Thiết kế hệ thống sấy gỗ 20 m3 mẻ với môi chất mang nhiệt là khói nóng (kèm bản vẽ CAD)

ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG Mục lục CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA GỖ 1.1.Vai trị độ ẩm gỗ mục đích sấy gỗ: 1.1.1 Vai trò độ ẩm gỗ: 1.1.2 Mục đích sấy gỗ: 1.2 TÍNH CHẤT CỦA GỖ LIÊN QUAN ĐẾN QUÁ TRÌNH SẤY 1.2.1 Cấu trúc gỗ: 1.2.2 Tính chất hóa học gỗ 1.2.3 Độ ẩm Gỗ 1.2.3.1 Độ ẩm tương đối 1.2.3.2.Độ ẩm tuyệt đối 1.2.3.3.Độ ẩm cân 1.2.3.4.Độ ẩm bão thớ gỗ 1.2.4.Tính chất nhiệt lý gỗ: 1.2.4.1.Tính giãn nở nhiệt 1.2.4.2.Tính dẫn nhiệt * Ảnh hưởng khối lượng riêng gỗ * Ảnh hưởng độ ẩm * Ảnh hưởng nhiệt độ 1.2.4.3.Khối lượng riêng gỗ: 1.2.4.4.Nhiệt dung riêng gỗ: 1.3.Sự co rút biến dạng gỗ 1.4 Các trạng thái ứng suất trình sấy gỗ 1.5 Các nguyên nhân sinh ứng suất khuyết tật gỗ lức sấy 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY GỖ 1.6.1 Phương pháp sấy đối lưu 1.6.1.1.Phương pháp sấy nóng 1.6.1.2.Phương pháp sấy lạnh 1.6.2 Phương pháp sấy chân không 1.6 Phương pháp sấy điện từ trường cao tần 1.6.4 Phương pháp sấy tiếp xúc 1.7.CHẾ ĐỘ SẤY VÀ QUY TRÌNH SẤY GỖ: 1.7.1 Chế độ sây gỗ: 1.7.1.2.Cơ sở thành lập chế độ sấy gỗ 1.7.1.3.Các loại chế độ sấy gỗ 1.7.2.Qui trình sấy gỗ 1.7.2.1.Cơng tác chuẩn bị 1.7.2.2.Xếp gỗ SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG 1.7.2.3.Chọn xây dựng chế độ sấy CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ SẤY 2.1 Chọn phương pháp sấy 2.1.1 Chọn thiết bị sấy 2.1.2 Giới thiệu phương pháp sấy đối lưu 2.1.3 Chọn tác nhân sấy, chế độ sấy quy trình sấy 2.1.4 Chọn vật liệu cách xếp vật liệu buồng sấy 2.2 Tính tốn q trình sấy lý thuyết 2.2.1 Trạng thái khơng khí bên ngồi 2.2.2 Các thơng số trạng thái khơng khí buồng sấy 2.2.3 Khối lượng gỗ vào giai đoạn 2.2.4 Các thông số trạng thái giai đoạn 2.3 Xác định kích thước buồng sấy CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN NHIỆT Q TRÌNH SẤY 3.1 Tính tốn nhiệt buồng sấy theo lý thuyết: 3.1.1 Tổn thất vật liệu mang 3.1.2 Tổn thất môi trường 3.1.3 Nhiệt lượng tiêu hao 3.1.4 Lượng nhiệt tác nhân sấy mang 3.1.5 Tổng lượng nhiệt trình sấy 3.1.6 Lượng nhiệt tiêu hao trình sấy 3.2 Tính tốn q trình nhiệt thực tế: 3.2.1 Xác định thơng số q trình sấy thực tế 3.2.2 Lượng khơng khí khơ thực tế 3.2.3 Lượng nhiệt tiêu hao thực tế 3.2.4 Tổng tổn thất nhiệt thực tế 3.3 Hiệu suất nhiệt hệ thống sấy CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 4.1 Tính chọn Calorife 4.2 Tính chọn quạt SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, Việt Nam nhiều nước giới sản phẩm chế biến từ gỗ đóng vai trị quan trọng khơng mặt thẩm mỹ mà cịn lợi ích kinh tế Hầu hết gỗ khai thác từ rừng, có phần không nhỏ gỗ khai thác bất hợp pháp, làm cho tài nguyên rừng ngày cạn kiệt Để nâng cao ý thức việc khai thác gỗ, cần tăng cường trồng rừng thay nâng cao khả chế biến gỗ nhằm sử dụng cách tối đa lượng gỗ khai thác Ở Việt Nam có nhiều doanh nghiệp chế biến gỗ tập trung chủ yếu TP Hồ Chí Minh, Bình Dương Bình Định Các doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ góp phần quan trọng phát triển chung nghành sản xuất chế biến gỗ xuất Việt Nam đóng góp phần không nhỏ vào ngân sách địa phương Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ chưa có nhận thức đắn vai trị quan trọng việc sấy gỗ Một số doanh nghiệp có quan tâm đến việc sấy gỗ chủ yếu làm theo kinh nghiệm, khơng theo quy trình bản, kỷ thuật Trong đó, hạn chế lớn doanh nghiệp khả nhận biết tính chất gỗ, để từ có chế độ sấy phù hợp tránh xảy khuyết tật cho gỗ Đây lần nhận đề tài “Thiết kế hệ thống sấy gỗ” mang tính chất đào sâu chuyên nghành Sau thời gian giao hướng dẫn tận tình Thầy giáo TS Trần Văn Vang em hoàn thành xong đồ án Tuy nhiên, kiến thức tài liệu tham khảo hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót trình thiết kế, em mong bảo Thầy Cuối em xin chân thành cám ơn Thầy Sinh viên thực : Bùi Ngọc Dũng SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA GỖ 1.2 Vai trò độ ẩm gỗ mục đích sấy gỗ: 1.1.1 Vai trị độ ẩm gỗ: Quá trình sấy gỗ trình rút nước gỗ ra, tức trình làm bay nước gỗ, q trình làm khơ gỗ Lượng nước chứa gỗ tồn nhiều dạng khác nhau, chủ yếu hai 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 sellulose 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 Theo nhà bác học Kebol nghiên cứu đưa kết luận: Gỗ bị mục độ ẩm gỗ nằm phạm vi (22 ÷ 130)% Trong phạm vi ẩm gỗ làm biến dạng cong vênh xà, dầm cột làm giảm độ bền sức chịu lực vật liệu Trong hàng mộc dân dụng gia cơng chế biến gỗ, ẩm gây co rút biến dạng hình thể sản phẩm gia công làm biến màu, bị nấm, nứt nẻ giảm chất lượng thành phẩm Qua nhiều nghiên cứu thực nghiệm cho thấy độ bền học gỗ tăng độ ẩm gỗ giảm từ (30 ÷ 0) Trong ngành sử dụng gỗ, yêu cầu vật liệu gỗ phải khô, không co rút, cong vênh, có khả chống nấm ăn, tránh màu chịu đựng cơng trùng.Gỗ khơ độ dẫn điện dẫn nhiệt thấp, nhiệt trị tăng lên, gỗ khô dễ thấm, tẩm chất cần thiết để chống mối mọt, tăng thời gian sử dụng đồ gỗ 1.1.2 Mục đích sấy gỗ: Sấy gỗ q trình loại bỏ nước khỏi gỗ (đến độ ẩm yêu cầu) nhờ q trình bay nước.Sấy gỗ có vai trị quan trọng, góp phần làm giảm khối lượng gỗ lại tăng cường độ, nâng cao tính ổn định kích thước gỗ q trình sử dụng, hạn chế cong vênh, nứt nẻ sản phẩm Đồng thời, sấy gỗ cịn nâng cao khả dán dính gỗ với nhau, khả trang sức cho gỗ, khả chống nấm mốc, sinh vật hại gỗ nâng cao tính âm gỗ … Một vấn đề cần lưu ý trình sấy gỗ khâu xử lý nhiệt,xử lý chừng, xử lý cuối … Chẳng hạn, mục đích khâu xử lý nhiệt làm nóng gỗ mơi trường có độ ẩm bão hịa khơng khí cao nâng cao khả ẩm gỗ giai đoạn sau Mục đích khâu xử lý chừng làm giảm tượng nứt nẻ bề mặt gỗ xảy độ ẩm lớp mặt khô nhanh, độ ẩm bên cao Khâu xử lý cuối nhằm loại bỏ không đồng độ ẩm gỗ bề mặt cắt ngang, loại bỏ ứng suất dư xảy vết nứt ngầm biến dạng gỗ sau sấy … 1.2 Tính chất gỗ liên quan đến trình sấy: SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG 1.2.1 Cấu tạo gỗ: Gỗ nhiều vật liệu ẩm khác có cấu trúc xốp Khoảng cách phân tử cấu tạo nên khung vật chất khô lơn 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: εv = Vl V − Vk = V V (1-1) Trong đó: V, Vl, Vk - Thể tích vật liệu ẩm, lỗ xốp phần khung vật liệu khô, m ; Độ xốp bề mặt xác định theo công thức: εF = FL F (1-2) FL, - tổng diện tích lỗ xốp mặt cắt có diện tích F Cấu tạo gỗ có liên quan chặt chẽ đến tính chất gỗ khuyết tật tự nhiên, sở cho nhận biết, gia công, chế biến sử dụng đồ gỗ Hiểu rõ vấn đề sử dụng mục đích xác định chế độ gia công hợp lý, qua nâng cao hiệu suất sử dụng gỗ Chẳng hạn, thiên nhiên có hai loại gỗ gỗ rộng (gỗ cứng) gỗ kim (gỗ mềm) Trong đó, phần tia gỗ loại gỗ rộng chiếm (5÷10)% thể tích cây, với gỗ kim tia gỗ chiếm (1÷2)% thể tích Đồng thời, cần nắm khuyết tật tự nhiên gỗ như: Mắt gỗ, khuyết tật hình dạng (cong, thót nhọn, u bạch, bọng lõm …), khuyết tật cấu tạo (thớ nghiêng, loạn thớ, gỗ lệch tâm, gỗ hai tâm …) 1.2.2 Độ ẩm gỗ: Độ ẩm có ảnh hưởng lớn đến tính chất gỗ Nước nằm gỗ có ba dạng: nước mao dẫn (tự do), nước hấp thụ nước liên kết 1.2.2.1 Độ ẩm tương đối: Độ ẩm tương đối 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 G 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 SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 (1-4) Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ Hay: GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG Wa2 = - G1 (1 − Wa1 ) G2 (1-5) Trong thực tế để sấy gỗ ta thường xác định khối lương gỗ ban đầu G 1, độ ẩm ban đầu Wa1 độ ẩm cuối trình Wa2 sấy cần đạt được, khối lượng gỗ cuối trình sấy là: G =G 1 − Wa1 − Wa2 (1-6) Như trình sấy, ta việc theo dõi khối lượng gỗ biết độ ẩm thời chúng biết cần dừng sấy lúc 1.2.2.2 Độ ẩm tuyệt đối gỗ : 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 tương đối, 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 tương đối tuyệt đối sau: W= Wa W Wa = - Wa W +1 (1-9) Ta xác định lượng nước thoát 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 = G W1 - W2 W - W2 = G1 1 + W2 + W1 (1-11) Nếu sấy khơ kiệt hồn tồn ∆G = Ga tức lượng nước chứa gỗ Bảng 2.1 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 100 100 100 100 100 100 100 100 100 167 83 50 33,3 23,8 17,9 13,9 11,1 ∆G, kg - SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG Từ bảng ta thấy giai đoạn đầu độ ẩm W a lớn giảm độ ẩm 10% lượng nước thoát lớn, cuối trình độ ẩm thấp, để giảm độ ẩm W a lượng 10% lượng ẩm thoát bé 1.2.2.3 Độ ẩm cân Wcb [%] : Nếu ta đặt hai mẩu gỗ mơi trường khơng khí có độ ẩm ϕ 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 W cb 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 Như đặt mơi trường khơng khí mẩu gỗ ướt khơ dần (độ ẩm giảm) thay đổi độ ẩm theo đường cong làm khô, 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 hp th W, % 30 Quaù trỗnh laỡm khọ cuớa gọự W Wcb Quaù trỗnh huùt ỏứm cuớa gọự 10 τ, h Hình 2-1: Quá trình cần độ ẩm gỗ Theo G.K Phylonchenko độ ẩm cân vật liệu ẩm xác định bằng: 1/ n    B   ϕ  ωcb =    b   100 − ϕ   b  1/ n ,% (2-12) Trong B, b n số thực nghiệm cho bảng đây: Bảng 2-1 : Các giá trị thực nghiệm B, b n Vật liệu B b N Len 205 0,75 Tơ tằm 730 Bông 45 Gỗ 81 Thuốc 273 Đối với loại hạt, G.A Egorov đề xuất công thức xác định độ ẩm cân hấp phụ sau: SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG 1/ ωcbh  100  = K1 + 0,435.K ln   100 − ϕ  (2-13) Trong K1 K2 số thực nghiệm xác định tuỳ thuộc vào khoảng ωcb Nếu ωcbh = 0÷8% < ϕ 30%)(Giai đoạn sấy đẳng tốc): Giai đoạn kéo dài thời gian đủ gỗ sấy khơ gần đến điểm bão hồ thớ gỗ thời gian dài hay ngắn, phụ thuộc vào độ ẩm ban đầu(Wa), loại gỗ kích thước ván (theo quy trình sấy) sấy (Δt) không lớn Mặc dù giai đoạn ẩm nhiều, có cường độ thoát ẩm lớn, thường xảy trường hợp chai cứng bề mặt gỗ cản trở thoát ẩm sau, kéo dài thời gian sấy ; bề mặt gỗ bị nứt Trong thời gian cần trì nhiệt độ sấy ổn định, nhiệt độ sấy ban đầu hãm không cho lớp gỗ bề mặt khơ q nhanh, để đảm bảo q trình di chuyển ẩm từ bên mặt gỗ cách liên tục mức tối đa phù hợp với loại gỗ sấy Theo kinh nghiệm, giai đoạn cần phải đóng cửa khí tăng ∆t = 7÷10oC (đối với gỗ dễ sấy) ∆t = 5÷7oC (đối với gỗ khó sấy) - Giai đoạn xử lý chừng Xử lý chừng thường thực loại gỗ khó sấy (dễ sinh khuyết tật, gỗ có qui cách lớn ) Để tiến hành giai đoạn ta phải phun ẩm liên tục suốt thời gian xử lý chừng, phụ thuộc vào qui cách gỗ (≈2 giờ/1cm chiều dày gỗ) SVTH : Bùi Ngọc Dũng - Lớp : 06N2 3457040 Trang 20 ... riêng gỗ: - Nhiệt dung riêng gỗ lượng nhiệt cần thiết tính kJ để làm nóng kg gỗ tăng lên 1oC - Gỗ có nhiệt dung riêng lớn , muốn làm nóng gỗ phải cung cấp cho lượng nhiệt lớn Nhiệt dung riêng gỗ. .. chế độ sấy gỗ: - Trước sấy cần làm nóng gỗ Thơng thường gỗ trước sấy làm nóng lên đến nhiệt độ cao nhiệt độ bắt đầu sấy ít, nhằm mục đích tạo điều kiện cho ẩm bên gỗ di chuyển từ bên mặt gỗ bay... trực tiếp vào hầm lò để sấy gỗ Nhược điểm phương pháp sấy tác nhân sấy làm ảnh hưởng đến chất lượng gỗ gỗ bị ám khói, có mùi vv… * Sấy nhiệt Hơi nhiệt sử dụng để sấy gỗ trực tiếp Đây phương pháp