NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TRONG SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ VỎ TRẤU CÀ PHÊ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TRONG SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ VỎ TRẤU CÀ PHÊ Họ tên sinh viên: Trần Ngọc Quý Ngành: Chế biến lâm sản Niên khóa: 2006 – 2010 Tháng 08/2010 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ CÔNG NGHỆ TRONG SẢN XUẤT VÁN DĂM TỪ VỎ TRẤU CÀ PHÊ Tác giả: Trần Ngọc Quý Khóa luận đề trình để đáp ứng u cầu cấp kĩ sư ngành Chế Biến Lâm Sản Giáo viên hướng dẫn TS PHẠM NGỌC NAM Tháng 8/2010 LỜI CẢM TẠ Xin chân thành cảm ơn: Ban giám hiệu trường đại học Nông Lâm, Ban chủ nhiệm khoa Lâm Nghiệp, đặc biệt quý thầy cô môn Chế Biến Lâm Sản dìu dắt tơi suốt khóa học TS Phạm Ngọc Nam, người tận tình giúp đỡ, động viên tạo điều kiện giúp đỡ suốt q trình thực đề tài Cơ Nguyễn Thị Tường Vy, người giúp đỡ trình thực thí nghiệm Cơng ty chế biến gỗ Trường Tiền, giúp đỡ gia công mẫu Các anh chị thuộc Trung tâm Nghiên cứu Chế Biến Lâm Sản Giấy Bột Giấy giúp thử sức bền uốn tĩnh ván Cảm ơn gia đình, bạn bè động viên, khích lệ tơi vượt qua khó khăn thời gian thực đề tài i TÓM TẮT Đề tài “Nghiên cứu số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm từ vỏ trấu cà phê” tiến hành phòng thí nghiệm môn Chế Biến Lâm Sản, khoa Lâm nghiệp, trường đại học Nông Lâm Tp HCM, thời gian từ 1/3/2010 đến 30/7/2010 Thí nghiệm bố trí theo phương pháp thực nghiệm, xử lí số liệu phần mềm Excel Statgraf 7.0 nhằm xác định ảnh hưởng thông số thời gian ép, nhiệt độ ép, tỉ lệ keo đến chất lượng ván  Kết thu được: -Các bước công nghệ sản xuất ván dăm lớp từ vỏ trấu cà phê tương tự với bước công nghệ sản xuất ván dăm từ gỗ, tận dụng nguồn phế liệu nông nghiệp để tạo sản phẩm -Thiết lập phương trình tương quan thơng số cơng nghệ sản xuất (thời gian ép, nhiệt độ ép, tỉ lệ keo) với tiêu ứng suất uốn tĩnh, độ dãn nở -Tìm thơng số tối ưu cho việc sản xuất loại ván Ván dăm sản xuất từ vỏ trấu cà phê có chiều dày 18mm, khối lượng thể tích 0,8g/cm3 tương ứng với nhiệt độ ép 1620C, thời gian ép 6,85 phút hàm lượng keo dùng 14,23%, ván đạt độ bền uốn tĩnh 13,5MPa, độ dãn nở dày 3,97%, ván sản xuất có màu sắc đẹp, bề mặt mịn, bóng Ván dăm thí nghiệm sau thử tiêu ứng suất uốn tĩnh, độ dãn nở dày ngâm nước, khối lượng thể tích hay độ ẩm ván dăm… tất đạt tiêu chuẩn việc làm nguyên liệu sản xuất đồ nội thất Chất lượng sản phẩm đảm bảo tiêu ván dăm cấp loại A theo tiêu chuẩn 04TCN2-1999 -Nguồn nguyên liệu vỏ trấu cà phê dồi dào, việc sử dụng vỏ trấu cà phê làm nguyên liệu sản xuất ván dăm hoàn toàn hợp lý, chúng làm giảm gánh nặng việc tìm nguồn nguyên liệu cho ngành cách đáng kể Việc nghiên cứu tìm giải pháp giải nguồn nguyên liệu cách triệt để tiết kiệm ii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM TẠ i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH CÁC BẢNG viii Chương MỞ ĐẦU .1 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Đối tượng nghiên cứu 1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 1.2.3 Mục đích nghiên cứu .2 Chương TỔNG QUAN 2.1 Khái quát đặc điểm, lịch sử phát triển công nghiệp ván dăm 2.2 So sánh ván dăm với gỗ nguyên 2.3 Tình hình sản xuất ván dăm giới Việt Nam 2.3.1 Tình hình sản xuất ván dăm giới 2.3.2 Tình hình sản xuất ván dăm Việt Nam 2.4 Tình hình nghiên cứu nước 2.4.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước .9 2.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 2.5 Sơ lược nguyên liệu 15 2.5.1 Cây cà phê 15 2.5.2 Vỏ trấu cà phê 18 2.6 Chất kết dính 19 2.7 Chất đóng rắn 20 iii 2.8 Chất chống ẩm .20 2.9 Những yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng ván 20 2.9.1 Ảnh hưởng nguyên liệu 20 2.9.2 Khối lượng riêng ván 21 2.9.3 Hình dạng kích thước dăm 21 2.9.4 Độ ẩm thảm dăm .21 2.9.5 Ảnh hưởng chế độ ép 22 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 3.1 Nội dung nghiên cứu 24 3.2 Phương pháp nghiên cứu 25 3.2.1 Phương pháp cổ điển .25 3.2.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm (QHTN) 26 3.3 Xác định tính chất lý ván .28 3.3.1 Phương pháp xác định khối lượng thể tích .28 3.3.2 Phương pháp xác định độ ẩm 29 3.3.3 Phương pháp xác định độ dãn nở chiều dày hút nước 29 3.3.4 Phương pháp xác định độ bền uốn tĩnh 30 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 4.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất ván dăm 31 4.2 Thuyết minh quy trình 32 4.2.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu .32 4.2.2 Trộn keo chất chống ẩm .33 4.2.3 Trải thảm dăm ép sơ 33 4.2.4 Ép nhiệt 34 4.2.5 Khâu xử lý ván 34 4.3 Thiết lập công thức sản xuất ván dăm thí nghiệm 34 4.3.1 Tính tốn ngun liệu dăm, keo phụ gia 34 4.3.2 Tính tốn lực ép thí nghiệm 36 4.4 Xây dựng phương trình tương quan cho ván dăm lớp 36 4.4.1 Phương trình tương quan 36 4.4.2 Kiểm tra hệ số hồi quy tương thích phương trình 37 iv 4.4.3 Chuyển mơ hình dạng thực 38 4.4.4 Xác định thông số tối ưu 38 4.5 So sánh với số loại ván dăm khác 40 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42 5.1 Kết luận .42 5.2 Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC .46 v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ut : Ứng suất uốn tĩnh ván tb : Ứng suất uốn tĩnh trung bình γ max : Khối lượng thể tích lớn γ : Khối lượng thể tích nhỏ γ tb : Khối lượng thể tích trung bình γ: Khối lượng thể tích ván ∆ γ : Chênh lệch khối lượng thể tích ∆S : Độ trương nở chiều dày ván DNtb: Dãn nở trung bình m0: Khối lượng ván trước ngâm nước m1: Khối lượng ván sau ngâm nước Mv : Khối lượng ván thí nghiệm Mdkk : Khối lượng dăm khô kiệt Md5% : Khối lượng dăm độ ẩm 5% Mkkk : Khối lượng keo khô kiệt Mddk : Khối lượng dung dịch keo hàm lượng khô 53% M50% : Khối lượng dung dịch keo pha chế nồng độ 50% M H2O :Lượng nước pha thêm vào dung dịch keo Mcđr : Khối lượng chất đóng rắn khơ kiệt Mddcđr :Khối lượng dung dịch chất đóng rắn nồng độ 20% nc: nghiên cứu P: Hàm lượng keo Pk : Áp lực đồng hồ Pv : Áp lực ván Sp : Diện tích pittong Sv : Diện tích ván Wd : Độ ẩm dăm trấu cà phê Wv : Độ ẩm ván vi DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1: Thân cà phê 15 Hình 2.2: Hoa cà phê 16 Hình 2.3: Quả cà phê chè 17 Hình 2.4: Biểu đồ ép ván thí nghiệm 22 Hình 3.1: Mơ tả trình nghiên cứu 27 Hình 3.2: Vị trí kiểm tra chiều dày mẫu thử 28 Hình 3.3: Sơ đồ thiết bị kiểm tra độ bền uốn tĩnh 30 Hình 4.1: Sơ đồ bước cơng nghệ sản xuất ván dăm lớp 31 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1: Sản lượng, công suất nhà máy ván nhân tạo giới Bảng 2.2: Tình hình sản xuất ván dăm Việt Nam từ năm 2001-2007 Bảng 2.3: Tình hình xuất nhập ván dăm Việt Nam Bảng 2.4: Nhu cầu sử dụng ván nhân tạo Việt Nam đến năm 2020 Bảng 2.5: Tỉ lệ ứng dụng ván nhân tạo nước ta Bảng 2.6: Diện tích trồng cà phê phân theo địa phương 17 Bảng 2.7: Sản lượng cà phê phân theo địa phương 18 Bảng 2.8: Độ ẩm vỏ trấu cà phê 18 Bảng 2.9: Trọng lượng trung bình vỏ trấu cà phê 19 Bảng 2.10: Phân loại dăm cà phê 19 Bảng 3.1:Mức khoảng biến thiên yếu tố ván dăm nghiên cứu 27 Bảng 4.1: Kích thước trung bình vỏ trấu cà phê 32 Bảng 4.2: Ma trận thí nghiệm kết nghiên cứu ván dăm lớp 36 Bảng 4.3: Kết tính tốn tối ưu hàm mục tiêu cho ván dăm nc 39 Bảng 4.4: Kết tính tốn tối ưu hàm đa mục tiêu cho ván dăm nc 39 Bảng 4.5: Một số tính chất ván dăm nghiên cứu 40 Bảng 4.6: So sánh với số loại ván dăm khác 41 viii Phụ lục 4: Ứng suất uốn tĩnh ván dăm nghiên cứu STT Mẫu Kích thước t(mm) b(cm) l(cm) I 17,8 5,02 22 II 17,82 5,05 22 III 17,86 5,01 22 I 17,68 5,03 22 II 17,78 5,08 22 III 17,8 5,1 22 I 17,86 5,05 22 II 17,82 5,04 22 III 17,76 5,09 22 I 17,8 5,12 22 II 18 5,18 22 III 17,98 5,09 22 I 18,12 5,15 22 II 18,1 5,08 22 III 18,18 5,09 22 I 17,82 5,19 22 II 17,96 5,18 22 III 17,78 5,05 22 I 17,88 5,02 22 II 17,82 5,07 22 III 17,9 5,1 22 I 17,8 5,01 22 II 17,82 5,05 22 III 17,82 5,07 22 I 17,8 5,08 22 II 17,66 5,02 22 III 17,86 5,12 22 I 17,94 22 P USUT USUTtb (MPa) (MPa) (MPa) 5,79 12,01 5,80 11,93 5,84 12,06 5,70 11,96 5,74 11,8 5,85 11,94 5,67 11,61 5,59 11,53 5,67 11,66 6,31 12,84 6,41 12,61 6,31 12,65 6,04 11,78 5,86 11,61 6,12 12,01 5,95 11,91 5,99 11,83 5,79 11,96 6,28 12,92 6,32 12,96 6,35 12,82 6,50 13,51 6,51 13,4 6,63 13,59 5,85 11,99 5,58 11,76 5,91 11,95 5,79 11,87 53 12 11,9 11,6 12,7 11,8 11,9 12,9 13,5 11,9 10 11 12 13 14 15 16 17 II 17,76 5,03 22 III 17,86 5,1 22 I 17,9 5,04 22 II 17,88 5,03 22 III 17,82 5,11 22 I 18 5,12 22 II 18,04 5,19 22 III 18,12 5,19 22 I 18,04 5,18 22 II 18,06 5,09 22 III 18,12 5,15 22 I 17,92 5,08 22 II 17,98 5,13 22 III 17,92 5,19 22 I 18,02 5,17 22 II 18,02 5,08 22 III 18,06 5,2 22 I 18,12 5,15 22 II 18,18 5,2 22 III 18,2 5,18 22 I 17,86 5,01 22 II 18 5,1 22 III 17,82 5,03 22 5,55 11,54 5,91 11,99 5,79 11,83 5,72 11,74 5,67 11,53 5,65 11,24 5,80 11,34 5,85 11,32 5,40 10,58 5,54 11,02 5,23 10,2 5,69 11,51 5,81 11,56 5,92 11,73 6,28 12,35 6,35 12,71 6,24 12,14 6,02 11,75 6,21 11,93 6,09 11,72 5,83 12,04 5,92 11,82 5,73 11,84 54 11,8 11,7 11,3 10,6 11,6 12,4 11,8 11,9 Phụ lục 5: Kết ván dăm nghiên cứu Run Cursor at Row: Column: x1 x2 Data Editor File: QUY-32 x3 Dno Maximum Rows: 17 Number of Cols: Uti | -| | | 0.00000000 0.00000000 0.00000000 4.2 12.9 | | 0.00000000 0.00000000 1.68179283 5.3 12.5 ||| |-1.68179283 0.00000000 0.00000000 7.2 8.8 °°| | 1.00000000 1.00000000 1.00000000 4.2 13.6 °°| |-1.00000000 -1.00000000 1.00000000 5.9 9.5 °°| | 0.00000000 1.68179283 0.00000000 4.7 13.3 °°| | 1.00000000 -1.00000000 1.00000000 4.9 13.5 °°| | 1.00000000 -1.00000000 -1.00000000 6.8 11.9 °°| | 0.00000000 0.00000000 0.00000000 4.1 12.6 °°| 10 |-1.00000000 1.00000000 -1.00000000 6.8 8.8 °°| 11 | 1.00000000 1.00000000 -1.00000000 7.6 11.6 °°| 12 |-1.00000000 1.00000000 1.00000000 5.9 11.9 °°| 13 | 0.00000000 0.00000000 -1.68179283 7.3 11.1 °°| 14 | 1.68179283 0.00000000 0.00000000 4.6 12.8 °°| 15 | 0.00000000 -1.68179283 0.00000000 6.9 10.6 °°| 16 |-1.00000000 -1.00000000 -1.00000000 7.7 8.8 °°| 17 | 0.00000000 0.00000000 0.00000000 3.8 12.5 °°| |°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°° | | | 55 Phụ lục 6: Phân tích phương sai lần có đầy đủ hệ số hồi quy hàm Y1 (dãn nở) ANOVA for Dno - Quy-32 - Lan -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:x1 3.7671246 3.7671246 86.93 0113 B:x2 1.4827352 1.4827352 34.22 0280 C:x3 9.4554044 9.4554044 218.20 0046 AB 1250000 1250000 2.88 2315 AC 8450000 8450000 19.50 0476 BC 0450000 0450000 1.04 4154 AA 5.2655883 5.2655883 121.51 0081 BB 4.7348812 4.7348812 109.27 0090 CC 7.6702521 7.6702521 177.01 0056 Lack-of-fit 2.9103492 5820698 13.43 0707 Pure error 0866667 0433333 -Total (corr.) R-squared = 0.900037 29.9811765 16 R-squared (adj for d.f.) = 0.771513 Regression coeffs for Dno - Quy-32 -constant = 4.02652 A:x1 = -0.525206 B:x2 = -0.329501 C:x3 = -0.832079 AB = 0.125 AC = -0.325 BC = -0.075 AA = 0.683433 BB = 0.648077 CC = 0.824854 56 Phụ lục 7: Phân tích phương sai lần sau loại bỏ hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy hàm Y1 (dãn nở) ANOVA for Dno - Quy-32 – Lan -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:x1 3.7671246 3.7671246 86.93 0113 B:x2 1.4827352 1.4827352 34.22 0280 C:x3 9.4554044 9.4554044 218.20 0046 AC 8450000 8450000 19.50 0476 AA 5.2655883 5.2655883 121.51 0081 BB 4.7348812 4.7348812 109.27 0090 CC 7.6702521 7.6702521 177.01 0056 Lack-of-fit 3.0803492 4400499 10.15 0925 Pure error 0866667 0433333 -Total (corr.) R-squared = 0.894367 29.9811765 16 R-squared (adj for d.f.) = 0.812207 57 Phụ lục 8: Phân tích phương sai lần có đầy đủ hệ số hồi quy hàm Y2 (uốn tĩnh) ANOVA for Uti - Quy-32 – Lan -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:x1 24.594625 24.594625 567.57 0018 B:x2 3.327189 3.327189 76.78 0128 C:x3 6.967231 6.967231 160.78 0062 AB 845000 845000 19.50 0476 AC 005000 005000 12 7697 BC 980000 980000 22.62 0415 AA 5.759722 5.759722 132.92 0074 BB 1.070793 1.070793 24.71 0382 CC 1.471016 1.471016 33.95 0282 Lack-of-fit 2.700275 540055 12.46 0759 Pure error 086667 043333 -Total (corr.) R-squared = 0.938877 45.5952941 16 R-squared (adj for d.f.) = 0.860289 Regression coeffs for Uti - Quy-32 -constant = 12.6826 A:x1 = 1.34198 B:x2 = 0.493587 C:x3 = 0.714257 AB = -0.325 AC = -0.025 BC = 0.35 AA = -0.714781 BB = -0.308195 CC = -0.361228 58 Phụ lục 9: Phân tích phương sai lần sau loại bỏ hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy hàm Y2 (uốn tĩnh) ANOVA for Uti - quy-32 – Lan -Effect Sum of Squares DF Mean Sq F-Ratio P-value -A:x1 24.594625 24.594625 567.57 0018 B:x2 3.327189 3.327189 76.78 0128 C:x3 6.967231 6.967231 160.78 0062 AB 845000 845000 19.50 0476 BC 980000 980000 22.62 0415 AA 5.759722 5.759722 132.92 0074 BB 1.070793 1.070793 24.71 0382 CC 1.471016 1.471016 33.95 0282 Lack-of-fit 2.705275 450879 10.40 0903 Pure error 086667 043333 -Total (corr.) R-squared = 0.938767 45.5952941 16 R-squared (adj for d.f.) = 0.877534 59 Phụ lục 10: Kết tính tốn tối ưu hóa hàm mục tiêu độ dãn nở chiều dày ván Y1 Target Cell (Min) Cell Name $D$2 Fx Original Value Final Value 4.03 3.53899062 Original Value Final Value Adjustable Cells Cell Name $A$2 x1 0.797352942 $B$2 x2 0.253846153 $C$2 x3 1.68 Constraints Cell Name Cell Value Formula $A$2 x1 0.797352942 $A$2=-1.68 Not Binding 3.36 60 Status Slack Phụ lục 11: Kết tính tốn tối ưu hóa hàm mục tiêu ứng suất uốn tĩnh Y2 Target Cell (Max) Cell Name $D$2 Fx Original Value 12.68 Final Value 14.02984026 Adjustable Cells Cell Name Original Value Final Value $A$2 x1 0.617505831 $B$2 x2 1.403459756 $C$2 x3 1.668348495 Constraints Cell Name Cell Value Formula Status $A$2 x1 $B$2 0.617505831 $A$2=-1.68 Not Binding 3.348348495 61 Slack Phụ lục 12: Kết tính tốn tối ưu hóa hàm đa mục tiêu với trọng số α = 0,5 Target Cell (Min) Cell $D$24 Name FX Original Value Final Value 0.120 0.026 Adjustable Cells Cell Name Original Value Final Value $A$24 X1 0.000 0.627 $B$24 X2 0.000 0.302 $C$24 x3 0.670686766 Constraints Cell Name Cell Value Formula Status Slack $B$24 X2 0.302 $B$24=-1.68 Not Binding 2.350686766 62 Phụ lục 13: Kết tính tốn tối ưu hóa hàm đa mục tiêu với trọng số α = 0,6 Target Cell (Min) Cell $D$28 Name FX Original Value 1.040 Final Value 0.992 Adjustable Cells Cell Name Original Value Final Value $A$28 X1 0.000 0.425 $B$28 X2 0.000 0.194 $C$28 x3 0.552249642 Constraints Cell Name Cell Value Formula Status Slack $A$28 X1 0.425 $A$28>=-1.68 Not Binding 2.105 $B$28 X2 0.194 $B$28>=-1.68 Not Binding 1.874 $B$28 X2 0.194 $B$28