Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THOÁT ẨM TRONG SẤY CHÂN KHÔNG GỖ CĂM XE (Xylia xylocarpa) STUDY ON THE MOISTURE MOVEMENT OF DANG WOOD (Xylia Xylocarpa) IN CONVECTIVE VACUUM DRYING ThS Bùi Thị Thiên Kim ĐH Nông Lâm Tp.HCM thienkim@hcmuaf.edu.vn; thienkimq92003@yahoo.com TÓM TẮT Kết nghiên cứu trình thoát ẩm gỗ Căm xe sấy chân không theo chiều thớ cho thấy nhiệt độ sấy quy cách nguyên liệu ảnh hưởng đến tốc độ thoát ẩm Mối quan hệ tỷ lệ thoát ẩm thể qua phương trình tương quan hồi quy sau: Theo chiều dày: Y tcday = 1.67 + 0.115X – 0.24 X + 0.055X X , theo chiều dài: Y tcdai = 2.664 + 0.1125X – 0.2325 X + 0.0675X X ; theo chiều rộng: Y tcrong = 1.7857+ 0.1325X – 0.2925 X + 0.0725X X Bài toán tối ưu thiết lập sở hàm tỷ lệ thoát ẩm với kết tối ưu đạt Y tcday = 1.97, với x = 1, x = -1 ; Y tcdai = 2.94, với x = 1,x = -1 ; Y tcrong =2.13, với x = 1,x = -1 Gỗ Căm xe đạt tỷ lệ thoát ẩm tối ưu nhiệt độ T=600C, với quy cách chiều dày 20mm, chiều dài 150mm, chiều rộng 30mm Từ khóa: sấy chân không, sấy gỗ ABSTRACT Result of Dang wood evaporation in convective-vacuum drying follow the direction was expressed the temperature and dimension of wood materials effected to rate of evaporation This relation was showed to pass correlate equation as follows: Depth dimension: Y tcday = 1.67 + 0.115X – 0.24 X + 0.055X X , length dimension: Y tcdai = 2.664 + 0.1125X – 0.2325 X + 0.0675X X ; width dimension: Y tcrong = 1.7857+ 0.1325X – 0.2925 X + 0.0725X X Optimal problem was established on correlate equation when Y tcday = 1.97, with x = 1, x = -1, Y tcdai = 2.94, with x = 1,x =-1,Y tcrong =2.13, x = 1,x = -1 Dang wood has been max rate of evaporation when the temperature T=600C, when depth dimension 20mm, length dimension 150mm and width dimension 30mm Keywords: convective-vacuum drying, drying wood x1 Nhiệt độ sấy (0C) x2 Quy cách nguyên liệu (mm) Y tcday Hàm tỷ lệ thoát ẩm theo chiều dày (g/h) Y tcdai Hàm tỷ lệ thoát ẩm theo chiều dài (g/h) Y tcrong Hàm tỷ lệ thoát ẩm theo chiều rộng (g/h) ĐẶT VẤN ĐỀ Để rút ngắn thời gian sấy gỗ, nhà nghiên cứu tiếp cận từ nhiều hướng khác như: thay đổi chế độ sấy, giải pháp xử lý gỗ, phương pháp sấy… Tuy nhiên nay, việc cải thiện thời gian sấy chất lượng gỗ sấy qua việc thay đổi thông số môi trường sấy không mang lại hiệu đáng kể, việc xây dựng chế độ sấy hệ thống 795 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV tương đối hoàn thiện vào năm 70-80 Các giải pháp xử lý gỗ như: hấp, luộc, xử lý hóa chất… làm tăng thêm công đoạn xử lý gỗ, tiêu tốn lượng chi phí sản xuất Trong đó, tìm kiếm phương pháp sấy thích hợp mối quan tâm hàng đầu triển vọng để tháo gỡ vấn đề nêu Chính vậy, nhà nghiên cứu đề xuất phương pháp sấy Một phương pháp đề xuất phương pháp sấy chân không với ưu điểm rút ngắn thời gian sấy đạt hiệu cao chất lượng Để góp phần xây dựng quy trình, điều tiết trình sấy chân không thực nghiên cứu trình thoát ẩm sấy chân không gỗ Căm xe (Xylia xylocarpa) nhằm xây dựng xác định yếu tố trình thoát ẩm để từ làm sở cho việc thiết lập quy trình, xây dựng chế vận hành sấy gỗ chân không mang lại hiệu cao chất lượng sản phẩm tốt nhất, tiết kiệm lượng, chi phí sản xuất VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu Gỗ Căm xe dùng thí nghiệm loại phát triển bình thường Mẫu gỗ nghiên cứu lấy từ gỗ thành thục miền Nam Trung Bộ Gỗ không bị khuyết tật, không bị sâu nấm mối mọt đưa xí nghiệp chế biến gỗ cắt khúc, xẻ phách, gia công theo kích thước khảo sát Hình Gỗ Căm xe dùng thí nghiệm Thiết bị dụng cụ thí nghiệm Cân điện tử Ohaus (Mỹ) trọng lượng cân tối đa 1000 gr Máy sấy gỗ chân không thí nghiệm Thiết bị đo độ ẩm gỗ Khay, thước đo Hình Dụng cụ thiết bị dùng thí nghiệm gỗ 796 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 2.2 Phương pháp nghiên cứu Mô hình thí nghiệm Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: dựa vào [1],[2] phương án chọn mức khoảng biến thiên thông số đầu vào dạng mã hoá xác định sau: Số mức thí nghiệm bao gồm mức sở (mức điểm - mức trung tâm), mức (+1), mức (-1) • Kế hoạch thực nghiệm Do đặc điểm trình nghiên cứu thực nghiệm nên mô hình biểu diễn dạng mô hình bậc * Mô hình thí nghiệm bậc Số mức thí nghiệm bao gồm mức sở (mức điểm - mức trung tâm), mức (+1), mức (-1) Số thí nghiệm cần phải tiến hành là: N = N + N = 2k + N = 22 + = Trong đó: k: số thông số đầu vào k = 22 = 4: số thí nghiệm mức 3: số thí nghiệm lặp thực mức trung tâm X1 Nhiệt độ sấy (0C) Quá trình sấy gỗ chân không Yta Tỷ lệ thoát ẩm (g/h) X2 Quy cách nguyên liệu (mm) Hình Sơ đồ quy trình thực nghiệm sấy gỗ chân không Dựa vào [2], [3], [4], [5] kết thí nghiệm thăm dò với khoảng biến thiên nghiên cứu rộng, ta có mức khoảng biến thiên thông số nghiên cứu đầu vào xác định sau: Bảng Mức khoảng biến thiên yếu tố nghiên cứu Stt Các thông số Nhiệt độ sấy (0C)X Áp suất (mmHg) Quy cách nguyên liệu (mm) X chiều dày chiều dài chiều rộng Mức +1 60 140 40 350 50 Mức sở 50 90 30 250 40 Mức -1 40 50 20 150 30 Khoảng biến thiên Δl 10 10 100 10 Tính toán xử lý số liệu Sử dụng chương trình statgraphics Vers 7.0 để xác định hệ số hồi quy, phân tích phương sai theo mô hình thống kê thực nghiệm toán quy hoạch thực nghiệm Sử dụng phần mềm Matlab để giải toán tối ưu mục tiêu đa mục tiêu 797 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định tỷ lệ thoát ẩm gỗ Căm xe theo chiều dày Y tcday (g/h) Ma trận thí nghiệm kết thí nghiệm bậc tiến hành phân tích phương sai hồi quy cho hàm toán dạng đa thức bậc cho kết sau: Mô hình bậc chọn là: Y = b + b x + b x + b 12 x x Phương trình hồi quy độ thoát nước theo chiều dày Y tcday (g/h) với hệ số tương quan R- squared = 0.993 có dạng mã hóa là: Y tcday = 1.67 + 0.115X – 0.24 X + 0.055X X (3.1) Các hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0.05 Kiểm định tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm: F t = 2.15 < F b = 19.2 tức mô hình đảm bảo tương thích Vậy phương trình hồi quy (3.1) Ytcday tìm tương thích với thực nghiệm Từ phương trình (3.1) cho thấy (+) đứng trước x , dấu (-) đứng trước x , điều chứng tỏ giá trị x tăng giá trị hàm Y(g/h) tăng ngược lại điều khẳng định chúng có mối quan hệ tỷ lệ thuận với Giá trị x tăng giá trị hàm Y (g/h) giảm Mối quan hệ hoàn toàn phù hợp với phân tích đưa từ lý thuyết nhiệt độ chiều dày thớ gỗ 1.67 + 0.115 x - 0.24 x + 0.055 x x Do thi contour moi quan he X1,X2 Ytcday 1.9 0.8 1.8 0.6 0.4 chieu day tho go 1.8 1.6 1.4 1.7 0.2 1.6 -0.2 1.5 -0.4 1.4 -0.6 0.5 0.5 x2 -0.8 -0.5 1.3 -0.5 -1 -1 -1 -1 x1 -0.5 Nhiet 0.5 Hình Đồ thị 3D contour mối quan hệ X1, X2 hàm Y tcday Qua đồ thị hình cho thấy mô hình phương trình tương quan (3.1) biểu diễn miền lưới không gian 3D Từ đồ thị 3D chiếu sang trục tọa độ x1Ox2 ta có miền tối ưu với giá trị tối ưu nằm khu vực miền màu đỏ Hàm thoát ẩm tối ưu hóa theo phương trình (3.1) Hàm mục tiêu: Y tcday → max Các điều kiện ràng buộc: -1 ≤ x i ≤ +1; i = 1÷ Bảng Giá trị tối ưu hàm thoát ẩm Y tcday (g/h) STT Thông số đầu vào Giá trị Thông số đầu Giá trị Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực tối ưu X1 A 60 (oC) Y tcday X2 B -1 20 (mm) 798 N tcday 1.97 (g/h) Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm tỷ lệ thoát ẩm gỗ Căm xe theo chiều dài Y tcdai (g/h) Ma trận thí nghiệm kết thí nghiệm bậc tiến hành phân tích phương sai hồi quy cho hàm toán dạng đa thức bậc cho kết trình bày sau: Mô hình bậc chọn là: Y = b + b x + b x + b 12 x x Phương trình hồi quy độ thoát nước theo chiều dài Y tcdai (g/h) với hệ số tương quan R- squared = 0.996 có dạng mã hóa là: Y tcdai = 2.664 + 0.1125X – 0.2325 X + 0.0675X X (3.2) Các hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0.05 Kiểm định tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm: F t = 0.07 < F b = 19.2 tức mô hình đảm bảo tương thích Vậy phương trình hồi quy (3.2) Y tcdai tìm tương thích với thực nghiệm 2.664 + 0.1125 x - 0.2325 x + 0.0675 x x Do thi contour moi quan he X1,X2 Ytcdai 2.9 0.8 2.8 0.6 2.9 0.4 2.8 chieu dai tho go 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.7 0.2 2.6 -0.2 2.5 -0.4 2.4 -0.6 0.5 0.5 x2 -0.8 2.3 -0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1 x1 -0.5 Nhiet 0.5 Hình 5: Đồ thị 3D contour mối quan hệ X1, X2 hàm Y tcdai Qua đồ thị hình cho thấy mô hình phương trình tương quan (3.2) biểu diễn miền lưới không gian 3D Từ đồ thị 3D chiếu sang trục tọa độ x1Ox2 ta có miền tối ưu với giá trị tối ưu nằm khu vực miền màu đỏ Hàm thoát ẩm tối ưu hóa theo phương trình (3.2) Hàm mục tiêu: Y tcdai → max Các điều kiện ràng buộc: -1 ≤ x i ≤ +1; i = 1÷ Bảng Giá trị tối ưu hàm thoát ẩm Y tcdai (g/h) STT Thông số đầu vào Giá trị Thông số đầu Giá trị Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực tối ưu X1 A 60 (oC) Y tcdai X2 B -1 150 (mm) N tcdai 2.9415 (g/h) 3.3 Kết nghiên cứu thực nghiệm tỷ lệ thoát ẩm gỗ Căm xe theo chiều vân thớ (chiều rộng) Y tcrong (g/h) Ma trận thí nghiệm kết thí nghiệm bậc tiến hành phân tích phương sai hồi quy cho hàm toán dạng đa thức bậc cho kết trình bày sau: 799 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Mô hình bậc chọn là: Y = b + b x + b x + b 12 x x Phương trình hồi quy độ thoát nước theo chiều rộng Y tcrong (g/h) với hệ số tương quan R- squared = 0.989 có dạng mã hóa là: Y tcrong = 1.7857+ 0.1325X – 0.2925 X + 0.0725X X (3.3) Các hệ số hồi quy đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0.05 Kiểm định tương thích phương trình hồi quy với thực nghiệm: F t = 5.28 < F b = 19.2 tức mô hình đảm bảo tương thích Vậy phương trình hồi quy (3.3) Y tcrong tìm tương thích với thực nghiệm Do thi contour moi quan he X1,X2 Ytcrong 1.7857 + 0.1325 x - 0.2925 x + 0.0725 x x 2.1 0.8 0.6 1.9 0.4 chieu rong tho go 1.8 1.6 1.4 1.8 0.2 1.7 -0.2 1.6 -0.4 1.5 -0.6 0.5 -0.5 x2 1.4 -0.8 0.5 -0.5 -1 -1 -1 -1 x1 1.3 -0.5 Nhiet 0.5 Hình 6: Đồ thị 3D contour mối quan hệ X1, X2 hàm Y tcrong Qua đồ thị hình cho thấy mô hình phương trình tương quan (3.3) biểu diễn miền lưới không gian 3D Từ đồ thị 3D chiếu sang trục tọa độ x1Ox2 ta có miền tối ưu với giá trị tối ưu nằm khu vực miền màu đỏ Hàm thoát ẩm tối ưu hóa theo phương trình (3.3) Hàm mục tiêu: Y tcrong → max Các điều kiện ràng buộc: -1 ≤ x i ≤ +1; i = 1÷ Bảng Giá trị tối ưu hàm thoát ẩm Y tcrong (g/h) STT Thông số đầu vào Giá trị Thông số đầu Giá trị Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực tối ưu X1 A 60 (oC) Y tcrong X2 B -1 30 (mm) N tcrong 2.1382 (g/h) KẾT LUẬN Nghiên cứu trình thoát ẩm sấy chân không gỗ Căm xe tìm mối quan hệ nhiệt độ sấy, quy cách gỗ ảnh hưởng đến trình thoát ẩm với giá trị tối ưu đạt nhiệt độ sấy 600 (áp suất 140 mmHg) tương ứng quy cách chiều dày, chiều dài chiều rộng Qua kết thực nghiệm cho thấy gỗ thoát ẩm nhiều theo phương chiều dài (2.9415 g/h) phương dọc theo chiều thớ gỗ, điều lý giải xét mặt cấu tạo phương dọc phương dẫn truyền nước, chất dinh dưỡng, nhựa nguyên cho thân 800 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV qua hệ thống tổ chức ống mạch, mao quản cho sinh trưởng, phát triển Và sau khai thác gỗ, hệ thống dẫn truyền tiếp tục hoạt động để dẫn nước thoát trình sấy Gỗ thoát ẩm phương chiều dày chiều rộng, phương ngang thớ gỗ, theo phương tia gỗ góp phần dẫn nước thoát sấy Vì vậy, nên lựa chọn quy cách gỗ sấy mỏng trình thoát ẩm nhanh ngược lại Kết sở để doanh nghiệp ứng dụng thực tế sấy gỗ Để phát huy tối đa tốc độ thoát ẩm gỗ sấy chân không thiết phải gia công cưa xẻ gỗ theo quy cách kích thước chiều dày, chiều dài chiều rộng sản phẩm gỗ, điều góp phần rút ngắn thời gian sấy giảm khuyết tật, nâng cao chất lượng gỗ sấy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 1993 [2] Nguyễn Văn Công Chính, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mô hình máy sấy gỗ kiểu chân không, Đề tài nghiên cứu khoa học, Đại học Nông Lâm TP.HCM, 2008 [3] Nguyễn Thế Cường, Nghiên cứu chế độ sấy phương pháp chân không Luận văn Thạc sĩ Cơ khí Công nghệ, Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh, 2007 [4] V Kutovoy, L Nikolaichuk and V Slyesov, To the theory of vacuum drying, Drying 2004 – Proceedings of the 14th International Drying Symposium (IDS 2004) São Paulo, Brazil, 22-25 August 2004, vol A, pp 266-271, 2004 [5] Sattho T., Yamsaengsung R., Vacuum drying of rubberwood, PSU-UNS International Conference on Engineering and Environment - ICEE-2005, Novi Sad 19-21 May, 2005, University of Novi Sad, Faculty of Technical Sciences Trg D Obradovića 6, 21000 Novi Sad, Serbia & Montenegro, 2005 THÔNG TIN TÁC GIẢ Bùi Thị Thiên Kim Trường ĐH Nông Lâm TP HCM Email: thienkimq92003@yahoo.com, thienkim@hcmuaf.edu.vn ĐT: 0908.984.164 801 ... tiết trình sấy chân không thực nghiên cứu trình thoát ẩm sấy chân không gỗ Căm xe (Xylia xylocarpa) nhằm xây dựng xác định yếu tố trình thoát ẩm để từ làm sở cho việc thiết lập quy trình, xây... 2.1382 (g/h) KẾT LUẬN Nghiên cứu trình thoát ẩm sấy chân không gỗ Căm xe tìm mối quan hệ nhiệt độ sấy, quy cách gỗ ảnh hưởng đến trình thoát ẩm với giá trị tối ưu đạt nhiệt độ sấy 600 (áp suất 140... chọn quy cách gỗ sấy mỏng trình thoát ẩm nhanh ngược lại Kết sở để doanh nghiệp ứng dụng thực tế sấy gỗ Để phát huy tối đa tốc độ thoát ẩm gỗ sấy chân không thiết phải gia công cưa xẻ gỗ theo quy