KHẢO SÁT QUY TRÌNH SẤY GỖ XOAN ĐÀO TẠI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN LÂM SẢN, GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Các công trình nghiên cứu lý luận về bản chất của quá trình sấy gỗ, các phương pháp, quy trình, chế độ sấy gỗ với nhiều loại môi trường, nguyên liệu sấy trong các kiểu lò sấy khác nhau n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT QUY TRÌNH SẤY GỖ XOAN ĐÀO TẠI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CHẾ BIẾN LÂM SẢN,

KHẢO SÁT QUY TRÌNH SẤY GỖ XOAN ĐÀO TẠI TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU

CHẾ BIẾN LÂM SẢN, GIẤY VÀ BỘT GIẤY

TRẦN LONG PHI

Khoá luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Chế biến lâm sản

Giáo viên hướng dẫn:

Hoàng Văn Hoà

Tháng 07 năm 2010

LỜI CẢM TẠ

Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến:

Ba và mẹ, người đã sinh ra tôi, nuôi dưỡng tôi và dạy bảo tôi nên người

Tất cả quý thầy cô trường đại học Nông Lâm, thầy cô trong khoa Lâm Nghiệp

và thầy cô bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập ở trường

Kỹ sư Hoàng Văn Hoà, giảng viên bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã hướng dẫn tôi hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp

Các anh chị bên trung tâm nghiên cứu công nghệ Chế Biến Lâm Sản, Giấy và Bột Giấy - Trường Đại học Nông Lâm đã giúp tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Toàn thể cán bộ nhân viên và anh em công nhân xưởng Trung tâm đã tạo điều kiện và giúp tôi gia công mẫu trong quá trình thực hiện đề tài

Các bạn trong lớp đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Sinh viên thực hiện Trần Long Phi

TÓM TẮT

Đề tài“Khảo sát quy trình sấy gỗ Xoan Đào” tại Trung tâm nghiên cưu Chế Biên Lâm Sản Giấy và Bột Giấy Đại học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh thời gian từ 22-02 đến 22-

6

Nội dung khảo sát:

 Khảo sát quy trình sấy tại trung tâm nghiên cứu Chế Biến Lâm Sản, Giấy và Bột Giấy Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh

 Tỷ lệ khuyết tật thấp 3%

 Xây dựng quy trình sấy thực nghiệm với thời gian sấy 356 giờ đối với gỗ có chiều dày 20 - 30 mm ở độ ẩm 60 %, và 604 giờ đối với gỗ có độ ẩm 60% và chiều dày 40 - 55 mm

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Lời cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục iv

Danh sách chữ viết tắt ix

Danh sách các hình x

Danh sách các bảng xi

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.3 Mục tiêu và mục đích đề tài 2

1.3.1 Mục đích đề tài 2

1.3.2 Mục tiêu đề tài 2

1.3.3 Giới hạn đề tài 2

Chương 2 TỔNG QUAN 3

2.1 Giới thiệu trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản Giấy và bột giấy 3

2.1.1 Hoạt động của trung tâm 3

2.1.2 Máy móc thiết bị phục vụ nghiên cứu tại trung tâm 4

2.1.3 Xưởng nghiên cứu và thực hành sấy 4

2.2 Tổng quan nghiên cứu 5

2.2.1 Tình hình nghiên cứu sấy gỗ trên thế giới 5

2.2.2 Tình hình nghiên cứu sấy gỗ trong nước 6

2.3 Một số phương pháp sấy gỗ 7

2.3.1 Hong phơi 7

2.3.2 Sấy chân không 8

2.3.3 Sấy ngưng tụ ẩm 10

2.3.4 Sấy cao tần 11

2.3.5 Sấy hơi nước quá nhiệt 13

2.3.6 Sấy quy chuẩn (sấy gián tiếp trong môi trường không khí) 16

2.3.7 Nhận xét 17

2.4 Cơ sở lý thuyết về công nghệ sấy gỗ bằng phương pháp sấy quy chuẩn 17

2.4.1 Các khái niệm cơ bản 17

2.4.1.1 Độ ẩm tương đối của gỗ 18

2.4.1.2 Độ ẩm tuyệt đối của gỗ 18

2.4.1.3 Độ ẩm thăng bằng 19

2.4.2 Bản chất của quá trình sấy gỗ 19

2.4.2.1 Khái niệm sấy gỗ 19

2.4.2.2 Quá trình khô của gỗ 20

2.4.2.3 Cơ chế sấy gỗ 20

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất thời gian sấy 23

2.4.3.1 Chủng loại và khối lượng riêng của gỗ 23

2.4.3.2 Ảnh hưởng kích thước gỗ 24

2.4.3.3 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu 24

2.4.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ môi trường sấy 24

2.4.4 Ứng suất, nguyên nhân sản sinh ứng suất và các dạng khuyết tật trong khi sấy 25 2.4.4.1 Ứng suất, nguyên nhân sản sinh ứng suất 25

2.4.4.2 Các dạng khuyết tật trong khi sấy 26

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

3.1 Nội dung khảo sát 30

3.1.1 Khảo sát sơ bộ nguyên liệu sấy gỗ Xoan Đào 30

3.1.2 Khảo sát sơ bộ về thiết bị sấy 30

3.1.3 Khảo sát chất lượng ban đầu của nguyên liệu gỗ Xoan Đào 30

3.1.4 Khảo sát trình tự các bước thực hiện quá trình sấy gỗ Xoan Đào 30

3.1.5 Khảo sát quá trình sấy và tính toán tỷ lệ khuyết tật gỗ sấy 31

3.1.6 Phân tích đề xuất giải pháp hoàn thiện quy trình sấy gỗ Xoan Đào 31

3.2 Phương pháp nghiên cứu 31

3.2.1 Phương pháp xác định độ ẩm ban đầu của gỗ 31

3.2.2 Phương pháp theo dõi quá trình giảm ẩm của gỗ sấy 31

3.2.3 Phương pháp theo dõi và đánh giá chất lượng gỗ sấy 32

3.2.4 Phương pháp điều tiết trạng thái môi trường 33

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 Sơ lược về nguyên liệu gỗ Xoan Đào 34

4.1.1 Đặc điểm cấu tạo gỗ 34

4.1.2 Tính chất vật lý và cơ học của gỗ 35

4.1.2.1 Tính chất vật lý 35

4.1.2.2 Tính chất cơ học 35

4.1.3 Đặc điểm hình thái và sinh học 36

4.1.3.1 Đặc điểm hình thái 36

4.1.3.2 Đặc điểm sinh học 36

4.1.4 Hướng sử dụng gỗ 36

4.2 Khảo sát sơ bộ về thiết bị sấy 36

4.2.1 Xác định trang thiết bị phục vụ quá trình sấy tại trung tâm 36

4.2.2 Khảo sát trang thiết bị phục vụ quá trình sấy tại trung tâm 38

4.3 Khảo sát chất lượng ban đầu của nguyên liệu gỗ Xoan Đào 38

4.3.1 Đánh giá tình trạng ban đầu của gỗ khi nhập về 38

4.3.2 Kiểm tra độ ẩm ban đầu của nguyên liệu gỗ trước khi đưa vào sấy 39

4.3.3 Xác định các khuyết tật của gỗ trước khi đưa vào sấy 40

4.3.3.1 Khuyết tật tự nhiên 40

4.3.3.2 Khuyết tật do quá trình gia công 41

4.4 Kết quả khảo sát trình tự các bước thực hiện quá trình sấy gỗ Xoan Đào tại Trung tâm 41

4.4.1 Tổ chức hong phơi đối với gỗ chưa đưa vào sấy ngay nhằm giảm độ ẩm của gỗ 41

4.4.2 Kiểm tra lò sấy, bố trí sắp xếp gỗ vào lò 42

4.4.3 Theo dõi quá trình sấy 43

4.4.3.1 Theo dõi nhiệt độ sấy 43

4.4.3.2 Theo dõi sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt 43

4.4.3.3 Theo dõi độ ẩm gỗ sấy 43

4.4.3.4 Theo dõi thời gian sấy 44

4.4.3.5 Theo dõi chất lượng sấy 44

4.4.4 Điều tiết quá trình sấy 44

4.4.4.1 khởi động lò sấy 44

4.4.4.2 Giai đoạn làm nóng 44

4.4.4.3 Giai đoạn sấy 45

4.4.4.4 Giai đoạn xử lý giữa chừng và xử lý cuối 45

4.4.4.5 Làm nguội 45

4.4.5 Tổ chức ra lò sau khi kết thúc quá trình sấy 46

4.5 Kết quả quá trình sấy và tính toán tỷ lệ khuyết tật gỗ sấy 46

4.5.1 Kết quả các mẻ sấy thực tế tại trung tâm 46

4.5.1.1 Mẻ sấy thứ 1 46

4.5.1.2 Mẻ sấy thứ 2 47

4.5.1.3 Mẻ sấy thứ 3 48

4.5.1.4 Mẻ sấy thứ 4 49

4.5.1.5 Mẻ sấy thứ 5 49

4.5.1.6 Mẻ sấy thứ 6 50

4.5.1.7 Mẻ sấy thứ 7 51

4.5.1.8 Mẻ sấy thứ 8 52

4.5.1.9 Mẻ sấy thứ 9 53

4.5.1.10 Mẻ sấy thứ 10 54

4.5.1.11 Mẻ sấy thứ 11 54

4.5.1.12 Mẻ sấy thứ 12 55

4.5.1.13 Mẻ sấy thứ 13 56

4.5.1.14 Mẻ sấy thứ 14 57

4.5.1.15 Mẻ sấy thứ 15 58

4.5.1.16 Mẻ sấy thứ 16 58

4.5.1.17 Kết quả tổng hơp 16 mẻ sấy tại trung tâm 59

4.5.2 Kiểm tra khuyết tật sấy, nguyên nhân và cách xử lý 62

4.5.2.1 Kiểm tra khuyết tật sau khi sấy 62

4.5.2.2 Khuyết tật gỗ và phương pháp khắc phục 63

4.6 Xây dựng quy trình sấy thực nghiệm 65

4.6.1 Phân tích để đưa ra giải pháp hoàn thiện quy trình sấy gỗ Xoan Đào 65

4.6.2 Đề xuất quy trình sấy gỗ Xoan Đào 65

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 67

5.1 Kết luận 67

5.2 Đề nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

G Khối lượng gỗ tươi g

Gtt Khối lượng thanh gỗ từng thời điểm kiểm tra g

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Hong phơi gỗ trong công nghiệp 7

Hình 2.2 Lò sấy gỗ chân không 9

Hình 2.3 Lò sấy gỗ kiểu ngưng tụ ẩm 11

Hình 2.4 Lò sấy gỗ cao tần 13

Hình 2.5 Lò sấy hơi quá nhiệt 14

Hình 2.6 biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ ẩm tương đối và độ ẩm thăng bằng ở nhiệt độ cao 15

Hình 2.7 Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa nhiệt độ gỗ sấy và độ ẩm của gỗ trong quá trình sấy 15

Hình 2.8 Lò sấy quy chuẩn 16

Hình 2.9 Biểu độ thể hiện quá trình thăng bằng ẩm độ của gỗ 19

Hình 2.10 Khuyết tật cong vênh của gỗ sấy 27

Hình 2.11 Gỗ bị nhăn mặt trong quá trình sấy 28

Hình 2.12 Gỗ bị nứt đầu 28

Hình 2.13 gỗ bị nứt trong 29

Hình 4.1 Cây Xoan Đào 34

Hình 4.2 Gỗ bị mốc phá hoại 40

Hình 4.3 Thanh kê đặt đúng vị trí khi xếp gỗ vào lò 42

Hình 4.4 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của chiều dày đến thời gian sấy 61

Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của độ ẩm đến thời gian sấy 62

Hình 4.6 cách đánh dấu và đo chiều dài vết nứt sâu của gỗ sấy 63

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1 Bảng tổng hợp kết quả khảo sát thiết bị lò sấy 38

Bảng 4.2 Độ ẩm gỗ tươi trước khi đưa vào sấy 39

Bảng 4.3 Bảng tổng hợp 16 mẻ sấy tại trung tâm 60

Bảng 4.4 Kết quả khảo sát cách xử lý gỗ cong vênh tại trung tâm 64

Bảng 4.5 Chế độ sấy gỗ xoan đào đề nghị 65

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, ngành chế biến gỗ phát triển nhanh chóng và là ngành đóng góp lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nước Tốc độ tăng trưởng của ngành luôn giữ ở mức cao khoảng 30% và kim ngạch xuất khẩu của ngành ngày càng tăng năm 2006 đã xấp xỷ 1,93 tỷ USD, năm 2007 đạt 2,4 tỷ USD, năm 2008 đạt 2,8 tỷ USD năm 2009 2,735 tỷ USD và đặt mục tiêu cho năm 2010 là 2,95 tỷ USD Và Việt Nam đã vươn mình trở thành một trong 4 quốc gia xuất khẩu hàng mộc nhiều nhất trong khu vực với trên 120 thị trường [4] Năm 2006, Việt Nam gia nhập WTO là một

cơ hội lớn cho ngành mộc Việt Nam phát triển mạnh mẽ hơn nữa Tuy nhiên Việt Nam cũng gặp phải không ít khó khăn như thiếu hụt nguyên liệu, nhân công tay nghề chưa cao, công nghệ còn lạc hậu Trong đó, thiếu hụt nguyên liệu là một thử thách lớn khi

mà 80% nguyên liệu của ngành gỗ Việt Nam phải nhập khẩu, do đó cần phải nâng cao hiệu quả sử dụng của nguyên liệu gỗ tránh lãng phí từ quá trình cưa xẻ, bảo quản, sản xuất hàng mộc Trong đó, hoàn thiện quá trình sấy gỗ là một khâu quan trọng

Từ những nhận định trên, được sự phân công của bộ môn Chế biến lâm sản, Khoa Lâm nghiệp Tôi tiến hành thực hiện đề tài “Khảo sát quy trình sấy gỗ Xoan Đào tại Trung tâm nghiên cứu Chế Biên Lâm Sản Giấy và Bột Giấy” với sự hướng dẫn của thầy Hoàng Văn Hoà

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu

 Gỗ Xoan Đào nhập khẩu từ Lào với các quy cách 20-30mm và 40-55mm

 Thiết bị sấy là loại lò sấy hơi nước

 Phương pháp sấy được áp dụng là phương pháp sấy quy chuẩn.

1.3 Mục tiêu và mục đích đề tài

1.3.1 Mục đích đề tài

Thông qua quá trình khảo sát thực tế quy trình sấy tại trung tâm để xác định các yếu tố đầu vào (độ ẩm gỗ, khuyết tật tự nhiên của gỗ) thông qua chế độ sấy thực tế ảnh hưởng đến thời gian, chất lượng gỗ sấy từ đó phân tích đề xuất giải pháp hoàn thiện quá trình sấy

1.3.2 Mục tiêu đề tài

Để đạt được mục đích đã đề ra trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi tập trung vào các mục tiêu sau:

 Khảo sát sơ bộ nguyên liệu sấy gỗ Xoan đào

 Khảo sát thiết bị sấy hiện đang sử dụng tại trung tâm

 Khảo sát sơ bộ chất lượng ban đầu của gỗ xoan đào

 Khảo sát trình tự các bước thực hiện quá trình sấy gỗ xoan đào

 Tính toán tỉ lệ khuyết tật gỗ sấy

 Phân tích đề xuất giải pháp hoàn thiện quy trình sấy gỗ xoan đào

1.3.3 Giới hạn đề tài

Quá trình sấy gỗ la một phạm vi rộng lớn, do thời gian hạn hẹp nên đề tài không tính toán giá thành để sản xuất 1m3 gỗ sấy

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản Giấy và bột giấy

2.1.1 Hoạt động của trung tâm

Trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản, Giấy và bột giấy thuộc trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, được thành lập năm 2003 nhằm tăng cường năng lực nghiên cứu trong lĩnh vực Chế biến lâm sản - Giấy & Bột giấy

rung tâm hoạt động với các hoạt động chính sau:

 Nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực gỗ, vật liệu gỗ và các cây có sợi

 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực Chế biến lâm sản, Giấy & Bột giấy

 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật, các công nghệ tối ưu sử dụng trong ngành Chế biến lâm sản và ngành giấy

 Sản xuất thử nghiệm trên cơ sở các kết quả nghiên cứu

 Hướng dẫn sinh viên chuyên ngành Chế biến lâm sản và ngành Giấy - Bột giấy thực tập và nghiên cứu

Bên cạnh đó, trung tâm còn cung cấp một số dịch vụ khoa học, kĩ thuật và công nghệ như:

 Thông tin tư vấn và chuyển giao công nghệ cho các tổ chức và xí nghiệp

 Đào tạo, huấn luyện các khóa ngắn hạn từ 1 tuần đến 1 tháng cho các chuyên ngành: Kỹ nghệ mộc máy (Wood machining), Kỹ nghệ trang sức đồ mộc (Finishing), Kỹ nghệ sấy gỗ (Kiln drying), Thiết kế sản phẩm mộc nội thất (Interior design) và Quản lý sản xuất (Wood production management for team leaders) Bên cạnh đó, Trung tâm cũng nhận đào tạo theo hợp đồng cho các tổ chức và xí nghiệp theo các yêu cầu chuyên biệt

 Tổ chức Hội nghị - Hội thảo khoa học trong lĩnh vực Chế biến lâm sản, Giấy & Bột giấy

 Hướng dẫn các cơ sở sản xuất sử dụng tối ưu nguồn nguyên liệu

 Kiểm định tính chất gỗ, định danh gỗ và vật liệu gỗ

 Đánh giá chất lượng các loại hàng từ lâm sản, Giấy và Bột giấy

 Sấy gỗ gia công cho các công ty, xí nghiệp

2.1.2 Máy móc thiết bị phục vụ nghiên cứu tại trung tâm

Máy móc, thiết bị hoạt động tại Trung tâm chủ yếu là máy mới, hiện đại, kết quả đạt độ tin cậy cao, phần lớn được nhập từ Mỹ, Ấn Độ, Đức, Hàn Quốc Hiện nay, với hệ thống trang thiết bị đầy đủ, hiện đại, Trung tâm hoàn toàn chủ động trong việc nghiên cứu, thí nghiệm và sản xuất thử nghiệm ngay từ khâu nguyên liệu (băm dăm) cho đến thành phẩm (giấy, bìa giấy, ván nhân tạo ) Trong đó, có thể nêu một số máy điển hình như: máy thử cơ lý gỗ; máy bóc gỗ; máy băm dăm; máy khuấy que; máy đánh tơi bột giấy; nồi nấu bột giấy; máy phân loại sợi; máy xeo giấy; máy đo độ nghiền bột giấy; máy đo độ cứng; độ chịu kéo; độ chịu gấp của giấy; máy đo độ dày giấy và bìa phạm vi từ (0,001 – 19,000) mm; máy đo độ ẩm giấy trong phạm vi từ (0 – 35) % được đo theo phương pháp sự suy giảm năng lượng của sóng radio cao tần; máy

đo pH, nhiệt độ, nồng độ ion trong dung dịch; máy đo độ trắng giấy, tủ sấy khô kiệt, máy đo độ ẩm gỗ

2.1.3 Xưởng nghiên cứu và thực hành sấy

Xưởng nghiên cứu và thực hành sấy ra đời vào giữa năm 2009 nhằm đáp ứng nhu cầu nghiên cứu, thực tập, áp dụng kĩ thuật sấy cho sinh viên và các tổ chức, tập thể, cá nhân có nhu cầu Với đội ngũ kĩ thuật viên có kinh nghiệm bao gồm 4 kĩ thuật viên và 20 công nhân trong đó chủ yếu là sinh viên thực tập

Xưởng có 11 lò sấy hơi nước với 3 kích cỡ lò khác nhau

 Cỡ lớn: số lượng 5 lò với kích thước xếp gỗ là: 2,8 x 4 x 7,1 m

 Cỡ trung bình: số lượng 4 lò với kích thước xếp gỗ là: 2,8 x 4 x 6,5 m

 Cỡ nhỏ: 2 lò với kích thước với kích thước xếp gỗ là: 2,8 x 4 x 4 m

 1 nồi hơi đốt bằng phôi bào với công suất 1000 kghơi/giờ

Cùng với khu hong phơi có kích thước 15 x 60 m cùng với 2 kho chứa gỗ sấy

2.2 Tổng quan nghiên cứu

2.2.1 Tình hình nghiên cứu sấy gỗ trên thế giới

Thời kỳ gia công gỗ bằng thủ công, người ta hong phơi gỗ để giảm độ ẩm của

gỗ trước lúc sản xuất đồ mộc

Đến thế kỉ XIX, một số xưởng gỗ của đường sắt, xưởng làm nhạc cụ có khối lượng tương đối lớn có yêu cầu cao về mặt chất lượng lúc đó mới bắt đầu xây dựng lò sấy thủ công Từ đó mới có những đề tài nghiên cứu chế độ sấy Năm 1875 đã bắt đầu xây dựng lò sấy dùng môi trường sấy bằng không khí nóng, hơi quá nhiệt và khí đốt Năm 1873, giáo sư Gađolin viết quyển sách đầu tiên về nghiên cứu hiện tượng cong vênh của ván lúc sấy Các nhà khoa học Xô Viết đã có những công trình nghiên cứu giải quyết những vấn đề quan trọng về kỹ thuật sấy gỗ Giáo sư K.L Radin năm

1928 đã đề ra biểu đồ Id để tính các thông số của không khí ẩm Các giáo sư V.Igrum Grumailo, A.V.Lukov, N.C.Xelugin và các nhà khoa học Kretretov, Xocolov, Cegovxki đã nghiên cứu quy luật và kỹ thuật sấy gỗ

Công nghiệp gia công cơ giới đồ gỗ phát triển mạnh mẽ, những lò sấy, phương pháp sấy thủ công cũ kỹ, năng suất thấp, chất lượng kém đã không thể đáp ứng yêu cầu khối lượng gỗ sấy ngày càng lớn của các nước công nghiệp phát triển Các lò sấy công suất lớn, công nghệ thiết bị tiên tiến được xây dựng ở các nhà máy chế biến tổng hợp gỗ

Các lò sấy ván bóc, ván lạng, ván dăm, sấy tre để làm ván nhân tạo xuất hiện ngày càng phong phú

Các công trình nghiên cứu lý luận về bản chất của quá trình sấy gỗ, các phương pháp, quy trình, chế độ sấy gỗ với nhiều loại môi trường, nguyên liệu sấy trong các kiểu lò sấy khác nhau ngày càng phát triển sâu rộng ở các nước trên thế giới Xu

hướng phát triển chủ yếu hiện nay là hoàn thiện kỹ thuật công nghệ sấy với thời gian ngắn nhất, năng suất chất lượng cao và giá thành rẻ

Tháng 4 năm 2003, ở Moscow, Hội khoa học kỹ thật công nghiệp gỗ và giấy toàn liên bang Nga cùng các viện nghiên cứu và các công ti sản xuất đồ gỗ đã tổ chức hội nghị khoa học: “Sấy gỗ, thực trạng và phương pháp giải quyết” Các đại biểu đã đề cập những vấn đề tổng hợp để đảm bảo hoàn thiện cho công nghệ, kỹ thuật sấy gỗ như:

 Thực trạng kỹ thuật, nguyên tắc, phương pháp sấy gỗ

 Những công nghệ và thiết bị mới

 Yêu cầu và chất lượng gỗ

 Trang bị, thiết bị kiểm tra và hệ thống quản lý quá trình sấy

 Hiệu quả kinh tế của các phương pháp sấy và công trình sấy

 Tự động hoá và điều khiển quy trình sấy

 Chương trình hoá chế độ sấy bằng công nghệ thông tin hiện đại

2.2.2 Tình hình nghiên cứu sấy gỗ trong nước

Ở nước ta công nghiệp gia công chế biến gỗ, sản xuất hàng hoá tiêu dùng, xuất khẩu chất lượng cao chưa phát triển, nên kỹ thuật và công nghệ sấy gỗ cũng phát triển chậm và kém

Trước năm 1975, chỉ một số ít lò sấy chu kì tuần hoàn sấy bằng hới đốt hay hơi nước ở miền nam và các xí nghiệp sản xuất đồ gỗ, đồ mộc ở miền bắc để sấy gỗ xẻ làm nhạc cụ, học cụ, đồ chơi, ván bóc, dăm với những quy trình và chế độ sấy áp dụng cho lò sấy nhập nôi được cải tiến

Công tác nghiên cứu khoa học về sấy gỗ chưa được quan tâm đúng mức, mới có một vài đề tài nghiên cứu về phân loại gỗ sấy, kỹ thật sấy thiết kế lò sấy

Năm 1974 chính phủ yêu cầu trong một thời gian rất ngắn phải chế biến gỗ quý (nhóm thượng hạng) của đồng bào chiến sĩ miền nam gửi ra xây dựng Lăng Chủ Tịch

Hồ Chí Minh, nhưng công trình phải đảm bảo chất lượng, không để nứt nẻ và lãng phí

gỗ Được giao nhiệm vụ, Viện Công Nghiệp rừng đề nghị phải sấy gỗ trong lò sấy chu

kì tuần hoàn bằng hơi với chế độ rất mềm Quy trình sấy gỗ lịch sử đó được Hội đồng Khoa học kỹ thật nhà nước duyệt và thực hiện có kết quả

Những năm cuối thế kỷ XX đầu thế kỉ XXI, gỗ rừng tự nhiên đã kiệt quệ Công nghiệp chế biến gỗ mềm từ rừng tự nhiên và rừng trồng làm vật liệu xây dựng, làm đồ mộc dùng trong nước và nhất là làm hàng xuất khẩu phát triển với quy mô ngày càng lớn, yêu cầu chất lượng ngày càng cao thì công tác nghiên cứu xây dựng các lò sấy công nghiệp mới trở thành yêu cầu khách quan và cấp bách Thực trạng công tác nghiên cứu về sấy gỗ và các lò sấy gỗ, kỹ thật và công nghệ sấy gỗ cũng như đội ngũ cán bộ nghiên cứu, giảng dạy, cán bộ kỹ thuật và công nhân vận hành sấy gỗ còn thiếu

Như ta đã biết, gỗ xẻ sau khi cưa xẻ thường có độ ẩm rất lớn (50-60% thậm chí

có thể lên tới 100%), qua điều kiện hong phơi thuận tiện, tuỳ vào kích thước ván, có khả năng trong vòng một vài tuần lễ có thể giảm độ ẩm của gỗ xuống xấp xỉ điểm bão hoà thớ gỗ (25-30%)

Hình 2.1 Hong phơi gỗ trong công nghiệp [13]

Hong phơi là một phương pháp sấy tự nhiên, chịu tác dụng trực tiếp của ngoại cảnh (thời tiết khí hậu), tuy nhiên nếu ta có những biện pháp kĩ thuật tác động tốt cũng

có thể đạt dược những hiệu quả mong muốn nhất là đối với chất lượng gỗ hong phơi,

gỗ xẻ cần phải xếp thành những chồng gỗ trên những sân hong phơi khô ráo, thoáng gió và nên xắp xếp theo kiểu xếp đống trong phơi gỗ xẻ

2.3.2 Sấy chân không

Sấy chân không đã từ lâu là một phương pháp sấy kỹ thuật được sử dụng để sấy các loại vật liệu khác nhau, kể cả trong lĩnh vực sấy gỗ đối với các loại gỗ khô chậm và khó sấy, sấy chân không có một vị trí đáng kể nhằm rút ngắn được thời gian sấy và cải thiện chất lượng sấy

Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc điểm sôi của nước vào áp suất Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đó nước trong gỗ bắt đầu sôi và bốc hơi sẽ tạo theo tiết diện ngang của ván sấy một chênh lệch áp suất và qua đó hình thành nên một dòng ẩm chuyển động trong gỗ theo hướng từ trong ra bề mặt gỗ Điều đó có nghĩa là một áp suất nhất định, nước sẽ có một nhiệt độ sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong gỗ giảm đi đến mức nhiệt độ của gỗ (và cũng như nhiệt độ của nước trong gỗ) đạt đến nhiệt độ sôi của nước trong điều kiện áp suất đó, nước trong gỗ

sẽ hoá hơi và làm tăng áp suất trong gỗ, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển ẩm

từ trong gỗ ra ngoài bề mặt bay hơi và ở đó (bề mặt gỗ) dưới điều kiện chân không (áp suất thấp) quá trình bay hơi sẽ tiến triển nhanh chóng và qua đó quá trình khô của gỗ rất nhanh và rút ngắn đáng kể thời gian sấy (khoảng 20-50% thời gian so với thời gian sấy truyền thống)

Tuy nhiên cấu tạo và tính chất gỗ cũng ảnh hưởng đến khả năng dẫn ẩm của gỗ, nên cần được quan tâm xem xét và qua đó điều tiết các thông số áp suất và nhiệt độ thích hợp với từng loại gỗ sấy

Trong phương pháp sấy chân không người ta sử dụng đơn vị áp suất mbar:

1 mbar = 103 bar = 102 N/m2 = 102 pa = 1 hPa

Hình 2.2 Lò sấy gỗ chân không [1]

Dựa theo áp suất, mức dộ chân không được phân biệt như sau:

Chân không thô: 1000 – 1 hpa

Chân không thấp: 1 0,0001 hpa

Chân không cao: 0,001 10-7 hpa

Chân không siêu cao: 10-7 hpa

Phạm vi chân không sử dụng trong kĩ thuật sấy khô nằm trong vùng chân không thô Thiết bị sấy chân không, về mặt nguyên lý hoạt động thường có 2 loại: sấy liên tục và sấy theo chu kì

Ưu điểm:

 Cơ giới hoá, tự động hoá

 Hạn chế nấm mốc hoặc sự biến màu của gỗ

 Rút ngắn được thời gian sấy

 Chất lượng của gỗ sấy ở các vị trí là khá cao, ít cong vênh nứt nẻ

 Sấy được các loại gỗ khó sấy, kích thước lớn

Nhưng yếu tố cơ bản cần được xem xét khi sử dụng phương pháp sấy này là:

 Hiện trạng năng lượng nơi sử dụng

 Loại gỗ sấy và kích thước ván sấy

 Độ ẩm cuối cùng cần đạt được

 Công suất (năng suất gỗ cần sấy)

Sấy ngưng tụ sẽ có hiệu quả khi ở đó:

 Chỉ có nguồn năng lượng điện duy nhất

 Độ ẩm cuối cùng không đòi hỏi thấp lắm

 Năng suất sấy đòi hỏi tương đối thấp

 Yêu cầu tự động hoá quá trình sấy

Ngoài những điều kiện trên thì việc sử dụng phương pháp sấy truyền thồng khác có lợi hơn

Hình 2.3 Lò sấy gỗ kiểu ngưng tụ ẩm [1]

Không khí nóng và ẩm khi đi qua gỗ trong lò sấy, phần lớn sẽ được hút qua giàn lạnh Hơi nước trong không khí sẽ được ngưng tụ thành nước, và qua máng hứng nước ngưng tụ dẫn ra ngoài Không khí lạnh chứa hàm lượng ẩm thấp này sau khi được làm nóng sẽ trở nên rất khô (có độ ẩm tương đối thấp) sẽ đi qua gỗ làm cho gỗ khô Sau khi qua gỗ, do nước trong gỗ thoát ra sẽ làm cho không khí lại trở nên ẩm và quá trình sấy sẽ được lặp lại chu trình biến đổi trạng thái như trên

Ưu điểm:

 Dễ cơ giới hoá, tự động hoá

 Chế độ sấy ổn định vì vậy chất lượng sấy cao, có thể sấy được tất cả các loại gỗ

Nhược điểm:

 Giá đầu tư cao

 Phụ thuộc nhiều vào năng lượng điện.

2.3.4 Sấy cao tần

Sấy gỗ trong từ trường điện xoay chiều có tần số cao được gọi là sấy cao tần

Trong phương pháp sấy cao tần, gỗ ướt là một chất điện môi nằm giữa 2 tấm bản cực Các tấm bản cực đóng vai trò truyền tải sóng điện từ cao tần Tần số ở đây nằm trong khoảng từ 3 – 50 MHz Để hạn chế hiện tượng nhiễu sóng, trong thực tế người ta giới hạn việc sử dụng trong công nghiệp ở các phạm vi tần số sau đây: 13,560 MHz  0,06 %: 27,129 MHz 0,60 %; 40,580 MHz  0,05 %; và tần số được phổ biến nhất là 27,120 MHz

Tất cả các phương pháp sấy thông thường hiện nay được sử dụng trong công nghiệp chế biến gỗ đều có nhược điểm là thời gian sấy dài Nguyên nhân chủ yếu ở đây là sự hình thành ngược chiều dòng ẩm và dòng nhiệt bên trong gỗ trong quá trình sấy Có nghĩa là khi sấy, gỗ sẽ làm nóng từ ngoài vào trong, do lớp gỗ bên bên ngoài tiếp xúc với nhiệt trước, sau quá trình dẫn nhiệt, các lớp gỗ bên trong sẽ được làm nóng dần lên Do đó, nhiệt độ bên trong gỗ bao giờ cũng thấp hơn nhiệt độ bên ngoài

gỗ, nhất là trong giai đoạn đầu của quá trình sấy Như vậy, hướng chuyển dịch của ẩm bên trong gỗ là hướng từ ngoài vào trong Ngược lại, vì lớp gỗ bên trong bao giờ cũng

ẩm hơn lớp gỗ bên ngoài, nên hướng dịch chuyển của ẩm là từ trong ra ngoài Như vậy hướng chuyển dịch của dòng nhiệt và dòng ẩm luôn luôn ngược chiều nhau trong quá trình sấy Đó chính là điều cơ bản của quá trình khô làm kéo dài thời gian sấy

Với phương pháp sấy cao tần, quá trình hấp thu nhiệt phụ thuộc vào hệ số điện môi, do hiện tượng cảm ứng điện từ xoay chiều của chất đện môi (gỗ) làm cho trong

gỗ vị trí nào ẩm nhất sẽ được làm nóng nhanh nhất và mạnh nhất Nếu đầu tiên ẩm độ trong gỗ phân bố đều trên toàn bộ thanh gỗ, thì trong sấy cao tần gỗ sẽ được làm nóng đồng đều Nhưng do trong quá trình khô, ẩm trên lớp gỗ bề mặt bay hơi và khuyếch tán ra ngoài không khí, sẽ làm cho lớp gỗ mặt ngoài lạnh hơn (do hiện tượng thu nhiệt của quá trình bay hơi) Qua đó hình thành chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong gỗ Như vậy, chiều chuyển dịch của ẩm trong gỗ trong quá trình sấy Qua đó sẽ kích thích, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình khô của gỗ nhanh chóng hơn và rút ngắn thời gian sấy đáng kể

Trong sấy gỗ, để làm khô 1 kg nước, cần tiêu thụ 1 lượng nhiệt hoàn toàn xác định, không phụ thuộc vào phương pháp sấy, khoảng 1600 – 2500 Kcal/kg nước bay hơi Với phương pháp sấy gỗ bình thường, do thời gian sấy dài nhiệt lượng mất mát (tổn thất qua vỏ lò sấy và các thất thoát khác) sẽ rất lớn, còn trong phương pháp sấy

cao tần, do thời gian sấy ngắn dẫn đến lợi ích kinh tế là tổn thất nhiệt bình quân sẽ rất

ít nếu so sánh phương pháp sấy truyền thống (sấy qui chuẩn) thì thời gian sấy ở phương pháp sấy cao tần được rút ngắn đi rất nhiều, vào khoảng 45:1 (đối với gỗ lá rộng): 52:1 (đối với gỗ lá kim)

Hình 2.4 Lò sấy gỗ cao tần [1]

Ưu điểm:

 Rút ngắn thời gian sấy

 Gỗ sấy không bị nấm mốc, biến màu gỗ

 Làm mềm gỗ nhanh có thể dùng để uốn gỗ

 Dễ cơ giới hoá, tự động hoá

 Cấu trúc thiết bị đơn giản, gọn nhẹ và sạch sẽ

 Đặc biệt thuận tiện cho sấy các loại vật liệu, sản phẩm gỗ có hình thù, kích thước đa dạng, phức tạp (như đồ gỗ mỹ nghệ, chạm trổ)

Nhược điểm:

 Giá đầu tư cao

 Phụ thuộc nhiều vào năng lượng điện

2.3.5 Sấy hơi nước quá nhiệt

Phương pháp sấy hơi nước quá nhiệt là phương pháp sử dụng trực tiếp hơi nước nóng quá nhiệt làm môi trường sấy và được áp dụng ngày càng nhiều trong kỹ thuật sấy gỗ xẻ và được coi là một giải pháp nhằm tăng cường năng lực sấy và tăng hiệu quả kinh tế của quá trình sấy So với phương pháp sấy truyền thống thì trong môi trường

không khí, thì thông thường sấy trong môi trường hơi nước nóng quá nhiệt sẽ thời gian sấy sẽ rút ngắn đáng kể (khoảng 6:1 so với phương pháp sấy truyền thống) Phương pháp sấy này rất phù hợp cho sấy gỗ lá kim và gỗ tạp lá rộng, nhiệt độ sấy luôn lớn hơn 1000C (thường sấy ở khoảng 1100C)

Hình 2.5 Lò sấy hơi quá nhiệt [1]

Nguyên liệu sấy (gỗ) để trong môi trường hơi nước có nhiệt độ lớn hơn 1000C (cao hơn điểm sôi của nước) trong một thời gian ngắn sẽ đạt đế nhiệt độ sôi, nước trong gỗ sấy hầu như được chuyển hoá thành hơi nước Ở điều kiện áp suất bình thường, nước hoá thành hơi cần có thể tích gấp 1600 thể tích nước, nên trong khoảnh khắc nước hoá thành hơi nước trong các mô và tế bào gỗ có nhiệt độ lớn hơn điểm sôi

sẽ hình thành một áp suất rất lớn và tạo nên một sự chênh lệch áp suất khá lớn so với môi trường sấy; qua nhiều kết quả nghiên cưu, áp suất trong gỗ có thể lên tới 20 atm (19.61bar  1,961 Mpa), trung bình khoảng 6atm (5,88bar  0,5884 Mpa)

Ở nhiệt độ trên 1100C gỗ sẽ trở nên rất dẻo (đàn hồi) do đó sẽ xuất hiện chênh lệch ứng suất bé và ít nảy sinh khuyết tật (nứt nẻ) trong gỗ trong quá trình sấy

Một đặc điểm của tất cả các loại môi trường sấy là ở nhiệt độ trên 1000C, quá trình cân bằng ẩm hoàn toàn khác so với nhiệt độ dưới 1000C

Hình 2.6 biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa độ ẩm tương đối và độ ẩm thăng

bằng ở nhiệt độ cao [1]

Trong sấy hơi quá nhiệt, việc theo dõi và kiểm tra quá trình sấy sẽ trở nên đơn giản thông qua kết quả theo dõi nhiệt độ của gỗ sấy, qua đó nhờ biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ và độ ẩm thăng bằng của gỗ ta dễ dàng nhận biết được diễn biến độ ẩm của gỗ sấy và biết được thời diểm cần kết thúc sấy (thời điểm gỗ sấy đạt dược độ ẩm cuối cùng mong muốn We) xem hình 2.7

Hình 2.7 Biểu đồ thể hiện mối liên hệ giữa nhiệt độ gỗ sấy và độ ẩm của gỗ

trong quá trình sấy [13]

 Giá đầu tư tương đối cao

2.3.6 Sấy quy chuẩn (sấy gián tiếp trong môi trường không khí)

Sấy gián tiếp được phân biệt với sấy trực tiếp ở chỗ, đối với phương pháp sấy trực tiếp là gỗ được gia nhiệt trực tiếp từ nguồn nhiệt, còn sấy gián tiếp là phương pháp sấy mà gỗ được gia nhiệt thông qua môi trường sấy, tức là nguồn nhiệt sẽ cung cấp nhiệt (gia nhiệt) cho môi trường sấy và gỗ nằm trong môi trường sấy sẽ được môi trường sấy làm nóng lên thông qua hiện tượng truyền nhiệt và nhờ nguồn nhiệt được hấp thụ ấy sẽ thực hiện quá trình bay hơi và làm cho gỗ khô dần đi Môi trường sấy được sử dụng ở đây chủ yếu là không khí – Một loại môi trường có sẵn trong tự nhiên xung quanh chúng ta

Hình 2.8 Lò sấy quy chuẩn [13]

Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy này là: Khi thay đổi trạng thái của môi trường sấy sẽ làm thay đổi tốc độ khô của vật liệu sấy (gỗ) và việc thay đổi trạng thái cỉa môi trường sấy sẽ được điều tiết thông qua quá trình gia nhiệt, quá trình hỗn hợp khí và qua đó điều tiết được quá trình khô của gỗ phù hợp với từng loại gỗ và quy cách sấy gỗ Phương pháp sấy này là một phương pháp sấy chủ đạo trong nghành sấy gỗ hiện nay

Ưu điểm:

 Giá đầu tư thấp có thể áp dụng được nhiều nguồn nhiên liệu để cung cấp nhiệt cho quá trình sấy

 Rất dễ vận hành có thể áp dụng và phối hợp với một số thiết bị tự động

để cơ giới hoá, tự động hoá được

 Giá thành của 1m3 gỗ sấy tương đối thấp và có thể áp dụng sấy được hầu hết các loại gỗ sấy

Nhược điểm:

 Chất lượng gỗ sấy không cao

 Chênh lệch độ ẩm giữa các vị trí trong lò còn lớn

2.3.7 Nhận xét

Tóm lại, với các phương pháp trên thì phương pháp sấy quy chuẩn có chi phí đầu tư thấp có thể dùng nhiều nguồn nguyên liệu để cung cấp nhiệt cho lò sấy Bên cạnh đó, phương pháp sấy quy chuẩn dễ vận hành, áp dụng và phù hợp với một số thiết bị tự động để cơ giới hoá, tự động hoá được Cuối cùng, giá thành của 1 m3 gỗ sấy là nhỏ nhất và có thể sấy được hầu hết các loại gỗ sấy bằng phương pháp sấy quy chuẩn, người ta có thể dùng phương pháp này để đưa độ ẩm của gỗ về độ ẩm 4 - 6 % Với những ưu nhược điểm như trên thì phương pháp sấy quy chuẩn rất phù hợp với ngành công nghiệp sấy gỗ ở Việt Nam và hiện đang được áp dụng rộng rãi để đưa

độ ẩm của gỗ về độ ẩm yêu cầu của ngành chế biến gỗ

2.4 Cơ sở lý thuyết về công nghệ sấy gỗ bằng phương pháp sấy quy chuẩn

2.4.1 Các khái niệm cơ bản

Theo tài liệu tham khảo công nghệ sấy gỗ của PGS – TS Hồ Xuân Các và TS

Hồ Thu Thủy về độ ẩm tương đối, tuyệt đối và độ ẩm thăng bằng:

2.4.1.1 Độ ẩm tương đối của gỗ

Độ ẩm tương đối của gỗ là hàm lượng nước chứa trong gỗ qui về một đơn vị khối lượng gỗ tươi và tính bằng công thức:

Trong đó :

G: Khối lượng gỗ tươi (kg)

G0 : Khối lượng gỗ khô kiệt (kg)

Độ ẩm tương đối của gõ biến thiên từ (0 – 100%) Giữa trọng lượng gỗ khô kiệt

G0 và độ ẩm tương đối của gỗ có thể biểu diễn dưới dạng khác:

G0 = G1 (1 - Wa1) = G2 (1 – Wa2) (2.3)

Ta suy ra: G1/G2= (1-Wa2)/(1-Wa1)

Trong quá trình sấy khối lượng của thanh gỗ giảm dần do gỗ khô đi Bằng cách cân đo ta xác định được giá trị của G2 ở thời điểm ta muốn theo dõi độ ẩm của gỗ sấy Sau đó áp dụng vào công thức ta sẽ xác định được giá trị độ ẩm tại thời điểm kiểm tra

2.4.1.2 Độ ẩm tuyệt đối của gỗ

Độ ẩm tuyệt đối của gỗ là hàm lượng nước trong gỗ quy về một đơn vị trọng lượng gỗ khô kiệt và tính bằng công thức:

Trong đó:

G: Khối lượng gỗ tươi

G0: Khối lượng gỗ khô kiệt

Trong thực tế người ta hay dùng khái niệm độ ẩm này và khi nói đến độ ẩm của

gỗ, tức là nói đến độ ẩm tuyệt đối của gỗ Tuy nhiên trong kỹ thuật sấy gỗ khái niệm

độ ẩm tương đối cũng sử dụng khá nhiều

Độ ẩm tuyệt đối của gỗ biến thiên từ 0  Giữa khối lượng khô kiệt và độ

ẩm tuyệt đối có mối liên hệ sau:

2.4.1.3 Độ ẩm thăng bằng

Nếu để trong môi trường không khí có nhiệt độ và độ ẩm không đổi (0%<

<100%) hai mẫu gỗ: Một mẫu có độ ẩm lớn hơn 20% và một mẫu có độ ẩm khoảng 0% Trong quá trình quan sát theo dõi sẽ thấy mẫu gỗ có độ ẩm cao dần dần khô đi và mẫu gỗ khô bị ẩm dần lên Quá trình đó gọi là quá trình cân bằng ẩm độ của gỗ Nhưng quá trình cân bằng ẩm độ của hai mẫu gỗ trên tuy ở trong một điều kiện môi trường không khí như nhau vẫn không bao giờ đạt đến độ ẩm thăng bằng cuối cùng như nhau Vì thế quá trình khô đi của gỗ không phải là quá trình ngược lại của quá trình hút ẩm của mẫu gỗ ấy Khi kết thúc thăng bằng, nó luôn chênh lệch với nhau một giá trị khoảng 1-3% Nếu mẫu gỗ ban đầu ướt, để trong môi trường không khí thì độ

ẩm sẽ biến đổi theo đường biểu diễn “quá trình khô”

Hình 2.9 Biểu độ thể hiện quá trình thăng bằng ẩm độ của gỗ [1]

2.4.2 Bản chất của quá trình sấy gỗ

2.4.2.1 Khái niệm sấy gỗ

Sấy gỗ là quá trình khử ẩm bằng cách làm chất ẩm trong gỗ bay hơi Trong kĩ thuật, đôi khi người ta nén vật liệu để đẩy ẩm ra; nhưng dối với gỗ người ta không dùng phương pháp này

Hàm lượng nước chứa trong gỗ được đặc trưng bằng độ ẩm của gỗ, là hàm lượng nước chứa trong gỗ quy về một đơn vị khối lượng gỗ

Mục đích công nghệ của sấy gỗ là làm thay đổi, giảm độ ẩm gỗ cho thích hợp với môi trường sử dụng và yêu cầu công nghệ gia công gỗ

Sự thay đổi độ ẩm của gỗ dẫm đến sự thay đổi hình dạng, kích thước gỗ.Vì vậy

độ ẩm của chi tiết gỗ trong kết cấu hai công trình cần phải ổn định hình dạng, kích thước trong môi trường sử dụng

Tóm lại mục đích công nghệ của sấy gỗ là đề phòng sự thay đổi hình dạng, kích thước chi tiết đã hình thành

2.4.2.2 Quá trình khô của gỗ

Quá trình khô của gỗ được chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn đầu là giai đoạn bay hơi nước tự do và kết thúc ở điểm bảo hoà thớ gỗ Giai đoạn hai là giai đoạn thoát hơi nước liên kết

Nước tự do: tồn tại trong ruột tế bào và khe hở giữa các tế bào ( khi gỗ bị nứt nẻ) Dạng nước này chỉ ảnh hưởng đến khối lượng thể tích, nhiệt lượng cháy, khả năng thẩm thấu dịch thể vào gỗ, có năng lượng liên kết thấp, dễ bị tách ra khi sấy gỗ

Nước liên kết nằm trong vách tế bào gỗ, giữa các bó Xenlulo và một phần liên kết hoá học qua cầu hydro Giữa các phân tử nước và phân tử xenlulo, mức năng lượng liên kết ở dạng nước này cao nên khó bị tách ra

Ranh giới giữa hai loại nước trên qui định điểm bảo hoà thớ gỗ

Điểm bảo hoà thớ gỗ là một đặc điểm cần được quan tâm trong kỹ thuật sấy Đây là một thời điểm quan trọng đối với vật liệu gỗ và mỗi loại gỗ khác nhau sẽ có giá trị độ ẩm bảo hoà thớ gỗ khác nhau

2.4.2.3 Cơ chế sấy gỗ

Quá trình sấy gỗ là tổng hợp các quá trình vận chuyển xảy ra trên bề mặt gỗ và các quá trình trao đổi xảy ra trên bề mặt gỗ; là quá trình chịu tác động của một số hiện tượng vật lý và rất nhiều yếu tố khác

Nói chung, cơ chế vận hành và thời gian quá trình sấy gỗ được xác định bởi những quá trình vận chuyển sau:

 Vận chuyển ẩm trong gỗ dưới tác động của chênh lệch ẩm (sự dẫn ẩm) Khi sấy gỗ thì phần nước ở bên trong gỗ chuyễn dịch dần ra ngoài lớp mặt, rồi sau đó từ lớp mặt ngoài hơi nước sẽ tiếp tục bay đi Nhưng tốc độ chuyển dịch của nước từ trong gỗ ra ngoài thường chậm hơn so với tốc độ bay hơi của nước ở bề mặt

ngoài gỗ, vì vậy lớp gỗ ngoài mặt luôn luôn khô nhanh hơn những lớp gỗ bên trong Khi nhiệt độ không khí xung quanh càng cao, độ ẩm tương đối của không khí càng thấp, thì tốc độ bay hơi nước ở lớp gỗ mặt ngoài càng nhanh, lớp gỗ ngoài càng chóng khô Mặt khác do cấu tạo của gỗ cũng hạn chế sự dịch chuyển của nước từ bên trong ra bên ngoài, do đó trong giai đoạn đầu của quá trình sấy, hình thành nên sự chênh lệch

về độ ẩm của gỗ ở lớp bên trong và lớp bên ngoài Nếu sự chênh lệch về độ ẩm càng lớn (không kể hiện tượng chai bề mặt gỗ) thì tốc độ di chuyển ẩm từ trong ra ngoài càng nhanh và làm cho gỗ sẽ chóng khô

Như vậy, sự chênh lệch về độ ẩm trong tấm gỗ là động lực của tốc độ di chuyển nước bên trong gỗ ra ngoài mặt Mặt khác như ta đã biết khi gỗ khô xuống dưới điểm bảo hoà thớ gỗ thì gỗ sẽ bắt đầu co rút Trong giai đoạn này nước trong gỗ bay hơi nhanh dẫn đến co rút lớn và dễ không đồng đều giữa các lớp trong gỗ, dễ sinh ra hiện tượng nứt nẻ, cong vênh Vì thế trong khi sấy, ta cần chú ý giai đoạn này (giai đoạn độ ẩm của lớp ngoài

gỗ xuống dưới điểm bảo hoà thớ gỗ) Đây cũng là nguyên nhân tại sao sau khi sấy phần trong của gỗ bao giờ cũng còn ẩm hơn bề mặt gỗ (trừ khi gỗ đã sấy khô kiệt hay gỗ sấy có kích thước nhỏ thì hiện tượng chênh lệch này không rõ ràng)

Tóm lại: sự chênh lệch độ ẩm của gỗ trong quá trình sấy là động lực thúc đẩy quá trình khô của gỗ

 Vận chuyển ẩm trong gỗ trong gỗ dưới tác động của chênh lệch nhiệt độ

Sự chênh lệch về nhiệt độ là động lực thứ hai thúc đẩy tốc độ di chuyển nước trong gỗ sấy Nước sẽ di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp, tức

là di chuyển cùng hướng với hướng chuyển dịch của nhiệt

Tuy nhiên, trong những phương pháp sấy thông thường, khi gia nhiêt cho gỗ làm gỗ nóng lên, nhiệt độ ở lớp ngoài mặt luôn luôn cao hơn nhiệt độ của lớp gỗ bên trong tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ (t) Với t = ttr - tng < 0 Điều này sẽ làm mất tác dụng của động lực về sự chênh lệch về nhiệt độ mà ngược lại còn cản trở sự dịch chuyển của nước từ trong ra ngoài thanh gỗ, hạn chế quá trình khô gỗ, vì chiều của dòng nhiệt ngược với chiều của dòng ẩm

Như vậy, sự chênh lệch nhiệt độ giữa lớp trong và lớp gỗ ngoài cùng là yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khô của gỗ Do đó trong kỹ thuật sấy người ta thường chú ý

đến phương thức gia nhiệt sao cho hướng dịch chuyển của dòng nhiệt cùng hướng với

hướng dòng ẩm t = ttr - tng > 0, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình khô của gỗ

 Sự bốc hơi của ẩm từ bề mặt gỗ (quá trình trao đổi ẩm)

Hiện tượng bay hơi của nước trên bề măt nước trên bề mặt một vật ướt chỉ xảy

ra khi không khí xung quanh chưa đạt đến trạng thái bão hòa, tức là khi φ < 100% Độ

ẩm của không khí xung quanh càng bé thì quá trình bay hơi càng dẽ dàng, nước bay

hơi ra càng mạnh, càng nhanh

Tuy thế dưới điều kiện không khí bão hòa (φ = 100%) nước cũng có khả năng

bay hơi nhưng với điều kiện là nhiệt độ của nước hoặc vật ướt phải lớn hơn nhiệt độ

của không khí xung quanh

Tốc độ bay hơi của nước trên bề mặt nước tự do còn phụ thuộc vào mức độ

chênh lệch áp suất hơi của lớp sát trên bề mặt nước tự do và áp suất hơi của không khí

tương ứng với độ ẩm của không khí hiện tại Tức là phụ thuộc vào ∆p= pH - ph Trên bề

mặt nước tự do luôn luôn phủ một lớp không khí mỏng bão hòa hơi nước, lớp đó dày

hay mỏng là do tốc độ luân lưu và di chuyển của không khí quyết định Nếu như tiếp

cận với bề mặt nước bị gió làm di chuyển đi, thì bề dày của lớp không khí bão hòa ấy

sẽ mỏng đi, nồng độ hơi nước trong lớp ấy sẽ loãng đi, do đó tạo điều kiện thuận lợi

cho hơi nước từ bề mặt nước đi vào không khí xung quanh dễ dàng hơn Tốc độ tuần

hoàn của không khí trên bề mặt nước hoặc trên bề mặt vật ướt càng nhanh thì nước

bay hơi càng mạnh

 Quá trình trao đổi nhiệt của gỗ với môi trường sấy

Trong lò sấy, gỗ thường xuyên tiếp xúc với môi trường sấy có nhiệt độ sấy cao

hơn giữa gỗ và môi trường xảy ra quá trình trao đổi nhiệt Đây là quá trình trao đổi

nhiệt với bề mặt vật rắn với chất khí bao quanh do vậy cường độ dòng trao đổi được

xác định bằng công thức:

Trong đó:

α: hệ số trao đổi nhiệt [α] = w/m2 0C Là hệ số đặc trưng cho diễn biến của quá

trình trao đổi nhiệt Hệ số này phụ thuộc vào tính chất của dòng không khí bao quanh

gỗ, do vậy trong lò sấy nó phụ thuộc đáng kể vào vận tốc không khí trên bề mặt gỗ

Tk: Nhiệt độ môi trường bao quanh gỗ

Tbm: Nhiệt độ bề mặt gỗ

Nếu Tk và Tbm không đổi quá trình trao đổi nhiệt được gọi là trao đổi ổn định (Vd: trao đổi môi trường sấy và vỏ lò sấy) Tính toán quá trình trao đôi nhiệt ổn định đơn giản hơn

Nếu Tk và Tbm thay đổi thì quá trình được gọi là quá trình trao đổi nhiệt không

ổn định (VD làm nóng gỗ trong lò sấy)

Quá trình trao đổi nhiệt của gỗ với môi trường sấy hình thành nên dòng nhiệt vận chuyển Trong gỗ, dòng nhiệt này trước hết là dòng ẩm mang nhiệt tạo ra vòng vận chuyển ẩm

Vận chuyển ẩm của gỗ dưới tác động của áp lực

Sự chênh lệch của áp suất hơi nước bên trong gỗ và áp suất hơi nước của môi trướng không khí là động lực thúc đẩy tốc độ di chuyển của nước từ lớp gỗ bên trong

ra lớp gỗ bên ngoài mặt

Khi sấy gỗ ở nhiệt độ cao như sấy cao tần, sấy trong môi trường chất lỏng có nhiệt độ lớn hơn 1000C thì nước trong tế bào gỗ sẽ chuyển thành hơi và hình thành một áp suất lớn tạo nên sự chênh lệch giữa áp suất bên trong gỗ và bên ngoài môi trường Điều này sẽ thúc đẩy tốc độ di chuyển ẩm từ trong gỗ ra ngoài môi trường Như vậy, quá trình sấy gỗ là tổng hợp các quá trình trao đổi giữa gỗ và môi trường và các quá trịnh vận chuyển xảy ra trong gỗ sấy Chính vì vậy các quá trình vận chuyển và trao đổi có ý nghĩa rất lớn đối với diễn biến quá trình sấy và các quá trình này phụ thuộc chặt chẽ và nhau Để quá trình sấy diễn ra tốt nhất, chúng ta phải tìm các điều kiện để mỗi quá trình vận chuyển và trao đổi xảy ra với cường độ thích hợp

Sự mật cân đối giữa các quá trình có thế dẫn đến lãng phí năng lượng, hoặc gây khuyết tật cho gỗ

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất thời gian sấy

2.4.3.1 Chủng loại và khối lượng riêng của gỗ

Với từng loại gỗ khác nhau thì cấu tạo và khối lượng riêng của chúng khác nhau nên tính chất cơ lý của từng loại gỗ cũng khác nhau Trong sấy gỗ khối lượng riêng của gỗ là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến quá trình khô của gỗ

Thông thường, gỗ có khối lượng riêng càng lớn thì tốc độ thoát ẩm càng chậm, càng dễ sản sinh khuyết tật khi sấy và do vậy thời gian sấy càng kéo dài Vì gỗ có khối

lượng riêng lớn chúng tỏ nó có cấu trúc chặt chẽ hơn, ít có khoảng trống trong gỗ sẽ hạn chế nhiều đến quá trình chuyển dịch ẩm từ trong ra ngoài

Như vậy, ở cùng điều kiện sấy như nhau, các loại gỗ có khối lượng riêng khác nhau sẽ khô ở những mức độ khác nhau Do đó trong kỹ thuật sấy gỗ, tuỳ vào chủng loại gỗ và khối lượng riêng của gỗ sấy để áp dụng quy trình sấy cho hợp lý

2.4.3.3 Ảnh hưởng của độ ẩm ban đầu

Độ ẩm ban đầu của gỗ cũng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong quá trình khô của gỗ Nó là cơ sở cho việc tính toán xác định thời gian sấy và quyết định chọn lựa quy trình sấy phù hợp

Nếu gỗ có độ ẩm ban đầu cao, tức là lượng nước chứa trong gỗ lớn thì thời gian sấy càng dài, quá trình khô của gỗ xảy ra lâu hơn Độ ẩm ban đầu của gỗ sấy phụ thuộc vào thời gian chặt hạ gỗ, đã được tẩm hay không được tẩm, có hong phơi hay không hong phơi

Ngoài ra, độ ẩm cuối cùng và sự chênh lệch độ ẩm của các thanh gỗ trong lò càng lớn sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình khô của gỗ sấy sau khi ra lò là không đồng đều

2.4.3.4 Ảnh hưởng của tốc độ môi trường sấy

Môi trường sấy có nhiệm vụ truyền nhiệt cho gỗ, và đẩy hơi nước trên bề mặt

gỗ bay đi Chúng ta cần phải phối hợp hai quá trình đó phù hợp với tính chất và đặc điểm của từng loại gỗ vì nó có ảnh hưởng đến quá trình khô của gỗ

Nếu tăng tốc độ môi trường sấy nghĩa là tăng việc đẩy hơi ẩm đi và tăng cung cấp nhiệt thì sẽ rút ngắn thời sấy Nhưng nếu tốc độ môi trường sấy quá cao sẽ làm cho

quá trình khô của gỗ quá nhanh, có thể gây ra các khuyết tật như khô không đều giữa lớp mặt với lớp trong thanh gỗ, ứng suất, cong vênh…

Ngược lại, nếu vận tốc môi trường sấy quá thấp sẽ hạn chế quá trình khô của

gỗ, thời gian sấy lại kéo dài cản trở sự thoát hơi nước từ trong ra ngoài.Ở đây lượng

ẩm sẽ nằm yên tại chỗ và tạo thành một lớp hơi bão hoà đứng yên phủ lên bề mặt gỗ sấy, gỗ có thể bị nấm mốc

Sự chênh lệch độ ẩm giữa đầu đống gỗ và cuối đống gỗ luôn luôn xuất hiện Do

đó trong kỹ thuật sấy gỗ ta phải làm thế nào để cho tốc độ của không khí đi qua tiết diện ngang của đống gỗ một cách đồng đều để giảm bớt được hiện tượng khô không đều trong lò sấy

2.4.4 Ứng suất, nguyên nhân sản sinh ứng suất và các dạng khuyết tật trong khi sấy

2.4.4.1 Ứng suất, nguyên nhân sản sinh ứng suất

Lượng ẩm phân bố trong từng tấm gỗ trong quá trình sấy thường không đồng đều, mức độ co rút và giãn nở của gỗ theo các chiều thớ khác nhau không giống nhau,

đó là nguyên nhân sinh ra các ứng lực bên trong gỗ

Tốc độ khô không đều của các thành phần riêng rẽ của gỗ là nguyên nhân chủ yếu hình thành nên ứng suất bên trong gỗ trong quá trình sấy Khi sấy, các lớp bên ngoài cảu ván do tiếp xúc trực tiếp và trước tiên với môi trường sấy và khô xuống dưới điểm bão hòa thớ gỗ, lớp gỗ ngoài sẽ co rút, nhưng mức độ co rút của nó bị những lớp bên trong chưa co rút hạn chế dẫn đến việc hình thành nên ứng suất và gây nên nứt ngoài mặt gỗ

Các lớp ván phân bố ở những mức sâu cạn trong ván (các lớp gỗ từ ngoài vào trong) có tốc độ khô nhanh chậm khác nhau sẽ đạt đến mức độ co rút khác nhau sẽ đạt đến những mức độ co rút khác nhau khá rõ rệt Giá trị cuối cùng của co rút không những chỉ phụ thuộc vào độ ẩm của gỗ mà còn phụ thuộc cả vào quá trình diễn biến độ

ẩm nó (tức là lớp gỗ nào sẽ khô từ từ, chậm sẽ có giá trị về co rút lớn) Nguyên nhân này sẽ dẫn đến hiện tượng nứt nẻ giữa lòng ván

Ứng suất hình thành sẵn có trong gỗ do hiện tượng sinh trưởng không đồng đều của gỗ tức là lúc còn gỗ tươi ở cây đứng trước khi bị chặt hạ

Sự co rút không đồng đều theo các chiều thớ khác nhau của gỗ cũng là nguyên nhân sản xuất ứng suất bên trong gỗ và cúng có thể dẫn tới các khuyết tật của nguyên liệu sấy

Thay đổi kích thước của cấu trúc gỗ do nhiệt đột ngột cũng có thể là nguyên nhân sản sinh ứng suất và dẫn đến các hiện tượng khuyết tật của gỗ sấy Hiện tượng sinh ra nứt ngoài mặt hoặc đầu ván do những lúc điều khiển các thiết bị tăng nhiệt cũng như thong gió đột ngột lúc gỗ trong lò nóng hoặc mở cửa lò đột ngột hoặc khi sử dụng nhiệt độ cao để sấy các loại gỗ cứng khó sấy

Tóm lại:

Khi áp dụng phương pháp sấy bằng hơi đốt, hơi nước, sự chênh lệch về độ ẩm của những lớp bên trong và lớp gỗ ngoài mặt là không thể tránh khỏi, do đó việc xuất hiện ứng suất bên trong gỗ sấy theo các phương pháp sấy là tất nhiên

Đây là hiện tượng do sự chênh lệch về độ ẩm, dẫn đến co rút không đồng đều

và gây nên ứng suất trong, là nguyên nhân gây nên các khuyết tật của gỗ sản sinh trong quá trình sấy

Ngoài ra, do cấu tạo không đồng nhất của gỗ, gây nên sự chênh lệch về co rút theo các chiều hướng khác nhau của gỗ, đặc biệt là sự chênh lệch về co rút giữa chiều tiếp tuyến và xuyên tâm, gây nên các hiện tượng nứt nẻ cong vênh trong quá trình sấy

Để giảm bớt ứng suất bên trong, thời kì đầu của quá trình sấy cần phải làm giảm bớt cường độ bay hơi mặt ngoài của gỗ tức là trong thời kì đầu cần dùng không khí có

độ ẩm cao để sấy

Để loại trừ hoặc làm giảm bớt ứng suất bên trong gỗ trong thời kì thứ 2, tùy theo tình hình cần thiết, tùy theo từng loại gỗ, có thể xử lý bằng không khí có độ ẩm cao làm cho bề mặt của gỗ ẩm lại và mềm bớt đi, để tạo cho nó có điều kiện co rút bổ sung và qua đó giảm bớt ứng suất bên trong

2.4.4.2 Các dạng khuyết tật trong khi sấy

Cong vênh: Gỗ bị cong vênh là do các bộ phận của gỗ co rút không đồng đều sinh ra (co rút không đồng đều theo các chiều thớ khác nhau) Nếu độ cong vênh ở các loại ván khác nhau có khác nhau, đối với ván tiếp tuyến là nghiêm trọng nhất Để hạn chế mức độ cong vênh cần tuân theo các biện pháp sau: Khi xếp đống cần sử dụng

thanh kê phải đặt thật ngay hàng, các hàng thanh kê cuối phải để ở đầu mút thanh gỗ,

cự lý thanh gỗ không cách xa nhau quá

Hình 2.10 Khuyết tật cong vênh của gỗ sấy [13]

Gỗ bị nhăn mặt: Sự nhăn mặt gỗ là hiện tượng biểu hiện trạng thái biến dạng hết sức mãnh liệt và không tốt Có khi do gỗ bị nhăn mặt mà sinh ra nứt nẻ lớn khuyết tật này thương xảy ra ở một số loại gỗ nhất định Để trành hiện tượng này, khi sấy không nên sử dụng nhiệt độ sấy quá múc quy định của chế độ sấy

Hình 2.11 Gỗ bị nhăn mặt trong quá trình sấy [13]

- Nứt nẻ: là do sự phát sinh ứng suất quá lớn bên trong gỗ làm cho các thớ gỗ bị phá hoại Ứng suất hình thành ở giai đoạn sấy đầu sẽ gây nên nứt ngoài Còn bề mặt ván, ta cần hết sức tuân thủ chế độ sấy, nhất thiết không được phép hạ thấp độ ẩm của môi trường sấy xuống quá đáng so với quy định của chế độ sấy (tức là ∆t không được lớn quá mức quy định)

Hình 2.12 Gỗ bị nứt đầu [13]