PBL dự án đề tài NGHIÊN cứu THIẾT kế THIẾT bị sấy gỗ tự ĐỘNG

Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT – ĐIỆN LẠNH －－◎－◎－－ PBL DỰ ÁN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THIẾT BỊ SẤY GỖ TỰ ĐỘNG HỌC PHẦN: PBL KỸ THUẬT SẤY Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Văn Vang Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm – 19.22B Lớp: 19NCLC Thành viên: Đặng Minh Quân ( Nhóm trưởng ) Trương Quốc Thịnh Bùi Thanh Lịch Ngơ Văn Mạnh Phạm Minh Huy Khóa 2019 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY LỜI MỞ ĐẦU Nhằm thúc đẩy phát triển ngành chế biến, sản xuất gỗ thị trường Việt Nam lên bước tiến mới, sử dụng tối ưu số lượng gỗ khai thác, giảm nguy cạn kiệt tài nguyên rừng, tăng cường lợi ích kinh tế,… Ở Việt Nam có nhiều doanh nghiệp chế biến gỗ, chủ yếu Bình Định Về nhu cầu: Các doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ góp gỗ tập trung chủ phần quan trọng phát triển chung nghành sản xuất chế biến gỗ xuất Việt Nam đóng góp phần không nhỏ vào ngân sách địa phương Hiện Việt Nam xuất từ gỗ sản phẩm gỗ tăng năm, từ 6,9 tỷ USD năm 2015 tăng mạnh lên 12,37 tỷ USD năm 2020 hết năm 2021 dự kiến xuất đạt 15 tỷ USD Vì nên nhu cầu sản xuất, chế biến gỗ cần thiết cho công nghiệp VN Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ chưa có nhận thức đắn vai trị quan trọng việc sấy gỗ, phương pháp sấy gỗ Câu hỏi đặt cần phải sấy gỗ? Bởi gỗ trạng thái tự nhiên chứa lượng nước lớn, lượng nước tồn gỗ ảnh hưởng lớn tới tính chất gỗ Vai trò việc sấy gỗ quan trọng: nhằm giúp tăng chất lượng gỗ, tăng độ bền lý, tránh tượng co rút nứt nẻ, giảm trọng lượng gỗ nên giảm chi phí vận chuyển bảo quản, hạn chế phát sinh nấm côn trùng phá hoại gỗ, nâng cao tuổi thọ gỗ, bảo vệ sức khoẻ người tiêu dùng Mục tiêu dự án giúp sinh viên biết cách tổng quan gỗ, thiết bị sấy gỗ tự động phổ biến lựa chọn thiết bị sấy gỗ tự động phù hợp với yêu cầu cụ thể để vào nghiên cứu tính tốn, thiết kế thiết bị sấy Giúp sinh viên củng cố vận dụng lại kiến thức môn kĩ thuật sấy, sở ngành, thiết bị trao đổi nhiệt, Ngồi cịn trang bị rèn luyện cho sinh viên kĩ làm việc nhóm (giao tiếp, phản biên, hợp tác), kĩ tìm kiếm thơng tin kĩ sử dụng phần mềm phụ trợ (Autocad, Revit, ) q trình thực dự án Khơng vậy, giúp cho doanh nghiệp ấp ủ ý tưởng mở xưởng gỗ, hiểu rõ thêm thiết bị sấy gỗ tự động Nên lí chúng em đưa dự án: Nghiên cứu thiết kế thiết bị sấy gỗ tự động Phần nghiên cứu bao gồm tổng quát: Nghiên cứu vật ẩm; Lựa chọn phân tích thiết bị sấy gỗ tự động; Tính tốn thiết bị sấy gỗ tự động; Lập vẽ;… để hiểu rõ ưu điểm, nhược điểm cách thức sấy gỗ tự động Từ đó, nêu tư phương án khắc phục nhược điểm phát huy ưu điểm 2 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY MỤC LỤC Chương I: Nghiên cứu vật ẩm 1.1 Cấu tạo thành phần hóa học gỗ 1.1.1 Cấu tạo gỗ - Gỗ nhiều vật liệu ẩm khác có cấu trúc xốp Khoảng cách phân tử cấu tạo nên khung vật chất khơ lơn kích thước phân tử Khơng gian phân tử gọi mao dẫn hay lỗ xốp Đối với vật liệu ẩm mao dẫn hay lỗ xốp chứa đầy nước - Cấu trúc không gian mao dẫn hay lỗ xốp phức tạp Tính chất xác định loạt yếu tố độ xốp, độ thẩm thấu, dạng kích thước lỗ xốp - Độ xốp gỗ xác định công thức: εv = Vl V − Vk = V V Trong đó: V, Vl, Vk - Thể tích vật liệu ẩm, lỗ xốp phần khung vật liệu khô, [m3] - Độ xốp bề mặt xác định theo cơng thức: 3 Nhóm – 19.22B F εF = L F PBL – KỸ THUẬT SẤY Với FL - tổng diện tích lỗ xốp mặt cắt có diện tích F - Cấu tạo gỗ có liên quan chặt chẽ đến tính chất gỗ khuyết tật tự nhiên, sở cho nhận biết, gia công, chế biến sử dụng đồ gỗ Hiểu rõ vấn đề sử dụng mục đích xác định chế độ gia cơng hợp lý, qua nâng cao hiệu suất sử dụng gỗ Chẳng hạn, thiên nhiên có hai loại gỗ gỗ rộng (gỗ cứng) gỗ kim (gỗ mềm) Trong đó, phần tia gỗ loại gỗ rộng chiếm (5÷10)% thể tích cây, với gỗ kim tia gỗ chiếm (1÷2)% thể tích Đồng thời, cần nắm khuyết tật tự nhiên gỗ như: Mắt gỗ, khuyết tật hình dạng (cong, thót nhọn, u bạch, bọng lõm …), khuyết tật cấu tạo (thớ nghiêng, loạn thớ, gỗ lệch tâm, gỗ hai tâm …) 1.1.2 Thành phần hóa học gỗ - Gỗ dạng tồn vật chất có cấu tạo chủ yếu từ thành phần như: xenluloza (40-50%), hemixenluloza (15-25%), lignin (15-30%) số chất khác Nó khai thác chủ yếu từ loài thân gỗ - Thành phần hóa học gỗ thay đổi từ lồi sang loài, khoảng 50% carbon, 42% oxy, 6% hydro, 1% nitơ, 1% yếu tố khác ( chủ yếu canxi, kali, magie, sắt mangan ) theo trọng lượng Gỗ có chứa lưu huỳnh, clo, silic, photpho, yếu tố khác với số lượng nhỏ 4 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY 1.2 Xuất sứ gỗ Một phát năm 2011 New Brunswick Canada vén mở thực vật biết sớm có gỗ vào cách khoảng 395 đến 400 triệu năm Con người dùng gỗ hàng ngàn năm vào nhiều mục đích khác nhau, mà chủ yếu làm nhiên liệu vật liệu xây dựng nhà, công cụ, vũ khí, cơng trình nghệ thuật làm giấy 1.3 Tính chất vật lý gỗ 1.3.1 Tính giãn nở nhiệt: - Cũng vật liệu rắn khác, gỗ có tượng giãn nở nhiệt, nhiệt độ tăng gỗ giãn nở độ dài tăng lên Qui luật thay đổi độ dài gỗ xác định theo biểu thức: l = lo (1 + α.t ) Trong đó: l, lo độ dài gỗ nhiệt độ toCvà 0oC, [m] a hệ sơ giãn nở dài, [1/K] 5 (1-14) Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY - Hệ số giãn nở dài a đại lượng cho biết nhiệt độ tăng lên oC đơn vị chiều dài gỗ tăng lên α= dl lo dt , 1/K (1-15) - Đối với gỗ có đặc thù cần tính đến nhiệt độ tăng Do gỗ loại vật liệu xốp, nhiệt độ tăng, độ ẩm gỗ độ ẩm bão hoà thớ gỗ , kết hợp với tượng bay nước, gỗ khô đi, co rút lại mạnh Sự co rút bị khô lớn nhiều so với giãn nở nhiệt, kết gỗ bị co rút lại Vì mùa hè, nhiệt độ tăng bị nước nên thực tế gỗ co lại Ngược lại mùa đông gỗ giãn nở 1.3.2 Tính dẫn nhiệt - Gỗ loại vật liệu xốp nên có tính chất dẫn nhiệt kém, nói gỗ chất cách nhiệt Người ta ứng dụng tính chất gỗ để làm vật liệu cách nhiệt nhiều trường hợp kỹ thuật đời sống * Tính chất dẫn nhiệt gỗ: - Khơng có tính đẳng hướng, tức phụ thuộc vào hướng truyền nhiệt, mà chủ yếu hướng song song hay vng góc thớ gỗ Chẳng hạn theo chiều dọc thớ gỗ hệ số dẫn nhiệt lớn theo chiều ngang - Phụ thuộc vào độ ảm gỗ - Phụ thuộc vào loại gỗ: khối lượng riêng cấu tạo * Ảnh hưởng khối lượng riêng gỗ : - Gỗ có khối lượng riêng lớn xốp nên có hệ số dẫn nhiệt lớn ngược lại Nếu sâu vào chất trình dẫn nhiệt q trình truyền động 6 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY phân tử bên nội vật chất mật độ phân tử dày đặc trình truyền động dễ thực - Bằng thực nghiệm F Kollmann đưa công thức xác định mối quan hệ hệ số dẫn nhiệt gỗ vào khối lượng riêng sau: λ = 0,178.ρ + 0,022 (1-16) - Công thức (2-12) cho tất loại gỗ có độ ẩm khoảng 12% nhiệt độ 27oC - Theo chiều hướng thớ gỗ hệ số dẫn nhiệt khác Qua nghiên cứu F.F Wangaard, bề mặt cắt thớ gỗ theo chiều hướng kính hệ số dẫn nhiệt lớn chiều tiếp tuyến khoảng 5÷10% gỗ có rộng, cịn gỗ kim chênh lệch khơng đáng kể Cịn theo chiều dọc thớ gỗ hệ số dẫn nhiệt lớn gấp đôi theo chiều ngang thớ gỗ * Ảnh hưởng độ ẩm - Khi độ ẩm gỗ tăng hệ số dẫn nhiệt tăng lên, gỗ dẫn nhiệt tốt Độ ẩm tăng đến gần độ ẩm bão hồ thớ gỗ hệ số dẫn nhiệt tiến gần đến giá trị hệ số dẫn nhiệt nước, đạt điểm bão hoà thới gỗ hệ số dẫn nhiệt xấp xỉ nước - Trong phạm vi độ ẩm gỗ điểm bão hoà thớ gỗ, theo F Kollmann tăng độ ẩm gỗ lên 1% hệ số dẫn nhiệt gỗ tăng lên khoảng 0,7÷1,8%, trung bình 1,25% - Trong phạm vi độ ẩm từ 0% đến độ ẩm bão hoà thớ gỗ nhiệt độ xấp xỉ 27 oC mối quan hệ hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc độ biểu thị theo công thức: λ = λ1.[1 − 0,0125.( W1 - W2 )] (1-17) 7 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY * Ảnh hưởng nhiệt độ - Do gỗ vật liệu xốp có khoảng rỗng bên trong, nhiệt độ tăng lên nước bốc chiếm đầy khoảng rỗng thay cho khơng khí Do nước có hệ số dẫn nhiệt lớn khơng khí nhiều nên hệ số dẫn nhiệt gỗ nói chung tăng Mặt khác đối lưu nước khoảng rỗng tăng lên nhiệt độ tăng nên hệ số dẫn nhiệt tăng - Mối liên hệ hệ số dẫn nhiệt nhiệt độ thể hiệu qua công thức: t −t   λ = λ1.1 − (1,1 − 0,98.ρ o )  100   (1-18) ro - Khối lượng riêng gỗ khô kiệt, [kg/m3] - Công thức sử dụng phạm vi nhiệt độ -50 oC ÷100oC Khi cho t1= 0oC t2 = t ta có: t   λ = λ 1 + (1,1 − 0,98.ρ o ) 100   (1-19) 1.3.3 Khối lượng riếng gỗ - Là khối lượng vách tế bào gỗ đơn vị thể tích vách tế bào gỗ tương ứng Khối lượng riêng tất loại gỗ gần nhau, khoảng 1,54g/cm3 - Đối với loại gỗ thường giá trị trung bình 1,54 g/cm3 1.3.4 Nhiệt dung riêng gỗ - Nhiệt dung riêng gỗ lượng nhiệt cần thiết tính kJ để làm nóng kg gỗ tăng lên 1oC 8 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY - Gỗ có nhiệt dung riêng lớn , muốn làm nóng gỗ phải cung cấp cho lượng nhiệt lớn Nhiệt dung riêng gỗ phụ thuộc nhiều vào độ ẩm gỗ phụ thuộc vào nhiệt độ - Nhiệt dung riêng gỗ xác định theo cơng thức sau (theo [TL4] , trang 23) :  26,6 + 0,116 + ω  C = 4,19  100 + ω   , kJ/kg.K (1-20) Với : ω – độ ẩm tương đối gỗ - Ngoài theo H.M Kupullop, nhiệt dung riêng gỗ - Đối với gỗ ướt C = 0,28   t  W 1 + 100     0, ,[Kcal/kg.độ] (1-21) Với : W : Độ ẩm gỗ t : Nhiệt độ gỗ - Đối với gỗ khô: C = 0,28   t  W 1 + 100     0, + 0,09 ,[Kcal/kg.độ] (1-22) - Trên sở thực nghiệm: Durlop (Mỹ) đưa cơng thức tính nhiệt dung riêng C sau: C = 0,266 + 0,0016.t ,[Kcal/kg.độ] (1-23) - Trong khoảng nhiệt độ: t = (0 ÷ 100)0C nhiệt dung riêng trung bình gỗ: 9 Nhóm – 19.22B 100 ( 0,266 + 0,0016.t )dt 100 ∫0 Ctb = PBL – KỸ THUẬT SẤY ,[Kcal/kg.độ] (1-24) - Theo Durlop, khối lượng gỗ thay đổi từ (0,23 ÷ 1,1)kg/cm nhiệt dung riêng C không phụ thuộc vào r Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng C vào W gỗ xác định: C= w + 0,324 1+ w , ,[Kcal/kg.độ] (1-25) - Ngoài gỗ cịn có tính chất khác như: Tính dẫn nhiệt (tỷ nhiệt, tính chất truyền nhiệt, tỏa nhiệt, giản nở nhiệt), tính chất dẫn điện, tính chất truyền âm, khả chống lại sức xuyên qua sóng điện từ, màu sắc, mùi vị tính phản quang 1.4 Ứng dụng gỗ - Mang nhiều ưu điểm bật gỗ tự nhiên ưa chuộng ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống như: + Nguyên liệu gỗ tự nhiên dùng công nghiệp sản xuất giấy + Sử dụng làm tàu, thuyền, ghe… + Gỗ tự nhiên dùng làm sàn nhà, cửa, dầm, tường, xà kèo… + Sản xuất số đồ nội thất bàn ghế, kệ ti vi, tủ bếp, tủ quần áo… + Được dùng để chế tạo số loại nhạc cụ mộc cầm, violon, kèn clarinet… + Gỗ tự nhiên cịn dùng làm gậy bóng chày, ván trượt, khúc cầu, gậy bóng vợt cung…… 10 10 Nhóm – 19.22B PBL – KỸ THUẬT SẤY kt = = 1,41 0.22 2.0,015 + + + 14,51 0,77 0,93 3,12  W/m2K Vậy tổn thất nhiệt qua tường bao là:  -  Qt = Ft.kt.(tf1 – to), W  Ft diện tích tường bao,  Ft = (2.r.H + 2.L.H) = 2.4,6.4,2 + 2.4,2.7,2 = 99,12 m2  Qt = 99,12.1,41.(40,5 – 25) = 2166,27 W Tổn thất qua trần buồng là: k tr = 1 δ + + α 1tr λ α 2tr   Trong đó:  Vậy ta có: α 2tr = α 1,3 = 3,12.1,3 = 4,056 k tr = 1 0,22 2.0,015 + + + 14,51 0,77 0,93 4,056    W/m2K = 1,58 W/m2K Nhiệt truyền qua trần buồng sấy là: Qtr = ktr.Ftr.(tf1 – to) = 1,58.7,2.4,6(40,5 - 25) = 811,1 W  Vậy tổng tổn thất môi trường là:    Qbc1 = Qn + Qt + Qtr = 1159,2 + 2166,27 + 811,1 = 4136,56W = 14891,652 kJ/h qbc1 = Qbc 14891,652 = = 218,2 W1 68,25 kJ/kgẩm  2.8.1.2 Tổn thất vật liệu mang  Để tính tổn thất cho giai đoạn sấy thấy nhiệt độ vật liệu sấy trước sau giai đoạn sấy nhỏ nhiệt độ trung bình tác nhân sấy Vì giai đoạn (1) vật liệu sấy vào có nhiệt độ thấp nhiệt độ tác nhân sấy môi trường (t2) giai đoạn (1) nên nhiệt độ giai đoạn (1) lấy nhỏ nhiệt độ trung bình tác nhân sấy khoảng (4oC÷5oC) Như có: 32 32 Nhóm – 19.22B  v1 t PBL – KỸ THUẬT SẤY o = t2 = 31 C  31 + 55 o   − = 35,5 C    tv21 =  Nhiệt dung riêng vật liệu sấy tra bảng [1] ta  Cv1 = 2,72 (gỗ đưa vào với độ ẩm 62%)  Tổn thất nhiệt vật liệu mang tính theo biểu thức:  Qv1 = G21.Cv1(tv2 – tv1) = 20748.2,72.(35,5 – 31) = 253955,52 kJ qv = Qv 253955,52 = = 3720,96 W1 68,25  kJ/kgẩm  2.8.2 Giai đoạn (2)  2.8.2.1 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che − Tổn thất qua buồng sấy phụ thuộc nhiều vào cấu tạo địa tầng Mặc dù thiết bị sấy xử lý bê tông gạch vỡ láng xi măng theo kinh nghiệm vùng ẩm ướt tổn thất lớn so với đất khô Ở Việt Nam chưa có số liệu nghiên cứu tổn thất ta dựa vào bảng số liệu nghiên cứu thực tế Nga Bảng số liệu tổn thất qua phụ thuộc vào khoảng cách X(m) tường thiết bị sấy với tường phân xưởng nhiệt độ trung bình tác nhân sấy thiết bị sấy Theo tài liệu [1], trường hợp với nhiệt độ trung bình tác nhân sấy  46,50C nên ta chọn được: qn= 40W/m2 Với khoảng cách X = 1m thiết bị sấy trường hợp ta bố trí đặt gần  kề với phân xưởng bên cạnh  − Vậy : Qn= Fn.qn =7,2.4,6.40 =1324,8W Tổn thất qua tường bao: tf1 =   Với tf1 nhiệt độ trung bình TNS: Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu khơng khí buồng với tường α xác định theo tài liệu [2] sau:  Khi v