thiết kế và chế tạo hệ thống tẩm áp lực chân không sử dụng cho biến tính một số loại gỗ rừng trồng tại việt nam

TÓM TẮT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TẨM ÁP LỰC CHÂN KHÔNG SỬ DỤNG CHO BIẾN TÍNH MỘT SỐ LOẠI GỖ RỪNG TRỒNG TẠI VIỆT NAM Việc xử lí gỗ như thế nào đang ngày dần phổ biến trong nhữn

GIỚI THIỆU

Tính cấp thiết của đề tài

Khoa học công nghệ kỹ thuật đang đổi mới và cải tiến theo từng ngày và việc xử lý gỗ cũng được chú trọng hơn vì gỗ tự nhiên được sử dụng rất nhiều trong xây dựng và các đồ nội thất, chẳng hạn như tủ, bàn ghế, kệ… Chúng ở quanh chúng ta bởi vì gỗ có rất nhiều ưu điểm như độ chịu lực, tuổi thọ lâu dài, dễ khai thác,… Như vậy, nó đã trở thành một trong những vật liệu không thể thiếu trong đời sống của con người

Nghiên cứu và cải thiện tính chất gỗ là vấn đề quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại Tẩm chân không áp lực, tẩm hóa chất và công nghệ biến tính gỗ bằng vật liệu nano là những phương pháp được nghiên cứu rộng rãi Các hợp chất nano như TiO2, SiO2, ZnO có giá thành thấp, an toàn với môi trường và nâng cao đáng kể các tính chất cơ học, độ bền sinh học và các tính chất khác của gỗ.

Những nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng hạt nano để xử lý gỗ vào năm 1996, Miyafuji và Saka đã tiến hành thí nghiệm đưa các hạt nano TiO2 và SiO2 vào trong gỗ Sồi rừng Trong nghiên cứu của mình, các tác giả đã sử dụng phương pháp điền đầy trực tiếp để đưa hạt nano vào trong gỗ từ đó tạo thành vật liệu gỗ - nano mới có những tính năng nổi trội hơn hẳn so với gỗ Sồi không qua xử lý Cụ thể là: vật liệu tạo thành có tính ổn định kích thước cao hơn, khả năng hút ẩm của gỗ giảm đi (khoảng 40%), cường độ gỗ tăng lên đáng kể, khả năng chậm cháy của gỗ cũng được cải thiện rõ rệt [2]

Nghiên cứu của Xiaolin Cai (2011) chứng minh rằng thời gian hút chân không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bề mặt của gỗ Khi ngâm tẩm gỗ Maple và Oak trong hỗn hợp có chứa hạt nano silic, thời gian hút chân không ngắn, chỉ trong khoảng từ 30 giây đến 10 phút, đã cải thiện đáng kể các đặc tính như độ cứng tĩnh, độ cứng va đập và độ mài mòn của bề mặt gỗ.

Do đó để biết được các tính chất của các loại gỗ ở Việt Nam, củ thể là gỗ thông, gỗ keo và cũng như để phục vụ cho việc nghiên cứu về sau này của khoa Cơ khí Chế Tạo Máy mà nhóm đã quyết định chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TẨM ÁP LỰC CHÂN

KHÔNG SỬ DỤNG CHO BIẾN TÍNH MỘT SỐ LOẠI GỖ RỪNG TRỒNG TẠI VIỆT NAM” và thực hiện đề tài một cách tốt nhất mà trong khả năng nhóm có thể thực được Với đề tài này chúng em hy vọng có thể góp một phần vào việc hỗ trợ cũng như là giúp các thế hệ sau này có được môi trường học tập tốt hơn và thiết bị đầy đủ.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Tạo điều kiện, môi trường thuận lợi cho việc nghiên cứu để phát triển các kỹ năng, vận dụng kiến thức đã học được vào đời sống

Tạo ra sản phẩm mới, góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà Đây cũng sẽ là tiền đề để cải tiến, phát triển sản phẩm và ứng dụng vào trong các lĩnh vực khác có liên quan

Giúp cho việc nghiên cứu trở nên dễ dàng hơn và cũng để cho việc đánh giá và học tập sau này của sinh viên

Cải thiện được cơ sở vật chất đối với môi trường học tập

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu chức năng cơ bản, nguyên lý và cơ cấu của hệ thống tẩm áp lực chân không và các kiến thức liên quan đến gỗ

Thiết kế mô hình 3D bằng phần mềm Autodesk Inventor 2022

Tính bền và hoàn chỉnh thiết kế cho các chi tiết

Chế tạo, lắp ráp mô hình thử nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Gỗ cứng (cao su, keo); gỗ mềm ( thông)

Nguyên lý vận hành của hệ thống

Dung dịch ngâm tẩm: Phenol - Formaldehyde (PF), nước màu

Bình chịu áp lực cao

Mô hình máy sử dụng cho mục đích ngâm tẩm

Nghiên cứ độ biến tính, thẩm thấu của gỗ thông, cao su, keo

Sử dụng dung dịch Phenol – Formaldehyde và nước màu để ngâm tẩm

Thể tích bình áp suất và bồn ngâm 20 lít Áp suất tối đa 10 bar

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận

Phương pháp nghiên cứu là những nguyên tắc và cách thức hoạt động khoa học nhằm đạt đến chân lý khách quan dựa trên cơ sở của sự chứng minh khoa học Theo định nghĩa này cần phải có những nguyên tắc cụ thể và dựa theo đó các vấn đề được giải quyết

Nghiên cứu mức độ chịu áp của vật liệu cũng như độ dày và độ kín khí để đảm bảo độ an toàn trong việc thiết kế, chế tạo và thử nghiệm máy tẩm áp lực chân không

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể Để thực hiện đề tài này, chúng em sử dụng một số phương pháp sau:

+ Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Tham khảo các nguồn tài liệu văn bản: sách, giáo trình, tài liệu tham khảo, các bài viết từ những nguồn tin cậy trên Internet, các công trình nghiên cứu… nhằm xác định được phương án điều khiển, gia công tối ưu cho máy

+ Phương pháp thực nghiệm: tiến hành thực nghiệm mức áp suất làm việc của máy Lấy đó làm cơ sở chính về lực trong việc tính toán, thiết kế chế tạo các chi tiết của máy

+ Phương pháp phân tích: sau khi đã tham khảo, nghiên cứu tài liệu và có được số liệu về mức áp tối hiểu và tối đa để làm việc thì việc phân tích các số liệu cũng như các tài liệu có liên quan là điều cần thiết Với mục đích là lựa chọn được cơ cấu điều khiển tối ưu trong môi trường làm việc (chủ yếu là trong xưởng gỗ)

+ Phương pháp mô hình hóa: là mục tiêu chính của đề tài, tạo cho chúng em có cơ hội để ôn lại kiến thức đã học và học hỏi được nhiều kinh nghiệm trong thực tiễn Việc chế tạo mô hình giúp kiểm nghiệm được lý thuyết và sữa chữa những chỗ sai mà phương pháp lý thuyết không thể thấy được.

Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu về đề tài và một số phương pháp, cách thức thực hiện đề tài

Chương 2: Trình bày tổng quan nghiên cứu của đề tài, bao gồm giới thiệu về máy kết cấu của máy, các nghiên cứu liên quan

Chương 3: Trình bày về cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài

Chương 4: Đưa ra phương hướng và các giải pháp để giải quyết vấn đề, bao gồm các nguyên lý vận hành

Chương 5: Tính toán chi tiết công suất động cơ, các bộ phận của máy, điều kiện bền… Chương 6: Chế tạo, thực nghiệm và đánh giá

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG TẨM ÁP LỰC CHÂN KHÔNG SỬ DỤNG CHO BIẾN TÍNH MỘT SỐ LOẠI GỖ RỪNG TRỒNG TẠI VIỆT

Tổng quan về quá trình ngâm tẩm

2.1.1 Giới thiệu về ngâm tẩm gỗ

Ngâm tẩm gỗ là quá trình sử dụng áp lực và thẩm thấu để đưa các chất bảo vệ như chất chống tia UV, chống mối mọt, chống ẩm vào bên trong gỗ Quá trình này giúp tăng khả năng chống chịu ẩm mốc, mối mọt và ánh nắng mặt trời, kéo dài tuổi thọ của các sản phẩm như đồ nội ngoại thất, công trình xây dựng, đồ trang trí và gia dụng.

Có thể thấy rằng việc ngâm tẩm này là một phương pháp xử lý bề mặt và bảo vệ gỗ rất hiệu quả Tuy nhiên, quy trình ngâm tẩm này thường được dùng và thực hiện bằng cách nhúng gỗ vào trong dung dịch bảo vệ gỗ Do đó, việc ngâm tẩm này sẽ đòi hỏi quy mô sản xuất lớn và cần có những trang thiết bị máy móc tân tiến và hiện đại, chẳng hạn như bể (bồn) ngâm và có thời gian thực hiện rất dài và lâu hơn so với phương pháp sơn phủ

Có thể nói rằng đối với ngành gỗ, tẩm bảo vệ hay ngâm tẩm gỗ là một khâu vô cùng quan trọng thuộc quy trình sản xuất và chế biến gỗ, cùng với thu thập gỗ, chế biến gỗ thô, sấy gỗ, xử lý gỗ, gia công gỗ, sơn phủ gỗ và bảo quản gỗ Tất cả các công đoạn này đều đòi hỏi kinh nghiệm, kỹ thuật và sự tỉ mỉ của người thợ, nhằm đảm bảo sản phẩm cuối cùng luôn có chất lượng cao và tốt nhất Bên cạnh việc áp dụng đầy đủ các bước theo quy trình thì việc lựa chọn được phương pháp ngâm tẩm và hóa chất bảo vệ gỗ phù hợp cũng là một yếu tố quan trọng nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ của gỗ

2.1.2 Vai trò của ngâm tẩm gỗ

Những phương pháp ngâm tẩm gỗ đều có vai trò chính là đẩy các chất bảo vệ vào sâu bên trong cấu trúc của gỗ Nhờ đó, các sản phẩm có khả năng chống chịu tốt trước những tác nhân gây hại, tăng cường độ bền, tuổi thọ và cải thiện hiệu suất sử dụng của sản phẩm gỗ Một số vai trò quan trọng của các phương pháp ngâm tẩm gỗ, cụ thể là:

- Chống nấm mốc: ngâm tẩm gỗ bằng các chất chống côn trùng hoặc nấm mốc có thể giúp và cải thiện bảo vệ gỗ tránh khỏi sự tấn công của những sinh vật gây hại Giảm thiểu nguy cơ bị nứt gãy, biến dạng hoặc mục nát

- Tăng độ bền, tuổi thọ: quá trình ngâm tẩm có thể cải thiện và tăng cường độ bền và độ dẻo của gỗ, làm cho các sản phẩm ít bị nứt nẻ và giữ được hình dạng ban đầu trong một khoảng thời gian dài

- Chống cháy: sử dụng các chất chống cháy trong quy trình ngâm tẩm có thể tăng khả năng bảo vệ của gỗ, làm giảm các nguy cơ phát thải khí độc và lan truyền lửa Điều này giúp tăng an toàn cho con người hơn khi sử dụng gỗ trong các môi trường có nguy cơ cháy nổ

Tẩm dầu còn góp phần cải thiện màu sắc và tính thẩm mỹ của gỗ, giúp các sản phẩm nội thất trở nên bắt mắt và bóng mịn hơn Điều này góp phần tạo nên không gian sống thoải mái, sang trọng cho phòng khách, phòng ngủ, nhà bếp hay văn phòng.

Tóm lại, việc thực hiện các phương pháp ngâm tẩm là một điều rất cần thiết để bảo vệ gỗ tránh khỏi các tác nhân gây hại, nâng cao các khả năng chống chịu của gỗ trước điều kiện môi trường khắc nghiệt và gia tăng tuổi thọ Cho nên, quy trình ngâm tẩm này đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, kể từ xây dựng cho đến sản xuất đồ nội thất, ngoại thất, trang trí hoặc giao thông vận tải

Một số phương pháp ngâm tẩm gỗ

Các phương pháp dùng để ngâm tẩm gỗ phổ biến hiện nay là:

Tẩm bằng phun: đây là một kỹ thuật tẩm đơn giản, nó được thực hiện bằng cách phun trực tiếp hóa chất hoặc dung dịch bảo vệ lên bề mặt của gỗ Phương pháp này chỉ phù hợp với những sản phẩm gỗ có kích thước không quá lớn và mỏng

Tẩm bằng chổi, cọ: cách này sử dụng bằng chổi hoặc cọ để thoa thủ công các dung dịch hoặc hóa chất bảo vệ lên bề mặt của gỗ Phương pháp này chỉ phù hợp dành cho những sản phẩm gỗ có nhiều chi tiết phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao

Tẩm bằng ngâm: phương pháp thực hiện tẩm bằng cách ngâm nguyên liệu trong dung dịch một khoảng thời gian phù hợp, giúp các chất bảo vệ thẩm thấu sâu vào bên trong cấu trúc của gỗ Phương pháp này chỉ phù hợp cho các sản phẩm gỗ có kích thước lớn và dày

Tẩm bằng áp lực: phương pháp này thực hiện tẩm gỗ bằng cách dùng áp lực để đẩy dung dịch bảo vệ vào gỗ, giúp cho quá trình thẩm thấu của gỗ diễn ra nhanh chóng và đồng đều hơn

Tẩm bằng nhiệt: Phương pháp tẩm này sử dụng nhiệt độ cao để giúp hóa chất bảo vệ thẩm thấu vào gỗ, phù hợp với các sản phẩm gỗ có diện tích bề mặt lớn

Tóm lại, mỗi cách thức thực hiện quy trình ngâm tẩm đều có những ưu và nhược điểm riêng, đòi hỏi chúng ta phải hiểu biết rõ được đặc tính của gỗ và xác định được mục tiêu dự án Điều này có thể đảm bảo được các chất bảo vệ được áp dụng một cách hiệu quả nhất, phù hợp theo từng nhu cầu sử dụng và ngân sách.

Nguyên lý và quy trình của phương pháp ngâm tẩm gỗ chân không – áp lực

Ngâm tẩm gỗ chân không - áp lực là phương pháp rất phổ biến được áp dụng trong công nghiệp Việt Nam Trước khi ngâm tẩm gỗ bằng phương pháp này thì gỗ cần phải có độ ẩm nhỏ hơn 30% (điểm bão hòa thớ gỗ) Ngâm tẩm gỗ chân không áp lực là phương pháp khá tối ưu để bảo quản gỗ vì nó tạo điều kiện để các dung dịch bảo quản thấm sâu vào tế bào của gỗ một cách dễ dàng hơn Gỗ được ngâm tẩm trong một bình kín chịu được áp lực cao Dung dịch thuốc hoặc hóa chất thấm vào gỗ dưới áp lực từ 20 đến 240 kN/cm2 hoặc cao hơn Trị số áp lực thấp hay cao phụ thuộc vào loại gỗ được ngâm tẩm Đối với gỗ khó thấm thuốc, trị số áp lực phải rất cao và tăng thời gian duy trì áp lực Để tăng khả năng thẩm thấu cho gỗ khó thấm thuốc còn phải kết hợp làm chân không (600 - 750 mmHg) trước khi cho áp suất vào bình áp lực, hoặc tăng áp lực và làm chân không xen kẽ nhau lặp lại nhiều lần

Quy trình chân không trong quá trình tẩm dung để hút không khí ra khỏi ống mạch và cấu trúc gỗ cần xử lý Độ chân không càng lớn thì gỗ càng hấp thụ được nhiều hóa chất hoặc dung dịch chất bảo quản Trong khi ống mạch gỗ đang được điền đầy bằng dung dịch chất bảo quản, chân không cần phải được duy trì liên tục Sau đó, bơm áp lực vào để đẩy dung dịch sâu vào bên trong trung tâm của gỗ với áp suất cực lớn Sau khi kết thúc các quá trình ngâm tẩm trên, nếu có giai đoạn chân không cuối cùng thì có thể áp dụng để đảm bảo gỗ không bị ướt nhỏ giọt khi được tháo gỡ ra khỏi thiết bị ngâm tẩm

Tuy nhiên, các loại gỗ không giống nhau về khả năng thấm hóa chất bảo quản Điều này có nghĩa là tùy vào đặc tính của gỗ mà các quá trình chân không, áp lực cần phải được điều chỉnh sao cho phù hợp với đặc tính của loại gỗ đang ngâm tẩm Hiệu quả ngâm tẩm gỗ không chỉ phụ thuộc vào khả năng thấm hóa chất của từng loại gỗ và loại dung dịch sử dụng mà còn ở vị trí trên thân mỗi cây gỗ được ngâm tẩm Thông thường ở hầu hết các loại gỗ, gỗ dác có khả năng thấm thuốc cao hơn gỗ lõi.

Đặc tính của máy ngâm tẩm gỗ

Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của hệ thống ngâm tẩm

Hệ thống ngâm tẩm này gồm có những phần sau:

+ Bồn ngâm tẩm gỗ: gồm nắp bình và thân bình

+ Hệ thống điều khiển nhiệt độ và gia nhiệt

+ Van và ống dẫn nước

+ Khung đỡ các cụm chi tiết

Hệ thống máy ngâm tẩm áp lực chân không này có cấu trúc cơ bản là một hệ thống bán tự động và đã lượt bỏ nhiều phần tự động để phù hợp cho việc phục vụ thí nghiệm và nghiên cứu (để sinh viên hay người thí nghiệm hiểu rõ hơn về cách vận hành và thao tác máy của máy)

Thể tích bồn tẩm: 10 – 25 lít Áp suất làm việc: P = 5 – 8 kg/cm2 Áp suất làm việc lớn nhất: Pmax = 8 kg/cm2

Môi chất làm việc: Hóa chất nước lạnh

Chế độ làm việc: mở van tay thủ công, nước được bơm qua lại bồn ngâm bằng phương pháp chênh lệch áp suất

Kết cấu nắp với thân bồn: Bích đậy, chốt bằng bulong.

Tổng quan về gỗ cao su, gỗ keo và gỗ thông

Gỗ cao su là một loại gỗ cứng nhiệt đới màu sáng và có mật độ trung bình, nó được lấy từ thân của cây cao su Hevea brasiliensis, thông thường được trồng trong các đồn điền cao su Gỗ cao su là một loại gỗ khá thân thiện với môi trường bởi vì sau khi thu hoạch nhựa, thân cây cao su vẫn được sử dụng để phục vụ nhu cầu cuộc sống con người

Cây cao su được du nhập vào nước ta từ rất sớm, nhưng lấy gỗ để sử dụng thì ít Tuy nhiên, trong những năm gần đây thì gỗ cao su đã được ứng dụng rất rộng rãi trong cuộc sống bởi vì chất lượng gỗ của cây cao su rất tốt, có vân gỗ đẹp, rất thích hợp để làm đồ nội thất Mặt khác, chất lượng của gỗ cao su vẫn để lại khá nhiều nghi ngại trong tâm trí người tiêu dùng Việt Nam

Gỗ cao su thuộc nhóm VII trong nhóm gỗ của Việt Nam

Thông số chi tiết về gỗ cao su:

- Tiếp tuyến hệ số co dư: 1.2 (%)

- Triệt hệ số co dư: 0.8 (%)

- Tĩnh uốn: 66 N/mm ở mức 12% MC

- Mô đun đàn hồi: 9700 (N/mm ở mức 12% MC) Ưu điểm:

Với khả năng đàn hồi tự nhiên, gỗ cao su sở hữu độ dẻo dai và bền bỉ theo thời gian Đặc tính này cho phép gỗ cao su uốn cong dễ dàng mà không xuất hiện tình trạng gãy hoặc nứt Vì thế, gỗ cao su thường được sử dụng trong chế tác các sản phẩm nội thất có dạng hình bầu dục hoặc hình tròn mà không gặp phải vấn đề sứt mẻ.

- Gỗ khá thân thiện với môi trường vì gỗ có khả năng chống lại ảnh hưởng từ các vật liệu dễ cháy như tàn thuốc lá Khi xảy ra cháy, gỗ cao su không thải chất độc hại ra môi trường nên khá an toàn cho mọi người

- Gỗ cao su không ngậm nước và không thấm nước trong nhiều điều kiện

- Màu sắc gỗ khá bắt mắt và đa dạng ánh vàng từ xám đến nâu, mang lại một vẻ đẹp tự nhiên sang trọng cho không gian sống và làm việc

- Gỗ bám sơn rất tốt nên nhà sản xuất có thể thay đổi màu sắc nội thất rất dễ dàng theo ý muốn khách hàng

- Bề mặt gỗ cao su khá mịn và có hương thơm nhạt, dễ chịu đem lại sự thích thú và hài lòng cho người dung

- Giá gỗ thì rẻ nên phù hợp với các khách hàng có kinh tế thấp và trung bình

Độ bền của gỗ cao su kém hơn so với các loại gỗ tự nhiên khác Gỗ cao su thường có khổ rộng nhỏ hơn 150mm, do đó khi chế tác đồ nội thất phải ghép nhiều tấm lại với nhau, tạo nên những mối nối gỗ, làm mất đi tính thẩm mỹ của sản phẩm.

- Việc ghép từ những thanh gỗ nhỏ còn khiến gỗ cao su có màu sắc không được đồng đều

Vì thế mà các sản phẩm được làm từ loại gỗ này thì không đạt tính sang trọng cao bằng gỗ tự nhiên nguyên khối Thêm nữa, độ bền của gỗ cao su chỉ ở mức trung bình nên cần hết sức chú ý bảo quản khi sử dụng

Gỗ keo là một loại gỗ tự nhiên được khai thác từ cây keo Đây là loại cây thuộc một chi của loài cây thân gỗ và thân bụi, khá dễ trồng và được trồng phổ biến tại nước ta Cây keo được trồng ở nơi đất nghèo chất dinh dưỡng và có thể sinh trưởng tốt tại những nơi có điều kiện thời tiết khắc nghiệt

Keo là cây gỗ thẳng, thuộc nhóm III, màu vàng trắng có vân, có giác lõi phân biệt

Loại cây này có thân thẳng, cuống lá cây keo có dạng phẳng và bẹt, luôn hướng lên trên Hoa keo mọc theo tràng, thường có màu trắng hoặc màu vàng, nhỏ gồm 5 cánh và được phân bổ trong các cụm hoa dày đặc dạng hình trụ hay hình cầu, có tán lá khá rộng và vỏ cây màu xám trông rất chắc chắn

Keo là một loại cây công nghiệp lâu năm nhưng mang lại giá trị kinh tế lớn và được trồng rất nhiều nơi ở Việt Nam từ Bắc vào Nam Ưu điểm:

- Cây keo có thể được trồng quy mô lớn và thời gian thu hoạch ngắn Gỗ keo mặc dù được trồng trong thời gian khá ngắn nhưng được chế biến theo quy trình rất nghiêm ngặt nên chất lượng vẫn được đảm bảo tốt Gỗ được tẩm sấy rất cẩn thận và kỹ lưỡng

- Gỗ keo có khả năng chống mối mọt tốt, có độ cứng cao và khá dẻo dai Chất lượng gỗ ổn định, ít xảy ra hiện tượng cong vênh và co ngót

- Gỗ keo khá thích hợp để trồng ở nơi có thời tiết và khí hậu khắc nghiệt tại Việt Nam

- Giá thành của loại gỗ keo này tương đối rẻ thích hợp với khả năng tài chính của phần lớn các khách hàng

- Thân gỗ keo trồng trong thời gian khá ngắn nên khả năng chịu lực của các sản phẩm không được tốt

- Màu sắc của gỗ keo thì không quá nổi bật và thu hút

- Gỗ keo chỉ được sử dụng ở những không gian khô ráo và không ẩm thấp

Gỗ thông là tên gọi của một loại gỗ được lấy trực tiếp từ cây thông Cây thông cho gỗ thân tròn đều với chất gỗ đẹp và bền Thớ gỗ của gỗ thông thẳng và lên màu rất đẹp nên được sử dụng rất nhiều để làm đồ nội thất Nếu nhìn kỹ, ta sẽ thấy dát gỗ thông có màu vàng hơi nâu Đây là loại thực vật thuộc hạt trần, họ thông, tên khoa học của gỗ thông là Pinaceae

Nó có nguồn gốc từ bán cầu phía Bắc và cho tới ngày nay, loại cây này đã được nhân rộng và trồng tại rất nhiều nơi trên thế giới Trong đó, tại Việt Nam có trồng rất nhiều tại khu vực Tây Nguyên và các tỉnh Bắc Bộ

Bên cạnh đó, cây thông lấy gỗ có tốc độ phát triển rất nhanh, chỉ cần trồng trong vài năm là có thể khai thác gỗ Chính vì vậy, so với các gỗ khác thì nguồn cung cấp gỗ thông luôn liên tục và rất ổn định

Các nghiên cứu liên quan đến đề tài

2.6.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Trong những năm qua ngành gỗ trang trí nội ngoại, thất tăng trưởng rất nhanh, để làm ra những sản phẩm trang trí đẹp, cần phải có nguồn gỗ nguyên liệu cung ứng kịp thời Tuy nhiên, các loại gỗ rất dễ bị hư hại bởi tác động môi trường bên ngoài Do vậy, để tăng tuổi thọ và độ bền cho gỗ thì có rất nhiều phương pháp bảo quản gỗ ra đời như sấy, ngâm tẩm, sơn,…Trong những năm trở lại đây, thì phương pháp bảo quản gỗ bằng phương pháp ngâm tẩm áp lực – chân không ngày càng được sử dụng phổ biến ở nước ngoài, tiêu biểu là hệ thống tẩm gỗ Losp (công nghệ Châu Âu) đã giúp cho các hóa chất bảo quản gỗ thẩm thấu nhanh hơn vào trong gỗ, giúp tiếp kiệm được nhiều thời gian

Hình 2.5: Hệ thống tẩm gỗ Losp

Hệ thống tẩm gỗ Losp (Light Organic Solvent Preservative) là một phương pháp xử lý và bảo quản gỗ đã được sấy khô với độ ẩm nhỏ hơn 20%, sử dụng dung môi hữu cơ để bảo vệ gỗ trong môi trường tự nhiên và tránh sự tấn công của nấm mốc, côn trùng và sự mục nát do các điều kiện môi trường xung quanh như ẩm ướt Losp là một trong những phương pháp tiêu biểu ở Châu Âu trong việc bảo quản gỗ

Xử lý Losp là một quy trình ngâm tẩm hóa chất vào gỗ sử dụng hút chân không và tăng áp suất Kiểm soát và duy trì áp suất thích hợp tối ưu hóa quá trình thấm hóa chất vào gỗ bằng chất dung môi Losp Quy trình này đảm bảo chất bảo quản thẩm thấu hoàn toàn vào gỗ, ngăn ngừa rò rỉ, đổ tràn và bảo vệ môi trường xung quanh.

Hệ thống tẩm gỗ Losp được trang bị thêm xe goong chứa và vận chuyển gỗ ra vào bồn tẩm gỗ và hệ thống được điều khiển bằng điện Phần mềm điều khiển còn có thể ghi lại các quá trình, chu trình xử lý và đưa ra báo cáo, biểu đồ, dữ liệu cho mỗi chu trình Hệ thống còn có thể định lượng, định tính và xuất dữ liệu về gỗ đã hấp thu được bao nhiêu dung môi

2.6.2 Các nghiên cứu trong nước

Việt Nam hiện nay trong ngành nội thất và các ngành liên quan đến gỗ đang phát triển nên đòi hỏi một số lượng lớn gỗ để sản xuất, vì vậy nhu cầu về việc bảo quản gỗ là rất cần thiết cho thị trường hiện nay Đứng trước tình hình này,nhiều doanh nghiệp trong nước đã có những nghiên cứu và cải tiến về các hệ thống ngâm tẩm áp lực – chân không để nâng cao hiệu suất cho việc bảo quản gỗ cũng như là nâng cao về việc bảo quản gỗ trong đất nước ta hiện nay

Hình 2.6: Hệ thống ngâm tẩm áp lực - chân không ở thị trường Việt Nam

Hiện nay, tại thị trường Việt Nam đã có rất nhiều doanh nghiệp quan tâm đến phương ngâm tẩm này, một số doanh nghiệp tiêu biểu như công ty TNHH công nghệ Thiên Hưng chuyên sản xuất và nghiên cứu các hệ thống lò hơi, công ty TNHH công nghệ Thuận Hòa chuyên các hóa chất ngâm tẩm gỗ.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở về việc biến tính gỗ

3.1.1 Các yếu tố thuộc về gỗ

Cấu tạo gỗ: ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của nước và hóa chất trong gỗ, được thực hiện qua bốn con đường: ruột tế bào, khoảng trống giữa các tế bào, màng lỗ thông ngang, vi mao dẫn trong vách tế bào Độ ẩm gỗ: là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán của dung dịch hóa chất vào trong gỗ

Kích thước gỗ biến tính: ảnh hưởng tới chất lượng gỗ biến tính thông qua phương pháp và chế độ xử lý

3.1.2 Các yếu tố thuộc về hóa chất xử lý

Loại hóa chất: Với mỗi loại hóa chất khác nhau có công thức hóa học và thông số kỹ thuật khác nhau nên sẽ ảnh hưởng đến chất lượng gỗ biến tính khác nhau Tùy thuộc vào yêu cầu của gỗ sau khi biến tính để chọn loại hóa chất biến tính cho phù hợp

Nồng độ hóa chất: Nồng độ hóa chất càng cao thì sự khuếch tán dung dịch vào trong gỗ càng mạnh Từ đó giúp cải thiện chất lượng gỗ biến tính tốt hơn Tuy nhiên, việc lựa chọn nồng độ hoá chất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại gỗ, mức độ xử lý,… kể cả giá thành sản phẩm liên quan tới lượng hoá chất cần dung

Kích thước hạt nano: Hạt nano có kích thước càng bé thì khả năng khuếch tán hạt nano trong nước và xâm nhập vào trong gỗ càng cao, đáp ứng kỳ vọng của mục đích biến tính

3.1.3 Các yếu tố thuộc về chế độ ngâm tẩm (chế độ xử lý)

Phương pháp ngâm tẩm: Phương pháp ngâm tẩm khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng khuếch tán của các phân tử hóa chất vào sâu trong gỗ, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình xử lý gỗ Thực tế thường sử dụng hai phương pháp thông dụng là phương pháp ngâm tẩm thông thường và phương pháp ngâm tẩm có áp lực

Nhiệt độ ngâm tẩm: Nhiệt độ ngâm tẩm có ảnh hưởng đến khả năng hóa mềm gỗ, tốc độ dịch chuyển hóa chất vào trong gỗ, làm giãn nở phân tử cellulose Khi nhiệt độ xử lý tăng động năng của các phần tử vật chất tăng lên làm cho khả năng khuếch tán dung dịch hóa chất vào gỗ cũng tang Áp suất ngâm tẩm: Áp suất ngâm tẩm khác nhau sẽ ảnh hưởng đến khả năng thẩm thấu, khuếch tán của các phân tử hoá chất vào sâu trong gỗ Nếu các loại gỗ biến tính bằng phương pháp ngâm tẩm thông thường thì con đường dẫn hoá chất vào trong gỗ chủ yếu được thực hiện nhờ áp lực mao dẫn và khả năng khuếch tán dựa vào sự chênh lệch nồng độ ở bên trong và bên ngoài gỗ Lúc này đòi hỏi thời gian xử lý dài Nếu chiều dày của mẫu biến tính lớn thì chiều sâu thấm hóa chất và lượng hóa chất thấm vào trong gỗ không đảm bảo chất lượng gỗ biến tính

3.1.4 Ảnh hưởng của thời gian ngâm tẩm tới chất lượng gỗ biến tính

Thời gian ngâm tẩm có ảnh hưởng đến lượng hóa chất khuyếch tán vào trong gỗ Nếu thời gian ngâm tẩm quá ngắn, không đủ cho lượng hoá chất khuếch tán vào trong gỗ thì chất lượng gỗ biến tính không đảm bảo Nếu thời gian ngâm tẩm quá dài, đảm bảo cho quá trình thẩm thấu, khuếch tán của hóa chất vào trong gỗ; nhưng cũng tạo điều kiện để các phản ứng thủy phân trong gỗ xảy ra, gây ảnh hưởng xấu đến tính chất của gỗ biến tính và làm giảm hiệu quả kinh tế

Những kết quả nghiên cứu về gỗ ngâm tẩm cho thấy, tốc độ thấm hoá chất vào trong gỗ là hàm phi tuyến theo thời gian Ở giai đoạn đầu của quá trình ngâm tẩm tốc độ thấm đạt được lớn nhất, càng kéo dài thời thời gian thìtốc độ này giảm đi

Thời gian ngâm tẩm ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng sản phẩm gỗ biến tính, cũng như năng suất và hiệu quả kinh tế của quy trình chế tạo vật liệu này Do đó, thời gian ngâm cần được xác định, tính toán cẩn thận dựa trên các yếu tố như loại gỗ, kích thước, phương pháp ngâm, và các thông số kỹ thuật liên quan khác để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng của sản phẩm biến tính.

Hạt nano SiO2 là hạt kim loại vô cơ, khi đi vào bên trong gỗ không xảy ra phản ứng hóa học tạo cầu nối với gỗ mà chúng chỉ bám vào thành vách của các khe hở trên vách tế bào nhờ lực hấp phụ Chính vì vậy để cho hóa chất có thể khuếch tán vào sâu bên trong gỗ thì cần phải có khoảng thời gian ngâm tẩm đủ dài.

Cơ sở tính toán thiết kế bình chịu áp lực cao

3.2.1Giới thiệu về bình áp lực

Các bình, bể chứa và đường ống vận chuyển, lưu trữ hoặc tiếp nhận chất lỏng được gọi là bình chịu áp lực

Bình tích áp được định nghĩa là một bình chứa có sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài Áp suất bên trong thường cao hơn bên ngoài, ngoại trừ một số trường hợp cá biệt

Chất lỏng bên trong bình có thể bị thay đổi trạng thái như trong trường hợp nồi hơi hoặc có thể kết hợp với các thuốc thử khác như trong trường hợp lò phản ứng hóa học

Bình chịu áp lực thường có sự kết hợp của áp suất cao cùng với nhiệt độ cao và trong một số trường hợp là chất lỏng dễ cháy hoặc chất phóng xạ cao Do các mối nguy hiểm như vậy, điều bắt buộc là thiết kế phải đảm bảo không để rò rỉ có thể xảy ra Ngoài ra, các bình này phải được thiết kế cẩn thận để đối phó với nhiệt độ và áp suất hoạt động

Cần lưu ý rằng việc vỡ bình áp có khả năng gây ra thương tích lớn về thể chất và thiệt hại về tài sản An toàn và tính toàn vẹn của nhà máy là mối quan tâm cơ bản trong thiết kế bình chịu áp lực

Sau đây là các thành phần chính của bình chịu áp lực nói chung:

Hình 3.1: Kết cấu bình chịu áp

+ Vỏ: Thành phần sơ cấp chứa áp suất Vỏ bình chịu áp lực ở dạng các tấm khác nhau được hàn với nhau tạo thành kết cấu có trục quay chung Vỏ có dạng hình trụ, hình cầu hoặc hình nón

+ Chỏm cầu 2 đầu (Đầu): Tất cả các bình chịu áp lực phải được đóng ở các đầu bằng đầu (hoặc một phần vỏ khác) Đầu thường cong hơn là phẳng Nguyên nhân là do cấu hình cong mạnh hơn và cho phép đầu mỏng hơn, nhẹ hơn và ít tốn kém hơn so với đầu phẳng Đầu cũng có thể được sử dụng bên trong bình và được gọi là đầu trung gian Các đầu trung gian này là các phần riêng biệt của bình chịu áp lực để cho phép các điều kiện thiết kế khác nhau

Ống bích lắp là bộ phận hình trụ có khả năng xuyên qua vỏ hoặc đầu của bình tích áp Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối đường ống dẫn dòng chảy ra/vào bình tích áp, gắn kết thiết bị (đồng hồ đo mức, cảm biến nhiệt), đồng hồ đo áp suất, cho phép truy cập vào bên trong bình tích áp thông qua đường dẫn hoặc dùng để gắn trực tiếp các thiết bị khác (như bộ trao đổi nhiệt).

+ Giá đỡ (Saddle): Giá đỡ dùng để chịu mọi tải trọng của bình chịu áp lực, tải trọng động đất, gió Có nhiều loại giá đỡ khác nhau, được sử dụng tùy thuộc vào kích thước và hướng của bình chịu áp lực Nó được coi là bộ phận không điều áp của bình [4]

Hình 3.2: Giá đỡ 3.2.2 Áp lực tác động lên thiết bị áp lực Áp lực tác động lên thiết bị bao gồm các trường hợp sau:

+Áp suất bên trong hoặc bên ngoài

+Áp lực được tạo ra do chính trọng lượng của thiết bị

+Áp lực do gió và động đất

+Các áp lực các chấn động do quá trình vận hành gây ra

+Áp lực phát sinh của môi chất trong quá trình thử nghiệm

Tiêu chuẩn xem xét các yếu tố áp suất, nhiệt độ tác động lên thiết bị theo hướng chu vi và dọc thân [4]

3.2.3 Vật liệu chế tạo thiết bị chịu áp lực theo tiêu chuẩn ASME

Vật liệu chế tạo phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu mà tiêu chuẩn đã đưa ra Vật liệu chế tạo phải thỏa mãn:

+Điều kiện vận hành (ăn mòn, nhiệt độ, môi chất )

Một số vật liệu thường được sử dụng để chế tạo các thiết bị áp lực làm việc trong môi trường ăn mòn và nhiệt độ cao như trong bảng 3.1

Bảng 3.1: Một số vật liệu thường gặp được sử dụng chế tạo bình chịu áp lực

Nhiệt độ (+- 0F) Thép tấm Thép ống Thép rèn Dưới -50 SA-516(*)

Gr.C SA.515 Gr.55, 60, 65 SA-516 All Grades

SA-204 Gr.B,C SA-387 Gr.11, 12 Class I

() *Yêu cầu thêm chỉ tiêu va đập của vật liệu (impact test) Nhóm thép có ký hiệu SA được sử dụng trong tiêu chuẩn ASME Boiler and Pressure Vesel Code [4]

3.2.4 Ứng suất cho phép của vật liệu chế tạo Ứng suất cho phép của vật liệu là giá trị để xác định chiều dày nhỏ nhất vật liệu chế tạo bình chịu áp lực dựa trên giới hạn bền và giới hạn chảy của vật liệu ở nhiệt độ thiết kế

Bảng 3.2: Ứng suất cho phép của một số vật liệu sử dụng trong chế tạo bình chịu áp lực

Tên vật liệu Nhiệt độ giới hạn (+-0F) Ứng suất cho phép (psi)

3.2.5 Công thức thiết kế bình chịu áp lực theo áp suất trong

Công thức tính chiều dày vật liệu các bộ phận chịu áp lực phụ thuộc vào hình dạng, hướng áp suất tác động (bên trong, bên ngoài)

Trong phần này chỉ giới thiệu phần tính chiều dày kim loại bình chịu áp lực chịu áp lực bên trong với các hình dạng thường gặp

Thân trụ chịu áp lực bên trong

+ Lực tác động theo hướng chu vi (mối nối dọc thân) t = 𝑃𝑅

+ Lực tác động theo hướng dọc thân (mối nối chu vi) t = 𝑃𝑅

+ Chỏm bán cầu hoặc thân hình cầu t = 𝑃𝑅

+ Đáy phẳng không có lỗ khoét t = √ 𝐶𝑃

+ t = Chiều dày nhỏ nhất cần thiết (in)

+ P = Áp suất thiết kế (psi)

+ S = Ứng suất cho phép của vật liệu (psi)

+ E = Hệ số mối hàn Phụ thuộc vào vị trí mối hàn và phương pháp kiểm tra

+ C = Hệ số liên kết dựa trên phương pháp ghép thân và đáy phẳng

3.2.6 Ứng suất trong vỏ hình trụ mỏng

Việc phân tích ứng suất gây ra trong một vỏ hình trụ mỏng được thực hiện trên các giả thiết sau:

1) Ảnh hưởng của độ cong của thành trụ bị bỏ qua

2) Ứng suất kéo phân bố đều trên tiết diện của các vách

3) Ảnh hưởng của tác động hạn chế của các đầu ở cuối bình chịu áp lực bị bỏ qua

Khi một vỏ hình trụ mỏng chịu áp suất bên trong, nó có khả năng bị hỏng theo hai cách sau:

+ Nó có thể bị hỏng dọc theo mặt cắt dọc (tức là theo chu vi) chia hình trụ thành hai rãnh, như thể hiện trong Hình 3.3

+ Nó có thể không thành công trên mặt cắt ngang (tức là theo chiều dọc) tách hình trụ thành hai vỏ hình trụ, như được chỉ ra trong Hình3.3

Do đó thành của vỏ hình trụ chịu áp lực bên trong phải chịu ứng suất kéo của hai loại sau:

Hình 3.3: Ứng suất theo chu vi hoặc vòng lặp, và ứng suất dọc Ứng suất theo chu vi hoặc vòng σ = 𝑝𝑑

+ p = Cường độ của áp suất bên trong

+ d = Đường kính trong của vỏ hình trụ

+ l = Chiều dài của vỏ hình trụ

+ t = Độ dày của vỏ hình trụ

+ σ = Ứng suất vòng hoặc ứng suất vòng đối với vật liệu của vỏ hình trụ Ứng suất dọc σ = 𝑝𝑑

Cơ sở chọn động cơ, cảm biến nhiệt độ và thanh gia nhiệt

3.3.1.1 Thông số kỹ thuật motor khuấy trộn

Công suất: từ 0.2kw đến 15kw

Các tốc độ vòng quay được dùng nhiều: 131, 85, 63, 50 vòng/phút Đường kính cốt trục máy khuấy giảm tốc: 18mm, 22mm, 25mm, 28mm, 30mm, 45mm, 55mm, 70mm,

Khối lượng khuấy: từ 20 lít đến hơn 5000 lít dung dịch/hỗn hợp

3.3.1.2 Cấu tạo motor khuấy trộn Động cơ:

+ Rotor: Là phần quay của motor, bao gồm một trục và các cánh khuấy được gắn vào trục Các cánh khuấy có thể có nhiều thiết kế và hình dạng khác nhau để tạo ra hiệu quả khuấy tối ưu trong ứng dụng cụ thể

+ Stator: Bao gồm các cuộn dây xoắn quanh một lõi từ Khi dòng điện được đưa vào các cuộn dây stator, nó tạo ra trường từ để làm xoay rotor

Cần khuấy: Đây là trục chuyển động của motor, nó truyền động từ rotor tới bộ khuấy để tạo ra sự khuấy trộn

Bộ khuấy: Đây là phần cuối của trục khuấy, nơi cánh khuấy được gắn Bộ khuấy có thể có nhiều loại và hình dạng khác nhau, bao gồm cánh khuấy đơn, cánh khuấy đa cánh, cánh khuấy hình xoắn ốc, hoặc cánh khuấy có các cấu trúc đặc biệt để phù hợp với ứng dụng cụ thể Bộ khuấy tạo ra sự xoáy trộn và truyền động năng lượng từ motor tới chất lỏng hoặc hỗn hợp cần khuấy

Vỏ bảo vệ: Là phần vỏ bên ngoài của motor khuấy, bảo vệ các bộ phận bên trong và cung cấp cách ly điện an toàn

3.3.1.3 Phân loại motor khuấy trộn a) Motor khuấy GV 3 pha Đối với điện áp 3 pha dòng motor khuấy GV được sử dụng rộng rãi nhất:

+ Công suất: từ 0.2kw - 7.5kw

+ Lực momen máy khuấy giảm tốc: 4.1 - 5000 N.m

+ Tốc độ khuấy được ưa chuộng nhất: từ 37 - 360 vòng/phút

+ Lựa chọn đường kính trục: 18mm, 22mm, 28mm, 32mm, 40mm, 50mm, 60mm

+ Khối lượng khuấy: từ 20 lít đến hơn 1500 lít dung dịch/hỗn hợp

Hình 3.4: Motor khuấy GV 3 pha b)Motor khuấy GVC 1 pha

Motor khuấy GVC được dùng nhiều ở các hộ kinh doanh gia đình, thông số lựa chọn như sau:

+ Công suất: từ 0.2kw, 0.4kw, 1.1kw, 1.5kw, 2.2kw

+ Tốc độ khuấy được ưa chuộng nhất khoảng 200 - 24 vòng/phút

+ Lựa chọn đường kính trục: 18mm, 22mm, 28mm, 32mm, 40mm

+ Khối lượng máy khuấy giảm tốc: từ 20 lít đến hơn 500 lít dung dịch/hỗn hợp

Hình 3.5 : Motor khuấy GCV 1 pha c) Motor khuấy XLD cyclo Đối với các hoạt động khuấy công nghiệp, motor khuấy XLD là một lựa chọn tối ưu với khả năng hoạt động bền bỉ, tiếng ồn thấp:

+ Công suất: từ 0.37kw đến 15kw

+ Các tốc độ vòng quay được dùng nhiều: 131, 85, 63, 50 vòng/phút

+ Đường kính cốt trục máy khuấy giảm tốc: 25mm, 30mm, 45mm, 55mm, 70mm

+ Kích thước mặt bích: 160mm, 230mm, 260mm, 300mm

+ Khối lượng khuấy: từ 100 lít đến hơn 2500 lít dung dịch/hỗn hợp

Hình 3.6: Motor khuấy XLD cyclo d) Motor khuấy IKR mini

Với công suất nhỏ, khối lượng khuấy ít, thì loại motor khuấy IKR này là phù hợp nhất, có thể điều chỉnh được tốc độ quay nếu cần:

+Công suất phổ biến từ 60w - 370w

+ Các tỷ số truyền phù hợp: 20, 40, 60, 80

+ Đường kính cốt trục: 22mm, 28mm, 32mm, 40mm

+ Khối lượng máy khuấy giảm tốc: từ 5 lít đến hơn 200 lít dung dịch/hỗn hợp

+Chân đế cần được cố định chắc chắn khi hoạt động

Hình 3.7: Motor khuấy IKR mini 3.3.2 Chọn cảm biến nhiệt độ

3.3.2.1 Định nghĩa về cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ, còn được gọi là "Sensor nhiệt độ", là một thiết bị dùng để đo sự thay đổi nhiệt độ của đối tượng đo Nó có chức năng xử lý và gửi thông tin đến một vị trí khác để giám sát Cảm biến nhiệt độ cũng có thể được gọi là cặp nhiệt điện

Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt dựa trên sự thay đổi điện trở của kim loại với sự thay đổi nhiệt độ Cảm biến nhiệt bao gồm 2 dây kim loại khác nhau được nối với một đầu lạnh (đầu chuẩn) và đầu nóng (đầu đo)

Tùy vào mục đích, các điều kiện của cảm biến nhiệt công nghiệp khác nhau được chia thành nhiều loại Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt, tuy vậy về cơ bản, cảm biến nhiệt được chia làm 4 loại chính: Thermocouple, RTD, Thermistor, I.C

3.3.2.2 Cảm biến nhiệt độ loại dây Đối với loại, loại cảm biến này còn được gọi là dây dò nhiệt, đầu dò nhiệt, chúng thường có cấu tạo dây dài thích hợp với những vị trí có diện tích nhỏ Đầu dò nhiệt độ loại dây có

2 loại RTD ( Pt100 3 dây) và Thermcouple (Loại K, J - 2 dây,…) Trong đó, loại RDT thông thường được sử dụng phổ biến hơn trong các nhà máy, xí nghiệp với thang nhiệt độ có thể đo được là -40 0 C – 200 0 C hoặc 0 0 C -400 0 C [5]

Hình 3.8: Cảm biến nhiệt độ loại dây

Thang đo nhiệt độ của cảm biến nhiệt loại dây:

Các loại cảm biến nhiệt độ loại dây:

Khi nắm rõ những thông số của cảm biến nhiệt độ như: loại đầu cảm biến nhiệt độ, đường kính và độ dài đầu dò nhiệt độ, thang đo nhiệt độ, loại dây kết nối (ren hoặc không ren), độ dài dây tín hiệu chúng ta có thể tự tin để chọn đúng loại cảm biến nhiệt độ cần sử dụng

3.3.2.3 Cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành (Head MoutFed) Được thiết kế chắc chắn với thân làm bằng inox bảo vệ đầu dò bên trong, điều này giúp cho cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành không bị cháy lõi bên trong dù đo ở nhiệt độ cao.Trong những trường hợp cần đo ở nhiệt độ cao hơn 1200 0 C thì chúng ta phải sử dụng can sứ để chắc chắn lõi bên trong không bị cháy

Hình 3.9: Cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành

Thang đo nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ loại đầu của hành:

+ Thermocouple ( TC ) loại K stanless steel : max 1100 0 C

Khác với loại cảm biến nhiệt độ có đầu cảm biến làm bằng kim loại, loại can sứ có đầu cảm biến bọc sứ nến có thể chịu được nhiệt độ cao hơn Tuy nhiên loại can sứ rất dễ bị vỡ phần sứ bọc ở đầu do tác động bên ngoài hoặc do giãn nỡ nhiệt độ đột ngột [5]

3.3.2.4 Các thông số liên quan đến cảm biến nhiệt độ a)Ren kết nối của cảm biến nhiệt độ:

+ Kiểu kết nối Clamp dùng cho thực phẩm

+ Kiểu kết nối dạng mặt bích chịu áp suất cao

+ Kết nối ren trong G1/4″, G 1/2" b) Chiều dài đầu dò:

Que cảm biến có nhiều độ dài khác nhau tùy thược vào loại cũng như nhu cầu sử dụng Tiêu chuẩn chiều dài que cảm biến thường có các độ dài sau:

Ngoài ra còn có các độ dài que khác có thể lựa chọn :

+ 250mm, 300mm, 400mm, 450mm, 500mm, 600mm, 700mm, 800mm, 900mm, 1000mm c) Đường kính đầu dò cảm biến:

Loại cảm biến nhiệt độ dạng dây sẽ có các đường kính đầu dò là 4mm, 6mm, 8mm

Loại cảm biến nhiệt độ loại đầu củ hành (Head Mounted) có các đường kính là: 6mm, 8mm, 10mm, 12mm d) Bên cạnh đó có thêm 1 số đường kính đối với các loại đặc biệt:

+ Đường kớnh khụng chuẩn ỉ 13mm

+ Đường kớnh đặc biệt ỉ 21mm

+ ỉ 24mm / 32mm cho can nhiệt loại S , can nhiệt loại R , can nhiệt loại B

Ngoài những thông số trên chúng ta cũng cần lưu ý thêm về kiểu kết nối của cảm biến nhiệt độ; môi trường đo nhiệt độ: nước , hoá chất , khí , hơi nóng; tiêu chuẩn Atex được dùng cho cảm biến nhiệt độ Atex trong môi trường nguy hiểm như zone 0, zone 1, zone 2, zone

3.3.3.1 Giới thiệu chung về thanh gia nhiệt

Dung dịch ngâm tẩm

Có rất nhiều dung dịch ngâm tẩm gỗ trên thị trường, tùy vào nhu cầu mà chúng ta có thể chọn được rất nhiều loại dung dịch khác nhau với giá thành khác nhau Trong số đó, phổ biến nhất là dung dịch chống mối mọt cho gỗ XM5 100SP, dung dịch đạt 4 tiêu chuẩn tồn lưu lâu dài gồm chống Mối, Mọt, Mục, Hà biển Chỉ cần hòa tan với nước nên rất dễ sử dụng

Hình 3.16: Thuốc chống mối mọt XM5

+ Liều lượng sử dụng: 1kg XM5 pha với 20 lít nước

+ Khuấy kỹ thuốc trước mỗi lần ngâm tẩm

+ Bổ sung dung dịch để cho gỗ luôn luôn ngâm dưới mép dung dịch

+ Thời gian tối thiểu: 24h cho một đợt ngâm

+ Thời gian tối đa: 72h cho một đợt ngâm, có thể lâu hơn nữa, tùy theo nhu cầu

+ Gỗ sau khi xử lý phải kê xếp thông thoáng

+ Dùng thiết bị ngâm tẩm áp lực - chân không phải cho kỹ thuật viên được đào tạo

Dung dịch XM5 100SP có thành phần CuSO4 - 50% và K2Cr2O7 - 50%, đồng Sunfat gây ra ăn mòn và kết tủa với Fe, vậy nên việc lựa chọn vật liệu làm vỏ nồi là một vấn đề cần phải lưu tâm Sử dụng thép chống rỉ có mác thép Inox-201, có khả năng chịu va đập và độ bền cao, chống rỉ ở mức độ tương đối tốt nếu nếu thường xuyên vệ sinh sạch sẽ

Sử dụng inox 201 làm vỏ nồi đựng dung dịch là hợp lí nếu dung dịch có độ ăn mòn từ thấp đến trung bình Tuy nhiên, với dung dịch có độ ăn mòn cao, nên thường xuyên vệ sinh nồi trong quá trình sử dụng.

Quy trình vận hành hệ thống

3.5.1 Công tác chuẩn bị a) Hòa thuốc: cho các loại hóa chất cần dùng vào nồi dung dịch hòa thuốc, kết hợp với lượng nước vừa đủ để hòa tan

- Khuấy thuốc bằng động cơ có cánh khuấy

- Bật hệ thống gia nhiệt làm nóng dung dịch b) Phân loại gỗ: gỗ được phân loại tùy theo từng quy cách (to ,nhỏ dài, ngắn, dày mỏng) để trước khi đưa vào tẩm

- Gỗ có cùng kích thước hoặc tương đương sẽ được tẩm cùng một mẻ

3.5.2 Vận hành a) Đóng nắp bồn tẩm:

- Khi đóng nắp bồn tẩm yêu cầu điều chỉnh hướng của mặt đồng hồ vào hướng dễ nhìn để quan sát

- Khi nắp bồn đã vào đúng vị trí ta đóng nắp bồn và siết những con bulong lại b) Hút chân không: Công việc hút chân không là một việc cần thiết trong việc ngâm tẩm gỗ

- Mở van của bơm hút chân không

- Khóa tất cả các van còn lại trên thân bồn dung dịch

- Mở bơm chân không – Bơm làm việc từ 10 – 30 phút đến khi hoàn thành quá trình

- Kết thúc công việc hút chân không c)Cấp dung dịch vào bồn tẩm

- Khóa Van bơm hút chân không

- Mở van trên thân bồn để đưa nước vào bồn tẩm

- Nước đầy khóa van bơm hút vào bồn chứa

- Mở van bơm áp lực

- Lặp quá trình bơm chân không và áp lực nếu như có nhiều chu trình

- Lúc này bơm áp lực sẽ làm việc ở áp suất 6kg/𝑐𝑚 2 đến 8 kg/𝑐𝑚 2 bơm tự động ngắt

- Trong quá trình nước ngấm vào mẫu gỗ Bơm làm việc theo hành trình chậm dần đều

- Thời gian tẩm gỗ cho một mẻ từ 4 giờ đến 6 giờ tùy thuộc vào kích thước của gỗ dày, mỏng, to nhỏ khác nhau, gỗ mềm hay gỗ cứng d) Lấy gỗ ra ngoài

Khi bồn tẩm đang còn áp lực ,cần lấy gỗ ra ngoài người vận hành phải :

- Mở van xả an toàn (mở van đến khi kim đồng hồ chỉ về số 2)

- Mở tiếp van xả đáy (van phía dưới thân bồn tẩm) Lúc này bồn tẩm còn áp lực thì có thể xả nước về lại bồn dung dịch

- Khi nước đã hết, đóng van dưới thân bồn tẩm

- Mở van xả cho hết đến khi mim đồng hồ chỉ về 0

- Mở nắp bồn (mở từ từ)

PHƯƠNG PHƯỚNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP VỀ HỆ THỐNG TẨM ÁP LỰC CHÂN KHÔNG

Nguồn gốc vấn đề

Máy ngâm tẩm gỗ chân không được lên ý tưởng và chế tạo theo yêu cầu của xưởng gỗ trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Việc bảo quản gỗ khỏi các tác nhân gây hại cho gỗ đã trở thành một môn học quan trọng trong ngành gỗ, việc chất lượng của gỗ ảnh hưởng đến toàn bộ công đoạn chế tạo phía sau Nhận ra vấn đề, ngành Kỹ Nghệ Gỗ và Nội Thất đã cùng với ngành Công Nghệ Chế Tạo Máy đặt ra đề tài “ Thiết kế chế tạo mô hình máy ngâm tẩm gỗ trong môi trường áp lực - chân không” để phục vụ mục đích giảng dạy, nghiên cứu cho sinh viên các ngành.

Tính cấp thiết

Việc tạo ra một mô hình hệ thống ngâm tẩm áp lực chân không sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo quản gỗ khỏi hư hỏng, mối mọt, tránh được việc thất thoát tài sản, nguyên vật liệu của quý nhà trường Chỉ cần một thanh gỗ có mọt trong một tá gỗ nguyên, chỉ một thời gian ngắn gỗ sẽ bị lây mọt, ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng cũng như tính kinh tế Tính thiết yếu của đề tài còn thể hiện ở việc giảng dạy, sinh viên sẽ được tiếp cận sâu hơn về các quy trình từ tạo ra phôi gỗ, bảo vệ, cho đến chế tạo ra thành phẩm Ngoài ra, còn tăng sự tương tác giữa sinh viên tham gia thực hiện của các ngành, tạo môi trường học tập sôi động và sáng tạo cho sinh viên.

Yêu cầu của đề tài

Dài x Rộng x dày: up to 500mm x 150mm x 65mm

Loại gỗ: Thông, cao su, keo

Dung dịch ngâm tẩm: Nước màu, Keo Phenol - Formaldehyde (PF)

4.3.2 Chu trình tổng quát cho quá trình tẩm

Chu trình tổng quát cho quá trình tẩm:

Tùy theo loại gỗ, chế phẩm bảo quản, trang thiết bị, thời gian và số lần lặp của từng công đoạn có thể thay đổi nhưng chu trình bảo quản gỗ chung có thể được trình bày như sau:

Lần 1: + Xếp gỗ vào thùng, xả dung dịch chế phẩm có nhiệt độ đạt yêu cầu

+ Chân không 600 – 650 mmHg + Áp lực 7 – 12.105 Pa

Lặp lại: + Chân không 600 – 650 mmHg

Cứ thế lặp lại nhiều lần

Hình 4.2: Biểu đồ của một kiểu tẩm chân không - áp lực lặp lại nhiều lần

Hình 4.3: Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động

Phương hướng và giải pháp thực hiện

4.4.1 Ý tưởng thành lập phương án

Hình 4.4:Sơ đồ khối thiết kế

- Phương án 1: Cụm chi tiết tách rời

Hình 4.5: Bản vẽ lắp Phương án 1

Tóm tắt: Sử dụng 2 cụm nồi để chứa dung dịch và gỗ, có thiết kế ống dẫn trả nước lên trên để tránh tình trạng phụt nước Chi tiết nắp được gia công hình trụ tròn, đảm bảo phân tán lực đều do áp suất gây nên Mỗi cụm nồi đều có các chân đỡ độc lập

- Phương án 2: Cụm chi tiết liền mạch

Hình 4.6: Bản vẽ lắp Phương án 2

Tóm tắt: Sử dụng 2 cụm nồi để chứa dung dịch và gỗ, toàn bộ ống được được đặt ở dưới đáy nồi Nắp sử dụng mặt bích mù có bề dày lớn, đảm báo được tính ổn định và dễ dàng lắp đặt 2 cụm nồi được đặt trên một bộ khung có bánh xe để thuận tiện di chuyển

4.4.2 So sánh phương án và lựa chọn

Về cơ bản, cả 2 phương án trên đều có kết cấu tương tự nhau và đều hoạt động theo nguyên lý chứa nước vào bồn dung dịch, sau đó lợi dụng chênh lệch áp suất ở 2 bồn để đưa nước từ bồn chứa nước qua bồn chứa gỗ để tiến hành ngâm tẩm áp suất, chân không Sự khác nhau nằm ở kết cấu và một số chi tiết như nắp, ống dẫn, thân bình, khung đỡ Sự khác nhau giữa các phương án gồm: a Nắp bồn ngâm

Nắp bồn lúc được sử dụng bằng chất liệu thép không gỉ, dày thiết kế hình chóp tròn để có thể phân tán đều lực do áp suất tác dụng mà không bị quá tải tại điểm cao nhất của nồi

Hình 4.7: Nắp và mặt cắt nắp phương án 1

Nắp có 4 cặp tai được phân bố đều xung quanh có nhiệm vụ làm tai chốt cố định cho nắp và thân bình Tai được làm bằng thép tấm với các gờ chống bung, đảm bảo an toàn khi vận hành

+ Ưu điểm: nắp phân bố đều được lực do áp suất gây ra, nhờ đó mà tại vị trí đỉnh hay vị trí góc không bị chịu lực dẫn đến quá tải Nắp được làm to để ôm vào miệng bồn khi đóng, hạn chế được việc bị trò rỉ khi áp suất tăng cao

+ Nhược điểm: khó gia công; Với phương pháp đúc chi phí khá cao, phải gia công lại sau khi đúc làm tăng giá thành gia công Với phương pháp gia công từ phôi kim loại lớn, gây hao tốn khi phải bỏ đi một lượng lớn phần kim loại thừa, giá thành khá cao

Nắp bích mù dạng mặt bích có thông số PN16 và độ dày 20mm được sử dụng để đảm bảo độ chịu lực và không bị biến dạng dưới áp suất lớn Nắp không có tai để lắp chốt mà sử dụng trực tiếp 6 lỗ sẵn có cùng 6 bu lông inox để kết nối nắp với thân bồn chứa.

Hình 4.8: Nắp và mặt cắt nắp phương án 2

Ưu điểm của mắt bích mù là giá thành rẻ, khả năng chịu lực tốt và không bị biến dạng khi áp suất thấp hơn 16 bar Người dùng không cần hàn thêm tai vì có thể tận dụng lỗ sẵn trên mặt bích Ngoài ra, bề mặt nắp phẳng nên cho phép gắn thêm cửa kính thăm bồn, giúp dễ dàng quan sát mực nước bên trong.

+ Nhược điểm: dễ bị cong vênh nếu áp suất quá cao (vượt quá 15 bar) Do làm bằng thép nên phần nắp khá nặng, gây khó khăn khi đóng mở Do nắp được đặt lên bề mặt miệng của thân bồn, nên cần một lực siết bulong chốt vừa đủ để có thể tránh rò rỉ khí ra bên ngoài bồn trong quá trình ngâm tẩm áp suất b Nồi dung dịch

Nồi dung dịch là nồi gia nhiệt và chứa dung dịch để chuẩn bị cho quá trình ngâm tẩm gỗ, nhiệt độ dung dịch thường không quá cao (dưới 70 o C) nên không có lớp cách nhiệt bên ngoài, sử dụng chất liệu vỏ từ inox 201 mang lại độ bền cao trong quá trình sử dụng Bộ phận gia nhiệt được sử dụng là đĩa nhiệt, đặt dưới đáy nồi để đun nóng trực tiếp dung dịch đến nhiệt độ cần thiết, bộ phận điều khiển nhiệt độ REX-C100 sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt và duy trì nhiệt độ theo yêu cầu

Hình 4.9: Nồi nấu dung dịch phương án 1

+ Ưu điểm: do sử dụng đĩa nhiệt tiếp xúc trực tiếp với dung dịch nên thời gian làm nóng nhanh, dễ dàng tháo gỡ vệ sinh do cấu tạo của đĩa nhiệt, chi phí thấp

Nhược điểm của bếp từ là đĩa nhiệt tiếp xúc trực tiếp với các nguyên liệu chế biến, do đó dễ gây cháy với các dung dịch đặc, cũng như các loại dung dịch chứa nhiều hạt vi chất Bên cạnh đó, sau một thời gian sử dụng, bếp dễ bị đóng cặn tại vị trí đĩa nhiệt.

Nồi dung dịch là nồi gia nhiệt và chứa dung dịch để chuẩn bị cho quá trình ngâm tẩm gỗ, nồi được cấu tạo gồm 2 lớp, lớp ngoài chứa nước (hoặc dầu) và lớp trong chứa dung dịch cần dùng cho ngâm tẩm Lớp nước ở ngoài khi được đun nóng sẽ truyền nhiệt vào lớp Đĩa nhiệt thành trong đến dung dịch, quá trình đun nóng sẽ diễn ra cho đến khi dung dịch đạt được nhiệt độ yêu cầu và sẽ luôn được duy trì trong khoảng nhiệt

Nồi dùng inox 201 cho cả 2 lớp vỏ, mang lại khả năng truyền nhiệt và độ bền cao trong quá trình sử dụng

Hình 4.10: Nồi nấu dung dịch phương án 2

Ưu điểm nổi bật của phương pháp gia nhiệt này là dung dịch được đun nóng bằng nhiệt truyền qua dung môi, loại bỏ nguy cơ cháy khét do không tiếp xúc trực tiếp với thanh gia nhiệt Thêm vào đó, nhiệt được phân bố đều hơn khắp thành chứa dung dịch nhờ cơ chế bao bọc của dung môi, đảm bảo quá trình gia nhiệt đồng nhất và hiệu quả.

Thiết kế hệ thống tẩm áp lực – chân không

- Các bước để thiết kế như sau:

Bước 1: Căn cứ vào yêu cầu của khách hàng và kích thước của mẫu, chúng ta phải quyết định kích thước của hệ thống

Bước 2: Tính thể tích dung dịch tối thiểu cần cho chu trình ngâm tẩm

Bước 3: Tính áp suất tối đa mà bình ngâm có thể chịu được và gia công mặt bích phù hợp Bước 4: Xác định thông số của động cơ khuấy và chọn motor

Bước 5: Chọn bánh xe cho hệ thống

Bước 6: Bố trí thiết bị, tính lượng nhiệt và thời gian cần đun nóng và chọn thanh gia nhiệt

4.5.1 Thiết kế đường ống dẫn nước a Khái niệm chung về hệ thống đường ống dẫn nước

Hệ thống đường ống dẫn nước là một hệ thống kỹ thuật cung cấp, phân phối và vận chuyển nước từ nguồn đến các điểm sử dụng khác nhau Thành phần chính bao gồm đường ống, van, khớp nối, bơm và các thiết bị kiểm tra.

+ Ống dẫn nước: Đây là một thành phần quan trọng nhất trong hệ thống đường ống dẫn nước, nó được dùng để vận chuyển và chứa nước từ nguồn tới các điểm sử dụng khác nhau Một sôd loại ống dẫn thường được sử dụng chẳng hạn như ống nhựa, PVC, ống kim loại và ống thép

Van là thiết bị quan trọng trong hệ thống đường ống, dùng để điều chỉnh áp lực và lưu lượng nước Chúng có chức năng đóng hoặc mở, cho phép kiểm soát và điều chỉnh dòng chảy của nước, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.

+ Các bộ phận khác: Ngoài các thành phần chủ yếu đã trên, hệ thống đường ống dẫn nước còn có một số bộ phận khác như các loại ống nối, van an toàn, phụ kiện, van giảm áp, các thiết bị đo lường và kiểm tra

Hệ thống đường ống dẫn nước bao gồm các thành phần hòa hợp với nhau tạo thành một đơn vị hoàn chỉnh Am hiểu định nghĩa và cấu tạo các thành phần đóng vai trò then chốt trong việc thiết kế hệ thống đường ống dẫn nước hiệu quả và đảm bảo an toàn Hệ thống đường ống dẫn nước có vai trò vận hành cơ chế ngâm tẩm trong quá trình xử lý sản phẩm.

- Khái niệm chân lệch áp suất:Chênh lệch áp suất là sự khác biệt về độ chênh áp giữa 2 điểm khác nhau và chất lỏng có xu hướng đi từ nơi áp suất cao về nơi có áp suất thấp nên hệ thống đường ống dẫn nước của hệ thống ngâm tẩm sẽ hoạt động dựa theo nguyên lí này

- Hệ thống đường ống dẫn nước trong hệ thống ngâm tẩm này dựa trên nguyên lí chênh lệch áp suất để hút hoặc đẩy nước từ nồi khuấy dung dịch vào bồn ngâm tẩm

- Cách hoạt động của hệ thống đường ống nước trong hệ thống ngâm tẩm: phần đầu trong quá trình ngâm tẩm có quy trình hút chân không cho bồn ngâm tẩm Lợi dụng chân lệch áp suất giữa bồn ngâm tẩm và nồi khuấy dung dịch, nước trong nồi khuấy sẽ được hút qua bồn ngâm tẩm, hút đủ nước thì khóa van lại và thực hiện quá trình ngâm tẩm Sau khi thực hiện xong hết các quá trình ngâm tẩm thì sử dụng quá trình áp suất cuối cùng của chu kỳ ngâm đẩy nước ra khỏi bồn ngâm tẩm về lại nồi khuấy dung dịch

- Để thiết kế và chọn được ống dẫn nước và các thiết bị liên quan của hệ thống ống dẫn nước này thì dựa vào ba yêu cầu này:

Ống dẫn sở hữu khả năng chống ăn mòn và không phản ứng hóa học với dung môi ngâm tẩm Bên cạnh đó, ống dẫn còn được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao, cụ thể là từ 40 đến 100 độ C nhằm đáp ứng yêu cầu về nhiệt độ nước của người đặt máy.

+ Ống dẫn phải chịu được môi trường làm việc áp suất cao từ 6 bar đến 12 bar

- Từ những tiêu chí này thì chúng ta sẽ mua các loại van, ống nối, phụ kiện và ống dẫn chịu được các điều kiện trên để đảm bảo an toàn và hoạt động bình thường của hệ thống ngâm tẩm áp lực chân không

4.5.2 Thiết kế nồi dung dịch

Tại sao lại cần một nồi chứa dung dịch cho một chiếc bồn ngâm và tại sao lại cần phải tính toán và thiết kế?

Việc có một bộ phần chứa đựng dung dịch được kết nối trực tiếp với bồn ngâm gỗ có thể giúp tối ưu hóa thời gian và công đoạn pha trộn dung dịch Dung dịch được sử dụng luôn yêu cầu một nhiệt độ nhất định, bằng cách kết hợp thanh gia nhiệt, ta có thể dễ dàng đưa dung dịch đạt được nhiệt độ hòa tan yêu cầu

Các tiêu chí khi thiết kế:

- Hoạt động tốt, đúng chức năng

- Không bị rò nước trong quá trình sử dụng

- Gia nhiệt được cho dung dịch đến nhiệt độ cần thiết

- Chịu được mức độ ăn mòn nhất định

Sử dụng vật liệu vỏ nồi thép không gỉ có mác thép INOX-201 (thành phần 72% Fe, 17%

Inox 201 có thành phần hóa học riêng biệt gồm Cr, C, Mn, Ni, N Tuy nhiên, hàm lượng Mn cao hơn và Nikel thấp hơn so với các loại inox khác Điểm khác biệt này ảnh hưởng đến đặc tính của inox 201, cụ thể là độ cứng cao hơn và dễ bị ăn mòn hơn so với inox 304 Mặc dù độ bóng sáng bề mặt có phần kém hơn, nhưng độ bền của inox 201 vẫn đạt mức khá cao Nếu so với các vật liệu không phải inox, inox 201 là lựa chọn tối ưu cho sản phẩm đòi hỏi độ bền và chống oxy hóa tốt Thép không gỉ 201 có phạm vi nhiệt độ nóng chảy cao (1400-1450°C) và khả năng dẫn điện kém, đáp ứng yêu cầu làm vỏ cho nồi gia nhiệt.

Nồi được cấu tạo từ 2 lớp, một lớp lớp bao bọc bên ngoài, chứa nước hoặc dầu để đun nóng, và một lớp trong để trữ dung dịch cần dùng trong quá trình ngâm tẩm Nồi hoạt động theo nguyên lý truyền nhiệt, khi lớp nước ở lớp ngoài được gia nhiệt nóng lên, nhiệt sẽ được truyền từ lớp nước đó vào dung dịch được chứa ở lớp trong Việc sử dụng 2 lớp và gia nhiệt theo phương pháp truyền nhiệt nay sẽ giúp cho dung dịch cần gia nhiệt được nóng đều và không bị cháy khét do không tiếp xúc trực tiếp với thanh gia nhiệt

Hình 4.19: Lớp Vỏ Trong Để kết nối 2 lớp vỏ này thành một chiếc nồi hoàn chỉnh, việc chọn van, tai đỡ, thanh gia nhiệt, là việc vô cùng quan trọng Ở đây nhóm đã lựa chọn sử dụng 2 chiếc nồi được làm từ thép không rỉ 201 với dung tích lần lượt là 35 lít và 20 lít để cấu thành nồi gia nhiệt, thanh nhiệt được sử dụng có công suất 3kw, có khả năng gia nhiệt lên 60ºC cho 20 lít nước trong thời gian dưới 7 phút Tai đỡ được làm từ thép dày 4 ly để đảm bảo chịu được sức nặng của nồi

Hình 4.20: Tách nồi dung dịch

Thiết kế của nồi khá đơn giản nhưng mang lại hiệu quả và tính kinh tế cao, tối ưu hóa được chi phí và công năng sử dụng

Sau đây là các thành phần có trong nồi và đặc tính kỹ thuật:

+ Chất liệu: thép không gỉ, mác thép inox 201

+ Thông số: 300 x 300mm (chiều cao x đường kính )

+ Chất liệu: thép không rỉ, mác thép inox 201

+ Thông số: 350 x 350mm (chiều cao x đường kính)

+ Chất liệu: Thép (tôn mỏng)

+ Thông số: 90mm (đường kính bao)

+ Chiều dài can nhiệt: 200mm

+ Chất liệu: thép không gỉ (inox-304)

+ Thụng số: răng trong 2 đầu, DN25 - ỉ34mm - 1inch

+ Áp suất làm việc: 12kg/cm 3

+ Chất liệu: thép không gỉ (inox 201)

+ Môi trường làm việc: nước, dầu, khí, gas

+ Nhiệt độ làm việc: 0-90 độ

+ Kiểu kết nối: lắp ren

4.5.3 Thiết kế bồn ngâm gỗ

Bồn ngâm gỗ là bộ phận đặt gỗ vào để tiến hành ngâm tẩm, phải đủ dày để chịu được áp suất cao trong quá trình ngâm

Các tiêu chí khi thiết kế:

- Hoạt động tốt, đúng chức năng

- Không bị rò khí quá nhiều trong quá trình sử dụng

- Chịu được tối thiểu 8 bar áp suất trong bồn

- Đặt vừa tối thiểu một mẫu gỗ kích thước 500x150x65 mm

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG TẨM ÁP LỰC – CHÂN KHÔNG

Tính toán nồi dung dịch

5.1.1 Tính toán thể tích nước cần dùng

Theo các số liệu cho sẵn, ta có:

- Vật liệu ngâm: gỗ (gỗ thông hoặc keo) có kích thước 500 x 150 x 65mm (Dài x Rộng x Dày)

Thể tích của miếng gỗ: V1 gỗ= Dài x Rộng x Dày = 500 x 150 x 65 = 4875000 mm 3

➔ Vậy thể tích mà miếng gỗ sẽ chiếm nếu chìm trong nước là 4,875 lít

- Đường kính bồn ngâm là 219 mm, nên ta có thể để được 2 mẫu gỗ trong thí nghiệm

➔Thể tích 2 mẫu gỗ sẽ chiếm khi ngâm hoàn toàn trong nước là

- Thể tích nước cần dùng tối đa để ngâm ngập miếng gỗ là:

Trong đó: Rngâm = bán kính của bình ngâm (mm) hgỗ = kích thước cao nhất của mẫu gỗ (mm)

V tối đa = lượng nước tối đa cần dùng để tiến hành ngâm tẩm (mm 3 )

➔Vậy cần 19-20 lít nước để có thể ngâm ngập hoàn toàn miếng gỗ trong nước

Lưu ý ở đây không trừ ra lượng thể tích mà miếng gỗ chiếm trong nước vì lượng thể tích bị chiếm đó giúp nước được nâng lên một khoảng nhất định so với miếng gỗ, ngoài ra còn được dùng để dự phòng khi mực nước giảm xuống do nước ngấm vào trong gỗ

5.1.2 Kiểm tra lại kết quả tính toán Ở đợt thí nghiệm này, ta sử dụng gỗ thông để tiến hành ngâm tẩm Cần đảm bảo sau khi ngâm nước vẫn luôn ngập miếng gỗ vì gỗ thông có khả năng thẩm thấu nước ở mức độ nhất định

Ta có: Khối lượng riêng của gỗ thông xẻ khô: Dgỗ = 480 kg/m³

Thể tích của tổng 2 mẫu gỗ thông: Vgỗ = 9,75 lít = 0,00975 m 3 [6]

➔ Khối lượng của 2 mẫu gỗ: Mgỗ = Dgỗ ×Vgỗ = 480×0,00975 = 4,68 kg

Trong đó: Mgỗ = Tổng khối lượng của 2 mẫu gỗ (kg)

Dgỗ = Khối lượng riêng của gỗ, D = 480 kg/m³ (mẫu gỗ sử dụng là gỗ thông)

Vgỗ = Thể tích của 2 mẫu gỗ (m 3 )

- Gỗ thông là loại gỗ mềm, có xu hướng hút nước, và ở mức hút tối đa có thể làm tăng gấp đôi khối lượng gỗ, tương đương với 2 thanh gỗ khô có khối lượng 4,68 kg sẽ hút được 4,68 lít nước

Thể tích nước còn lại sau khi bị hút vào bên trong mẫu gỗ:

Vcòn lại = 18,8 – 4,68 = 14,12 lít Để tính được chiều cao mức nước trong bình sau khi bị hút bởi gỗ, ta cần cộng cả phần thể tích bị chiếm ban đầu do gỗ (gỗ chìm hoàn toàn trong nước):

Chiều cao lúc này của mức nước là: h = 𝑉

𝜋× 219 2 2 = 633,686 mm Vậy chiều cao lúc này của mức nước cao hơn chiều cao của khúc gỗ một khoảng

Thể tích nước tối thiểu cần dùng là: Vtối thiểu = 18,8 – 5,035 = 13,765 lít

Kết luận: để ngâm tẩm 2 mẫu gỗ với kích thước mỗi mẫu là 500x150x65mm luôn ngập hoàn toàn trong nước ta cần tối thiểu 15 lít nước và tối đa 18 lít nước cho một chu trình.

Tính toán bình ngâm

*Công thức tính áp suất bên trong bình ở mức cường độ kéo tối đa (giới hạn mà bình thép sẽ bị nổ)

𝑃 𝑡 = áp suất tối đa (áp suất nổ) (psi)

𝑆 𝑡 = ứng suất kéo tối đa (psi) t = độ dày ống (in, mm)

𝑑 0 = đường kính ngoài (in, mm)

Dựa trên tiêu chuẩn về ống thép hàn, liền mạch Grade A Ta có độ bền kéo tối đa của ống thép là 48000 PSI

Bảng 5.1: Bảng thành phần hóa học thép ống A53

Trong đó: * Tổng của năm nguyên tố này phải nhỏ hơn 1%

Bảng 5.2: Bảng tính chất cơ lý của ống thép ASTM A53

Loại- lớp Cường độ chảy, min, psi, (MPA) Độ bền kéo, min, psi, (MPA)

*Công thức tính áp suất làm việc của bình thép (hay áp suất cho phép)

𝑃 𝑎 = áp suất tối đa cho phép (psi)

𝑆 𝑦 = ứng suất chảy tối thiểu (psi)

𝐹 𝑒 = hệ số mối hàn dọc – Bảng 841.115A của tiêu chuẩn ASME B31.8-2012

𝐹 𝑡 = hệ số giảm nhiệt độ

Bảng 5.3: Bảng giá trị hệ số mối hàn

PHƯƠNG PHÁP HÀN HỆ SỐ KHỚP DỌC

ASTM A53 Ống liền mạch (ống thép đúc) 1

Hàn bằng lò nung Butt: Mối hàn liên tục 0,6

Các hệ số thiết kế 𝐹 𝑑 tiêu biểu: (QCVN 01:2016/BCT) Đường ống dẫn chất lỏng: 0,72 Đường ống khí đốt – loại 1 khu vực 1: 0,8 Đường ống khí đốt – loại 1, khu vực 2: 0,72 Ống khí đốt – loại 2: 0,60 Ống khí đốt – loại 3: 0,50 Ống khí đốt – loại 4: 0,40

Bảng 5.4: Hệ số giảm nhiệt độ

Nhiệt độ Yếu tố giảm tải

- Mô phỏng kết quả bằng phần mềm inventor

Bảng 5.5: bảng tóm tắt kết quả mô phỏng lực tác dụng

Von Mises Stress 0.0000662581 MPa 32.1825 MPa

1st Principal Stress -19.5783 MPa 30.9659 MPa

3rd Principal Stress -52.7659 MPa 8.64139 MPa

Equivalent Strain 0.000000000305059 ul 0.000157385 ul 1st Principal Strain -0.00000116608 ul 0.000126277 ul 3rd Principal Strain -0.000192308 ul 0.00000000091222 ul

Hình 5.1: Mô phỏng đo lường sức chịu lực dựa trên biến dạng (Von Mises Stress)

Hình 5.2: Mô phỏng đo lường hệ số an toàn (Safety Factor)

5.2.2 Nắp bình a Tính toán chọn bulong phù hợp Áp lực tối đa mà nắp bình phải chịu khi máy đang hoạt động ở trạng thái áp suất tối đa

- P là áp lực (áp suất làm việc max là 12 bar= 1,2 𝑁

- S là diện tích chịu lực

- F là lực mà nắp bình chịu

=> Lực tối đa mà mỗi con bulong phải chịu

Hai mặt bích của thân bình và nắp bình được ghép lại với nhau và được giữ chặt bằng 6 bulong M20 Vì vậy có thể xem trường hợp trên là mối ghép có khe hở và bulong xiết chặt Chọn hệ ma sat f=0,14, hệ số an toàn k=1,5 (k= from 1,5 to 3), cấp bền của bulong là 5.6, từ cấp bền bulong ta được ứng suất kéo cho phép của bulong [σk]@0N/𝑚𝑚 2 Áp dụng công thức tính lực xiết trên mỗi bulong

Bulong sử dụng ở đây là bulong treo, làm từ thép không rỉ có mác thép inox-304, cấp bền 5,6

- Độ bền kéo tối thiểu là 50 kgf/mm 2

- Giới hạn chảy tối thiểu = 60*80% = 48 kgf/mm 2

Bảng 5.6: BẢNG TRA LỰC XIẾT BULONG INOX

Cỡ bulong Hệ số ma sát Tải trọng tiêu chuẩn (Kn)

Mô men xoắn tiêu chuẩn vặn chặt (Nm)

Mô men xoắn phá vỡ (Nm)

➔ Tải trọng tiêu chuẩn của bulong M20 là A2-70, hệ số ma sát 0,1 b Tính toán về nắp bình

Nắp được làm bằng bích ghép mù PN16 200 có mác thép SS400

Bảng 5.7: Giới hạn mác thép SS400

Tiêu chuẩn Quốc gia Đơn vị Giới hạn chảy

3101 Nhật Mpa 235 400-510 17-21 Áp suất được sử dụng để ngâm là 8bar ➔ khi làm việc, áp suất tác dụng lên nắp là 8bar tức 0.8Mpa, ta thấy giới hạn bền kéo của mác thép ss400 lớn hơn rất nhiều so với áp suất tác dụng lên nắp, nên nắp hoàn toàn có thể chịu được áp suất tác dụng 8 bar mà không bị biến dạng

- Mô phỏng áp suất tác dụng lên nắp bằng phần mềm Inventor

1st Principal Strain -0.000000000214402 ul 0.0000209298 ul

3rd Principal Strain -0.0000497016 ul -0.000000000201444 ul

Hình 5.3: Mô phỏng đo lường sức chịu lực dựa trên biến dạng (Von Mises Stress)

Hình 5.4: Mô phỏng đo lường hệ số an toàn (Safety Factor)

Từ các mô phỏng và tính toán cho thấy, thân và nắp bồn ngâm hoàn toàn có thể chịu được áp suất làm việc trong khoảng từ 0-10 bar, (đáp ứng được áp suất tối đa cho việc ngâm tẩm gỗ) mà không gây ra bất cứ biến dạng hay phá hủy nào đối với toán bộ các vị trí đặt lực c) Tính toán chịu lực chốt ngang

Chốt ngang được làm từ loại thép c45

-Giới hạn chảy >36 kg/mm2

-Độ bền kéo >61 kg/mm2

-Độ dãn dài tương đối >16%

-Độ thắt tương đối >40 kg/mm2

-Độ dai va đập >5 kg/mm2

-Độ cứng sau thường hóa ≤ 229 kg/mm2

-Độ cứng sau ủ hoặc tôi ram cao ≤ 197 kg/mm2

Bảng 5.9: Giới hạn bền của mác thép C45

Mác thép Tiêu chuẩn Độ bên đứt σb (Mpa) Độ bền đứt σc (Mpa) Độ giãn dài tương đối δ (%) Độ cứng HRC

1st Principal Strain 0.000000704138 ul 0.200033 ul

3rd Principal Strain -0.079214 ul 0.00000506776 ul

Chọn động cơ

Hình 5.6: Mô phỏng đo lường hệ số an toàn (Safety Factor) 5.3 Cơ sở chọn cánh khuấy và động cơ

5.3.1 Khái niệm về độ nhớt Độ nhớt của chất lỏng là một đặc tính của chất lỏng liên quan chặt chẽ đến lực ma sát nội tại cản lại sự di động tương đối của các lớp phân tử trong lòng chất lòng đó Độ nhớt động lực hay độ nhớt tuyệt đối, ký hiệu là η, là lực tiếp tuyến trên một đơn vị diện tích bề mặt, được biết như một ứng suất trượt τ (biểu thị bằng pascal), cần thiết để di chuyển một lớp chất lỏng 1 𝑚 2 song song với mặt phẳng trượt ở tốc độ (v) là 1 m/s so với lớp chất lỏng song song ở một khoảng cách (x) là 1 m

Tỷ lệ dv/dx là gradient vận tốc cho tốc độ trượt D, biểu thị là nghịch đảo của giây (s -1) và η = τ/D Đơn vị của độ nhớt động lực là pascal giây (Pas) hoặc newton giây trên mét vuông (N- s/m2) và ước số hay dùng là milipascal giây (mPa-s) Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị độ nhớt cơ bản là poise (P) và ước số hay dùng là centipoise (cP)

1 P = 0,1 Pa -s = 100 cP = 100 mPa-s Độ nhớt động lực của nước cất ở 20 °C xấp xỉ bằng 1 centipoise Độ nhớt động học (v) là tỷ số giữa độ nhớt động lực và khối lượng riêng (p) của chất lỏng (biểu thị bằng kg/𝑚 3 ), cả hai đều được xác định ở cùng nhiệt độ t ν= η / ρ Đơn vị độ nhớt động học là 𝑚 2 /s, ước số là 𝑚𝑚 2 /s Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị độ nhớt động học là stocker (St) và ước số hay dùng là centistocker (cSt)

1 cSt = 10-6 𝑚 2 /s =1 𝑚𝑚 2 /s Độ nhớt động học của nước cất ở 20°C xấp xỉ bằng 1 cSt Khi tính độ nhớt động học của một chất lỏng theo stocker hay centistocker, đi từ độ nhớt động lực tính theo poise hay centipoise thì khối lượng riêng của chất lỏng đó phải tính theo g/𝑐𝑚 3 Độ nhớt thay đổi rõ rệt khi nhiệt độ thay đổi Nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và ngược lại

Vì vậy, phải xác định độ nhớt của chất lỏng ở nhiệt độ ổn định, dao động không quá ± 0,1 °C

5.3.2 Độ nhớt của nước Độ nhớt của nước hiện nay bao gồm 2 loại:

+ Độ nhớt tuyệt đối (Dynamic Viscostity) đơn vị (Ns/𝑚 2 x 10 −3 )

+ Độ nhớt động học (Kinematics Viscosity) đơn vị (𝑚 2 /s x 10 −6 )

Bảng 5.11: Bảng tra độ nhớt của nước

- 𝜇 - Ns/𝑚 2 x 10 −3 Độ nhớt động học

Chọn nhiệt độ từ 20 0 C đến 30 0 C vậy đột nhớt của nước là khoảng 1 Ns/𝑚 2 x 10 −3

5.3.3 Cơ sở chọn cánh khuấy a Hình dạng của cánh khuấy

Cánh quạt hình cánh quạt (marine propeller) là loại cánh được thiết kế truyền thống, thường được sử dụng trong các bể khuấy nhỏ để trộn chất rắn, huyền phù hoặc trong quá trình truyền nhiệt Phương pháp chế tạo phổ biến là đúc, dẫn đến cánh có trọng lượng lớn khi kích thước tăng.

Tuabin cánh nghiêng có đặc điểm là các cánh gắn đối xứng trên trục, trọng lượng nhẹ hơn tuabin cánh quạt cùng đường kính Cánh nghiêng tạo ra dòng chảy hỗn hợp theo cả hướng trục và hướng xuyên tâm, với tốc độ khuấy chậm (20-100 vòng/phút) Nhờ vậy, loại tuabin này phù hợp cho việc khuấy trộn dung dịch có độ nhớt trung bình.

Dạng cánh lưỡi lẹm (retreat blade impeller): Dạng cánh khuấy này được phát triển bởi Công ty Pfaudler, đặc biệt sử dụng cho các lò phản ứng tạo lớp thủy tinh lót dùng để chứa chất lỏng ăn mòn cao

Dạng cánh 2 lưỡi (Mig and Intermig): Đây là sản phẩm được phát triển bởi công ty

Ekato, cánh khuấy gồm hai lưỡi cánh đặt dọc trục, có 2 dạng: Mig và Intermig, Thiết kế này chủ yếu là cho các chất lỏng có độ nhớt cao, có tỉ lệ đường kính cánh khuấy / đường kính thùng cao (D / T > 0,7) Phần lưỡi ngoài của Intermig có hai phần so le được thiết kế để dòng chảy trục rõ ràng hơn và một số điện năng tiêu thụ thấp hơn Loại Mig được sử dụng cho máy khuấy cho tỷ lệ chiều cao chất lỏng / đường kính thùng cao (H / T = 1) , 2 loại cánh này đặc biệt thích hợp trong khuấy các chất kết tinh với lưu lượng thấp b Chuyển động dòng chảy của cánh khuấy

Hướng chuyển động tiếp tuyến: Chất lỏng ở thùng chứa có chuyển động phù hợp với quỹ đạo chuyển động của cánh khuấy Sự khuấy trộn chất lỏng dọc trục không đáng kể; khuấy trộn xảy ra vì xoáy, phát sinh theo đường viền của cánh Chất lượng khuấy trộn không cao Chảy tiếp tuyến là đặc tính riêng của máy khuấy có cánh thẳng đứng và tốc độ quay chậm, trong đó không phát sinh dòng hướng tâm do lực ly tâm tạo ra

Hướng chuyển động hướng tâm: Chất lỏng ở trong thùng chứa được chuyển động từ cánh khuấy hướng vào tâm Để đảm bảo cho chất lỏng chảy hướng tâm cần phải để cho lực ly tâm lớn hơn lực chảy vòng của chất lỏng

Hướng chuyển động hướng trục: Chất lỏng trong thùng chứa đi vào và ở cánh khuấy chảy ra song song với trục

Hình5.7: Hướng chuyển động của dòng chảy trong máy khuấy

(a) Cánh quạt hướng trục hoặc hướng tâm không có vách ngăn

(b) Vị trí ngoài trung tâm làm giảm dòng xoáy

(c) Cánh quạt hướng trục có vách ngăn

(d) Cánh quạt hướng tâm có vách ngăn

=> Cơ sở lựa chọn cánh khuấy dựa trên độ đặc (hay còn gọi là độ nhớt) của dung dịch sử dụng Để khuấy trộn các loại hạt nổi trên mặt, hỗn hợp chất rắn, chất lỏng, dung dịch hoà tan đặt biệt là hóa chất, vậy nên ta sử dụng cánh khuấy chân vịt inox Đây là loại cánh thông dụng nhất, loại cánh khuấy này tạo ra dòng chảy hướng trục lớn, dòng chất lỏng được cánh hút vào theo hướng dọc trục, điều này giúp phân tán đều dung dịch từ trên xuống dưới mà không bỏ qua điểm chết nào

Hình 5.8: Cánh khuấy chân vịt 3 cánh

Hình 5.9: Sơ đồ tạo ra dòng chảy trong thiết bị khuấy chân vịt và các loại cánh khuấy chân vịt Ưu điểm: Bộ phận khuấy chân vịt có thể tạo ra dòng chảy hướng trục lớn nên có thể rút ngắn thời gian khuấy trộn

Nhược điểm: Đòi hỏi cánh khuấy có độ bền cơ học cao c Thời gian trộn

Thời gian trộn là một trong những thông số quan trọng nhất trong trộn chất lỏng-lỏng vì nó cũng là thời gian cần thiết để có được một mức độ đồng nhất mong muốn trong bể trộn Đường kính cánh khuấy, đường kính bể trộn, độ nhớt chất lỏng… là các thông số hiệu quả để xác định thời gian trộn, ta có công thức thời gian hoàn thành 1 vòng đảo đều là: tm = 5,91 dv 2/3 ( 𝜌.𝑣

Trong đó: dv : là đường kính thùng trộn, m d : là đường kính cánh khuấy, m

V : là thể tích dung dịch, L

𝜌: Khối lượng riêng của dung dịch, kg/m 3 ( đối với nước là 997 kg/m 3 )

5.3.4 Các số liệu liên quan đến động cơ và chọn motor phù hợp

Năng lượng cần thiết để cho các cánh khuấy chuyển động trong nước được tính theo công thức:

+P: Là năng lượng cần thiết (W)

+ρ: Là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

Bảng 5.12: Bảng tra trong điều kiện dung dịch đem khuấy trộn là nước

Nhiệt độ ( 0 C) Khối lượng riêng kg/𝑚 3

+D: Là đường kính cánh khuấy (m)

+n: Là số vòng quay trong một giây (vòng/s)

6 vòng/s +K:Là hệ só sức cản của nước, phụ thuộc vào kiểu cánh khuấy, lấy theo số liệu của Rushton:

Cánh khuấy chân vịt 3 cánh: K= 0,32

Cánh khuấy chân vịt 2 cánh: K= 1,00

Tuabin 6 cánh phẳng đầu vuông: K= 6,3

Tuabin 6 cánh đầu tròn cong: K= 4,8

Cánh khuấy ngắn 2 đến 6 cánh dọc trục: K= 1,7

6 ) 3 0,15 5 2, 275 (W) Chọn motor 120 w để cánh khuấy có thể hoạt động được

Chọn bánh xe

* Chọn bánh xe theo tải trọng (Tính tải trọng mà mỗi bánh xe phải chịu):

+ 𝑀 1 : tự trọng của hệ thống giá gắn với bánh xe

+ 𝑀 2 : trọng lượng của vật cần chứa

+ B: số bánh xe theo thiết kế (1,2,3,4,…)

Giả sử cho 𝑀 2 có khối lượng 40kg cho cả nước lẫn gỗ

Chú ý nên chọn bánh xe có tải trọng lớn hơn tính toán vì một số lý do sau:

+ Khối lượng sẽ không đều trên mỗi bánh xe

+ Bánh xe không tiếp súc đều với bề mặt nền xe đẩy tại một vị trí bất kì, thường chỉ có 3 bánh xe chịu lực là chính

+ Trong quá trình di chuyển bánh xe vấp phải một số vật cản trên đường làm cho bánh mau hỏng sớm hơn so với thiết kế

* Chọn bánh xe theo đường kính (sau khi tính được tải trọng cần thiết, bước tiếp theo ta lựa chọn đường kính)

Kết hợp giữa thiết kế kĩ thuật và thẩm mỹ của xe ta chọn đường kính phù hợp với nhu cầu của người dùng

Chọn bánh xe lớn có càng nhiều ưu điểm:

+ Vật cản (gờ, bậc,…)do momen của bánh xe lớn, việc vượt vật cản sẽ nhẹ nhàng hơn + Với vật cản lõm nhỏ (rãnh, hố, ổ gà,…) với bánh xe đường kính lớn giảm thiểu khả năng bánh xe bị kẹt, hay rơi hoàn toàn vào vật cản

+ Áp lực/ diện tích của bánh xe đường kính lớn luôn dàn đều và nhỏ hơn bánh có đường kính nhỏ vì vậy bánh xe đường kính lớn chịu tải tốt hơn

+ Cùng một quãng đường bánh xe to sẽ phải lăn ít hơn do đó vòng bi và bề mặt bánh xe cũng bền hơn

Bảng 5.13: Thông số bánh xe của misumi Đường kính bánh xe (mm) Tải trọng cho phép (N) Tốc độ di chuyển (km/h)

* Chọn bánh xe theo vật liệu (mỗi chất liệu có đặc tính lý hóa phù hợp với từng điều kiện làm việc): Ở điều kiện thường ta lên sử dụng bánh xe cao su vì các ưu điểm sau: êm, bền, rẻ, không bị lão hóa như P3, TPR, hay một số loại vật liệu tổng hợp khác

+ Chủ lực mài mòn: PA, gang, thép

+ Chịu đầu ta có: PA, PP, PU (PU kim chịu tác động của tia tử ngoại từ mặt tới vì vậy không nên vận hành bánh xe bằng nhựa PU ngoài trời, chỉ phù hợp trong nhà xương hay nơi có mái che

+ Chịu nhiệt 200 độ C: Gang (cứng hại nền Bành xe bằng kim loại như Gang, thép có khả năng chịu nhiệt và tải lớn nhưng không có khả năng bảo vệ một sàn, những bánh xe loại này thường được dùng trong các lĩnh vực công nghiệp nặng đặc thù như bánh xe gang trong lò tôi thép hoặc nung với gốm sứ hàng nghìn độ C)

+ Chịu hóa chất kiềm, Axit: PA, PP.

Tính chọn thanh gia nhiệt

5.5.1 Tính toán nhiệt lượng của nước

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi lớp nước ngoài là

𝑚 1 , nhiệt độ nước bình thường 20 độ C

𝑚 1 : khối lượng của lớp nước ngoài (kg) c: khối lượng riêng của chất kg/𝑚 3

Nhiệt lượng cần thiết để duy trì nước bên trong lớp nồi trong ở 50 độ C là

𝑚 2 , nhiệt độ nước bình thường 20 độ C

Với công suất 3kW – 220V của thanh gia nhiệt

K= 16,2 (vật liệu inox) à= 0,1% ở mụi trường 20 độ C

K: Hệ dẫn truyền của vật liệu (W/m*K)

A:Diện tích tiếp xúc giữa hai bề mặt truyền nhiệt (m²) ΔT: là hiệu chênh nhiệt độ giữa hai bề mặt (K hoặc °C) d: độ dày của lớp vật liệu (m) t : thời gian truyền nhiệt (s) à: hiệu suất truyền nhiệt (%)

Tính toán máy bơm chân không

Khi tiến hành hút chân không đối với thiết bị, đồng hồ đo giá trị chân không cần phải hiển thị tối thiểu 0,4bar so với áp suất khí quyển tiêu chuẩn (1bar) Điều này phải đạt được trong vòng dưới 30 giây.

- Bồn ngõm cú kớch thước ỉ219 mm, cao 700mm, bề dày thành 5.7mm

Công thức tính thể tích bồn ngâm: V= 𝜋.r 2 h = 𝜋 ( 219

- Ta có công thức tính tốc độ bơm: S = (V / t) × ln (P1 / P2) [1]

Trong đó: s là tốc độ bơm của bơm chân không (L / s)

V là thể tích của buồng chân không (L) t: Thời gian cần thiết để đạt (các) chân không cần thiết

P1 là áp suất ban đầu (PA)

P2 là áp suất yêu cầu (PA)

Vậy từ tốc độ bơm cần thiết của máy, ta có thể sử dụng các loại máy bơm có lưu lượng hút

39 L/phút để đảm bảo đạt được thời gian yêu cầu đối với thể tích khí cần hút

Ta chọn máy bơm có lưu lượng hút 51 L/phút để đảm bảo phù hợp nhất đối với yêu cầu đặt ra

Mác máy: Bơm chân không vòng dầu Taisite 2XZ-1

- Lưu lượng hút: 51 lít/phút

- Áp suất chân không: ≤ 6.0 x 10-2 Pa

- Tốc độ động cơ: 1.400 vòng/phút

- Công suất động cơ: 0,25 kW

- Đường kính ống hút: 13 mm

Hình 5.10: Máy bơm chân không

Lực bơm của máy bơm chân không

Thể tích bồn ngâm tẩm V=𝜋 × 𝑅 2 × ℎ = 𝜋 × 1,04 2 × 8 ≈ 27(𝑑𝑚 2 ) Áp suất khi đang hut chan không là 0,4 bar

0.4 bar=0.4×10 5 Pa@000 Pa Áp dụng công thức Boyle:

P1 là áp suất ban đầu của bình

V1 là thể tích ban đầu của bình

P2 là áp suất sau khi hút nước vào bình

V2 là thể tích nước trong bình sau khi hút

Ta có thể giả sử áp suất ban đầu của bình là áp suất không khí chuẩn (1 atm = 101325 Pa), vì bình đang ở áp suất âm, do đó:

Thể tích ban đầu của bồn ngâm tẩm là 27 lít

Ta cần tính thể tích nước sau khi hút vào bình:

Vậy, sau khi hút nước vào, thể tích của nước trong bình là khoảng 16 lít, không đạt được được yêu cầu là 20 lít nước, vì vậy phải duy trì liên tục việc hút chân không cho tới khi đủ

20 lít Để tính thời gian cần thiết để hút 20 lít nước vào bình, chúng ta sẽ chia 20 lít cho công suất máy hút chân không (được chuyển đổi sang lít/phút):

Vậy, để hút 20 lít nước vào bình, chúng ta cần khoảng 23,52 giây.

CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÁY

Chế tạo nồi dung dịch và bình ngâm tẩm

Hình 6.1: Bản vẽ lắp nồi dung dịch

Gia công hai mặt bích – hàn vòng đệm và tai vào thân bình – hàn mặt bích có rãnh vào thân – hàn kính quan sát vào mặt bích còn lại – lắp ráp các bộ phận còn lại

Kiểm tra: xem bình có kín khí không bằng cách bơm áp vào

Hình 6.2: Bản vẽ lắp nồi dung dịch

Gia công vòng đệm,bích lắp đầu nối nhanh - khoét lỗ - hàn - lắp ráp

Các bước gia công : Cắt - hàn – mài

Vật liệu: thép hộp mã kẽm và thép V

Hình 6.4: Khung sau khi gia công

Lắp đặt đường ống

Vật liệu: co 90 0 ren sắt, van nối ống chữ T, ống nối ren ngoài, ống nối ren trong, đuôi chuột, cổ dê, ống nhựa, van bi

Hình 6.6: van nối ống chữ T

Hình 6.7: Ống nối ren ngoài

Hình 6.8: ống nối ren trong

Hình 6.13: Hoàn thiện đường ống

Thiết bị bộ điều khiển

6.3.1 Các chi tiết trong bộ điều khiển

Bảng 6.1: Bảng kê các thiết bị điện

STT Tên thiết bị Hình ảnh Chức năng Số lượng

1 Cầu dao (CB) Đóng ngắt nguồn cấp điện, bảo vệ hệ thống dẫn điện khi có sự cố

2 Đèn tín hiệu màu đỏ

Báo thanh gia nhiệt đang hoạt động

3 Đèn tín hiệu màu xanh

Báo toàn bộ mạch đang có điện

4 Công tắc Bật tắt các thiết bị của hệ thống

Motor Điều chỉnh tốc độ quay (vòng/ph) và bật tắt motor

6 Bộ khống chế nhiệt độ 400 độ

REX-C100,PID Điều chỉnh và điều khiền nhiệt độ của dung dịch

7 Thanh gia nhiệt Đun nóng dung dịch

8 Cảm biến nhiệt Dung để cảm biến nhiệt độ

9 Motor Dùng để khấy dung dịch

6.3.2 Thiết kế mạch điện và nguyên lí a Sơ đồ khối

Hình 6.15: Lưu đồ giải thuật b Sơ đồ toàn máy

Hình 6.16: Sơ đồ toàn máy

Trước khi bắt đầu tiến hành vận hành máy, đảm bảo tất cả các van đã được đóng và các công tắc điện ở trạng thái không có điện Cần có đồ thị luân phiên của trạng thái chân không và áp suất để bám theo trong quá trình vận hành

B1: Đưa gỗ vào bồn ngâm, đóng chặt nắp bồn, mở van v1 để tiến hành rút chân không trong một khoảng thời gian theo đồ thị

Cùng lúc đó đóng ON1 (thấy H1 sáng tức là đã có điện) và ON2 ( thấy H2 sáng tức là thanh nhiệt đang hoạt độngc) để tiến hành khuấy trộn và gia nhiệt cho dung dịch ngâm lên mức nhiệt yêu cầu ( có thể tùy chỉnh mức nhiệt bằng REX-C100)

B2: Tắt ON1, ON2 Mở v3 để đưa dung dịch đã được gia nhiệt từ nồi qua bồn, quan sát cho đến khi nước ngập mẫu cần ngâm thì khóa v3 và v1 Xả bớt chân không trong bồn ngâm bằng van xả

Mở v2 để bơm áp suất vào, ngâm gỗ trong thời gian theo đồ thị Sau khi thực hiện ngâm trong thời gian cần thiết thì khóa v2

B3: Lặp lại bước 1 và bước 2 ( không mở nắp lấy gỗ ra) tùy theo đồ thị đã lập ra trước đó để đạt được chất lượng thẩm thấu tốt nhất cho mẫu ngâm Sau khi hoàn thành mọi bước ngâm, mở van xả áp xuống còn 1-2 bar; Mở v3 từ từ để xả nước về lại nồi dung dịch, sau khi quan sát nước bên bồn ngâm đã rút hết, khóa v3, mở van xả để áp suất trong bồn ngâm trở về bình thường ( áp suất khí quyển), mở nắp và tiến hành lấy mẫu ngâm.

Hoàn thiện máy và thực nghiệm

Sau khi lắp đặt các trang thiết bị điện, chúng em có được thành phẩm sau

Hình 6.17: Máy sau khi hoàn thiện

6.4.2.1 Thí Nghiệm 1: Ngâm Gỗ Trong Dung Môi Nước Màu a Mục đích

Xác định chính xác trong cùng một thời gian, ở những quy trình lặp lại 1 lần, 2 lần, 3 lần thì đổ thẩm thấu của gỗ sẽ khác nhau như thế nào b Phương pháp tổ chức thực nghiệm

Cho hai loại gỗ thông và gỗ keo và mỗi loại có 3 mẫu cho mỗi lần thử nghiệm Lần lượt ngâm các mẫu gỗ vào dung dịch nước (được pha từ dung môi nước và màu thực phẩm để tạo dung dịch màu) và tiến thành theo từng chu trình thí nghiệm

- Dung dịch: dung môi nước màu

- Nhiệt độ ngâm: ở nhiệt độ thường

- Chu trình: theo từng thí nghiệm c Phương pháp tiến hành

Tiến hành vận hành máy tổng cộng 3 lần Ta sẽ lần lượt thay đổi chu trình ngâm và giữ nguyên thời gian, áp suất và nhiệt độ Sau khi qua từng chu trình sấy ở mỗi lần vận hành, ta sẽ lấy mẫu và cắt từng mẫu gỗ để đánh giá mức thẩm thấu của gỗ Qua đó có thể đánh giá khách quan kết quả thu được sau 3 lần vận hành và rút ra được một kết luận chung cho mức độ thẩm thấu

Hình 6.18: Quy trình ngâm tẩm gỗ 1

Hình 6.19: Dung môi nước màu d Tiến hành thực nghiệm

Dung dịch ngâm: dung môi nước màu

Nhiệt độ: 26 0 C Áp suất: 6 bar

Chu trình: 1 chu trình ngâm (thời gian 240 phút) – chân không (-0,5 bar trong 120 phút) - áp suất (6 bar trong 120 phút); rút nước ra và kết thúc

Hình 6.20: Biểu đồ quá trình ngâm tẩm chân không – áp suất lần 1

* Kết quả: gỗ thông tăng hơn 100% khối lượng ban đầu, gỗ keo khoảng 60% đến 65% ban đầu, độ thẩm thấu của các hạt màu còn hơi ít

* Nguyên nhân: do các hạt màu có kích thước lớn và trong gỗ còn không khí nên các hạt màu chưa vô trong được nhiều

Chu trình: 2 chu trình ngâm (mỗi chu trình 120 phút) – chân không (-0,5 bar trong 60 phút)và đưa nước vào ngập mẫu thử - áp suất (6 bar trong 60 phút) và lặp lại chu trình (không rút nước ); rút nước ra hết và kết thúc

* Kết quả: gỗ thông tăng hơn 100% khối lượng ban đầu, gỗ keo khoảng 60% đến 65% ban đầu, độ thẩm thấu của các hạt màu vào gỗ tốt hơn thí nghiệm 1

* Nguyên nhân: do các hạt màu có kích thước lớn và nhưng do có 2 chu trình không khí trong gỗ được hút ra nhiều hơn tạo chỗ cho hạt màu thấm vào

Chu trình: 3 chu trình ngâm (mỗi chu trình 80 phút) – chân không (-0,5 bar trong 40 phút)và đưa nước vào ngập mẫu thử - áp suất (6 bar trong 40 phút) và lặp lại 2 chu trình (không rút nước; rút nước ra hết và kết thúc

* Kết quả: gỗ thông tăng hơn 100% khối lượng ban đầu, gỗ keo khoảng 60% đến 65% ban đầu, độ thẩm thấu của các hạt màu vào gỗ tốt hơn thí nghiệm 2

* Nguyên nhân: do các hạt màu có kích thước lớn và nhưng do có 3 chu trình không khí trong gỗ được hút ra nhiều hơn tạo chỗ cho hạt màu thấm vào

Hình 6.23: Gỗ thông và gỗ keo trước khi ngâm

Hình 6.24: Gỗ thông và gỗ keo sau khi ngâm

Hình 6.25: Gỗ keo sau khi cắt

Hình 6.26: Gỗ thông sau khi cắt e Kết quả và đánh giá thí nghiệm

Bảng 6.2 Kết quả thí nghiệm 1

Mô tả quá trình Mẫu gỗ Keo

Trọng lượng trước khi ngâm (g) Trọng lượng sau khi ngâm (g) Hình ảnh thực tế Mẫu gỗ Thông

Trọng lượng trước khi ngâm (g)

Trọng lượng sau khi ngâm (g) Hình ảnh thực tế Nhận Xét

K3.3 80 142 T3.3 102 228 Độ thẩm thấu khá kém, mức độ thấm màu chưa cao, đa phần chỉ thấm được ở vỏ ngoài Độ thẩm thấu nước có tăng lên, màu thấm vào các vân gỗ tương đối nhiều, tuy nhiên với gỗ keo, chỉ thấm được 1-2 mm từ ngoài vào

Thẩm thấu tốt, màu đã có thể xâm nhập vào bên trong gỗ thông tương đối đều; với gỗ keo, màu đã có thể len qua các đường vân nhưng chưa đều Thí nghiệm 1 (1 chu trình ngâm - thời gian 240 phút)

Thí nghiệm 2 ( 2 chu trình ngâm - mỗi chu trình ngâm 120 phút)

Thí nghiệm 3 (3 chu trình ngâm - mỗi chu trình ngâm 80 phút)

Chân không ( -0,5bar trong 120phut) ; Áp suất

Chân không ( -0,5bar trong 60p) ;đưa nước vào ngập mẫu thử ; Áp suất (6bar trong 60p); lặp lại chu trình (không trút nước); Rút nước ra, kết thúc thí nghiệm.

Chân không ( -0,5bar trong40p) ;đưa nước vào ngập mẫu thử ; Áp suất

(6bar trong 40p); lặp lại chu trình 2 lần (không trút nước); Rút nước ra, kết thúc thí nghiệm.

Hình 6.27: Sự thay đổi trọng lượng của gỗ keo sau ngâm

Hình 6.28 Sự thay đổi trọng lượng của gỗ thông sau ngâm

Gỗ keo là loại gỗ cứng, sở hữu độ cứng cáp cao Điểm nổi bật của gỗ keo là mật độ dày đặc, khiến khoảng cách giữa các vân thớ gỗ rất hẹp Đặc tính này ngăn cản các hạt màu thẩm thấu sâu vào gỗ, giúp tạo nên màu sắc bền đẹp và lâu phai.

Gỗ thông có độ mềm và cơ tính thấp hơn gỗ keo, mật độ thấp hơn dẫn đến các khoảng trống giữa các vân gỗ và thớ gỗ lớn hơn Đặc điểm này giúp gỗ thông dễ dàng thẩm thấu, là ưu điểm nổi bật trong ứng dụng thực tế.

( Do đối tượng gỗ sử dụng là gỗ ép, các phần gỗ được ghép với nhau bởi các phần gỗ cụ, gỗ lõi, gỗ dác, nên kết quả thẩm thấu có thể là không đồng đều giữa các mẫu gỗ với nhau; Tuy nhiên độ chênh lệch là không đáng kể )

Trong quá trình thực nghiệm cũng chỉ ra rằng gỗ thông dễ dàng thẩm thấu hơn gỗ keo qua các cân nặng trước và sau khi ngâm Gỗ thông khối lượng tăng gần như là gấp đôi sau khi ngâm nhưng gỗ keo lại chỉ tăng có 2/3 khối lượng Hơn nữa, màu gỗ của gỗ thông thấm tốt hơn gỗ keo sau khi cắt chúng ra để xem

6.4.2.2 Thí Nghiệm 2: Ngâm Gỗ Trong Dung Dịch Keo Phenol - Formaldehyde (PF) a Mục đích Ở đợt thí nghiệm này, ta sẽ thử nghiệm về sự tác động của dung dịch keo PF đến gỗ dưỡi tác dụng của áp suất và chân không Ngoài ra còn thử nghiệm khả năng làm việc với đa dạng dung dịch của mô hình hệ thống ngâm tẩm b Phương pháp tổ chức thực nghiệm

Cho các mẫu gỗ cao su lần vào dung dịch keo PF và tiến hành thí nghiệm, thí nghiệm sẽ được thực hiện gồm 2 chu trình, mỗi chu trình là một lần ngâm tẩm trong chân không và áp suất

Hình 6.29: Phương trình hóa học của keo PF

- Dung dịch: dung dịch keoPhenol - Formaldehyde

- Nhiệt độ ngâm: ở nhiệt độ thường

- Chu trình: 2 chu trình c Phương pháp tiến hành

Tiêu đề	Thiết kế và chế tạo hệ thống tẩm áp lực chân không sử dụng cho biến tính một số loại gỗ rừng trồng tại Việt Nam
Tác giả	Hoàng Bảo Tần, Hoàng Thái Trân, Trịnh Minh Đức
Người hướng dẫn	Dương Thị Vân Anh, ThS
Trường học	Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công nghệ chế tạo máy
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	137
Dung lượng	11,25 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
4. Công ty Kiểm định & Thử nghiệm Sài Gòn (SITC), link https://kiemdinhsitc.com/thiet-ke-binh-chiu-ap-luc, 2021	Link
5. Cách Để Chọn Cảm Biến Nhiệt Độ Sao Cho Đúng, link https://halana.vn/bai-viet/cach-de-chon-cam-biet-nhiet-do-sao-cho-dung, 2017	Link
1. Saka. S, Sasaki M, Tanahashi. M. (1992), Wood-inorganic composites prepared by the sol-gel process I. Wood- inorganic composites with porous structure. Mokuzai gakkaishi 38, 1043-1049	Khác
2. Miyafuji. H. Saka S. (1996) Wood-norganic composites prepared by the sol-gel process V. Fire-resisting properties of the SiO2-P205-8203 wood-inorganic composites. Mokuzai gakkaishi, 42(1), 74-80	Khác
3. Xiaolin Cai (2011), Effect of vacuum time, formulation, and nanoparticles on properties of surface-densified wood products, Wood and fiber Science, 43, No 3, July 2011	Khác
6. Nguyễn Thống, Trần Thanh Thảo, Giáo trình cơ học chất lỏng, NXB Xây dựng, Hà Nội 2018	Khác
7. Nguyễn Hồng Sơn, Võ Thanh Lương, Thiết kế kết cấu bể và bồn chứa áp lực cao, NXB Xây dựng, Hà Nội 2015	Khác
8. Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập 1, NXB Giáo dục, Hà Nội 2006	Khác
9. Nguyễn Minh Tuyền, Các máy khuấy trộn trong công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội	Khác
10. Nguyễn Bin, Các Quá Trình, Thiết Bị Trong Công Nghệ Hoá Chất Và Thực Phẩm tập 1, 2, 3, 4, 5, 6 , NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội 2011	Khác