Nghiên cứu xác định thông số công nghệ ép hợp lý để tạo ván dăm từ nguyên liệu vỏ hạt điều (anacardium occidentale) và dăm gỗ tràm (melaleuca cajiputy)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

ĐỖ THỊ HOÀI THANH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ÉP
HỢP LÝ ĐỂ TẠO VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU VỎ HẠT
ĐIỀU (Anacardium occidentale) VÀ DĂM GỖ TRÀM
(Melaleuca cajiputy)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nô ̣i, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

--------------------

ĐỖ THỊ HOÀI THANH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ÉP
HỢP LÝ ĐỂ TẠO VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU VỎ HẠT

ĐIỀU (Anacardium occidentale) VÀ DĂM GỖ TRÀM
(Melaleuca cajiputy)

Chuyên ngành: Kỹ thuật máy, thiết bị và công nghệ gỗ, giấy
Mã số: 60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Nguyễn Thị Bích Ngọc

Hà Nô ̣i, 2010


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong thời gian vừa qua song song với việc đẩy mạnh công tác trồng
rừng trong cả nước, thì công nghiệp chế biến gỗ cũng ngày càng phát triển
mạnh mẽ. Xu thế phát triển của xã hội hiện nay rất cần sử dụng vật liệu nhẹ,
bền trong quá trình sử dụng, thân thiện với môi trường và thay thế được các
nguồn nguyên liệu đang dần bị cạn kiệt. Trong đó, việc nghiên cứu sản xuất
ra các loại hình sản phẩm mới từ nguồn nguyên liệu gỗ rừng trồng tận dụng
hoặc phế liệu nông, lâm nghiệp là vấn đề đang được chú ý không những ở
nước ta mà ở cả một số nước khác trên thế giới.
Hiện nay, Tổng công ty Lâm nghiệp Việt Nam đã và đang có kế hoạch
xây dựng 6 nhà máy sản xuất ván nhân tạo với công suất 220.000 m3 sản
phẩm/năm. Dự kiến năm 2010 chúng ta sẽ sản xuất được 1.022.000 m3 ván
nhân tạo, với sản phẩm chủ yếu là ván dăm và ván sợi. Theo dự báo nhu cầu
tiêu dùng sản phẩm ván dăm ở Việt Nam năm 2010 là 391.853 m3 và khả

năng còn tiếp tục tăng trong những năm tới. Điều này mở ra thị trường rộng
lớn cho ngành sản xuất ván dăm.
Hiện nay ở nước ta, chế biến hạt điều đã trở thành một ngành sản xuất
công nghiệp phát triển mạnh mẽ, nhất là ở các tỉnh Đông Nam Bộ. Trong
công nghiệp chế biến hạt điều thì vỏ hạt điều thu được trong quá trình sản
xuất có một khối lượng rất lớn. Bã vỏ hạt điều sau khi ép lấy dầu hiện nay
mới chỉ sử dụng một phần ủ làm phân bón hoặc làm chất đốt thì còn một
lượng lớn thải ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng. Để tận dụng một
khối lượng lớn vỏ hạt điều, ước tính vào khoảng trên 200.000 tấn/ năm tương
đương với khối lượng của 400.000 m3 có thể kết hợp với dăm gỗ sản xuất ván
dăm. Điều này có một ý nghĩa rất lớn vì ngoài việc tận thu vỏ hạt điều đang
làm ô nhiễm tại các nhà máy chế biến hạt điều, nó còn có khả năng tạo ra một


2

loại sản phẩm ván dăm mới góp phần làm đa dạng hóa sản phẩm phục vụ
công nghiệp chế biến gỗ.
Trong quá trình nghiên cứu tạo ván dăm, một trong những yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm là thông số công nghệ khi ép ván.
Thông số công nghệ hợp lý sẽ cho ra ván dăm đạt chất lượng tốt nhất và chi
phí cho sản xuất đạt hiệu quả tối đa. Vì vậy, việc xác định thông số chế độ ép
cho ván dăm từ vỏ hạt điều và dăm gỗ là rất cần thiết và quan trọng.
Được sự nhất trí của khoa Sau đại học, trường Đại học Lâm nghiệp
Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Bích Ngọc, tôi tiến hành
thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định thông số công nghệ ép hợp lý để tạo
ván dăm từ nguyên liệu vỏ hạt Điều (Anacardium occidentale) và dăm gỗ
Tràm (Melaleuca cajuputy Powell)”

3

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tình hình nghiên cứu tạo ván dăm từ hỗn hợp nguyên liệu
1.1.1. Tình hình nghiên cứu, sản xuất ván dăm trên thế giới
Đến nay trên thế giới, công nghiệp sản xuất ván nhân tạo đã rất phát
triển. Trong khi sản xuất ván dán có chiều hướng giảm do khó khăn về
nguyên liệu thì sản xuất các loại ván dăm, ván sợi ngày càng gia tăng. Ước
tính năm 2000 sản xuất lượng ván dăm trên thế giới đạt khoảng 9,5 triệu m3,
trong đó các nước có sản phẩm lớn nhất là Hoa Kỳ, Canada, Trung Quốc và
Pháp… Năm 2001 toàn thế giới có 733 nhà máy, tổng công suất
81.972.000m3. Năm 2005 có 719 nhà máy tổng công suất 85.844.000 m3 tăng
4,7%. [11].
Ngay đầu thập niên đầu tiên của thế kỷ 20, phế liệu nông, lâm nghiệp đã
được các nhà khoa học nghiên cứu và đưa vào sản xuất ván nhân tạo. Năm
1970, tổ chức phát triển công nghiệp của Liên Hợp Quốc đã tổ chức hội nghị
thảo luận về công nghệ sản xuất ván nhân tạo từ nguyên liệu ngoài gỗ đầu tiên
trên thế giới. Từ đó về sau trên thế giới đã hình thành rất nhiều nhà máy sản
xuất ván dăm, ván sợi cứng, ván MDF, vật liệu Compossit từ nhiều nguồn
nguyên liệu khác nhau. Trên thế giới hiện nay rất nhiều các quốc gia đã đầu tư
những khoản kinh phí khổng lồ cho nghiên cứu và phát triển công nghệ sản
xuất ván nhân tạo từ phế liệu sản xuất nông, lâm ngiệp đồng thời cũng xây
dựng được những sách lược quan trọng để thúc đẩy ngành công nghiệp này
phát triển.
Quá trình hình thành và phát triển công nghiệp ván dăm đã trải qua một
thời gian dài, nên về cơ bản công nghệ sản xuất ván dăm từ nguyên liệu gỗ đã


4

được hoàn thiện. Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu và sản xuất
trong và ngoài nước cũng đã nghiên cứu, sản xuất ra nhiều loại ván tổng hợp
sử dụng nguyên liệu từ các loại gỗ, các loại tre, kết hợp các loại thứ và phế
liệu trong nông, lâm nghiệp… Trong đó Trung Quốc đã nghiên cứu và sản
xuất nhiều loại ván từ tre, tre – gỗ kết hợp với mục đích sử dụng hiệu quả
nguồn nguyên liệu tre.
Năm 1994, Wang – Sigun, Hua – Yukun nghiên cứu đề tài “Nghiên
cứu công nghệ sản xuất ván dăm định hướng từ nguyên liệu tổng hợp tre và
gỗ Bạch Dương” các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại keo,
chiều dày ván dăm, tỷ lệ lượng dăm tre và gỗ, dạng cấu trúc tạo ván đến một
số chỉ tiêu chất lượng của ván. [5]
Năm 1995, nhóm tác giả Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc thực
hiện “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm tổng hợp từ phế liệu các loại
gỗ Tràm bông vàng, Thông, Dầu” các tác giả đã xác định các tỷ lệ pha trộn
khác nhau theo khuynh hướng tận dụng phế liệu. [12]
“Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính
chất vật lý của ván rơm” của Greggory S. Karr và các cộng sự tại trường Đại
học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2000. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ
ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2 đến 12%), lượng keo dùng
(từ 2 ÷8%) và nhiệt độ ép (từ 135 dến 2180C) tới tính chất vật lý và cơ học
của ván (dày 6mm). Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất
đến tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván. Nhiệt
độ ép ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước của ván nhiều hơn tính chất cơ
học của ván. Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 đến 28,7
MPa với khoảng cách gối là 18 lần chiều dày. [5]


5

Năm 2000, Trường đại học Port Harcourt, Nigeria đã nghiên cứu sử
dụng nguyên liệu là vỏ hạt điều, vỏ hạt cao su và keo dán từ dầu vỏ hạt điều
để tạo ván dăm có độ dày 1,2 cm. Các tính chất của ván được đánh giá là đáp
ứng được tiêu chuẩn ASTM quy định cho ván dùng trong xây dựng. Độ bền
uốn, tính chịu nước và hệ số dãn nở của ván đạt tốt hơn so với ván dăm
thương mại thông dụng. [13]
Năm 2003, tại Hàn Quốc, Han Seung Yang và các cộng sự đã tiến hành
sản xuất ván dăm từ hỗn hợp rơm và gỗ sử dụng keo UF để tạo vật liệu cách
âm dùng trong xây dựng. Trong nghiên cứu này, ván dăm được tạo ra có khối
lượng thể tích 0,4g/cm3; 0,6g/cm3; 0,8g/cm3với 3 mức sử dụng keo 10%;
20%; 30%. Kết quả thu được là khi khối lượng thể tích của ván tăng thì độ
bền uốn tĩnh của ván cũng tăng lên. [13]
1.1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu và sản xuất ván dăm ở Việt Nam
Xu hướng hiện nay trên thế giới cũng như trong nước đang có nhiều
công trình nghiên cứu, mở rộng nguồn nguyên liệu như phế liệu của các cơ sở
chế biến gỗ, phế liệu dạng xơ sợi trong nông nghiệp để sản xuất ván dăm làm
giảm bớt sức ép lên tài nguyên rừng, đồng thời sử dụng hiệu quả nguồn phế
liệu nông nghiệp, góp phần giảm giá thành sản phẩm. Theo hướng nghiên cứu
này, một số dạng nguyên liệu như cọng dừa nước, xơ dừa, dăm tre, bã mía, vỏ
trấu… đã và đang được nghiên cứu để tạo ván dăm.
+ Công trình nghiên cứu cọng dừa nước để tạo ván dăm đã được PGS.
TS Nguyễn Trọng Nhân, Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tiến hành. Đề
tài đã được nghiệm thu năm 1997, tác giả đã đưa ra được quy trình công nghệ
và một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật để sản xuất ván dăm từ cọng dừa nước.
Song còn một vài vấn đề về kinh tế kỹ thuật chưa giải quyết được, trong đó có
khử lượng muối, biện pháp hạ giá thành đầu vào của nguyên liệu… Vì vậy đề


6

tài chưa được triển khai vào sản xuất.[7]
+ Năm 1993, với đề tài “ Nghiên cứu một số yếu tố của công nghệ sản
xuất ván dăm từ tre Việt Nam” tác giả Nguyễn Phan Thiết đã chỉ ra rằng các
bước công nghệ sản xuất ván dăm từ tre gai có khác so với sản xuất ván dăm
từ nguyên liệu gỗ ở khâu băm dăm. Tác giả cũng đã đưa ra các thông số công
nghệ của quá trình ép, loại keo và định mức sử dụng. Ván dăm từ nguyên liệu
tre gai có tính chất cơ học cao hơn ván dăm gỗ. [4]
+ Hoàng Thanh Hương (2002) đã nghiên cứu công nghệ sản xuất ván
dăm một lớp nguyên liệu từ dăm tre lồ ô kết hợp với dăm gỗ cao su. Tác giả
đã đề xuất các thông số công nghệ của quá trình sản xuất và đã tiến hành sản
xuất thử nghiệm tại xí nghiệp ván dăm Tân Mai. Kết quả ván dăm tre gỗ kết
hợp có các tính chất cơ học tương đương với sản phẩm ván dăm của xí
nghiệp, riêng độ bền uốn tĩnh đạt cao hơn. [5]
+ Trên cơ sở nguồn xơ dừa rất phong phú tại các tỉnh Nam bộ, Hoàng
Xuân Niên (2004) đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm
từ nguyên liệu xơ dừa. Từ kết quả nhận được, tác giả đã khẳng định xơ dừa
đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu sản xuất ván dăm, đã xây dựng cơ sở lý
thuyết về lực cắt và các thông số cơ bản của công nghệ sản xuất ván. Ván
dăm xơ dừa đáp ứng tiêu chuẩn làm nguyên liệu sản xuất đồ mộc.[6]
+ Năm 2009, TS Bùi Văn Ái khi “Nghiên cứu đánh giá khả năng sử
dụng vỏ hạt Điều để sản xuất ván dăm” đã cho kết luận dăm vỏ hạt điều kết
hợp với dăm gỗ Bạch đàn và dăm gỗ Tràm cừ với các tỷ lệ 1:1; 1:2; 1:3, làm
dăm lớp lõi, ván dăm kết hợp được ép với các thông số: Áp suất ép 2,1 MPa,
nhiệt độ ép 1800C, thời gian ép 7 phút đáp ứng được điều kiện làm nguyên
liệu sản xuất ván dăm. Với tỷ lệ kết cấu ván 1:3:1, 1:4:1 có các tính chất cơ
học chủ yếu sử dụng đáp ứng được tiêu chuẩn của ván dăm thông thường. [9]


7

1.2. Tình hình nghiên cứu sử dụng vỏ hạt điều
* Giới thiệu chung về cây Điều
Cây điều có tên khoa học là Anacardium occidentale, được trồng chủ
yếu ở một số tỉnh Miền Nam như: Đồng Nai, Sông Bé, Bình Phước, Ninh
Thuận, Bình Thuận và các tỉnh ở Tây Nguyên, đồng thời các cơ sở chế biến
cũng tập trung phần lớn ở vùng này. Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn
đã triển khai chương trình trồng điều ở 17 tỉnh của Miền Nam và Miền Trung
với diện tích 500.000 ha, chia làm hai giai đoạn: Năm 2005 diện tích trồng
340.000 ha, trong đó có 240.000 ha điều cao sản, 100.000 ha là điều phòng
hộ, sản lượng dự kiến đạt 200.000 tấn/ năm; Đến năm 2010, diện tích trồng
diện tích trồng 500.000 ha, trong đó 350.000 ha điều cao sản, 150 ha là điều
phòng hộ, sản lượng dự kiến đạt 320.000 tấn/ năm .
Số liệu điều tra về lượng và phân bố cây điều tại các vùng trong nước
của Bộ Nông nghiệp và PTNT được thể hiện qua bảng 1.1[21]
Bảng 1.1: Diện tích trồng điều tại một số địa phương
Stt

Địa điểm

Diện tích trồng điều (ha)
2006
2007
2008

1

Quảng Trị

100

200

100

2

Quảng Nam

1800

1400

1400

3

Quảng Ngãi

3600

3500

2800

4

Bình Định

20000

18900

18200

5

Phú Yên

4300

4400

4200

6

Khánh Hòa

3800

8400

7000

7

Kon Tum

1300

1000

400

8

Gia Lai

19300

20300

20200


8

9

Đăk Lăk

44700

47100

41500

10

Đăk Nông

24000

24300

22900

11

Lâm Đồng

13300

15200

16000

12

Ninh Thuận

5400

5300

4500

13

Bình Thuận

32300

31000

27800

14

Bình Dương

10100

9400

6200

15

Đồng Nai

54000

54500

55100

16

Bình Phước

121000

171100

157500

17

Bà Rịa - Vũng Tàu

14600

16900

14500

Theo thông báo của Hiệp hội Điều Việt Nam, năm 2006 sản lượng điều
xuất khẩu nước ta đạt 126.808 tấn. Đến năm 2008 sản lượng xuất khẩu điều
đạt 167.000 tấn, năm 2009 sản lượng xuất khẩu đạt 175.000 tấn và trong
tháng 4 năm 2010 sản lượng điều xuất khẩu đã đạt 14.934 tấn.
*Cấu tạo quả điều: Quả điều có cấu tạo đặc biệt gồm 2 phần:
- Phần quả thật: Thường gọi là hạt có hình quả thận dài 2 - 4cm, rộng 1,5 –
3cm, hơi dẹt. Về mặt cấu tạo, hạt gồm lớp vỏ ngoài dai và cứng. Lớp vỏ giữa
dày hơn, xốp, cấu tạo giống như tổ ong, trong đó có chất lỏng nhớt đỏ nâu
(gọi là dầu vỏ hạt điều). Lớp trong vỏ mỏng, cứng rắn, trong cùng là hạt màu
trắng. Thông thường 1 kg có khoảng 128 – 368 hạt.
- Phần quả giả: khi hạt (quả thật) đạt tới kích thước tối đa thì cuống nhanh
chóng phình ra, mọng lên và chứa đầy nước. Quả chín có dạng trứng, kích
thước khá thay đổi, trọng lượng thường gấp 10 lần hạt.

9

Hình dạng quả điều

Cấu tạo hạt điều

*Tình hình sử dụng và nghiên cứu về vỏ hạt điều
Hàng năm, tổng sản lượng nguyên liệu cung cấp cho ngành sản xuất và
chế biến hạt điều từ 220.000 - 250.000tấn/năm, như vậy chúng ta có thể thu
hồi được khoảng 175.000 tấn vỏ (70% vỏ điều).
Công nghệ chế biến hạt điều đã được nâng cao, từ tách vỏ bằng thủ
công nay các cơ sở chế biến đã đầu tư công nghệ tách vỏ bằng máy, chuyển
từ công nghệ chao hạt bằng dầu bằng công nghệ sử dụng hơi nước quá nhiệt.

Công nhân đang tách vỏ hạt điều


10

Cũng từ việc gia công chế biến hạt điều xuất khẩu đã phát sinh ra một
lượng lớn rác thải từ vỏ hạt điều sau chế biến. Đây là một thứ phế thải mà hầu
hết các nhà sản xuất đều phải đốt bỏ. Tuy nhiên việc xử lý vỏ hạt điều không
đơn giản do công nghệ phức tạp lại đầu tư lớn nên ít có doanh nghiệp thực
hiện mà chủ yếu đốt để tiêu hủy. Các nhà máy chế biến hạt điều sử dụng
khoảng 10 - 15% vỏ điều cho việc cung cấp năng lượng để xử lý nguyên liệu
và sấy nhân điều, còn lại 55 - 60% vỏ điều được các lò gạch tư nhân mua làm
chất mồi trong việc nung gạch.
Đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng các sản phẩm thu được từ

vỏ hạt điều có thể kể đến như:
- Năm 2002, Bùi Văn Ái đã tiến hành nghiên cứu thăm dò khả năng sử
dụng dầu vỏ hạt điều làm thuốc bảo quản lâm sản. Dầu vỏ hạt điều được hòa
tan trong dung môi hữu cơ theo các mức tỷ lệ để đánh giá khả năng phòng
chống côn trùng và nấm phá hoại lâm sản. Dầu vỏ hạt điều còn được trộn với
chất nền vô cơ để đánh giá khả năng phòng chống mối xâm nhập cho công
trình xây dựng. Kết quả nghiên cứu cho thấy dầu vỏ hạt điều có hiệu lực
tương đối khả quan với côn trùng gây hại, đặc biệt là khi kết hợp dầu vỏ hạt
điều với hợp chất của clo.[1]
-Tháng 12-2004, TS Trịnh Văn Dũng, Trung tâm nghiên cứu Lọc-Hoá
dầu Đại học Bách khoa TP.HCM, đã chọn thực hiện đề tài nghiên cứu công
nghệ và chế tạo thiết bị tạo bột ma sát từ vỏ hạt điều để chế tạo má phanh cho
xe cơ giới đường bộ. Qua nghiên cứu các thành phần của vỏ hạt điều, tác giả
nhận thấy dầu vỏ hạt điều chưa hỗn hợp các alkyl phenol tự nhiên, đó là chất
lỏng nhớt, màu nâu hơi đỏ, ít tan trong nước, không tan trong rượu và ete...
Thành phần hoá học chính của dầu vỏ hạt điều là Cardanol, Cardol, 2-Metyl
Cardol và các polymer của chúng, nên có tính chất vừa giống phenol vừa có
tính chất như một dầu khô hay hỗn hợp. [19]


11

- Năm 2008, Bùi Văn Ái đã tiến hành nghiên cứu sử dụng dăm vỏ hạt
điều kết hợp với dăm gỗ tạo ván dăm. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi sử
dụng kết hợp dăm VHD và dăm gỗ bạch đàn, tràm cừ tại lớp lõi theo các tỷ lệ
1:1, 2:1, 3:1 tạo ván dăm 3 lớp độ dày 16mm đảm bảo yêu cầu của ván dăm
thông dụng. [2]
- Một số công trình đã tiến hành nghiên cứu thành công việc sử dụng
các sản phẩm ngoài hạt như dầu vỏ, vỏ… để sản xuất các sản phẩm tinh chế
như dầu tinh luyện, dầu cardanol, than, than hoạt tính và sản xuất bột ma sát.

Quy trình sản xuất dầu tinh luyện từ vỏ hạt điều sau khi thu mua sẽ đi qua
máy ép để lấy dầu thô, bã của vỏ hạt điều sẽ đúc thành khối bán cho các lò
gạch ngói dùng đốt lò. Còn dầu thô sau khi ép sẽ được xử lý qua bồn lọc để
loại bỏ cặn. Tiếp đó đưa vào lò phản ứng để tách nước, phần còn lại là dầu
tinh luyện, từ đó dầu tinh luyện được đưa vào lò dự nhiệt để nâng nhiệt độ của
dầu với tháp chưng cất chân không để sản xuất dầu cardanol. Khi chưng cất,
dầu tinh luyện ở nhiệt độ cao sẽ chuyển thành dạng hơi và ngưng tụ lại thành
chất lỏng ở đáy tháp rồi chảy ra bể chứa. Phần cặn của dầu cardanol trong quá
trình chưng cất sẽ được sản xuất thành bộ ma sát. Về quy trình sản xuất than
và than hoạt tính, vỏ điều sau khi được sấy khô và đốt bằng hệ thống truyền
nhiệt tạo thành than. Than được đưa vào lò hầm than không khói và được
cung cấp nhiệt từ lò dự nhiệt để đốt nóng lượng than ở nhiệt độ 850 0C để tạo
thành than hoạt tính… Ngoài ra có thể trộn vỏ hạt điều sau ép với tinh bột sắn
theo tỷ lệ 8% và nghiền tạo thành bánh. Bánh than sau khi nghiền được đưa
vào nung ở nhiệt độ cao 9000C trong vòng 3 giờ cho hàm lượng than hoạt tính
cao.
- Ngoài ra vỏ hạt điều sau khi ép dầu còn được sử dụng ép lại thành
bánh. Loại bánh điều là nguồn nguyên liệu tạo ra lượng nhiệt lớn và hàm
lượng tro rất thấp, là một trong nhưng lựa chọn thay thế tốt nhất cho nguyên


12

liệu gỗ để đốt cháy. Mặt khác, một yếu tố làm cho nguyên liệu này có tính ưu
việt hơn các loại vật liệu khác đó là nó có độ ẩm rất thấp do đó nó được sử
dụng rất hiệu quả trong các nhà máy ngói nung và trong các lò hơi đốt của các
ngành công nghiệp.
- Các nhà khoa học của Công ty NEC Nhật Bản đã nghiên cứu phát
triển thành công loại nhựa sinh học từ vỏ hạt điều. Loại nguyên liệu này có
tính thân thiện với môi trường, có khả năng chịu nhiệt và chông thấm nước và

có độ bền cao. Loại nguyên liệu này đang được tiếp tục nghiên cứu sử dụng
trong các thiết bị điện tử.
Việc sản xuất các sản phẩm tinh chế từ vỏ hạt điều sẽ không dừng lại ở
các mặt hàng dầu tinh luyện, dầu cardanol, than, than hoạt tính và sản xuất bột
ma sát mà trong vỏ hạt điều có chứa các chất có thể sản xuất được sơn chống
rỉ dùng trong công nghiệp tàu biển, keo dẫn đặc biệt trong linh kiện điện tử.
Những sản phẩm này đang được các nhà khoa học thử nghiệm và chắc chắn
thành công.
* Khả năng sử dụng vỏ hạt điều làm nguyên liệu sản xuất ván dăm
Vỏ hạt điều sau ép tận thu dầu là nguồn phế liệu trong công nghệ chế
biến hạt điều của nước ta. Với thành phần hóa học chứa hàm lượng xenluloza
xấp xỉ 20% nên vỏ hạt điều có khả năng tận dụng, phối hợp với dăm gỗ để tạo
ván dăm.
Từ kết quả nghiên cứu sơ bộ, vỏ hạt điều có 3 lớp chính: lớp vỏ quả
ngoài, vỏ quả giữa và màng trong. Tỷ lệ khối lượng của vỏ chiểm khoảng 72
% khối lượng hạt (tính cả dầu vỏ). Sau khi ép tách dầu, bã vỏ hạt điều còn
chứa khoảng 20% lượng dầu vỏ và sợi xellulo. Như vậy, với lượng hạt điều
chế biến hàng năm là 450.000 tấn thì khối lượng vỏ hạt ước tính vào khoảng
trên 200.000 tấn tương đương với khối lượng của 400.000 m3 gỗ rừng trồng.
Nếu tận thu được bã vỏ hạt điều, nguyên liệu chứa lượng xenlulo cao để sản


13

xuất ván dăm, chúng ta sẽ có được nguồn nguyên liệu với trữ lượng lớn phục
vụ sản xuất đồng thời hạn chế gây ô nhiễm môi trường.
Đặt vấn đề sử dụng vỏ hạt điều làm nguyên liệu để sản xuất ván dăm có
thuận lợi về nguyên liệu rẻ tiền, tương đối tập trung. Song bên cạnh đó, do đối
tượng nguyên liệu mới có những đặc điểm cấu tạo đặc biệt khác nguyên liệu
gỗ và phế thải nông nghiệp khác (rơm, rạ, bã mía, xơ dừa...) ở nhiều điểm đó

là: vỏ ngoài (chứa nhiều sáp, silic) và lượng dư dầu vỏ còn lại sẽ có ảnh
hưởng đến quá trình tạo dăm và tạo ván. Do vậy, phải đánh giá ảnh hưởng của
các yếu tố này đến quá trình công nghệ tạo ván và từ đó làm căn cứ nghiên
cứu lựa chọn đối tượng dăm gỗ (loại gỗ, kích thước dăm, tỷ lệ dăm gỗ hợp
lý...) sử dụng phối trộn với dăm từ vỏ hạt điều để sản xuất ván dăm, nhằm
đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng đối với ván dăm thông dụng.
1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng gỗ Tràm
Cây tràm được phát hiện và biết đến rất sớm từ những năm giữa thể kỷ
17 (Geoger Everbard, Rumph – 1654) và được tiếp tục ghi nhận khẳng định
thêm qua các công trình nghiên cứu trong nhiều năm của thế kỷ 18, 19. Cây
tràm có phân bố tự nhiên khá rộng về mặt địa lý và điều kiện sinh thái khác
nhau, nó được coi là loài cây đa sinh thái và đa tác dụng.
+ Năm 2002, Đỗ Văn Bản và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu một
số tính chất gỗ Tràm được trồng tại Long An, bước đầu cung cấp những thông
tin cơ bản nhất về đặc tính của gỗ Tràm nhằm góp phần định hướng sử dụng
gỗ Tràm. Căn cứ trên các kết quả nghiên cứu, tác giả đã đưa ra nhận định về
gỗ Tràm ở Việt Nam như sau:
Gỗ Tràm được xếp vào nhóm gỗ nặng trung bình, khả năng hút ẩm cao,
dễ ngâm tẩm (tốc độ hút nước nhanh, mạch không có thể bít hoặc chất chứa),
màu sắc gỗ tương đối sáng, mặt gỗ mịn, vân trung bình.


14

Thành phần hóa học: thành phần cellulose, ligin thấp, chiều dài gỗ
trung bình, sợi gỗ thuộc loại tương đối mỏng. Về khả năng làm nguyên liệu
để sản xuất ván dăm, gỗ Tràm hoàn toàn phù hợp vì gỗ có màu sắc sáng, độ
bền trượt dọc thớ trung bình, ứng suất chống tách thấp, khối lượng thể tích
nhẹ đến trung bình.
+ Năm 2006, Nguyễn Quang Trung khi thực hiện luận văn thạc sĩ

“Phân tích một số đặc tính chủ yếu của gỗ Tràm (Melaleuca cajuputy) và
định hướng sử dụng trong sản xuất ván dăm và ván ghép thanh” đã đưa ra
kết luận: Gỗ Tràm có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất ván ghép thanh,
nhưng tỉ lệ cây có đường kính đáp ứng yêu cầu (> 14 cm) còn quá ít. Gỗ Tràm
làm ván dăm cho sản phẩm có độ bền cơ học thấp, ván dòn chưa đáp ứng yêu
cầu của sản phẩm ván dăm thương mại hiện nay.
+ Năm 2008, Bùi Duy Ngọc và các cộng sự Viện Khoa học Lâm
nghiệp Việt Nam đã “Nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nguyên liệu gỗ Tràm
(Melaleuca cajupti) và gỗ Keo lai để sản xuất ván dăm”. Kết quả nghiên cứu
khẳng định ván dăm làm từ 100% nguyên liệu gỗ Tràm có chất lượng chưa
cao nhưng cũng đáp ứng được yêu cầu ván dăm thông dụng sử dụng ở điều
kiện khô. Ván dăm được sản xuất từ hỗn hợp dăm gỗ Tràm: dăm gỗ Keo lai =
60%:40% về khối lượng có chất lượng đáp ứng yêu cầu sản xuất ván dăm
không chịu tải sử dụng ở điều kiện ẩm.[12]
Tóm lại: Việc nghiên cứu và sử dụng vỏ hạt điều làm nguyên liệu cho
ngành công nghiệp sản xuất ván dăm có ý nghĩa rất lớn trong việc tận dụng
được nguồn nguyên liệu dồi dào với trữ lượng lớn, giải quyết được tình trạng
gây ô nhiễm môi trường do vỏ hạt điều rất khó phân hủy. Các nghiên cứu sử
dụng vỏ hạt điều làm ván dăm trước đó chỉ mới nghiên cứu về tỷ lệ sử dụng
dăm gỗ và dăm vỏ hạt điều, tỷ lệ kết cấu tạo ván mà chưa nghiên cứu về các
thông số chế độ ép để sản xuất ván. Chính vì vậy việc thực hiên đề tài này có


15

ý nghĩa rất quan trọng trong việc hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất ván
dăm vỏ hạt Điều.


16

Chương 2:
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu chung
Tạo ra loại ván dăm từ nguyên liệu dăm vỏ hạt Điều (Anacardium
occidentale ) với dăm gỗ Tràm (Melaleuca cajiputy ) đáp ứng được yêu cầu
kỹ thuật của ván dăm thông dụng dùng trong đồ mộc, xây dựng.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
Xác định được một số thông số chế độ ép hợp lý (nhiệt độ ép, thời gian
ép) để tạo ván dăm thông dụng từ nguyên liệu dăm vỏ hạt Điều với dăm gỗ
Tràm
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nguồn nguyên liệu:
- Vỏ hạt điều thu mua tại cơ sở ép dầu Hải Phòng.
- Gỗ Tràm cừ (Melaleuca cajiputy Powell) 5 tuổi, khai thác tại Cà Mau.
- Chất kết dính
- Keo U – F (Urea Formaldehyde) của hãng DYNO.
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Để xác định được các thông số chế độ ép hợp lý đề tài đã kế thừa kết
quả nghiên cứu đã làm trước đó để tìm ra được thông số áp suất hợp lý P =
2,1MPa. Sau đó cố định áp suất ép và tiến hành tạo ván để nghiên cứu sự ảnh
hưởng của nhiệt độ và thời gian ép tới chất lượng ván dăm vỏ hạt điều.
- Yếu tố cố định: loại ván dăm thí nghiệm là ván 3 lớp
-Tỷ lệ kết cấu giữa lớp mặt và lớp lõi là 1:3:1
-Khối lượng thể tích 0,7 g/cm3


17

-Keo UF, lượng keo sử dụng cho lớp mặt là 12%, lượng keo sử dụng
cho lớp lõi là 8%.
-Áp suất ép ván P = 2,1MPa
- Yếu tố biến động:
Trong luận văn chỉ tiến hành nghiên cứu các thông số chế độ ép: cố
định áp suất ép P = 2,1MPa, thay đổi nhiệt độ và thời gian như sau:
- Nhiệt độ ép (t = 1320C, 1400C, 1600C, 1800C, 1880C)
- Thời gian ép (t = 6 phút, 7 phút, 10 phút và 13 phút, 14 phút)
2.2.3. Địa điểm nghiên cứu
Phòng thí nghiệm nghiên cứu chế biến lâm sản – Viện khoa học lâm
nghiệp Việt Nam
2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1 Nghiên cứu đặc điểm, tính chất vỏ hạt điều
- Xác định thành phần hóa học vỏ hạt điều.
- Xác định lượng dư dầu vỏ hạt điều sau khi ép dầu.
2.3.2 Nghiên cứu, xác định các thông số của chế độ ép ván
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ép đến chất lượng ván dăm
- Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ép đến chất lượng ván dăm
2.4. Phương pháp nghiên cứu và xử lý số liệu thí nghiệm
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu, đề tài sử dụng các phương pháp
cơ bản sau:
2.4.1 Phương pháp kế thừa
Kế thừa các tài liệu đã có sẵn về công nghệ sản xuất ván dăm, thu thập
và phân tích tài liệu. Kế thừa các tài liệu về sản lượng, đánh giá về nguyên
liệu (vỏ hạt điều, dăm gỗ Tràm).
2.4.2 Phương pháp xác định lượng dầu dư trong vỏ hạt điều:


18

Vì hàm lượng dầu trong vỏ hạt sau khi ép không còn đủ lớn để có thể
tiếp tục sử dụng phương pháp ép nên tôi đã tiến hành chiết mẫu vỏ bằng dung
môi hữu cơ. Trong thí nghiệm này tôi tiến hành chiết một lượng xác định m1
mẫu vỏ hạt với dung môi hữu cơ: n-hexan. Mẫu vỏ được ngâm 48 giờ ở trong
dung môi này, sau đó lọc hút lấy dịch chiết. Dịch chiết thu được đem loại bỏ
dung môi bằng cách cất trong thiết bị cất quay chân không. Để định lượng
hàm lượng dầu trong mẫu vỏ hạt điều chúng tôi sử dụng giải pháp chiết bằng
dung môi hữu cơ trên 2 thiết bị chiết thể hiện bằng 2 phương pháp:
+ Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên thiết bị chiết siêu âm:
Mẫu vỏ được xử lý bằng thiết bị chiết siêu âm: Cân một lượng chính xác m1
(gram) mẫu vỏ và chiết 4 lần trong dung môi đã chọn, thời gian cho mỗi lần
chiết là 45 phút, nhiệt độ chiết là 400C. Hồn hợp thu được gồm bã và dịch
chiết đem lọc để thu lấy dịch lọc. Phần dịch lọc này được cất trong thiết bị cất
quay chân không để loại kiệt dung môi, cặn thu được chính là tổng lượng dầu
trong m1 (gram) vỏ đem chiết, nó có khối lượng m2 (gram)
+ Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên cột chưng cất - chiết
liên tục Soxhlet: Mẫu vỏ hạt điều được xử lý trong cột chưng cất - chiết liên
tục Soxlet: Cân một lượng chính xác m1 (gram) mẫu vỏ hạt điều và đưa lên
cột chưng cất - chiết Soxhlet. Sử dụng dung môi đã chọn được ở trên để chiết
liên tục trong 12 tiếng. Phần dịch chiết thu được đem cất trong máy cất quay
chân không để thu lấy cặn chiết, cặn này là tổng lượng dầu trong có trong m1
(gram) mẫu vỏ đã cân, nó có khối lượng m2 (gram).
Hàm lượng dầu trong vỏ hạt thể hiện dưới dạng phần trăm khối lượng
được tính toán theo công thức sau cho cả hai phương pháp:
c(%) 

m2 *100
m1

(1.1)


19

Trong đó:

m1 khối lượng mẫu vỏ
m2 khối lượng dầu trong m1 gam vỏ

Số mẫu vỏ hạt điều được lấy 5 mẫu cho mỗi phương pháp, đem định
lượng và lấy kết quả trung bình.
2.4.3. Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu bằng thống kê toán học
Đề tài tiến hành theo phương pháp thực nghiệm đa yếu tố. Kết quả
nghiên cứu được đánh giá qua việc tiến hành thử nghiệm sản xuất ván và
kiểm tra các thông số của mẫu ván theo tiêu chuẩn hiện hành. Trên cơ sở đó
phân tích sự ảnh hưởng của chế độ ép đến chất lượng ván dăm hạt điều.
Phương pháp thực nghiệm đa yếu tố được tiến hành trình tự các
bước:
- Xây dựng nội dung thực nghiệm: Xây dựng quy mô của bài toán trên
cơ sở chọn các tham số đầu vào và đầu ra thích hợp.
Giới hạn các thông số nghiên cứu: Dựa vào các cơ sở lý luận kết hợp
với những lô thí nghiệm thăm dò, áp dụng phương pháp phân tích phương sai
đơn yếu tố để chọn các thông số nghiên cứu bao gồm: nhiệt độ ép T (0C); thời
gian ép t (phút). Mô hình nghiên cứu thể hiện ở hình
T – Nhiệt độ ép ( C) X1
0

Quá
trình

t – Thời gian ép (phút)
X2

nghiên
cứu

Tỷ lệ trương nở chiều dày của ván
S (%)
Độ bền uốn tĩnh của ván
Độ bền kéo vuông góc của
ván

Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào được thể hiện như bảng


20

Bảng 2.1. Mức và khoảng biến thiên của các thông số nghiên cứu

Dạng mã

Mức


Mức
dưới
-1

Mức
0

Mức
trên
+1

Mức


L

Mức thí nghiệm
TT

Biến thực

1

Nhiệt độ ép (T)

X1

132

140

160

180

188

20

2

Thời gian ép (t)

X2

6

7

10

13

14

3

Với:  = 1.414
X± = ± .L + X0
- Lập hàm các yếu tố theo dõi có dạng phương trình: Y = f(x1, x2, …xi).
Trong đó x1, x2, …xi là các biến số đặc trưng cho các yếu tố ảnh hưởng.
- Kết quả nghiên cứu thể hiện dưới dạng phương trình tương quan bậc
hai có dạng tồng quát:
Y= bo +
Trong đó

+

+

(1.2)

Y

- Các đại lượng cần xác định (yếu tố đầu ra)

b0

- Số hạng tự do

bi, bj, bij - Các hệ số hồi quy tuyến tính
xi xj

- Các biến số (các yếu tố đầu vào)

- Số lượng thí nghiệm cần thiết xác định theo công thức:
N = No + N1 + Nα
Trong đó

(1.3)

N là số thí nghiệm
No là số thí nghiệm tại điểm 0 (No =5)
N1 là số thí nghiệm tuyến tính
Nα là số thí nghiệm tại điểm sao (*) và α là khoảng cách từ tâm

đến điểm sao hay còn gọi là cánh tay đòn.
- Bố trí thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ ma trận. Kết quả thí
nghiệm ghi vào cột các tham số đầu ra trong bảng ma trận thí nghiệm


21

Bảng 2.2. Ma trận bố trí thí nghiệm
TT
X1
X2
Y1
Y2
Y3
YTB
1
0
0
2
1
-1
3
1
1
4
0
0
5
0
+α

6
0
-α
7
0
0
8
-1
1
9
+α
0
10
0
0
11
-1
-1
12
-α
0
13
0
0
Số liệu thu thập trong quá trình tiến hành thí nghiệm, sau khi loại bỏ sai
số thô được xử lý trên máy vi tính bằng phần mềm EXCEL.
Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm
Phương pháp xử lý số liệu được tiến hành theo lý thuyết thống kê toán học
[11], [14], [15], [18], [26].
+ Xác định độ tin cậy của yếu tố nghiên cứu theo tiêu chuẩn Fisher:

F

S yt2
S tn2

(1.4)

Công thức (1.5): S2yt- phương sai do dự thay đổi của các thông số vào
gây nên; S2tn- ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra.
Để kiểm nghiệm “giả định không” so sánh F với Fb` nếu F > Fb thì ảnh
hưởng của các yếu tố là đáng tín cậy. Fb – chuẩn Fisher tra trong bảng với
mức ý nghĩa  = 0.05 và 2 bậc tự do k-1, k(m-1).
+ Tính đồng nhất của phương sai đánh giá qua tiêu chuẩn Kohren [15]:


22

S

2
S max

(1.5)

N

S
u 1

2

u

Trong công thức (1.5): S2max- ước lượng phương sai lớn nhất trong số
các S2u;

N

S
u 1

2
u

- tổng tất cả các ước lượng phương sai; N- số điểm thí nghiệm.

Nếu giá trị G trong công thức (1.5) nhỏ hơn hoặc bằng Gb thì các
phương sai được coi là đồng nhất. Gb – giá trị Kohren tra trong bảng với xác
suất ấn định  = 0.05 và hai bậc tự do m-1, k. Nếu giá trị tính toán G > Gb thì
giả thuyết bị bác bỏ.
Phân tích đánh giá mô hình hồi quy bậc 2.
Phần này, chúng tôi sử dụng chương trình máy vi tính xử lý kết quả
thực nghiệm bậc 2 (OPT) của Viện Cơ Điện Nông Nghiệp.
a. Kiểm tra độ tương thích của mô hình hồi quy.
Độ tương thích của mô hình hồi quy kiểm tra theo tiêu chuẩn Fisher.
Giá trị tính toán của tiêu chuẩn Fisher là:
Fu 

mSa2
S b2

(1.6)

Trong công thức (1.6): S2a- phương sai tuyển chọn tạo nên do sự chênh
lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô hình và giá trị thực nghiệm của nó; S2bphương sai do nhiễu tạo ra; bậc tự do ở đây bao gồm: ka = N-k*; kb = N(m-1);
m- số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm.
Nếu Fn nhỏ hơn giá trị chuẩn Fisher tra bảng với bậc tự do ka, kb với
mức ý nghĩa  = 0.05 thì mô hình tương thích.
b. Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy. Mức ý nghĩa của các hệ
số hồi quy kiểm tra theo chuẩn Student. Chuẩn Student của từng hệ số hồi quy
tính theo công chức:


23

to 

b0
;
S bo

ti 

bi
;
S bi

tij 

bij
S bij

t ii 

;

bii
;
S bii

(1.7)
Trong công thức (1.8): Sbo, Sbi,…ước lượng phương sai theo các hệ số
hồi quy; b0, bi, …giá trị các hệ số hồi quy cần kiểm tra.
Nếu tiêu chuẩn Student của các hệ số hồi quy ti nào đó lớn hơn chuẩn
Student tra bảng tb thì hệ số có nghĩa. Chuẩn tb được tra bảng với bậc tự do 
= N(m-1) và mức ý nghĩa  = 0.05.
c. Chuyển phương trình hồi quy sang dạng chính tắc. Để phương trình
hồi quy ở dạng đơn giản hơn và phản ánh rõ tính chất hình học của nó, cần
chuyển phương trình hồi quy từ dạng mã sang dạng chính tắc bằng cách rời
gốc toạ độ O(x1= 0, x2 = 0, …, xk=0) về điểm đặc biệt: S(x1S, x2S, …, xkS). ở
dạng chính tắc phương trình hồi quy sẽ là:
k

y  y s   Bii X i2

(1.8)

i 1

Trong công thức (1.8): Ys- cực trị của hàm tối ưu; Xi- các thông số vào
theo toạ độ mới; Bii- hệ số của phương trình chính tắc; k- số thông số.

Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ: Phương
pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes [1, tr.67] đề xướng và được sử dụng để
giải bài toán tối ưu đa mục tiêu. Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu
được đưa về bài toán một mục tiêu như sau:
Yi ---min (với: Yj(xi) < j , j  1, j = 1, 2, …, m).
Hàm mục tiêu được biểu diễn qua phiếm hàm Larăngiơ dạng tổng:
m

F ( x,  )  y1 ( x)    ji [Y j( x)   j ]; j  1

(1.9)

j 1

Trong công thức (1.10): ij gọi là nhân tử Larăngiơ, có ý nghĩa như
hàm trao đổi; ij=F/Yj , với x  X và j > 0.