XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẤY GỖ CHO HAI LOẠI GỖ BẠCH ĐÀN ÚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY CHÂN KHÔNG

Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ sấy gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu bằng phương pháp sấy chân không.. Ở hầu hết các nước, ph

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

****************

BÙI TẤN HUY THIỆP

XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẤY GỖ CHO HAI LOẠI

GỖ BẠCH ĐÀN ÚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SẤY CHÂN KHÔNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CHẾ BIẾN LÂM SẢN

Thành phố Hồ Chí Minh Tháng 05 / 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

****************

BÙI TẤN HUY THIỆP

XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẤY GỖ CHO HAI LOẠI

GỖ BẠCH ĐÀN ÚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SẤY CHÂN KHÔNG

Ngành: Chế Biến Lâm Sản

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS PHẠM NGỌC NAM

Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng 05 / 2012

i

LỜI CẢM ƠN

Xin gửi lời chân thành cảm ơn sâu sắc tới:

 Ban giám hiệu cùng toàn thể thầy cô trường đại học Nông Lâm thành phố

Hồ Chí Minh

 Quý thầy cô khoa Lâm Nghiệp, đặc biệt là bộ môn Chế Biến Lâm Sản đã tận tình giảng dạy, truyền đạt lại những kiến thức giúp tôi thực hiện đề tài

này

 PGS.TS Phạm Ngọc Nam, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt

quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài

 Ban lãnh đạo, các anh chị phòng kỹ thuật cùng toàn thể anh chị em công nhân viên Trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản – Giấy và bột giấy trường đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi

cho tôi thực hiện và hoàn thành đề tài này

 Xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên và hỗ trợ tôi

trong những năm học tại trường

Xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, tháng 05 năm 2012

Sinh viên: Bùi Tấn Huy Thiệp

ii

TÓM TẮT

Đề tài được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu Chế biến lâm sản – Giấy và

bột giấy trường đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ ngày 21/2/2012 đến 21/5/2012 Phương pháp nghiên cứu: sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, xử lý số liệu trên phần mềm Statgraphic 7.0 và phần mềm Excel

Gỗ bạch đàn trắng (Eucalyptus grandis) có khối lượng thể tích cơ bản 0,60

g/cm3, độ hút ẩm 18,23 % (40 ngày), độ hút nước 100,32 % (40 ngày) Tỷ lệ dãn nở tiếp tuyến 11,15 %, Tỷ lệ dãn nở xuyên tâm 7,93 %; độ ẩm bảo hòa 29,52 % Ứng suất nén dọc 403,59 (kG/cm2), ứng suất nén ngang thớ toàn bộ tiếp tuyến 34,87 (kG/cm2), ứng suất uốn tĩnh 704,89 (kG/cm2)

Gỗ Bạch đàn đỏ (Eucalyptus camaldulensis) có khối lượng thể tích cơ bản

0,77 g/cm3, độ hút ẩm 22,96% (40 ngày), độ hút nước 89,23 % (40 ngày) Tỷ lệ dãn

nở tiếp tuyến 10,86 %, Tỷ lệ dãn nở xuyên tâm 5,34 %; độ ẩm bảo hòa 30,21 % Ứng suất nén dọc 504,24 (kG/cm2), ứng suất nén ngang thớ toàn bộ tiếp tuyến 56,30 (kG/cm2), ứng suất uốn tĩnh 1015,07 (kG/cm2)

Kết quả nghiên cứu: tìm ra được chế độ sấy thích hợp cho hai loại gỗ bạch đàn Úc bằng phương pháp sấy chân không Kết quả nghiên cứu xác định được chế

độ sấy chân không tối ưu khi sấy gỗ bạch đàn trắng ở nhiệt độ sấy 52,30C và thời gian xử lý ban đầu là 5,18 giờ thì tỷ lệ khuyết tật gỗ bạch đàn trắng là 4,41% và thời gian sấy là 79,52 giờ Chế độ sấy sấy chân không tối ưu khi sấy gỗ bạch đàn đỏ ở nhiệt độ 49,10C và thời gian xử lý ban đầu là 5,43 giờ thì tỷ lệ khuyết tật gỗ bạch đàn đỏ là 4,9% và thời gian sấy là 112 giờ Khi sấy ở nhiệt độ thích hợp và có khoảng thời gian xử lý ban đầu hợp lý thì sẽ rút ngắn được thời gian sấy

iii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

DANH MỤC BẢNG viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 2

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

Chương 2 TỔNG QUAN 4

2.1 Tình hình sấy gỗ trên thế giới 4

2.1.1 Phương pháp hong phơi tự nhiên 4

2.1.2 Phương pháp sấy kỹ thuật 4

2.1.3 Sấy gỗ bằng phương pháp sấy chân không trên Thế giới 8

2.2 Tình hình nghiên cứu về sấy gỗ ở Việt Nam 17

2.3 Lý thuyết về công nghệ sấy chân không 20

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Nội dung nghiên cứu 23

3.2 Phương pháp nghiên cứu 23

3.2.1 Khảo sát đặc điểm cấu tạo gỗ 23

3.2.2 Khảo sát tính chất vật lý 25

3.2.3 Phương pháp phân tích thành phần hóa học 29

3.2.4 Khảo sát tính chất cơ học 32

3.2.5 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 38

3.2.6 Phương pháp thực nghiệm sấy chân không gỗ bạch đàn 39

iv

Chương 4 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 45

4.1 Một số đặt tính của hai loại gỗ bạch đàn nhập khẩu 45

4.1.1 Các đặc điểm cấu tạo gỗ liên quan đến sấy 45

4.1.2 Gỗ bạch đàn đỏ (Eucalyptus camaldulensis) 47

4.1.3 Gỗ bạch đàn trắng (Eucalyptus grandis) 48

4.1.4 Tính chât vật lý 52

4.1.4.1 Khối lượng thể tích 52

4.1.4.2 Độ hút ẩm của gỗ bạch đàn 52

4.1.4.3 Độ hút nước của hai loại gỗ bạch đàn 54

4.1.4.4 Tỷ lệ dãn nở 55

4.1.4.5 Hệ số dãn nở 56

4.1.4.6 Độ ẩm bão hòa thớ gỗ và độ ẩm thăng bằng của gỗ bạch đàn 56

4.1.5 Tính chất hóa học 57

4.1.6 Tính chất cơ học 58

4.1.6.1 Ứng suất ép dọc 59

4.1.6.2 Ứng suất nén ngang thớ toàn bộ 59

4.1.6.3 Ứng suất trượt 60

4.1.6.4 Ứng suất uốn tĩnh 61

4.1.6.5 Ứng suất tách 62

4.2 Kết quả sấy chân không thực nghiệm hai loại gỗ bạch đàn nhập khẩu 63

4.2.4 Thực nghiện sấy chân không gỗ bạch đàn trắng 67

4.2.5 Thực nghiện sấy chân không gỗ bạch đàn đỏ 69

4.3 Đánh giá quy trình sấy chân không 72

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

5.1 Kết luận 74

5.2 Kiến nghị 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

ASTM Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Đường cong thể hiện sự phụ thuộc của áp suất- nhiệt độ sôi của nước 7 

Hình 2.2: Cách bố trí bộ phận cấp nhiệt trong sấy đối lưu dạng buồng sấy tròn 8 

Hình 2.3: Máy sấy chân không Model ESC của công ty ISVE 10 

Hình 2.4: Máy sấy chân không Model ES của công ty ISVE 11 

Hình 2.5: Máy sấy chân không Model ES Junior 4/5 của công ty ISVE 12 

Hình 2.6: Máy sấy chân không Model EM của công ty ISVE 12 

Hình 2.7: Máy sấy chân không Model EM2V 13 

Hình 2.8: Máy sấy chân không công ty RAPID LUMBER INC 13 

Hình 2.9: Máy sấy chân không công ty IZHEVSK ELECTROMECHANICAL 14 

Hình 2.10: Máy sấy chân không kết hợp sấy cao tần 14 

Hình 2.11: Máy sấy chân không của công ty FORINTEK 15 

Hình 2.12: Máy sấy chân không của công ty VACUTHERM 15 

Hình 2.13: Đồ thị trạng thái của nước theo nhiệt độ và áp suất 21 

Hình 2.14: Đường cong thể hiện sự phụ thuộc của áp suất-nhiệt độ sôi của nước 21 

Hình 3.1: Mẫu xác định độ hút ẩm 25 

Hình 3.2: Mẫu xác định độ hút nước và tỉ lệ co dãn các chiều 26 

Hình 3.3: Mẫu xác định khối lượng thể tích và độ dãn nở thể tích 27 

Hình 3.4: Thí nghiệm chưng cất bột gỗ trong Alcol – Benzen 31 

Hình 3.5: Thí nghiệm xác định hàm lượng chất tan trong nước nóng 32 

Hình 3.6: Mẫu thí nghiệm ứng suất nén dọc thớ 33 

Hình 3.7: Mẫu thí nghiệm ứng suất nén ngang thớ toàn bộ 34 

Hình 3.8: Mẫu thí nghiệm ứng suất kéo dọc 35 

Hình 3.9: Mẫu thí nghiệm ứng suất trượt 35 

Hình 3.10: Mẫu thí nghiệm ứng suất uốn tĩnh 37 

Hình 3.11: Mẫu thí nghiệm ứng suất tách 38 

Hình 3.12: Mô hình máy sấy chân không 41 

Hình 3.13: Sơ đồ đối tượng nghiên cứu 43 

vii

Hình 4.1: Cấu tạo thô đại của gỗ bạch đàn đỏ 47 

Hình 4.2: Mặt cắt ngang, tiếp tuyến, xuyên tâm gỗ bạch đàn đỏ 48 

Hình 4.3: Cấu tạo thô đại của gỗ bạch đàn trắng 48 

Hình 4.4: Mặt cắt ngang, tiếp tuyến, xuyên tâm của gỗ bạch đàn trắng 49 

Hình 4.5: Sức hút ẩm của hai loại gỗ bạch đàn 53 

Hình 4.6: Sức hút nước của hai loại gỗ bạch đàn 54 

viii

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 4.1: Bảng phân cấp kích thước tế bào mạch gỗ 49 

Bảng 4.2: Bảng phân cấp các đặc điểm của mạch gỗ 50 

Bảng 4.3: Bảng phân cấp kích thước tế bào sợi gỗ 50 

Bảng 4.4: Bảng phân cấp các đặc điểm của tia gỗ 50 

Bảng 4.5: Khối lượng thể tích của hai loại gỗ bạch đàn (g/cm3) 52 

Bảng 4.6: Độ hút ẩm của hai loại gỗ bạch đàn 53 

Bảng 4.7: Độ hút nước của hai loại gỗ bạch đàn 54 

Bảng 4.8: Tỷ lệ dãn nở của hai loại gỗ bạch đàn 55 

Bảng 4.9: Hệ số dãn nở của hai loại gỗ bạch đàn 56 

Bảng 4.10: Độ ẩm bão hòa thớ gỗ, độ ẩm thăng bằng của hai loại gỗ bạch đàn 57 

Bảng 4.11: Thành phần hóa học của gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng 57 

Bảng 4.12: Hệ số α điều chỉnh độ ẩm 58 

Bảng 4.13: Ứng suất ép dọc thớ của hai loại gỗ bạch đàn 59 

Bảng 4.14: Ứng suất nén ngang thớ toàn bộ của hai loại gỗ bạch đàn 60 

Bảng 4.15: Ứng suất trượt dọc, ngang thớ của hai loại gỗ bạch đàn 61 

Bảng 4.16: Ứng suất uốn tĩnh theo chiều tiếp tuyến của hai loại gỗ bạch đàn 61 

Bảng 4.17: Tính chất cơ lý của gỗ theo tiêu chuẩn Việt nam (TCVN.1072-71) 62 

Bảng 4.18: Ứng suất tách theo các chiều của hai loại gỗ bạch đàn 62 

Bảng 4.19: Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố nghiên cứu 67 

Bảng 4.20: Ma trận thí nghiệm và kết quả nghiên cứu SCK gỗ bạch đàn trắng 67 

Bảng 4.21: Kết quả tính toán tối ưu hàm một mục tiêu của gỗ bạch đàn trắng 69 

Bảng 4.22: Kết quả tính toán tối ưu hóa hàm đa mục tiêu của gỗ bạch đàn trắng 69 

Bảng 4.23: Ma trận thí nghiệm và kết quả nghiên cứu SCK gỗ bạch đàn đỏ 69 

Bảng 4.24: Kết quả tính toán tối ưu hàm một mục tiêu của gỗ bạch đàn đỏ 71 

Bảng 4.25: Kết quả tính toán tối ưu hóa hàm đa mục tiêu của gỗ bạch đàn đỏ 71 

1

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Hiện nay, trong tình hình nền kinh tế Thế Giới đang dần hồi phục sau thời kì khủng hoảng suy thoái 2008 Ngành chế biến lâm sản nước ta đã có bước phát triển mạnh, dần đáp ứng nhu cầu trong nước và đóng góp ngày càng lớn vào kim ngạch xuất khẩu Nếu như năm 2000 cả nước chỉ có 1.200 doanh nghiệp chế biến gỗ thì đến năm 2009 con số này đã tăng đến 2.500, cách đây 10 năm, giá trị kim ngạch xuất khẩu sản phẩm gỗ của Việt Nam chỉ có 219 triệu USD thì đến năm 2011 đã đạt đến 4 tỷ USD, tăng hơn 10 lần và đã vươn lên chiếm vị trí thứ 5 trong những mặt hàng xuất khẩu chủ chốt của Việt Nam Sản phẩm gỗ của Việt nam đã có mặt tại

120 quốc gia và vùng lãnh thổ, đã tạo được uy tín với người tiêu dùng khắp thế giới Tuy nhiên, ngành chế biến lâm sản và đồ gỗ của nước ta vẫn còn nhiều tồn tại và đó chính là tác nhân gây ách tắc cho sự phát triển Theo đó, sức cạnh tranh của các doanh nghiệp cũng ngày càng gay gắt hơn, tất cả các doanh nghiệp cần phải tổ chức lại sản xuất đổi mới công nghệ, thiết bị để giảm giá thành sản xuất, tăng chất lượng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh trên thị trường thế giới Trong quá trình chế biến gỗ thì sấy gỗ là khâu quan trọng tốn nhiều thời gian và chi phí Sấy là quá trình xử lý nhiệt nhằm làm bay hơi nước trong nguyên liệu, giảm độ ẩm của nguyên liệu đến độ

ẩm theo yêu cầu sử dụng Đây là khâu công nghệ quan trọng nhất góp phần vào việc nâng cao giá trị sử dụng và chất lượng sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm xuất khẩu Khác với nhiều loại vật liệu khác, gỗ là vật liệu hữu cơ bất đẳng hướng theo các chiều thớ, kích thước, chủng loại Trong quá trình sấy có hai giai đoạn sấy với tốc độ giảm ẩm khác nhau, là giảm ẩm không đổi và giảm ẩm giảm dần Vì vậy, khi sấy không những chỉ chọn chế độ nhiệt hợp lý mà còn phải khống chế môi trường

1.2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài là xây dựng quy trình công nghệ sấy gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu bằng phương pháp sấy chân không

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

Để đạt được mục đích đề ra, đề tài tập trung nghiên cứu các mục tiêu sau:

- Xác định những yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm sấy chân không

- Xây dựng được quy trình công nghệ sấy chân không cho hai loại gỗ bạch đàn nhập khẩu

- Tìm ra được chế độ sấy tối ưu trong các quá trình công nghệ sấy gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu

1.4.1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn nêu ra các vấn đề cốt yếu về lý thuyết công nghệ sấy gỗ chân không với các trang thiết bị và điều kiện sản xuất của Việt Nam

3

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

Tìm ra chế độ sấy tối ưu, từ đó nâng cao chất lượng gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu phục vụ sản xuất đồ mộc xuất khẩu Đưa vào ứng dụng trong thực tế để giúp cho ngành sấy Việt Nam có một bước phát triển mới

Kết quả của đề tài có thể đưa ra áp dụng đại trà ngoài sản xuất để nâng cao chất lượng các sản phẩm gỗ sau khi sấy

4

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tình hình sấy gỗ trên thế giới

Qua tài liệu tham khảo cho thấy rằng ở những nước có nền công nghiệp phát triển đều có ngành công nghiệp chế biến gỗ tiên tiến, trong đó khâu sấy gỗ gần như được hoàn thiện về mặt thiết bị và công nghệ Công nghệ đã hoàn thiện đến mức mà những chỉ tiêu kỹ thuật và công nghệ trở thành tiêu chuẩn hoá quốc gia (chế độ sấy, tiêu chuẩn về thiết bị và tiêu chuẩn kiểm phẩm ) Tại các nước có nền công nghiệp đang phát triển, tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội mà công nghệ và thiết bị sấy gỗ được ứng dụng một cách đa dạng, phù hợp với từng vùng Tuy nhiên,

về phương pháp chung, sấy gỗ bao gồm phương pháp hong phơi tự nhiên và phương pháp sấy kỹ thuật

2.1.1 Phương pháp hong phơi tự nhiên

Phương pháp hong phơi tự nhiên có ưu điểm là tận dụng nguồn năng lượng

tự nhiên, vốn đầu tư ít, thao tác đơn giản nhưng thường có nhược điểm như thời gian hong phơi dài, dễ bị nứt nẻ bị côn trùng nấm mốc gây hại và độ ẩm không đáp ứng yêu cầu sử dụng, diện tích kho bãi hong phơi lớn, điều kiện thời tiết thường thay đổi, việc hong phơi không được thực hiện liên tục làm ảnh hưởng đến kế hoạch sản xuất Ở hầu hết các nước, phương pháp hong phơi tự nhiên được xem như là một phương pháp tiền sấy (sấy sơ bộ), nhằm giảm độ ẩm của nguyên liệu trước khi đưa vào sấy công nghiệp, tiết kiệm được một lượng năng lượng đáng kể cho quá

trình sản xuất, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong sản xuất kinh doanh

2.1.2 Phương pháp sấy kỹ thuật

a Sấy qui chuẩn (còn gọi là sấy truyền thống)

Sấy quy chuẩn còn gọi là sấy gián tiếp Là phương pháp sấy đối lưu cưỡng bức gián tiếp dùng khí đốt, hiện nay vẫn là một phương pháp sấy khá phổ biến trong

độ khô của vật liệu sấy (gỗ) Trạng thái của môi trường sấy được điều tiết thông qua các quá trình gia nhiệt, qua đó điều tiết được quá trình khô của gỗ phù hợp với từng

loại gỗ và qui cách gỗ sấy

Ưu điểm: So với các phương pháp sấy trên thì phương pháp sấy qui chuẩn không

đòi hỏi cao về đầu tư trang thiết bị (sản xuất trong nước), dễ vận hành, chi phí thấp hơn dẫn đến giá thành sản phẩm thấp Nguồn cung cấp nhiệt là các nhiên liệu củi

đốt hoặc than có giá thành rẻ rất nhiều so với điện

Nhược điểm: Khó sấy được những sản phẩm đã hoàn chỉnh có hình thù đặc biệt,

như đồ gỗ mỹ nghệ, chạm trổ…

b Sấy ngưng tụ ẩm

Sấy ngưng tụ ẩm cũng thường được dùng để sấy các loại vật liệu khác nhau Không khí nóng và ẩm sau khi đi qua gỗ trong lò sấy, phần lớn sẽ được hút qua giàn lạnh Hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ lại thành nước, và qua máng hứng nước ngưng tụ dẫn ra ngoài Không khí lạnh chứa hàm lượng ẩm thấp này sau khi được làm nóng sẽ trở nên rất khô (có độ ẩm tương đối thấp) sẽ đi qua gỗ và làm cho gỗ khô Sau khi qua gỗ, do nước trong gỗ thoát ra sẽ làm cho không khí trở nên ẩm và

quá trình sấy được lặp lại, chu trình biến đổi trạng thái như trên

Ưu điểm: Sấy được những loại gỗ khó sấy, gỗ cứng và dày

Nhược điểm: Chi phí đầu tư thiết bị lớn và giá thành sấy cao, do nhiệt lượng dùng

trong sấy là điện Năng suất sấy tương đối thấp, độ ẩm cuối cùng khó xuống thấp

c Sấy cao tần

Sấy gỗ trong từ trường điện xoay chiều có tần số cao được gọi là sấy cao tần Trong phương pháp sấy cao tần này, gỗ ướt là một chất điện môi nằm giữa 2 tấm bản cực Các tấm bản cực đóng vai trò chuyển tải sóng điện từ cao tần Tần số ở đây

6

nằm trong khoảng từ 3 đến 50 MHz Với phương pháp sấy cao tần, quá trình hấp thu nhiệt phụ thuộc vào hệ số điện môi, do hiện tượng cảm ứng điện từ xoay chiều của chất điện môi (gỗ), làm cho trong gỗ ở vị trí nào ẩm nhất sẽ được làm nóng nhanh nhất và mạnh nhất Nếu đầu tiên ẩm độ trong gỗ phân bố đều trên toàn bộ thanh gỗ, thì trong sấy cao tần gỗ sẽ được làm nóng đồng đều Nhưng do trong quá trình khô, ẩm trên lớp gỗ bề mặt bay hơi và khuyết tán ra ngoài không khí, sẽ làm cho lớp gỗ mặt ngoài lạnh hơn (do hiện tượng thu nhiệt của quá trình bay hơi) Qua

đó hình thành chênh lệch nhiệt độ giữa bên ngoài và bên trong gỗ Như vậy chiều chuyển dịch của dòng nhiệt sẽ là chiều từ trong ra ngoài và trùng với chiều chuyển

dịch của ẩm trong gỗ trong quá trình sấy

Ưu điểm: Dễ cơ giới và tự động hóa trong quá trình sấy Cấu trúc thiết bị đơn giản,

gọn nhẹ và sạch sẽ Chất lượng sấy đảm bảo, quá trình sấy dễ điều tiết Đặc biệt thuận tiện cho sấy các loại vật liệu, sản phẩm gỗ có hình thù, kích thước phức tạp (như đồ gỗ mỹ nghệ, chạm trổ) So sánh với phương pháp sấy truyền thống (sấy qui chuẩn) thì thời gian sấy ở phương pháp sấy cao tần được rút ngắn đi rất nhiều (45/1 đối với gỗ lá rộng; 52/1 đối với gỗ lá kim) và tổn thất nhiệt bình quân sẽ rất ít

Nhược điểm: Chi phí đầu tư thiết bị lớn và giá thành sấy cao, do nhiệt lượng dùng

trong sấy là điện

d Sấy hơi nước quá nhiệt

Phương pháp sấy hơi nước quá nhiệt là phương pháp sử dụng trực tiếp hơi nước nóng quá nhiệt làm môi trường sấy Nguyên liệu sấy (gỗ) để trong môi trường hơi nước có nhiệt độ lớn hơn 1000C (cao hơn điểm sôi của nước) trong một thời gian ngắn sẽ đạt đến nhiệt độ sôi, nước trong gỗ sấy hầu như được chuyển hóa thành hơi nước Ở điều kiện áp suất bình thường, nước hóa thành hơi cần có một thể tích gấp 1.600 lần thể tích nước, nên trong khoảnh khắc nước hóa thành hơi nước ở trong các mô và tế bào gỗ có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ điểm sôi sẽ hình thành một

áp suất rất lớn và tạo nên một chênh lệch áp suất khá lớn so với ngoài môi trường

sấy, áp suất trong gỗ có thể lên đến 20atm

7

Ưu điểm: So với phương pháp sấy quy chuẩn (sấy truyền thống), thì thông thường

sấy trong môi trường hơi nước quá nhiệt thời gian sấy sẽ ngắn hơn một cách đáng

kể khoảng 6/1

Nhược điểm: Chi phí đầu tư thiết bị lớn và giá thành sấy cao, do nhiệt lượng dùng

trong sấy là điện

e Sấy chân không

Sấy chân không thường được sử dụng để sấy các loại vật liệu khác nhau Đối với các loại gỗ khô chậm và khó sấy, sấy chân không có một vị trí đáng kể nhằm rút ngắn được thời gian sấy và cải thiện được chất lượng sấy Sấy chân không là sự phụ thuộc điểm sôi của nước vào áp suất Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết

bị chân không xuống đến áp suất mà ở đó nước trong gỗ bắt đầu sôi và bốc hơi, sẽ tạo theo tiết diện ngang của ván sấy một chênh lệch áp suất và qua đó hình thành

nên một dòng ẩm chuyển động trong gỗ theo hướng từ trong ra bề mặt gỗ

Ưu điểm: Quá trình khô của gỗ rất nhanh và rút ngắn được đáng kể thời gian sấy khoảng từ 20-50% thời gian sấy so với phương pháp sấy truyền thống

Nhược điểm: Chi phí đầu tư thiết bị lớn và giá thành sấy cao, do nhiệt lượng dùng

trong sấy là điện

Hình 2.1: Đường cong thể hiện sự phụ thuộc của áp suất- nhiệt độ sôi của nước

8

2.1.3 Sấy gỗ bằng phương pháp sấy chân không trên Thế giới

Phương pháp sấy chân không sấy ở nhiệt độ tương đối thấp (40 -600C), ứng với nhiệt độ sấy này áp suất sấy ở khoảng (50-140mmHg) vì thế sẽ làm giảm hiện tượng nứt, vênh, giữ được màu sắc sản phẩm gỗ sau khi sấy và rút ngắn được thời gian sấy

Thiết bị sấy gỗ chân không bao gồm 4 cụm bộ phận chính: buồng sấy, bộ phận cấp nhiệt, bộ ngưng tụ ẩm, bơm chân không

Dạng buồng sấy: Hầu hết các loại máy sấy chân không hiện có trên thế giới tập trung chủ yếu ở 2 dạng: dạng buồng sấy tròn và dạng hình chữ nhật Mỗi loại có những ưu nhược điểm như sau:

+ Dạng buồng sấy tròn: ưu điểm là chịu lực hút chân không tốt hơn nhưng không gian chứa thì bị hạn chế, máy sấy dạng này thường sử dụng hai phương pháp gia nhiệt là đối lưu và bức xạ

Dưới đây là kết cấu máy kiểu đối lưu:

9

Nhìn chung, nếu thiết kế công suất máy sấy nhỏ hơn 15m3/mẻ thì thường người ta sử dụng dạng buồng tròn, còn từ 15m3/mẻ trở lên thì người ta chọn dạng buồng hình chữ nhật

Bộ phận cấp nhiệt: đây là bộ phận hết sức quan trọng trong máy sấy chân không Trong thực tế có rất nhiều phương pháp cấp nhiệt bao gồm đối lưu, bức xạ hồng ngoại, bức xạ nhiệt, dùng dòng điện cao tần dùng vi sóng… Trong các phương pháp cấp nhiệt nêu trên thì dòng điện cao tần và vi sóng là có ưu thế lớn nhất vì quá trình truyền nhiệt không phụ thuộc vào độ chân không cũng như qui cách gỗ Tuy nhiên giá thành cũng như yêu cầu kỹ thuật sử dụng tương đối cao Phương pháp bức

xạ cũng không phụ thuộc vào độ chân không, tuy nhiên lại gặp khó khăn trong việc

bố trí sắp xếp gỗ và thiết bị bức xạ trong buồng sấy Phương pháp cấp nhiệt đối lưu thì rất khó khăn trong môi trường chân không

Bộ phận ngưng tụ ẩm có nhiệm vụ làm ngưng tụ lượng hơi nước bay theo không khí trong quá trình hút chân không, đảm bảo độ bền cho bơm Đồng thời đây

là bộ phận thu lượng nước đã ngưng tụ trong buồng sấy

Bơm chân không có nhiệm vụ tạo ra môi trường chân không trong buồng sấy theo độ chân không yêu cầu

Hiện nay phương pháp sấy chân không đang được nghiên cứu ứng dụng rất nhiều Về thiết bị sấy chân không, trên thế giới và nhất là các nước phát triển đã nghiên cứu và đưa vào sử dụng thiết bị này từ rất lâu Điều này minh chứng qua một

số công ty chuyên sản xuất và cung ứng máy sấy chân không tại các nước như: ISVE – Italy; RAPID LUMBER, IZHEVSK ELECTROMECHANICAL – Nga, FORINTEK –Canada…

Cấu tạo của buồng sấy chân không có 2 dạng: trụ tròn và khối hộp chữ nhật Nắp buồng sấy cũng có 2 kiểu, kiểu nắp ngang hông và kiểu nắp trên đỉnh

Công ty ISVE - Italy đã sản xuất với nhiều mẫu máy khác nhau, nhưng chủ yếu sử dụng buồng sấy dạng hình trụ tròn, nắp buồng sấy có 2 kiểu, kiểu nắp ngang hông và kiểu nắp trên đỉnh Kiểu nắp máy trên đỉnh có Model ESC (hình 2.3) với 4 loại ESC Junior 4, ESC Junior 5, ESC 1.5, ESC 2

10

Hình 2.3: Máy sấy chân không Model ESC của công ty ISVE

Kiểu máy này có nắp buồng sấy ở trên đỉnh, năng suất sấy trung bình, phù hợp cho các xí nghiệp, phân xưởng có diện tích xưởng nhỏ vì có thể đặt gỗ vào sấy

và lấy sản phẩm ra không cần tốn diện tích lớn Thế mạnh của loại máy sấy này là diện tích chiếm chổ nhỏ, sấy ở nhiệt độ thấp trong điều kiện chân không nên gỗ không bị cong vênh, nứt, không thay đổi màu và không gây ứng suất bên trong sản phẩm gỗ đã sấy khô Bên cạnh đó, dạng máy này đã được thiết kế với nhiều ưu điểm nỗi bậc như buồng sấy cách nhiệt rất tốt, đóng mở nắp buồng sấy bằng hệ thống khí nén Các thao tác theo dõi ẩm độ gỗ, xả ẩm, xả nước ngưng tụ, mở và tắt hoàn toàn tự động theo chương trình cài đặt sẵn Kiểu nắp máy ngang hông có 2 các Model ES (hình 2.4), năng suất sấy từ 3m3 đến 25 m3/mẻ sấy Hoạt động của kiểu máy này cũng hoàn toàn được điều khiển tự động

11

Hình 2.4: Máy sấy chân không Model ES của công ty ISVE

Dạng máy này đã được công ty nghiên cứu và đưa vào sử dụng cách đây hơn

20 năm Với năng suất sấy tương đối lớn này, máy phù hợp với những xí nghiệp, phân xưởng sấy gỗ với số lượng lớn Cũng như Model ESC, máy sấy ở nhiệt độ thấp trong điều kiện chân không nên gỗ không bị cong vênh, nứt, không thay đổi màu và không gây ứng suất bên trong sản phẩm gỗ đã sấy khô Đầy đủ các hệ thống điều khiển, tự động mở và tắt máy khi gỗ sấy đạt ẩm độ yêu cầu

Ngoài ra công ty này còn lắp đặt một số dạng máy sấy gỗ chân không với năng suất rất nhỏ phù hợp với các cơ sở mộc nhỏ, những cơ sở làm thủ công riêng

lẻ, có các Model ES Junior 4/5, ES2 Thiết bị điều khiển cũng hoàn toàn tự động giống như các model ESC và ES

12

Hình 2.5: Máy sấy chân không Model ES Junior 4/5 của công ty ISVE

Riêng về hệ thống điều khiển tự động cho máy sấy, có 2 dạng chủ yếu đã được thiết kế là điều khiển bằng chương trình kỹ thuật số kết hợp với máy vi tính và dạng điều khiển bằng vi xử lý Dạng điều khiển bằng chương trình số có các Model EM(5V, 6V, 12V, 18V, 25V, 50V), với năng suất sấy từ 6m3 đến 50m3/mẻ, sản phẩm đạt chất lượng cao, phù hợp với qui mô công nghiệp

Hình 2.6: Máy sấy chân không Model EM của công ty ISVE

Dạng máy điều khiển bằng vi xử lý có mẫu máy EM 2V Máy có năng suất sấy trung bình, tốc độ sấy rất nhanh, phù hợp cho các xí nghiệp, phân xưởng vừa và nhỏ có nhu cầu sấy nhanh và số lượng gỗ trung bình

13

Hình 2.7: Máy sấy chân không Model EM2V

Cũng dạng buồng sấy trụ tròn, công ty RAPID LUMBER INC-Canada cũng

là một trong những công ty lớn chuyên cung cấp các lọai máy sấy gỗ, đặt biệt là máy sấy chân không Một số mẫu máy sấy chân không đã được đưa vào sử dụng từ những năm 1980 với năng suất sấy từ nhỏ cho đến 80m3/mẻ Các loại máy sấy chân không của công ty cũng đầy đủ các hệ thống điều khiển tự động

Hình 2.8: Máy sấy chân không của công ty RAPID LUMBER INC

Công ty IZHEVSK ELECTROMECHANICAL-Nga cũng là công ty chuyên nghiên cứu và sản xuất máy sấy gỗ bằng phương pháp sấy chân không với năng suất sấy lớn, từ trên 20m3/mẻ trở lên Đã hơn 40 năm qua máy đã được hoàn thiện

và đưa vào sản xuất với qui mô công nghiệp

14

Hình 2.9: Máy sấy chân không của công ty IZHEVSK ELECTROMECHANICAL

Ngoài sấy chân không, một số công ty còn kết hợp kỹ thuật chân không và phương pháp sấy cao tần như công ty FUJI Electronic Ind Sự kết hợp này làm cho máy có khả năng sấy nhanh hơn, sản phẩm chất lượng hơn, làm tăng hiệu quả kinh

tế cho sấy gỗ

Hình 2.10: Máy sấy chân không kết hợp sấy cao tần

của công ty FUJI Electronic Ind

15

Chính sự kết hợp này làm cho mẫu máy này đang dần được một số liên doanh lớn về sấy gỗ quan tâm Loại máy sấy này đã được thí nghiệm với nhiều loại

gỗ với quy cách khác nhau

Với dạng buồng sấy hình chữ nhật, công ty FORINTEK đã đưa ra mẫu máy sấy chân không với năng suất sấy từ trung bình đến lớn, với đầy đủ các hệ thống điều khiển mang tính công nghiệp

Hình 2.11: Máy sấy chân không của công ty FORINTEK

Ngoài công ty FORINTEK đã thành công với dạng buồng sấy hình chữ nhật còn có công ty VACUTHERM cũng đã nghiên cứu chế tạo và đưa vào sản xuất từ những năm 1975 Máy có năng suất sấy từ 5m3 đến hàng trăm m3/ mẻ

Hình 2.12: Máy sấy chân không của công ty VACUTHERM

16

Bên cạnh những thành công trong lĩnh vực sấy chân không của các công ty trên, còn có những công ty của một số quốc gia khác như: BKS, WAPCO, VOLVO cũng khá thành công trong lĩnh vực này

Vì vậy chúng ta có thể kết luận rằng, ngành công nghiệp chế biến gỗ của các nước phát triển đều rất mạnh, mang qui mô công nghiệp, gần như họ đã hoàn thiện về công nghệ và thiết bị cách đây từ 15 đến 20 năm Trong đó sấy gỗ bằng phương pháp chân không cũng đã được đưa vào sử dụng từ rất lâu và đã mang lại thành công lớn Trong thời gian vừa qua đã có một số tác giả nghiên cứu về sấy chân không như:

Ram Yamsaengsung (2001) Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla, Thailand đã nghiên cứu sấy chân không dùng hơi quá nhiệt để sấy gỗ cao

su với kích thước là (1000×76,2×25,4) mm với áp suất chân không 86,7-89,3 kPa (14,6-12,0 kPa tuyệt đối) và nhiệt độ là 60; 70 và 80°C Nước hơi quá nhiệt ở 110°C đã được cấp liên tục để làm giảm sự tích tụ ứng suất trong gỗ và loại bỏ nứt tách Ván sau khi sấy khô bằng lò sấy chân không được kiểm tra xác định lại tính chất cơ học của gỗ nghiên cứu Từ nghiên cứu này, tổng thời gian sấy giảm từ 168 giờ đến dưới 20 giờ (độ ẩm của gỗ giảm 80% xuống 6%)

Thitinan Sattho(2003) đã tiến hành nghiên cứu với lò sấy thí nghiệm có chiều dài 1,2 m và đường kính 0,5 m Gỗ sấy nghiên cứu có kích thước (1000×700×25)

mm, áp suất chân không 65-67cmHg (từ 190 -210 mmHg tuyệt đối) và nhiệt độ là

60 ; 70 và 800C Sau 24 giờ sấy (1 ngày) độ ẩm của gỗ đã giảm từ 80% xuống còn 12% Kết quả nghiên cứu cho thấy không có sự đổi màu và không có sự tích tụ quá nhiều ứng suất trong ván kiểm tra Kỹ thuật sấy chân không năng lượng giảm đáng

kể và chi phí vận hành tiết kiệm so với phương pháp sấy thông thường sử dụng không khí nóng thời gian sấy mất đến 7 ngày (giảm 7 lần so với sấy thông thường) Tofdahl Olesen H (1987) với nghiên cứu bằng các lò sấy gỗ chân không được

sử dụng để dự đoán quá trình khô của gỗ dựa vào tính chất gỗ và điều kiện lò Các thử nghiệm ban đầu cho thấy loài gỗ cứng khi độ ẩm ở khoảng 30 - 60% sấy nhanh hơn, với cùng một chất lượng hoặc tốt hơn Bằng cách sử dụng các công nghệ mới

17

sấy chân không, thay vì phương pháp thông thường Thử nghiệm trên ván dày 25

mm đã chứng minh giá trị của công nghệ sấy chân không khi được sấy đến độ ẩm cuối cùng là 10% trong 12,5 ngày, giảm khoảng 60% thời gian so với các lò sấy thông thường cho cùng một loài gỗ Sấy chân không là một công nghệ được thành lập ở châu Âu và Bắc Mỹ, và làm giảm đáng kể thời gian sấy, làm giảm chi phí sấy Trummer (Australia) (1999) đã công bố phương pháp chính để sấy gỗ tại Úc

là sấy bằng cách sử dụng không khí nóng và ẩm Trong những năm gần đây, với tiến bộ công nghệ đang nổi lên trong xây dựng, tự động hóa và vật liệu đắt tiền, sấy chân không đã trở thành một phương pháp thay thế cho phương pháp thông thường

để sấy gỗ cứng, khó sấy Sấy gỗ là một quá trình tốn kém và mất thời gian Quá trình sấy thường chiếm đến 90% thời gian sản xuất và 70% chi phí sản xuất Nó thường được gọi là "nút cổ chai" của quá trình sản xuất Vì vậy, áp dụng phương sấy chân không sẽ giải quyết được vấn đề này

2.2 Tình hình nghiên cứu về sấy gỗ ở Việt Nam

Từ xa xưa người thợ mộc ở Việt Nam biết sử dụng phương pháp hong phơi

để làm khô gỗ, nhất là khi chế tạo các sản phẩm mộc, chạm trổ có chất lượng cao Phương pháp này còn được sử dụng nhiều trong những năm chế biến ván sàn sơ chế xuất khẩu (1976 - 1980), ở thời điểm đó Bộ Lâm Nghiệp đã ra văn bản “Quy trình công nghệ sản xuất ván sàn sơ chế xuất khẩu”, trong đó có qui định hướng dẫn về hong phơi ván sàn Sấy gỗ mang tính công nghiệp được bắt đầu ở Việt Nam qua các

cơ sở sau đây:

 Nhà máy xe lửa Gia Lâm (lò sấy hơi đốt trực tiếp)

 Nhà máy dệt Nam Định

 Xí nghiệp gỗ Phú Lâm (TP Hồ Chí Minh)

Sau ngày giải phóng đất nước, thiết bị sấy gỗ được nhập vào Việt Nam qua các chương trình viện trợ, đi kèm với dây chuyền thiết bị mộc ở các tỉnh phía Bắc như: Xí nghiệp mộc Giáp Bát (Hà Nội), …Ở các tỉnh phía Nam thiết bị sấy ngưng

tụ ẩm bằng thiết bị lạnh cũng đã nhập vào công ty liên doanh với nước ngoài như công ty SAVIMEX

Đi đôi với thiết bị sấy, công nghệ sấy cũng dần dần xâm nhập vào sản xuất bằng nhiều nguồn khác nhau: qua chuyển giao công nghệ, qua tài liệu tham khảo và qua việc học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau giữa các cơ sở sản xuất, giữa các công ty với nhau trong và ngoài nước

Hiện nay ở Việt Nam hầu như không sử dụng máy sấy chân không vì những

lý do sau:

- Giá thành nhập khẩu máy từ nước ngoài về Việt Nam rất cao

- Việc nghiên cứu công nghệ sấy chân không chưa được hoàn thiện và chưa phổ biến

- Hầu như rất ít doanh nghiệp trong nước quan tâm đến sản xuất và cung cấp thiết bị này

Song song với thiết bị nhập ngoại như trên, trong nước cũng bắt đầu chế tạo

và dần phát triển và đỉnh cao của tốc độ phát triển là vào những năm 1991 – 1994 Thiết bị sấy trong nước đa phần là lò sấy, mà vỏ lò xây bằng tường gạch, gia nhiệt gián tiếp cưỡng bức dùng hơi nước hoặc hơi đốt Ngoài ra loại lò sấy dùng hơi đốt trực tiếp cũng có ở vài cơ sở sử dụng nhưng không nhiều Đi đôi với thiết bị sấy, công nghệ sấy cũng dần dần xâm nhập vào sản xuất qua chuyển giao công nghệ, qua tài liệu tham khảo và qua việc học hỏi kinh nghiệm lẫn nhau giữa các cơ sở sản xuất, giữa các công ty với nhau trong nước lẫn ngoài nước Trong đó, phương pháp sấy qui chuẩn được xem là phổ biến hiện nay ở Việt Nam, có từ 85 – 95% các công

ty sử dụng phương pháp này

Trong lĩnh vực sấy gỗ ở Việt Nam chỉ phát triển mạnh vào những năm sau

1990 mà điển hình là một số nghiên cứu sau:

19

Hồ Xuân Các, (1994) với nghiên cứu một số giải pháp về kỹ thuật và công nghệ sấy gỗ, tác giả đề xuất một số kiểu lò sấy, tiến hành phân nhóm gỗ sấy, xây dựng hoàn thiện 5 chế độ sấy đặc trưng cho 5 nhóm gỗ sấy

Phạm Ngọc Nam – Nguyễn Trọng Nhân (2003) trong kỹ thuật chế biến gỗ xuất khẩu các tác giả đã xây dựng qui trình sấy quy chuẩn cho gỗ cao su, đây là một lọai gỗ tạp rất dễ bị hư hại bởi nấm mốc và mối mọi Thực nghiệm sấy gỗ cao su có chiều dày ván nhỏ hơn 30 mm, với nhiệt độ xử lý ban đầu là 600C, nhiệt độ sấy ròng

là 800C, nếu dùng phương pháp tẩm nhúng thì thời gian sấy là 7-8 ngày và dung phương pháp tẩm áp lực chân không thời gian sấy lớn hơn 9 ngày

Hứa Thị Huần (2004) với nghiên cứu “Xác định qui trình sấy gỗ sồi gồm hai giai đoạn” tác giả đã xây dựng và phân tích 3 chế độ sấy gỗ sồi có qui cách 40 – 50mm, tác giả đã khẳng định gỗ sồi xử lý qua hong phơi tăng chất lượng gỗ sấy, giảm thời gian sấy…

Phạm Ngọc Nam (2007) Thực nghiệm sấy 7 mẻ sấy gỗ điều theo phương pháp sấy quy chuẩn đã rút ra một số kết luận sau: Quá trình sấy ở giai đoạn đầu nên duy trì nhiệt độ ở mức 600C và ΔT nhỏ hơn 2 Khi độ ẩm của gỗ sấy xuống nhỏ hơn 27%, cần tiếp tục tăng nhiệt độ lớn hơn hay bằng 700C Tùy thuộc vào chiều dày ván có thể tăng ΔT đạt đến 27 Nhiệt độ này duy trì đến khi gỗ đạt đến độ ẩm mong muốn Cần phải xử lý cuối cùng nhằm cân bằng ứng suất trong gỗ sấy Thời gian sấy biến động từ 7 - 12 ngày tùy theo chiều dày của ván cũng như phương pháp tẩm trước đó

Nguyễn Văn Công Chính, (2008), Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm

mô hình máy sấy gỗ kiểu chân không Đã khảo nghiệm sấy gỗ cao su với quy cách dày 20mm, ở nhiệt độ sấy là 490C, áp suất 50 mmHg, chu kỳ xả ẩm 3,9 giờ Cho kết quả thời gian sấy trung bình là 60 giờ, tỷ lệ khuyết tật của gỗ sau khi sấy là 3,1%, chất lượng gỗ sau sấy tốt

Phạm Ngọc Nam – Lê Ngọc Huy (2010) Xác đinh chế độ sấy gỗ tràm bông vàng trên lò sấy hơi nước Kết quả nghiên cứu cho thấy với chiều dày gỗ là 26 mm nên sấy ở nhiệt độ xử lý ban đầu là 600C, nhiệt độ sấy ròng là 700C, thời gian sấy là

20

14 ngày và tỷ lệ khuyết tật là 5,4% Khi chiều dày gỗ là 40 mm thì nên sấy ở nhiệt

độ xử lý ban đầu là 550C, nhiệt độ sấy ròng là 650C, thời gian sấy là 21 ngày và tỷ

lệ khuyết tật là 5,2%

Tóm lại: Từ những phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp sấy ở trên

chúng tôi nhận thấy phương pháp sấy chân không phù hợp với điều kiện phát triển công nghiệp ở nước ta hiện nay Do vậy, chúng tôi sẽ lựa chọn phương pháp sấy

chân không để xây dựng qui trình sấy gỗ bạch đàn đỏ (Eucalyptus camaldulensis)

và bạch đàn trắng (Eucalyptus grandis) nhập khẩu phục vụ cho sản xuất hàng mộc

xuất khẩu Gỗ bạch đàn nhập khẩu hiện chiếm một khối lượng lớn trong sản xuất hàng mộc xuất khẩu nhưng chưa được nghiên cứu đầy đủ về đặc tính nguyên liệu và công nghệ sấy Có thể nói, cho đến nay ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu nào đề cập đến việc nghiên cứu công nghệ sấy chân không gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu Đứng trước yêu cầu bức xúc của sản xuất hàng mộc xuất khẩu thì sấy gỗ là một khâu quan trọng, có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và giá thành sản phẩm, do đó đòi hỏi phải có sự chỉ đạo về kỹ thuật và công nghệ sấy nhằm rút ngắn thời gian sấy và nâng cao chất lượng gỗ sau khi sấy Hầu hết các quy trình sấy cho hai loại gỗ bạch đàn này thường được đúc kết từ kinh nghiệm, dẫn đến tỷ lệ khuyết tật của gỗ sau khi sấy khá cao từ 30 – 40% và thời gian sấy dài, có khi hơn

60 ngày cho một mẻ sấy, rất khó khăn cho các doanh nghiệp sản xuất

2.3 Lý thuyết về công nghệ sấy chân không

Nguyên lý cơ bản của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc áp suất điểm sôi của nước Nếu làm giảm (hạ thấp) áp suất trong một thiết bị chân không xuống đến áp suất mà ở đó nước trong gỗ bắt đầu sôi và bốc hơi, sẽ tạo theo tiết diện ngang của gỗ sấy một chênh lệch áp suất và qua đó hình thành nên một dòng

ẩm chuyển động trong gỗ theo hướng từ trong ra bề mặt gỗ Điều ấy có nghĩa là ở một áp suất nhất định, nước sẽ có một điểm sôi nhất định, do vậy khi hút chân không sẽ làm cho áp suất trong gỗ giảm đi và đến mức ở nhiệt độ của gỗ (và cũng như nhiệt độ của nước trong gỗ) đạt đến nhiệt độ sôi của nước ở điều kiện áp suất đấy, nước trong gỗ sẽ hoá hơi và làm tăng áp suất trong gỗ, tạo nên chênh lệch áp

21

suất hơi giữa bên trong gỗ và bề mặt gỗ, tạo điều kiện thúc đẩy quá trình di chuyển

ẩm từ trong gỗ ra ngoài bề mặt bay hơi và ở đấy, bề mặt gỗ dưới điều kiện chân không (áp suất thấp) quá trình bay hơi sẽ tiến triển nhanh chóng và qua đó quá trình khô của gỗ sẽ rất nhanh và rút ngắn được đáng kể thời gian sấy

Hình 2.13: Đồ thị trạng thái của nước theo nhiệt độ và áp suất

Hình 2.14: Đường cong thể hiện sự phụ thuộc của áp suất-nhiệt độ sôi của nước

22

Phương pháp sấy chân không sấy ở nhiệt độ tương đối thấp (40 -600C), ứng với nhiệt độ sấy này áp suất sấy ở khoảng (50-140mmHg) vì thế sẽ làm giảm hiện tượng nứt, vênh, giữ được màu sắc sản phẩm gỗ sau khi sấy và rút ngắn được thời gian sấy

23

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu một số đặc tính gỗ bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu

- Thực nghiệm sấy bạch đàn đỏ và bạch đàn trắng nhập khẩu

- Phân tích, đánh giá chế độ sấy chân không trong sấy hai loại gỗ bạch đàn nhập khẩu

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Khảo sát đặc điểm cấu tạo gỗ

a Dụng cụ thí nghiệm

- Kính lúp độ phóng đại ×10

- Kính hiển vi độ phóng đại ×(40 ÷ 100)

- Một số hóa chất: Safranin đỏ, oxy già, cồn tuyệt đối, xylen, acid axetic

- Lame, đĩa pectri, cọ, băng keo, dao lam, kéo, giấy thấm

b Phương pháp khảo sát cấu tạo thô đại

Mẫu dùng cho khảo sát cấu tạo thô đại có kích thước 20×50×100 (mm) Sử dụng kính lúp có độ phóng đại ×10 Dùng dao cắt tạo ra bề mặt thật phẳng để quan sát tia gỗ, thớ gỗ, vòng tăng trưởng Bằng mắt thường quan sát hình dáng bên ngoài của cây Sử dụng mặt cắt ngang thân cây để phân biệt giác lõi, vòng năm

c Phương pháp khảo sát cấu tạo hiển vi

Để khảo sát cấu tạo hiển vi cần phải có các tiêu bản mỏng không có bọt khí

và tiêu bản được quan sát dưới kính hiển vi có độ phóng đại ×100 Để có được tiêu bản mỏng cần tiến hành gia công mẫu với kích thước 10×10×15 (mm) Các mẫu gỗ được cắt theo đúng 3 mặt cắt: ngang, tiếp tuyến, xuyên tâm Mẫu gỗ khảo sát được lấy ngẫu nhiên trên các khúc gỗ ở phần gỗ lõi và gỗ giác

♦ Cắt vi phẫu:

Mẫu gỗ sau khi làm mềm được ráp lên máy cắt vi phẫu A.OSliding Microtom Và tiến hành cắt thành từng lát, mỗi lát có độ dày 18- 22 (µm) Việc khảo sát được tiến hành trên ba mặt cắt: ngang, tiếp tuyến, xuyên tâm Để đạt được

độ chính xác của quá trình khảo sát cần phải chọn những mẫu phức mỏng có cấu tạo hoàn hảo để làm tiêu bản

♦ Khử nước:

Trước khi nhuộm màu tiêu bản cần tiến hành khử nước ra khỏi phẫu thức bằng cách rửa qua dung dịch cồn có nồng độ tăng dần Tỷ lệ cồn/ nước: 1/10; 3/10; 5/10; 7/10 và cuối cùng là cồn tuyệt đối Thời gian khử qua mỗi tỷ lệ dung dịch cồn/nước khoảng 15 phút Cần tránh khử nước đột ngột dễ làm phá vỡ tế bào và phẫu thức bị co dúm lại

♦ Nhuộm màu

Dung dịch nhuộm màu bao gồm safranin đỏ, cồn và aniline Tỉ lệ pha dung dịch như sau: tỉ lệ dung dịch bão hòa của safranin trong cồn và tỉ lệ dung dich Anilin bão hòa trong cồn là như nhau Pha dung dịch và giữ một khoảng thời gian trước khi dùng Nhuộm màu có mục đích làm cho tiêu bản đẹp và việc quan sát dễ dàng hơn Khi nhuộm màu giữ phẫu thức trong dung dịch thuốc nhuộm khoảng thời

cố định bằng keo Balsan Canada Các phẫu thức được bố trí như sau: Mặt tiếp tuyến, xuyên tâm chiều dọc thớ cùng vuông góc với cạnh dài của lame Để tránh hiện tượng tạo bọt khí nên đặt kính đậy vật xuống từ từ và trước khi quan sát cần làm khô tiêu bản

3.2.2 Khảo sát tính chất vật lý

Tính chất vật lý của gỗ bao gồm: Độ hút ẩm, độ hút nước, độ dãn nở các chiều, độ dãn nở thể tích, khối lượng thể tích…Tính chất vật lý của gỗ là các tính chất có thể xác định được trong điều kiện không cần phải cải biến thành phần hóa học của gỗ hoặc không phá hoại tính hoàn chỉnh của mẫu gỗ

26

3; 5; 8; 13; 20 sẽ tiến hành cân Thời gian theo dõi tối thiểu là 30 ngày Nếu giữa hai

kỳ thí nghiệm độ ẩm chênh lệch nhau không quá 2% thì có thể kết thúc thí nghiệm

Công thức tính sức hút ẩm:

W0 = (ma – mo) * 100 / mo (3.1)

Với Wo: Sức hút ẩm (%)

m0: Khối lượng gỗ khô kiệt (g)

ma: Khối lượng gỗ có nước mỗi lần cân (g)

b Phương pháp xác định độ hút nước

Thí nghiệm về khả năng hút nước của gỗ được thực hiện theo TCVN 360 –

70 Mẫu gỗ có kích thước 3×3×1 cm (chiều dọc thớ dài 1cm) Sấy khô mẫu với nhiệt độ 100 oC5, mẫu sau khi sấy đến khô kiệt cân khối lượng chính xác đến 0,01

g Cân xong cho vào bình đựng nước (để cho mẫu tự do hút nước)

Hình 3.2: Mẫu xác định độ hút nước và tỉ lệ co dãn các chiều

Sau từng thời gian nhất định: 2 giờ, ngày thứ 1; 2; 4; 7; 12 và 20 ngày cân lại mẫu gỗ Về sau cứ 10 ngày cân 1 lần cho đến khi khối lượng mấu không tăng lên nữa thì kết thúc thí nghiệm Thời gian quan sát tối thiểu là 30 ngày đêm Sau mỗi lần cân, lượng hút nước được tính theo công thức sau:

Wn = (ma – mo) * 100 / mo (3.2) Với Wn: Sức hút nước (%)

m0: Khối lượng gỗ khô kiệt (g)

ma: Khối lượng gỗ có nước mỗi lần cân (g)

27

c Phương pháp xác định khối lượng thể tích

Khối lượng thể tích là một chỉ tiêu quan trọng nhằm đánh giá khối lượng vật chất gỗ trong một đơn vị thể tích gỗ Gỗ có khối lượng thể tích càng lớn kết cấu càng chặt chẽ, ít khoảng trống, gây khó khăn trong quá trình dịch chuyển ẩm, ảnh hưởng tới quá trình xử lý gỗ (ngâm tẩm, sấy…) Khối lượng thể tích của gỗ là tỉ số giữa khối lượng gỗ trên một đơn vị thể tích gỗ:

D = m / V (g/cm3; kg/m3) (3.3) Khối lượng thể tích không những tùy thuộc vào loài cây mà trong cùng một loài cây các điều kiện sinh trưởng khác nhau (đất đai, độ ẩm, khí hậu, ánh sáng) sẽ

có khối lượng thể tích khác nhau Ngoài ra trong một cây gỗ, khối lượng thể tích giữa phần gốc và ngọn cũng khác nhau Gỗ tăng trưởng nhanh thì mềm và nhẹ

Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích được tiến hành theo TCVN 362 –

70 Kích thước mẫu gỗ 2×2×3 cm Dùng thước kẹp panme đo kích thước 3 chiều chính xác đến 0,01g Tính khối lượng mẫu gỗ chính xác đến 0,01g

Hình 3.3: Mẫu xác định khối lượng thể tích và độ dãn nở thể tích

- Khối lượng thể tích cơ bản:

Dùng mẫu gỗ đã sấy khô kiệt Đo kích thước chính xác đến 0,01mm có l1,a1,

b1 Sau đó mẫu được đem hút nước đến bão hòa (kích thước đo 2 lần liên tiếp không thay đổi), lấy mẫu ra đo lại kích thước có l2, a2, b2 Tỉ lệ dãn nỡ xác định theo công thức:

Chiều dọc thớ: Y1 = (l1 – l2) * 100/ l1 (3.7)

Chiều xuyên tâm: Yx = (a1 – a2)* 100/ a1 (3.8)

Chiều tiếp tuyến: Yy = (b1 – b2)* 100/ b1 (3.9)

 Tỉ lệ dãn nở thể tích

Dùng mẫu gỗ đã sấy khô kiệt đo kích thước 3 chiều để tính thể tích V1 hoặc dùng thủy ngân kế đo V1 Ngâm vào nước đến bão hòa rồi xác định thể tích V2 Công thức tính tỉ lệ dãn nở thể tích :

Yvdn (%) = (V1 – V2) * 100 / V1 (3.10) Trong đó : V1: là thể tích gỗ khô kiệt (cm3)

V2: là kích thước gỗ ngâm nước bão hòa (cm3)

VH: Thể tích gỗ ở độ ẩm thí nghiệm (cm3)

H : Độ ẩm thí nghiệm

Tương tự hệ số co dãn các chiều được tính theo công thức:

29

Kl = (lH – lo)* 100 / lo*H (3.12)

Kv = (aH – ao)* 100 / ao*H (3.13)

Kv = (bH – bo)* 100 / bo*H (3.14) Trong đó: lo, ao, bo : kích thước gỗ khô kiệt (cm3)

lH, aH, bH: Kích thước gỗ ở độ ẩm thí nghiệm (cm3)

H : Độ ẩm thí nghiệm

f Xác định điểm bão hòa thớ gỗ

Nếu đặt gỗ tươi, gỗ ướt trong môi trường nào đó (môi trường không khí hay môi trường sấy…) có nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí, nước trong gỗ sẽ thoát ra ngoài Khi nước tự do thoát hết, nước thấm còn bão hòa trong vách tế bào điểm đó gọi là điểm bão hòa thớ gỗ và độ ẩm lúc này của gỗ gọi là độ ẩm bão hào thớ gỗ Ngược lại nếu dặt gỗ khô kiệt hoặc gỗ khô trong môi trường nào đó (môi trường nhân tạo) với độ ẩm và nhiệt độ không khí nhất định của môi trường, gỗ sẽ hút hơi nước Khi nước thấm bão hòa trong vách tế bào và nước tự do bắt đầu xuất hiện thì điểm đó gọi là điểm bão hòa thớ gỗ và độ ẩm lúc này gọi là độ ẩm bão hào thớ gỗ Nói cách khác điểm bão hòa thớ gỗ là ranh giới giữa nước thấm và nước tự

do Độ ẩm bão hòa thớ gỗ được xác định bởi lượng nước thấm tối đa trong gỗ Điểm bão hòa thớ gỗ được xác định theo công thức:

Wbh% = (YV / KV) * 100 (3.15) Trong đó: YV: là tỷ lệ dãn nở thể tích (%)

KV: là hệ số dãn nở thể tích

3.2.3 Phương pháp phân tích thành phần hóa học

Để xác định thành phần hóa học của gỗ ta tiến hành thu bột gỗ không tạp chất trong khi gia công mẫu gỗ Bột lấy về được ray và thu lượng bột gỗ mịn và tiến hành thí nghiệm phân tích thành phần hóa học

a Thí nghiệm xác định độ ẩm

- Tiêu chuẩn: Tappi Standard T3m

- Nguyên tắc: Cân chính xác khối lượng mẫu trước và sau khi sấy ở nhiệt độ

105  2 Từ đó độ ẩm được xác định bằng phương pháp phân tích trọng lượng

P1: Khối lượng mấu khô kiệt (g)

b Thí nghiệm xác định hàm lượng tro

- Tiêu chuẩn: Tappi Standard T15m- 58

- Nguyên tắc loại tất cả các hợp chất hữu cơ ra khỏi nguyên liệu thực vật, (%) được xác định bằng phương pháp phân tích trọng lượng

- Tiêu chuẩn: Tappi Standard T6m- 58

- Nguyên tắc: Dùng dung môi hữu cơ Alcol – Benzen để hòa tan những chất béo, nhựa sáp…ra khỏi nguyên liệu thực vật hàm lượng xác định bằng phương pháp phân tích trọng lượng