Математическое моделирование в системах автоматизированного проектирования теплообменников, рекуперации систем гидротермообработки фанерного сырья

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННИКОВ, РЕКУПЕРАЦИИ СИСТЕМ ГИДРОТЕРМООБРАБОТКИ ФАНЕРНОГО СЫРЬЯ

Мануковский Е.А.

In article it is told about recuperation heat in the course of hydro heat treatment of plywood raw materials, heat losses are analyzed, the equation of thermal balance, mathematical model of system pool-heat exchanger is worked out.

Как известно на большинстве предприятий производства фанеры, технологический процесс гидротермообработки фанерного сырья происходит в открытых бассейнах, нагрев сырья производиться путём подачи пара под давлением в бассейн с сырьём. Однако при подаче пара прямо в бассейн, наблюдаются значительные выбросы, много пара уходит в атмосферу не успевая передать тепло воде, что и приводит к потерям тепловой энергии, к тому же из-за того что значительная часть предприятий использует «мягкие режимы» гидротермообработки фанерного сырья, это объясняется лучшим качеством получаемого шпона, у которых продолжительность обработки значительно выше чем у «жёстких», такие потери тепловой энергии в производстве становятся недопустимы. Поэтому очевидно, что система гидротермообработки должна оснащаться системой рекуперации, то есть системой подогрева оборотной воды в теплообменнике рекуперации. В теплообменнике поступающая после очистки вода из бассейна нагревается путём контакта с нагревающим элементом змеевикового или трубчатого типа, в котором циркулирует пар из котельной или отработанный сушильный агент, далее подогретая вода поступает обратно в бассейн. Рассмотрим, как будет выглядеть математическая модель системы бассейн-теплообменник. Основным соотношением, объединяющим математические модели отдельных элементов системы теплообменник-бассейн гидротермообработки фанерного сырья, является закон сохранения энергии, представленный в форме уравнения теплового баланса:

^^общ ^^пол ^ ^^пот? КДЖ

Полезное тепло Qron. идет на оттаивание льда на поверхности чурака

Яол = F • ^ -Гл •

на нагрев образовавшейся при этом воды, на нагревание коры и абсолютно сухой древесины,

Чж = V-ук • С •

Чсд = Кр.с Рср.с  Ссд

а также на нагревание гигроскопической влаги древесины и свободной влаги в виде льда и воды до средней температуры древесины.

ЧГВ = Кр.с-Ррс •l,05-

Wn - 25 ч

•

Таким образом, полезное тепло

Чсв = Vcp  Рр  ' Д "" •

может быть определено по формуле

Qno.л _ Яол + Як + Яод + Ягв + Ясв , КДЖ

Кроме полезных затрат, существуют потери тепла такие как потери через ограждение и грунт

Яогр Яуд Ул Т Г

Кроме того, значительнее потери тепла происходят через паропровод

qn _ Кт-ж-ЬСД - {tnap-tc)-Тг

и затрачиваются на нагрев оборудования,

приспособление,

Яоб Go6 С об ^об)

начальный нагрев воды и охлажденных дна и стенок бассейна его чистки и смены воды

q _ К -Ум - См •

ЯдС 2

Количество тепла 1:огр., теряемого бассейном через его ограждение (дно и стенки), может быть определено, если пренебречь потерями тепла при неустановившемся тепловом режиме. Иначе, считая процесс стационарным, принимаем температуру грунта [19] в летнее время tr _ (5 -10)° С, а в зимнее время tr _ (0 -1)° С. Тогда удельный тепловой поток через ограждение равен:

tg t р

Чуд- _ 1/а + YS /Л. ' м2 -ч ^

где: S -толщина бетонной стенки и грунта (при расчете можно принять, что^ _SCT ; Л - коэффициент теплопроводности ограждения и грунта.

Определив величину q (2.83), зная F определяем потери тепла через

ограждение бассейна (8).

Расчет расхода тепла на нагрев оборудования и технологических приспособлений производится для тех бассейнов, где такое оборудование и приспособление имеются. Расчет ведется по формуле (10). За время чистки бассейна и смены в нем воды стенки и дно охлаждается и для их нагрева необходимо затратить тепло, равное (11). Потери тепла с водой, увлекаемой при выгрузке сырья, определяются формулой

Яоб _ 12,57 - FK - te

Общие потери тепла рассчитываются по формуле

Qnот_ Яогр + Ясм + Яп + ЯДС + Яоб + Яв

Тогда общее количество тепла, расходуемого на нагрев сырья в бассейне с учетом всех потерь, определяется по формуле

Для теплообменника количество теплоты, переданное от горячего теплоносителя, в данном случае пара, к холодному (вода) определяется выражением

Qnеp _ сп - Qmi ST, _ ср2 - Qm2 -S-T,

где ср, , Т соответственно теплоёмкость, расход, температура горячего и холодного теплоносителей. Уравнение теплового баланса бассейна гидротермообработки фанерного сырья с теплообменником имеет вид.

2пер = 2пол + йпот^ КДЖ

подставим в это уравнение всё его составляющие, мощность вводимой энергии в бассейн, полезные затраты и потери тепла.

сР1 -йплТ = рк-Б Л-Ул-(80 - СЛ Л + 1В) + укУк'Ск-(г В - гс) +

- 25

V . 0 .с -(г - г ) + V -о -105 -(г - г ) + V -о  —----v '

г СР.С У СР.С ^СД \1СР.С Т^'ср.С УСР.С ^^ \1СР.С Т^'СР. С Усд ^^

(80 - СЛ Л - гСРС ) + Чуд' Р^Г + V Сж -(г В - гжн ) + КТ -К-К -(г пар - гс )-Т +

Ооб-Соб-(г В - о) + vм УМ'СМ' +12,57-р-гВ.

Литература

1. Кириллов А. Н., Карасёв Е.И. Технология фанерного производства. - М.: Лесная промышленность, 1994. - 312с.

2. Кротов Б. Г. Фанерное производство. - М., Л.: Государственное лесотехническое издательство, 1994.- 567 с.