sản phẩm chế biến từ gỗ đóng vai trị quan trọng khơng mặt thẩm mỹ mà cịn lợi ích kinh tế Hầu hết gỗ khai thác từ rừng, có phần khơng nhỏ gỗ khai thác bất hợp pháp, làm cho tài nguyên rừng ngày cạn kiệt Để nâng cao ý thức việc khai thác gỗ, cần tăng cường trồng rừng thay nâng cao khả chế biến gỗ nhằm sử dụng cách tối đa lượng gỗ khai thác Ở Việt Nam có nhiều doanh nghiệp chế biến gỗ tập trung chủ yếu TP Đà Nẵng Các doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ góp phần quan trọng phát triển chung nghành sản xuất chế biến gỗ xuất Việt Nam đóng góp phần khơng nhỏ vào ngân sách địa phương Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ chưa có nhận thức đắn vai trò quan trọng việc sấy gỗ Một số doanh nghiệp có quan tâm đến việc sấy gỗ chủ yếu làm theo kinh nghiệm, khơng theo quy trình bản, kỷ thuật Trong đó, hạn chế lớn doanh nghiệp khả nhận biết tính chất gỗ, để từ có chế độ sấy phù hợp tránh xảy khuyết tật cho gỗ Đây lần nhận đề tài “Thiết kế hệ thống sấy gỗ”
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA GỖ
Vai trò của độ ẩm trong gỗ và mục đích sấy gỗ
1.1.1 Vai trò của độ ẩm trong gỗ :
- Quá trình sấy gỗ là quá trình rút nước trong gỗ ra, tức quá trình làm bay hơi nước trong gỗ, quá trình làm khô gỗ
- Lượng nước chứa trong gỗ tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, chủ yếu dưới hai dạng: nước tự do và nước liên kết.
- Nước tự do là nằm trong các khoang bào, ruột tế bào, nằm trong hệ thống mao quản của gỗ nên còn gọi là nước mao quản.
Nước liên kết, hay còn gọi là nước dính ướt, là loại nước thấm nằm trong vách tế bào, giữa các bó cellulose Nó được hình thành thông qua các liên kết hóa học, chủ yếu là cầu hydro giữa phân tử nước và phân tử cellulose Ranh giới giữa nước liên kết và nước tự do quyết định điểm bão hòa của thớ gỗ.
Sấy gỗ là quá trình quan trọng nhằm loại bỏ nước khỏi gỗ đến độ ẩm yêu cầu thông qua bay hơi Quá trình này không chỉ giảm khối lượng gỗ mà còn tăng cường độ và ổn định kích thước, hạn chế cong vênh và nứt nẻ Ngoài ra, sấy gỗ còn cải thiện khả năng dán dính, trang trí, chống nấm mốc và sinh vật gây hại, đồng thời nâng cao tính âm thanh của gỗ.
Trong quá trình sấy gỗ, việc xử lý nhiệt, xử lý giữa chừng và xử lý cuối là rất quan trọng Xử lý nhiệt giúp làm nóng gỗ trong môi trường có độ ẩm bão hòa, tăng khả năng thoát ẩm cho gỗ ở giai đoạn sau Xử lý giữa chừng nhằm giảm thiểu hiện tượng nứt nẻ bề mặt gỗ do sự chênh lệch độ ẩm giữa lớp bề mặt và bên trong Cuối cùng, xử lý cuối cùng giúp loại bỏ sự không đồng đều về độ ẩm trên bề mặt cắt ngang, đồng thời giảm ứng suất dư để ngăn ngừa nứt ngầm và biến dạng của gỗ sau khi sấy.
Tính chất của gỗ liên quan đến quá trình sấy
Gỗ, giống như nhiều vật liệu ẩm khác, có cấu trúc xốp với khoảng cách giữa các phân tử lớn hơn kích thước của chúng Không gian giữa các phân tử này được gọi là mao dẫn hoặc lỗ xốp, và đối với vật liệu ẩm, các mao dẫn này thường chứa đầy nước.
Cấu trúc không gian của mao dẫn và lỗ xốp rất phức tạp, với các tính chất được xác định bởi nhiều yếu tố như độ xốp, độ thẩm thấu, cũng như hình dạng và kích thước của các lỗ xốp.
- Độ xốp của gỗ được xác định bằng công thức:
Trong đó: V, Vl, Vk - Thể tích vật liệu ẩm, của các lỗ xốp và của phần khung vật liệu khô, m 3 ;
- Độ xốp bề mặt được xác định theo công thức:
Với FL - là tổng diện tích của các lỗ xốp trên mặt cắt có diện tích F.
Cấu tạo gỗ có ảnh hưởng sâu sắc đến tính chất và khuyết tật tự nhiên của gỗ, điều này rất quan trọng cho việc nhận biết, gia công, chế biến và sử dụng đồ gỗ hiệu quả Việc hiểu rõ cấu trúc gỗ giúp xác định mục đích sử dụng và chế độ gia công hợp lý, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng gỗ Trong tự nhiên, gỗ được chia thành hai loại chính: gỗ lá rộng (gỗ cứng) và gỗ kim (gỗ mềm) Phần tia gỗ của gỗ lá rộng chiếm từ 5 đến 10% thể tích cây, trong khi gỗ lá kim chỉ chiếm từ 1 đến 2% Ngoài ra, cần chú ý đến các khuyết tật tự nhiên của gỗ như mắt gỗ, khuyết tật hình dạng (cong, thót nhọn, u bạch, bọng lõm), và khuyết tật do cấu tạo (thớ nghiêng, loạn thớ, gỗ lệch tâm, gỗ hai tâm).
Độ ẩm tương đối của gỗ là tỷ lệ phần trăm nước có trong gỗ so với khối lượng của gỗ tươi Để xác định độ ẩm tương đối, người ta sử dụng công thức tính toán dựa trên trọng lượng của gỗ khô và gỗ ướt.
Trong đó G, Go là khối lượng gỗ tươi và gỗ khô kiệt, kg.
- Độ ẩm tương đối của gỗ biến thiên từ 0 đến 100%.
Trong quá trình sấy gỗ, khối lượng gỗ thay đổi từ G1 đến G2, tương ứng với độ ẩm tương đối trước và sau khi sấy là Wa1 và Wa2 Do lượng gỗ khô trước và sau khi sấy là giống nhau, ta có mối quan hệ giữa các đại lượng này.
Để sấy gỗ hiệu quả, cần xác định khối lượng gỗ ban đầu G1, độ ẩm ban đầu Wa1 và độ ẩm cuối cùng Wa2 mà quá trình sấy cần đạt được Từ đó, khối lượng gỗ sau khi sấy sẽ được tính toán dựa trên các thông số này.
Trong quá trình sấy gỗ, việc theo dõi khối lượng gỗ giúp xác định độ ẩm hiện tại và thời điểm dừng sấy một cách chính xác.
1.2.2.2 Độ ẩm tuyệt đối của gỗ :
Độ ẩm tuyệt đối của gỗ được định nghĩa là lượng nước có trong gỗ tính trên một đơn vị khối lượng gỗ khô hoàn toàn (gỗ khô kiệt) Để tính toán độ ẩm tuyệt đối, có thể áp dụng công thức cụ thể cho việc xác định hàm lượng nước trong gỗ.
Khái niệm độ ẩm gỗ thường được sử dụng để chỉ mức độ ẩm trong gỗ Giá trị độ ẩm tuyệt đối của gỗ có thể dao động từ 0 đến vô hạn, tùy thuộc vào lượng nước có trong gỗ.
- Tương tự với độ ẩm tương đối, ta có mối quan hệ giữa lượng gỗ trước và sau khi sấy và độ ẩm tuyệt đối như sau:
- Quan hệ giữa độ ẩm tương đối và tuyệt đối như sau: a a
- Ta có thể xác định lượng hơi nước thoát khỏi gỗ trong một đơn vị thời gian nhất định: a2 a2 a1 1 a1 a2 a1 2 2
(1-10) hoặc xác định theo độ ẩm tuyệt đối:
- Nếu sấy khô kiệt hoàn toàn thì G = Ga tức bằng lượng hơi nước chứa trong gỗ
Bảng 1.1 Quan hệ giữa độ ẩm toàn phần và khối lượng các thành phần của gỗ
Trong giai đoạn đầu, khi độ ẩm Wa còn cao, việc giảm độ ẩm 10% dẫn đến lượng hơi nước thoát ra rất lớn Tuy nhiên, ở giai đoạn cuối khi độ ẩm đã thấp, để giảm độ ẩm Wa cùng 10%, lượng ẩm thoát ra lại rất nhỏ.
Khi đặt hai mẩu gỗ trong môi trường không khí có độ ẩm nhất định, một mẩu gỗ ướt với độ ẩm cao và một mẩu gỗ khô gần như 0% sẽ có sự thay đổi về độ ẩm Độ ẩm của mẩu gỗ ướt sẽ giảm dần, trong khi độ ẩm của mẩu gỗ khô sẽ tăng lên Cuối cùng, độ ẩm của hai mẩu gỗ này sẽ tiệm cận đến một giá trị ổn định được gọi là độ ẩm cân bằng.
Wcb Thực tế cho thấy độ ẩm của hai mẩu gỗ rất khó đạt giá trị cân bằng mà thường chênh lệch nhau từ 1÷3% xung quanh giá trị đó
Khi đặt trong môi trường không khí, mẩu gỗ ướt sẽ dần khô đi do độ ẩm giảm, quá trình này được gọi là làm khô hay khử hấp thụ Ngược lại, mẩu gỗ khô sẽ hấp thụ độ ẩm từ không khí và trở nên ẩm ướt hơn, quá trình này được gọi là hút ẩm hay hấp thụ.
Quá trình làm khô của gỗ
Quá trình hút ẩm của gỗ
Hình 1-1: Quá trình cần bằng độ ẩm của gỗ
- Theo G.K Phylonchenko độ ẩm cân của vật liệu ẩm được xác định bằng:
- Trong đó B, b và n là các hằng số thực nghiệm và cho ở bảng dưới đây:
Bảng 1-2 : Các giá trị thực nghiệm B, b và n
- Đối với các loại hạt, G.A Egorov đề xuất công thức xác định độ ẩm cân bằng hấp phụ như sau:
Trong đó K1 và K2 là các hằng số thực nghiệm và được xác định tuỳ thuộc vào khoảng của cb.
Nếu cbh = 0÷8% và 0 < 30%), thời gian sấy (Δt) không nên quá lớn Mặc dù đây là giai đoạn có cường độ thoát ẩm cao, nhưng việc chai cứng bề mặt gỗ có thể cản trở quá trình thoát ẩm sau này, dẫn đến việc kéo dài thời gian sấy hoặc gây nứt bề mặt gỗ.
Trong giai đoạn gỗ có độ ẩm từ 25 đến 30%, gỗ thường gặp phải tình trạng công vênh và biến dạng Do đó, người vận hành cần chú ý giảm tốc độ sấy bằng cách tăng cường phun ẩm bổ sung để điều hòa độ ẩm trong quá trình sấy gỗ.
- Giai đoạn cuối thoát ẩm liên kết ( w< 20%) cần tăng dần thế sấy để rút ngắn thời gian sấy.
- Khi độ ẩm của gỗ giảm xuống dưới điểm bão hoà thớ gỗ tốc độ sấy giảm dần.
Các loại chế độ sấy: Trong phạm vi đồ án sử dụng phân loại chế độ sấy như sau:
-Chế độ sấy gia tốc: Nhiệt độ sấy cao hơn nhiệt độ sấy định mức 2025 0 C
Chế độ sấy nhiệt độ cao được áp dụng chủ yếu cho lò sấy hơi quá nhiệt, với nhiệt độ vượt quá 200°C và nhiệt độ nhiệt kế ướt được giữ cố định ở mức ttt 0°C.
- Chế độ sấy nhiệt độ thấp: Nhiệt độ sấy trong khoảng từ 50 0 60 0 C
2.1.3.3 Nguyên lý tuần hoàn của TNS trong buồng sấy :
Trong hầm sấy, tác nhân sấy chính là không khí nóng, giúp tiết kiệm nhiệt lượng Sau khi đi qua đống gỗ, chỉ một phần nhỏ không khí nóng được thải ra ngoài, trong khi đại bộ phận không khí được tái sử dụng bằng cách trộn với không khí mới Quá trình này diễn ra qua bộ phận trao đổi nhiệt trước khi không khí trở lại đống gỗ để tiếp tục quá trình sấy.
Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý tuần hoàn TNS và đồ thị I-d thể hiện sự tuần hoàn TNS
Không khí tại điểm (2) sau khi ra khỏi đống gỗ vẫn còn có nhiệt độ tương đối cao, do đó khi tái sử dụng, cần cấp nhiệt nhiều hơn so với không khí mới Điều này giúp dễ dàng làm nóng không khí đến nhiệt độ phù hợp cho chế độ sấy.
- Quá trình sấy tuần hoàn nhiều lần được tiến hành theo sơ đồ nguyên lý hình 3.2.
- Đường 0 - 2 biểu thị quá trình hỗn hợp giữa không khí mới tại (0) và không khí thừa tại
(2) tạo thành hỗn hợp không khí (3) trước khi vào calorifer.
Xác định kích thước buồng sấy
Elo:dung tích của một lò sấy, khối lượng gỗ sấy được sấy trong lò (m 3 /mẻ).
Elo% m 3 /mẻ m: số lượng đống gỗ có trong lò sấy Chọn m=4 đống
v: hệ số điền đầy đống gỗ
h: hệ số điền đầy đống gỗ theo chiều cao.
h= 25 1 , 08 * % 1, 08 25 25 = 0,481 Với = 25 mm là chiều dày gỗ sấy
b: hệ số điền đầy theo chiều rộng Chọn b=0,9 ( tra bảng 14-sấy gỗ)
l: hệ số điền đầy theo chiều dài Chọn l= 0,89
Từ đó ta có thể tính được thể tích một đống gỗ là:
Từ đó ta chọn kích thước đống gỗ là:
Vậy thể tích đống gỗ là: Vdong=ldong bdong hdong= 3,2 2 2,5 = 16 m 3
Từ đó ta chọn hầm sấy có kích thước như sau [ Sấy gỗ- ĐH Nông Lâm]
H= hdong+ Hk + h1 + h2 + h3 = 2,5 + 0,9 + 0,1 + 0,3 + 0,4 = 4,2 m Trong đó: ldong= 3,2 m, là chiều dài đống gỗ bdong= 2 m, là chiều rộng đống gỗ hdong=2,5 m, là chiều cao đống gỗ
Hk = 0,9m : khoảng cách đặt calorifer h1 = 0,1m - độ dày của trần h2 = 0,3m : khe hở giữa đống gỗ với trần hầm h3 = 0,4m : chiều cao xe goong
2.2.2 Kích thước bên trong hầm :
