Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Trần Văn Vang 2010
DANH SÁCH HÌNH VẼ
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Page 5
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sấy gỗ là bước đầu tiên và là bước quan trọng nhất trước khi gỗ được sử dụng cho các
quá trình chế biến tiếp theo. Gỗ ở trạng thái tự nhiên luôn chứa một lượng nước lớn, lượng
nước tồn tại trong gỗ ảnh hưởng lớn tới tính chất của gỗ . Chính vì vậy gỗ cần phải được
sấy vì nhiều lý do: sấy gỗ làm tăng chất lượng gỗ , tăng độ bền cơ lý , tránh hiện tượng co
rút nứt nẻ ở mối ghép ; giảm trọng lượng gỗ nên giảm chi phí vận chuyển và bảo quản, hạn
chế sự phát sinh của nấm và côn trùng phá hoại gỗ , nâng cao tuổi thọ gỗ . Do đó các
doanh nghiệp luôn tìm ra nhiều phương pháp sấy khác nhau để mang lại hiệu quả cao nhất.
Hiện nay ở nước ta chủ yếu sử dụng loại lò sấy đối lưu cưỡng bức với TNS được gia
nhiệt bằng hơi nước hoặc khói nóng. Loại lò sấy này có ưu điểm là: vốn đầu tư ban đầu
nhỏ, vận hành dễ không cần công nhân có trình độ tay nghề cao.
Tuy nhiên các hầm sấy này hầu như chưa mang lại hiệu quả cao nhất cho doanh
nghiệp, thời gian sấy còn nhiều do cần phải phun ẩm bổ sung khi nung gỗ và giai đoạn điều
hòa để tránh nứt nẻ gỗ nên không thể cung cấp cho các nơi tiêu thụ trong một thời gian
ngắn được.
Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng thấy rằng dụng sấy lạnh nhiệt độ
thấp để hút ẩm và sấy lạnh có nhiều ưu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rãi trong
điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả kinh tế-kĩ
thuật đáng kể. Sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm cần giữ trạng thái, không
cho phép sấy nhiệt độ cao và tốc độ gió lớn.
Đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng sấy lạnh dùng bơm nhiệt và đã
có hiệu quả thực tiển cao. Tuy nhiên chưa có tài liệu nói rõ việc tính toán thiết kế một hệ
thống sấy lạnh dùng bơm nhiệt để sấy gổ, cũng như chưa có một đề tài nào tiến hành chế
tạo mô hình thiết bị và tiến hành thí nghiệm nhằm đánh giá chính xác hơn khả năng
ứng dụng và hiệu quả kinh tế của thiết bị sấy dùng bơm nhiệt để sấy gổ. Trong đề tài này
chúng tôi đã tiến hành “ Xây dựng mô hình thực nghiệm sấy lạnh và ứng dụng để sấy
gỗ”. Các kết quả thực nghiệm cũng được trình bày trong báo cáo này.
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 6
Mục tiêu đề tài
- Tính toán thiết kế mô hình thực nghiệm sấy lạnh để sấy thực nghiệm gỗ
- Xây dựng chế độ sấy phù hợp và tối ưu đảm bảo thời gian sấy ngắn nhất nhưng chất
lượng gỗ vẫn đảm bảo.
Chương I
TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH
1.1 Sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo độ chênh áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy
và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước p
h
trong tác nhân sấy nhờ giảm độ
chứa ẩm d. Mối quan hệ đó được thực hiện theo công thức:
p
h
=
B.d
0,621+d
Trong đó: B: áp suất khí quyển
Khi đó ẩm trong vật liệu dịch chuyển ra bề mặt và từ bề mặt vào môi trường có thể trên
dưới nhiệt độ môi trường (t> 0
o
C) và cũng có thể nhỏ hơn 0
o
C
1.2 Các phương pháp sấy lạnh:
1.2.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0
o
C
Với hệ thống sấy này,nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác nhân sấy xấp xỉ bằng
nhiệt độ môi trường.Tác nhân sấy thường là không khí.Trước hết,không khí được khử ẩm
bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng các máy khử ẩm hấp phụ.Sau đó được đốt nóng
hoặc làm lạnh đến nhiệt độ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy.Khi đó,phân áp suất hơi
nước trong tác nhân sấy bé hơn phân sáp suất hơi nước trên bè mặt vật liệu sấy nên ẩm từ
dạng lỏng sẽ bay hơi và đi vào tác nhân sấy.Như vậy,quy luật dịch chuyển ẩm trong lòng
vật liệu sấy và từ bề mặt vật vào môi trường trong các hệ thống sấy lạnh giống như các hệ
thống sấy nóng.Điều kiện khác nhau ở đây là cách giảm phân áp hơi nước P
h
trong tác nhân
sấy.Trong các hệ thống sấy nóng đối lưu người ta giảm P
h
bằng các đốt nóng ác tác nhân
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 7
sấy (d = const) để tăng áp suất bão hòa dẫn đến giảm độ ẩm tương đối φ .Còn các hệ thống
sấy lạnh có nhiệt độ tác nhân sấy bằng nhiệt độ môi trường chẳng hạn,người ta tìm cách
giảm phân áp suất hơi nước của tác nhân sấy bằng cách giảm lượng chưa ẩm d kết hợp với
qua trình lạnh (sau khi khử bằng hấp phụ) hoặc đốt nóng (sau khi khử ẩm bằng làm lạnh).
1.2.2 Hệ thống sây thăng hoa
Hệ thống sấy thăng hoa là hệ thống sấy lạnh mà trong đó ẩm của vật liệu sấy ở dạng rắn
trực tiếp biến thành hơi đi vào tác nhân sấy.Trong hệ thống sấy này người ta tạo môi trường
trong đó nước trong vật liệu sấy ở dưới điểm 3 thể,nghĩa là nhiệt độ của vật liệu T<273
o
K
và áp suất tác nhân sấy bao quanh vật P<610Pa.Khi đó nếu vật liệu sấy nhận được nhiệt
lượng thì nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn sẽ chuyển trực tiếp sang dạng hơi và đi váo tác
nhân sấy.Như vậy trong hệ thống sấy thăng hoa,một mặt ta làm lạnh vật xuống dưới 0
o
C và
tạo chân không xung quanh vật liệu sấy.
1.2.3 Hệ thống sấy chân không
Nếu nhiệt độ vật liệu sấy vẫn nhỏ hơn 273
o
K nhưng áp suất tác nhân sấy bao quanh
vật P>610Pa thì vật liệu sấy nhận nhiệt lượng,nước trong vật liệu sấy ở dạng rắn không thể
chuyển trực tiếp thành hơi để đi vào tác nhân sấy mà trước khi biến thành hơi,nước phải
chuyển từ thể rắn qua thể lỏng.
1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp sấy lạnh
1.3.1 Ưu điểm
+ Các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan,mùi vị,khả năng bảo toàn vitamin C
cao.
+ Thích hợp để sấy các loại vật liệu yêu cầu chất lượng cao,đòi hỏi phải sấy ở nhiệt
độ thấp.
+ Hiệu suất năng lượng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn đến tiêu
thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị nước bay hơi ( tiết kiệm được năng lượng do tận
dụng được năng lượng tại dàn nóng và dàn lạnh ).
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 8
+ Có thể phát ra một khoảng rộng các chế độ sấy,tiêu biểu là nhiệt độ từ 20
o
C đến
100
o
C (với nhiệt phụ trợ),và ẩm độ tương đối không khí từ 15% đến 80%(với hệ thống tạo
ẩm).
+ Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
+ Chất lượng gỗ sau khi sấy tốt hơn nhiều so với sấy nóng do nhiệt độ thấp
+ Thời gian sấy gỗ nhanh thích hợp khi cung cấp gỗ bổ sung cho nhà máy
1.3.2 Nhược điểm
+ Giá thành thiết bị cao,tiêu hao điện năng lớn.
+ Vận hành phức tạp,người vận hành có trình độ kỷ thuật cao.
+ Cấu tạo thiết bị phức tạp,thời gian sấy lâu.
+ Nhiệt độ sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích hợp với một số loại vật
liệu,không sấy được các vật liệu dễ bị vi khuẩn làm hư hỏng ở nhiệt môi trường như bị
ôi,thiu,mốc…
+ Rò rỉ môi chất lạnh ra môi trường có thể làm ảnh hương đến môi trường xung
quanh cũng như ảnh hưởng đến chât lượng của thực phẩm.
+ Do cuốn bụi nên có thể gây tắc tại thiết bị làm lạnh.
1.4 Ứng dụng sấy gỗ sử dụng phương pháp sấy lạnh
Trên thực tế, sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh đã được các nhà khoa học nghiên cứu
nhiều và đã đạt được những thành công nhất định. Tuy nhiên do những hạn chế còn chưa
khắc phục được nên phương pháp này vẫn chưa được áp dụng rộng rãi lắm. Dựa vào 1 số
kết quả nghiên cứu người ta đưa ra chế độ sấy tối ưu với các loại gỗ:
- Nhiệt độ sấy ban đầu thấp và độ ẩm cao.
- Một giai đoạn dốc trong đó nhiệt độ không khí tăng và độ ẩm giảm
- Giai đoạn kết thúc ở nhiệt độ sấy vừa phải và độ ẩm tương đối thấp
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 9
8
9
10
2 3 4 5 6
1
7
Hình 1.1 Mô hình thiết bị sấy lạnh ứng dụng để sấy gỗ
1.Tấm chắn bụi 2.Dàn lạnh
3.Ống xi phông thoát nước ngưng
4.Tấm chắn nước 5.Dàn nóng
6.Điện trở 7.Quạt hút 8.Quạt tuần hoàn
9.Tấm hướng dòng 10.Cửa buồng sấy
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 10
Chương II
KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU VỀ GỖ
2.1 Gỗ và công dụng của gỗ
Gỗ là một dạng tồn tại vật chất có cấu tạo chủ yếu từ các thành phần cơ bản như:
xenluloza (40-50%), hemixenluloza (15-25%), lignin (15-30%) và một số chất khác. Nó
được khai thác chủ yếu từ các loài cây thân gỗ.
Công dụng
- Sơ bộ thống kê hiện nay trên thế giới có khoảng trên 100 ngành dùng gỗ làm nguyên,
vật liệu với trên 22.000 công việc khác nhau và sản xuất ra hơn 20.000 loại sản phẩm.
- Gỗ là nguyên, vật liệu được con người sử dụng lâu đời và rộng rãi, là một trong những
vật tư chủ yếu của nền kinh tế quốc dân.
- Trong các văn kiện chính thức từ trước tới nay, chính phủ Việt Nam vẫn xếp gỗ đứng
hàng thứ ba sau điện và than.
- Gỗ được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, kiến
trúc, xây dựng, khai khoáng.
- Ngoài ra gỗ còn được dùng làm văn phòng phẩm, nhạc cụ, dụng cụ thể dục thể thao,
đóng toa tầu, thùng xe, thuyền, phà, cầu cống, bàn ghế và dụng cụ học sinh, đồ dùng trong
gia đình, công sở và chuyên dùng như bệnh viện, thư viện .
2.2 Một số tính chất của gỗ
2.2.1 Cấu trúc gỗ
Gỗ có cấu tạo từ những tế bào khác nhau về hình dáng và chức năng. Cấu tạo hoá học
của màng tế bào là phức tạp, thành phần của nó gồm: 50%cenllulose, 25% hemi cenllulose
và phần còn lại là ligin và một số chất vô cơ ở dạng tinh thể chứa trong ruột tế bào. Phần tử
cơ bản của màng tế bào là colocidmixen cấu tạo từ chuổi phân tử cenllulose có hướng chủ
yếu dọc theo thân cây: đường kính mixen từ 5÷20µm, chiều dài có thể khác nhau. Trong
những mô gỗ bị ngập nước những lớp nước mỏng và cấu tạo như trên gọi là chuổi mixen.
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 11
Khi giảm nước giữa các phần tử mixencenllulose thì màng tế bào bị co lại. Về mặt hoá học
thì xem gỗ là tổ chức mixen háo nước.
Gỗ là một loại vật liệu không đồng nhất về cấu tạo, tính chất và loại vật liệu không đẳng
hướng. Có một lượng nước nhất định bên trong gỗ nước này tồn tại dưới hai dạng: nước tự
do có trong bó mạch xoang bào và nước dính ở giữa các bó mạch làm cầu nối giữa các
mixencellulose trong vách tế bào.
Trên mặt cắt ngang của gỗ ta thấy những vòng năm đồng tâm. Khi xem xét cấu trúc của gỗ
người ta phân biệt ba hướng vuông góc sau đây:
Hình 2.1 Cấu trúc gỗ
+ Hướng bán kính : hướng dọc theo bán kinh vòng năm .
+ Hướng tiếp tuyến : hướng tiếp xúc với vòng năm.
+ Hướng trục : hướng dọc theo trục của cây
Tương ứng với các hướng trên người ta có các mặt cắt sau:
+ Mặt cắt ngang
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 12
+ Mặt cắt tiếp tuyến
+ Mặt cắt xuyên tâm
Ngoài ra còn có những mắt cây, tại những mắt cây này sự sắp xếp gỗ là không giống nhau
do đó làm cho cấu trúc gỗ cũng khác đi. Mặt khác do thành phần cấu tạo của gỗ chủ yếu là
cenlulo (C
6
H
10
O
5
)
n
(n > 2000) và được cấu tạo thành từng lớp gọi là lớp mixen. Những lớp
này tạo ra mao dẫn, theo các mao dẫn này mà nước sẽ xâm nhập vào gỗ rất nhanh
Khi quan sát bằng mắt thường ở các loại gỗ dẻ, sồi và khi quan sát bằng kính hiển vi ở
các loại thông dương … Người ta thấy những dãy ánh sáng hoặc hơi tối bị đứt quảng và
nằm theo thân cây và được gọi là tia gỗ.
Giữa các thớ cũng xuất hiện lực liên kết , lực liên kết giữa các thớ gỗ và tia gỗ yếu hơn
giữa các thớ gỗ với nhau. Tia gỗ liên hệ với vòng năm theo hướng bán kính của cây hơn
các hướng khác.
Ở gỗ sồi, thông, bá dương, du, thông rụng phần giữa cây gọi là lõi, có màu đậm hơn, lõi
cây đậm và chắc hơn, khó thoát nước và chậm khô, phần bìa vỏ cây có phần sáng hơn gọi
là giác.
Do quá trình sinh trưởng, lõi dịch khỏi tâm hình học của cây khi đó gỗ trở thành đặc
hơn. Vòng trong đen hơn và có khuyết tật, loại gỗ này khi sấy sẽ bị cong vênh dọc theo cây.
Nếu gỗ có thớ xiên hoặc thớ vặn gọi là gỗ vặn thớ, khi sấy gỗ loại này thường xảy ra hiện
tượng xoắn vặn dọc theo thớ.
• Tóm lại
Cấu trúc của gỗ rất phức tạp, đa dạng và không đồng nhất về mặt cấu trúc, biến động khá lớn do
ảnh hưởng của các điều kiện sinh trưởng tự nhiên.Tuy nhiên trong từng loại gỗ vẫn
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 13
biểu hiện được những đặc thù có tính chất đặc trưng và qua đó có được những tính chất cơ lý đặc
thù cho từng loại gỗ có tính chất quy luật đến quá trình khô của gỗ. Tuy nhiên, trong lĩnh vực sấy
ta chỉ quan tâm đến các tính chất cấu trúc ảnh hưởng đến quá trình dẫn ẩm liên quan đến quá trình
khô của gỗ và một phần có ảnh hưởng đến quá trình co rút làm nảy sinh những khuyết tật trong gỗ
trong quá trình sấy, ảnh hưởng đến chất lượng sấy.
• Thông thường cần lưu ý các đặc điểm cấu trúc sau:
+ Hình thức phân bố tế bào gỗ: gỗ lá kim sấy nhanh hơn gỗ lá rộng. Gỗ lá rộng mạch xếp vòng dễ
sinh ra khuyết tật hơn gỗ mạch phân tán. Do đó đối với loại gỗ này tuy có khối lượng riêng như
nhau nhưng sẽ sấy với chế độ sấy mềm hơn một cấp.
+ Tia gỗ: đây cũng là một đặc điểm cấu tạo có khả năng gây nên khuyết tật trong gỗ trong quá trình
sấy, ảnh hưởng đến chất lượng sấy, do đó cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn các thông số chế độ
sấy và ảnh hưởng đến thời gian sấy. Tuy nhiên sự khác biệt về tia gỗ giữa các loại gỗ cũng không
lớn lắm (chỉ ở một vài loài, đặc biệt là gỗ dẻ).
+ Giác và lõi: Phần gỗ giác bao giờ cũng khô nhanh và ít sinh khuyết tật hơn phần gỗ lõi, nhưng
trong thực tế sản xuất phần gỗ giác coi như bỏ đi, trừ giác của gỗ cẩm lai. Nếu tận dụng và sấy thì
cũng dễ dàng sấy khô.
+ Thê bít: trong ngâm tẩm và sấy gỗ. Trong sấy gỗ, thê bít sẽ hạn chế rất nhanh đến quá trình di
chuyển ẩm trong gỗ và làm cho gỗ khô rất chậm, gây nên chênh lệch ẩm độ giữa những lớp bên
trong gỗ và lớp gỗ bề mặt và dễ hình thành nứt nẻ bề mặt gỗ trong quá trình sấy, nhất là ở giai
đoạn đầu của quá trình sấy.
2.2.2 Độ ẩm của gỗ
2.2.2.1 Độ ẩm của gỗ
Ở điều kiện bình thường tất cả các loại gỗ đều chứa một lượng nước, lượng nước chứa trong gỗ
tại một thời điểm bất kỳ gọi là độ ẩm của gỗ.
SVTH: Nguyễn Văn Minh - Lớp : 05N1Trang 14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét