Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dày thanh tới quá trình truyền nhiệt của gỗ keo tai tượng trong thiết bị sấy đối lưu

LỜI CẢM ƠN Với lịng biết ơn sâu sắc tơi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thuận Nguyễn Thị n tận tình hƣớng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành khóa luận Đồng thời tơi xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thu, thầy Nguyễn Văn Mẫn thầy cô khu thực hành thí nghiệm khoa Chế biến lâm sản giúp đỡ tơi q trình làm thí nghiệm Do thời gian lực hạn chế, dù có nhiều cố gắng song đề tài khơng tránh khỏi cịn nhiều thiếu sót Tơi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy để khóa luận đƣợc hồn thiện Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Phạm Trần Dương MỤC LỤC Trang Đặt vấn đề…………………………………………………………………… CHƢƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG………………………………… 1.1 Lƣợc sử trình nghiên cứu……………………………………… 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài………………………………………… 1.3 Nội dung nghiên cứu…………………………………………………….4 1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài………………………………………… 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………… CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN…………………………………………… 2.1 Ảnh hƣởng kích thƣớc khái niệm q trình truyền nhiệt.5 2.1.1 Ảnh hƣởng kích thƣớc thanh………………………………….5 2.1.2 Quá trình truyền nhiệt…………………………………………… 2.2 Tìm hiểu Keo tai tƣợng………………………………………… 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo………………………………………………….5 2.2.2 Một số tính chất vật lý chủ yếu Keo tai tƣợng……………… 2.2.3 Một số tính chất học chủ yếu gỗ Keo tai tƣợng………… 2.2.4 Thành phần hoá học………………………………………………9 2.2.5 Khả chống phá hoại sinh vật môi trƣờng gỗ Keo tai tƣợng…………………………………………………….……………9 2.2.6 Kết luận chung gỗ Keo tai tƣợng………………………………9 2.3 Tính chất dẫn ẩm mơi trƣờng gỗ sấy…………………………… 10 2.4 Các đặc trƣng nhiệt ẩm vật liệu ẩm……………………………… 11 2.4.1 Thế dẫn ẩm………………………………………………………12 2.4.2 Ẩ m độ………………………………………………………… 13 2.5 Các đặc trƣng nhiệt vật lý vật liệu ẩm…………………………… 14 2.5.1 Nhiệt dung riêng vật liệu ẩm……………………………… 14 2.5.2 Hệ số dẫn nhiệt………………………………………………… 16 2.5.3 Hệ số dẫn nhiệt độ……………………………………………….17 2.6 Quá trình truyền nhiệt truyền chất vật liêu sấy………………… 17 2.6.1 Định luật Fourier dẫn nhiệt………………………………… 18 2.6.2 Định luật Fich khuyếch tán………………………………… 19 2.6.3Quy luật dịch chuyển nhiệt - ẩm vật liệu ẩm……………….20 2.6.4 Hệ phƣơng trình dẫn nhiệt khuyếch tán ẩm vật liệu sấy.22 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN………………………….29 3.2 Tính tốn nhiệt lƣợng truyền vào gỗ……………………………………34 3.2.1 Xác định khối lƣợng thể tích…………………………………….34 3.2.2 Tính chất truyền nhiệt……………………………………………34 3.2.3 Khả biến đổi nhiệt độ gỗ………………………………34 3.2.4 Tỷ nhiệt………………………………………………………… 35 3.2.5 Tính nhiệt lƣợng truyền vào gỗ……………………………36 3.3 Tiến hành thí nghiệm……………………………………………………36 3.3.1 Mô tả thực nghiệm………………………………… ………… 36 3.4 Xử lý số liệu…………………………………………………………….37 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ……………………………… 41 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………… 43 5.1 Kết luận…………………………………………………………………43 5.2 Khuyến nghị…………………………………………………………….43 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong đời sống ngày gỗ nói chung đƣợc ngƣời sử dụng nhiều vào mục đích khác tính thân thiện Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật cho phép ngƣời sử dụng gỗ cách đa dạng hơn, có hiệu kinh tế cao hơn: sản xuất công nghiệp thành vật liệu xây dựng, đồ dùng gia đình, hàng thủ công mỹ nghệ… Thế nhƣng khoa học ngày phát triển, dân số ngày tăng ngƣời ngày xâm hại, khai thác làm suy thoái nguồn tài nguyên thiên nhiên nghiêm trọng có tài nguyên rừng Nhằm giảm thiểu tác hại ngƣời gây ra, đồng thời định hƣớng tƣơng lai để nguồn tài nguyên rừng vô hạn phục vụ bền vững cho tồn lồi ngƣời cơng trình nghiên cứu nhƣ dự án tái trồng rừng, phủ xanh đất trống đồi núi trọc ngày đƣợc trọng Một đƣợc trọng để trồng rừng nhƣ mang lại hiệu kinh tế cao Keo tai tƣợng đặc điểm ƣu việt phát triển nhanh nên đƣợc trồng với diện tích rộng Đã có nhiều đề tài nghiên cứu khoa học gỗ Keo tai tƣợng về: đặc điểm cấu tạo gỗ, tính chất học, khả sấy gỗ, khả ứng dụng gỗ làm ván ghép thanh, ván dán ván dăm… Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu trình truyền nhiệt gỗ Keo tai tƣợng hạn chế Lý thuyết trao đổi nhiệt hay gọi tắt truyền nhiệt nghiên cứu dạng quy luật trao đổi nhiệt vật thể có nhiệt độ khác Dựa vào quy luật trao đổi nhiệt, xác định đƣợc lƣợng nhiệt trao đổi vật phân bố nhiệt độ vật Nắm vững nội dung quy luật trao đổi nhiệt tăng cƣờng hạn chế trao đổi nhiệt vật tùy theo yêu cầu thực tế Do vấn đề cần đƣợc quan tâm Đƣợc trí thầy giáo ThS Nguyễn Văn Thuận, Khoa chế biến lâm sản – Trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam tiến hành thực đề tài “ Nghiên cứu ảnh hƣởng chiều dày tới trình truyền nhiệt gỗ Keo tai tƣợng thiết bị sấy đối lƣu” CHƢƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.2 Lƣợc sử trình nghiên cứu Trái với nhiều chuyên ngành vật lý khác, môn nhiệt động học xuất cách chƣa lâu Những nghiên cứu mà xếp vào ngành nhiệt động học cơng việc đánh dấu đo nhiệt độ, lần đƣợc thực nhà khoa học ngƣời Đức Gabriel Fahrenheit (1686-1736) ngƣời đề xuất thang đo nhiệt độ mang tên ông Trong thang nhiệt này, 32 độ F 212 độ F nhiệt độ tƣơng ứng với thời điểm nóng chảy nƣớc đá sơi nƣớc Nhà bác học Thụy Sĩ Anders Celsius(17011744) xây dựng nên thang đo nhiệt độ đánh số từ đến 100 mang tên ông dựa vào giãn nở thủy ngân Những nghiên cứu liên quan đến trình truyền nhiệt vật thể Nếu nhƣ nhà bác học Daniel Bernoulli (1700-1782) nghiên cứu động học chất khí đƣa liên hệ khái niệm nhiệt độ với chuyển động vi mô hạt Ngƣợc lại, nhà bác học Antoine Lavoisier (1743-1794) lại có nghiên cứu kết luận trình truyền nhiệt đƣợc liên hệ mật thiết với khái niệm dòng nhiệt nhƣ dạng chất lƣu Tuy nhiên, đời thật môn nhiệt động học phải chờ đến kỉ thứ 19 với tên nhà vật lý ngƣời Pháp Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832) với sách ông mang tên "Ý nghĩa nhiệt động động ứng dụng loại lượng này" Ông nghiên cứu cỗ máy đƣợc gọi động nhiệt: hệ nhận nhiệt từ nguồn nóng để thực công dƣới dạng học đồng thời truyền phần nhiệt cho nguồn lạnh Chính từ dẫn định luật bảo toàn lƣợng (tiền đề cho nguyên lý thứ nhiệt động học), đặc biệt, khái niệm trình thuật nghịch mà sau liên hệ chặt chẽ với nguyên lý thứ hai Ông bảo vệ cho ý kiến Lavoisier nhiệt đƣợc truyền dựa vào tồn dòng nhiệt nhƣ dòng chất lƣu Những khái niệm công nhiệt đƣợc nghiên cứu kĩ lƣỡng nhà vật lý ngƣời Anh James Prescott Joule (1818-1889) phƣơng diện thực nghiệm nhà vật lý ngƣời Đức Robert von Mayer (1814-1878) phƣơng diện lý thuyết xây dựng từ sở chất khí Cả hai tới kết tƣơng đƣơng công nhiệt năm 1840 đến định nghĩa q trình chuyển hố lƣợng Chúng ta biết đời nguyên lý thứ nhiệt động học công lao to lớn Mayer Nhà vật lý ngƣời Pháp Émile Clapeyron (1799-1864) đƣa phƣơng trình trạng thái chất khí lý tƣởng vào năm 1843 Tuy nhiên, đến năm 1848 khái niệm nhiệt độ nhiệt động học đƣợc định nghĩa cách thực nghiệm kelvin nhà vật lý ngƣời Anh, nhà q tộc có tên Sir William Thomson hay gọi Lord Kelvin (1824-1907) Chúng ta không nên nhầm lẫn ông với nhà vật lý họ Joseph John Thompson (1856-1940), ngƣời khám phá electron phát triển lý thuyết hạt nhân Nguyên lý thứ hai nhiệt động học đƣợc giới thiệu cách gián tiếp kết Sadi Carnot đƣợc cơng thức hố cách xác nhà vật lý ngƣời Đức Rudolf Clausius (1822-1888) - ngƣời đƣa khái niệm entropy vào năm 1860 Những nghiên cứu cho phép nhà phát minh ngƣời Tô Cách Lan James Watt (1736-1819) hoàn thiện máy nƣớc tạo cách mạng công nghiệp kỉ thứ 19 Cũng cần phải nhắc đến nhà vật lý ngƣời Áo Ludwig Boltzmann (18441906), ngƣời góp phần khơng nhỏ việc đón nhận entropy theo quan niệm thống kê phát triển lý thuyết chất khí vào năm 1877 Tuy nhiên, đau khổ ngƣời thời khơng hiểu công nhận, ông tự tử tài nở rộ Chỉ đến sau tên tuổi ơng đƣợc cơng nhận ngƣời ta khắc lên mộ ông, thành phố Vienne, công thức tiếng W = k.logO mà ông tìm Riêng lĩnh vực hố nhiệt động, phải kể đến tên tuổi nhà vật lý Đức Hermann von Helmholz (1821-1894) nhà vật lý Mỹ Willard Gibbs (1839-1903) Chính Gibbs ngƣời có đóng góp vơ to lớn phát triển vật lý thống kê Cuối cùng, để kết thúc lƣợc sử ngành nhiệt động học, xin đƣợc nhắc đến nhà vật lý ngƣời Bỉ gốc Nga Ilya Prigonine (sinh năm 1917) - ngƣời đƣợc nhận giải Nobel năm 1977 phát triển cho ngành nhiệt động học không cân 1.2 Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Xác định đánh giá đƣợc ảnh hƣởng chiều dày tới trình truyền nhiệt loại gỗ Keo tai tƣợng thiết bị sấy đối lƣu 1.3 Nội dung nghiên cứu -Tìm hiểu nguyên liệu lựa chọn nhiệt độ sấy - Sấy gỗ Keo tai tƣợng với cấp chiều dày - Thu thập số liệu độ ẩm, khối lƣợng mẫu gỗ từ xác định đƣợc nhiệt lƣợng truyền vào gỗ - Tính tốn đánh giá kết - Kiến nghị tồn 1.4 Phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài đƣợc nghiên cứu với đối tƣợng cụ thể gỗ Keo tai tƣợng Đảm bảo tính đồng kích thƣớc chiều dày ván, độ ẩm ban đầu 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu -Phƣơng pháp thực nghiệm -Phƣơng pháp chuyên gia -Phƣơng pháp kế thừa CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 Ảnh hƣởng kích thƣớc khái niệm trình truyền nhiệt 2.1.1 Ảnh hƣởng kích thƣớc Trong q trình sản xuất gỗ ghép quan hệ chiều dày chiều rộng vấn đề cần quan tâm nghiên cứu Sự thay đổi kích thƣớc ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng sản phẩm giá thành sản phẩm Sở dĩ thay đổi kích thƣớc làm cho tính chất vật lý, học ván thay đổi gỗ vật liệu dị hƣớng có tính chất khác theo ba phƣơng dọc thớ, xuyên tâm, tiếp tuyến Chính thay đổi làm cho gỗ dễ bị cong vênh dẫn tới khuyết tật sản phẩm đặc biệt q trình sấy Kích thƣớc chiều dày thƣờng đƣợc định chiều dày sản phẩm, chiều rộng phụ thuộc nhiều vào cấu tạo tính chất gỗ đặc biệt chênh lệch co giãn hai chiều xuyên tâm tiếp tuyến 2.1.2 Quá trình truyền nhiệt Sấy trình tách ẩm (hơi nƣớc nƣớc) khỏi vật liệu sấy vật liệu sấy nhận lƣợng để ẩm từ lòng vật liệu sấy dịch chuyển bề mặt vào mơi trƣờng tác nhân sấy Trong lịng vật liệu sấy trình dẫn nhiệt khuếch tán ẩm hỗn hợp Trao đổi nhiệt - ẩm bề mặt vật liệu sấy với tác nhân sấy trình trao đổi nhiệt trao đổi ẩm đối lƣu liên hợp Quá trình bên vật liệu sấy chủ yếu chịu ảnh hƣởng dạng liên kết ẩm với cốt khơ vật liệu, q trình bề mặt vật liệu sấy chủ yếu chịu ảnh hƣởng cấu trao đổi nhiệt ẩm thông số tác nhân sấy nhƣ vật liệu sấy 2.2 Tìm hiểu Keo tai tƣợng 2.2.1 Đặc điểm cấu tạo * Điều kiện sinh trƣởng, đặc điểm ngoại quan: Keo tai tƣợng 130 loài Acacia, đƣợc trồng diện tích rộng thuộc vùng nhiệt đới cận nhiệt đới Nơi có diện tích trữ lƣợng trồng Keo tai tƣợng lớn Australia, New Guinca, Malaysia, Philippine… Keo tai tƣợng loài mọc nhanh, tăng trƣởng đƣờng kính đạt cm/năm chiều cao đạt m/năm thời gian từ đến năm tuổi Keo tai tƣợng phát triển nhanh độ tuổi 7-8 năm tuổi, sau tốc độ tăng trƣởng (về thể tích) giảm dần Tốc độ tăng trƣởng mạnh chiều cao đƣờng kính 2-4 năm đầu, với mật độ thích hợp 2m x 2m; 2,5m x 2,5m Keo tai tƣợng trồng phát triển nhiều điều kiện lập địa kể vùng đất bạc màu, đất khơ… Điều kiện thích hợp loại vùng đất có độ pH đất từ 4-6 lƣợng mƣa trung bình năm từ 140-2000 mm * Cấu tạo gỗ Cấu tạo gỗ nhân tố chủ yếu định đến tính chất gỗ Cấu tạo đƣợc xem nhƣ biểu bên ngồi tính chất Những biểu bên cấu tạo sở để giải thích tƣợng sản sinh trình gia cơng chế biến, lựa chọn cơng nghệ sản xuất phù hợp Theo nghiên cứu Lê Xuân Tình, Đinh Xuân Thành (1993) Phạm Văn Chƣơng (1997), Keo tai tƣợng lồi có gỗ lõi, gỗ giác phân biệt Gỗ giác có màu vàng nhạt, gỗ lõi có màu xám đen Khi vừa chặt hạ, nhận biết gỗ giác gỗ lõi cách rõ ràng độ tuổi 5-10 năm, tỷ lệ trung bình phần gỗ lõi khoảng 75% Vùng tủy (đặc biệt giai đoạn 10 năm) hình thành vùng “gỗ già” mềm, xốp, làm giảm độ bền nhƣ tỷ lệ lợi dụng gỗ Một nhƣợc điểm Keo tai tƣợng rỗng ruột Tỷ lệ rỗng ruột chiếm khoảng 35% thể tích độ tuổi từ năm trở lên Đây đặc điểm cần đặc biệt quan tâm định tuổi chặt hạ nhƣ lựa chọn công nghệ sản phẩm Keo tai tƣợng loài mọc nhanh Tăng trƣởng đƣờng kính trung bình từ 2,6-3,4 cm/năm; vòng năm phần gỗ sớm phần gỗ muộn phân biệt không rõ ràng Trên mặt cắt ngang quan sát theo vòng năm vòng tƣơng đối tròn đồng tâm vây quanh tủy Tăng trƣởng chiều cao phụ thuộc nhiều vào điều kiện lập địa Quan sát thô đại ta thấy, Keo tai tƣợng có thớ gỗ tƣơng đối thẳng thô; mạch gỗ phân tán tụ hợp đơn kép xen kẽ, số lƣợng mạch gỗ nhiều; tia gỗ có số lƣợng tƣơng đối nhiều, kích thƣớc trung bình Tổ chức tế bào mô mềm nối tiếp thành dây dọc theo thân cây, hình thức phân bố mặt cắt ngang vây quanh mạch theo đƣờng trịn khơng kín 2.2.2 Một số tính chất vật lý chủ yếu Keo tai tƣợng * Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối gỗ tỷ số tính theo phần trăm khối lƣợng nƣớc có gỗ khối lƣợng gỗ khô kiệt - Gỗ giác : MC = 88% - Gỗ lõi : MC = 103% * Tỷ lệ giãn nở - Gỗ giác: Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng dọc thớ: 0,28% Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng xuyên tâm: 2,26% Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng tiếp tuyến: 6,72% Tỷ lệ giãn nở thể tích : - Gỗ lõi: Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng dọc thớ: 9,47% 0,28% Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng xuyên tâm: 1,64% Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng tiếp tuyến: 5,42% Tỷ lệ giãn nở thể tích : 7,49% * Tỷ lệ co rút - Gỗ giác: Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng dọc thớ: 0,33% Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng xuyên tâm: 2,63% Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng tiếp tuyến: 6,95% Tỷ lệ giãn nở thể tích : 10,34% - Gỗ lõi: Tỷ lệ giãn nở theo phƣơng dọc thớ: 0,3% Trong thời gian giai đoạn chờ đợi đƣợc dự kiến tuỳ thuộc độ dày gỗ đem xử lý  Giai đoạn Sấy gỗ Giai đoạn gồm trình sấy thực Kiểu sấy đƣợc thực theo hai tham số sấy (code 04 code 06) ẩm độ cuối đƣợc yêu cầu (code 09) nhiệt độ sấy (code 05 07) đƣợc đặt Thật quan trọng để hiểu tham số đặt chƣơng trình đƣợc dùng giai đoạn kết tốt - thời hạn tốc độ sấy chất lƣợng vật liệu sấy đạt tới tối ƣu hoá chúng Trạng thái ẩm độ cân EMC đƣợc điều chỉnh theo công thức sau đây: EMC = ẩm độ gỗ (bình quân đầu đo hiệu quả/gradient) Trong gradient đƣợc dùng tính tốn tƣơng đƣơng với gradient ẩm độ gỗ cao 30,0 tƣơng đƣơng gradient ẩm độ gỗ thấp 16,0 khiến giá trị tức thời trƣờng hợp giá trị tức thời ẩm độ gỗ Nếu ẩm độ gỗ cao 30% (gỗ ẩm), đƣợc nhận tính tốn EMC, ẩm độ gỗ không thực ngang tới nhiệt độ gradient (T1) ẩm độ gỗ ngang tới 30% đƣợc xem xét Theo cách tƣơng tự, nhiệt độ sấy ngang tới nhiệt độ gradient (T2) thấp 16,0 thực giá trị tức thời trƣờng hợp giá trị tức thời ẩm độ gỗ Rõ ràng khả tăng giảm tốc độ sấy tăng dần giảm dần gradient sấy nhiệt độ có khả ổn định từ chu kỳ sấy thay đổi gradient Cách đặt tuỳ thuộc vào bảng đối xứng tuỳ thuộc vào kinh nghiệm ngƣời sử dụng Giai đoạn kết thúc giá trị ẩm độ trung bình đƣợc thăm dị ghi giá trị ẩm độ cuối  Giai đoạn Điều hoà 30 Giai đoạn gồm thời kỳ chờ, xuất sấy hoàn thành khoảng thời gian chờ (biểu thị giờ) đặt tham số “ thời gian điều hoà” (code08) cần làm cho độ ẩm gỗ khơng thay đổi bên phịng sấy Ẩm độ cân đƣợc điều chỉnh giai đoạn tham số “Ẩm độ cân để điều hoà” (code 09) Ẩm độ đƣợc đặt giá trị độ ẩm gỗ cuối dự kiến đạt đƣợc ẩm độ gỗ thay đổi nhỏ, theo cách này, cuối trình sấy ẩm độ gỗ cuối đủ nhƣ dự kiến, gỗ có ẩm độ cao hết ẩm độ dƣ thừa, phần lớn đƣợc sấy hấp thu ẩm độ: Cả hai trƣờng hợp, giá trị cuối khớp với giá trị ẩm độ cân bằng, gradient cực thấp, khớp với Nếu dung sai ẩm độ cuối vật liệu sấy ảnh hƣởng ảnh hƣởng chút đến ẩm độ cuối số điểm thấp ẩm độ: trƣờng hợp số yếu tố không đƣợc sấy nhiều đồng thời, gradient phần lớn yếu tố nƣớc cung cấp đƣợc vào thời gian điều hồ giảm Giai đoạn cách quãng cách giản đơn đặt đến liên quan thời kỳ chờ đợi, theo cách chƣơng trình cách quãng giai đoạn tiếp tục trực tiếp từ giai đoạn đến giai đoạn  Giai đoạn Làm lạnh Công đoạn công đoạn cuối giai đoạn sấy Ở công đoạn này, hệ thống sấy vòi phun ngừng hoạt động, cánh hƣớng gió đƣợc vận hành để trì độ ẩm cân giá trị nhƣ giai đoạn (code09) Khi nhiệt độ giảm xuống thấp nhiệt độ quy định để kết thúc trình sấy (code11), tất quạt ngừng chạy Q trình sấy hồn thành Để cài đặt chế độ sấy tự động ta phải điền đầy đủ thông tin chế độ sấy Một chế độ sấy tự động cần tham số sau: Cd 01 – Nhiệt độ/ tăng lên (giai đoạn – làm nóng) cho phép đặt tốc độ (tính phần trăm độ/ giờ) làm nóng gỗ ban đầu 31 Cd 02 – Độ ẩm thăng làm nóng (giai đoạn sinh nhiệt, giai đoạn giữ nhiệt) cho phép đặt ẩm độ thăng bên buồng đốt giai đoạn làm nóng gỗ ban đầu Cd 03 – Thời gian làm nóng “ muốn trì” (giai đoạn cho phép đặt giai đoạn chu trình tính giờ) có nghĩa thời kỳ chờ đƣợc phép làm nóng “ muốn trì” gỗ Cd04 – Gradient sấy gỗ (giai đoạn sấy) Đây lần hai gradient đƣợc đặt nhằm xác định kiểu sấy Gradient độ ẩm gỗ lớn 30%, mặt khác độ ẩm gỗ đạt giá trị 16 30% giá trị tức thời gradient nhiệt độ đƣợc tính tốn Cd05 – Nhiệt độ sấy (giai đoạn 1,2,3,4 – sinh nhiệt sấy điều hoà) Đây nhiệt độ ban đầu hai nhiệt độ phải đƣợc đặt nhằm xác định kiểu sấy Nhiệt độ đƣợc sử dụng để sấy độ ẩm gỗ lớn 30% mặt khác độ ẩm có giá trị 16 30%, giá trị tức thời nhiệt độ nhiệt độ đƣợc tính tốn Cd06 – Gradient sấy gỗ (phần – sấy) Đây lần thứ hai hai gradient phải đƣợc đặt nhằm xác định kiểu sấy Gradient đƣợc dùng ẩm độ gỗ dƣới 16%, mặt khác độ ẩm gỗ có giá trị 16 30%, giá trị tức thời gradient gradient đƣợc tính tốn Cd07 – Nhiệt độ sấy (giai đoạn 1,2,3 – làm nóng/ sấy/ điều hoà) Đây thứ hai hai nhiệt độ đƣợc đặt để xác định kiểu sấy Nhiệt độ đƣợc dùng ẩm độ gỗ dƣới 16%, mặt khác độ ẩm gỗ có giá trị 16 30% giá trị tức thời nhiệt độ nhiệt độ đƣợc tính tốn Cd08 – Thời gian điều hoà (giai đoạn – điều hoà) Cho phép đặt thời gian tồn (tính giờ) giai đoạn điều hoà gỗ (giai đoạn 4) Giai đoạn bỏ qua cách đặt thời gian tồn 32 Cd09 - Ẩm độ cân để điều hoà (giai đoạn 4,5 – điều hoà, làm nguội) Cho phép đặt độ ẩm cân đƣợc giữ trì bên buồng đốt giai đoạn điều hoà Cd10 - Ẩm độ gỗ cuối (giai đoạn – sấy) Cho phép đặt độ ẩm cuối yêu cầu gỗ sấy Cd11 – Nhiệt độ lúc quạt đóng (giai đoạn – làm nguội) Cho phép đặt nhiệt độ đạt đƣợc làm nguội, trƣớc tắt quạt trƣớc cuối trình sấy Cd12 – Khoảng thời gian đảo chiều quạt (giai đoạn 1, 2, 3, 4, chu trình hồn thành) Nếu quạt quay đảo chiều đƣợc đƣa vào chế độ, tham số cho phép đặt đảo chiều đảo chiều Cd13 – Nhóm gỗ (1, 2, 3, 4, – Chu trình đầy đủ) Cho phép đặt hệ số điều chỉnh (từ đến 4) nhƣ chức loại gỗ đem sấy, muốn bù lại giá trị định đầu dị gỗ Giá trị muốn đặt bảng nhóm gỗ -Chọn chế độ cho lị sấy: Thơng qua bảng lựa chọn chế độ sấy ta chọn chế độ sấy cho gỗ Keo tai tƣợng là: Bảng 4: Chế độ lị sấy Tham số Thơng số Cd1: nhiệt độ tăng/giờ Cd2: độ ẩm cân (%) 16 Cd3: thời gian làm nóng (h) Cd4: dốc sấy Cd5: nhiệt độ sấy 60 Cd6: nhiệt độ sấy 3,2 Cd7: thời gian điều hòa 75 Cd8: độ ẩm cuối gỗ 33 Cd9: độ ẩm cân giai đoạn điều hòa 10 Cd10: độ ẩm cuối gỗ 10 Cd11: nhiệt độ lúc đóng quạt 40 Cd12: thời gian đảo chiều quạt Cd13: nhóm gỗ 3.2 Tính tốn nhiệt lƣợng tích lũy gỗ 3.2.1 Xác định khối lƣợng thể tích Phƣơng pháp mà tơi dùng để xác định khối lƣợng thể tích phƣơng pháp cân đo Đây phƣơng pháp thƣờng dùng xác Tính khối lƣợng thể tích theo cơng thức: [1]  m V (g/cm3) (3.1) Trong đó: γ- khối lƣợng thể tích (g/cm3) m- khối lƣợng mẫu cân (g) V- thể tích mẫu (cm3) 3.2.2 Tính chất truyền nhiệt Do cấu tạo rỗng nên sức truyền nhiệt gỗ Gỗ nhẹ nhƣ Orchoma sức truyền nhiệt tƣơng đƣơng nhƣ amin, mùn cƣa, bần… Đặc điểm gỗ đƣợc lợi dụng nhiều, xây dựng Gỗ vật thể hữu cơ, vách tế bào cịn có nhiều nƣớc, khơng khí chất khác, vầy khả dẫn nhiệt biến đổi nhiều Nhân tố ảnh hƣởng phức tạp, khối lƣợng thể tích nhân tố quan trọng Gỗ nặng có hệ số truyền nhiệt cao gỗ nhẹ Khối lƣợng thể tích độ ẩm xác định cơng thức [11] λ = γ(0,1941 + 0,004064W) + 0,01864 (W/m.h.K) 3.2.3 Khả biến đổi nhiệt độ gỗ 34 (3.2) Để phân tích q trình tích lũy nhiệt vật liệu xây dựng nhƣ để giải số vấn đề sấy tẩm gỗ định, ta phải nghiên cứu khả biến đổi nhiệt độ gỗ, tức xác định hệ số biến đổi nhiệt gỗ (a) [2] Khả biến đổi nhiệt độ biểu thị khả tăng nhiệt độ nguyên liệu với tốc độ định dƣới tác dụng nhiệt khả thăng nhiệt độ vật thể Hệ số biến đổi nhiệt độ đƣợc xác định công thức sau: a  C p (3.3) Trong đó: a- hệ số biến đổi nhiệt độ (m2/h); λ- hệ số dẫn nhiệt (W/m.h.độ); Cp- tỷ nhiệt (kJ/g.độ); γ- khối lƣợng thể tích (kg/m3) Hệ số biến đổi nhiệt độ (a) biến đổi ít, giảm khối lƣợng riêng gỗ tăng lên đạt đến giá trị cao nhất: a = 0,001 m2/h, với khối lƣợng riêng loại gỗ nhẹ γ = 0,1 kg/m3 độ ẩm W = 13% ta lấy a = 0,00058 m2/h Đối với loại gỗ có γ từ: 0,45-0,7 kg/m3 hệ số biến đổi nhiệt độ biến thiên khoảng từ: 0,00055-0,00040 m2/h Hệ số biến đổi nhiệt độ gỗ Keo tai tƣợng là: a = 1,53 x 10-7 ( m2/s) 3.2.4 Tỷ nhiệt Để tính tốn hệ số biến đổi nhiệt độ theo thời gian sấy, ta phải nghiên cứu tỷ nhiệt gỗ Theo (3.1); (3.2) xác định đƣợc λ hệ số biến đổi nhiệt độ a gỗ Keo tai tƣợng Nên ta có: C p   a 35 (3.4) Tỷ nhiệt có ý nghĩa quan trọng vấn đề phơi sấy, phòng mục, chƣng hấp, hầm khơ tất hình thức gia cơng chế biến khác có liên quan đến biến đổi nhiệt độ 3.2.5 Tính nhiệt lƣợng tích lũy gỗ Lƣợng nhiệt trao đổi vật môi trƣờng đƣợc xác định nhƣ sau: Lƣợng nhiệt trao đổi vật phẳng mơi trƣờng thay đổi nội vật thời điểm τ t nhiệt độ vật thời điểm τ = ∞ ts thay đổi nội vật thời điểm τ = đến thời điểm τ = ∞ bằng:[4] Q → ∞ = Cp.m.(ts – t0) (kJ) Trong đó: Q- nhiệt lƣợng tích lũy gỗ (kJ) m- khối lƣợng vật thời điểm τ 3.3 Tiến hành thí nghiệm 3.3.1 Mơ tả thực nghiệm Hình 2: Đống gỗ lò sấy đầu đo độ ẩm 36 (3.5) Tổng lƣợng mẫu gỗ 0,7 m3 Kích thƣớc trung bình là: Dài x dày x rộng = 1000 x 2,5 x 25 (mm) Các mẫu quan sát có kích thƣớc là: Nhóm Dài x dày x rộng 50 x x (cm) Nhóm Dài x dày x rộng 50 x 2,5 x (cm) Nhóm Dài x dày x rộng 50 x x (cm) Tổng số quan sát chia cho nhóm + Cách gắn đầu đo Cách đóng đinh vào gỗ: Đinh có chiều dài 3,5 cm, đƣợc đóng vào bề ngang mẫu gỗ tầm 1/3 chiều dày gỗ đƣợc chọn Trên đầu đinh cắm vào gỗ có lỗ nhỏ để ta cắm đầu đo đo độ ẩm Thông số độ ẩm đƣợc bảng đo điện tử gắn lò sấy Khoảng cách hai đầu đo phải 30 mm Và cách đầu gỗ khoảng 25 đến 30 cm S/3 30mm S Hình 3: Cách cắm đầu đo Quy luật đo: lần đo 3.4 Xử lý số liệu 37 BẢNG 5: NHIỆT LƢỢNG TÍCH LŨY TRUNG BÌNH NHĨM MẪU GỖ (chiều dày 2cm) Thời gian sấy(h) Q1(kJ) Q2(kJ) Q3(kJ) Qtb(KJ) 0 0 9.1919 9.352 8.2661 8.9367 17.47 17.796 15.765 17.01 33 15.82 16.335 14.351 15.502 63 14.333 14.808 13.437 14.193 90 13.193 13.621 12.745 13.186 108 13.247 13.603 13.034 13.295 132 12.652 12.922 12.697 12.757 141 16.379 16.749 16.569 16.566 15.837 16.134 16.486 16.152 156 Q(kJ) 18 16 14 12 10 Qtb(kJ) 0 33 63 90 108 132 141 156 t(giờ) BIỂU ĐỒ 1: NHIỆT LƢỢNG TÍCH LŨY TRUNG BÌNH NHĨM GỖ CĨ CHIỀU DÀY cm THEO THỜI GIAN - GỖ KEO TAI TƢỢNG 38 BẢNG 6: NHIỆT LƢỢNG TÍCH LŨY TRUNG BÌNH NHÓM MẪU GỖ (chiều dày 2,5cm) Thời gian sấy(h) Q4(kJ) Q5(kJ) Q6(kJ) Qtb(KJ) 0 0 8.9229 9.4402 9.9205 9.4279 16.953 17.979 18.952 17.961 33 15.453 16.668 16.742 16.288 63 14.228 15.402 14.784 14.805 90 13.293 14.435 13.368 13.699 108 13.42 14.5 13.326 13.749 132 12.817 14.149 12.532 13.166 141 16.583 18.419 16.071 17.024 16.393 18.258 15.074 16.575 156 Qtb(kJ) Q(kJ) 20 18 16 14 12 10 Qtb(kJ) 0 33 63 90 108 132 141 156 t(h) BIỂU ĐỒ 2: NHIỆT LƢỢNG TÍCH LŨY TRUNG BÌNH NHĨM GỖ CÓ CHIỀU DÀY 2,5 cm THEO THỜI GIAN - GỖ KEO TAI TƢỢNG 39 BẢNG 7: NHIỆT LƢỢNG TÍCH LŨY TRUNG BÌNH NHĨM MẪU GỖ (chiều dày 3cm) Thời gian sấy(h) Q7(kJ) Q8(kJ) Q9(kJ) Qtb(KJ) 0 0 13.279 12.281 10.452 12.004 25.029 23.455 19.898 22.794 33 23.212 21.555 18.74 21.169 63 20.782 19.731 16.193 18.902 90 18.895 18.134 16.077 17.702 108 18.742 18.149 16.137 17.676 132 17.741 17.296 15.315 16.784 141 23 22.502 19.785 21.762 22.271 21.679 19.072 21.007 156 BIỂU ĐỒ 3: NHIỆT LƢỢNG TÍCH LŨY TRUNG BÌNH NHĨM GỖ CĨ CHIỀU DÀY cm THEO THỜI GIAN - GỖ KEO TAI TƢỢNG 40 CHƢƠNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ Qua kết có đƣợc phần thực nghiệm cho thấy: + Tổng nhiệt lƣợng trung bình mà nhóm gỗ tích lũy đƣợc là: Nhóm (chiều dày mẫu gỗ cm): 710,34 kJ Nhóm (chiều dày mẫu gỗ 2,5 cm): 741,03 kJ Nhóm (chiều dày mẫu gỗ cm): 952,82 kJ Qua số liệu cho thấy gỗ có chiều dày lớn nhiệt lƣợng tích lũy để tách nƣớc lớn + Nhiệt lƣợng tích lũy lớn bằng: Mẫu có chiều dày cm Qmax = 17,01 kJ Mẫu có chiều dày 2,5 cm Qmax = 17,961 kJ Mẫu có chiều dày cm Qmax = 21,169 kJ + Quy luật trình truyền nhiệt khác nhau: Ở giai đoạn đầu (9 tiếng đầu) nhiệt lƣợng cần cung cấp cho gỗ tăng lên đáng kể Nhóm (chiều dày gỗ cm): → 17,01 kJ Nhóm (chiều dày gỗ 2,5 cm): → 17,961 kJ Nhóm (chiều dày gỗ cm): → 21,169 kJ Đây lƣợng nhiệt cần nóng gỗ làm lƣợng ẩm có gỗ Ở giai đoạn (6 ngày sau) lƣợng nhiệt có dao động giảm dần xuống khoảng ÷ kJ Các sai số (độ nhấp nhô biểu đồ) q trình đo mẫu (do phải đóng mở cửa lị) gây Lƣợng nhiệt giảm lúc gỗ tồn lị đạt tới nhiệt độ sấy ≈ 600C nhƣ lựa chọn phần lý thuyết Lúc cần nhiệt để tách nƣớc liên kết làm bay chúng Để tránh tƣợng nứt gỗ nên lƣợng ẩm thoát từ từ (chế độ sấy mềm - tính tốn lựa chọn) Mức độ giảm nhiệt lƣợng mẫu : Chiều dày cm giảm từ 17,01 →12,757 kJ 41 Chiều dày 2,5 giảm từ 17,961 → 13,166 kJ Chiều dày cm từ 21,169 → 16,784 kJ Nhƣ tất chiều dày khác lƣợng nhiệt đề giảm gần giống dao động khoảng ÷ kJ Do chiều dày lớn nên quãng đƣờng thoát ẩm mẫu dày dài nên nhiệt lƣợng tiêu hao lớn Ở giai đoạn độ ẩm xuống dƣới 30% nhiệt lƣợng phá vỡ nƣớc liên kết đủ nên cần cung cấp lƣợng nhiệt nhỏ cho mẫu tách nƣớc liên kết khỏi mẫu Từ thứ 132 trở nhận thấy nhiệt lƣợng tăng nhẹ Đó giai đoạn thứ 3, lúc hệ thống điều khiển lò sấy tăng nhiệt độ sấy t2 = 750C, nên lƣợng nhiệt mà lò cung cấp cho đống gỗ tăng lên kết mẫu gỗ thí nghiệm nhận thêm nhiệt lƣợng 42 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Qua kết nghiên cứu đạt đƣợc, đề tài đƣa số kết luận sau: - Đã theo dõi khảo sát ảnh hƣởng chiều dày mẫu tới trình truyền nhiệt - Đề tài hồn thành việc phân tích liệu thu thập đƣợc để làm sở cho việc tính toán lƣợng nhiệt mà gỗ nhận đƣợc - Nghiên cứu đƣợc trình nhận nhiệt mà sấy gỗ chế độ mềm có kết là:  Q  710,34 kJ - Với chiều dày 2,5 cm:  Q  741,03 kJ - Với chiều dày cm:  Q  952,82 kJ - Với chiều dày cm: tb tb tb 5.2 Khuyến nghị Qua kết đề tài tơi có số khuyến nghị sau: Về mặt mẫu làm thí nghiệm sấy: nhóm mẫu gỗ1 (có chiều dày cm) nhận thấy có tƣợng bị móp, nhóm mẫu gỗ (có chiều dày 2,5 cm) đầu mẫu bị nứt, cịn nhóm mẫu gỗ (có chiều dày cm) khơng có tƣợng xảy Điều chứng tỏ chế độ sấy phù hợp với loại gỗ có chiều dày cm Cịn với nhóm mẫu gỗ cm 2,5 cm phải chọn chế độ sấy mềm Cần nghiên cứu thêm loại gỗ khác để đề tài thêm phong phú 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Xn Tình: Khoa học gỗ NXB Nơng nghiệp 1998 Hồ Xuân Các, Nguyễn Hữu Quang: Công nghệ sấy NXB Nơng nghiệp 2005 Trần Văn Phú: Tính toán thiết kế hệ thống sấy NXB Giáo dục HN 2001 Bùi Hải, Trần Thế Sơn: Giáo trình Kỹ thuật nhiệt NXB Giáo dục HN 2005 Lê Hòa: Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm chế độ sấy gỗ dạng thiết bị sấy đối lƣu cƣỡng (báo cáo thạc sĩ khoa khọc kỹ thuật) Huế 2008 Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú: Truyền nhiệt NXB Giáo dục HN 2001 Trần Văn Phú: Những vấn đề chọn lọc lý thuyết truyền nhiệt truyền chất (giáo trình cao học) ĐHBK Hà Nội 1997 Trần Văn Phú: Dịch chuyển nhiều cấu tử q trình cơng nghệ phƣơng pháp xác định đặc trƣng nhiệt – chất số sản phẩm thực phẩm vậ liệu ẩm, luận án TSKH, Riga, 1988 Gantmkher R.: Lý thuyết ma trận Nauka, M, 1973 (Nga) 10.Luikov A.V, Mikhailov U.A, Lý thuyết truyền nhiệt truyền chất, Energetica,M.,1963 (tiếng Nga) 11.William Símpon, Anton Tenwolde, NXB Forest Produts Laboratory 2008 12.Gebhanrt B, Heat Conduction and Mass Diffusion, Mc Graw-Hill Inc N.Y 1993 13.Luikov A.V: Lý thuyết dẫn nhiệt, NXB lƣợng Moscow 1966 ( tiếng Nga) 44 ... tiến hành thực đề tài “ Nghiên cứu ảnh hƣởng chiều dày tới trình truyền nhiệt gỗ Keo tai tƣợng thiết bị sấy đối lƣu” CHƢƠNG NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.2 Lƣợc sử trình nghiên cứu Trái với nhiều chuyên... nghiên cứu đề tài - Xác định đánh giá đƣợc ảnh hƣởng chiều dày tới trình truyền nhiệt loại gỗ Keo tai tƣợng thiết bị sấy đối lƣu 1.3 Nội dung nghiên cứu -Tìm hiểu nguyên liệu lựa chọn nhiệt độ sấy. .. nghiên cứu khoa học gỗ Keo tai tƣợng về: đặc điểm cấu tạo gỗ, tính chất học, khả sấy gỗ, khả ứng dụng gỗ làm ván ghép thanh, ván dán ván dăm… Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu trình truyền nhiệt gỗ