nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò sấy gỗ năng xuất (30-50)m3/ mẻ

Nồi hơi đun bằng củi [8] * Một số phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp Sấy thăng hoa.. Sấy thăng hoa được áp dụng cho ngành công nghiệp chế biến... Tình hình nghiên cứu ứng dụng cô

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn này do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu, tínhtoán và thiết kế hoàn thiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Mạnh Hùng,cùng với sự giúp đỡ của công ty cổ phần lâm sản Nam Định và các đồng nghiệp

Để hoàn thành luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trongmục tài liệu tham khảo và các số liệu tôi đi khảo sát thực tế tại công ty cổphần lâm sản Nam Định, ngoài ra tôi không sử dụng bất cứ tài liệu nào khácmà không được ghi

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những số liệu trong bản luận văn này

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

Học viên

Nguyễn Văn Đoàn

LỜI CẢM ƠN

i

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS TrầnMạnh Hùng người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Quađây tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với:

Ban giám hiệu trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội

Viện đào tạo sau đại học, khoa Cơ-Điện trường Đại học Nông NghiệpHà Nội

Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh-cơ sở tại Thái bìnhCác thầy cô giáo trường Cao đẳng nghề KTKT vinatex

Lãnh đạo, nhân viên Công ty Cổ phần Lâm Sản Nam Định

Đã tạo điều kiện thuận lợi để đề tài tôi nghiên cứu hoàn thành đúng tiếnđộ Do hạn chế về thời gian cũng như nhận thức nên luận văn tôi thực hiệnkhông tránh khỏi những thiếu sót bất cập Rất mong được sự chỉ bảo, góp ýtận tình của các thầy, cô giáo, cùng với sự giúp đỡ của các đồng nghiệp, cáccông ty nơi tôi đến khảo sát thực nghiệm, để luận văn hoàn thiện hơn và sớmđược ứng dụng vào thực tế

Hà Nội, ngày tháng năm 2011

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.2 Đặc điểm và khả năng ứng dụng các phương pháp sấy truyền thống

7

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt chế biến gỗ

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế biến gỗ trong nước

211.4.1 Sơ Lược về công nghiệp chế biến gỗ ở Việt Nam qua các thời kỳ

211.4.2 Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt trong nước

24

CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN TRIỂN KHAI

2.2.3 Kết quả ứng dụng công nghệ bơm nhiệt trong nước 382.3 Tính toán thiết kế các phần tử chính lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt

42

iii

2.3.1 Cơ sở lý luận và giải pháp cải tạo lò sấy gỗ hiện có 422.3.2 Sơ đồ nguyên lý sấy gỗ bằng bơm nhiệt 472.3.3 Xác định các thông số kết cấu và công nghệ lò sấy gỗ bằng bơm nhiệt.

492.3.4 Các công thức được áp dụng để tính toán [16], [17] 52

3.1 Kết quả khảo sát tại công ty cổ phần lâm sản Nam Định 56

3.1.2 Hiện trạng và nhu cầu cải tiến nâng cấp 593.2 Yêu cầu sử dụng hệ thống thiết bị sấy bơm nhiệt 673.2.1 Các thông số và quy trình công nghệ sấy gỗ bằng bơm nhiệt 67

3.3 Đề xuất hệ thống và xác định các thông số công nghệ sấy gỗ bằng

3.3.1 Xác định các thông số công nghệ sấy gỗ quá trình sấy lý thuyết

703.3.2 Xác định các thông số công nghệ sấy gỗ quá trình sấy thực tế 763.3.3 Tính toán lựa chọn máy bơm nhiệt và các thiết bị điều khiển 843.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật và môi trường 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC 99

iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Xác lập chế độ làm việc của thiết bị bơm nhiệt 84Bảng 3.2 Tổng hợp hiệu quả kinh tế 93

v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Ván gỗ bị nứt nẻ, biến dạng do không được sấy đúng quy cách 7Hình 1.2 Dạng lò sấy năng lượng mặt trời 10Hình 1.3 Dạng điển hình của lò sấy hơi nước 11

Hình 1.5 Nguyên lý chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt 13Hình 1.6 Minh họa lò sấy gỗ bơm nhiệt dung tích nhỏ, vừa và lớn của Hãng

17Hình 1.12 Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ

Hình 1.13 Thiết bị bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp lò sấy gỗ sử dụng điện

18Hình 1.14 lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời 19Hình 1.15 Thiết bị đo độ ẩm của gỗ kiểu điện trở 19

vi

Hình 1.16 Ảnh hưởng của kích thước (độ dày-trục hoành)

của ván gỗ đối với thời gian sấy (trục tung) 19

Hình 1.17 Biểu đồ quan hệ nhiệt-ẩm của nhiệt độ và độ ẩm không khí tương

đối/tuyệt đối, độ ẩm bão hòa (EMC) của gỗ tại áp suất khí quyển

Hình 1.18 Một số sản phẩm của ngành công nghiệp chế biến gỗ 23Hình 1.19: Sử dụng gỗ phế loại để đun nồi hơi 27Hình 2.1 Nguyên lý chu trình bơm nhiệt nén hơi 32Hình 2.2 Cấu tạo thiết bị sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín Westair [7] 37Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy bơm nhiệt 42Hình 2.4 Chu trình tuần hoàn của tác nhân lạnh trong thiết bị sấy bơm nhiệt 43Hình 2.5 Đồ thị I-d biểu diễn chu trình của tác nhân sấy trong thiết bị sấy

Hình 2.6 Nguyên lý hệ thống bơm nhiệt máy nén 47

Hình 3.1 Lò sấy tự động và các thiết bị được lắp trong lò 59Hình 3.2 Cửa chính và hệ thống mở cửa lò, hướng dẫn sử dụng 60Hình 3.3 Các cửa thoát ẩm của lò sấy được đóng mở bằng động cơ vent

61Hình 3.5 Các thiết bị điều khiển được lắp đặt phía sau lò 63

Hình 3.8 Lò hơi, nhiên liệu dùng để đốt lò và khói bụi ô nhiễm từ lò hơi

65Hình 3.9 Hệ thống lọc khói, bụi thải ra do đốt lò hơi 65

Hình 3.11 Cân bằng nhiệt quá trình sấy thực 77

vii

Hình 3.12 Đồ thị I-d quá trình sấy thực 81

Hình 3.13 Khí thải ô nhiễm thải ra môi trường từ đốt lò 92Hình 3.14 Ô nhiễm không khí khiến tuổi thọ của con người có thể giảm

viii

MỞ ĐẦU

Trong tiến trình công nghịêp hóa, hiện đại hóa đất nước ngành côngnghiệp chế biến lâm sản đang là một trong những ngành được Nhà nước hếtsức quan tâm Để tăng giá trị sản phẩm điều không thể thiếu được là phải cónhững công nghệ chế biến và bảo quản tiên tiến, như vậy sản phẩm của ViệtNam mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường khu vực và quốc tế Điều này đồngnghĩa với việc tạo cơ hội tốt cho các doanh nghiệp chế biến và bảo quản lâmsản quảng bá thương hiệu của mình, dần khẳng định vị trí và trào lưu pháttriển chung của thương mại quốc tế

Làm khô là một trong những công đoạn được ứng dụng khá rộng rãitrong công nghệ bảo quản và chế biến lâm sản Từ thời xa xưa con người đãbiết ứng dụng năng lượng mặt trời để phơi khô các sản phẩm nhằm mục đíchbảo quản dài ngày nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chế cong,vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và có thểdự trữ trong kho

Những công nghệ và thiết bị sấy tiên tiến ngày càng khẳng định vị tríkhông thể thiếu được trong công nghiệp bảo quản và chế biến các sản phẩmlâm, nông sản thực phẩm như: Sấy đối lưu, sấy buồng, sấy thùng quay, sấyphun, sấy tháp đứng, sấy băng tải, sấy hồng ngoại, sấy tầng sôi, sấy cao tần,sấy chân không, sấy thăng hoa và sấy bơm nhiệt… Năng lượng sấy cũng rất

đa dạng như: Than đá, than củi, trấu, dầu đốt, điện, năng lượng mặt trời

Song mỗi loại máy sấy cũng chỉ phù hợp với một số sản phẩm nhất định.Lý do mỗi sản phẩm có những công nghệ sấy khác nhau tùy thuộc vào yêucầu công nghệ Chức năng chung của các máy sấy là làm giảm thủy phần củasản phẩm đến độ cho phép bảo quản an toàn trong điều kiện nhất định Mặtkhác để làm giảm thủy phần và tăng tốc độ sấy có thể điều khiển các thôngsố; Tăng nhiệt độ sấy, giảm áp suất hơi riêng phần trên bề mặt sản phẩm, tănglưu lượng và tốc độ của tác nhân sấy, giảm độ ẩm tương đối của tác nhân

sấy… Nhưng trong thực tế các thông số trên chỉ nằm trong giới hạn nhất địnhphù hợp với từng loại sản phẩm, nếu vượt khỏi giới hạn đó có thể gia tăng tốcđộ sấy nhưng dễ nguy cơ làm giảm chất lượng sản phẩm.

Điều cần thiết đối với nhà nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy sấy là:

- Cần hiểu rõ bản chất công nghệ của đối tượng sấy từ đó định ra cácthông số công nghệ của quá trình sấy

- Từ các thông số công nghệ trên kết hợp giữa chất lượng sản phẩm vàgiá thành sấy để lựa chọn nguyên lý sấy phù hợp

- Nhược điểm của các thiết bị sấy dùng tác nhân sấy tuần hoàn hở (tức sửdụng ngay không khí môi trường để làm tác nhân sấy đồng thời là tác nhân tảiẩm): Đối với các loại máy sấy này sự ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đếnquá trình sấy là rất lớn, chưa kể đến sự ô nhiễm không khí ảnh hưởng đếnchất lượng sản phẩm Như vậy độ làm việc ổn định của thiết bị không cao đốivới những ngày có độ ẩm lớn hoặc buổi tối có sương mù xuất hiện làm việcgiảm đáng kể điều này đã kiểm chứng thực tế một số thiết bị sấy của nướcngoài (thiết bị của Châu Âu) rất tốt nhưng khi nhập sang Việt Nam thì hiệusuất làm việc kém hơn nhiều và không ổn định, lý do độ ẩm môi trường tạiViệt Nam cao hơn nhiều so với Châu Âu Giải pháp khắc phục để tăng hiệusuất làm việc của thiết bị loại này bằng cách tăng nhiệt độ sấy, nhưng nhiệt độsấy chỉ có thể tăng hữu hạn và tùy vào từng loại sản phẩm

Ở Việt Nam hiện nay việc sấy lâm sản ứng dụng phương pháp sấy hơinước là phổ bíên nhất Nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng hơi nước quá nhiệthoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổi nhiệt Sựlưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt Nó giúp cho sựtrao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn Nguồn nhiệt cấp cho lò từ hệthống nồi hơi sử dụng nhiên liệu chủ yếu là than đá, củi, gỗ phế loại

Ngày nay với trình độ khoa học công nghệ phát triển nhiều công nghệsấy tiên tiến đang dần thay thế những công nghệ sấy cổ điển nhằm nâng cao

chất lượng và tăng giá trị sản phẩm Sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín là một trongnhững công nghệ sấy tiên tiến đã được một số nước trên thế giới ứng dụng cóhiệu quả ở những nhu cầu khác nhau Tại Việt Nam công nghệ này còn khámới mẻ chưa được đầu tư nghiên cứu và hoàn thiện có hệ thống để từ đó đưa

ra tiêu chuẩn hóa về công nghệ và thiết bị có thể triển khai ứng dụng phù hợpvào điều kiện sản xuất lâm sản ở Việt Nam

Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt, thiết kế hoàn thiện lò sấy gỗ năng suất (30÷50) m 3 /mẻ” sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ

sấy bơm nhiệt từ đó ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò

sấy gỗ, với mục tiêu tiết kiệm năng lượng nâng cao chất lượng gỗ sấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN1.1 Khái quát chung

Nhu cầu sử dụng đồ gỗ của xã hội và mức tiêu thụ trên thị trường thếgiới ngày càng tăng đã tạo động lực thúc đẩy chuyển dịch nhanh nghề chếbiến gỗ trong nước từ thủ công sang công nghiệp Trong các năm 2000-2001-

2002, các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực kinh doanh gỗ và sản phẩmgỗ đã sử dụng khoảng 2-3 triệu m3 gỗ mỗi năm, đưa tổng lượng gỗ sử dụngtrong ngành chế biến gỗ tăng lên khoảng 8-10 triệu m3 Tại khu vực phía bắc,bên cạnh các các làng nghề truyền thống xuất hiện nhiều làng nghề mới, tậptrung ở các tỉnh: Hà Tây, Bắc Ninh, Hải Dương, Nam Định, Ninh Bình,Thanh Hóa Khu vực phía nam có xu thế phát triển các doanh nghiệp và cơ sởchế biến gỗ công nghiệp ở các tỉnh thành như: Đồng Nai, Bình Dương, BìnhĐịnh, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, v.v hoạt động khá năng động Từ năm

1998 đến nay đã có thêm 12 nhà máy chế biến gỗ đi vào hoạt động như nhàmáy MDF Gia Lai 54 nghìn m3 gỗ/năm; nhà máy ván, dăm Thái Nguyên16.500 m3 gỗ/năm

Mặt hàng đồ gỗ trước đây chủ yếu làm bằng gỗ tự nhiên; đến nay, đã đadạng về mẫu mã, kiểu dáng, chủng loại Có nhóm đồ gỗ sử dụng trong nhà, cónhóm sử dụng ngoài trời, gỗ tinh chế, hàng thủ công mỹ nghệ gỗ nhân tạo, Ngành gỗ Việt Nam đã vươn lên vị trí thứ 4 trong khối các nước ĐôngNam Á (sau Malaysia, Indonesia và Thái Lan) trong cuộc đua thị phần xuấtkhẩu đồ gỗ, với trên 1.200 doanh nghiệp trong cả nước, trong đó có 200doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài, đã thu được những kết quả đángkhích lệ Riêng kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ tăng lên rất nhanh từ 61 triệu USDnăm 1996, tăng lên 210 triệu USD năm 2000 và đạt 1,517 tỷ USD năm 2005 -tăng 24 lần so với năm 1996 và tăng 6,9 lần so với năm 2000 Chín tháng đầunăm 2007, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ tiếp tục tăng trưởng khá cao,đạt hơn 1,55 tỷ USD, tăng 22% so với cùng kỳ năm 2005

Sản phẩm đồ gỗ của Việt Nam đã đã xuất khẩu sang 120 nước, trong đó

EU (Anh, Pháp, Đức…), Mỹ, Nhật Bản là những thị trường tiêu thụ sản phẩmlớn nhất- chiếm hơn 70% tổng sản phẩm gỗ xuất khẩu của cả nước TheoHiệp hội Gỗ và Lâm sản Việt Nam, nhu cầu sử dụng đồ gỗ trên thế giới hiệnvẫn tăng khá cao, trong khi đó, thị phần đồ gỗ của Việt Nam chưa đạt tới consố 1% (khoảng 0,78%) tổng thị phần đồ gỗ thế giới

Ngành công nghệ chế biến gỗ xuất khẩu được xếp thứ 6 trong danh mụcnhững mặt hàng xuất khẩu chủ đạo của cả nước Kim ngạch tăng trưởng xuấtkhẩu của ngành này cũng đang dẫn đầu trong các mặt hàng xuất khẩu Nếutính chung giai đoạn từ năm 2001-2005, kim ngạch tăng trưởng xuất khẩu củangành gỗ đạt hơn 38%/năm Bộ Thương mại đã đặt mục tiêu kim ngạch 5,5 tỷUSD cho ngành chế biến gỗ năm 2010

Trong những năm gần đây nguồn nguyên liệu gỗ trong nước đã trở nênkhan hiếm, nhưng nhu cầu tiêu thụ các mặt hàng được chế biến từ gỗ lại giatăng, đòi hỏi nguồn nguyên liệu gỗ phải ổn định và có chất lượng cao đượcxem như yếu tố quan trọng hàng đầu để đảm bảo sự ổn định và phát triển bềnvững cho các doanh nghiệp sản xuất và chế biến đồ gỗ nội địa và xuất khẩu.Các nguồn trong nước chỉ đảm bảo cung cấp hằng năm vào khoảng 2,2 - 2,3triệu m3, chủ yếu là gỗ đường kính nhỏ dùng làm nguyên liệu giấy, dăm, vánnhân tạo; cộng với nguồn gỗ lấy từ rừng tự nhiên chỉ đáp ứng khoảng 20%nhu cầu sản xuất 80% số gỗ còn lại phải nhập khẩu từ các nước trong khuvực như Cam-pu-chia, Lào, Myanmar, Indonesia và một số quốc gia ngoàikhu vực

Theo Cục Lâm nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn), cảnước hiện đã thu hút 420 dự án đầu tư nước ngoài vào lĩnh vực chế biến gỗ vàtrồng rừng, với tổng vốn đăng ký lên tới 1,3 tỷ USD, tập trung chủ yếu tại cáctỉnh Đông Nam Bộ, Bắc Trung Bộ Trong đó có 210 dự án còn hiệu lực, với

tổng vốn đầu tư đăng ký khoảng 1,05 tỷ USD và vốn thực hiện đạt trên 330triệu USD.

Mục tiêu 5,5 tỷ USD vào năm 2010, khi Việt Nam là thành viên củaWTO, hoàn toàn có thể thực hiện được, nhưng phải giải quyết hàng loạt cácvấn đề bất cập, đối mặt với những thách thức và vận hội mới Trước hết, đó làsự tăng trưởng thiếu tính bền vững và mất cân đối giữa các thành phần doanhnghiệp, sự thiếu hụt nguồn nguyên liệu v.v Theo tính toán của Hiệp hội Gỗvà Lâm sản Việt Nam, nguyên liệu dùng cho ngành chế biến gỗ hiện mới chỉđáp ứng được 20%, số còn lại phải phụ thuộc vào nhập khẩu

Việt Nam có tổng diện tích rừng tự nhiên là 9,44 triệu ha, trữ lượng gỗvào khoảng 700 triệụ m3 Theo dự báo đến năm 2010 nguồn nguyên liệu phụcvụ nhu cầu chế biến gỗ và lâm sản chủ yếu từ rừng trồng với đặc tính cơ lýcủa gỗ trồng thấp và trình độ xử lý cơ nhiệt hoá gỗ nhiên liệu hiện nay cònthấp chưa đáp ứng được nhu cầu của ngành sản xuất đồ gỗ Vì vậy, nhanhchóng giải quyết nguồn nguyên liệu gỗ ổn định (trồng rừng và nhập gỗnguyên liệu), triển khai nghiên cứu các giải pháp công nghệ tiên tiến, áp dụngcác tiến bộ kỹ thuật là việc làm sống còn để nâng cao chất lượng nguyên liệugỗ đầu vào, không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm và vị thế của hàng gỗViệt nam xuất khẩu…

Theo nhận định của các chuyên gia Canada trong lĩnh vực xuất nhập khẩuđồ gỗ, ngành chế biến gỗ xuất khẩu của Việt Nam đang đứng trước nhiều cơ hộiđể phát triển, để bù đắp phần nào sự thiếu hụt gỗ nguyên liệu các doanh nghiệpViệt nam đã có thêm nhiều đối tác cung cấp gỗ nguyên liệu từ Canada, Mỹ vàmột số nước Bắc Mỹ thông qua các văn phòng đại diện tại Việt Nam…

Chất lượng nguyên liệu gỗ đầu vào quyết định chất lượng sản phẩm gỗgia công chế biến nói chung và đặc biệt là các sản phẩm gỗ gia dụng cao cấp.Ngoài các yếu tố về phẩm cấp/giống gỗ, mẫu mã, công nghệ xử lý bảoquản/sản xuất và các yếu tố thị trường khác trong đó độ ẩm của gỗ nguyên

liệu là một trong các yếu tố quan trọng, có ảnh hưởng lớn và trực tiếp đếnchất lượng hàng gia công và bảo quản sản phẩm Độ ẩm của các loại gỗnguyên liệu khác nhau thông thường đòi hỏi phải đạt trong khoảng từ(6±13)% Ví dụ, đa phần các loại gỗ tương tự gỗ sồi sau khi đốn có độ ẩmkhoảng 68% và cao hơn Sau giai đoạn sấy đầu tiên, nước tự do trong gỗ bayhơi cho đến khi đạt trạng thái “bão hòa các cấu trúc sợi gỗ”- độ ẩm của gỗ đạtkhoảng 28% (trong gỗ chỉ còn giữ lại thành phần nước liên kết) Thành phầnnước liên kết chỉ có thể giảm khi tách hơi nước khỏi các tế bào gỗ ở dướiđiểm bão hòa

Hình 1.1 Ván gỗ bị nứt nẻ, biến dạng do không được sấy đúng quy cách

1.2 Đặc điểm và khả năng ứng dụng các phương pháp sấy truyền thống.

Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy, trong đó vật liệu sấy nhậnnăng lượng để ẩm từ trong lòng vật liệu sấy dịch chuyển ra bề mặt và đi vàomôi trường tác nhân sấy (TNS) Sấy cũng là một quá trình công nghệ, trong đócác tính chất công nghệ luôn thay đổi Tính chất công nghệ của vật liệu gồm:tính chất lí hoá, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá,….Qúa trình sấy nhằmtăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ nhiều mục đích khác nhau Trong công nghiệp chế biến gỗ, sấy gỗ là một khâu công nghệ rất quantrọng, quyết định chất lượng sản phẩm gỗ, đặc biệt là sản phẩm xuất khẩu vớinhững yêu cầu khắt khe về chất lượng Gỗ sau khi xẻ có độ ẩm cao thường là80%, có khi đến 100% Mục đích của việc sấy gỗ nhằm giảm độ ẩm của gỗ xẻxuống còn từ 8-14%, từ đó nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chếcong, vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và cóthể dự trữ trong kho [1]

Phương pháp sấy được sử dụng lâu đời và phổ biến là phương pháp sấynóng Không khí sấy đựơc đốt nóng đến nhiệt độ trên 600 C, dẫn đến độ ẩmtương đối nhỏ để thực hiện quá trình sấy Ẩm trong vật liệu dễ dàng thoát ra

do chênh lệch phân áp suất của hơi nước có trên bề mặt vật liệu và trong tácnhân sấy Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ sấy cao, quá trình truyềnnhiệt và truyền ẩm nhanh vì vậy thời gian sấy ngắn Tuy nhiên đối với một sốloại vật liệu mà sử dụng phương pháp này thì ảnh hưởng của nhiệt độ cao làmcho sản phẩm bị biến màu, phá hỏng cấu trúc, cơ tính và mấy đi các thànhphần dinh dưỡng có trong vật liệu, với các chế phẩm sinh học như enzym,hoặc nguyên liệu của ngành dược phẩm nhiệt độ cao sẽ làm giảm hoặc mấthoạt tính sinh học Vì vậy, sản phẩm sấy sẽ kém chất lượng Ví dụ: Dịchmàng gấc là sản phẩm có giá trị cao, nếu sử dụng phương pháp sấy nóng sẽphá hủy thành phần b-caroten có trong nó, yêu cầu sản phẩm phải được sấy ởnhiệt độ < 550C Quế sau khi được thu hoạch từ cây cũng cần sấy khô ở nhiệtđộ < 600C…Chúng được gọi là những sản phẩm kém chịu nhiệt Các sảnphẩm đó khi sử dụng các phương pháp sấy nhiệt độ thấp (t<600C) sẽ đem lạichất lượng tốt hơn

Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chệch lệch phân áp suấthơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, trong phương pháp sấy nhiệt độthấp người ta giảm phần áp suất hơi nước có trong tác nhân sấy bằng cáchgiảm độ chứa ẩm và nâng nhiệt kéo theo độ ẩm tương đối của tác nhân sấygiảm hoặc tạo ra độ chân không để giảm phần áp suất của hơi nước có trongkhông khí Như vậy sản phẩm thỏa mãn điều kiện sấy được mà vẫn đảm bảovề cơ tính, màu sắc…

Có thể chia phương pháp sấy gỗ thành 2 nhóm: sấy tự nhiên và cưỡng bức

1.2.1 Sấy tự nhiên.

Hong phơi là một cách thức sấy gỗ tự nhiên Mặt trời cung cấp nănglượng (nhiệt) cho việc làm bay hơi nước ở trong gỗ trong khi đó gió lưu thông

không khí xung quanh gỗ Sử dụng phương pháp hong phơi, gỗ có thể đượcsấy đến độ ẩm 15-20% tuỳ thuộc vào điều kiện thời tiết Thời gian sấy có thể rấtkhác nhau từ 2 tháng cho đến 2 năm Điều này tuỳ thuộc vào loài gỗ và kíchthước của gỗ So với việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức, hong phơiyêu cầu đầu tư ít và không mất chi phí cho năng lượng Tuy nhiên hong phơi cónhững nhược điểm sau:

• Thời gian sấy dài

• Gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới 15% Với một độ ẩm thấp hơnthường được yêu cầu cho các sản phẩm xuất khẩu tới các nước có khí hậu ôn hòa

• Cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi

Gỗ nên được xếp đống ở những nơi thông thoáng và có mái che Điềunày nhằm bảo vệ khỏi mưa to và ánh nắng trực tiếp từ mặt trời Nhiệt (ánhnắng) trực tiếp và mưa to sẽ làm hư hại gỗ

1.2.2 Sấy cưỡng bức.

Gỗ xẻ trước khi sử dụng để làm đồ nội thất, các sản phẩm định hình hoặccho một số mục đích sử dụng khác… Nó thường phải được sấy đến một độẩm theo yêu cầu Nhằm đạt được mục đích này nhanh và chính xác, gỗ đượcđưa vào sấy trong lò sấy Không giống với quá trình hong phơi, nhiệt độ, độẩm tương đối và sự tuần hoàn không khí trong lò sấy được kiểm soát trongsuốt quá trình sấy

* Một số phương pháp sấy ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ trong quá trình sấy có thể lên tới 1000C Tuy nhhiên việc sấygỗ với nhiệt độ cao thường khó hạn chế các khuyết sinh ra trong quá trìnhsấy Như đã đề cập ở phần trên, nhiệt là cần thiết để làm bay hơi nước từ gỗ.Nhiệt có thể được cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp Nguồn nhiệt trực tiếp,không khí trong lò sấy được làm nóng bằng việc đốt than, củi…trực tiếp

Lò sấy năng lượng mặt trời:

Đối với lò sấy năng lượng mặt trời không khí trong lò được làm nóng

bằng năng lượng của mặt trời Lò sấy này được lắp đặt một thiết bị tách ẩmphù hợp Thiết bị tách ẩm này làm giảm độ ẩm của không khí trong lò Nócung cấp nhiệt thu được từ việc ngưng tụ nước Vật liệu sử dụng để làm nhàkính là kính, tấm film nhựa, PVC, polythene và sợi kính, khung thường đượclàm bằng nhôm Các bộ phận hấp thụ nhiệt sử dụng các vật liệu đen mờ đểhấp thụ năng lượng mặt trời để làm nóng không khí trong buồng sấy Hình 1.2thể hiện một dạng lò sấy năng lượng mặt trời.

Hình 1.2 Dạng lò sấy năng lượng mặt trời

Lò sấy hơi nước

Nguồn nhiệt gián tiếp, nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng hơi nước quánhiệt hoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổinhiệt Sự lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt Nó giúpcho sự trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn Mặt cắt ngang của lòsấy được chỉ ra ở hình 1.3 Sàn được làm bằng bê tông Tường và cửa lò đượclàm bằng vật liệu cách và chịu nhiệt Hiện nay lò sấy hơi nước quá nhiệt đượcsử dụng phổ biến

Hình 1.3 Dạng điển hình của lò sấy hơi nước

Nguồn nhiệt cấp cho lò từ hệ thống nồi hơi sử dụng nhiên liệu chủ yếu làthan đá, củi, gỗ phế loại Hơi từ các nồi hơi được dẫn vào lò qua các đường ống dẫn hơi tới hệ thống toả nhiệt trong lò (hình 1.4)

Hình 1.4 Nồi hơi đun bằng củi [8]

* Một số phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp

Sấy thăng hoa [7]

Sấy thăng hoa (hay sấy lạnh đông) là quá trình tách ẩm của vật liệu bằngphương pháp thăng hoa (ẩm từ trạng thái rắn biến thành hơi mà không quatrạng thái lỏng) Sấy thăng hoa được áp dụng cho ngành công nghiệp chế biến

và bảo quản thực phẩm như sấy thịt, cá, rau, quả đóng hộp, ngoài ra cũngđược dùng trong công nghiệp dược phẩm: sấy thuốc kháng sinh.

Ưu điểm: Sản phẩm có chất lượng cao (giữ nguyên được sắc màu, cấu

trúc, hương vị…), giữ được hoạt tính sinh học (không làm biến chất albumin,không xảy ra các quá trình vi sinh, giữ nguyên được các loại vitamin như lúccòn tươi…)

Nhược điểm: Giá thành đắt, thiết bị phức tạp, vốn đầu tư lớn.

Trong hệ thống máy sấy thăng hoa buồng sấy làm cả nhiệm vụ buồnglạnh đông Vì vậy, trong buồng sấy có cả dàn lạnh và dàn cấp nhiệt Buồngsấy phải có cấu tạo phù hợp với năng suất yêu cầu, có độ bền và độ kín cao, nạpvà tháo sản phẩm dễ dàng, vật liệu chế tạo buồng sấy là thép không gỉ Sau khivật sấy được nạp vào buồng sấy thì tiến hành làm lạnh đông nhờ hệ thống máylạnh Sau đó, ngừng máy lạnh, hút chân không buồng sấy đồng thời cấp nhiệtcho vật sấy, thực hiện quá trình thăng hoa Bơm chân không duy trì áp suất trongbuồng sấy ở 610,5 N/m2

Các phương pháp sấy thăng hoa:

- Sấy thăng hoa gián đoạn

- Sấy thăng hoa liên tục

- Sấy thăng hoa theo chu kỳ

Sấy chân không [7]

Mục đích của sấy chân không là làm tăng quá trình bay hơi của ẩm trongvật liệu bằng cách tạo ra môi trường chân không để ẩm dễ dàng thoát ra

Hơi ẩm được bơm chân không hút thải ra ngoài hoặc qua thiết bị ngưngtụ đối với hơi cần thu hồi (hơi dung môi hữu cơ) Loại này có cường độ sấytrung bình khoảng 2kg ẩm/m2h, lượng hơi tiêu tốn 2kg/1kg ẩm bay hơi

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, có thể sấy được nhiều loại vật liệu khác nhau Nhược điểm: Làm việc gián đoạn, năng suất thấp, vật liệu sấy ở trạng

thái tĩnh, truyền nhiệt kém…

Sấy sử dụng bơm nhiệt.

Dùng bơm nhiệt để tạo ra tác nhân sấy có nhiệt độ và độ ẩm phù hợp choquá trình sấy Hình 1.5 mô tả nguyên lý chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt

Nguyên lý hoạt động: Không khí ẩm qua buồng sấy có trạng thái điểm 1

được hút qua dàn lạnh của bơm nhiệt Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệtcủa không khí với tác nhân lạnh Nhiệt độ của không khí được đưa xuốngnhiệt độ đọng sương, ẩm trong không khí đạt trạng thái bão hòa và ngưng tụlại trên dàn bay hơi, rồi chảy xuống hệ thống máng gom nước Vì vậy, độchứa ẩm d của dòng khí giảm xuống, nhiệt độ không khí cũng giảm Khôngkhí trạng thái điểm 2 chuyển qua dàn ngưng tụ, không khí được đốt nóngđẳng d lên trạng thái điểm 3 với độ ẩm tương đối thấp Dòng không khí khônày được thổi vào buồng sấy Không khí chảy trùm lên vật sấy và đốt nóngvật sấy Do chênh lệch về thế sấy nên ẩm trên bề mặt vật sấy bay hơi và đivào dòng tác nhân sấy Cứ tiếp tục vòng tuần hoàn như thế vật sấy được sấyđến độ ẩm theo yêu cầu

Hình 1.5 Nguyên lý chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt

Ưu điểm:

- Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh đều được tận dụng triệt để

- Giảm được chi phí về thiết bị, vận hành và bảo dưỡng

- Quá trình hoạt động của thiết bị không bị gián đoạn do không phải thaychất hấp phụ như trong máy bài ẩm

- Tuổi thọ thiết bị cao Trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu hếtnhư không cần bảo dưỡng lớn Sau một thời gian sử dụng, cần vệ sinh dànngưng tụ và dàn bay hơi để đảm bảo khả năng trao đổi nhiệt tốt.

- Điện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máyhút ẩm hấp phụ

Nhược điểm:

Thời gian sấy thường kéo dài

Có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách nâng cao tốc độ dòng tácnhân sấy Vấn đề này cần được nghiên cứu kĩ lưỡng để đảm bảo cho chấtlượng sản phẩm sấy được tốt nhất

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt chế biến gỗ ngoài nước.

Thông thường gỗ được làm khô theo các phương pháp phổ biến như:phơi gỗ tự nhiên, sấy đối lưu bằng luồng không khí nóng, sấy gỗ bằng hơinước, sấy trong lò sấy chân không v.v

Để rút 1kg hơi nước từ gỗ trong lò sấy thông thường cần lưu lượng tácnhân sấy “không khí nóng” khoảng 24 m3 /h, và nếu điều khiển quá trình sấyhợp lý có thể đạt được chất lượng sấy gỗ cao Tuy nhiên, chi phí năng lượngcủa loại lò sấy này khá cao so với lò sấy bằng công nghệ hút ẩm ở nhiệt độthấp vì không thu hồi sử dụng lại nhiệt mà thải vào không khí

Lò sấy chân không có chất lượng sấy cao, thời gian sấy ngắn do nước sôinhanh, chi phí nhiệt lượng thấp Vì dung tích lò nhỏ nên năng suất sấy thấp vàkhông sấy được gỗ xẻ có kích thước lớn Nếu lò sấy chân không sử dụng bộphận gia nhiệt bằng sóng siêu âm, sẽ làm giá đầu tư ban đầu cao hơn so với lòsấy bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp Nhìn chung, giá vận hành khai thác kiểuthiết bị sấy này cao hơn so với thiết bị sấy kiểu bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độthấp khoảng 4 lần

Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Canađa, Úc v.v gỗ nguyên liệu được xẻtấm và sấy khô trước khi đưa vào bảo quản, gia công chế biến theo quy trình

công nghệ và giám sát kỹ thuật nghiêm ngặt Công nghệ sấy bơm nhiệt rút ẩmnhiệt độ thấp được quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi.

Sấy gỗ bằng phương pháp rút ẩm bằng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp 80)0C, khống chế ẩm độ không khí tác nhân sấy đến khoảng (40-60)% RH Sovới các công nghệ sấy khác, sấy bằng bơm nhiệt có nhiệt độ làm việc thấp,nâng cao rõ rệt chất lượng gỗ sấy, giảm đáng kể tỷ lệ gỗ phế liệu và cho phéptiết kiệm đến (30-50)% năng lượng sấy (hình 1.6; 1.7) So với lò sấy cấp nhiệtbằng hơi nước, lò sấy sử dụng bơm nhiệt kiểu rút ẩm ở nhiệt độ thấp có hiệusuất sử dụng năng lượng cao, đạt đến 1,5-2,0 kgH2O/kWh đồng thời giảmđáng kể các chi phí đầu tư và vận hành các nồi hơi, phí kiểm định an toàn Đối với loại gỗ cứng và một số loại gỗ mềm, nếu sử dụng công nghệ lòsấy bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp có thể sấy gỗ từ trạng thái tươi đến độ ẩm30% ở nhiệt độ xấp xỉ 500C, và sau đó sấy xuống đến ẩm độ 12% ở nhiệt độtăng lên vẫn đảm bảo hiệu suất sấy cao và thời gian sấy tương đương so vớisấy bằng lò sấy thông thường

Lò sấy

cỡ nhỏ

Lò sấy

cỡ trung

Lò sấy

cỡ lớn

Hình 1.6 Minh họa lò sấy gỗ bơm nhiệt dung tích nhỏ, vừa và lớn của Hãng NOVA

Hình 1.7 Lò sấy gỗ bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp của Hãng NOVA dung tích vừa

và lớn với dung lượng (13-28) m3 (từ 5.500 đến 12.000 tấm gỗ xẻ)

Hệ thống lò sấy sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp có hiệu suất sửdụng nhiệt cao, giảm đáng kể chi phí năng lượng, cho phép vận hành/điềuchỉnh tự động dễ dàng toàn bộ hệ thống bằng năng lượng điện Với công nghệnày có thể giảm chi phí sấy đến 60-70% so với các lò sấy gia nhiệt bằng dầuhay gỗ phế liệu (thông thường-thải nhiệt theo khí thải ra vào không khí) v.v Sau khi không khí đi qua bộ phận ngưng được làm lạnh rút ẩm, nhiệt lấy

từ không khí được chuyển trở lại làm nóng luồng không khí tác nhân sấy.Hiệu suất sử dụng năng lượng nhiệt cao, trong mỗi quá trình luôn đảm bảokhông khí đi ra qua hệ thống được hút ẩm có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ khi đivào Đối với một số hệ thống nhiệt độ không khí tác nhân sấy đạt đến 72°C,và thậm chí đạt đến trên 100°C nhờ các bộ gia nhiệt bổ sung Ván gỗ được sấyđúng quy cách có chất lượng cao dễ gia công chế tác (hình 1.8)

Hình 1.8 Ván gỗ được sấy và gia công đúng quy cách

Hình 1.10 Cấu trúc lò sấy gỗ hơi nước của Hãng NOVA

Trong hình 1.10 cho sơ đồ nguyên lý kết cấu của lò sấy gỗ thông thường,bao gồm các bộ phận tạo/phân phối nhiệt đốt nóng không khí tác nhân sấy, hệthống quạt đảo khuấy không khí, thiết bị điều khiển khống chế và chỉ thị nhiệtđộ trong lò sử dụng nhiên liệu củi

Hình 1.9 Thiết bị bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp (a) và Sơ đồ nguyên lý của lò sấy gỗ sử dụng điện (b)

Hình 1.11 Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp

Hình 1.12 Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp

Thông thường, lò sấy đơn loại nhỏ thường sử dụng điện năng để vậnhành hệ thống và cấp nhiệt bổ sung thay vì sử dụng dầu/khí ga hay củi ở các lòsấy lớn (các hình 1.10; 1.11; 1.12) Gia nhiệt bổ sung bằng điện là giải pháphợp lý, cho phép điều khiển chế độ sấy tiện lợi chính xác và kinh tế, đảm bảochất lượng gỗ sấy không phế liệu

Không khí khô lạnh

Van điều khiển nhiệt

Không khí nóng

độ ẩm cao Dàn bay hơi

(lạnh)

Dàn ngưng (nóng) Quạt

Cửa thoát nước ngưng

Nguồn nhiệt

bổ sung

Lò sấy

Máy nén

Hình 1.13 Thiết bị bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp lò sấy gỗ sử dụng điện

Hình 1.14 lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời.

Trong hình 1.14 cho lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời Lò sấy kiểunày phụ thuộc nhiều vào thời tiết khí hậu bên ngoài Khi bên ngoài nắng nóngdễ dẫn đến sấy quá nhiệt và ngược lại, thời tiết lạnh-thiếu nhiệt Nếu khôngnâng nhiệt độ tác nhân không khí đến mức cần thiết, chi phí điện năng chạyquạt sẽ quá lớn vì thời gian sấy bị kéo dài Sử dụng kết hợp với sợi đốt gianhiệt bổ sung và quạt đảo không khí bằng năng lượng điện sẽ cải thiện đáng

kể chất lượng sấy và giảm chi phí năng lượng

Hình 1.15 Thiết bị đo độ ẩm của gỗ kiểu điện trở

Trong quá trình sấy, sử dụng thiết bị đo độ ẩm của gỗ để giám sát độ ẩmcủa ván gỗ là rất cần thiết, cho phép điều khiển chế độ sấy hợp lý Trong hình1.15 giới thiệu thiết bị đo độ ẩm của gỗ có giải đo từ 5% đến 95% sai số ±5%.Thời gian sấy phụ thuộc vào loại gỗ, độ ẩm ban đầu và kích thước vángỗ và chế độ sấy (hình 1.16) Độ ẩm của của ván gỗ cao 80% cần thời giansấy gỗ gần như dài gấp đôi so với ván gỗ có độ ẩm khoảng (30-40)% Trongkhi độ dày của ván gỗ làm tăng thời gian sấy lên trên hai đến ba lần

Hình 1.16 Ảnh hưởng của kích thước (độ dày-trục hoành)

của ván gỗ đối với thời gian sấy (trục tung).

Hình 1.17 Biểu đồ quan hệ nhiệt-ẩm của nhiệt độ và độ ẩm không khí tương đối/tuyệt đối, độ ẩm bão hòa (EMC) của gỗ tại áp suất khí quyển 764,16 mmHg

Trong hình 1.17 cho biểu đồ nhiệt ẩm Trên cơ sở phân tích mối quan hệtương tác giữa chúng có thể chọn được chế độ sấy thích hợp cho loại gỗ ởđiều kiện xác định Đường mũi tên minh họa lượng nhiệt độ cần tăng để đốtnóng không khí bên ngoài ở nhiệt độ 100C và độ ẩm 80% sao cho đạt được độẩm bão hòa 6%.

Thiết bị bơm nhiệt rút ẩm và hệ thống quạt phải được thiết kế tính toán saocho phù hợp với lò sấy cụ thể để có chất lượng gỗ sấy tốt không phế liệu vàđạt hiệu suất sử dụng năng lượng cao đến (1.5÷2.5) kg H2O/kWh Ngược lại,nếu thiết bị bơm nhiệt chọn sai sẽ dẫn đến chất lượng sấy và hiệu suất sửdụng năng lượng thấp xuống bằng và nhỏ hơn 0.43 kg H2O/kWh

Ngoài các yếu tố như tốc độ gió, nhiệt độ và độ ẩm tác nhân sấy, tốc độ rútẩm hợp lý, cách nhiệt của buồng sấy phải đủ tốt để giảm tổn thất năng lượngđến mức tối thiểu trong quá trình sấy Lò sấy phải dược trang bị các thiết bị

đo độ ẩm gỗ và các thiết bị điều khiển giám sát chế độ sấy

1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế biến gỗ trong nước.

1.4.1 Sơ Lược về công nghiệp chế biến gỗ ở Việt Nam qua các thời kỳ

* Thời kỳ Pháp thuộc 1858-1945.

Theo tài liệu Lâm nghiệp Đông Dương của Paul Maurand, năm 1943diện tích rừng nước ta chiếm 14.352.000 ha trên tổng diện tích lãnh thổ33.090.000 ha, đạt độ che phủ là 43,7% (ở Bắc bộ độ che phủ là 68%, Trungbộ là 44% và Nam bộ là 13%) Tuy nước ta có nhiều rừng, nhiều gỗ và lâmsản nhưng chính sách lâm nghiệp của người Pháp trong thời kỳ này chủ yếulà quản lý rừng để thu thuế và khai thác rừng ở thuộc địa đem về phục vụ nhucầu chính quốc, không đầu tư nhiều vào công nghiệp chế biến [1]

Thời kỳ này công nghiệp chế biến gỗ ở Việt Nam phát triển chậm, số cơsở ít, qui mô nhỏ, kỹ thuật thô sơ chủ yếu là cưa xẻ bằng máy, ở Hà nội cócông ty cưa máy Đông Dương, ở Biên Hòa Đồng Nai có công ty BIF Ngoàicác cơ sở xẻ gỗ còn có một số nhà máy diêm ở Hà nội, Thanh Hóa, Nghệ An,

2 nhà máy giấy ở Việt Trì (Phú Thọ) và Đáp Cầu (Bắc Ninh), các xưởng chế

biến nhựa thông ở Quảng Ninh, Nghệ An, Đà Lạt Ở nông thôn cũng đã hìnhthành các làng nghề mộc truyền thống nổi tiếng ở Phù Khê, Đồng Kỵ, TừSơn-Bắc Ninh, La Xuyên - Nam Định [1]

* Giai đoạn kháng chiến chống Pháp 1945-1954

Giai đoạn này chủ trương của Đảng và Chính phủ là tập trung lực lượngtoàn quốc, toàn dân, các ngành, điạ phương vừa kháng chiến vừa kiến quốc,tự cung tự cấp về mọi mặt, lúc đầu bao vây kinh tế địch sau đó có giao lưukinh tế với các vùng địch tạm chiếm một cách linh hoạt, tích cực xây dựngkinh tế của ta [1]

Thành tích nổi bật trong thời kỳ này là vào những năm 50 của thế kỷ

XX, ngành lâm nghiệp đã tổ chức các công trường khai thác gỗ, sản xuất tàvẹt phục vụ việc khôi phục đường sắt (đoạn Yên Bái- Lang Thíp, Chu Lễ-Thanh Luyện-Hòa Duyệt), cung cấp gỗ để sửa chữa các tuyến đường giaothông (đường ô tô, đường xe thô sơ, cầu cống ) ở Việt Bắc, Tây Bắc vàphục vụ chiến dịch Điện Biên Phủ…

* Giai đoạn xây dựng CNXH và đấu tranh thống nhất đất nước 1954-1975

Trong thời kỳ phục hồi và phát triển kinh tế của đất nước, gỗ là nguyênvật liệu quan trọng cho việc phát triển kinh tế và nâng cao đời sống, nên ngày5/9/1956 Chính Phủ đã quyết định gỗ (bao gồm gỗ tròn và gỗ xẻ) là 1 trong

13 loại vật tư do Nhà nước quản lý và phân phối theo chỉ tiêu kế hoạch,không được tự do mua bán gỗ trên thị trường, mọi nhu cầu nhân dân do Mậudịch quốc doanh sản xuất và bán theo chế độ phân phối như các hàng hóa tiêudùng khác Ngày 26/4/1960 Hội đồng Chính phủ ban hành Nghị định 10/CPqui định chế độ tiết kiệm gỗ trong khai thác, sử dụng, cung cấp gỗ

Đến năm 1975 ở miền Bắc đã có 135 xí nghiệp chế biến gỗ, nghề mộc đãđược chú ý phát triển phục vụ đời sống, nên nhiều xí nghiệp đã có phânxưởng sản xuất đồ mộc Qui mô của xí nghiệp chế biến gỗ nước ta chủ yếu làvừa và nhỏ, trong 135 xí nghiệp trên chỉ có 8 xí nghiệp qui mô từ 20-50.000m3 tròn/năm, 35 xí nghiệp qui mô 5.000-10.000 m3 gỗ tròn/năm, 66 xí

nghiệp qui mô 1.500-3.000 m3 gỗ tròn/ năm, 23 xí nghiệp qui mô dưới 1.000m3 tròn/năm [1]

* Thời kỳ đổi mới (từ 1986 đến nay)

Có thể thấy rất rõ trong giai đoạn đổi mới ngành công nghiệp chế biếngỗ đã chuyển biến rất mạnh cả về mặt tổ chức, lực lượng, cơ sở vật chất và kỹthuật công nghệ: Doanh nghiệp Nhà nước được tổ chức, sắp xếp lại hợp lý,các thành phần kinh tế ngoài quốc doanh và đầu tư nước ngoài ngày càngtăng, các cơ sở tăng cường đầu tư chiều sâu đổi mới công nghệ thiết bị

Hình 1.18 Một số sản phẩm của ngành công nghiệp chế biến gỗ

Đặc biệt đã hình thành được 300 doanh nghiệp chuyên chế biến đồ gỗxuất khẩu tập trung ở các vùng Thành phố HCM-Đồng Nai-Bình Dương, khucông nghiệp Phú Tài – Qui Nhơn - Bình Định, Quảng Nam- Đà Nẵng, TâyNguyên và Hà Nội- BắcNinh - Nam Định

Theo Bộ Công Thương, mặt hàng đồ gỗ xuất khẩu đã có sự phát triểnvượt bậc Hiện đồ gỗ đã trở thành mặt hàng xuất khẩu chủ lực đứng thứ 5 củaViệt Nam sau dầu thô, dệt may, giày dép và thủy sản Sự phát triển này đãđưa Việt Nam vượt Indonesia và Thái Lan trở thành một trong hai nước xuấtkhẩu đồ gỗ đứng đầu Đông Nam Á Chất lượng sản phẩm đồ gỗ Việt Namluôn được nâng cao (hình 1.18), có khả năng cạnh tranh được với các nướctrong khu vực và Trung Quốc [4]

Hiện nay các sản phẩm gỗ của Việt Nam đã xuất khẩu sang 120 nước,trong đó EU, Mỹ, Nhật Bản là những thị trường tiêu thụ sản phẩm lớn nhất,chiếm hơn 70% tổng sản phẩm gỗ xuất khẩu của cả nước Nhu cầu sử dụngđồ gỗ trên thế giới hiện vẫn tăng khá cao, trong khi đó, thị phần đồ gỗ củaViệt Nam còn rất thấp, mới chỉ đạt khoảng 0,78% tổng thị phần đồ gỗ thếgiới [2 ]

Theo chiến lược phát triển tổng thể của ngành chế biến gỗ Việt Nam đến năm

2010 và năm 2020, ngành chế biến gỗ phải đạt kim ngạch xuất khẩu là 5,56 tỷ USD vào năm 2010 và đạt 7 tỷ USD vào năm 2020 [6]

1.4.2 Một số kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt trong nước

Do gỗ nguyên liệu ở nước ta chủ yếu vẫn được làm khô tự nhiên hay sửdụng lò đốt bằng than củi thô sơ Một số cơ sở sản xuất có lò sấy gỗ chạybằng dầu/khí ga hoặc điện nhưng hoạt động cầm chừng, có hiệu suất sử dụngnăng lượng khá thấp Gỗ nguyên liệu đầu vào chất lượng xấu do không đượcsấy/xử lý, tỷ lệ phế liệu phế phẩm còn cao, gây tổn thất và lãng phí lớn cho

doanh nghiệp và xã hội…

Để khắc phục khó khăn về nguyên liệu, Công ty Sản xuất Thương mạidịch vụ Sài Gòn – Đắc Lắc (Sadaco) đã bắt tay với tập đoàn cung cấp nguyênliệu gỗ của Canada để ổn định nguồn nguyên liệu sản xuất thông qua việc kýkết các hợp đồng cung cấp gỗ có thời hạn trong từng năm v.v

Nhà máy sản xuất bao bì gỗ Hải Hậu (Bắc ninh) chuyên cung cấp các sảnphẩm bao bì được sản xuất từ gỗ như: giá pallet, bobbin suốt cuốn, kiện đựngkính xây dựng Sản phẩm gỗ của nhà máy đều được gia công chế biến trên

dây chuyền chế biến gỗ tự động và bán tự động nhập ngoại từ Đài loan theoquy trình sau: “Nguyên liệu gỗ tròn → Sơ chế → Ngâm Tẩm hóa chất → Sấy

→ Bào→ Xử lý tinh chế → Đóng ghép sản phẩm Các sản phẩm đều đượcsấy khô đạt độ ẩm từ 8% - 15% (theo yêu cầu của khách hàng) từ nguồnnguyên liệu gỗ tròn có xuất xứ từ rừng trồng trong nước, được chăm sóc vàphát triển tại các vùng miền núi, trung du thuộc các tỉnh miền bắc, miền trungvà miền nam Việt Nam…

Để sản phẩm đồ gỗ vào được thị trường quốc tế, Công ty TNHH Mỹ Tài(Bình Định) luôn chú trọng đến mọi khâu chi tiết trong quá trình sản xuất củatừng sản phẩm, từ khâu chọn nguyên liệu đầu vào cho tới công đoạn hoànchỉnh Công ty đã chọn nhập khẩu các lọai gỗ Yellow Baluan và Hardwood từMalaixia theo một quy trình kiểm soát nguồn gốc gỗ nhập ngoại chặt chẽ theotiêu chuẩn FSC-COC Công ty Mỹ Tài đã áp dụng hệ thống quản lý theo tiêuchuẩn quốc tế ISP- 9001:2000, đăng ký và được cấp bản quyền sản phẩm tạithị trường Việt Nam, Hoa Kỳ… và đang xúc tiến đăng ký bảo hộ tại thịtrường Châu Âu và một số quốc gia đối tác tiềm năng khác

Vừa qua, Lâm trường M'Đrắc (Đắc Lắc) đã đưa lò sấy gỗ bằng nănglượng mặt trời vào sử dụng thay cho lò sấy bằng hơi Kết quả, không chỉ rútngắn thời gian sấy mà còn giảm chi phí về nhân công, chất đốt và ổn định vềhình dạng, nâng cao chất lượng sản phẩm gỗ sấy Lò sấy gỗ bằng năng lượngmặt trời đầu tiên có các trang thiết bị tiên tiến nhất tại Tây Nguyên và ViệtNam hiện nay Lò sấy gỗ này hoạt động trên nguyên lý hiệu ứng nhà kính(bức xạ nhiệt), toàn bộ hệ thống được điều khiển tự động từ khâu phun ẩm,gia tăng nhiệt độ, thông gió, tốc độ quạt Theo thiết kế, lò sấy có công suất

50 m3 gỗ/mẻ, mỗi mẻ sấy kéo dài 15 ngày (tiết kiệm được 60% – 70% thờigian, chi phí so với sấy bằng hơi) và tuỳ theo từng nhóm gỗ, độ dày của gỗngười điều khiển đặt chương trình làm việc để có chế độ sấy thích hợp.Trường hợp thiếu ánh nắng mặt trời, lò sấy sẽ được nồi hơi cung cấp nướcnóng để bổ sung năng lượng nhiệt giúp lò hoạt động bình thường Lò sấy gỗ

bằng năng lượng mặt trời này do Chương trình Lâm nghiệp Việt - Đức tài trợ,với tổng số vốn đầu tư 1,5 tỷ đồng.

Sở khoa học công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh chào chuyển giao lò sấygỗ 4m3 ÷ 5m3/mẻ (mã số công nghệ thiết bị VN03TMS0227 là sản phẩm Đềtài cấp Nhà nước năm 2004) Thiết bị vận hành theo nguyên tắc truyền nhiệtgián tiếp bằng cách thổi không khí trong bình qua thiết bị trao đổi nhiệt để sấygỗ đạt độ khô đến (10 ÷ 12)% Công suất điện lắp đặt: 3,2 kW, sử dụng nhiênliệu: Gỗ các loại, than cám Mặt bằng lắp đặt: 20 m2

Năm 2005, Cty cổ phần lâm sản Nam Định đã đầu tư-hiện đại hoá doanhnghiệp, nhằm tăng nhanh sức cạnh tranh cho sản phẩm xuất khẩu trên thịtrường Năm 2005 đã được đầu tư xây dựng hoàn chỉnh, với thiết bị, côngnghệ hiện đại đứng đầu các doanh nghiệp cùng loại thuộc khu vực các tỉnhđồng bằng trong cả nước (theo đánh giá của Bộ NN-PTNT) Với tổng vốn đầu

tư trên 16 tỷ đồng sau khi thực hiện cổ phần hoá doanh nghiệp trên mặt bằngrộng trên 33 nghìn m2, đưa vào hoạt động 3 xưởng chế biến gỗ, có tổng diệntích trên 10 nghìn m2, Cty đã đầu tư nhiều thiết bị chuyên dùng đồng bộ nhưmáy cưa, máy cắt, máy bào, máy khoan, máy đánh bóng hiện đại, đủ trangbị cho 3 dây chuyền sản xuất Nhận thức được tầm quan trọng của khâu xử lýgỗ trước khi đưa vào chế biến ra thành phẩm Cty đã mạnh dạn vay vốn đầu tưxây dựng 6 lò sấy hơi nước, với thiết bị, công nghệ đồng bộ, hiện đại và tiêntiến hiện nay của ngành chế biến gỗ nhập khẩu từ Italia, với công suất sấy260m3 gỗ/mẻ Năm 2005, Cty đã đạt tổng doanh thu trên 105 tỷ đồng, gấp 6,5lần, lợi nhuận doanh nghiệp tăng 11 lần và thu nhập của người lao động tănggần gấp 2 lần so với năm 2002 Lần đầu tiên Cty đã vượt ngưỡng giá trị hàngđồ gỗ xuất khẩu đạt hơn 1 triệu USD năm 2005 Năm 2006, Cty phấn đấu giátrị hàng xuất khẩu đạt trên 2 triệu USD Cty đã thành công trong việc chế biếnvà xuất khẩu nhiều mặt hàng từ gỗ rừng trồng như xoan, keo, cao su và thông Năm 2006, Công ty THHH Thông tin Minh Dư Thành phố Hồ Chí Minhđã nghiên cứu đưa vào sử dụng máy sấy gỗ tươi bằng công nghệ sóng cao tần(sóng viba) nhãn hiệu GOSAVIBA 20 Nguyên lý hoạt động của máy dựa

trên năng lượng phát ra từ các đèn cao tần để phá vỡ các liên kết và tách phầntử nước ra khỏi gỗ Bằng máy sấy GOSAVIBA 20 có thể sấy khô gỗ thanh cókích thước tối đa 20 x 20 x 110 cm với công suất 4 m3/ngày trong thời gian 4giờ, trong khi bằng máy sấy hơi nước thông thường phải mất 15 ngày mớithực hiện được Máy cho phép sấy những loại gỗ lớn có đường kính hơn 0,2mmà các máy sử dụng công nghệ nhiệt hiện không sấy được Công nghệ sấybằng sóng cao tần giúp giảm các sai hỏng, cong, vênh, nứt của sản phẩm Năm 2007, Công ty Cổ phần Chương Dương đã nghiên cứu thiết kế chếtạo tự trang bị một hệ thống gồm 04 buồng sấy bằng hơi nước với dung tíchmỗi buồng 10m3 ÷ 15m3 để phục vụ cho sản xuất của Công ty và nhận sấythuê cho khách Công ty nhận thiết kế lắp đặt lò sấy gỗ theo yêu cầu củakhách (thường đối với đồ nội thất phải sấy đến độ ẩm 12% ÷ 18% )

* Thực trạng sấy gỗ ở Việt Nam hiện nay

Mục đích của việc sấy gỗ nhằm giảm độ ẩm của gỗ xẻ xuống còn từ 14%, từ đó nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chế cong, vênh, nứt

8-nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và có thể dự trữtrong kho [1]

Hình 1.19: Sử dụng gỗ phế loại để đun nồi hơi.

Do sấy gỗ đóng một vai trò rất quan trọng trong chế biến gỗ, các hoạtđộng sấy gỗ phải được kiểm soát, giám sát để đảm bảo gỗ sấy có chất lượngcao nhất

Công nghệ sấy gỗ của Việt Nam hiện nay phổ biến là sấy hơi nước Tấtcả các lò sấy đều sử dụng gỗ phế liệu làm nhiên liệu đốt lò (hình 1.19), hoặclà đốt lò tạo hơi nóng trực tiếp, hoặc là đun nồi hơi để cung cấp hơi nóng cholò sấy

Các lò sấy gỗ ở các cơ sở sản xuất nhỏ hầu hết không được tự động hoá,kiểm soát độ ẩm nhìn chung dựa vào cảm giác của người vận hành lò sấy.Nhìn chung người vận hành các lò sấy còn thiếu hiểu biết về các nguyên tắc

cơ bản về sấy gỗ và vận hành lò sấy Công nhân vận hành lò sấy thường sửdụng khoảng không gian phía sau lò sấy để ở Lò sấy được kiểm soát nhưnglại thiếu kiến thức và kỹ năng cơ bản Đặc biệt, người vận hành lò sấy thiếuhiểu biết về công việc mình làm, đặc biệt là mối quan hệ giữa nhiệt kế khô(DB) và nhiệt kế ẩm (WB), nhiệt độ, dòng không khí lưu chuyển và kỹ thuậtxếp gỗ và ảnh hưởng của các yếu tố này tới các điều kiện bên trong lò sấy vàgỗ sấy nếu các yếu tố này không được giám sát và kiểm soát phù hợp [8],[phụ lục1]

Đối với những công ty chế biến lâm sản có quy mô vừa và lớn ở nước tahiện nay việc sấy gỗ phổ biến sử dụng công nghệ sấy hơi nước Việc kiểmsoát nhiệt độ và độ ẩm cũng như việc điều khiển hệ thống làm việc của lò sấylà bán tự động hoặc tự động hoàn toàn Chu trình sấy được lập trình và điềukhiển chính xác trong suốt quá trình sấy Nhờ đó mà giảm sức lao động củangười vận hành, đặc biệt là nâng cao được chất lượng gỗ sấy Việc sản xuấtcác sản phẩm có giá trị cao với độ ẩm chính xác và giảm thiểu phế phẩm, mộtkhuyến nghị cần được quan tâm là các lò sấy cần được lắp đặt bộ phận điềukhiển ít nhất là bán tự động

Một ví dụ điển hình đó là công ty cổ phần chế biến gỗ Trường Thành Làmột doanh nghiệp chế biến gỗ được thành lập năm 2007 Nhà máy rộng 17 ha

nhà xưởng, sử dụng 500 công nhân và chế biến 200 – 250 containers tầu biểnđồ gỗ trên tháng Nhà máy sản xuất đồ mộc trong nhà và ngoài trời, từgiường, bàn, và các đồ mộc ngoài trời, và nhà máy đầu tư khoảng 18 triệu đô

la để mua máy móc thiết bị mới Nhà máy sản xuất đồ gỗ tổng hợp với cácmáy cưa, lò sấy ở trong khuân viên của nhà máy Công ty có 20 lò sấy điềukhiển tự động loại 20m3/mẻ do DRYTEC sản xuất Sức nóng cho các lò sấyđược cung cấp từ 2 nồi hơi đun bằng củi công suất 1000kg/hr [phụ lục 1]

Tóm lại: Công nghệ sấy gỗ ở Việt Nam hiện nay phổ biến là sấy hơi

nước nhập của nước ngoài hoặc tự chế, có giá đầu tư cao, chi phí sấy lớn Kếtcấu lò sấy được xây bằng gạch trát xi măng Hơi nóng cung cấp cho lò sấy từcác nồi hơi đun bằng củi và gỗ phế loại Hệ thống kiểm soát nhiệt độ, độ ẩmvà điều khiển lò phần lớn là bán tự động, một phần đã được tự động hoàntoàn, một số cơ sở sản xuất nhỏ còn điều khiển bằng tay Về nguyên tắc, nhưđã phân tích ở trên máy sấy gỗ sử dụng sóng siêu âm có thể cho chất lượngsấy cao, thời gian sấy ngắn, chi phí nhiệt lượng thấp Nhưng vì dung tích lònhỏ nên năng suất sấy thấp và không sấy được gỗ xẻ có kích thước lớn

Học tập kinh nghiệm, thừa kế thành tựu nghiên cứu triển khai của cácnước tiên tiến, phát huy nội lực nghiên cứu lựa chọn nguyên lý, thiết kế hoàn

thiện lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp tiết kiệm năng lượng nâng cao chất lượng gỗ sấy, giảm thiểu ô nhiễm môi trường là việc làm bức

thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đặc biệt là trong giai đoạn Việt Nam đãtrở thành thành viên chính thức của Tổ chức thương mại thế giới WTO

1.5 Mục tiêu của đề tài:

Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn, thừa kế kinh nghiệm và thànhtựu của các nước tiên tiến, các nghiên cứu thí nghiệm đã được công bố, thiếtkế hoàn thiện lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp nhằm nângcao chất lượng và hiệu suất sấy ván gỗ (giảm chi phí sản xuất), tiết kiệm nănglượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao tính cạnh tranh của hàng gỗViệt nam trên thị trường quốc tế và trong nước

CHƯƠNG II: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

TRIỂN KHAI ĐỀ TÀI

2.1 Phương pháp nghiên cứu

2.1.1 Phương pháp tiếp cận.

- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm thừa kế các kết quảnghiên cứu triển khai của các nước tiên tiến, các nghiên cứu thí nghiệm trongnước đã được công bố, lựa chọn công nghệ, nguyên lý kết cấu, tính toán thiếtkế hoàn thiện lò sấy bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp sấy gỗ hiệu suất cao

- Điều tra khảo sát một số cơ sở sản xuất chế biến lâm sản điển hình trongnước, phân tích ưu nhược điểm, trình độ công nghệ, hiệu quả và chất lượngsấy…Từ đó, xây dựng mô hình lò sấy gỗ cải tiến bằng công nghệ bơm nhiệt

- Dựa trên các nghiên cứu khảo sát thực tế, trực tiếp quan sát, thu thậpthông tin, tài liệu, đưa ra giải pháp và mô hình lò sấy gỗ phù hợp trình độkhoa học công nghệ và điều kiện của Việt Nam

- Trên cơ sở các đặc điểm ứng dụng, thông số kết cấu, thông số côngnghệ của mô hình lò sấy, tính toán thiết kế cải tạo lựa chọn hệ thống trangthiết bị bơm nhiệt và các thiết bị đo lường điều khiển chuyên dùng thích hợpvới mô hình lò sấy

2.1.2 Nghiên cứu lí thuyết.

- Thu thập các tài liệu hướng dẫn về kĩ thuật sấy, tính toán thiết kế hệthống sấy Các tài liệu về công nghệ nhiệt lạnh, tính toán thiết kế, lắp đặt hệthống máy lạnh và bơm nhiệt Các tài liệu chuyên ngành về gỗ và sấy gỗ, cácbài báo khoa học, công trình nghiên cứu khoa học về sấy gỗ đã được công bốvà sử dụng trong và ngoài nước Các thông tin trên các sách báo, mạng

internet, …

- Nghiên cứu các tài liệu đã thu thập từ đó tổng hợp các kết quả nghiêncứu là cơ sở lí luận để tính toán thiết kế

2.1.3 Điều tra khảo sát.

khảo sát tại công ty Cổ phần lâm sản Nam Định, công ty TNHH lâm sảnNam Định Kế thừa kết quả khảo sát tại các cơ sở, công ty chế biến lâm sảntrong cả nước theo báo cáo dự án 027/06VIE (10/2009) [8]

Khảo sát về quy mô, công nghệ sấy gỗ, hệ thống điều khiển, … tại các

cơ sở trên

2.1.4 Nghiên cứu thực nghiệm.

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu, thí nghiệm trong và ngoài nước đãđược công bố

- Theo dõi giám sát, lấy các thông số thực nghiệm sản suất tại các công

ty khảo sát thực tế

2.1.5 Phương pháp cải tạo nâng cấp.

Dựa vào các thông số kĩ thuật, kết quả nghiên cứu thực nghiệm sản xuấttrong và ngoài nước, kết quả nghiên cứu khảo sát tại các cơ sở sản xuất Trên

cơ sở đó đưa ra giải pháp kĩ thuật thiết kế hoàn thiện lò sấy gỗ với quy mô (30– 50)m3/mẻ

Dựa trên kích thước và thông số kĩ thuật của lò sấy hơi nước tự động tạicông ty cổ phần lâm sản Nam Định (lò sấy được thiết kế và lắp đặt thiết bịkiểm soát và điều khiển nhiệt độ, độ ẩm của Ý) Từ đó tính toán thiết kế xâydựng thêm phần lắp đặt các bộ phận của thiết bị sấy bơm nhiệt, kênh dẫn gióphù hợp với yêu cầu kĩ thuật, trình độ khoa học công nghệ và điều kiện củaViệt Nam

Tính toán các thông số lựa chọn các thiết bị bơm nhiệt và các thiết bị đolường điều khiển chuyên dùng thích hợp với mô hình lò sấy