nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò sấy gỗ năng xuất (30-50)m3/ mẻ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu, tính
toán và thiết kế hoàn thiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Mạnh Hùng,
cùng với sự giúp đỡ của công ty cổ phần lâm sản Nam Định và các đồng nghiệp.
Để hoàn thành luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong
mục tài liệu tham khảo và các số liệu tôi đi khảo sát thực tế tại công ty cổ
phần lâm sản Nam Định, ngoài ra tôi không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác
mà không được ghi.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những số liệu trong bản luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng
Học viên

năm 2011

Nguyễn Văn Đoàn

LỜI CẢM ƠN

1

1


Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần
Mạnh Hùng người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Qua
đây tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với:
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội
Viện đào tạo sau đại học, khoa Cơ-Điện trường Đại học Nông Nghiệp
Hà Nội.

Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh-cơ sở tại Thái bình
Các thầy cô giáo trường Cao đẳng nghề KTKT vinatex
Lãnh đạo, nhân viên Công ty Cổ phần Lâm Sản Nam Định
Đã tạo điều kiện thuận lợi để đề tài tôi nghiên cứu hoàn thành đúng tiến
độ. Do hạn chế về thời gian cũng như nhận thức nên luận văn tôi thực hiện
không tránh khỏi những thiếu sót bất cập. Rất mong được sự chỉ bảo, góp y
tận tình của các thầy, cô giáo, cùng với sự giúp đỡ của các đồng nghiệp, các
công ty nơi tôi đến khảo sát thực nghiệm, để luận văn hoàn thiện hơn và sớm
được ứng dụng vào thực tế.
Hà Nội, ngày

tháng
Học viên

năm 2011

Nguyễn Văn Đoàn

MỤC LỤC

2

2


Ụ LỤC

99

DANH MỤC BẢNG BIỂU

3

3


DANH MỤC HÌNH VE

4

4


MỞ ĐẦU
Trong tiến trình công nghịêp hóa, hiện đại hóa đất nước ngành công
nghiệp chế biến lâm sản đang là một trong những ngành được Nhà nước hết
sức quan tâm. Để tăng giá trị sản phẩm điều không thể thiếu được là phải có
những công nghệ chế biến và bảo quản tiên tiến, như vậy sản phẩm của Việt
Nam mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường khu vực và quốc tế. Điều này đồng
nghĩa với việc tạo cơ hội tốt cho các doanh nghiệp chế biến và bảo quản lâm
sản quảng bá thương hiệu của mình, dần khẳng định vị trí và trào lưu phát
triển chung của thương mại quốc tế.
Làm khô là một trong những công đoạn được ứng dụng khá rộng rãi
trong công nghệ bảo quản và chế biến lâm sản. Từ thời xa xưa con người đã
biết ứng dụng năng lượng mặt trời để phơi khô các sản phẩm nhằm mục đích
bảo quản dài ngày nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chế cong,
vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và có thể
dự trữ trong kho.
Những công nghệ và thiết bị sấy tiên tiến ngày càng khẳng định vị trí
không thể thiếu được trong công nghiệp bảo quản và chế biến các sản phẩm

lâm, nông sản thực phẩm như: Sấy đối lưu, sấy buồng, sấy thùng quay, sấy
phun, sấy tháp đứng, sấy băng tải, sấy hồng ngoại, sấy tầng sôi, sấy cao tần,
sấy chân không, sấy thăng hoa và sấy bơm nhiệt…. Năng lượng sấy cũng rất
đa dạng như: Than đá, than củi, trấu, dầu đốt, điện, năng lượng mặt trời.
Song mỗi loại máy sấy cũng chỉ phù hợp với một số sản phẩm nhất định.
Ly do mỗi sản phẩm có những công nghệ sấy khác nhau tùy thuộc vào yêu
cầu công nghệ. Chức năng chung của các máy sấy là làm giảm thủy phần của
sản phẩm đến độ cho phép bảo quản an toàn trong điều kiện nhất định. Mặt
khác để làm giảm thủy phần và tăng tốc độ sấy có thể điều khiển các thông
số; Tăng nhiệt độ sấy, giảm áp suất hơi riêng phần trên bề mặt sản phẩm, tăng
lưu lượng và tốc độ của tác nhân sấy, giảm độ ẩm tương đối của tác nhân
5

5


sấy… Nhưng trong thực tế các thông số trên chỉ nằm trong giới hạn nhất định
phù hợp với từng loại sản phẩm, nếu vượt khỏi giới hạn đó có thể gia tăng tốc
độ sấy nhưng dễ nguy cơ làm giảm chất lượng sản phẩm.
Điều cần thiết đối với nhà nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy sấy là:
- Cần hiểu rõ bản chất công nghệ của đối tượng sấy từ đó định ra các
thông số công nghệ của quá trình sấy.
- Từ các thông số công nghệ trên kết hợp giữa chất lượng sản phẩm và
giá thành sấy để lựa chọn nguyên ly sấy phù hợp.
- Nhược điểm của các thiết bị sấy dùng tác nhân sấy tuần hoàn hở (tức sử
dụng ngay không khí môi trường để làm tác nhân sấy đồng thời là tác nhân tải
ẩm): Đối với các loại máy sấy này sự ảnh hưởng của độ ẩm môi trường đến
quá trình sấy là rất lớn, chưa kể đến sự ô nhiễm không khí ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm. Như vậy độ làm việc ổn định của thiết bị không cao đối
với những ngày có độ ẩm lớn hoặc buổi tối có sương mù xuất hiện làm việc

giảm đáng kể điều này đã kiểm chứng thực tế một số thiết bị sấy của nước
ngoài (thiết bị của Châu Âu) rất tốt nhưng khi nhập sang Việt Nam thì hiệu
suất làm việc kém hơn nhiều và không ổn định, ly do độ ẩm môi trường tại
Việt Nam cao hơn nhiều so với Châu Âu. Giải pháp khắc phục để tăng hiệu
suất làm việc của thiết bị loại này bằng cách tăng nhiệt độ sấy, nhưng nhiệt độ
sấy chỉ có thể tăng hữu hạn và tùy vào từng loại sản phẩm.
Ở Việt Nam hiện nay việc sấy lâm sản ứng dụng phương pháp sấy hơi
nước là phổ bíên nhất. Nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng hơi nước quá nhiệt
hoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổi nhiệt. Sự
lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt. Nó giúp cho sự
trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn. Nguồn nhiệt cấp cho lò từ hệ
thống nồi hơi sử dụng nhiên liệu chủ yếu là than đá, củi, gỗ phế loại.
Ngày nay với trình độ khoa học công nghệ phát triển nhiều công nghệ
sấy tiên tiến đang dần thay thế những công nghệ sấy cổ điển nhằm nâng cao
6

6


chất lượng và tăng giá trị sản phẩm. Sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín là một trong
những công nghệ sấy tiên tiến đã được một số nước trên thế giới ứng dụng có
hiệu quả ở những nhu cầu khác nhau. Tại Việt Nam công nghệ này còn khá
mới mẻ chưa được đầu tư nghiên cứu và hoàn thiện có hệ thống để từ đó đưa
ra tiêu chuẩn hóa về công nghệ và thiết bị có thể triển khai ứng dụng phù hợp
vào điều kiện sản xuất lâm sản ở Việt Nam.
Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt, thiết kế hoàn
thiện lò sấy gỗ năng suất (30÷50) m3/mẻ” sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ
sấy bơm nhiệt từ đó ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò
sấy gỗ, với mục tiêu tiết kiệm năng lượng nâng cao chất lượng gỗ sấy, giảm
thiểu ô nhiễm môi trường.

7

7


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Khái quát chung
Nhu cầu sử dụng đồ gỗ của xã hội và mức tiêu thụ trên thị trường thế
giới ngày càng tăng đã tạo động lực thúc đẩy chuyển dịch nhanh nghề chế
biến gỗ trong nước từ thủ công sang công nghiệp. Trong các năm 2000-20012002, các doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực kinh doanh gỗ và sản phẩm
gỗ đã sử dụng khoảng 2-3 triệu m3 gỗ mỗi năm, đưa tổng lượng gỗ sử dụng
trong ngành chế biến gỗ tăng lên khoảng 8-10 triệu m 3. Tại khu vực phía bắc,
bên cạnh các các làng nghề truyền thống xuất hiện nhiều làng nghề mới, tập
trung ở các tỉnh: Hà Tây, Bắc Ninh, Hải Dương, Nam Định, Ninh Bình,
Thanh Hóa. Khu vực phía nam có xu thế phát triển các doanh nghiệp và cơ sở
chế biến gỗ công nghiệp ở các tỉnh thành như: Đồng Nai, Bình Dương, Bình
Định, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, v.v... hoạt động khá năng động. Từ năm
1998 đến nay đã có thêm 12 nhà máy chế biến gỗ đi vào hoạt động như nhà
máy MDF Gia Lai 54 nghìn m 3 gỗ/năm; nhà máy ván, dăm Thái Nguyên
16.500 m3 gỗ/năm...
Mặt hàng đồ gỗ trước đây chủ yếu làm bằng gỗ tự nhiên; đến nay, đã đa
dạng về mẫu mã, kiểu dáng, chủng loại. Có nhóm đồ gỗ sử dụng trong nhà, có
nhóm sử dụng ngoài trời, gỗ tinh chế, hàng thủ công mỹ nghệ gỗ nhân tạo, ...
Ngành gỗ Việt Nam đã vươn lên vị trí thứ 4 trong khối các nước Đông
Nam Á (sau Malaysia, Indonesia và Thái Lan) trong cuộc đua thị phần xuất
khẩu đồ gỗ, với trên 1.200 doanh nghiệp trong cả nước, trong đó có 200
doanh nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài, đã thu được những kết quả đáng
khích lệ. Riêng kim ngạch xuất khẩu đồ gỗ tăng lên rất nhanh từ 61 triệu USD
năm 1996, tăng lên 210 triệu USD năm 2000 và đạt 1,517 tỷ USD năm 2005 tăng 24 lần so với năm 1996 và tăng 6,9 lần so với năm 2000. Chín tháng đầu

năm 2007, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ tiếp tục tăng trưởng khá cao,
đạt hơn 1,55 tỷ USD, tăng 22% so với cùng kỳ năm 2005.
8

8


Sản phẩm đồ gỗ của Việt Nam đã đã xuất khẩu sang 120 nước, trong đó
EU (Anh, Pháp, Đức…), Mỹ, Nhật Bản là những thị trường tiêu thụ sản phẩm
lớn nhất- chiếm hơn 70% tổng sản phẩm gỗ xuất khẩu của cả nước. Theo
Hiệp hội Gỗ và Lâm sản Việt Nam, nhu cầu sử dụng đồ gỗ trên thế giới hiện
vẫn tăng khá cao, trong khi đó, thị phần đồ gỗ của Việt Nam chưa đạt tới con
số 1% (khoảng 0,78%) tổng thị phần đồ gỗ thế giới.
Ngành công nghệ chế biến gỗ xuất khẩu được xếp thứ 6 trong danh mục
những mặt hàng xuất khẩu chủ đạo của cả nước. Kim ngạch tăng trưởng xuất
khẩu của ngành này cũng đang dẫn đầu trong các mặt hàng xuất khẩu. Nếu
tính chung giai đoạn từ năm 2001-2005, kim ngạch tăng trưởng xuất khẩu của
ngành gỗ đạt hơn 38%/năm. Bộ Thương mại đã đặt mục tiêu kim ngạch 5,5 tỷ
USD cho ngành chế biến gỗ năm 2010.
Trong những năm gần đây nguồn nguyên liệu gỗ trong nước đã trở nên
khan hiếm, nhưng nhu cầu tiêu thụ các mặt hàng được chế biến từ gỗ lại gia
tăng, đòi hỏi nguồn nguyên liệu gỗ phải ổn định và có chất lượng cao được
xem như yếu tố quan trọng hàng đầu để đảm bảo sự ổn định và phát triển bền
vững cho các doanh nghiệp sản xuất và chế biến đồ gỗ nội địa và xuất khẩu.
Các nguồn trong nước chỉ đảm bảo cung cấp hằng năm vào khoảng 2,2 - 2,3
triệu m3, chủ yếu là gỗ đường kính nhỏ dùng làm nguyên liệu giấy, dăm, ván
nhân tạo; cộng với nguồn gỗ lấy từ rừng tự nhiên chỉ đáp ứng khoảng 20%
nhu cầu sản xuất. 80% số gỗ còn lại phải nhập khẩu từ các nước trong khu
vực như Cam-pu-chia, Lào, Myanmar, Indonesia và một số quốc gia ngoài
khu vực.

Theo Cục Lâm nghiệp (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn), cả
nước hiện đã thu hút 420 dự án đầu tư nước ngoài vào lĩnh vực chế biến gỗ và
trồng rừng, với tổng vốn đăng ky lên tới 1,3 tỷ USD, tập trung chủ yếu tại các
tỉnh Đông Nam Bộ, Bắc Trung Bộ. Trong đó có 210 dự án còn hiệu lực, với

9

9


tổng vốn đầu tư đăng ky khoảng 1,05 tỷ USD và vốn thực hiện đạt trên 330
triệu USD.
Mục tiêu 5,5 tỷ USD vào năm 2010, khi Việt Nam là thành viên của
WTO, hoàn toàn có thể thực hiện được, nhưng phải giải quyết hàng loạt các
vấn đề bất cập, đối mặt với những thách thức và vận hội mới. Trước hết, đó là
sự tăng trưởng thiếu tính bền vững và mất cân đối giữa các thành phần doanh
nghiệp, sự thiếu hụt nguồn nguyên liệu v.v. Theo tính toán của Hiệp hội Gỗ
và Lâm sản Việt Nam, nguyên liệu dùng cho ngành chế biến gỗ hiện mới chỉ
đáp ứng được 20%, số còn lại phải phụ thuộc vào nhập khẩu.
Việt Nam có tổng diện tích rừng tự nhiên là 9,44 triệu ha, trữ lượng gỗ
vào khoảng 700 triệụ m3. Theo dự báo đến năm 2010 nguồn nguyên liệu phục
vụ nhu cầu chế biến gỗ và lâm sản chủ yếu từ rừng trồng với đặc tính cơ ly
của gỗ trồng thấp và trình độ xử ly cơ nhiệt hoá gỗ nhiên liệu hiện nay còn
thấp chưa đáp ứng được nhu cầu của ngành sản xuất đồ gỗ. Vì vậy, nhanh
chóng giải quyết nguồn nguyên liệu gỗ ổn định (trồng rừng và nhập gỗ
nguyên liệu), triển khai nghiên cứu các giải pháp công nghệ tiên tiến, áp dụng
các tiến bộ kỹ thuật là việc làm sống còn để nâng cao chất lượng nguyên liệu
gỗ đầu vào, không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm và vị thế của hàng gỗ
Việt nam xuất khẩu…
Theo nhận định của các chuyên gia Canada trong lĩnh vực xuất nhập khẩu

đồ gỗ, ngành chế biến gỗ xuất khẩu của Việt Nam đang đứng trước nhiều cơ hội
để phát triển, để bù đắp phần nào sự thiếu hụt gỗ nguyên liệu các doanh nghiệp
Việt nam đã có thêm nhiều đối tác cung cấp gỗ nguyên liệu từ Canada, Mỹ và
một số nước Bắc Mỹ thông qua các văn phòng đại diện tại Việt Nam…
Chất lượng nguyên liệu gỗ đầu vào quyết định chất lượng sản phẩm gỗ
gia công chế biến nói chung và đặc biệt là các sản phẩm gỗ gia dụng cao cấp.
Ngoài các yếu tố về phẩm cấp/giống gỗ, mẫu mã, công nghệ xử ly bảo
quản/sản xuất và các yếu tố thị trường khác trong đó độ ẩm của gỗ nguyên
10

10


liệu là một trong các yếu tố quan trọng, có ảnh hưởng lớn và trực tiếp đến
chất lượng hàng gia công và bảo quản sản phẩm. Độ ẩm của các loại gỗ
nguyên liệu khác nhau thông thường đòi hỏi phải đạt trong khoảng từ
(6±13)%. Ví dụ, đa phần các loại gỗ tương tự gỗ sồi sau khi đốn có độ ẩm
khoảng 68% và cao hơn. Sau giai đoạn sấy đầu tiên, nước tự do trong gỗ bay
hơi cho đến khi đạt trạng thái “bão hòa các cấu trúc sợi gỗ”- độ ẩm của gỗ đạt
khoảng 28% (trong gỗ chỉ còn giữ lại thành phần nước liên kết). Thành phần
nước liên kết chỉ có thể giảm khi tách hơi nước khỏi các tế bào gỗ ở dưới
điểm bão hòa.

Hình 1.1. Ván gỗ bị nứt nẻ, biến dạng do không được sấy đúng quy cách
1.2. Đặc điểm và khả năng ứng dụng các phương pháp sấy truyền thống.
Sấy là quá trình tách ẩm 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 (TNS). Sấy cũng là một quá trình công nghệ, trong đó
các tính chất công nghệ luôn thay đổi. Tính chất công nghệ của vật liệu gồm:
tính chất lí hoá, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá,….Qúa trình sấy nhằm

tăng cường một số đặc tính công nghệ để phục vụ nhiều mục đích khác nhau.
Trong công nghiệp chế biến gỗ, sấy gỗ là một khâu công nghệ rất quan
trọng, quyết định chất lượng sản phẩm gỗ, đặc biệt là sản phẩm xuất khẩu với
những yêu cầu khắt khe về chất lượng. Gỗ sau khi xẻ có độ ẩm cao thường là
80%, có khi đến 100%. Mục đích của việc sấy gỗ nhằm giảm độ ẩm của gỗ xẻ
xuống còn từ 8-14%, từ đó nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chế
cong, vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và có
thể dự trữ trong kho. [1]
11

11


Phương pháp sấy được sử dụng lâu đời và phổ biến là phương pháp sấy
nóng. Không khí sấy đựơc đốt nóng đến nhiệt độ trên 60 0 C, dẫn đến độ ẩm
tương đối nhỏ để thực hiện quá trình sấy. Ẩm trong vật liệu dễ dàng thoát ra
do chênh lệch phân áp suất của hơi nước có trên bề mặt vật liệu và trong tác
nhân sấy. Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ sấy cao, quá trình truyền
nhiệt và truyền ẩm nhanh vì vậy thời gian sấy ngắn. Tuy nhiên đối với một số
loại vật liệu mà sử dụng phương pháp này thì ảnh hưởng của nhiệt độ cao làm
cho sản phẩm bị biến màu, phá hỏng cấu trúc, cơ tính và mấy đi các thành
phần dinh dưỡng có trong vật liệu, với các chế phẩm sinh học như enzym,
hoặc nguyên liệu của ngành dược phẩm nhiệt độ cao sẽ làm giảm hoặc mất
hoạt tính sinh học. Vì vậy, sản phẩm sấy sẽ kém chất lượng. Ví dụ: Dịch
màng gấc là sản phẩm có giá trị cao, nếu sử dụng phương pháp sấy nóng sẽ
phá hủy thành phần b-caroten có trong nó, yêu cầu sản phẩm phải được sấy ở
nhiệt độ < 550C. Quế sau khi được thu hoạch từ cây cũng cần sấy khô ở nhiệt
độ < 600C…Chúng được gọi là những sản phẩm kém chịu nhiệt. Các sản
phẩm đó khi sử dụng các phương pháp sấy nhiệt độ thấp (t<60 0C) sẽ đem lại
chất lượng tốt hơn.

Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chệch lệch phân áp suất
hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, trong phương pháp sấy nhiệt độ
thấp người ta giảm phần áp suất hơi nước có trong tác nhân sấy bằng cách
giảm độ chứa ẩm và nâng nhiệt kéo theo độ ẩm tương đối của tác nhân sấy
giảm hoặc tạo ra độ chân không để giảm phần áp suất của hơi nước có trong
không khí. Như vậy sản phẩm thỏa mãn điều kiện sấy được mà vẫn đảm bảo
về cơ tính, màu sắc…
Có thể chia phương pháp sấy gỗ thành 2 nhóm: sấy tự nhiên và cưỡng bức
1.2.1. Sấy tự nhiên.
Hong phơi là một cách thức sấy gỗ tự nhiên. Mặt trời cung cấp năng
lượng (nhiệt) cho việc làm bay hơi nước ở trong gỗ trong khi đó gió lưu thông
12

12


không khí xung quanh gỗ. Sử dụng phương pháp hong phơi, gỗ có thể được
sấy đến độ ẩm 15-20% tuỳ thuộc vào điều kiện thời tiết. Thời gian sấy có thể rất
khác nhau từ 2 tháng cho đến 2 năm. Điều này tuỳ thuộc vào loài gỗ và kích
thước của gỗ. So với việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức, hong phơi
yêu cầu đầu tư ít và không mất chi phí cho năng lượng. Tuy nhiên hong phơi có
những nhược điểm sau:
• Thời gian sấy dài
• Gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới 15%. Với một độ ẩm thấp hơn
thường được yêu cầu cho các sản phẩm xuất khẩu tới các nước có khí hậu ôn hòa
• Cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi.
Gỗ nên được xếp đống ở những nơi thông thoáng và có mái che. Điều
này nhằm bảo vệ khỏi mưa to và ánh nắng trực tiếp từ mặt trời. Nhiệt (ánh
nắng) trực tiếp và mưa to sẽ làm hư hại gỗ.
1.2.2. Sấy cưỡng bức.

Gỗ xẻ trước khi sử dụng để làm đồ nội thất, các sản phẩm định hình hoặc
cho một số mục đích sử dụng khác…. Nó thường phải được sấy đến một độ
ẩm theo yêu cầu. Nhằm đạt được mục đích này nhanh và chính xác, gỗ được
đưa vào sấy trong lò sấy. Không giống với quá trình hong phơi, nhiệt độ, độ
ẩm tương đối và sự tuần hoàn không khí trong lò sấy được kiểm soát trong
suốt quá trình sấy.
* Một số phương pháp sấy ở nhiệt độ cao
Nhiệt độ trong quá trình sấy có thể lên tới 100 0C. Tuy nhhiên việc sấy
gỗ với nhiệt độ cao thường khó hạn chế các khuyết sinh ra trong quá trình
sấy. Như đã đề cập ở phần trên, nhiệt là cần thiết để làm bay hơi nước từ gỗ.
Nhiệt có thể được cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp. Nguồn nhiệt trực tiếp,
không khí trong lò sấy được làm nóng bằng việc đốt than, củi…trực tiếp.
Lò sấy năng lượng mặt trời:
Đối với lò sấy năng lượng mặt trời không khí trong lò được làm nóng
13

13


bằng năng lượng của mặt trời. Lò sấy này được lắp đặt một thiết bị tách ẩm
phù hợp. Thiết bị tách ẩm này làm giảm độ ẩm của không khí trong lò. Nó
cung cấp nhiệt thu được từ việc ngưng tụ nước. Vật liệu sử dụng để làm nhà
kính là kính, tấm film nhựa, PVC, polythene và sợi kính, khung thường được
làm bằng nhôm. Các bộ phận hấp thụ nhiệt sử dụng các vật liệu đen mờ để
hấp thụ năng lượng mặt trời để làm nóng không khí trong buồng sấy. Hình 1.2
thể hiện một dạng lò sấy năng lượng mặt trời.

Hình 1.2. Dạng lò sấy năng lượng mặt trời
Lò sấy hơi nước
Nguồn nhiệt gián tiếp, nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng hơi nước quá

nhiệt hoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổi
nhiệt. Sự lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt. Nó giúp
cho sự trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn. Mặt cắt ngang của lò
sấy được chỉ ra ở hình 1.3. Sàn được làm bằng bê tông. Tường và cửa lò được
làm bằng vật liệu cách và chịu nhiệt. Hiện nay lò sấy hơi nước quá nhiệt được
sử dụng phổ biến.

14

14


Hình 1.3. Dạng điển hình của lò sấy hơi nước
Nguồn nhiệt cấp cho lò từ hệ thống nồi hơi sử dụng nhiên liệu chủ yếu là
than đá, củi, gỗ phế loại. Hơi từ các nồi hơi được dẫn vào lò qua các đường
ống dẫn hơi tới hệ thống toả nhiệt trong lò. (hình 1.4)

Hình 1.4. Nồi hơi đun bằng củi [8]
* Một số phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp
Sấy thăng hoa. [7]
Sấy thăng hoa (hay sấy lạnh đông) là quá trình tách ẩm của vật liệu bằng
phương pháp thăng hoa (ẩm từ trạng thái rắn biến thành hơi mà không qua
trạng thái lỏng). Sấy thăng hoa được áp dụng cho ngành công nghiệp chế biến

15

15


và bảo quản thực phẩm như sấy thịt, cá, rau, quả đóng hộp, ngoài ra cũng

được dùng trong công nghiệp dược phẩm: sấy thuốc kháng sinh.
Ưu điểm: Sản phẩm có chất lượng cao (giữ nguyên được sắc màu, cấu
trúc, hương vị…), giữ được hoạt tính sinh học (không làm biến chất albumin,
không xảy ra các quá trình vi sinh, giữ nguyên được các loại vitamin như lúc
còn tươi…)
Nhược điểm: Giá thành đắt, thiết bị phức tạp, vốn đầu tư lớn.
Trong hệ thống máy sấy thăng hoa buồng sấy làm cả nhiệm vụ buồng
lạnh đông. Vì vậy, trong buồng sấy có cả dàn lạnh và dàn cấp nhiệt. Buồng
sấy phải có cấu tạo phù hợp với năng suất yêu cầu, có độ bền và độ kín cao, nạp
và tháo sản phẩm dễ dàng, vật liệu chế tạo buồng sấy là thép không gỉ. Sau khi
vật sấy được nạp vào buồng sấy thì tiến hành làm lạnh đông nhờ hệ thống máy
lạnh. Sau đó, ngừng máy lạnh, hút chân không buồng sấy đồng thời cấp nhiệt
cho vật sấy, thực hiện quá trình thăng hoa. Bơm chân không duy trì áp suất trong
buồng sấy ở 610,5 N/m2.
Các phương pháp sấy thăng hoa:
- Sấy thăng hoa gián đoạn.
- Sấy thăng hoa liên tục.
- Sấy thăng hoa theo chu kỳ.
Sấy chân không. [7]
Mục đích của sấy chân không là làm tăng quá trình bay hơi của ẩm trong
vật liệu bằng cách tạo ra môi trường chân không để ẩm dễ dàng thoát ra.
Hơi ẩm được bơm chân không hút thải ra ngoài hoặc qua thiết bị ngưng
tụ đối với hơi cần thu hồi (hơi dung môi hữu cơ). Loại này có cường độ sấy
trung bình khoảng 2kg ẩm/m2h, lượng hơi tiêu tốn 2kg/1kg ẩm bay hơi.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, có thể sấy được nhiều loại vật liệu khác nhau.
Nhược điểm: Làm việc gián đoạn, năng suất thấp, vật liệu sấy ở trạng
thái tĩnh, truyền nhiệt kém…

16

16


Sấy sử dụng bơm nhiệt.
Dùng bơm nhiệt để tạo ra tác nhân sấy có nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho
quá trình sấy. Hình 1.5 mô tả nguyên ly chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt.
Nguyên lý hoạt động: Không khí ẩm qua buồng sấy có trạng thái điểm 1
được hút qua dàn lạnh của bơm nhiệt. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt
của không khí với tác nhân lạnh. Nhiệt độ của không khí được đưa xuống
nhiệt độ đọng sương, ẩm trong không khí đạt trạng thái bão hòa và ngưng tụ
lại trên dàn bay hơi, rồi chảy xuống hệ thống máng gom nước. Vì vậy, độ
chứa ẩm d của dòng khí giảm xuống, nhiệt độ không khí cũng giảm. Không
khí trạng thái điểm 2 chuyển qua dàn ngưng tụ, không khí được đốt nóng
đẳng d lên trạng thái điểm 3 với độ ẩm tương đối thấp. Dòng không khí khô
này được thổi vào buồng sấy. Không khí chảy trùm lên vật sấy và đốt nóng
vật sấy. Do chênh lệch về thế sấy nên ẩm trên bề mặt vật sấy bay hơi và đi
vào dòng tác nhân sấy. Cứ tiếp tục vòng tuần hoàn như thế vật sấy được sấy
đến độ ẩm theo yêu cầu.

Hình 1.5. Nguyên lý chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt
Ưu điểm:
- Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh đều được tận dụng triệt để.
- Giảm được chi phí về thiết bị, vận hành và bảo dưỡng.
- Quá trình hoạt động của thiết bị không bị gián đoạn do không phải thay
chất hấp phụ như trong máy bài ẩm.

17

17

- Tuổi thọ thiết bị cao. Trong khoảng thời gian 10 năm, thiết bị hầu hết
như không cần bảo dưỡng lớn. Sau một thời gian sử dụng, cần vệ sinh dàn
ngưng tụ và dàn bay hơi để đảm bảo khả năng trao đổi nhiệt tốt.
- Điện năng sử dụng cũng thấp hơn nhiều so với phương pháp dùng máy
hút ẩm hấp phụ.
Nhược điểm:
Thời gian sấy thường kéo dài.
Có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách nâng cao tốc độ dòng tác
nhân sấy. Vấn đề này cần được nghiên cứu kĩ lưỡng để đảm bảo cho chất
lượng sản phẩm sấy được tốt nhất.
1.3. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt chế biến gô
ngoài nước.
Thông thường gỗ được làm khô theo các phương pháp phổ biến như:
phơi gỗ tự nhiên, sấy đối lưu bằng luồng không khí nóng, sấy gỗ bằng hơi
nước, sấy trong lò sấy chân không v.v.
Để rút 1kg hơi nước từ gỗ trong lò sấy thông thường cần lưu lượng tác
nhân sấy “không khí nóng” khoảng 24 m3 /h, và nếu điều khiển quá trình sấy
hợp ly có thể đạt được chất lượng sấy gỗ cao. Tuy nhiên, chi phí năng lượng
của loại lò sấy này khá cao so với lò sấy bằng công nghệ hút ẩm ở nhiệt độ
thấp vì không thu hồi sử dụng lại nhiệt mà thải vào không khí.
Lò sấy chân không có chất lượng sấy cao, thời gian sấy ngắn do nước sôi
nhanh, chi phí nhiệt lượng thấp. Vì dung tích lò nhỏ nên năng suất sấy thấp và
không sấy được gỗ xẻ có kích thước lớn. Nếu lò sấy chân không sử dụng bộ
phận gia nhiệt bằng sóng siêu âm, sẽ làm giá đầu tư ban đầu cao hơn so với lò
sấy bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp. Nhìn chung, giá vận hành khai thác kiểu
thiết bị sấy này cao hơn so với thiết bị sấy kiểu bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ
thấp khoảng 4 lần.
Ở các nước tiên tiến như Mỹ, Canađa, Úc v.v. gỗ nguyên liệu được xẻ
tấm và sấy khô trước khi đưa vào bảo quản, gia công chế biến theo quy trình

18

18


công nghệ và giám sát kỹ thuật nghiêm ngặt. Công nghệ sấy bơm nhiệt rút ẩm
nhiệt độ thấp được quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi.
Sấy gỗ bằng phương pháp rút ẩm bằng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp (4080)0C, khống chế ẩm độ không khí tác nhân sấy đến khoảng (40-60)% RH. So
với các công nghệ sấy khác, sấy bằng bơm nhiệt có nhiệt độ làm việc thấp,
nâng cao rõ rệt chất lượng gỗ sấy, giảm đáng kể tỷ lệ gỗ phế liệu và cho phép
tiết kiệm đến (30-50)% năng lượng sấy (hình 1.6; 1.7). So với lò sấy cấp nhiệt
bằng hơi nước, lò sấy sử dụng bơm nhiệt kiểu rút ẩm ở nhiệt độ thấp có hiệu
suất sử dụng năng lượng cao, đạt đến 1,5-2,0 kgH 2O/kWh đồng thời giảm
đáng kể các chi phí đầu tư và vận hành các nồi hơi, phí kiểm định an toàn...
Đối với loại gỗ cứng và một số loại gỗ mềm, nếu sử dụng công nghệ lò
sấy bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp có thể sấy gỗ từ trạng thái tươi đến độ ẩm
30% ở nhiệt độ xấp xỉ 500C, và sau đó sấy xuống đến ẩm độ 12% ở nhiệt độ
tăng lên vẫn đảm bảo hiệu suất sấy cao và thời gian sấy tương đương so với
sấy bằng lò sấy thông thường.

19

19


Hình 1.6. Minh họa lò sấy gỗ bơm nhiệt dung tích nhỏ, vừa và lớn của Hãng NOVA

Hình 1.7. Lò sấy gỗ bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp của Hãng NOVA dung tích vừa
và lớn với dung lượng (13-28) m3 (từ 5.500 đến 12.000 tấm gỗ xẻ)

Hệ thống lò sấy sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp có hiệu suất sử
dụng nhiệt cao, giảm đáng kể chi phí năng lượng, cho phép vận hành/điều
chỉnh tự động dễ dàng toàn bộ hệ thống bằng năng lượng điện. Với công nghệ
này có thể giảm chi phí sấy đến 60-70% so với các lò sấy gia nhiệt bằng dầu
hay gỗ phế liệu (thông thường-thải nhiệt theo khí thải ra vào không khí) v.v..
Sau khi không khí đi qua bộ phận ngưng được làm lạnh rút ẩm, nhiệt lấy
từ không khí được chuyển trở lại làm nóng luồng không khí tác nhân sấy.
Hiệu suất sử dụng năng lượng nhiệt cao, trong mỗi quá trình luôn đảm bảo
không khí đi ra qua hệ thống được hút ẩm có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ khi đi
vào. Đối với một số hệ thống nhiệt độ không khí tác nhân sấy đạt đến 72°C,
và thậm chí đạt đến trên 100°C nhờ các bộ gia nhiệt bổ sung. Ván gỗ được sấy
đúng quy cách có chất lượng cao dễ gia công chế tác (hình 1.8).

20

20


Hình 1.8. Ván gỗ được sấy và gia công đúng quy cách

(b)

(a)

Hình 1.9. Thiết bị bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp (a)
và Sơ đồ nguyên lý của lò sấy gỗ sử dụng điện (b)

Hình 1.10. Cấu trúc lò sấy gỗ hơi nước của Hãng NOVA
Trong hình 1.10 cho sơ đồ nguyên ly kết cấu của lò sấy gỗ thông thường,

bao gồm các bộ phận tạo/phân phối nhiệt đốt nóng không khí tác nhân sấy, hệ
thống quạt đảo khuấy không khí, thiết bị điều khiển khống chế và chỉ thị nhiệt
độ trong lò sử dụng nhiên liệu củi.

21

21


Hình 1.11. Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp

Hình 1.12. Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp
Thông thường, lò sấy đơn loại nhỏ thường sử dụng điện năng để vận
hành hệ thống và cấp nhiệt bổ sung thay vì sử dụng dầu/khí ga hay củi ở các lò
sấy lớn (các hình 1.10; 1.11; 1.12). Gia nhiệt bổ sung bằng điện là giải pháp
hợp ly, cho phép điều khiển chế độ sấy tiện lợi chính xác và kinh tế, đảm bảo
chất lượng gỗ sấy không phế liệu.

22

22


Hình 1.13. Thiết bị bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp lò sấy gỗ sử dụng điện

Hình 1.14. lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời.
Trong hình 1.14 cho lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời. Lò sấy kiểu
này phụ thuộc nhiều vào thời tiết khí hậu bên ngoài. Khi bên ngoài nắng nóng
dễ dẫn đến sấy quá nhiệt và ngược lại, thời tiết lạnh-thiếu nhiệt. Nếu không
nâng nhiệt độ tác nhân không khí đến mức cần thiết, chi phí điện năng chạy

quạt sẽ quá lớn vì thời gian sấy bị kéo dài. Sử dụng kết hợp với sợi đốt gia
nhiệt bổ sung và quạt đảo không khí bằng năng lượng điện sẽ cải thiện đáng

23

23


kể chất lượng sấy và giảm chi phí năng lượng.

Hình 1.15. Thiết bị đo độ ẩm của gỗ kiểu điện trở
Trong quá trình sấy, sử dụng thiết bị đo độ ẩm của gỗ để giám sát độ ẩm
của ván gỗ là rất cần thiết, cho phép điều khiển chế độ sấy hợp ly. Trong hình
1.15 giới thiệu thiết bị đo độ ẩm của gỗ có giải đo từ 5% đến 95% sai số ±5%.
Thời gian sấy phụ thuộc vào loại gỗ, độ ẩm ban đầu và kích thước ván
gỗ và chế độ sấy (hình 1.16). Độ ẩm của của ván gỗ cao 80% cần thời gian
sấy gỗ gần như dài gấp đôi so với ván gỗ có độ ẩm khoảng (30-40)%. Trong
khi độ dày của ván gỗ làm tăng thời gian sấy lên trên hai đến ba lần.

Hình 1.16. Ảnh hưởng của kích thước (độ dày-trục hoành)
của ván gỗ đối với thời gian sấy (trục tung).

24

24


Hình 1.17. Biểu đồ quan hệ nhiệt-ẩm của nhiệt độ và độ ẩm không khí tương
đối/tuyệt đối, độ ẩm bão hòa (EMC) của gỗ tại áp suất khí quyển 764,16 mmHg.

25

25