TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tình hình nghiên cứu về sấy gỗ trên thế giới
1.1.1 Tình hình nghiên cứu về gỗ rừng trồng
Hiện nay, gỗ rừng trồng, đặc biệt là gỗ Bạch đàn các loại và gỗ keo lá tràm đã và đang được nhiều nước nghiên cứu và sử dụng
Năm 1953, ngành công nghiệp gỗ Ấn Độ đã tiến hành nghiên cứu về ảnh hưởng của khối lượng thể tích gỗ đối với các tính chất của gỗ, đặc biệt là tính chất cơ học Viện công nghiệp rừng Ấn Độ được giao nhiệm vụ nghiên cứu và đánh giá chất lượng các tính chất cơ học và vật lý của gỗ.
Vào năm 1957 tại Malaysia, nghiên cứu đã được tiến hành về chế biến hai loại gỗ chính là Bạch đàn trắng và Tràm bông vàng Các nghiên cứu này tập trung vào nhiều lĩnh vực như sản xuất đồ mộc trong nhà và ngoài trời, dụng cụ bếp, trang trí nội thất và đặc biệt là mộc cao cấp Để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế, các nhà nghiên cứu đã tiến hành khảo sát bài bản về tính chất cơ lý, công nghệ bảo quản, kỹ thuật sấy và gia công chế biến, cũng như xác định mục đích sử dụng của các loại gỗ này.
Năm 1982, Đại học Texas Mỹ đã nghiên cứu về đặc điểm và tính chất của gỗ xẻ trong sử dụng ở Australia và Thái Bình Dương, đồng thời vào năm
1984, trường đại học Nông Lâm Mỹ đã cho ra đời cuốn sổ tay viết về công nghệ chế biến nói chung
Năm 1992, ở Philipin, đã nghiên cứu sử dụng các loại gỗ rừng trồng, công nghệ mộc của họ từ đây cũng phát triển mạnh
Các công trình nghiên cứu đã đề cập đến nhiều vấn đề quan trọng như cấu tạo gỗ, chiều thớ gỗ, tỷ lệ co rút, xử lý bảo quản gỗ và công nghệ sấy.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu về công nghệ sấy gỗ Bạch đàn
Theo các tác giả Walter G Kauman, gỗ Bạch đàn chủ yếu có nguồn gốc từ Australia, với các địa điểm khác như Đảo Islands và Philippines cũng đóng góp vào sự phát triển của loài cây này Kể từ năm 1788, gỗ Bạch đàn đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là ở các khu vực như Nam Phi, Nam Mỹ và California, với tổng diện tích trồng khoảng 8 – 12 triệu ha, trong đó hơn 4 triệu ha nằm ở Brazil.
Trước năm 1928, gỗ Bạch đàn chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu giấy Tuy nhiên, từ năm 1928, Viện công nghiệp rừng của Australia đã nghiên cứu và phát triển công nghệ chế biến gỗ Bạch đàn cho nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt trong sản xuất hàng mộc và xây dựng Trong số hơn 500 loài Bạch đàn trên toàn thế giới, đã có 200 loài được nghiên cứu và áp dụng theo khuyến cáo của FAO và Australia, với khối lượng thể tích dao động từ 450 đến 1000 kg/m³.
Theo ông R.L.Northway, khi nghiên cứu về gỗ Bạch đàn và gỗ Sồi năm
1996 đã đưa ra hai trường hợp của qui trình sấy gỗ xẻ có độ dày từ 27 – 30 và
50 – 55 mm nhƣ sau : Đối với gỗ Bạch đàn sau khi phơi ngoài không khí rồi đƣa vào lò sấy :
Bảng 1.1 Qui trình sấy cho một số loài gỗ Bạch đàn
(mm) Loại ván xẻ Thời gian sấy
Eucalyptus grandis 25 Nửa xuyên tâm 10
Eucalyptusi globulus 25 Nửa xuyên tâm 21
50 Nửa xuyên tâm 28 Đối với gỗ Bạch đàn tươi, không qua hong phơi :
Bảng 1.2 Qui trình sấy mền của Australia áp dụng cho 3 loại gỗ nói trên Độ ẩm
Chênh lệch Δt ( o C ) Độ ẩm tương đối của môi trường sấy ( % ) Độ ẩm thăng bằng của gỗ trong lò ( % )
Bảng 1.3 Qui trình sấy cứng của Australia áp dụng cho 3 loại gỗ nói trên Độ ẩm
Chênh lệch Δt ( o C ) Độ ẩm tương đối của môi trường sấy ( % ) Độ ẩm thăng bằng của gỗ trong lò ( % )
* Tác giả đã đƣa ra qui trình sấy cho loài gỗ Bạch đàn grandis của south
Bảng 1.4 Qui trình sấy gỗ đã hong phơi Điều kiện sấy Điều kiện xử lý ẩm và thời gian xử lý
( o c) Độ ẩm môi trường (%) Độ ẩm thăng bằng (%)
Xử lý độ ẩm t.bằng (%)
Bảng 1.5 Qui trình sấy gỗ tươi Độ ẩm gỗ
Chênh lệch Δt ( o c) Độ ẩm tương đôi của môi trường (%) Độ ẩm thăng bằng (%)
Ông Rôdlfo J Neman, một nhà nghiên cứu người Chi Lê, đã tiến hành nghiên cứu về quá trình sấy gỗ Bạch đàn còn tươi và non Kết quả cho thấy, với chiều dày ván 30 mm, thời gian sấy cần thiết là 35 ngày để giảm thiểu khuyết tật sấy Nếu gỗ được hong phơi trước khi sấy ngoài không khí, thời gian cần thiết sẽ kéo dài từ 8 đến 15 tuần, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết.
Ngoài ra còn một số vấn đề khác nữa cũng đã đƣợc đề cập nghiên cứu nhƣ :
Nghiên cứu của tác giả Alexiou và P.N.Harley tập trung vào việc phát triển sức căng hình thành trong quá trình sấy gỗ Bạch đàn và các phương pháp giảm sức căng này trong quá trình sấy tại Thụy Điển Kết quả nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu sắc về ảnh hưởng của quá trình sấy đến tính chất vật lý của gỗ, đồng thời đề xuất các biện pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng gỗ sau sấy.
- Hiệu quả của việc phun ẩm định kỳ đối với khuyết tật gỗ sấy của Alexiou P.N.Wilking và Harley Jamie
Tình hình nghiên cứu về công nghệ sấy gỗ Bạch đàn ở Việt Nam
Từ những năm 1960, Việt Nam đã bắt đầu trồng rừng với mục tiêu phủ xanh đất trống, nhưng đến cuối những năm 1980, các dự án trồng rừng phục vụ ngành công nghiệp chế biến gỗ mới thực sự phát triển Các loại gỗ chủ yếu được trồng bao gồm Bạch đàn, Keo tai tượng, Keo lá tràm và Thông, phục vụ cho sản xuất giấy và ván nhân tạo Mặc dù hiện nay đã có sản phẩm mộc từ gỗ rừng trồng, nhưng chúng vẫn gặp hạn chế về độ bền và thẩm mỹ Do đó, việc nâng cao chất lượng gỗ rừng trồng đang trở thành xu thế quan trọng, đặc biệt khi gỗ tự nhiên ngày càng khan hiếm Nghiên cứu giải pháp công nghệ sử dụng gỗ rừng trồng thay thế gỗ tự nhiên trong sản xuất đồ mộc là rất cần thiết Một trong những khâu quan trọng để khắc phục nhược điểm của gỗ rừng trồng là sấy, vì chế độ sấy phù hợp không chỉ giảm khuyết tật mà còn nâng cao độ bền của gỗ Vì vậy, nhiều đề tài nghiên cứu đã được tiến hành để cải thiện chất lượng gỗ rừng trồng.
TS Trần Tuấn Nghĩa và TS Nguyễn Trọng Nhân từ Viện Khoa học Lâm Nghiệp Việt Nam đã thực hiện đề tài cấp nhà nước về việc nghiên cứu sơ đồ xẻ và chế độ sấy gỗ Bạch đàn, Keo lá tràm Trong nghiên cứu này, họ đã xác định chế độ sấy cho gỗ Bạch đàn và Keo lá tràm với độ dày 50mm, góp phần quan trọng vào công nghệ sản xuất ván ghép thanh.
Bạch đàn Giai đoạn sấy
Tháng 03 năm 2001, Hứa Thị Thuần đã thực hiện đề tài nghiên cứu cấp bộ về sấy gỗ Bạch đàn trắng (E.camaldulensis) tại Nông trường Sông Hậu, đã rút ra đƣợc kết luận nhƣ sau : Gỗ Bạch đàn trắng sau khi chặt hạ đem xẻ ở cấp chiều dày: (35 – 50)mm và (50 – 60)mm Sau đó đƣa vào sấy ở 4 cấp nhiệt độ: (45 – 55) o c, (50 – 60) o c, (60 – 70) o c, (60 – 80) o c, thời gian sấy để đạt tới độ ẩm (8 – 12)% của cấp chiều dày (35 – 45)mm theo các cấp nhiệt độ trên: 20 ngày, 17 ngày, 15 ngày và 10 ngày, còn đối với cấp chiều dày (50 – 60)mm thì thời gian sấy tương ứng là 30 ngày, 20 ngày, 15 ngày Về khuyết tật tác giả kết luận rằng, với độ ẩm bảo đảm, thời gian sấy đƣợc rút ngắn nhƣng khuyết tật gỗ sấy rất cao, còn nếu sấy ở nhiệt độ (45 – 55) o c thì khuyết tật ít hơn nhiều nhưng thời gian sấy rất dài, ảnh hưởng tới sản xuất và kinh tế Năm 2004, Hồ Xuân Các và Hồ Thu Thủy sau khi nghiên cứu loài gỗ Bạch đàn ở phía Nam, tác giả đã đƣa ra qui trình sấy cho một số cấp chiều dày nhƣ sau : (gỗ đã hong phơi 1 tuần)
- Chiều dầy từ (65 – 75) mm, sấy ở nhiệt độ (40 – 50) o c, thời giam sấy là 25 ngày, từ (50 – 60) mm, sấy ở nhiệt độ (40 – 60) o c, thời gian sấy là
Sau 20 ngày, độ ẩm cuối của gỗ đạt từ 10 đến 15% Bạch đàn trắng được coi là loại gỗ khó sấy, xếp vào nhóm III trong bảng phân loại gỗ sấy Trong quá trình sấy, loại gỗ này thường gặp phải các khuyết tật như nứt mặt, nứt đầu và móp.
MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH
Mục tiêu nghiên cứu
Xác định đƣợc qui luật biến động tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào các vị trị trên thân cây gỗ Bạch Đàn Urophilla trong quá trình sấy.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp kế thừa trong nghiên cứu sấy gỗ Bạch đàn bao gồm việc tìm hiểu và thu thập tài liệu liên quan đến đặc điểm cấu tạo và tính chất cơ lý của gỗ Bạch đàn nâu, đặc biệt là gỗ Bạch đàn urophilla.
- Phương pháp đo đếm thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm để quan sát mẫu
* Phương pháp cân đo: Dùng thước và cân điện tử để theo dõi sự thay đổi của khối lượng mẫu kích thước mẫu trong quá trình sấy
* Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm: Ở bài khóa luận tốt nghiệp này tôi sử dụng lý thuyết thống kê toán học để xử lý số liệu
Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu những vấn đề cơ bản về công nghệ s ấy
- Tìm hiểu một số tính chất công nghệ của gỗ Bạch đàn Urophilla, tác động đến quá trình sấy
- Xác định qui luật biến động tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào các vị trí trên mặt cắt ngang cây gỗ Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy
- Xác định qui luật biến động tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào các vị trí trên mặt cắt dọc cây gỗ Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy.
Phương pháp tiến hành và quá trình thực hiện
Dưới sự hướng dẫn của TS Trần Tuấn Nghĩa, nhóm sinh viên 4 người của chúng tôi đã thực hiện các đề tài nghiên cứu cho Khóa luận và chuyên đề tốt nghiệp.
1 Trần Đình Đại, với đề tài : Nghiên cứu sự biến động tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào vị trí trên thân cây Bạch Đàn Urophilla trong quá trình sấy
2 Nguyễn Tuyển Võ, với đề tài : Khảo sát sự biến động khối lƣợng thể tích, phụ thuộc vào vị trí trên thân cây Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy
3 Đường Minh Vũ, với đề tài : Khảo sát sự biến động độ ẩm ban đầu, phụ thuộc vào các vị trí trên thân cây gỗ Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy
4 Lê Anh Vũ, với đề tài : Khảo sát sự biến động độ co rút, phụ thuộc vào các vị trí trên thân cây Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy Đây là các vấn đề nghiên cứu có liên quan với nhau và thuộc một nội dung của đề tài nghiên cứu về sấy gỗ Bạch đàn Urophilla Cho nên thầy TS Trần Tuấn Nghĩa đã hướng dẫn chúng tôi thực hiện nghiên cứu theo nhóm để thực hiện các hạng mục công việc của các đề tài nghiên cứu: thu thập số liệu để viết phần tổng quan, phần tìm hiểu công nghệ sấy gỗ Vì vậy hai nội dung là phần kết quả nghiên cứu chung của cả nhóm 4 người Việc chọn cây, cắt mẫu và sấy mẫu để lấy các số liệu chúng tôi cũng thực hiện theo nhóm Chỉ có nội dung sử lý số liệu là chúng tôi mới phân chia theo đề tài cụ thể của mỗi người Trường đại học Lâm Nghiệp và Viện khoa học lâm nghiệp Việt Nam là hai cơ sở chủ yếu đƣợc lựa chọn là nguồn thu thập các tài liệu và tiến hành thực tập tốt nghiệp, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn, phân loại, sắp xếp, lập đề cương chi tiết và phân công công việc cho mỗi người Tiếp theo chúng tôi tập hợp lại, thảo luận, bổ sung, hoàn thiện và nộp bài cho thầy hướng dẫn, sửa chữa lần cuối cùng
Phòng N/C Chế biến lâm sản thuộc Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam là nơi tiến hành các thử nghiệm và thí nghiệm theo đề cương đã được phê duyệt trước đó.
Thời gian thực tập tốt nghiệp từ 26/02 đến 24/03/2009
Dụng cụ thí nghiệm bao gồm :
- Cƣa xăng và cƣa cắt ngang hoặc cƣa đu
- Thước kẹp đo đường kính
- Thước panme hiện số điện tử
- Thiết bị sấy thí nghiệm
Khu vực Xuân Mai – Chương Mỹ – Hà Nội được chọn để lấy mẫu nguyên liệu, nơi trồng nhiều gỗ Bạch đàn, đặc biệt là Bạch đàn Urophilla (nâu), hay còn gọi là Bạch đàn đỏ Loại gỗ này từng được ưa chuộng nhưng hiện nay không còn được trồng nhiều, thay vào đó là Bạch đàn trắng Do hạn chế về thời gian và kinh phí cho các đề tài tốt nghiệp, chúng tôi đã chọn ngẫu nhiên một cây gỗ Bạch đàn Urophilla có đường kính gốc 260mm và đường kính dưới cành 180mm làm đối tượng nghiên cứu.
Sau khi chặt hạ cây xuống, chúng tôi tiến hành cắt lấy mẫu theo sơ đồ và các bước cụ thể như sau:
Chiều dài của đoạn thân cây mẫu được đo từ gốc đến điểm dưới cành Trên đoạn thân cây, sử dụng thước dây để kẻ bốn đường thẳng, chia nó thành bốn phần bằng nhau, mỗi phần được đánh số thứ tự 1, 2, 3 và 4.
4 Sau đó chia khúc cây thành 5 phần bằng nhau Trên mỗi phần ấy ta lấy dấu để sẽ cắt lấy 1 thớt dầy 5cm và đánh số thứ tự vào 4 phần của mỗi thớt (hình 2.1 b) theo nguyên tắc đảm bảo vị trí của các mẫu nhỏ sẽ đƣợc cắt ra từ các thớt sẽ cùng nằm trên một mặt phẳng cắt dọc của thân cây gỗ Tổng số thớt gỗ thu đƣợc là 6 thớt (hình 2.1 a)
Hình 2.1 : Mô tả vị trí các thớt mẫu gỗ trên thân cây và đánh số mẫu thớt
Để ngăn chặn tình trạng co rút và thoát ẩm quá mức của gỗ sau khi chặt, cần chặt cây chỉ một ngày trước khi cắt mẫu sấy Sau khi cắt, mỗi thớ gỗ nên được cho vào túi nilon và buộc kín ngay lập tức.
Từ mỗi thớt gỗ, chúng ta tiến hành cắt mẫu theo phương pháp xẻ xuyên tâm và đánh dấu thứ tự các mẫu theo sơ đồ trong hình 2.2 Sau khi cắt, các mẫu được cho vào túi nilon và buộc kín lại.
Hình 2.2 Mô tả cách đánh dấu mẫu trên một thớt gỗ
Phần gạch sọc chính là mẫu cần lấy, từ sơ đồ này, mỗi thớt gỗ cho ra 16 mẫu, tổng cộng có 96 mẫu Tuy nhiên, do mặt cắt ngang của các thớt không phải hình tròn (chủ yếu là hình oval hoặc các hình dạng khác), nên tổng số mẫu thực tế cắt được chỉ là 78 mẫu.
Sau đó ta tiến hành cân trọng lượng và đo kích thước ban đầu của mẫu thí nghiệm và ghi lại vào bảng (2.1) dưới đây :
Bảng 2.1 Bảng số liệu ban đầu
Trọng lƣợng ban đâu mẫu
1.4.2.3 Kiểm tra thiết bị sấy Đây là một bước không thể thiếu trong quá trình sấy, nó bảo đảm cho quá trình sấy diễn ra suôn sẻ, hay nói cách khác thì nó đảm bảo khả năng thuận lợi nhất cho quá trình sấy Ta cần kiểm tra những thiết bị của là sấy : thiết bị cấp hơi, quạt gió, dàn tản nhiệt … và các thiết bị bao tre chắn
Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ thực hiện quá trình sấy trong tủ sấy thí nghiệm, vì vậy công đoạn này rất đơn giản Chúng tôi chỉ cần kiểm tra xem nguồn điện có vào tủ sấy hay không, trong khi các thiết bị khác hiếm khi gặp sự cố.
1.4.2.4 Xếp gỗ vào sấy Đối với đề tài này do nguyên liệu sấy chỉ là những mẫu nhỏ, đồng thời diện tích tủ khá lớn nên việc xếp mẫu chỉ mang tính chất để cho gọn và tránh để quá sát thành tủ dễ gây cháy mẫu Xếp mẫu thành hàng trong một hàng các mẫu xếp sát vào nhau, các hàng cách đều nhau để tạo điều kiện cho quá trình rút ẩm đồng đều
Hình 2.3 Mô tả cách xếp mẫu trong tủ sấy 1.4.2.5 Sấy gỗ
Sau khi xếp gỗ và công việc kiểm tra tủ sấy đã hoàn tất thì ta bắt đầu tiến hành sấy
* Giai đoạn 1: khởi lò, làm nóng gỗ
Giai đoạn này ta sấy ở nhiệt độ 60 o c và đóng kín của thoát ẩm trong khoảng 48h
* Giai đoạn 2: Đƣa độ ẩm gỗ từ độ ẩm ban đầu (W0) về độ ẩm bão hòa thớ gỗ (Wbh 0%)
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Tìm hiểu vấn đề cơ bản về công nghệ sấy gỗ
3.1.1 Lý thuyết về không khí ẩm
Sấy gỗ là quá trình làm bay hơi nước trong gỗ ra môi trường sấy, bao gồm hai loại nước: nước tự do và nước liên kết.
Nước tự do tồn tại trong không gian trống giữa các tế bào và trong ruột của các tế bào đã hoá gỗ, với lượng nước này không cố định mà thay đổi theo môi trường xung quanh.
- Nước liên kết chứa trong vách tế bào, nó bao gồm 2 dạng :
+ Dạng thứ nhất bám vào thành tế bào thành vách tế bào, liên kết bằng lực căng bề mặt của chất lỏng
+ Dạng thứ hai: Trong không gian vách tế bào dưới dạng vi hạt, lực liên kết bằng lực hấp dẫn
- Nước liên kết chỉ phụ thuộc vào loại gỗ và dao động trong khoảng
Trong quá trình sấy gỗ, nước tự do dễ dàng thoát ra, nhưng nước liên kết chỉ bắt đầu thoát ra sau đó Khi nước liên kết thoát ra, tình trạng co rút của gỗ mới xuất hiện.
Gỗ thường được làm khô trong môi trường không khí nóng hoặc hơi đốt, được gọi là môi trường sấy Tốc độ sấy gỗ nhanh hay chậm hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện của môi trường sấy.
3.1.1.1 Khái niệm về không khí ẩm :
Không khí trong điều kiện bình thường và sấy không bao giờ hoàn toàn khô, mà luôn chứa một lượng hơi nước nhất định Trong kỹ thuật sấy gỗ, khái niệm không khí ẩm được hiểu là hỗn hợp của không khí khô và hơi nước Theo định luật Dalton, áp suất bình thường của không khí (P) là tổng của áp suất riêng phần của không khí khô (Pb) và áp suất của hơi nước (Pn).
Trong khoảng nhiệt độ từ 30°C đến 150°C, không khí và hơi nước có thể được xem như những chất khí lý tưởng, tuân theo các quy luật của khí lý tưởng Công thức P = P_b + P_n thể hiện mối quan hệ giữa áp suất tổng hợp và áp suất riêng phần của các thành phần trong hỗn hợp khí.
3.1.1.2 Độ ẩm tương đối của không khí : Độ ẩm tương đối (): độ ẩm tương đối của không khí nói lên tỷ lệ giữa áp suất thành phần của hơi nước có trong không khí P n và áp suất của hơi nước bão hòa Pn ở cùng nhiệt độ :
Không khí khô có độ ẩm tương đối bằng 0%, trong khi không khí bão hòa hơi nước đạt độ ẩm tương đối 100% Áp suất bão hòa hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ, và để xác định độ ẩm tương đối, người ta sử dụng dụng cụ đo gọi là ẩm kế.
3.1.1.3 Hàm lƣợng ẩm của không khí
Hàm lượng ẩm của không khí (d) là lượng hơi nước có trong không khí, tính bằng gam, qui về 1kg không khí khô Nó đƣợc tính bằng công thức :
(g/kg không khí khô ) Trong đó : n là trọng lượng của hơi nước
B là trọng lƣợng riêng của không khí khô
3.1.1.4 Hàm lƣợng nhiệt của không khí :
Hàm lƣợng nhiệt của một chất khí là nhiệt lƣợng nội tại của bản thân 1 kg chất khí, nó biểu thị năng lƣợng tiềm tang của chất khí đó
Hàm lƣợng nhiệt của không khí ở t o c là nhiệt lƣợng cần thiết để làm nóng 1 kg không khí khô từ 0 o c đến toc : t t
Hàn lượng nhiệt của hơi nước là nhiệt lượng cần thiết để bay hơi 1 kg nước ở 0 độ C và để làm nóng hơi nước từ 0 độ C đến nhiệt độ t Công thức biểu diễn hàn lượng nhiệt này là: t t.
C0B : là tỷ lệ nhiệt của không khí khô : 0,24 kcal/kg o c
Cn : là tỷ lệ nhiệt của hơi nước, xấp xỉ bằng 0,46 kcal/kg o c
R0, nhiệt lượng bay hơi của nước ở 0 độ C, khoảng 595 kcal/kg Hàm lượng nhiệt của không khí ẩm là tổng nhiệt của 1 kg không khí khô và hơi nước trong không khí, quy đổi về 1 kg không khí khô.
Biểu đồ I-d là công cụ hữu ích để thể hiện mối quan hệ giữa các thông số không khí như hàm lượng nhiệt, hàm lượng ẩm, nhiệt độ và độ ẩm tương đối.
Biểu đồ I-d được cấu tạo với trục ngang biểu diễn hàm lượng ẩm d, trong đó đường I = 0 tạo với trục thẳng đứng một góc 171° 06 Đường d = const song song với đường I = 0 và các đường thẳng I = const cũng được thể hiện trên biểu đồ.
Các đường t = const là các đườn cong bậc nhất theo quan hệ giữa t với I, d Dạng của phương trình : Y = ax + b
Ngoài ra còn các đường cong biểu diễn = const, các đường biểu diễn Pn
Biểu đồ I-d giúp phân tích dễ dàng quá trình biến động trạng thái của không khí trong lò sấy, đồng thời khái quát các hiện tượng trao đổi nhiệt giữa môi trường sấy và nguyên liệu sấy.
Biểu đồ I-d cho phép xác định nhanh chóng các thông số như hàm lượng nhiệt, hàm lượng ẩm, nhiệt độ và độ ẩm của môi trường sấy Khi biết hai trong số các thông số này, người dùng có thể dễ dàng xác định một điểm biểu diễn trên biểu đồ để thu thập thông tin cần thiết.
Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo biểu đồ I-d của không khí ẩm t = const d = const
I = 0 d thị trạng thái tương ứng và qua điểm trạng thái đó ta suy ra được các thông số khác của môi trường sấy
3.1.2 Lý thuyết về quá trình sấy
3.1.2.1 Quá trình di chuyển nước ở gỗ trong quá trình sấy
Khi sấy gỗ, nước bên trong gỗ di chuyển ra ngoài lớp mặt và bay hơi, nhưng tốc độ bay hơi từ trong gỗ ra bề mặt thường chậm hơn so với tốc độ bay hơi từ bề mặt ra môi trường Điều này dẫn đến việc lớp gỗ ngoài luôn khô hơn các lớp bên trong Nếu nhiệt độ không khí xung quanh cao, lớp gỗ ngoài sẽ khô nhanh hơn Cấu trúc của gỗ cũng hạn chế việc di chuyển nước từ bên trong ra ngoài, tạo ra sự chênh lệch độ ẩm giữa lớp gỗ bên trong và bên ngoài Mức độ chênh lệch càng lớn, sự di chuyển nước ra ngoài càng mạnh, khiến gỗ khô nhanh hơn.
Một số tính chất công nghệ của Bạch đàn Urophilla (nâu), tác động
Bạch đàn Urophilla, còn gọi là bạch đàn nâu hay bạch đàn đỏ, có tên khoa học là Eucalyptus urphylla S.T.Blacke, thuộc họ Sim (Myrtaceae) Loài cây này ưa thích khí hậu nhiệt đới hoặc cận nhiệt đới, phát triển tốt ở những vùng ẩm hoặc nhiệt ẩm, tại độ cao dưới 600 – 700m so với mực nước biển và có độ dốc dưới 15 – 20 độ.
Gỗ Bạch đàn Urophilla có màu sắc từ đỏ nhạt đến nâu nhạt, với vòng năm khó phân biệt bằng mắt thường và không đồng đều Tia gỗ nhỏ và bề rộng vòng năm khoảng 8mm Khi chặt hạ, bề mặt cắt ngang thường xuất hiện các vết nứt hình đôi, đôi khi có vết tuỷ chạy qua.
Mạch gỗ có lỗ mạch hình bầu dục, chủ yếu là lỗ mạch đơn, đôi khi xuất hiện lỗ mạch đôi với đường kính không đồng đều Đường kính lỗ mạch trung bình theo chiều xuyên tâm khoảng 111 μm và theo chiều tiếp tuyến khoảng 82.2 μm, với mật độ lỗ mạch trung bình là 6 lỗ/mm² Trong lõi gỗ, thể bít thường kín hầu hết các lỗ mạch, trong khi ở phần gỗ giác, thể bít xuất hiện ít hơn Tế bào mạch có dạng hình trống, với tấm xuyên mạch đơn nằm ngang hoặc xiên một góc 20 độ, và lỗ thông ngang trên vách tế bào mạch được sắp xếp theo kiểu so le, có đường kính trung bình khoảng 3 μm.
Mô mềm của gỗ có sự phân bố đa dạng, chủ yếu ở dạng phân tán Ngoài ra, còn tồn tại các loại mô mềm bao quanh mạch không kín, với hình dạng cánh bướm và hình chóp Đặc biệt, mô mềm ở phần lõi chứa nhiều tế bào hơn, trong khi phần giác lại có ít hơn.
Tia gỗ đồng hình có bề rộng ổn định, chủ yếu là hàng tế bào với chiều dày trung bình khoảng 7,5 m Chiều cao của tia gỗ có sự biến động lớn, dao động từ 3 đến 19 hàng tế bào, trong khi khoảng cách trung bình giữa hai tia gỗ là từ 10 đến 42,5 m Mật độ tia gỗ trung bình đạt khoảng 7 tia/mm.
Sợi gỗ có bề dày vách tế bào trung bình khoảng 2 µm và đường kính trung bình khoảng 6 µm Qua phương pháp tách mô, sợi gỗ được quan sát có hình kim, thẳng, với chiều dài trung bình khoảng 650 µm Dưới đây là một số tính chất cơ lý của gỗ.
Bảng 3.1 Một số tính chất cơ lý của gỗ Bạch đàn urophilla
TT Tính chất Đơn vị Giá trị
1 Khối lƣợng thể tích cơ bản g/cm 3 0,66
2 Khối lƣợng thể tích khô kiệt g/cm 3 0,80
3 Tỷ lệ co rút tiếp tuyến % 11,2
4 Tỷ lệ co rút xuyên tâm % 7,71
5 Tỷ lệ giãn nở tiếp tuyến % 12,44
6 Tỷ lệ giãn nở xuyên tâm % 7,94
7 Độ ẩm bão hoà thớ gỗ % 33,71
9 Cường độ uốn tĩnh Mpa 75,7
10 Mô đun đàn hồi gpa 8,38
12 Ăngs suất tách dọc thớ Mpa 3,17
Sự biến động của tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào các vị trí trên thân cây
gỗ Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy
Dựa trên số liệu thu thập trong quá trình sấy mẫu, chúng tôi đã ghi chép và tính toán độ ẩm ban đầu của các mẫu gỗ trong từng thớt gỗ Độ ẩm ban đầu được xác định theo công thức cụ thể.
Trong đó W 0 (%) - độ ẩm ban đầu; M 0 (g) - trọng lượng mẫu gỗ tươi;
Mkk (g) - trọng lƣợng mẫu gỗ khô kiệt
Dựa trên độ ẩm ban đầu đã xác định và trọng lượng các mẫu được cân hàng ngày, chúng ta có thể tính toán độ ẩm tức thời của các mẫu Độ ẩm tức thời này được tính theo công thức cụ thể.
Các số liệu về độ ẩm ban đầu (W0) và độ ẩm tức thời (Wt) của các mẫu được trình bày trong bảng 2.2 và 2.3 (xem phần phụ lục) Để làm rõ sự biến động tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào các vị trí trên thân cây gỗ Bạch đàn urophilla trong quá trình sấy, chúng tôi tiến hành khảo sát quá trình này qua 3 giai đoạn rút ẩm.
- Giai đoạn 1: Từ độ ẩm ban đầu (W 0 ) đến 30 - 28% (W 30 )
- Giai đoạn 2: Từ độ ẩm 30 - 28% (W 30 ) đến 15 - 10% (W 15 )
- Giai đoạn 3: Từ độ ẩm 15 - 10% (W 15 ) đến 3 - 2% (W 5 )
Dựa trên số liệu từ các bảng 2.2 và 2.3 trong phụ lục, thời gian sấy được xác định cho từng giai đoạn: giai đoạn 1 là 4 ngày, giai đoạn 2 là 3 ngày và giai đoạn 3 là 4 ngày.
Tốc độ rút ẩm của gỗ Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy biến động tùy thuộc vào mặt cắt ngang và mặt cắt dọc của thân cây Ba giai đoạn sấy sẽ được phân tích để hiểu rõ hơn về sự ảnh hưởng này.
3.3.1 Sự biến động của tốc độ rút ẩm, phụ thuộc vào mặt cắt ngang trên thân cây gỗ Bạch đàn Urophilla trong quá trình sấy Để xác định đƣợc qui luật biến động của tốc rút ẩm, phụ thuộc vào mặt cắt ngang thân cây gỗ Bạch đàn urophilla, qua từng giai đoạn, trước hết ta thiết lập bảng biến động độ ẩm các mẫu của từng thớt, qua mỗi ngày theo vị trí bán kính thân cây gỗ (xem các bảng 3.1.1đến 3.1.9 - phụ lục) Theo số liệu của các bảng này, ta tính đƣợc độ ẩm trung bình của các mẫu có cùng vị trí bán kính trong 6 thớt qua mỗi ngày của từng giai đoạn
Bảng 3.2.1 Sự biến động của tốc độ rút ẩm trung bình của các mẫu theo vị trí bán kính qua mỗi ngày, ở giai đoạn 1
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Dựa trên số liệu độ ẩm trung bình tại các vị trí bán kính của 6 thớt gỗ, chúng ta có thể biểu diễn quy luật biến động tốc độ rút ẩm theo mặt cắt ngang của thân cây gỗ Bạch đàn urophilla ở giai đoạn 1 Biểu đồ thể hiện trên trục tọa độ vuông góc, trong đó trục tung đại diện cho độ ẩm (%) và trục hoành thể hiện thời gian (ngày) – hình 3.8.
Biến động tốc độ rút ẩm trong giai đoạn 1 được thể hiện qua mặt cắt ngang thân cây gỗ Bạch đàn trong quá trình sấy Các đường biểu diễn tốc độ rút ẩm được ghi nhận tại các vị trí khác nhau: Đường 1 tại vị trí 0,25R, Đường 2 tại 0,5R, Đường 3 tại 0,75R và Đường 4 tại vị trí 1R.
Nhìn vào dạng biểu đồ trên, ta thấy:
- Tốc độ rút ẩm trung bình ở giai đoạn này khá cao, 21.01%/ngày
Tốc độ rút ẩm và thời gian sấy của gỗ Bạch đàn urophilla có mối quan hệ tuyến tính, với độ dốc cao, cho thấy sự tương tác mạnh mẽ giữa hai yếu tố này trong quá trình xử lý gỗ.
- Tốc độ rút ẩm tại vị trí 0,25R là cao nhất, sau đó có xu thế giảm từ vị trí 0,25R đến vị trí 0,75, nhƣng lại tăng (chậm hơn) ở vị trí 1R
Bảng 3.2.2 Sự biến động của tốc độ rút ẩm trung bình của các mẫu theo vị trí bán kính qua mỗi ngày, ở giai đoạn 2
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba
Dựa trên số liệu độ ẩm trung bình tại các vị trí bán kính của 6 thớt gỗ, chúng ta có thể biểu diễn quy luật biến động tốc độ rút ẩm theo mặt cắt ngang thân cây gỗ Bạch đàn urophilla ở giai đoạn 2 Biểu đồ được xây dựng trên hệ trục tọa độ vuông góc, với trục tung đại diện cho độ ẩm (%) và trục hoành thể hiện thời gian (ngày) – như thể hiện trong hình 3.9.
Biến động tốc độ rút ẩm trong giai đoạn 2 của quá trình sấy gỗ Bạch đàn được thể hiện qua mặt cắt ngang thân cây, với các vị trí đo lường cụ thể: Đường 1 tại vị trí 0,25R, Đường 2 tại vị trí 0,5R, Đường 3 tại vị trí 0,75R và Đường 4 tại vị trí 1R.
Nhìn vào dạng biểu đồ trên, ta thấy:
- Tốc độ rút ẩm trung bình ở giai đoạn này thấp, 9.81%/ngày
Tốc độ rút ẩm và thời gian sấy của gỗ Bạch đàn urophilla theo mặt cắt ngang có mối quan hệ dạng hàm bậc hai, với tg α nhỏ.
- Tốc độ rút ẩm tại vị trí 0,25R là cao nhất, sau đó có xu thế giảm từ vị trí 0,25R đến vị trí 0,75 nhƣng lại tăng (chậm hơn) ở vị trí 1R
Bảng 3.2.3 Sự biến động của tốc độ rút ẩm trung bình của các mẫu theo vị trí bán kính qua mỗi ngày, ở giai đoạn 3
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Thứ tự thớt gỗ Độ ẩm trung bình (%) các mẫu gỗ theo ngày
Thứ nhất thứ hai thứ ba Thứ tƣ
Dựa vào số liệu độ ẩm trung bình tại các vị trí bán kính của 6 thớt gỗ, chúng ta có thể biểu diễn quy luật biến động tốc độ rút ẩm theo mặt cắt ngang của cây gỗ Bạch đàn urophilla ở giai đoạn 3 Biểu đồ được xây dựng với trục tung thể hiện độ ẩm (%) và trục hoành thể hiện thời gian (ngày), như minh họa trong hình 3.10.
Biến động tốc độ rút ẩm trong giai đoạn 3 của quá trình sấy gỗ Bạch đàn được thể hiện qua mặt cắt ngang thân cây Các đường biểu diễn tốc độ rút ẩm được ghi nhận tại các vị trí khác nhau: Đường 1 tại vị trí 0.25R, Đường 2 tại vị trí 0.5R, Đường 3 tại vị trí 0.75R và Đường 4 tại vị trí 1R.
Nhìn vào dạng biểu đồ trên, ta thấy:
- Tốc độ rút ẩm trung bình ở giai đoạn này rất thấp 3,28%/ngày
- Quan hệ giữa tốc độ rút ẩm và thời gian sấy theo mặt cắt ngang thân cây gỗ Bạch đàn urophilla là một hàm bậc hai, có tg nhỏ
Tốc độ rút ẩm tại vị trí 0.25R đạt giá trị cao nhất, sau đó giảm dần từ 0.25R đến 0.75R, nhưng lại tăng trở lại (mặc dù chậm hơn) ở vị trí 1R.