nghiên cứu tính chất gỗ sấy

CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT GỖ SẤY 1.1 GỖ VÀ PHÂN LOẠI GỖ 1.1.1 Cấu tạo gỗ Gỗ loại vật liệu không đồng cấu tạo, tính chất loại vật liệu khơng đẳng hướng Trong gỗ có lượng nước định, nước tồn dạng: Nước tự nước liên kết Nước tự nằm khoang bào, ruột tế bào, nằm hệ thống mao quản gỗ nên gọi nước mao quản Nước liên kết nước dính ướt (nước thấm) nằm vách tế bào, bó cellulose phần liên kết hố học qua cầu hiđrơ phân tử nước phân tử sellulose Ranh giới hai loại nước định điểm bão hoà thớ gỗ Năng cần cung cấp để tách nước tự nhỏ so với ẩm liên kết Nước tự gỗ làm thay đổi hệ số dẫn nhiệt mức độ thẩm thấu gỗ Trong đó, ẩm liên kết làm thay đổi tính chất cơ, lý gỗ bị tách khỏi gỗ Gỗ nhiều vật liệu ẩm khác có cấu trúc xốp Khoảng cách phân tử cấu tạo nên khung vật chất khơ lớn kích thước phân tử Khơng gian phân tử gọi mao dẫn hay lỗ xốp Đối với vật liệu ẩm mao dẫn hay lỗ xốp chứa đầy nước Cấu trúc không gian mao dẫn hay lỗ xốp phức tạp Tính chất xác định loạt yếu tố độ xốp, độ thẩm thấu, dạng kích thước lỗ xốp Độ xốp gỗ xác định công thức: v  Trong đó: Vl V  Vk  V V (1-1) V, Vl, Vk - Thể tích vật liệu ẩm, lỗ xốp phần khung vật liệu khô, m3; Độ xốp bề mặt xác định theo công thức: F  FL F (1-2) FL, - tổng diện tích lỗ xốp mặt cắt có diện tích F Trên mặt cắt ngang thân gỗ, ta thấy vòng năm đồng tâm Khi xem xét cấu trúc gỗ, người ta phân biệt hướng sau: - Hướng bán kính: hướng xuyên tâm vòng năm; - Hướng tiếp tuyến: hướng tiếp tuyến vòng năm; - Hướng trục: hướng dọc theo trục Tương ứng với hướng trên, có mặt cắt sau: mặt cắt ngang, mặt cắt tiếp tuyến mặt cắt xuyên tâm 1.1.2 Phân loại gỗ Trên sở tính chất đặc thù sấy loại gỗ, thơng qua q trình nghiên cứu cộng với kinh nghiệm thực tế gần 40 loại gỗ thông dụng người ta phân thành nhóm sau đây: Nhóm I : Là tập hợp loại gỗ q có văn thớ đẹp loại gỗ sử dụng sản xuất hàng mộc cao cấp mộc mỹ nghệ xuất Do đòi hỏi chất lượng sấy phải cao, không để nảy sinh khuyết tật sấy dù nhỏ qua thời gian sấy dài, sấy với nhiệt độ dốc sấy thấp Nhóm II : Nhóm tập hợp phần lớn loại gỗ cứng nặng, khơng có đặc thù sấy đáng kể phải sấy với chế độ sấy mềm (dịu), theo nguyên tắc sấy, gỗ nặng khó sấy Nhóm III : Ở nhóm gỗ này, gỗ có khối lượng riêng trung bình nhiên hầu hết loại gỗ nhóm có đặc thù dễ nảy sinh khuyết tật trình sấy bao gồm hầu hết loại khuyết tật sấy Nhóm IV : So với gỗ nhóm III, loại gỗ nhóm IV khơng khác biệt tính chất, nhiên nhóm loại gỗ khơ chậm, xuất khuyết tật sấy, ngoại trừ khuyết tật chai cứng bề mặt sau sấy Nhóm V : Nhóm tập hợp loại gỗ dễ sấy thường loại gỗ tạp nhẹ, loại gỗ vườn sinh trưởng nhanh, gỗ xốp nhẹ, chóng khơ nảy sinh khuyết tật trình sấy Các loại gỗ nhóm có qui cách, kích thước sấy chung mẻ sấy chung chế độ sấy Các loại gỗ nhóm gỗ cho bảng 1-1 Bảng 1.1: Phân nhóm gỗ sấy Nhóm gỗ I II Chủng loại gỗ Cẩm lai, Dáng hương, Gỏ đỏ (cà te), Gụ (Gõ mật), Tắc, Huỳnh đường, Hoàng đàn Cẩm xe, Đinh, Lim xanh, Sến, Kiền kiền, Nghiến, Sao, Săng mã, xương cá III Bằng lăng, Dầu gió, Chò loại, Bạch đàn, Cám, Gáo vàng IV Vên vên, Trâm vàng, Dầu rái, Tràm, Thông nhựa V Gia (Teech), Thơng ba lá, Cao su, Mò cua, Bạch tùng, Cồng, Lồng mức, Thị rừng, Điều, Xoài vườn 1.1.3 Vai trò ẩm gỗ Ẩm có vai trò việc trì hoạt động sống Khi bị chết, gỗ bị phá hủy, biến gỗ tươi thành gỗ mục bị phân hủy dần theo thời gian làm phân bón cho đất, nhường chổ cho chồi non phát triển Nhờ mà hoạt động trì qua hàng kỷ Tùy theo độ ẩm gỗ mà ẩm gỗ góp phần phá hoại làm mục nát gỗ (theo Kebol gỗ mục nát độ ẩm gỗ 22 %) Ẩm làm biến dạng cong vênh, nứt nẻ gỗ làm giảm độ bền sức chịu lực vật liệu từ gỗ Ẩm có gỗ làm thay đổi tính cách nhiệt cách điện 1-2 TÍNH CHẤT CỦA GỖ LIÊN QUAN ĐẾN Q TRÌNH SẤY 1.2.1 Độ ẩm gỗ 1.2.1.1 Độ ẩm toàn phần Độ ẩm toàn phần gỗ hàm lượng nước chứa gỗ qui đơn vị khối lượng gỗ tươi xác định theo công thức sau đây: Wa  G - Go 100% G (1-3) Trong G, Go khối lượng gỗ tươi gỗ khô kiệt, kg Độ ẩm tương đối gỗ biến thiên từ đến 100% Trong trình sấy nước bay hơi, khối lượng gỗ thay đổi từ G1 đến G2, tương ứng độ ẩm tương đối trước lúc sấy Wa1 sau sấy Wa2 Vì lượng gổ khơ trước lúc sấy sau sấy giống nên ta có mối quan hệ sau: G  Wa1  G1  Wa2 Hay: Wa2  - (1-4) G1 (1  Wa1 ) G2 (1-5) Trong thực tế để sấy gỗ ta thường xác định khối lương gỗ ban đầu G1, độ ẩm ban đầu Wa1 độ ẩm cuối trình Wa2 sấy cần đạt được, khối lượng gỗ cuối trình sấy là: G  G1  Wa1  Wa2 (1-6) Như trình sấy, ta việc theo dõi khối lượng gỗ biết độ ẩm thời chúng biết cần dừng sấy lúc 1.2.1.2 Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối gỗ hàm lượng nước chứa gỗ qui đơn vị khối lượng gỗ khô tuyệt đối (gỗ khô kiệt) xác định theo công thức sau: W G - Go 100% Go (1-7) Trong thực tế người ta hay dùng khái niệm để nói độ ẩm gỗ Về lý thuyết giá trị độ ẩm tuyệt đối nằm từ đến + tuỳ thuộc vào lượng nước gỗ Tương tự với độ ẩm tồn phần, ta có mối quan hệ lượng gỗ trước sau sấy độ ẩm tuyệt đối sau: G  W2  G1  W1 (1-8) Quan hệ độ ẩm toàn phần tuyệt đối sau: W W Wa Wa  W 1 - Wa (1-9) Ta xác định lượng nước khỏi gỗ đơn vị thời gian định: G  G1  G  G Wa1 - Wa2 W - Wa2  G1 a1  Wa1  Wa2 (1-10) xác định theo độ ẩm tuyệt đối: G  G2 W1 - W2 W - W2  G1 1  W2  W1 (1-11) Nếu sấy khơ kiệt hồn tồn G = Ga tức lượng nước chứa gỗ Bảng 1-2: Quan hệ độ ẩm toàn phần khối lượng thành phần gỗ Wa, (-) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Ga, kg 400 233 150 100 66,7 42,9 25 11,1 Go, kg 100 100 100 100 100 100 100 100 100 G, kg - 167 83 50 33,3 23,8 17,9 13,9 11,1 Từ bảng ta thấy giai đoạn đầu độ ẩm Wa lớn giảm độ ẩm 10% lượng nước lớn, cuối trình độ ẩm thấp, để giảm độ ẩm Wa lượng 10% lượng ẩm thoát bé 1.2.1.3 Độ ẩm cân Nếu ta đặt hai mẩu gỗ môi trường khơng khí có độ ẩm  Một mẩu gỗ có độ ẩm ban đầu lớn mẩu có độ ẩm nhỏ, xấp xỉ 0% Người ta nhận thấy, độ ẩm mẩu gỗ ướt có xu hướng giảm dần độ ẩm mẩu gỗ khô tăng dần Độ ẩm hai mẩu có xu hướng tiệm cận dần đến giá trị gọi độ ẩm cân Wcb Thực tế cho thấy độ ẩm hai mẩu gỗ khó đạt giá trị cân mà thường chênh lệch từ 1÷3% xung quanh giá trị Bảng 1.3: Độ ẩm cân gỗ nhiệt độ nhiệt kế khô độ ẩm tương đối Như đặt mơi trường khơng khí mẩu gỗ ướt khô dần (độ ẩm giảm) thay đổi độ ẩm theo đường cong làm khơ, q trình gọi q trình làm khơ hay khử hấp thụ Ngược lại mẩu gỗ khô ẩm ướt dần (độ ẩm tăng) theo đường cong hút ẩm, trình gọi trình hút ẩm hay hấp thụ Hình 1.1: Quá trình cần độ ẩm gỗ Bài tốn hấp thụ khử hấp phụ đẳng nhiệt khơng tốn khuếch tán ẩm bình thường khơng khí vật liệu ẩm mà liên quan đến liên kết ẩm Vì chưa có mơ hình tốn đầy đủ mơ tả tượng để tính độ ẩm cân người ta dựa vào thực nghiệm Có nhiều cơng thức thực nghiệm nhiều tác giả để xác định độ ẩm cân Theo G.K Phylonchenko độ ẩm cân vật liệu ẩm xác định bằng: 1/ n    B     cb     b   100     b  1/ n ,% (1-12) Trong B, b n số thực nghiệm cho bảng 1-3 Đối với loại hạt, G.A Egorov đề xuất công thức xác định độ ẩm cân hấp phụ sau: 1/ cbh  100   K1  0,435.K ln   100    (1-13) Trong K1 K2 số thực nghiệm xác định tuỳ thuộc vào khoảng cb Nếu cbh = ÷ 8% <  30% Tùy theo loại gỗ mà ρ y có giá trị khác Ví dụ: Gỗ thơng có ρ y = 400 kg/m3 2) Lượng ẩm bay m3 gỗ 37 ω  ω2 M  ρy 100 [kg/m3] 3) Lượng ẩm bay mẻ gỗ Mmẻ = MV [kg ẩm/mẻ] 4) Lượng ẩm bay trung bình 1h Mh = Mmẻ / 5) Lượng ẩm bay bình quân 1h thực tế Mh = MhKx Kx – Hệ số hiệu chỉnh 3.3.2 Xây dựng trình sấy lý thuyết 1) Xây dựng trình sấy lý thuyết đồ thị I-d - Biểu diễn trình đồ thị I – d - Xác định điểm trạng thái - Xác định điểm 1: + cấp chế độ sấy gỗ”   > 30%   =(20÷30%)   < 20% Chọn nhiệt độ t1 độ chênh nhiệt độ t Từ chế độ sấy chọn, ta có t1 sấy t = t1 – tw1, điểm xác đinh thông qua cặp thông số (t1, tw1 = t1- t), tính thơng số điểm 1: d1, I1, 1, 1 - Xác định điểm 2: Chọn d = (0,7÷1) g/kgkkk t1-t2 = 2÷3 0C = (I1 = I2, d2 = d1 + d); = (I1 = I2, t2 = t1 – (2÷3)0C) Tính thơng số điểm 2: d2, I2, 2, 2 Kiểm tra độ ẩm tương đối 85< 2