Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới hệ số truyền nhiệt của gỗ keo tai tượng sử dụng trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh

Để xác định và đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình truyền nhiệt khi sấy gỗ Keo Tai Tượng, tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới hệ

Tr-ờng đại học lâm nghiệp KHOA CHẾ BIẾN LÂM SẢN

- -

khóa luận tốt nghiệp

NGHIấN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ SẤY TỚI HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT CỦA GỖ KEO TAI TƯỢNG SỬ DỤNG TRONG

CễNG NGHỆ SẢN XUẤT VÁN GHẫP THANH

LỜI CẢM ƠN

Khoá luận tốt nghiệp này được thực hiện tại Trường đại học Lâm Nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Xuân Phương và cô Nguyễn Thị Yên đã hướng dẫn, động viên và chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình thực hiện khoá luận này

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo phụ trách trung tâm thí nghiệm Trường đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình thực hiện thí nghiệm sấy gỗ tại trung tâm

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ giảng viên Khoa chế biến lâm sản Trường đại học Lâm Nghiệp đã tạo điều kiện quan tâm và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

Tôi xin cảm ơn sự quan tâm và giúp đỡ của gia đình, người thân và các bạn đồng nghiệp trong quá trình thực hiện khoá luận này

Hà Nội, tháng 5 năm 2009

Người thực hiện:

Đặng Tiến Dũng

ĐẶT VẤN ĐỀ

Gỗ là vật liệu rất thân thiện với con người, được con người sử dụng lâu đời và rộng rãi, là một trong những vật tư chủ yếu của nền kinh tế quốc dân

Bên cạnh ưu điểm của gỗ: Nhẹ, khối lượng thể tích trung bình từ 0,5 – 0,7

âm tốt, dễ nối ghép bằng đinh, mộng, keo dán, vân thớ đẹp….thì gỗ có những nhược điểm: Gỗ có cấu tạo không đồng đều theo các chiều nên cường độ và sức

co dãn theo các phương dọc thớ, xuyên tâm và tiếp tuyến là khác nhau; gỗ hút nước và thoát ẩm mạnh nên dễ bị cong vênh, nứt nẻ…Để khắc phục được nhược điểm trên thì sấy gỗ trước khi đưa vào sử dụng là phương pháp hiệu quả nhất

Khả năng dẫn nhiệt có ảnh hưởng lớn đến sự truyền nhiệt trong quá trình sấy Hiện tượng dẫn ẩm từ trong lòng vật liệu và thải ra ngoài cũng ảnh hưởng rất lớn đến quá trình dẫn nhiệt mà đặc trưng của nó là hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và độ ẩm

Hiện nay, gỗ rừng trồng chiếm một tỷ trọng lớn trong ngành chế biến lâm sản, vì vậy việc nghiên cứu chế độ sấy các loại gỗ rừng trồng có ý nghĩa to lớn

Ở Việt Nam, cây Keo Tai Tượng được trồng nhiều ở các tỉnh miền núi, trung du miền Bắc và miền Trung

Để xác định và đánh giá mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình

truyền nhiệt khi sấy gỗ Keo Tai Tượng, tôi quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên

cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới hệ số truyền nhiệt của gỗ Keo Tai Tượng sử dụng trong công nghệ sản xuất ván ghép thanh”

Chương 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG 1.1 Thực trạng công nghệ sấy gỗ ở Việt Nam và trên thế giới

1.1.1 Thực trạng công nghệ sấy trên thế giới

Trong thời kỳ gia công gỗ bằng thủ công, người ta hong phơi gỗ xẻ để giảm độ ẩm của gỗ trước lúc sản xuất Đến thế kỷ XIX, một số xưởng gỗ của ngành đường sắt, xưởng làm nhạc cụ có khối lượng tương đối lớn, có yêu cầu cao về mặt chất lượng, lúc đó mới bắt đầu xây dựng lò sấy thủ công Năm 1875, người ta bắt đầu dùng môi trường sấy bằng không khí nóng, hơi quá nhiệt và khí đốt

Công nghiệp gia công cơ giới gỗ phát triển mạnh, những lò sấy, phương pháp sấy thủ công cũ kỹ, năng suất thấp, chất lượng sấy kém đã không thể đáp ứng yêu cầu khối lượng gỗ sấy càng lớn của các nước công nghiệp phát triển Các lò sấy công suất lớn, công nghệ thiết bị tiên tiến được xây dựng ở các nhà máy chế biến gỗ Các công trình nghiên cứu lý luận về bản chất của quá trình sấy

gỗ, các phương pháp, qui trình, chế độ sấy gỗ với nhiều loại môi trường, nguyên liệu sấy trong các kiểu lò sấy khác nhau ngày càng phát triển sâu rộng ở các nước trên thế giới

Xu hướng phát triển hiện nay là hoàn thiện kỹ thuật công nghiệp sấy để thời gian sấy ngắn, chất lượng cao, giá thành sấy rẻ

Hiện nay, công nghệ sấy trên thế giới có nhiều phương pháp sấy: sấy chân

không, sấy ngưng tụ ẩm, sấy cao tần, sấy hơi quá nhiệt, sấy gián tiếp trong môi trường không khí…

[3] Tháng 4 năm 2003,hội nghị khoa học “sấy gỗ, thực trạng và phương hướng giải quyết” tại Mascơva bàn về:

-Thực trạng kỹ thuật, nguyên tắc và phương pháp sấy gỗ

-Những công nghệ và thiết bị mới

-Yêu cầu và chất lượng gỗ

-Trang bị,thiết bị của các phương pháp sấy và công trình sấy

-Tự động hoá và điều khiển quy trình sấy

Trình độ sấy gỗ của các nước châu Âu, Mỹ và các nước phát triển đã đạt đến trình độ cao cả về cơ sở lý luận và thực nghiệm

1.1.2 Thực trạng công nghệ sấy gỗ ở Việt Nam

Ở nước ta phổ biến là sấy gián tiếp trong môi trường không khí.Trong những năm gần đây việc nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằm rút ngắn thời gian sấy và nâng cao chất lượng gỗ sấy đã được quan tâm, có thể kể đến một số công trình nghiên cứu của một số tác giả như:

Luận văn thạc sĩ Lê Hoà (2008), “Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm chế độ sấy dạng tấm trong thiết bị sấy đối lưu cưỡng bức”

Luận án tiến sĩ Hồ Thu Thuỷ (2004) “Nghiên cứu một số giải pháp nhằm rút ngắn thời gian sấy gỗ”

Luận văn thạc sĩ Vũ Văn Hải (2007) “Quy luật truyền nhiệt truyền chất và chế độ sấy đối lưu một số vật liệu dạng trụ”

Hiện nay, các loại gỗ rừng trồng chiếm một tỷ trọng khá lớn trong ngành công nghiệp chế biến gỗ của nước ta, chính vì vậy việc nghiên cứu hoàn thiện công nghệ sấy gỗ rừng trồng là việc làm có ý nghĩa quan trọng

Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hệ số truyền nhiệt của gỗ Keo Tai Tượng góp phần hoàn thiện kỹ thuật, công nghệ sấy để thời gian sấy ngắn, chất lượng cao, giá thành sấy rẻ

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Xác định và đánh giá được ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới hệ số truyền nhiệt đối với loại gỗ Keo Tai Tượng

1.3 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu về nguyên liệu, công nghệ và lựa chọn cấp nhiệt độ sấy

- Sấy gỗ Keo Tai Tượng ở các cấp nhiệt độ khác nhau

- Thu thập các số liệu về độ ẩm của gỗ ở các cấp nhiệt độ khác nhau từ

đó tính toán được hệ số truyền nhiệt ở các cấp nhiệt độ tương ứng

- Nhận xét và đánh giá kết quả

- Kiến nghị và tồn tại

1.4 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài được nghiên cứu với đối tượng cụ thể là gỗ Keo tai tượng có độ tuổi 8 năm và được trồng ở khu vực Xuân Mai

Đảm bảo tính đồng đều về kích thước chiều dày ván (25 mm), độ ẩm ban đầu (khoảng 60%), chiều thớ

1.5 Phương pháp nghiên cứu

-Phương pháp thực nghiệm

-Phương pháp chuyên gia

-Phương pháp kế thừa

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Đặc điểm cấu tạo và tính chất chủ yếu của gỗ Keo tai tượng:

2.1.1 Đặc điểm cấu tạo

Keo tai tượng là loài cây có gỗ lõi, gỗ giác phân biệt Gỗ giác có màu vàng nhạt, gỗ lõi có màu xám đen Khi cây vừa chặt hạ, chúng ta có thể nhận biết gỗ giác và gỗ lõi một cách rõ ràng ở độ tuổi 5-10 năm, tỷ lệ trung bình phần gỗ lõi khoảng 75% Vùng tuỷ cây (đặc biệt ở giai đoạn 10 năm) hình thành một vùng

“gỗ già” mềm, xốp, làm giảm độ bền cũng như tỷ lệ lợi dụng gỗ Một trong những nhược điểm của Keo tai tượng là rỗng ruột Đây là một đặc điểm cần đặc biệt quan tâm khi quyết định tuổi chặt hạ cũng như lựa chọn công nghệ và sản phẩm

Keo tai tượng là loài cây mọc nhanh Trong mỗi vòng năm phần gỗ sớm

và phần gỗ muộn phân biệt không rõ ràng Trên mặt cắt ngang chúng ta quan sát theo vòng năm là những vòng tương đối tròn đều và đồng tâm vây quanh tuỷ Tăng trưởng chiều cao phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện lập địa

Quan sát thô đại ta thấy, Keo tai tượng có thớ gỗ tương đối thẳng và thô; mạch gỗ phân tán tụ hợp đơn và kép xen kẽ, số lượng mạch gỗ nhiều; tia gỗ có

số lượng tương đối nhiều, kích thước trung bình Tổ chức tế bào mô mềm nối tiếp nhau thành từng dây dọc theo thân cây, hình thức phân bố trên mặt cắt ngang vây quanh mạch theo đường tròn không kín

2.1.2 Một số tính chất vật lý chủ yếu của Keo tai tượng

* Độ ẩm tuyệt đối

Độ ẩm tuyệt đối của gỗ là tỷ số tính theo phần trăm giữa khối lượng nước

có trong gỗ và khối lượng gỗ khô kiệt

- Gỗ giác : MC = 88%

- Gỗ lõi : MC = 103%

* Tỷ lệ giãn nở

- Gỗ giác: Tỷ lệ giãn nở theo phương dọc thớ: 0,28%

Tỷ lệ giãn nở theo phương xuyên tâm: 2,26%

Tỷ lệ giãn nở theo phương tiếp tuyến: 6,72%

Tỷ lệ giãn nở thể tích : 9,47%

- Gỗ lõi: Tỷ lệ giãn nở theo phương dọc thớ: 0,28%

Tỷ lệ giãn nở theo phương xuyên tâm: 1,64%

Tỷ lệ giãn nở theo phương tiếp tuyến: 5,42%

Tỷ lệ giãn nở thể tích : 7,49%

* Tỷ lệ co rút

- Gỗ giác: Tỷ lệ giãn nở theo phương dọc thớ: 0,33%

Tỷ lệ giãn nở theo phương xuyên tâm: 2,63%

Tỷ lệ giãn nở theo phương tiếp tuyến: 6,95%

Tỷ lệ giãn nở thể tích : 10,34%

- Gỗ lõi: Tỷ lệ giãn nở theo phương dọc thớ: 0,3%

Tỷ lệ giãn nở theo phương xuyên tâm: 1,86%

Tỷ lệ giãn nở theo phương tiếp tuyến: 6,04%

Tỷ lệ giãn nở thể tích : 8,18%

* Khối lƣợng thể tích

- Khối lượng thể tích trung bình : 0,477 g/cm3

Khối lượng thể tích cơ bản: 0,47 g/cm3

Khối lượng thể tích cơ bản: 0,42g/cm3

2.1.3 Một số tính chất cơ học chủ yếu của gỗ Keo tai tƣợng

* Ứng suất ép

- Ứng suất ép dọc của gỗ giác: 81,0 MPa

- Ứng suất ép dọc của gỗ lõi : 66,5 MPa

- Ứng suất ép ngang toàn bộ tiếp tuyến của gỗ giác : 4,782 MPa

- Ứng suất ép ngang toàn bộ xuyên tâm của gỗ giác : 5,93 MPa

- Ứng suất ép ngang toàn bộ tiếp tuyến của gỗ lõi : 4,51 MPa

- Ứng suất ép ngang toàn bộ xuyên tâm của gỗ lõi : 5,31 MPa

- Ứng suất ép ngang cục bộ tiếp tuyến của gỗ giác : 7,50 MPa

- Ứng suất ép ngang cục bộ xuyên tâm của gỗ giác : 9,23 MPa

- Ứng suất ép ngang cục bộ tiếp tuyến của gỗ lõi : 6,75 MPa

- Ứng suất ép ngang cục bộ xuyên tâm của gỗ lõi : 6,15 MPa

* Ứng suất uốn tĩnh

- Ứng suất uốn tĩnh của gỗ giác : 94,6 MPa

- Ứng suất uốn tĩnh của gỗ lõi : 87,1 MPa

*Mô đun đàn hồi

- Mô đun đàn hồi của gỗ giác : 9,35 x 103 MPa

- Mô đun đàn hồi của gỗ lõi : 8,24 x 103 MPa

* Độ cứng tĩnh của gỗ

- Gỗ giác: Mặt cắt ngang: 46,20 MPa

Mặt cắt tiếp tuyến: 36,97 MPa

Mặt cắt xuyên tâm: 34,70 MPa

2.1.4 Thành phần hoá học

Theo tác giả R.H.M.J.Lemmes, I.Soerianegara and W.C.Wong (1995), thành

phần chủ yếu của gỗ Keo tai tượng được thể hiện trong bảng 2.1

Bảng 2.1- Thành phần chủ yếu của gỗ Keo Tai Tƣợng

2.1.5 Kết luận chung về gỗ Keo tai tƣợng

Keo tai tượng là loài cây rừng trồng mọc nhanh, tán lá rộng và dày đặc, có

khả năng cải tạo tốt chống sói mòn…

Về mặt cấu tạo chúng ta thấy đây là loại gỗ có giác, lõi phân biệt rõ ràng;

những cây ở độ tuổi 10 năm bắt đầu xuất hiện một vùng “gỗ già” vùng gỗ này

gây ra hiện tượng rỗng ruột cho gỗ sau này

Phần gỗ giác có khối lượng thể tích và các chỉ tiêu độ bền cơ học lớn hơn

phần gỗ lõi (trừ độ cứng tĩnh của gỗ), điều này khác hẳn với các loại gỗ thông

thường Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do phần gỗ lõi bị ảnh hưởng của phần “gỗ già”

Căn cứ vào một số đặc điểm ngoại quan, tính chất vật lý, cơ học chủ yếu của gỗ Keo tai tượng có thể kết luận rằng đây là loại gỗ có độ cứng trung bình hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu làm ván ghép thanh

2.2 Những khái niệm về độ ẩm của gỗ

Trong gỗ luôn tồn tại một lượng ẩm nhất định Nó có mối liên hệ phức tạp với gỗ Theo mức liên kết giữa ẩm với gỗ thì nó tồn tại dưới hai dạng: Ẩm tự do

và ẩm liên kết Hàm lượng ẩm có ở trong gỗ:

Wgỗ= Wtự do+ Wliên kết

a) Ẩm tự do: Là lượng ẩm tồn tại trong ruột gỗ của tế bào cấu tạo nên gỗ,

bền vững Vì thế lượng ẩm này dễ tách khỏi gỗ và làm độ ẩm của gỗ giảm nhanh trong quá trình sấy

b) Ẩm liên kết: Là lượng ẩm tồn tại trong các vi mao quản( r < 10-7m ) của vách tế bào Lượng ẩm này được liên kết với các thành phần của gỗ bằng các lực liên kết khác nhau (liên kết sức căng bề mặt, liên kết mao quản, liên kết hoá học ) các mối liên kết này là rất bền vững và rất khó phá vỡ được mối liên kết

đó Muốn tách lượng ẩm này ra khỏi thì phải chi phí một năng lượng lớn Khi ẩm liên kết thay đổi thì nó làm cho các tính chất của gỗ bị biến đổi rất lớn và là nguyên nhân gây ra hiện tượng co rút của gỗ

2.2.1 Độ ẩm tương đối của gỗ

Độ ẩm tương đối của gỗ là hàm lượng nước chứa trong gỗ quy về một đơn

vị khối lượng gỗ tươi và tính bằng công thức sau:

G: Khối lượng gỗ ban đầu

Độ ẩm tương đối của gỗ biến thiên từ 0% đến 100% Giữa trọng lượng gỗ

G0 = G(1 – Wa) (2.2)

Dựa vào trọng lượng gỗ khô kiệt trước và sau lúc sấy luôn luôn không đổi, ta có công thức sau:

G0 = G1(1 – Wa1) = G2(1 – Wa2) (2.3)

Từ đấy rút ra:

Wa2 - 1

Wa1 1 1

G

G

(2.4) Công thức có 4 đại lượng: Khối lượng và độ ẩm tương đối của gỗ trước và sau khi sấy Như thế, nếu biết được 3 đại lượng trong 4 đại lượng trên thì ta có thể suy ra đại lượng thứ 4 một cách dễ dàng

Trong kỹ thuật sấy gỗ của một số nước, người ta cũng dựa vào công thức trên để theo dõi sự biến đổi độ ẩm của gỗ sau từng giai đoạn sấy, bằng cách trang

trước, xác định theo phương pháp xác định độ ẩm bình thường, đem treo vào giá

thể đại diện cho độ ẩm trung bình của cả đống gỗ trong lò sấy

Trong quá trình sấy, khối lượng của thanh gỗ kiểm tra sẽ giảm dần do gỗ

muốn theo dõi độ ẩm của gỗ sấy Sau đó dựa vào công thức trên, có thể tính

Ngày nay, trong các lò sấy tự động, người ta sử dụng các đầu đo độ ẩm để xác định độ ẩm tượng đối trong quá trình sấy

2.2.2 Độ ẩm tuyệt đối của gỗ

Độ ẩm tuyệt đối của gỗ là hàm lượng nước chứa trong gỗ quy về một đơn vị trọng lượng gỗ khô kiệt và tính bằng công thức:

và độ ẩm tuyệt đối của gỗ có mối quan hệ như sau:

Và cũng dựa vào sự cố định của khối lượng gỗ khô kiệt ta cũng dẫn đến tỷ

lệ sau đây:

W1 1

W2 1 1

Wo =

Wa - 1

W

2.2.3 Sự biến đổi độ ẩm trong gỗ [1]

Tùy theo lượng nước trong gỗ nhiều hay ít mà gỗ có tên gọi khác nhau trong sử dụng

+ Gỗ tươi: là gỗ cây mới chặt hạ, tuỳ theo thời tiết và khí hậu ở mỗi nơi khác nhau mà độ ẩm gỗ tươi lên xuống thất thường Độ ẩm gỗ tươi thay đổi theo mùa, độ ẩm cao nhất vào thời kỳ chất dinh dưỡng lưu thông mạnh Gỗ non độ

ẩm cao hơn ở gỗ già, ở ngọn cao hơn ở gốc, ở cành cao hơn ở than, ở giác cao hơn ở lõi Thể hiện có tính quy luật là độ ẩm tươi tăng dần từ gốc đến ngọn, từ tuỷ ra vỏ Nói chung độ ẩm gỗ tươi trung bình là 60 – 80%

+ Gỗ ướt: là gỗ ngâm lâu trong nước (gỗ ngâm trong ao hồ, gỗ xuôi bè) Độ

ẩm gỗ ướt cao hơn gỗ tươi

+ Gỗ phơi khô: là gỗ được hong phơi trong không khí đến lúc độ ẩm trong

gỗ tương đối ổn định Tuỳ theo nhiệt độ và độ ẩm tương đối không khí xung quanh cao hay thấp ta có độ ẩm phơi khô tương ứng

Trong điều kiện khí hậu ôn đới, không khí khô, độ ẩm gỗ phơi khô của Đức

là 12%, của Liên bang Nga và Trung Quốc là 15% Trong điều kiện nhiệt đới

+ Gỗ sấy khô: Muốn gỗ khô nhanh, trước khi dùng phải sấy khô Tuỳ theo yêu cầu kĩ thuật trong sử dụng mà độ ẩm gỗ sấy có thể cao hay thấp, nói chung

+ Gỗ khô kiệt: Sấy gỗ ở nhiệt độ cao trong một thời gian nhất định, nước trong gỗ bay hơi ra hết, độ ẩm của gỗ gần 0% gọi là gỗ khô kiệt Trong thực tế sản xuất rất ít khi sấy gỗ khô đến mức ấy, nhưng trong phòng thí nghiệm thường sấy đến khô kiệt

+ Điểm bão hoà 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 hoà trong vách tế bào Điểm đó gọi là điểm bão hoà thớ gỗ Ngược lại, nếu đặt gỗ khô kiệt hoặc gỗ khô trong môi trường nào đó (môi trường nhân tạo) với nhiệt độ và độ ẩm không khí nhất định của môi trường, gỗ sẽ hút hơi nước Khi nước thấm bão hoà trong vách tế bào và nước tự do bắt đầu xuất hiện thì điểm đó là điểm bão hoà thớ gỗ và độ ẩm gỗ lúc này là độ ẩm bão hoà thớ gỗ Nói cách khác điểm bão hoà thớ gỗ là ranh giới giữa nước thấm và nước tự

do Độ ẩm bão hoà thớ gỗ là độ ẩm xác định bởi lượng nước thấm tối đa trong

gỗ

Nhiệt độ không khí có ảnh hưởng đến độ ẩm bão hoà thớ gỗ Nhiệt độ tăng,

Cường độ gỗ, sức co giãn, khả năng dẫn điện,… của gỗ chỉ thay đổi khi độ

ẩm gỗ thay đổi trong phạm vi từ độ ẩm 0% đến độ ẩm bão hoà thớ gỗ Cụ thể là khi gỗ khô kiệt bắt đầu hút nước thì hiện tượng giãn nở sản sinh, cường độ gỗ

giảm dần, khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tăng lên cho đến lúc độ ẩm gỗ đạt đến điểm bão hoà thớ gỗ thì sức giãn nở đạt đến giá trị tối đa, cường độ gỗ đạt đến mức tối thiểu

thì thể tích, cường độ, khả năng dẫn điện của gỗ cũng không thay đổi Ngược lại,

gỗ ướt thoát hơi nước, khi độ ẩm giảm xuống đến dưới điểm bão hoà thớ gỗ, cường độ gỗ bắt đầu tăng lên, hiện tượng co rút bắt đầu sản sinh, sức dẫn điện, dẫn nhiệt bắt đầu giảm Gỗ khô kiệt, sức co rút và cường độ gỗ đạt đến giá trị tối

đa đồng thời gỗ biến thành vật cách điện

2.3 Quá trình truyền nhiệt truyền chất trong vật liệu sấy [2, 3, 4]

Sấy là quá trình tách ẩm (hơi nước và nước) ra khỏi vật liệu sấy trong đó vật liệu sấy nhận năng lượng để ẩm từ trong lòng vật liệu sấy dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môi trường tác nhân sấy Trong lòng vật liệu sấy là quá trình dẫn nhiệt và khuếch tán ẩm hỗn hợp Trao đổi nhiệt - ẩm giữa bề mặt vật liệu sấy với tác nhân sấy là quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm đối lưu liên hợp Quá trình bên trong vật liệu sấy chủ yếu chịu ảnh hưởng của dạng liên kết ẩm với cốt khô của vật liệu, quá trình ở bề mặt vật liệu sấy chủ yếu chịu ảnh hưởng của cơ cấu trao đổi nhiệt ẩm và các thông số của tác nhân sấy cũng như vật liệu sấy

Quá trình sấy nhằm giảm trọng lượng chi tiết, công trình gỗ, đảm bảm được chất lượng dán keo và trang sức bề mặt Sấy gỗ để không bị mốc, mục, mọt, mối xâm hại; giữ được ổn định hình dạng kích thước, giảm cong vênh, nứt nẻ lúc gia công, sử dụng

Để nghiên cứu quá trình truyền nhiệt trong gỗ cần nghiên cứu về loại gỗ (gỗ Keo tai tượng), các dạng liên kết và năng lượng liên kết, các quá trình truyền nhiệt trong vật liệu sấy

2.3.1 Các dạng liên kết và năng lƣợng liên kết

Ẩm có mặt trong vật liệu gỗ dưới hai dạng chủ yếu: liên kết hoá lý (nước liên kết) và liên kết cơ lý (nước tự do) Nước tự do là nước nằm trong các không bào, ruột tế bào gỗ tức là nằm trong hệ thống mao quản gỗ, nên còn gọi là nước mao quản Nước tự do dễ dàng thoát ra khỏi gỗ thông qua hệ thống mao quản của gỗ với một lượng năng lượng nhỏ Nước liên kết là nước nằm trong vách tế bào gỗ, giữa các bó cellulose và một phần liên kết hoá học qua cầu hydro giữa các phân tử nước và phân tử cellulose Nước này rất khó thoát ra khỏi gỗ vì vậy muốn tách nước liên kết ra khỏi gỗ ta cần cấp một lượng năng lượng khá lớn Ranh giới giữa hai loại nước trên quyết định bởi điểm bão hoà thớ gỗ

2.3.2 Quá trình truyền nhiệt truyền chất trong vật liệu sấy [4, 8]

Quá trình sấy là quá trình vật liệu nhận năng lượng từ một nguồn nhiệt để

ẩm từ trong lòng vật dịch chuyển ra bề mặt và đi vào môi trường Như vậy quá trình truyền nhiệt được dựa vào định luật Fourier về dẫn nhiệt và định luật Fich khuếch tán

2.3.2.1 Định luật Fourier về dẫn nhiệt [3]

Sử dụng phương pháp kế thừa ta có được định luật Fourier trong trường hợp không đẳng hướng được viết dưới dạng:

quan hệ (2.9) có thể xem như là ảnh hưởng của các dòng trên trục toạ độ có tính đến hiệu ứng chéo Hiệu ứng chéo là ảnh hưởng chẳng hạn của dòng nhiệt theo trục x của vật không đẳng hướng gây nên sự thay đổi nhiệt độ theo trục y, z và

xứng Onsager và như vậy:

 12= 21  13= 31  23= 32 (2.10) Như vậy tenxơ dẫn nhiệt có thể xem là tenxơ đối xứng

23 22 21

13 12 11

Ta xem xét một số trường hợp riêng Khi bỏ qua ảnh hưởng chéo, nghĩa là:

11

0

0

0

0

0 0

Đây chính là định luật Fourier mà ta đã quen biết ở giáo trình cơ sở

2.3.2.2 Định luật Fich về khuếch tán [3]

Tương tự như dẫn nhiệt dòng khuếch tán trong môi trường không đẳng hướng có dạng:

C



khuếch tán Cũng như dẫn nhiệt, nếu xem tenxơ khuếch tán thoả mãn quan hệ tương hỗ Onsager thì các hệ số chéo từng đôi một bằng nhau nghĩa là:

quan hệ ( 2.14) lấy dạng Fich quen thuộc:

z

C



 )=- D C (2.17)

Như vậy, các quan hệ dòng vật chất khuếch tán và Gradient nồng độ (2.14), (2.16) và (2.17) hoàn toàn tương tự như quan hệ dòng nhiệt và Gradient nhiệt độ (2.9), (2.11), (2.13)

2.4 Tính chất dẫn nhiệt của gỗ [1]

2.4.1 Tỷ nhiệt

Để giải thích và tính toán hệ số biến đổi nhiệt độ theo thời gian sấy, ta

phải nghiên cứu tỷ nhiệt của gỗ

Tỷ nhiệt còn gọi là nhiệt dung riêng Tỷ nhiệt của một chất là nhiệt dung

1

dt t

= 0,324 (kcal/kg0C) (2.19)

Tỷ nhiệt của gỗ còn thay đổi theo độ ẩm Tỷ nhiệt của gỗ ở một độ ẩm nào

đó là tổng số giữa tỷ nhiệt gỗ hoàn toàn khô và tỷ nhiệt của nước trong gỗ

Cx = Wa Cw + (1- Wa) Co (2.20)

Nhưng độ ẩm của gỗ thường lấy độ ẩm tuyệt đối làm chuẩn nên:

Cx =

Wo 1

Wo

Wo 1

Wo

 )Co (2.21)

Cx =

Wo 1

Co WoCw





=

Wo 1

0,00116t 0,266

Trong việc phơi sấy gỗ để áp dụng các biện pháp có hiệu quả nhất cũng cần biết tỷ nhiệt của không khí và của hơi nước Tỷ nhiệt của không khí là

kcal/kg0C

[C ]= kcal/kg0C=4,186 kJ/kg0C

2.4.2 Tính chất truyền nhiệt [1, 2]

Do cấu tạo rỗng nên sức truyền nhiệt của gỗ kém Gỗ rất nhẹ như Orchoma sức truyền nhiệt tương đương như amian, mùn cưa, bần,… Đặc điểm này của gỗ được lợi dụng rất nhiều, nhất là trong xây dựng

“ Hệ số truyền nhiệt là nhiệt lượng cần thiết để thông qua một đơn vị diện

Gỗ là một vật thể hữu cơ, ngoài vách tế bào còn có nhiều nước, không khí

và các chất khác, vì vậy khả năng dẫn nhiệt của nó biến đổi rất nhiều Nhân tố ảnh hưởng khá phức tạp, trong đó khối lượng thể tích là nhân tố quan trọng nhất

Gỗ nặng có hệ số truyền nhiệt cao hơn gỗ nhẹ Khối lượng thể tích bằng nhau loại gỗ nào có độ ẩm cao thì khả năng truyền nhiệt mạnh

Theo [7]: hệ số truyền nhiệt của gỗ được xác định theo công thức thực nghiệm sau:

K s m

jun

.

Sức truyền nhiệt của gỗ còn khác nhau theo chiều thớ Chiều dọc thớ gần gấp hai lần chiều ngang thớ Vì truyền nhiệt theo chiều dọc thớ ít gặp trở lực hơn chiều ngang thớ rất nhiều Truyền nhiệt theo chiều ngang thớ còn vấp phải sức

cản của những khe hở chứa đầy các vật chất khác Chiều xuyên tâm truyền nhiệt mạnh hơn chiều tiếp tuyến vì có sự tồn tại của tia gỗ

2.4.3 Tính chất toả nhiệt [1]

Khi nóng lên hay nguội đi, gỗ có thể làm cho nhiệt toả đều khắp mọi chỗ Hiện tượng ấy gọi là tính chất toả nhiệt Người ta dùng hệ số toả nhiệt hay hệ số trao đổi nhiệt để biểu thị:

a =





hệ số toả nhiệt càng lớn Độ ẩm có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất toả nhiệt của

gỗ Độ ẩm tăng, sức toả nhiệt của gỗ giảm vì sức toả nhiệt của không khí lớn hơn của nước

2.5 Phương pháp sấy và chế độ sấy

2.5.1 Các khái niệm cơ bản [2]

- Độ ẩm tương đối của không khí (,%): Là tỷ lệ giữa áp suất thành phần

độ (P H)

 =

H

n P

P

(2.26)

Là lượng hơi nước có trong không khí tính trên một kg không khí hơi khô

- Hàm lượng nhiệt của không khí (I, KJ/Kg không khí): Là lượng nhiệt

nội tại của bản thân 1kg không khí, nó được đặc trưng bởi hàm lượng nhiệt của không khí khô và của hơi nước vào trong không khí