ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

L ỜI CẢM ƠN

2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

2.1.1. Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống thiết bị sấy gỗ của Công ty TNHH Bình Phú, tỉnh Bình Định.

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.

-Tại phân xưởng sấy gỗ của Công ty TNHH Bình Phú, tỉnh Bình Định.

-Thời gian nghiên cứu: từ tháng 9/2017 đến tháng 4/2018

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Nghiên cứu tài liệu nhằm thu thập các thông tin về tình hình trồng và chế biến

gỗở các địa phương, thông tin về các loại thiết bị sấy gỗlâm sản đang sử dụng trên thế giới và Việt Nam, đặc biệt là ở tỉnh Bình Định; các kết quả nghiên cứu về sấy gỗ của

các tác giả đã công bố trên các sách báo, ấn phẩm; chủ trương, đường lối chính sách

của Đảng, pháp luật của Nhà nước, của địa phương liên quan đến gỗ.

2.2.2. Phương pháp phỏng vấn chuyên gia

Thông qua quá trình tiếp cận thực tiễn tại những nơi có thiết bị sấy gỗ trên địa

bàn tỉnh Bình Định, phỏng vấn trực tiếp những người làm việc lâunăm, am hiểu chuyên sâu trong lĩnh vực sấy gỗ nhằm tiếp thu, tham khảo những kinh nghiệm quý báu của họ trong lĩnh vực này.

2.2.3. Phương pháp tính toán thiết kế máy

Trên cơ sở đánh giá, so sánh, phân tích những ưu, nhược điểm của các thiết bị

sấy gỗ hiện có, làm cơ sở cho việc tính toán xác định các thông số kỹ thuật của hệ

thống thiết bị sấy gỗ đối lưu cưỡng bứcnăng suất 175 m3/mẻ. Sử dụng các phương trình truyền nhiệt, cân bằng nhiệt để thiết lập mối quan hệ giữa các thông số cơ bản của quá trình sấy. Từ đó xác định các thông số cần thiết để tính toán thiết kế cải tiến hệ thống thiết bị sấy như: Buồng sấy, quạt gió, lò đốt.

CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH SẤY [4]

3.1.1. Thông số nhiệt vật lý của vật liệu ẩm

Khái niệm độ ẩm của vật bao gồm độ ẩm tương đối, độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm

cân bằng được mô tả như sau:

-Độẩm tương đối (W) còn gọi là độ ẩm toàn phần, là số phần trăm khối lượng nước chứa trong một kilogram vật liệu ẩm và được xác định theo công thức:

Ga.100%

W G

 % (3.1)

Trong đó : G là khối lượng vật liệu ẩm (kg)

Ga là Khối lượng nước có trong vật liệu ẩm (kg)

-Độẩm tuyệt đối (Wk) còn gọi là độ ẩm tính theo vật liệu khô, là số phần trăm nước chứa trong 1 kg vật liệu khô. Độ ẩm tuyệt đối được xác định theo công thức:

a .100% k k G W G  % (3.2)

Trong đó : Gk là khối lượng vật liệu khô kiệt (kg)

-Độ ẩm cân bằng là độ ẩm của vật khi ở trạng thái cân bằng với môi trường

xung quanh vật đó. Ở trạng thái này độ ẩm trong vậtlà đồng đều và phân áp suất hơi nước trên bề mặt vật ẩm bằng phân áp suất hơi nước trong không khí ẩm. Lúc này không tồn tại sự trao đổi ẩm giữa vật và môi trường. Do vậy, độ ẩm cân bằng phụ

thuộc vào trạng thái của môi trường bao quanh vật. Độ ẩm cân bằng được ký hiệu Wcb. Trong kỹ thuật sấy, độ ẩm cân bằng có ý nghĩa rất lớn, nó xác định giới hạn quá trình sấy và dùng để xác định mức bảo quản của mỗi loại vật liệu trong những điều kiện môi trường khác nhau.

-Một vật ẩm có độ ẩm W1 đặt trong môi trường không khí ẩm có trạng thái

nhất định t1,1. Nếu độ ẩm của W1 lớn hơn độ ẩm cân bằng tương ứng với trạng thái

không khí t1,1, thì vật ẩm sẽ thoát ẩm cho đến khi đạt trị số độ ẩm cân bằng Wcb.

Ngược lại nếu W1<Wcb thì vật sẽ hấp thu ẩm để độ ẩm của nó tăng lên cho tới khi đạt

3.1.2. Phân loại vật ẩm

Có nhiều cách phân loại vật ẩm. Dựa vào các tính chất vật lý của vật thể, vật ẩm được chia thành ba nhóm: vật xốp mao dẫn, vật keo và vật keo xốp mao dẫn.

Các vật sấy rất đa dạng, phong phú nên cách phân loại chỉ là tương đối. Tuy

nhiên, khi khảo sát quá trình sấy và chỉnh lý các kết quả nghiên cứu để áp dụng cho

những vật liệu và nhóm vật liệu khác nhau, thì sự phân loại này có ý nghĩa rất lớn. - Vật xốp mao dẫn: Những vật mà trong đó ẩm liên kết với vật liệu chủ yếu

bằng mối liên kết mao dẫn. Chúng có khả năng hút mọi chất lỏng dính ướt không phụ

thuộc vào thành phần hoá học của chất lỏng. Các vật liệu xây dựng, than củi, cát, thạch

anh... là những vật xốp mao dẫn. Ở những vật này lực mao dẫn lớn hơn rất nhiều so

với trọng lượng ẩm chứa trong vật và quyết định hoàn toàn sự lan truyền ẩm trong vật. Trong trường hợp trọng lượng ẩm cân bằng với lực mao dẫn thì những vật này gọi là vật xốp. Đặc điểm của những vật xốp mao dẫn là sau khi sấy khô nó trở nên giòn và có thể bị vỡ vụn thành bột.

- Vật keo: Là vật có tính dẻo do cấu trúc của nó, trong vật keo ẩm liên kết ở

dạng hấp thụ và thẩm thấu như: keo động vật, vật liệu xenlulô, tinh bột, đất sét... Các vật keo có đặc điểm chung là khi sấy bị co ngót nhiều và vẫn giữ được tính dẻo.

Để đơn giản công việc nghiên cứu và tính toán, trong kỹ thuật sấy người ta

khảo sát các vật keo như các vật giả xốp mao dẫn. Khi đó các vật keo được xem như

vật xốp mao dẫn có cấu trúc mao quản nhỏ.

-Vật keo xốp mao dẫn: Những vật thể mà trong đó tồn tại ẩm liên kết có trong

cả vật keo và vật xốp mao dẫn thì được gọi là vật keo xốp mao dẫn. Các vật liệu như

gỗ, than bùn, các loại hạt, một số thực phẩm thuộc loại này. Về cấu trúc, vật keo xốp

mao dẫn thuộc loại xốp mao dẫn, nhưng về bản chất lại là các vật keo, có nghĩa là thành mao dẫn của chúng có tính dẻo, khi hút ẩm các mao quản trương lên, khi sấy

khô thì co lại. Phần lớn các vật keo xốp mao dẫn khi sấy khô trở nên giòn.

3.1.3. Các thông số trạng thái của tác nhân sấy

Tác nhân sấy là những chất dùng để truyền nhiệt cho vật liệu sấy và chuyên chở lượng ẩm tách ra từ vật sấy. Trong quá trình sấy, môi trường xung quanh luôn được bổ sung lượng ẩm thoát ra từ vật sấy. Nếu độ ẩm này không được mang đi thì độ ẩm tương đối của không khí bao quanh vật thể sấy sẽ tăng lên đến khi đạt giá trị cân bằng

giữa vật sấy và môi trường bao quanh thì quá trình thoát ẩm vật sấy ngừng lại. Như

vậy, cùng với việc cấp nhiệt cho vật ẩm để hoá hơi ẩm lỏng, đồng thời phải tải ẩm đã thoát ra khỏi vật vào môi trường. Đó cũng chính là nhiệm vụ cơ bản của tác nhân sấy.

Không khí ẩm là loại tác nhân sấy có sẵn trong tự nhiên, không khí ẩm là hỗn

hợp của nhiều chất khí khác nhau và có chứa một lượng hơi nước nhất định. Khi

nghiên cứu người ta coi không khí ẩm gồm hai thành phần chính là không khí khô và

hơi nước. Không khí khô (khí lý tưởng) được gọi là thành phần cố định, còn hơi nước

là thành phần luôn thay đổi trong không khí ẩm. Để đơn giản coi không khí ẩm là hỗn

hợp khí lý tưởng, tức là:

Khối lượng không khí ẩm (G) bằng tổng khối lượng của không khí (Gk) và hơi nước (Gh) trong không khí ẩm

GGk+ Gh (kg) (3.3) Thể tích không khí ẩm (V) bằng thể tích không khí khô (VK) và thể tích hơi nước (Vh ) được phân bố đều trong vật ẩm

V= VK + Vh (m3) (3.4) Nhiệt độ của không khí khô (tk) bằng nhiệt độ của hơi nước (th)và chính là nhiệt độ của không khí ẩm (T)

T = tk = th ( oC ) (3.5) Áp suất của không khí (P) bằng tổng phân áp suất không khí khô (Pk) và phân áp suất của hơi nước (Ph).

P = Pk + Ph (atm) (3.6) Tuỳ theo trạng thái hơi nước trong không khí ẩm, người ta chia không khí ẩm

thành ba loại:

- Không khí ẩm chưa bão hoà, là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước chứa

trong đó chưa đạt đến mức tối đa, có nghĩa là vẫn còn khả năng chứa thêm nước.

- Không khí ẩm bão hoà, là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa đến

mức tối đa.

- Không khí ẩm quá bão hoà là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa đến mức tối đa và còn chứa thêm cả nước ngưng tụ.

Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm là lượng hơi nước (tính bằng g) chứa trong l

m3 không khí ẩm. Độ ẩm tuyệt đối ký hiệu là ρ.

.1000

h G

V

 (g/m3) (3.7)

Độ ẩm tuyệt đối có giá trị bằng khối lượng riêng của không khí ẩm:

h.1000

h

G V

  (g/m3) (3.8)

Như vậy, độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm thay đổi trong khoảng 0 < ρ < ρ max.

Khi nhiệt độ không khí ẩm tăng thì ρ max cũng tăng.

Độ ẩm tương đối

Độ ẩm tương đối của không khí là tỷ số giữa lượng hơi nước chứa trong không

khí ẩm với lượng hơi nước lớn nhất có thể chứa trong không khí ẩm ở cùng một nhiệt độ. Độ ẩm tương đối đo bằng %, ký hiệu là .

= max .1000 h h G G (%) (3.9) Gh -Lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm (kg)

Ghmax - Lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm ở trạng thái bão hoà (kg) Từ các phương trình trạng thái của hơi nước ở trạng thái đã cho và trạng thái

bão hoà ta có thể xác định được Gh và Ghmax

Vậy: s . .100 .100 . h h h h hs h V P R T P V P P R T   (%) (3.10)

Độ chứa ẩm của không khí ẩm

Độ chứa ẩm của không khí ẩm là khối lượng hơi nước chứa trong l kg không

d = h.1000

k

G

G (g/kgKKK) (3.11) Từ phương trình trạng thái Ghkg hơi nước và GK kg không khí khô ta có:

Gh = h h P V R T và Gh = k k P V R T Vậy: d = h. k1000 k h P R P R Vì Rh = 8314/18 (J/kgL) và Rk = 8314/29 (J/kgL) nên ta có: d = 622 h k P P = 622 h h P PP (3.12)

Khi thay ph = ρ.phsta được: d = 622 s s . . h h P p P    (3.13) Khi không khí ẩm có nhiệt độ t > 1000C thì phs = p nên ta có:

d =6 2 2 1

 

 (3.14)

Như vậy trong trường hợp này, nếu d = const sẽ kéo theo  = const.

Ở mỗi nhiệt độ không khí ẩm có một độ ẩm chứa cực đại ứng với trạng thái bão hòa, lúc đó  = 100%, vậy ta có: dmax = 622. s s h h p pp (3.15) hay phs = max max . 622 p d d

 và ở trạng thái bão hòa phs = .

622

p d d

 (3.16) Nhiệt dung riêng của không khí ẩm

Khi đã xem không khí ẩm là hỗn hợp của khí lý tưởng thì nhiệt dung riêng của

không khí ẩm được xác định theo công thức nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí lý tưởng:

C = ... 0, 001. . 1 0, 001. k h C d C d   (kJ/kg0K) (3.17)

Ck 1 kJ/kg0K - Nhiệt dung riêng của không khí khô

Ch 1,97 kJ/kg0K - Nhiệt dung riêng của hơi nước

Thể tích riêng và khối lượng riêng của không khí ẩm

Thể tích riêng của không khí ẩm là v : v= V Vk G  G (m3/ kg) v = (1 0, 001d) 1 0, 001d k k k V V G    vk = k 287 k n R T T

P  pp thể tích riêng của không khí khô (m3/kg) Vậy: v = s 287 287 ( h)(1 0, 001d) ( h)(1 0, 001d) T T p p   pp  (m3/kg) (3.18)

Khối lượng riêng của không khí ẩm ρ được xác định theo công thức:

ρ = ( s)(1 0, 001d) 287 h p p T    (m3/kg)

Mặt khác, có thể xác định khối lượng riêng theo phương trình trạng thái:

1 1 ( ) ( ) k h k h h h k h k h k h k h p p P P p p P R T R T T R R T R R          1( h h) 1( hs hs) k k h k k h P P P P P P T R R R T R R R        

Sau khi thay các trị số Rk= 287 J/kg K và Rh= 461,9J/kg K vào công thức trên và biến đổi ta được: s (1 0, 378 ) 287 h p p T p    (m3/kg) (3.19)

Entanpi của không khí ẩm

Entanpi của không khí ẩm I bằng tổng entanpi của không khí khô và entanpi của hơi nước, tức là:

I = ik+ 0,001.d.ih (kJ/kg KKK) (3.20)

ik = Ck.t - entanpi của không khí khô (kJ/kgK)

ih = r + Ch.t - entanpi của hơi nước (kJ/kgK)

Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí Ck = 1kJ/kgK, của hơi nước

Ch = 1,97kJ/kgK, nhiệt ẩn hoá hơi của nước lấy trị số trung bình r = 2493 (kJ/kg). Vậy ta có: I= t +0,001d (2493+1,97t) (kJ/kgKKK)

Trường hợp không khí ẩm quá bão hoà, trong không khí ẩm còn có những giọt nước ngưng dạng sương mù. Nếu gọi ds là lượng nước ngưng chứa trong lkg không

khí khô, ta có:

I= iK + 0,001 dih + 0,001dnin

Có thể xác định entanpi của nước in theo công thức in = Cnt, với Cn = 4,18 (kJ/kgK), vậy ta có:

I = t + 0,001d(2493 + 1,97t) + 0,00418 dnt (kJ/kg KKK) (3.21) Đồ thị I-d của không khí ẩm

Đăc điểm của đồ thi I-d

Trong kỹ thuật nhiệt, đồ thị I-d rất quan trọng, được dùng để xác định các tiêu hao không khí và tiêu hao nhiệt trong quá trình sấy; đồng thời, xác định các thông số

của không khí ẩm trong buồng sấy nhằm xác định các chế độ làm việc của thiết bị. Đồ thị I-d được thành lập với hai trục toạ độ I và d hợp nhau một góc 135°C. Tuy vậy, trục d người ta vẽ vuông góc với trục I. Do vậy, khi xác định entanpi của

không khí ẩm trên đồ thị ta phải kẻ qua điểm cần xác định đường I= const là đường

thẳng hợp với trục tung (biểu diễn I) một góc 135°C.

Đồ thị I-d được thành lập với một áp suất nhất định của không khí ẩm, thường với áp suất khí quyển p = 745mmHg. Trường hợp đặc biệt, khi không khí ẩm có áp suất khác với áp suất khí quyển, ta phải thiết lập riêng đồ thị I-d cho áp suất cần dùng.

Cách thành lập đồ thị I-d

Hình 3.1. Đồ thị I – d

- Xây dựng đường cong ph = f(d)

Đường cong ph= f(d) được xây dựng dựa trên cơ sở phương trình: Ph = 622 d p d 

Trên đồ thị, trục phđược đặt bên phải đối diện với trục I

- Xây dựng họ đường t = const

Từ phương trình I= t + 0,001d/(2493 + 1,97t), ta có: ( I)t 2493 1, 97t d    

Khi t là một hằng số thì vế phải cũng là hằng số. Đường biểu diễn quan hệ

I=f(d)t=const là các đường thẳng có độ dốc dương. Khi t càng lớn, độ dốc càng lớn, vì vậy chùm đường thẳng I=f(d)t=const là phân kỳ.

Trong vùng quá bão hoà thì:

I= t + 0,001 dmax(2493 + 1,97t) + 0,0418t

Độ dốc của đường thẳng nhiệt là: ( I)t

d



 = 0,00418t

Vậy, trong vùng quá bão hoà đường đẳng nhiệt vẫn là đường thẳng, nhưng độ

- Xây dựng họđường  = const.

Các đường cong = const được xây dựng từng điểm một nhờ đường cong

ph=f(d)và các đường thẳng t = const.

- Xây dựng đường cong = 100%.

Với nhiệt độ t1, dùng bảng hơi nước (phụ lục 1)xác định phsl. Từ trị số Phsl kẻ đường

thẳng song song với trục hoành đến gặp đường ph = f(d ) tại điểm 1’. Từ điểm 1’ kẻ đường song song với trục tung, đường thẳng này cắt đường thẳng t1= const tại điểm 1.

Ta được một giá trị của đường cong  = 100%. Làm tương tự với nhiều giá trị

nhiệt độ ta sẽ được đường cong = 100%.

- Xây dựng đường cong = const ( = 50%).

Với nhiệt độ t1, dùng bảng hơi nước (phụ lục 1) ta xác định được phs1, sau đó xác định phl = φ1 phsl = 0,5phsl. Từ trị số phsl kẻ đường song song với trục hoành