Thiết kế hệ thống sấy gỗ

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 khơng 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 Đà Nẵng 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 khơng nhỏ vào ngân sách địa phương Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ chưa có nhận thức đắn vai trò 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”

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 khơng 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 Đà Nẵng 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 khơng nhỏ vào ngân sách địa phương Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp sản xuất chế biến gỗ chưa có nhận thức đắn vai trò 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 hồn thành xong đồ án Tuy nhiên, kiến thức tài liệu tham khảo hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót q trình thiết kế, em mong bảo Thầy Cuối em xin chân thành cám ơn Thầy Sinh viên thực Huỳnh Thái Bình SVTH : Huỳnh Thái Bình - Lớp : 08N1 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG Mục lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA GỖ 1.1 Vai trò độ ẩm gỗ mục đích sấy gỗ : 1.1.1 Vai trò độ ẩm gỗ : 1.1.2 Mục đích sấy gỗ : .4 1.2 Tính chất gỗ liên quan đến q trình sấy : 1.2.1 Cấu tạo gỗ : 1.2.2 Độ ẩm gỗ : 1.2.2.1 Độ ẩm tương đối : .5 1.2.2.2 Độ ẩm tuyệt đối gỗ : 1.2.2.3 Độ ẩm cân : 1.2.2.4 Độ ẩm bão thớ gỗ : 1.2.4.Tính chất nhiệt lý gỗ : 1.2.4.1.Tính giãn nở nhiệt : .8 1.2.4.2.Tính dẫn nhiệt : 1.2.4.3.Khối lượng riêng gỗ: 1.2.4.4.Nhiệt dung riêng gỗ : 1.3.Sự co rút biến dạng gỗ : 10 1.4 Các trạng thái ứng suất trình sấy gỗ : 11 1.5 Các nguyên nhân sinh ứng suất khuyết tật gỗ sấy : 13 1.5.1 Các nguyên nhân sản sinh ứng suất : 13 1.5.2 Các khuyết tật gỗ sinh trình sấy : 13 1.6 Các phương pháp sấy gỗ : 13 1.6.1 Phương pháp sấy đối lưu : 13 1.6.1.1 Phương pháp sấy nóng : 14 1.6.1.2 Phương pháp sấy lạnh : 14 1.6.2 Phương pháp sấy chân không : 15 1.6 Phương pháp sấy điện từ trường cao tần : .15 1.6.4 Phương pháp sấy tiếp xúc 15 1.7 Chế độ sấy quy trình sấy gỗ : 15 1.7.1 Chế độ sây gỗ : .15 1.7.2 Cơ sở thành lập chế độ sấy gỗ : 16 1.7.3 Các loại chế độ sấy gỗ : 16 1.7.2 Qui trình sấy gỗ : 17 1.7.2.1.Công tác chuẩn bị : 17 1.7.2.2.Xếp gỗ : 17 1.7.2.3 Vận hành sấy gỗ : 18 CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC BUỒNG SẤY 21 2.1 Chọn phương pháp sấy : 21 2.1.1 Giới thiệu phương pháp sấy đối lưu : 21 2.1.2 Chọn thiết bị sấy 21 2.1.3 Chọn tác nhân sấy chế độ sấy 22 2.1.3.1 Chọn tác nhân sấy: 22 2.1.3.2 Chọn chế độ sấy: .22 2.1.3.3 Nguyên lý tuần hoàn TNS buồng sấy : 23 2.1.4 Chọn vật liệu sấy cách xếp gỗ buồng sấy 24 2.1.4.1 Chọn vật liệu sấy: 24 2.1.4.2 Cách xếp vật liệu buồng sấy : .25 2.1.5 Chọn thời gian sấy : .26 SVTH : Huỳnh Thái Bình - Lớp : 08N1 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG 2.2 Xác định kích thước buồng sấy : 28 2.2.1.Kích thước lị sấy : 28 2.2.2 Kích thước bên hầm : 29 CHƯƠNG : TÍNH NHIỆT THIẾT BỊ SẤY 31 3.1 Xác định lượng nước bay : 31 3.1.1 Khối lượng riêng qui ước : 31 3.1.2 Lượng ẩm bay từ m3 gỗ: 31 3.1.3 Lượng ẩm bay mẻ sấy : 31 3.1.4 Lượng ẩm bay bình quân lò : 31 3.2 Xây dựng trình sấy lý thuyết xác định lượng khơng khí tuần hồn: 32 3.2.1 Quá trình sấy lý thuyết : .32 3.2.2 Xác định lưu lượng khơng khí tuần hồn : 35 3.2.2.1 Lượng không khí cần thiết để làm bay 1kg ẩm .35 3.2.2.2 Lượng không khí tuần hoàn mỗi giờ hầm 35 3.2.2.3 Lượng không khí tuần hoàn mỗi giờ theo thể tích .35 3.2.2.5 Tốc đô ̣ tác nhân sấy đống gỗ 36 3.2.2.6 Nhiệt lượng hữu ích dùng để làm bay kg ẩm: 36 3.2.2.7 Nhiệt lượng dùng để nung nóng gỗ trước sấy: .36 3.3 Tổn thất nhiệt môi trường xung quanh 36 3.3.1 Tổn thất nhiệt qua hầm sấy: 36 3.3.3 Tổn thất nhiệt qua trần hầm sấy : .38 3.3.4 Tổn thất nhiệt qua cửa hầm sấy : 39 3.4 Tính tốn qua trình sấy thực tế : 41 3.4.1 Xác định thông số trình sấy thực : 42 3.4.1.1 Xác định trạng thái khơng khí khỏi hầm : 42 3.4.1.2 Xác định trạng thái khơng khí hỗn hợp : .42 3.4.2 Xác định lượng khơng khí tuần hồn : 43 3.4.3 Nhiệt lượng có ích dung để làm bay kg ẩm khỏi vật liệu : 43 3.4.4 Tổng nhiệt tiêu hao : .44 CHƯƠNG : TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 46 4.1 Môi chất truyền nhiệt : 46 4.1.1 Khái quát môi chất truyền nhiệt : 46 4.1.2 Thông số nước : 46 4.2 Tính chọn Calorifer : 46 4.2.1 Cấu tạo : 46 4.2.2 Công suất nhiệt calorifer : .46 4.2.3 Tiêu hao nước calorifer : 46 4.2.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt calorifer : 47 4.3 Tính trở lực hầm sấy chọn quạt : 47 4.3.1 Tính trở lực hầm sấy : 47 4.3.1.1 Trở lực qua calorifer : 47 4.3.1.2 Trở lực đột thu qua đống gỗ : .48 4.3.1.3 Trở lực đột mở qua đống gỗ : 48 4.3.1.4 Trở lực qua đống gỗ : .48 4.3.1.5 Trở lực tính đến thiết bị khác buồng sấy : 49 4.3.2 Tính chọn quạt : 49 4.3.2.1 Trở lực tính tốn quạt : 49 4.3.2.2 Năng suất quạt : 49 4.3.2.3 Cột áp tính chọn quạt : 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO .50 SVTH : Huỳnh Thái Bình - Lớp : 08N1 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA GỖ  Mục đích: Giới thiê ̣u về vai trị độ ẩm gỗ, mục đích, quy trình ấy, cấu tạo của gỗ, các tính chất bản của gỗ liên quan đến quá trình sấy, các hiê ̣n tượng xảy quá trình sấy nhằm có các biê ̣n pháp xử lí thích hợp quá trình sấy để đảm bảo chất lượng gỗ sấy theo yêu cầu 1.1 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 hiđrô phân tử nước phân tử sellulose Ranh giới hai loại nước định điểm bão hồ thớ gỗ 1.1.2 Mục đích sấy gỗ : - Sấy gỗ trình loại bỏ nước khỏi gỗ (đến độ ẩm yêu cầu) nhờ 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 trình sử dụng, hạn chế cong vênh, nứt nẻ sản phẩm Đồng thời, sấy gỗ 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 : 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 khơ 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: v  SVTH : Huỳnh Thái Bình - Lớp : 08N1 Vl V  Vk  V V (1-1) Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG 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: F  FL F (1-2) Với 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 cơng 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 : 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: Hay: G  Wa1  G1  Wa2 G Wa2  - (1  Wa1 ) G2 (1-4) (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  G1  Wa1  Wa2 (1-6) - Như trình sấy, ta việc theo dõi khối lượng gỗ biết độ ẩm thời chúng biết cần dừng sấy lúc 1.2.2.2 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 SVTH : Huỳnh Thái Bình - Lớp : 08N1 Trang ĐỒ ÁN SẤY GỖ GVHD: TS.TRẦN VĂN VANG - 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 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 khô kiệt hồn tồn G = Ga tức lượng nước chứa gỗ Bảng 1.1 Quan hệ độ ẩm toàn phần khối lượng thành phần gỗ Wa, (-) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Ga, kg 400 233 150 100 66,7 42,9 25 11,1 Go, kg 100 100 100 100 100 100 100 100 100 167 83 50 33,3 23,8 17,9 13,9 11,1 G, kg - Từ bảng ta thấy giai đoạn đầu độ ẩm W a lớn giảm độ ẩm 10% lượng nước lớn, cuối q trình độ ẩm thấp, để giảm độ ẩm W a lượng 10% lượng ẩm bé 1.2.2.3 Độ ẩm cân : - Nếu ta đặt hai mẩu gỗ mơi trường khơng khí có độ ẩm  Một mẩu gỗ có độ ẩm ban đầu lớn mẩu có độ ẩm nhỏ, xấp xỉ 0% Người ta nhận thấy, độ ẩm mẩu gỗ ướt có xu hướng giảm dần độ ẩm mẩu gỗ khô tăng dần Độ ẩm hai mẩu có xu hướng tiệm cận dần đến giá trị gọi độ ẩm cân Wcb Thực tế cho thấy độ ẩm hai mẩu gỗ khó đạt giá trị cân mà thường chênh lệch từ 1÷3% xung quanh giá trị - Như đặt mơi trường khơng khí mẩu gỗ ướt khơ dần (độ ẩm giảm) thay đổi độ ẩm theo đường cong làm khơ, q trình gọi q trình làm khơ hay khử hấp thụ Ngược lại mẩu gỗ khô ẩm ướt dần (độ ẩm tăng) theo đường cong hút ẩm, trình gọi trình hút ẩm hay hấp thụ SVTH : Huỳnh Thái Bình - Lớp : 08N1 Trang ĐỒ ÁN SẤY G GVHD: TS.TRN VN VANG W, % 30 Quaùtrỗnh laỡm khọ cuớa gọự W Wcb Quaùtrỗnh huùt ỏứm cuớa gọự 10 h Hình 1-1: Quá trình cần độ ẩm gỗ - Theo G.K Phylonchenko độ ẩm cân vật liệu ẩm xác định bằng: 1/ n 1/ n B cb    b         100       b  ,% (2-12) - Trong B, b n số thực nghiệm cho bảng đây: Bảng 1-2 : 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: 1/  100  cbh  K1  0,435.K ln    100    (2-13) Trong K1 K2 số thực nghiệm xác định tuỳ thuộc vào khoảng cb Nếu cbh = 0÷8% < 