Chương 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
4.6. Vùng phù hợp của thông số công nghệ xử lý thủy - nhiệt cho gỗ Bạch n
Nghiên cứu ứng dụng của các kỹ thuật nói chung và Công nghệ Chế biến lâm sản nói riêng, việc xác định thông số công nghệ của quá trình nghiên cứu có ý quan trọng quyết định sự thành công của sản phẩm. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án này, tác giả dùng kỹ thuật máy tính để thiết lập các phương trình tương ứng với từng tính chất thông qua kết quả thông qua thực nghiệm, kiểm tra và xác định; Dùng phương pháp chuyên gia phân tích, xây dựng và chia các trọng số của kết quả nghiên cứu hai biến số là nhiệt độ, thời gian theo bảng 4.18.
Bảng 4.18. Chia trọng số các tính chất
TT Tính chất Trọng số theo nhóm Trọng số
1 ASE
Vật lý 1/2
2/3 6/18
2 WRE
1/3 2/3 2/18
3 KLTT 1/3 1/18
4 ĐBUT
Cơ học 1/2 2/3
1/2 3/18
5 ND
1/2
1/3 1/18
6 NN-TT 1/3 1/18
7 NN- XT 1/3 1/18
8 ĐNBM
Công
nghệ 1/3
1/3 1/18
9 KTMK 1/3 1/18
10 BTMK 1/3 1/18
Các bước để xác định miền thông số công nghệ phù hợp cho x lý thủy nhiệt gỗ Bạch đàn trong điều kiện thực nghiệm theo các chỉ tiêu về tính chất cơ học, vật lý và tính chất công nghệ đƣợc thực hiện nhƣ sau:
Bước 1: Xác định hàm mục tiêu và trọng số ưu tiên của từng hàm.
Trong luận án, các hàm số mục tiêu tham gia tính toán đƣợc xác định đƣợc trình bày ở phần (1), gồm các phương trình từ 4.2b đến 4.10b.
Bằng phương pháp chuyên gia, các hàm mục tiêu này được phân thành 3 nhóm:
nhóm tính chất cơ học, nhóm tính chất vật lý và nhóm tính chất gia công của gỗ. Các giá trị trọng số ƣu tiên (gia quyền) đƣợc xác định nhƣ ở bảng 4.18.
Bước 2: Triệt tiêu thứ nguyên của các hàm mục tiêu.
Bước 3: Đồng nhất mục tiêu.
Bước 4: Xây dựng phương trình mục tiêu tổng hợp.
Bước 5: Xác định giá trị và miền phù hợp theo phương trình tổng hợp.
(1) Các phương trình dạng thực của các tính chất tham gia giải tối ưu gồm:
- Khối lƣợng thể tích (KLTT):
Y= 1,208 - 0,0068T + 0,0000165T2 + 0,011τ - 0,000085Tτ - 0,0005τ2 (4.1b).
- Hệ số chống trương nở (ASE):
Y= - 49,4679 + 0,80722T - 0,001783T2 + 0,6872τ - 0,00054Tτ + 0,0463τ2(4.2b).
- Hiệu suất chống hút nước (WRE):
Y= 46,685 - 0,643T + 0,00295T2 - 1,071τ + 0,0168Tτ - 0,005τ2 (4.3b).
- Độ bền uốn tĩnh (ĐBUT):
Y= 39,121 + 1,441T - 0,0071T2 - 3,843τ + 0,00892Tτ - 0,15τ2 (4.4b).
- Độ bền nén dọc thớ (ND):
Y= 47,3142 + 0,48898T - 0,0025T2 + 0,32τ - 0,0166Tτ + 0,104τ2 (4.5b).
- Độ bền nén ngang thớ theo chiều xuyên tâm (NN-XT):
Y= 5,414 + 0,100125T - 0,00055T2 - 0,1564τ + 0,00079Tτ - 0,039τ2 (4.6b).
- Độ bền nén ngang thớ theo chiều tiếp tuyến (NN-TT):
Y= 6,7894 + 0,04898T - 0,0003018T2 - 0,03304τ + 0,0015Tτ - 0,0215τ2 (4.7b).
- Độ nhám bề mặt (ĐNBM):
Y= 471,101 - 4,0892T + 0,01105T2 - 14,977τ + 0,01838Tτ + 1,5227τ2 (4.8b).
- Độ bền kéo trƣợt màng keo (KTMK):
Y= - 11,5747 + 0,27958T - 0,00106T2 - 0,5177τ + 0,00275Tτ - 0,0526τ2 (4.9b).
- Độ bong tách màng keo (BTMK):
Y= 63,2241 - 0,7816T + 0,00328T2 + 1,131τ - 0,004Tτ + 0,0817τ2 (4.10b).
(2) Triệt tiêu thứ nguyên của các tính chất:
Mục đích của việc triệt tiêu thứ nguyên của các tính chất là để đƣa các tích chất (vật lý, cơ học và công nghệ) thành các trị số và không có thứ nguyên. Sau khi triệt tiêu thứ nguyên các giá trị của các tinh chất biến động từ 0 đến 100.
Công thức triệt tiêu thứ nguyên:
Y – min
∆/100
Trong đó: - Y là hàm số dạng thực của các tính chất;
- ∆ là khoảng biến động (∆ = max - min).
Ta được phương trình của các tính chất như sau:
- Hệ số chống trương nở(ASE):
Y= - 428,49 + 4,85335T - 0,0101T2 + 3,90189τ - 0,0031Tτ + 0,26289τ2 (4.11).
- Hiệu suất chống hút nước (WRE):
Y= 118,813 - 2,3415T + 0,01074T2 - 3,9τ + 0,06131Tτ - 0,0175τ2 (4.12).
- Khối lƣợng thể tích (KLTT):
Y= 569,311 - 5,267T + 0,01277T2 + 8,51393τ - 0,0658Tτ - 0,387τ2 (4.13).
- Độ bền uốn tĩnh (ĐBUT):
Y= - 4,211 + 2,33446T - 0,0115T2 - 6,2256τ + 0,01444Tτ - 0,2432τ2 (4.14).
- Độ bền nén dọc thớ (ND):
Y= 36,1791 + 1,66193T - 0,0087T2 + 1,0876τ - 0,0565Tτ + 0,35449τ2 (4.15).
- Độ bền nén ngang thớ theo chiều tiếp tuyến (NN-TT):
Y= 67,9361 + 1,41436T - 0,0087T2 - 9,5417τ + 0,04332Tτ - 0,6209τ2 (4.16).
- Độ bền nén ngang thớ theo chiều xuyên tâm (NN-XT):
Y= 33,4724 + 1,83168T - 0,0101T2 - 2,8612τ + 0,01445Tτ - 0,7208τ2 (4.17).
- Độ nhám bề mặt (ĐNBM):
Y= 899,851 - 9,1876T + 0,02482T2 - 33,65τ + 0,04128Tτ + 3,42119τ2 (4.18).
- Độ bền kéo trƣợt màng keo (KTMK):
Y= - 285,97 + 5,93815T - 0,0226T2 - 10,996τ + 0,05841Tτ - 1,1172τ2 (4.19).
- Độ bong tách màng keo (BTMK):
Y= 235,937 - 4,0525T + 0,017T2 + 5,86433τ - 0,0205Tτ + 0,42362τ2 (4.20).
(3) Đồng nhất mục tiêu:
Việc giải bài toán tối ƣu mà các hàn số tham dự phải cùng một mục tiêu, hay nói cách khác là các giá trị của các tính chất phải cùng chiều với chất lƣợng sản phẩm.
Trong nghiên cứu của luận án này các giá trị của các tính chất càng cao thì chất lƣợng sản phẩm càng tốt. Tuy nhiên, một số giá trị của các tính chất thì ngƣợc lại, giá trị của
các tính càng cao chất lƣợng sản phẩm càng giảm cụ thể giá trị của độ nhám bề mặt, bong tách màng keo. Vì thế, ta tiến hành nghịch đảo hàm số là nhân các hệ số trong phương trình của chúng với -1 để hàm số cùng chiều và đồng mục tiêu với các hàm số khác mới tiến hành giải bài toán.
Từ đó ta nghịch đảo hệ số của hai phương trình của độ nhám bề mặt và bong tách màng keo được hai phương trình sau:
- Độ nhám bề mặt (ĐNBM):
Y= -899,851 + 9,1876T - 0,02482T2 + 33,65τ - 0,04128Tτ - 3,42119τ2 (4.21).
- Độ bong tách màng keo (BTMK):
Y= -235,937 + 4,0525T - 0,017T2 - 5,86433τ + 0,0205Tτ - 0,42362τ2 (4.22).
(4) Nhân các trọng số gia quyền:
Sau khi nghịch đảo các hàm số để các hàm số tham gia giải bài bài toán tối ƣu cùng chiều với nhau. Sau đó, ta nhân các trọng số tương ứng (bảng 4.18) vào các hàm số của các tính chất ta được hệ các phương trình (4.23) như sau:
YASE = - 2570,9 + 27,5001T - 0,0608T2 + 23,4113τ - 0,0184Tτ + 1,57733τ2; YWRE = 237,625 - 4,683T + 0,02148T2 - 7,8τ + 0,12262Tτ - 0,035τ2;
YKLTT = 569,311 - 5,267T + 0,01277T2 + 8,51393τ - 0,0658Tτ - 0,387τ2; YĐNUT = - 12,633 + 7,00337T - 0,0346T2 - 18,677τ + 0,04333Tτ - 0,7295τ2;
YND = 36,1791 + 1,66193T - 0,0087T2 + 1,0876τ - 0,0565Tτ - 0,35449τ2; (4.23).
YNN-TT = 67,9361 + 1,41436T - 0,0087T2 - 9,5417τ + 0,04332Tτ - 0,6209τ2;
YNN-XT = 33,4724 + 1,83168T - 0,0101T2 - 2,8612τ + 0,01445Tτ - 0,7208τ2; YĐNBM = - 899,85 + 9,18759T - 0,0248T2 + 33,6502τ - 0,0413Tτ - 3,4212τ2; YKTMK = - 285,97 + 5,93815T - 0,0226T2 - 10,996τ + 0,05841Tτ - 1,1172τ2;
YNN-XT = - 235,94 + 4,05248T - 0,017T2 - 5,8643τ + 0,02053Tτ - 0,4236τ2.
(5) Phương trình tổng hợp:
Tổng hợp các phương trình trên ta được phương trình tổng hợp từ hệ phương trình trên, ta có:
YTH = - 3060,78 + 48,64T - 0,15T2 + 10,92τ + 0,12Tτ - 5,52τ2 (4.24).
Giải phương trình tổng hợp (4.24) các tính chất (vật lý, cơ học và công nghệ) với các điều kiện của hàm mục tiêu, kết quả thu đƣợc nhƣ sau:
- Nhiệt độ: T = 160,28 oC - Thời gian: τ = 2,74 h
130 120 150 140
170 160 190 180
200
500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860
1 1,5 2
2,53 3,54
4,55 Nhiệt độ
Trị số
Thời gian
VÙNG PHÙ HỢP CỦA THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
THỦY NHIỆT GỖ BẠCH ĐÀN URO 840-860
820-840 800-820 780-800 760-780 740-760 720-740 700-720 680-700 660-680 640-660 620-640 600-620 580-600 560-580
Hình 4.32. Biểu tính toán vùng thông số công nghệ hợp lý
Ở hình 4.32, căn cứ vào kết quả xác định các tính chất cơ học, vật lý và công nghệ của gỗ Bạch đàn x lý thủy - nhiệt, tác giả đặt các trọng số ƣu tiên để phù hợp với mục đích định hướng s dụng sản phẩm, cụ thể định hướng s dụng sản phẩm của luận án là gỗ x lý làm đồ mộc nhƣ khung, khuôn c a, bậc cầu thang và các sản phẩm ngoài trời,… Vì thế, ưu tiên tính ổn định kích thước (hệ số chống trương nở (ASE), hiệu suất chống hút nước (WRE) và còn lại là các trọng số phụ. Tiến hành giải bài toán tối ưu để xây dựng các vùng trị số tương ứng với kết quả của từng tính chất tương ứng đã cho đồ
thị hình 4.32. Từ đó, xây dựng đƣợc biểu đồ biểu di n vùng phù hợp của thông số công nghệ phù hợp với các biến số trong luận án.
4.6.2. Phân tích đánh giá chỉ tiêu như màu s c, thành ph n hóa học cơ bản, cấu tạo và cấu trúc gỗ Bạch đàn được xử lý thủy - nhiệt
S dụng phương pháp chuyên gia phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu đối với các chỉ tiêu nhƣ màu sắc, thành phần hóa học cơ bản, cấu tạo và cấu trúc gỗ Bạch đàn x lý thủy – nhiệt, cụ thể nhƣ sau:
- Đối với sự biến đổi màu sắc và độ bền màu tự nhiên gỗ Bạch đàn x lý thủy - nhiệt: căn cứ vào kết quả nghiên cứu về sự biến đổi màu sắc (bảng 4.13) và biến màu tự nhiên (bảng 4.14) cho thấy ở các chế độ nhiệt độ và thời gian (160-3; 160-5; 180-2;
180-4; 200-3) thì không biến màu tự nhiên (ΔE*≤ 3).
- Đối với cấu tạo siêu hiển vi (SEM) thì ở chế độ 200-3 đã có sự thay đổi về hình dạng của tế bào, lỗ thông ngang đã bị phá hủy (hình 4.18).
- Đối với thành phần hóa học cơ bản: ở các nhiệt độ 1200C đến 1800C hàm lƣợng xenlulo không giảm và giảm không đáng kể. Nhƣng ở chế độ nhiệt độ 2000C và thời gian 3 giờ thì hàm lượng xenlulo giảm rõ rệt ảnh hưởng mạnh đến tính chất cơ học, vật lý và công nghệ.
- Cấu trúc hóa học của gỗ Bạch đàn sau khi x lý thủy - nhiệt đã có sự thay đổi thông qua kiểm tra phổ hồng ngoại FTIR (hình 4.26, hình 4.27 và hình 4.28) đặc trƣng cho đỉnh peak của nhóm –OH làm tăng tính ổn định kích thước. Bên cạnh đó, phân tích phổ nhi u xạ tia X (XRD) ở các chế độ khác nhau đã làm thay đổi cấu trúc hóa học của xenlulo sẽ ảnh hưởng đến độ kết tinh của xenlulo trong gỗ (hình 4.31), theo kết quả cho thấy độ kết tinh ảnh hưởng không nhiều. Đặc biệt là ở chế độ 1600C và thời gian 3 giờ thì độ kết tinh ảnh hưởng thấp nhất.
Từ kết quả giải tối ƣu của các tính chất vật lý, cơ học và công nghệ ở mục 4.6.1, chương 4 và những luận cứ phân tích kết quả ở mục 4.6.2, chương 4, tác giả đề xuất biến số phù hợp của thông số công nghệ x lý thủy - nhiệt cho gỗ Bạch đàn trong phạm vi nghiên cứu của luận án là nhiệt độ (T = 1600C) và thời gian (τ = 3 giờ).
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ