materija materijall ima široku široku primenu primenu u industri industriji, ji, građevina građevinarstv rstvu, u, proizvodnji nameštaja, muzičkih instrumenata, delova kućnih aparata i dr. Obra Obrada da drve drveta ta koja koja ima ima za cilj cilj da pove poveća ća njeg njegov ovu u traj trajno nost st zove zove se konzer konzervis visan anje. je. Prema Prema upotre upotrebi bi sreds sredstav tava a za konzer konzervis visanj anje e posto postoji ji više više metoda ove obrade: sušenje (prirodno i veštačko), zaštita drveta hemijskim sreds sre dstvi tvima ma (prem (premazi azivan vanjem jem,, impreg impregnir niranj anjem em i potapa potapanje njem m u ras rastvo tvore) re) i zaštita drveta drugim sredstvima (nagorevanje i postupak ispiranja sokova). Suše Sušenj nje e je najč najčeš ešći ći i najp najpro rost stij ijii nači način n konz konzer ervi visa sanj nja a drve drveta ta.. Po Pod d sušenjem se podrazumeva odstranjivanje jednog dela ili ukupne količine vode iz drveta tako da mu se kvalitet ne smanjuje. Postoji mnogo razloga za sušenjem: smanjenje težine, zaustavljanje utezanja i nastajanja grešaka koje prate ovaj proces, zaštita od gljiva, povećanje čvstoće i tvrdoće, poboljšanje topl toplot otni nih h i elekt elektri ričn čnih ih svoj svojst stav ava a i ubrz ubrzav avan anje je sago sagore reva vanj nja a ako ako je drvo drvo namenjeno za gorivo. Sušar Sušare e su zatvor zatvorene ene prosto prostorij rije e u kojima kojima se vrši vrši veštač veštačko ko sučen sučenje je drveta. Opremljene su uređajima za grejanje i vlaženje vazduha, dovođenje svežeg vazduha i odvođenje zasićenog vazduha. Kao sušare za furnir i strugotinu koriste se: sušara sa valjcima, sušara sa beskonačnim trakama, sušara sa sapnicama (mlaznicama), sušara sa valjcima i matalnim pločama, rotirajući cilindar turbinska (tanjirasta) sušara, Kellerova sušara i pneumatska sušara. • • • • • • • •
Oprema sušare Sušara ima glavnu i pomoćnu opremu. Glavnu opremu čine uređaji za: grejanje, vlaženje i strujanje vazduha, a pomoćnu razni instrumenti. Glavna oprema služi za postizanje uslova sušenja: temperature, relativne vlažnosti i brzine strujanja, a pomoćna za vođenje procesa sušenja. Uređaj za grejanje
Grejanje se može ostvariti vodenom parom, toplom vodom, dimnim gasovi gasovima ma,, zemnim zemnim plinom plinom ili ele elektr ktričn ičnom om energ energijo ijom. m. Naj Najčeš češće će se korist koristii vodena para. Uređaj za grejanje treba da ima takve dimenzije da se sušara za tri sata može zagrejati sa 20ºC na 90ºC. Uzima se 2-3 m 3 ogrevne površine po 1 m3 unut unutra rašn šne e zapr zaprem emin ine e suša sušare re.. Grej Grejna na tela tela mora moraju ju biti biti prav pravil ilno no raspoređena da sušenje budejednolišno u celoj sušari. Uređaj za vlaženje vazduha
Vazduh kojim se suši mora imati odgovarajuću vlažnost da drvo ne bi pucalo. Relativna vlažnost podešava se vlaženjem vodenom parom i ispuštanjem u atmosferu zasićenog vazduha kroz otvore u sušari. Ispuštane zasićenog vazduha može se regulisati zasunima. Uređaj za strujanje vazduha
Danas se strujanje ostvaruje delovanjem ventilatora, pri čemu su aksijalni ventilatori potisnuli radijalne ventilatore. Aksijalni ventilator ima oblik propelera, usisava i potiskuje vazduh u smeru osovine. Smer strujanja vazduha se može menjati promenom smera rotacije ventilatora. Orjentaciono se uzima da za pokretanje ventilatora u komori za sušenje drveta treba 0,5-2 kW po dužnom metru komore.
Materijalni i toplotni bilans sušare Strugotina za izradu iverice može se dobiti direktno od tankih otpadaka sirovog drveta, od otpadaka koji se dobijaju u industrijskoj preradi drveta ili od otpadaka obrade drveta na pilanama. Ovako razvrstavanje strugotine javilo se iz razlike u početnom sadržaju vlage, kao i primesama nečistoća u strugotini. Kao polazna sirovina uzeta je strugotina sirovog drveta. Sušenje strugotine obavlja se direktno u rotacionoj sušari. Kao agens sušenja koristi se mešavina produkata sagorevanja prirodnog gasa i vazduha. Produkti sagorevanja na izlazu iz ložišta imaju visoku temperaturu (iznad 900ºC). Da bi se dobila željena temperatura za proces, iza ložišta se potavlja komora za mešanje gde se pomoću hladnog vazduha dobija agens sušenja tražene početne temperature. Vlažna strugotina Goriv
Komora za sagorevanj e
Komora za mešanje
Dimni gasovi
Rotaciona sušara
Osušena strugotina Vazduh Slika 1. Šema postojenja za sušenje strugotine Proces sušenja može se predstaviti na ״h-x ״dijagramu. Tačka A odgovara stanu okolnog vazduha (to, xo). Na izlazu iz ložišta produkti sagorevanja, tačka K, mešaju se sa vzduhom i dobija se mešavina stanja t 1, x1, h1 (tačka M). Stanje mešavine gasova posle sušenja definisano je tačom C (t2, x2, h2).
Karakteristike materijala
- Maseni protok strugotine na izlazu (osušene): G2 = 1500 kgos/h. - Maseni udeo vlage u materijalu na ulazu u sušaru: x s1 = 65 %
- Vlažnost materijala na ulazu u sušaru: x s1 kg w 0,65 X s1 = = =1,857 1 −x s1 1 −0,65 kg S.M .
h h
k
1
`
K
J / kt 1` g M
h1 t1 h
2
t2
h0 t0
C
=
1
0
0
A x
x
0
1
x
1
`x
x
2
, k
Slika 2. Sušenje mešavinom vazduha i produkata sagorevanja u ״h-x״ dijagramu - Maseni udeo vlage u materijalu na izlazu iz sušare: x s2 = 3 %
- Vlažnost materijala na izlazu iz sušare: x s2 kg w 0,03 X s2 = = =0,31 1 −x s 2 1 −0,03 kg S.M .
- Protok isparene vlage u jedinici vremena: w= ∆m
G2 ⋅
x s1 − x s 2 100 − x s 2
= 1500 ⋅
65 − 3 100 − 3
=
959
kg w h
=
0,266
kg w s
- Maseni protok suve strugotine: 100 −x s 2 100 − 3 ss = G 2 ⋅ m =1500 ⋅ = 1455 100 100
-
kg ss h
Maseni protok vlažne strugotine na ulazu (kapacitet sušare):
= G 2 + ∆m w = 1500 + 959 =
G1
2459 kg vs h
= 0,683
kg vs s
Karakteristike agensa sušenja
Parametri agensa sušenja određuju se iz materijalnog i toplotnog bilansa komore za mešanje:
msp x'1, h'1
msp + msv
KOMORA ZA MEŠANJE msv
x1, h1
x0, h0
Slika 3. Ulazne i izlazne veličine komore za mešanje: m sp x 1′ + m sv x 0 = ( m sp + m sv x 1 m sp h 1′ + m sv h 0 = ( m sp + m sv h 1
- Entalpija agensa sušenja: h 1 = t 1 + x 1 ⋅ (1,86 ⋅ t 1 + 2500 )
gde je: t1=200-400ºC temperatura mešavine tj. temperatura potrebna za sušenje. Sređivanjem gornjih jednačina dobija se masa suvog vazduha: m sv =
m sp h 1′ − t 1 − x 1′ 1,86 t 1 + 2500 t 1 + x 0 (1,86t 1 + 2500 ) − h 0
=
17,23[ 2676 ,50 − 400 − 0,127 (1,86 ⋅ 400 + 2500 ) ] 400 + 0,0118(1,86 ⋅ 400 + 2500 ) − 49,94
- Ukupna količina vazduha za mešanje: m vv = m sv (1 + x 0 ) = 82,73 ⋅ (1 + 0,0118 ) = 83,71 kg vv kg G
-
Apsolutna vlažnost agensa sušenja: x1 =
m sp x 1′ + m sv x 0 m sp + m sv
=
17 ,23 ⋅ 0,127 + 82 ,73 ⋅ 0,0118 17 ,23 + 82 ,73
= 0,032
kg w kg sa
= 82,73
kg sv kg G
-
Entalpija agensa sušenja: h 1 = t 1 + x 1 ⋅ (1,86 ⋅ t 1 + 2500 ) = 400 + 0,032 (1,86 ⋅ 400 + 2500 ) = 503 ,31 kJ
-
Masa suvog agensa sušenja po kilogramu goriva: m sa = m sv + m sp = 82 ,73 + 17 ,23 = 9996 kg sa kg G
Karakteristike agensa sušenja na izlazu
Apsolutna vlažnost i entalpija agensa na izlazu određuje se iz toplotnog i materijalnog bilansa rotacione sušare:
G1
Q0
x1, hs1
sa , x1, h1 m
sa , x2, h2 m
M
C
G2
x2, hs2
Slika 4. Ulazne i izlazne veličine rotacione sušare G 1 x s1
gde su: x2, kgw/kgsa h2, kJ/kg Q0, kJ/s msa, kgsa/s
+
sa x 1 m
sa h 1 m
= G 2 x s2 +
= G 2 h s2 +
sa x 2 m
sa h 2 m
G 1h s1
+
+
-
apsolutna vlažnost agensa sušenja na izlazu; entalpija agensa sušenja na izlazu; toplotni gubici u okolinu; protok suvog agensa sušenja.
Q0
- Za izračunavanje entalpije i apsolutne vlažnosti potreban je protok goriva:
G = 0,016 m
kg G s
- Toplota potrebna za sušenje: q = q i + q 0 + q m = 2633 ,34 + 300 + 306 ,112 = 3239 ,45 kJ/kg
- Toplota isparavanja: qi
=
h dp
−
hv
=
2717
−
83 ,66
=
2633 ,34 kJ/kg
- Gubici u okolinu: q 0 = 300 kJ/kg
w
- Toplotni fluks u okolinu: w =300 ⋅ 0,178 Q 0 = q 0 ∆m - Toplota zagrevanja strugotine:
= 53 ,4
kJ/s
w
W
kg sa
qm =
G2
⋅
w ∆m
C p2 ( t s2 − t s1 ) =
0,417 0,266
⋅
kJ
2,8 ⋅ ( 90 − 20 ) = 307 ,263
kg w
gde su: ts1=20°C - početna temperatura strugotine; ts2=90°C - krajnja temperatura strugotine. Cp1=2,8 kJ/kgK - specifični toplotni kapacitet strugotine na t s1=20°C. Cp2=2,8 kJ/kgK - specifični toplotni kapacitet strugotine na t s2=90°C. - Toplota potrebna za sušenje može se direktno očitati sa dijagrama i iznosi q=3750 kJ/kgw. Dobijena vrednost protoka goriva mora se uvećati, jer se u jednačini za izračunavanje temperature agensa sušenja dobija negativna vrednost. Usvojena vrednost od 100°C dobiće se ako se dobijeni protok goriva uveća za 70%. Korigovana vrednost protoka goriva je: G m
= 1,7 ⋅
′G m
= 1,7 ⋅
0,016
= 0,0272
kg s
- Protok suvog agensa sušenja:
G = msa ⋅ m ′G = 99,96 ⋅ 0,0272 = 2,72 m
kg sa
- Apsolutna vlažnost izlaznog agensa: x 2 = x1 +
G1 x s1 − G 2 x s2 m sa
= 0,032 ⋅
s
0,683 ⋅ 0,65 − 0,417 ⋅ 0,03
=
2,72
0,159
kg w kg sa
- Entalpija izlaznog agensa: h2
=h 1 +
G1C p1 t s1
−G 2
C p2 x s2
0 −Q
msa
= 503,31
+
0,683 ⋅2,8 ⋅20
− 0,417
⋅
2,8
⋅
90 - 53,4
2,72
Komora za sagorevanje
- Maseni protok goriva: G = 0,0272 m
kg G s
- Količina toplote po jedinici vremena oslobođena sagorevanjem goriva: G = 49073,99 ⋅ 0,0272 =1334,81 kJ/s ≅ 1553 kW Q0 = H′d ⋅ m
- Maseni protok vazduha: stv = L′stv ⋅ m G =18,51 ⋅ 0,0272 = 0,503 kg/s m
- Količina toplote po jedinici vremena uneta vazduhom: 18,51 kJ = h L′stv ⋅ m = 49,94 = 25 kW Q 0,0272 = 24,85 stv
0
1+ x 0
G
1 + 0,0118
s
- Maseni protok produkata sagorevanja: p m
= msp ⋅
G =17,23 ⋅(1 + 0,127 ) ⋅0,0272 (1+x1′ ) ⋅ m
= 0,528
kg ps s
=
459,11
kJ kg sa
- Količina toplote po jedinici vremena izneta produktima sagorevanja: G = 2676,5 ⋅17,23 ⋅ 0,0272 = 1254,35 kJ/s ≅ 1254 kW Q p = h1′ msp ⋅ m - Gubici toplote po jedinici vremena u okolinu: gub Q
=H′d
G =49073,99 (1 - 0,92 ) 0,0272 (1 − η) m
=106,79
kJ/s
≅107
Komora za mešanje
- Maseni protok produkata sagorevanja: p = 0,528 m
kg s
- Količina toplote uneta produktima sagorevanja: p Q
1254
=
kW
- Maseni protok vazduha za mešanje: VM =m vv ⋅m G =83,71 ⋅0,0272 =2,277 kg VM s m - Količina toplote uneta vazduhom za mešanje: VM =h 0 m sv ⋅m G =49,94 ⋅83,71 ⋅0,0272 =112,38 Q - Maseni protok agensa sušenja:
A =m sa ⋅ (1+ x1 ) = 2,72 ⋅ (1 + 0,032 m
)
= 2,81
kg sa s
- Količina toplote izneta agensom sušenja: A = h1 m sa =503,31 ⋅ 2,72 =1369,00 Q
kJ s =112 kW
kJ/s ≅1369 kW
Gubici iz komore za mešanje se zanemaruju. Rotaciona sušara
- Maseni protok agensa sušenja:
A = 2,81 m
kg as s
- Količina toplote uneta agensom sušenja: A = 1369 kW Q - Maseni protok vlažne strugotine na ulazu u sušaru:
1 = 0,683 m
kg VG s
- Količina toplote uneta vlažnom strugotinom: 1 m 1 C p1 t s1 0,683 2,8 20 38,25 kJ s Q - Maseni protok agensa sušenja na izlazu iz sušare: =
=
⋅
⋅
=
iz = m sa ⋅ (1 + x 2 ) = 2,72 ⋅ (1 + 0,159 ) = 3,152 m - Količina toplote izneta agensom sušenja: iz = h 2 m sa =459,11 ⋅ 2,72 =1248,77 Q
- Maseni protok osušene strugotine:
38 kW
≅
kg IG s
kJ/s ≅1249 kW
kW
kg OS
2 = 0,417 m
s
- Količina toplote izneta osušenom strugotinom: 2 m 2 C p2 t s2 0,417 2,8 90 105,08 kJ Q - Gubici toplote u okolinu: 0 = 53,4 kJ ≅ 53 kW Q =
=
⋅
⋅
=
s ≅105 kW
h h
k
1
`
K
J / kt 1` g M
h1 t1 h
2
t2
h0 t0
C
=
x
0
1
x
1
`x
x
2
Slika 5. Proces sušenja u h-x dijagramu
Idejno rešenje sušare - Zapremina sušare G 2 ⋅ g v1 U
=
1500 ⋅ 0,62 30
=
35 m 3
- Količina isparene vlage po kg osušene strugotine: g v1 =
0
A x
V=
1
x1 − x 2 100
=
65 − 3 100
= 0,62
kg w kg str
Zapremina rotacione sušare može se izračunati i kao: - Specifično opterećenje sušare A=30-150 kg/m 3h A=30 kg/m3h - Količina izdvojene vlage:
, k
0
w= ∆m
959
kg w
- Zapremina sušare: V=
Δm w A
=
s
959 30
3
= 45,02 m
- Odnos prečnika i dužine: L/D = 4 – 6 => L = 5D usvojena vrednost V=
D2 π
D =3
L
=
4
⋅
L=
V 3,925 5
⋅
2,25
=3
=
5 4
D3 π
45,02 3,925
11,3 m
=
=
3,925 D 3 2,25 m
