Luận án nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển phản hồi đầu ra cho qua trình đa biến buồng sấy giấy

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Độ ẩm giấy là một trong những chỉ tiêu quan trọng của chất lượng giấy, đảm
bảo độ ẩm của giấy do hệ thống sấy đảm nhận. Để đảm bảo độ ẩm giấy sau khi xeo,
người ta điều khiển hai thông số: Công suất nhiệt hơi bão hòa cấp cho lô để cấp
nhiệt cho giấy là chính (gọi là sấy tiếp xúc); Công suất nhiệt gió nóng phụ thêm cấp
cho buồng sấy (gọi là sấy đối lưu). Tuy nhiên nước chứa trong giấy bay hơi ra
không khí của buồng, ngoài nhu cầu cấp nhiệt (như trên đã nêu) còn bị ảnh hưởng
rất lớn của thông số môi trường trong buồng sấy. Ví dụ, cùng một giá trị công suất
cấp nhiệt của sấy tiếp xúc và sấy đối lưu, giấy có thể bị quá khô dễ bị cháy hoặc có
thế bị quá ướt (hiện tượng mưa trong buồng sấy).
Đặc trưng cho thông số môi trường trong buồng sấy là nhiệt độ điểm sương
(đảm bảo tốc độ bay hơi nước và khả năng ngưng tụ) và phân bố áp suất không khí
trong buồng sấy cân bằng gió vào ra (Zero Level). Như vậy đối tượng buồng sấy là
hệ nhiều biến, có biến cần điều khiển chính là độ ẩm, có hai biến tác động (hơi và
gió nóng).
Ngoài ra có hai biến phụ cần điều khiển quyết định tới khả năng bay hơi của
nước trong giấy là nhiệt độ điểm sương và điểm áp suất không (Zero level). Vì vậy,
điều khiển buồng sấy cần có bốn mạch vòng: Điều khiển độ ẩm, điều khiển nhiệt độ
điểm sương, điều khiển điểm áp suất không (Zero Level) và điều khiển gia nhiệt gió
nóng (Hình 1.4). Các mạch vòng này đều tác động xen kênh (trừ mạch vòng gia
nhiệt gió nóng ít ảnh hưởng). Hệ điều khiển buồng sấy là hệ đa biến tác động xen
kênh, tuy nhiên thực tế trong công nghiệp hiện nay người ta thiết kế là hệ điều khiển
nhiều mạch vòng đơn biến, dẫn đến khó đảm bảo chất lượng và hao phí năng lượng
lượng cao.
Các công trình nghiên cứu, ứng dụng trước đây tập trung nghiên cứu quá trình
sấy trực tiếp (sấy tiếp súc) là sự dụng nhiệt hơi bão hòa cấp cho lô, truyền nhiệt từ
lô

sấy

sang

mặt

băng

giấy

tiếp

xúc

với

[1],[2],[3],[15],[16],[18],[23],[24], [25],[30],[31], [34],[35]

1

lô,

điển

hình

là


Trong những năm gần đây người ta dùng sấy đối lưu gió theo công nghệ mới,
có hệ điều khiển gió nóng kết hợp với điều khiển môi trường sấy đã tăng được hiệu
quả sấy, tiết kiệm đến 40% lượng hơi bão hòa và tăng tốc độ xeo lên 1,2 lần [2],[3]

Nghiên cứu sấy gió hiện nay đã được triển khai, nhưng các công trình nghiên cứu
về điều khiển chưa nhiều, chủ yếu sử dụng cấu trúc đơn biến, trong khi hệ là đa biến
tác động xen kênh. Việc chỉnh định hệ điều khiển bằng thực nghiệm nên khi thay
đổi thông số vận hành hoặc có nhiễu tác động, hệ hoạt động không chính xác gây
khó khăn cho vận hành và ảnh hưởng đến chất lượng giấy [3]
Từ những lý do trên, nên nội dung luận án NCS tập trung nghiên cứu điều khiển
buồng sấy gió.
Nghiên cứu động học và điều khiển buồng sấy dùng gió để có hiểu biết về
điều khiển quá trình sấy. Giúp cho việc thiết kế hệ thống sấy như lựa chọn các thiết
bị chấp hành, thiết bị đo và thiết kế điều khiển. Định hướng cho việc chỉnh định hệ
điều khiển.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu xây dựng động học và điều khiển đa biến cho buồng sấy giấy để nâng
cao chất lượng điều khiển.

3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu: Hệ điều khiển buồng sấy trong dây chuyền xeo giấy.
* Phạm vi nghiên cứu: Động học và thiết kế điều khiển phản hồi đầu ra cho hệ
điều khiển đa biến buồng sấy giấy
* Phương pháp nghiên cứu:
- Khảo sát thực tế buồng sấy giấy tại Công ty giấy Bãi bằng.
- Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến công nghệ sấy giấy.
- Nghiên cứu các công trình công bố tới sấy giấy
- Xây dựng động học và điều khiển cho hệ sấy giấy
- Ứng dụng điều khiển MPC với thuật điều khiển tối ưu hóa từng đoạn cho buồng
sấy giấy
- Mô hình hóa mô phỏng đánh giá chất lượng hệ điều khiển.

2

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.1.Ý nghĩa khoa học:
Luận án đã xây dựng được động học và điều khiển đa biến cho buồng sấy giấy
sấy và ứng dụng điều khiển dự báo theo thuật toán đề xuất tối ưu hóa từng đoạn cho hệ
sấy giấy.
4.2 Ý nghĩa thực tiễn:
- Phân tích được yêu cầu điều khiển hệ sấy trong buồng sấy, giúp người vận hành
hiểu rõ tác dụng của các đại lượng điều khiển các đại lượng nhiễu cũng như tính xen
kênh ảnh hưởng tới chất lượng sấy, từ đó chỉnh định tham số điều khiển để hệ ổn định
và đảm bảo chất lượng.
- Thiết kế được điều khiển đa biến MPC định hướng cho việc ứng dụng cho hệ
sấy giấy nhằm nâng cao chất lượng điều khiển.

5. Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung luận án được trình bày trong bốn
chương:
Chương 1: Trình bày tổng quan hệ sấy giấy trong dây chuyền xeo giấy. Nội dung
chương này đi trình bày tóm tắt công nghệ sản xuất giấy, dây chuyền xeo giấy; Hệ điều
khiển sấy dùng hơi; Các công trình nghiên cứu sấy gió đối lưu và các vấn đề nghiên
cứu của luận án.
Chương 2: Nghiên cứu động học và điều khiển của các mạch vòng sấy giấy:
Điều khiển độ ẩm, điều khiển cân bằng gió vào-ra và điều khiển nhiệt độ điểm sương.
Chương 3: Nghiên cứu điều khiển đa biến cho hệ sấy giấy. Thiết kế điều khiển
đa biến với ba đầu vào và ba đầu ra. Thiết kế điều khiển đa biến với hai biến đầu vào,
hai biến đầu ra và hai nhiễu chính.
Chương 4: Thiết kế điều khiển dự báo cho hệ sấy giấy.

3

Chương 1. ĐỘ ẨM CỦA GIẤY VÀ CÔNG NGHỆ SẤY
TRONG DÂY CHUYỀN XEO
1.1. Tóm tắt công nghệ sản xuất giấy
Trên Hình 1.1 trình bày tóm tắt các công đoạn công nghệ sản xuất giấy
[1],[2],[10],[11],[12].
Xử lý
nguyên liệu

Nấu bột

Rửa, sàng

Tẩy trắng

Sấy

Ép ướt

Phun bột

Nghiền

Ép quang

Cuốn

Cắt cuộn

Giấy thành

phẩm

Hình 1.1. Sơ đồ các công đoạn sản xuất giấy

1.1.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu

Hình 1.2. Bãi nguyên liệu

Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là tre, nứa và gỗ. Tre nứa được đưa từ bãi chứa vào
băng chuyền và được rửa sạch trước khi đưa vào máy chặt. Tại đây tre nứa được băm
thành các mảnh nhỏ có kích thước theo tiêu chuẩn. Các mảnh được đưa vào hệ thống
rửa và qua băng tải đến sân chứa mảnh.
4


Gỗ được đưa đến bộ phận bóc vỏ bằng băng tải xích. Gỗ sau khi đã bóc vỏ được
rửa sạch rồi đi vào máy chặt mảnh. Mảnh gỗ sau khi chặt có kích thước theo tiêu
chuẩn. Mảnh gỗ được đưa qua sàng chọn và đưa ra sân chứa bằng băng tải.
Mảnh tre nứa và gỗ được đưa vào nồi nấu bởi hệ thống thổi mảnh. Tùy theo yêu
cầu đơn đặt hàng của khách mà có tỷ lệ tre nứa và gỗ khác nhau.
1.1.2. Công đoạn nấu bột
Bột được sản xuất theo phương pháp sunphat có thu hồi hóa chất. Nguyên liệu
được nấu trong 3 nồi có hình trụ đứng. Thời gian để hoàn thành một chu kỳ nấu
khoảng 240 phút kể cả thời gian nạp mảnh. Bột sau khi nấu xong được chuyển sang bể
phóng. Từ đây bột được chuyển qua máy đánh tơi và được đưa đến bộ phận rửa. Năng
suất nấu bột khoảng 150 tấn/ngày.
1.1.3. Công đoạn rửa sàng
Sau khi được đánh tơi, bột được đưa tới 4 máy rửa lọc chân không. Hệ thống rửa
lọc chân không có cấu tạo lô hình trụ, được tạo chân không bởi sự chênh lệch áp suất.
Bên trong lô có hệ thống các đường ống dẫn nước. Trên bề mặt lô được chia làm nhiều

ngăn và có các ống dùng để dẫn dịch.
Quy trình hoạt động của hệ thống rửa như sau: Lô rửa được quay tròn đều. Trong
quá trình quay, nước dùng để rửa bột sẽ theo các ống dẫn được đưa vào trong lô. Do
trên bề mặt của lô có các lỗ nên sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất ở bên trong lô và bên
ngoài lô. Do đó, tạo ra chân không ở bên trong lô. Nhờ sự chênh lệch áp suất nên bột
sẽ bám dần trên bề mặt của lô. Sau đó, dùng nước để rửa. Sau khi rửa bột, bột sẽ rơi
xuống hệ thống xoắn vít tải. Từ đây, bột sẽ tới các bể chứa và từ các bể chứa này, bột
được đưa lên hệ thống rửa tiếp theo.
Hệ thống bao gồm 4 máy rửa và bột được đưa từ máy thứ nhất đến máy thứ 4.
Quá trình rửa ở các máy diễn ra như nhau. Trong quá trình rửa, nước dùng để rửa sẽ
được dẫn từ máy rửa thứ 4 lần lượt quay trở lại máy thứ 3, 2 và 1 do nước còn sạch.
Bột đen sau khi đã rửa sạch được đưa qua hệ thống sàng gồm 2 sàng áp lực, 1
sàng thu và 3 giai đoạn lọc cát. Trong quá trình này, các mấu mắt tre, nứa hoặc bột
sống sẽ được loại khỏi bột chín, dẫn xuống sàng cô đặc và xuống vít tải thải ra ngoài.
Bột chín được đưa tới các bể chứa và chuẩn bị cho công đoạn tẩy trắng.
Sau khi được đánh tơi, bột được đưa tới 4 máy rửa lọc chân không. Hệ thống rửa
lọc chân không có cấu tạo lô hình trụ, được tạo chân không bởi sự chênh lệch áp suất.
Lô có đường kính d = 3,5m có chiều dài là 4,5m. Bên trong lô có hệ thống các đường
5


ống dẫn nước. Trên bề mặt lô được chia làm nhiều ngăn và có các ống dùng để dẫn
dịch. Trong các ngăn có các tấm sàng và các lỗ mắt sàng.
1.1.4. Công đoạn tẩy trắng bột
Bột được Clo hóa bởi Cl2. Sau đó, bột được kiềm hóa để loại bỏ hợp chất màu
Clorarlignin ra khỏi bột. Sau khi kiềm hóa, bột được tẩy tiếp bởi Nacl để đạt độ trắng
theo yêu cầu khoảng 74 - 78%. Để bột có độ trắng đồng đều theo yêu cầu phải thực
hiện quy trình tẩy trắng phức tạp, duy trì thích hợp các yếu tố nồng độ bột, mức tỉ lệ
hóa chất tẩy, nhiệt độ, thời gian và độ pH. Bột sau khi tẩy trắng được đưa vào bể chứa
để chuẩn bị cho quá trình nghiền bột.

Sau khi nghiền, bột được pha trộn với các phụ gia như: cao lanh, nhựa thông,
phèn và một số hóa chất khác tùy theo yêu cầu của sản phẩm. Bột đã pha trộn phụ gia
trong bể chứa sau đó được đưa qua hệ thống phụ trợ rồi đưa tới hòm phun bột bắt đầu
quá trình sản xuất giấy.
1.1.5. Xeo giấy
Xeo giấy tạo ra giấy từ bột, qua các công đoạn như Hình 1.3.
Trước khi vào máy xeo, bột giấy được đưa qua hệ thống nghiền côn để tăng diện
tích tiếp xúc, tăng khả năng liên kết giữa các sớ sợi với nhau. Sau khi nghiền, bột được
pha trộn với các phụ gia khác nhau tùy theo yêu cầu của sản phẩm. Bột đã pha trộn
phụ gia trong bể chứa sau đó được đưa qua hệ thống phụ trợ: Sàng áp lực, lọc cát và
các thành phần khác có ảnh hưởng đến tờ giấy rồi được đưa tới hòm phun bột, bắt đầu
quá trình sản xuất giấy.

Hình 1.3. Sơ đồ sản xuất giấy

1.1.5.1. Hòm phun bột
Nhiệm vụ của hòm phun bột là phân phối một lưu lượng dung dịch có chứa bột
giấy (nồng độ khoảng 1%), (Hình 1.4) đồng đều trên lưới với tốc độ xeo trên toàn bộ
bề ngang của lưới và giữ cho dòng bột không bị xáo trộn để chống chảy xoáy làm phá
vỡ sự vón cục của dòng bột đã hình thành.
6


Hình 1.4. Cấu tạo hòm phun bột

1.1.5.2. Bộ phận lưới
Lưới có nhiệm vụ nhận bột từ hòm phun, hình thành lớp giấy trên mặt lưới, nhờ
bơm hút chân không nước được thoát ra. Giấy được hình thành và bắt sang khâu ép.
1.1.6. Bộ phận ép
Nhiệm vụ chính của bộ phận ép là tách nước ra khỏi giấy, tăng độ bền và độ nhẵn

của băng giấy; đồng thời bộ phận ép còn có nhiệm vụ dẫn băng giấy đến bộ phận sấy.
Băng giấy ướt được chuyển trực tiếp từ lưới tới trục ép hút chân không được bọc
chăn của tổ ép 1. Chức năng quan trọng của lưới ép là chống tạo vết trên băng giấy. Từ
tổ ép 1, băng giấy được chuyển tới bộ phận ép lưới ở tổ ép 2. Tổ ép 2 gồm lưới nhựa
giữa chăn ép và trục ép phía dưới nhằm giảm áp suất thủy tĩnh trong tuyến ép. Từ chăn
ép 2, băng giấy được chuyển tới tổ ép 3 qua một khoảng kéo hở. Tổ ép này không có
chăn nên không có nhiệm vụ tách nước mà chỉ làm cho băng giấy nhẵn và phẳng hơn.
1.1.7. Bộ phận sấy và ép nóng
Khi băng giấy rời bộ phận ép ướt có độ ẩm khoảng 50% và nhiệt độ từ 25-300C.
Trong bộ phận sấy lượng nước còn lại được tách ra bằng phương pháp bay hơi. Sấy là
quá trình sử dụng nhiệt năng của hơi nước bão hòa trong lòng lô sấy để cấp nhiệt cho
giấy kết hợp với gió nóng thổi vào buồng sấy làm bay hơi nước có trong băng giấy.
Sau quá trình sấy trước, băng giấy được đưa qua bộ phận ép keo. Chức năng của
khâu ép keo là phủ lớp keo lên bề mặt giấy, tăng độ bóng, độ dai, bịt các lỗ trên bề mặt
băng giấy. Sau khâu ép keo, băng giấy đi tới hệ thống sấy sau.
1.1.8. Bộ phận ép quang
Bộ phận ép quang gồm hai lô quay tiếp xúc với nhau. Máy ép quang sẽ đảm bảo
độ đồng đều, độ nhẵn bóng bề mặt làm tăng độ bền kéo, độ chịu bục và thấm khí của
tờ giấy.

7


Hình 1.5. Bộ phận ép quang

1.1.9. Bộ phận cuốn và cắt cuộn

Hình 1.6. Khổ giấy được cuốn trên các trục thép

Băng giấy hình thành sau ép quang được cuộn lại vào lô cuốn kim loại Hình 1.6.

Các cuộn giấy được chuyển sang bộ phận máy cuộn và cắt thành những cuộn giấy
thành phẩm có khổ khác nhau tùy theo đơn đặt hàng.
1.1.10. Giấy thành phẩm
Từ các cuộn giấy lớn, giấy được chuyển sang phân xưởng hoàn thành để gia công
thành các sản phẩm theo đặt hàng: Giấy khổ A3, giấy RAM A4, vở học sinh…
1.1.11. Các chỉ tiêu chất lượng của giấy thành phẩm
Bảng 1-1. Các chỉ tiêu chất lượng của giấy thành phẩm

Tên chỉ tiêu

STT
Định

Định lượng

Thứ
nguyên

Mức chỉ tiêu

Phương
pháp thử

g/m2

52; 55; 58; 60; 70; 80

TCVN1270

8

1

lượng

chuẩn

Sai số cho phép

g/m2

58<701
52581
701202

kg/m3

660

TCVN3652

Độ ẩm

%

(5-7) ± 1%

TCVN1867

4

Độ trắng không nhỏ hơn

%

84

TCVN1865

5

Độ hút nước không nhỏ
hơn

g/m2

30

TCVN6726

6

Độ đục không nhỏ hơn

%

7

Độ nhám trung bình không

lớn hơn

8

Độ tro không nhỏ hơn

9

Chỉ số bền kéo trung bình
hai hướng không nhỏ hơn

Nm

33

TCVN1862

10

Độ bụi không lớn hơn

ppm

20

TCVN1868

11

Keo bề mặt (nếu có)

%

23

TCVN7069

2

Độ chặt không nhỏ hơn

3

76

ml/Ph
%

81
350

8

TCVN6728
TCVN3226

10

TCVN1864

1.2. Vấn đề độ ẩm của giấy và quá trình sấy trong dây chuyền xeo
1.2.1. Giới thiệu chung
Độ ẩm của giấy là tỷ số giữa khối lượng nước chứa trong giấy và khối lượng giấy
tính theo %. Quá trình sấy giấy là tách thành phần nước trong giấy, tức là cần cung cấp
cho giấy một lượng nhiệt để nước trong giấy bay hơi vào không khí, đồng thời môi
trường của buồng sấy phải đảm bảo thuận lợi cho quá trình bay hơi. Để sấy giấy ta
dùng nhiệt của hơi bão hòa, cấp vào trong lô sấy, mặt lô sấy nhận nhiệt từ hơi bão hòa
truyền sang mặt giấy, người ta gọi là sấy tiếp xúc (hay gọi tắt là sấy hơi). Đồng thời,
khi băng giấy chuyển động trong buồng sấy ta dùng gió nóng khô thổi vào tạo nên quá
trình bay hơi dễ dàng hơn, người ta gọi đó là sấy gió đối lưu (gọi tắt là sấy gió). Hệ
thống sấy được chia làm ba buồng. Quá trình này được mô tả theo Hình 1.7.
9


Hình 1.7. Quá trình sấy giấy

Hệ thống sấy có hai cơ chế sấy cùng tác động để đảm bảo độ ẩm: Sấy dùng hơi
bão hòa cấp cho lô sấy truyền nhiệt lên mặt giấy (sấy áp suất hơi); Sấy dùng gió thông
qua gió nóng thổi vào mặt giấy (sấy đối lưu), [2], [4],[13],[14],[15].

Hình 1.8. Phân bố các nhóm sấy trên dây chuyền xeo giấy

Nhiệm vụ chính của phân xưởng sấy giấy là sấy khô giấy hay nói cách khác là
thay đổi độ ẩm của giấy. Độ ẩm của giấy là một thông số quan trọng, quyết định chất
lượng của sản phẩm giấy. Mặt khác, nếu độ ẩm không được điều khiển một cách hợp
lý, giấy sẽ bị đứt làm quá trình sản xuất bị ngắt quãng, gây ảnh hưởng đến năng suất.
Giá trị độ ẩm của giấy được điều chỉnh trong khâu sấy giấy. Tính từ đầu xeo đến
cuối xeo thì độ ẩm của giấy giảm dần. Sau công đoạn hình thành tờ giấy, độ ẩm còn
khoảng 80%. Tiếp đó tờ giấy đi qua công đoạn ép ướt, độ ẩm đạt khoảng 60%. Từ đây,
tờ giấy được đưa vào hệ thống sấy. Thông qua quá trình sấy, tờ giấy đạt được độ ẩm

ổn định khoảng 5 – 7%. Sau đó, tờ giấy được đưa tới các công đoạn cuối cùng để tạo
ra giấy thành phẩm. Vì vậy, công đoạn sấy đóng vai trò quan trọng nhất, quyết định
đến độ ẩm của tờ giấy.
Nguyên lý cơ bản của quá trình sấy giấy là quá trình loại nước khỏi bột bằng việc
ép, gia nhiệt. Tại phần đầu dây chuyền xeo, sau khi bột được phun lên lưới hình thành
10


bởi hệ thống vòi phun thì độ ẩm tới 99%, trong khi ở cuối dây chuyền độ ẩm của giấy
chỉ còn lại khoảng 5 – 7% trọng lượng của băng giấy. Như vậy có ba khâu chính trong
quá trình sản xuất giấy ở phân xưởng xeo: Khâu phun bột lên lưới để hình thành tờ
giấy với độ ẩm 80%, khâu ép ướt với độ ẩm khi ra khỏi khâu này là 50 – 60% và khâu
sấy giấy. Sau khi ra khỏi khâu sấy, nước được loại bỏ từ độ ẩm 50% xuống khoảng 57% Hình 1.8. Sau đó, giấy thành phẩm được đưa tới ép quang và cắt cuộn.
1.2.2. Đo độ ẩm giấy

˜ 10m

˜ 1000m

Hình 1.9. Đường đo của máy Scanner

Trong quá trình sản xuất, độ ẩm của giấy được đo và giám sát online [2], Hình
1.9. Các sản phẩm sẽ được loại bỏ nếu vượt quá các giới hạn xác định. Độ ẩm của
cuộn giấy có giá trị ổn định và đồng đều sẽ đảm bảo tỉ lệ phế phẩm ít và đạt năng suất
cao.
Hệ thống điều khiển chất lượng (QCS) được chia ra thành hai phần: Hệ điều
khiển dọc máy MD và hệ điều khiển ngang máy CD. Trên thực tế, để đo các tín hiệu
phục vụ cho điều khiển MD và CD, ta dùng các cảm biến đơn gắn trên thiết bị đo
(scaner platform). Mục đích của việc đo lường này là nhằm điều khiển các thông số.
Ngày nay, để điều khiển sự thay đổi độ ẩm dọc theo dây chuyền, ta sử dụng áp suất

hơi sấy.

Hình 1.10. Hệ sấy sử dụng một máy Scanner

11


Cấu hình như trên thường dùng một máy Scanner để phản hồi tín hiệu đầu ra.
Ngoài ra với các máy có chất lượng điều khiển cao bố trí tới hai máy Scanner để đảm
bảo chất lượng điều khiển (một máy đặt giữa các nhóm lô một máy đặt ở cuối quá
trình sấy).
Trong sản xuất, độ ẩm của giấy thường đạt từ 5 – 7%. Ở độ ẩm này, theo góc độ
kỹ thuật, tờ giấy sẽ đạt tiêu chuẩn để đảm bảo khi in, khi viết không bị nhòe hay loang
mực. Mặt khác, liên kết bề mặt của tờ giấy sẽ đảm bảo được độ bền và dai thích hợp.
Nếu độ khô lớn hơn hoặc nhỏ hơn thì tờ giấy dễ đứt. Xét về mặt kinh tế thì khi hệ
thống làm việc ổn định, có thể nâng độ ẩm của tờ giấy lên tới giá trị mong muốn. Việc
này mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn thể hiện qua hai khía cạnh: Thứ nhất trong trường
hợp sản phẩm được bán theo khối lượng, việc tăng độ ẩm đồng nghĩa với việc nhà máy
bán được nhiều sản phẩm hơn. Thứ hai là việc tăng độ ẩm sẽ tiết kiệm được năng
lượng hơi cung cấp cho quá trình sấy giấy.
1.2.3. Cấu hình khâu sấy
Khâu sấy là một buồng sấy dài cỡ hàng chục đến hàng trăm mét tùy thuộc vào
công suất yêu cầu của máy xeo giấy. Trong buồng sấy giấy chứa các lô sấy được sắp
xếp xen kẽ nhau, chia thành hai tầng: lô trên và lô dưới. Các lô sấy được phân thành
các nhóm sấy khác nhau tùy thuộc vào áp suất hơi đưa vào lô sấy trong quá trình làm
việc.
Khi hơi được đưa vào lô sấy, hơi truyền nhiệt năng tới thành lô để sấy giấy; đồng
thời chuyển thành nước ngưng bám trên bề mặt trong của lô. Nước ngưng sau đó được
thu hồi bởi các ống dẫn và đưa trở về nồi hơi. Việc thu hồi nước ngưng hiệu quả có vai
trò quan trọng trong quá trình truyền nhiệt của lô sấy. Vì vậy, một phần hơi quá nhiệt

đi qua các ống dẫn cùng với nước ngưng để tăng hiệu suất truyền nhiệt cũng như tăng
hiệu quả đẩy nước ngưng, khí ra khỏi các lô sấy.
Để hỗ trợ và đẩy tấm giấy di chuyển qua khu vực sấy, người ta sử dụng các cơ
cấu làm khô để ép băng giấy vào bề mặt lô sấy làm tăng hiệu quả truyền nhiệt. Cơ cấu
này được dệt bằng các sợi tổng hợp và không hấp thụ nước (còn được gọi là bạt tổng
hợp).

1.3. Sấy hơi và hệ điều khiển sấy hơi
1.3.1. Cấu tạo lô sấy
Tờ giấy được lưới sấy ép sát vào thành lô sấy, khi lưới sấy tiếp xúc với tờ giấy,
lượng ẩm chuyển qua chăn một phần là nước phần còn lại là hơi bởi vì sự chênh lệch

12


áp suất hơi giữa lưới và giấy. Lưới sấy có nhiệt độ thấp hơn tờ giấy vì vậy nhiệt ngưng
tụ của hơi sấy tăng lên, làm nhiệt độ lưới tăng lên và một lượng hơi sẽ phân tán trực
tiếp qua lưới. Lưới sấy được ép sát vào lô sấy nhờ lô căng. Trong quá trình sấy, một
phần nước được chuyển qua lưới, một phần thoát ra ở khoảng cách giữa các lô. Hình
1.12.

Hình 1.11. Cấu tạo lô sấy giấy

Hình 1.12. Cấu trúc vỏ lô sấy

1.3.2. Nguyên lý điều khiển công suất sấy
Trong dây chuyền xeo, hệ thống sấy, người ta chia ra các nhóm lô sấy để cấp hơi.
Khi thiết kế, theo cân bằng năng lượng người ta tính toán được công suất nhiệt sấy cần
cấp cho lô:
(1.1)

Q = Ws Cps Ts

Trong đó: Q (kW): công suất nhiệt cấp cho lô,
Ws (kg/s): lưu lượng hơi, cấp cho lô,

13


Cps (kJ/kg.K): nhiệt dung riêng của hơi, cấp cho lô,
Ts (K): nhiệt độ hơi cấp cho lô.
Công suất nhiệt sấy được điều chỉnh bởi thông số lưu lượng hơi, thông qua điều
chỉnh độ mở của van [4], ta có:
Ws

1
= CV m%
P

(1.2)

Trong đó:
Cv là độ dẫn cực đại của van,
m% độ mở của van điều chỉnh,
∆P = PN- PL là chênh áp giữa áp suất tổng PN và áp suất đầu vào lô PL được điều
khiển giữ không đổi theo lượng đặt.

Hình 1.13. Cấu trúc điều khiển độ ẩm cho các nhốm lô sấy

Giả thiết áp suất hơi tổng PN, nhiệt dung riêng và nhiệt độ hơi cấp cho lô là

không đổi. Điều chỉnh công suất sấy hơi bằng điều khiển lưu lượng thông qua mạch
vòng điều khiển chênh áp ∆P, có cơ cấu chấp hành là Van. Khi lượng đặt chênh áp
nhỏ, lưu lượng lớn tức là công suất sấy lớn và ngược lại Hình 1.14.
Trên Hình 1.13 là cấu trúc điều khiển công suất sấy hơi. Ứng với từng nhóm lô
ta đặt chênh áp tương ứng với giá trị đặt độ ẩm theo thứ tự các nhóm lô theo quan hệ
hàm f(x) [2] (là quan hệ giữa độ ẩm và chênh áp được tính theo công thức):
14


f n = k n r + mn mà

kn
0

1 khi mn
kn

0

1 khi mn

0

(1.3)

Trong đó:
r: là giá trị đặt từ bộ điều khiển độ ẩm,
kn: là hệ số tỷ lệ,
n: là chỉ số thể hiện số nhóm sấy.
Trên Hình 1.14 biểu diễn lượng đặt chênh áp theo các nhóm lô. Khi giấy vào

đoạn đầu của buồng sấy, giấy có độ ẩm lớn, cần lưu lượng hơi vào lô nhiều nhất, hay
chênh áp giữa đường áp suất tổng với áp suất trong lô là nhỏ nhất. Cuối buồng sấy, độ
ẩm của giấy giảm, chênh áp lớn, giảm lưu lượng hơi cấp vào lô, công suất nhỏ.

Hình 1.14. Chênh áp đặt cho các nhóm lô sấy

1.4. Sấy đối lưu và điều khiển gió trong buồng sấy
Quá trình sấy trong dây chuyền xeo được thực hiện trong hai buồng sấy: Buồng
thứ nhất sau ép ướt độ ẩm vào buồng 50%, đầu ra có độ ẩm 5 - 7%, giấy chạy tiếp đến
ép keo và vào buồng sấy thứ hai có độ ẩm khoảng 20% ra buồng sấy 5%, đến ép quang
được cuộn thành lô sản phẩm giấy.
1.4.1. Phương pháp sấy đối lưu truyền thống [1]
Trên Hình 1.15 mô tả nguyên lý buồng sấy trong đó sấy đối lưu dùng gió. Không
khí khô được trộn với một phần gió thu hồi từ đầu ra của buồng để tận dụng nhiệt thải
tái sử dụng nhiệt lấy từ đầu ra buồng sấy. Với tác dụng của gió kết hợp với nhiệt sấy
cấp từ lô, nước trong giấy sẽ bốc hơi nhanh hơn.
15


Khí thải

Lô sấy

Lô sấy

Không khí
cấp cho
buồng sấy

Không khí

nóng, ẩm
tái sử dụng
Không khí
khô, nóng

Buồng sấy
Van

Hình 1.15. Nguyên lý buồng sấy đối lưu dùng gió

Nhược điểm của phương pháp này là tăng độ ẩm không khí sấy, làm tăng nhiệt
độ điểm sương trong buồng, hạn chế quá trình bay hơi; điều này đẫn đến tăng lượng
hơi tiêu thụ, hay nói cách khác, phương pháp này không kiểm soát được môi trường
sấy.
1.4.2. Phương pháp sấy đối lưu kết hợp thổi gió nóng lên mặt giấy
1.4.2.1. Vị trí đặt các vòi phun gió:

Hình 1.16. Vị trí của vòi phun không khí

Để khắc phục nhược điểm của phương pháp sấy gió trước đây (phân tích như
trên) [2],[17],[18]. Người ta áp dụng phương pháp sấy đối lưu kết hợp với thổi gió
nóng trực tiếp vào mặt giấy, như Hình 1.16.
16


1.4.2.2. Các mạch vòng điều khiển của hệ thống sấy đối lưu
Mạch vòng
T0 gió nóng
cấp cho
buồng sấy

Quạt hút

HRU

HEU

TC

TC
Air
Quạt thổi

LC
TT

Mạch
vòng
Zero
level

Td , 

Mạch
vòng
Td

Wa2

LT

Wa1

Hình 1.17. Các mạch vòng điều khiển của hệ thống sấy gió theo phương pháp mới

Điều khiển nhiệt độ gió nóng, khô cấp cho buồng sấy: Gió lấy từ khí trời lưu
lượng Wa1 được gia nhiệt một phần từ không khí thải qua bộ HRU (thu hồi nhiệt), sau
đó gió được đưa sang thiết bị trao đổi nhiệt HEU gia nhiệt bằng hơi bão hòa, điều
khiển nhiệt độ gió sấy thông qua van điều khiển lưu lượng hơi. Gió nóng, khô được
thổi vào hai mặt giấy bằng vòi phun Hình 1.17. [18],[35],[36].
Điều khiển cân bằng khối lượng ZL (Zero Level): Để đảm bảo cân bằng khối
lượng gió vào và ra, hạn chế khí giả (gió lạnh) lọt vào buồng sấy từ ngoài. ZL tạo nên
phân bố áp suất khoảng nằm giữa hai lô (lô trên và lô dưới). Mạch vòng điều khiển ZL
dùng đại lượng tác động là lưu lượng gió vào Wa1.
Điều khiển môi trường sấy thông qua nhiệt độ điểm sương. Khi nhiệt độ môi
trường càng lớn hơn nhiệt độ điểm sương, thì áp suất thành phần của hơi nước tăng lên
và nước có thể bay hơi từ giấy càng nhiều vào không khí. Nhiệt độ điểm sương phụ
thuộc nhiều vào độ ẩm và nhiệt độ không khí trong buồng sấy, khi nước trong giấy bay
hơi càng nhiều thì nhiệt độ điểm sương càng tăng, điều khiển nhiệt độ điểm sương
thông qua điều chỉnh lưu lượng gió ra Wa2, giữ nhiệt độ điểm sương khoảng thấp hơn
nhiệt độ trung bình trong buồng 15 – 200C.
17


1.4.3. Cơ chế sấy
Quá trình sấy được mô tả thành 4 giai đoạn Hình 1.18: [13],[14]

Hình 1.18. Cơ chế sấy cho một lô

(2) Giấy được truyền nhiệt từ lô, nhưng lại được chăn (felt) bao nên nước gần

như không bay hơi. Giai đoạn này là giai đoạn giấy được gia nhiệt đến nhiệt độ cao
hơn, nhiệt độ của giấy lúc này sẽ tăng cao nhất do không có thất thoát nhiệt.
(1) và (3) Giấy ra khỏi lô có mặt thoáng nên bốc hơi, một lượng hơi nước nhỏ đi
ra ngoài không khí, nhiệt độ bắt đầu giảm, độ ẩm cũng theo đó giảm theo.
(4) Sấy đối lưu: tốc độ bay hơi của giấy lớn nhất, do diện tích của bề mặt giấy
tiếp xúc với không khí là lớn nhất.
1.4.4. Động học chung quá trình sấy gió
Để mô tả độ ẩm trong giấy, cần viết các phương trình cân bằng khối lượng và cân
bằng năng lượng cho băng giấy đi qua mặt lô.
1.4.4.1. Cân bằng khối lượng tổng quát
Xét băng giấy đi qua mặt lô trên Hình 1.19, ta có phương trình cân bằng khối
lượng của độ ẩm trong băng giấy (1.4): [16],[19],[20]:

Hình 1.19. Cân bằng khối lượng độ ẩm trên băng giấy

d(γgA xy )
dt

= d y v x gγ1 - A xy q bh - d y v x gγ

(1.4)

18


dγ

mp

dγ

dt

1

=

dt

= w p γ1 - w p γ - w bh

mp

(1.5)

(w p γ1 - w p γ - w bh )

(1.6)

Trong đó:
: Độ ẩm tỷ lệ của giấy (kg nước/kg giấy) vào và ra;
wp (kg/s): Lưu lượng giấy chạy qua buồng sấy;
mp (kg): Khối lượng giấy;
wbh (kg/s): Lưu lượng nước bay hơi từ giấy vào không khí;
g (g/m2): Định lượng chuẩn của giấy;
là bề rộng khổ giấy (m);
là tốc độ xeo giấy (m/s);
là diện tích giấy(m2);
qbh (kg/m2s): là tốc độ bay hơi trên đơn vị diện tích;
wpγ1=dyvxgγ1(kg/s);

wpγ1=dyvxgγ(kg/s);
Wp=vxg(kg/s);
Dyvxg(kg/s);
wbh=Axy.qbh(kg/s);
mp=Axyg(kg).
Lưu lượng hơi nước bay ra từ giấy được tính, theo [19],[21] ta có:
q bh =

p tot - p v,a
p tot KM w
ln
,
R g Tp
p tot - p v,p

(1.7)

Trong đó:
K (m/s):
Mw (kg /mol):
ptot (pa):
pv,a (pa):
pv,p (pa):
Rg (J/mol·K)
Tp (K):

Hệ số chuyển đổi khối;
Trọng lượng phân tử nước;
Áp suất tổng;
Áp suất thành phần hơi nước trong không khí;

Áp suất thành phần của hơi nước trên bề mặt giấy;
Hằng số khí;
Nhiệt độ giấy.

Các thành phần áp suất pv,a được xác định từ độ ẩm của không khí,
x: Biến tỷ lệ (kg khí ẩm/ kg khí khô)

19


Áp suất tổng được tính:
p v,a =

x
p tot .
x + 0.62

(1.8)

Áp suất riêng của hơi nước tại bề mặt giấy: pv , p   pv 0

(1.9)

Trong đó: pv0 là áp suất riêng của hơi nước của nước tự do. Được cho bởi phương
trình Antoine:
p v0 = 10


1690 
 10.127


T
-43.15 
p



(1.10)

Ta có biểu thức thực nghiệm cho giấy, cụ thể là:
1.877
1.0585
φ = 1 - exp(-47.58.γ
- 0.10085(Tp - 2.73).γ
)

1.4.4.2. Cân bằng năng lượng tổng quát
Cân bằng năng lượng tổng quát [19],[21] của băng giấy được mô tả như trên
Hình 1.20.

Hình 1.20. Cân bằng năng lượng tổng quát của băng giấy

Phương trình cân bằng năng lượng của băng giấy khi đi qua mặt lô, (1.11)
d(g(γ +1)A xy Cp Tp2
dt

= Qp + d y v x g(1+ γ1 )Cp Tp1 - A xy q bh (ΔHbh + ΔHs ) - d y v x g(1+ γ)Cp Tp2

(1.11)

Biến đổi:
d[m p (γ + 1)C p Tp2 ]
dt

= Q p + w p (1 + γ1 )C p Tp1 - w p (1 + γ)C p Tp2 - w bh ΔH b

(1.12)

Đạo hàm vế trái của (1.12), ta được

m p (γ +1)Cp

dTp2
dt

+ m p Cp Tp2

dγ
= Q p + w p (1 + γ1 )Cp Tp1
dt

- w p (1 + γ)Cp Tp2 - w bh ΔH b

(1.13)

20


Giải kết hợp với (1.6) ta có:

m p (γ +1)Cp

dTp2
dt

= Q p + w p (1+ γ1 )C p (Tp1 - Tp2 ) + w bh C pTp2 - w bh ΔH b

(1.14)

Trong đó:
Qp(kW): Nhiệt cấp cho giấy khi sấy;
H b (kJ/kg): Lượng nhiệt cần thiết để nước bay hơi từ giấy vào không khí;
m(1   1 ) (kg): Khối lượng giấy có độ ẩm lúc vào;

m(1   ) (kg): Khối lượng giấy có độ ẩm lúc ra;

(K): Nhiệt độ bề mặt giấy lúc vào và ra buồng sấy;

,

(kJ/kg K): Nhiệt dung riêng quy đổi của giấy;
Nhiệt dung riêng quy đổi của giấy được xác định (1.15):

Cp =

Cp,f + γCp,w

(1.15)

1+ γ

Trong đó: Cp, Cp,f và Cp,w (J/kg.K) là nhiệt dung của giấy, sợi giấy và nước trong
giấy.
Ta có: Cp, f = 1256 J/(kg.K)
Tương tự với các những vấn đề đã nêu về sự cân bằng khối lượng, nếu băng giấy
đủ ẩm thì năng lượng này tương đương với nhiệt ẩn của sự bốc hơi nước tự do. Nhiệt
năng hấp thụ bắt nguồn từ các đường đẳng nhiệt hấp thụ bởi lý thuyết nhiệt động học
[23],[25] và mối quan hệ này được gọi là quy luật Clausius-Clapeyron (1.16):
ΔHs = -

R g  d  lnf  


M w  d 1/ Tp  



(1.16)

Thay (1.16) vào biểu thức thực nghiệm cho giấy (1.15), ta nhận được (1.17)
 f -1 
ΔH s = 0.10085γ1.0585 Tp2 R g 

 Mwf 

(1.17)

Năng lượng cần thiết để làm bay hơi nước từ bề mặt băng giấy được cho bởi
(1.18):
ΔH = ΔH bh + ΔHs

(1.18)

Trong đó: ΔHbh là nhiệt ẩn riêng của sự hóa hơi (2260kJ/kg, ở áp suất khí quyển).

21


1.4.4.3. Nhận xét:
Quá trình bay hơi của nước từ giấy phụ thuộc vào các yếu tố: Thông số vận hành,
kích thước băng giấy, công suất nhiệt cấp cho giấy Qp, nhiệt độ của giấy và hệ số
chuyển khối (K chính là hệ số tốc độ bay hơi). Hệ số tốc độ bay hơi phụ thuộc vào môi
trường sấy tức là phụ thuộc vào hệ điều không trong buồng sấy. Điều này cho thấy môi
trường trong buồng sấy có vai trò rất lớn trong hệ thống sấy giấy. Như vậy hệ thống
sấy gồm hai hệ lớn: Điều khiển công suất hơi cấp cho lô và hệ điều khiển môi trường
sấy (hệ điều không trong buồng sấy thường gọi là sấy đối lưu).

1.5. Các công trình nghiên cứu về hệ điều khiển sấy giấy
1.5.1. Các công trình liên quan tới công nghệ sấy giấy
Hệ điều khiển sấy giấy được thiết kế dựa trên nền tảng công nghệ và thiết bị công
nghệ sấy giấy. Có rất nhiều công trình đã nghiên cứu về công nghệ sấy giấy, được tập
hợp trong tài liệu sổ tay tra cứu và các tài liệu kỹ thuật [1],[2],[3],[10],[11],[12],[13],
trong đó đã nghiên cứu quá trình bay hơi và ngưng tụ khi sấy giấy - quá trình truyền
nhiệt khi sấy hơi, Cơ chế sấy giấy, thiết bị sấy giấy, thông số quá trình sấy. Để đảm
bảo cơ lý tính của tờ giấy khi sấy các công trình [16],[24],[26],[29] nghiên cứu quá
trình vật lý bay hơi của nước trong các sợi của giấy thoát ra ngoài mặt giấy, kết cấu sợi
giấy trước và sau khi sấy, yêu cầu cấp nhiệt khi sấy…Các tài liệu này giúp người thiết
kế điều khiển xây dựng động học quá trình sấy cũng như thiết kế điều khiển hệ sấy
giấy.
1.5.2. Các công trình liên quan tới điều khiển quá trình sấy

Để phục vụ thiết kế điều khiển có các công trình nghiên cứu xây dựng động học
quá trình sấy. Điển hình ở các tài liệu [18],[19],[20],[21],[22],[23],[24],[25],[26],[27],
[28],[29]. Trong đó:
-

Động học đầy đủ quá trình truyền nhiệt từ hơi đến lô sấy.
Xây dựng hàm truyền đạt độ ẩm giấy và áp suất hơi dạng IPZ .
Động học quá trình của tấm giấy qua mặt lô sấy thể hiện ở hai phương trình cơ bản
cân bằng khối lượng và cân bằng năng lượng [16],[19],[20],[21],[22],[26],[28],
[29], dẫn ra từ các biểu thức (1.4) đến (1.14).

Về điều khiển hệ sấy giấy có trong các công trình [2],[3],[35],[36],[37],[38],
[39],[40],[41],[42], trong đó đề cập và giải quyết các vấn đề.
-

Thiết kế điều khiển hơi cho một lô sấy dùng hệ điều khiển phản hồi PID và Feedforward.[15],[16],[19],[29],[30].

22


-

Thiết kế điều khiển gió cho buồng sấy giấy [3],[17],[18],[27],[35],[36].
Thiết kế điều khiển dự báo cho một nhóm lô với đề xuất thuật điều khiển khoảng
giữa Mid-Ranging Controller – MPC [19],[37],[42].

Các vấn đề điều khiển trong buồng (sấy đối lưu) có các công trình nghiên cứu về
quá trình bay hơi từ gió và ảnh hưởng của môi trường sấy đến độ ẩm [17],[18],[25],
[27], các công trình ở dạng tài liệu thiết kế [3],[35],[36]. Trong thời gian gần đây do
giá năng lượng tăng cao các hãng đã quan tâm thiết kế hệ điều khiển sấy đối lưu với

mục đích tiết kiệm năng lượng (Điển hình hãng FORBES MARSHALL đã lắp đặt đây
chuyền sấy cho Giấy Bãi bằng 2013) có các tài liệu kỹ thuật vận hành. Hệ điều khiển
gió cho buồng sấy được thiết kế là hệ điều khiển phản hồi PID nhiều mạch vòng độc
lập.

1.6. Vấn đề cần nghiên cứu của luận án
Hệ điều khiển sấy gió đã được áp dụng trong sản xuất, tuy nhiên chưa có nghiên
cứu đầy đủ về động học quá trình gió trong buồng sấy. Hệ điều khiển sấy gió đang sử
dụng thiết kế phản hồi PID đơn biến riêng cho từng mạch vòng độc lập, chưa xét tính
xen kênh. Vì vậy hệ điều khiển khó chỉnh định và chất lượng chưa đảm bảo. Từ lý do
đó, luận án đặt vấn đề nghiên cứu các vấn đề sau:
1/ Xây dựng động học quá trình sấy giấy khi có hai đại lượng tác động của hơi và
gió trong buồng sấy có nhiều lô của dây chuyền xeo.
2/ Nghiên cứu động học quá trình gió và ảnh hưởng môi trường buồng sấy đến
khả năng bay hơi nước từ giấy.
3/ Nghiên cứu đặc tính xen kênh của hệ điều khiển quá trình sấy gió kết hợp với
sấy hơi khi xét đầy đủ các yếu tố môi trường trong buồng sấy khi sử dụng hệ
điều khiển phản hồi đơn biến theo mô hình hệ điều khiển buồng trong thực tế.
4/ Thiết kế điều khiển đa biến cho buồng sấy giấy sử dụng thuật điều khiển
FeedForward để tách kênh.
5/ Ứng dụng điều khiển MPC cho hệ điều khiển buồng sấy.

23


Chương 2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN
QUÁ TRÌNH SẤY GIẤY
Trong Chương 1 đã nêu công nghệ sấy giấy có hai hệ: Hệ sấy hơi và hệ sấy gió.
Trong chương 2 sẽ đi tập trung phân tích quá trình động học và điều khiển của hệ sấy
gió với giả thiết hệ sấy hơi đã hoàn chỉnh. Cấu trúc điều khiển buồng sấy được trình

bày trên Hình 1.17 [3], có ba mạch vòng điều khiển (gia nhiệt gió nóng, cân bằng gió
vào – ra và nhiệt độ điểm sương) kết hợp với mạch vòng điều khiển độ ẩm ta có hệ
điều khiển sấy gồm bốn mạch vòng chính. Mạch vòng điều khiển gió nóng tương đối
độc lập, vì vậy giả thiết gió nóng cấp cho buồng sấy là ổn định. Nội dung chương này
sẽ tập trung nghiên cứu động học cho từng mạch vòng điều khiển: Độ ẩm, cân bằng
gió vào - ra và nhiệt độ điểm sương; Nghiên cứu điều khiển cho 3 mạch vòng độc lập,
coi tác động xen kênh là nhiễu tác động.

2.1. Động học quá trình sấy và điều khiển độ ẩm trong dây chuyền xeo giấy
2.1.1. Cơ chế sấy [13],[14]

Vòi phun
Không khí

4

1

3
2

Hình 2.1. Quá trình sấy cho một lô

Quá trình sấy cho một lô gồm 4 giai đoạn như Hình 2.1:
Giai đoạn (2): Giấy được truyền nhiệt từ mặt lô, nhưng lại được chăn (felt) bao,
nước trong giấy không có mặt thoáng nên gần như không bay hơi. Giai đoạn này là
giai đoạn giấy được gia nhiệt đến nhiệt độ cao từ mặt lô (nhiệt năng của hơi cấp cho
lô), nhiệt độ của giấy lúc này sẽ tăng cao nhất vì chăn có tác dụng lớn trong việc giữ
nhiệt để truyền đến giấy.

24


Giai đoạn (1 và 3): Giấy ra khỏi chăn phủ có mặt thoáng nên nước trong giấy bắt
đầu bay hơi vào không khí trong buồng, nhiệt độ bắt đầu giảm, độ ẩm cũng theo đó
giảm theo.
Giai đoạn (4): Giấy được sấy từ gió: giấy được truyền nhiệt thêm từ gió nóng
thổi với tốc độ gió không đổi kết hợp với nhiệt đã nhận từ lô, nước trong giấy sẽ bay
hơi nhiều. Tuy nhiên, trong giai đoạn này quá trình bay hơi của nước còn phụ thuộc
vào môi trường và phân bố áp suất trong buồng sấy. Nhiệt độ của giấy giảm, độ ẩm
của giấy cũng giảm nhanh.
2.1.2. Động học quá trình sấy cho một lô
Để xây dựng động học quá trình sấy cho một lô sấy, ta dựa trên phương trình
động học tổng quát cho băng giấy chạy qua một lô, với cơ chế sấy 4 giai đoạn cho một
lô mục (2.1.1). Ta sẽ đi xây dựng động học quá trình sấy cho từng đoạn và kết hợp ta
được động học cho quá trình sây một lô.
2.1.2.1. Phương trình động học cho đoạn (2)
Đặc điểm giấy được truyền nhiệt từ lô với công suất:[5],[16],[19].
Q = K T A1η(Tm - Tp )
2
1

(2.1)

Trong đó:





η:
là hiệu suất truyền nhiệt từ lô vào giấy;
KT1(kW/m2K):là hệ số truyền nhiệt từ lô vào giấy;
A1(m2):
là diện tích truyền nhiệt từ lô vào giấy;
Tm(K):
là nhiệt độ mặt lô.

Giấy được phủ chăn nên gần không bay hơi (Wbh ≈ 0),
biến đổi ta có:
m(γ + 1)Cp

dTp
2
dt

, thay vào (1.14)

= w p (1 + γ1 )Cp (Tp - Tp ) + K T A1η(Tm - Tp )
1
2
2
1

(2.2)

2.1.2.2. Phương trình động học cho đoạn (1&3)
Đặc điểm giấy được truyền nhiệt từ lô nhưng không bị chăn phủ nên có bốc hơi,
nhưng giấy vẫn nhận nhiệt từ lô sấy với công suất (2.1) ta có phương trình như (2.3):
m(γ + 1)C p

dTp
2
dt

= K T A1η(Tm - Tp ) + w p (1 + γ 1 )C p (Tp - Tp ) + w
C p Tp2 - w
ΔH b
2
1
2
bh
bh1
1
1
1

Trong đó:
25

(2.3)