TỐI ưu HOÁ điều KIỆN xử lí gỗ BẰNG MUỐI CROMAT và ANCOL

GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

TỐI ƯU HOÁ ĐIỀU KIỆN XỬ LÍ GỖ BẰNG MUỐI CROMAT
VÀ ANCOL
1. Mở đầu:
Nước ta ở vùng nhiệt đới có điều kiện thuận lợi cho rừng phát triển. Rừng cung cấp
cho chúng ta một nguồn lâm sản vô cùng quý giá, trong đó đặc biệt và phổ biến nhất
là gỗ. Với sự phong phú và đa dạng, gỗ được sử dụng hầu khắp mọi nơi, từ những vật
dụng đơn giản nhất trong gia đình đến các công trình kiến trúc hiện đại. Ngoài ra, gỗ
còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp giấy, sợi, công nghiệp ván ép, công
nghiệp hoá chất, công nghiệp tàu biển...[1]. Tuy nhiên trong quá trình chế biến và sử
dụng gỗ chúng ta thường gặp một số khó khăn như một số loại gỗ có độ bền cơ học
không cao, sự tấn công của nấm, mốc, mọt, hà, ẩm, vi sinh vật...làm cho gỗ bị thối,
mục, nứt nẻ, cong vênh giá trị của gỗ. Để khắc phục hiện tượng này chúng tôi đã
nghiên cứu tối ưu hoá điều kiện xử lý gỗ bằng muối cromat và ancol.

2. Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu:
2.1. Nguyên liệu:
Mẫu gỗ xử lý thuộc loại IV có hình dạng hình hộp chữ nhật mặt cắt vuông, kích thước
20x20x300 (mm), trong đó 300 là kích thước dọc thớ. Các yêu cầu khác về hình dạng
và độ chính xác của mẫu theo đúng các điều 15,16 của TCVN 356:1970, riêng sai lệch
về chiều dài không được vượt quá 0,1mm.

2.2. Phương pháp thử nghiệm:
2.2.1. Thiết bị
SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 1


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

- Máy thử với độ đo lực chính xác đến 10N
- Thước cặp, độ chính xác 0.1mm
- Dụng cụ xác định độ ẩm

2.2.2. Tiến hành thử
- Muốn xác định modun đàn hồi và giới hạn bền khi uốn trên cùng một mẫu thì xác
định modun đàn hồi trước, sau đó mới xác định giới hạn bền.
- Đo mẫu: ở mỗi mẫu (tại điểm giữa chiều dài) đo chính xác đến 0.1mm chiều rộng b
theo phương xuyên tâm và chiều cao h theo phương tiếp tuyến.
* Thử giới hạn bền khi uốn tĩnh theo hình vẽ 2.1: Mẫu đặt trên 2 gối tựa sao cho lực
gây uốn hướng theo phương tiếp tuyến với vòng nằm (uốn tiếp tuyến) còn dao truyền
lực và gối tựa thì đối xứng qua trung điểm của mẫu.

- Khi thử gỗ ẩm, đặc biệt là gỗ mềm, bên dưới gối tựa và dao truyền lực phải đặt
miếng lót kích thước 20x20 (mm) làm bằng gỗ dán dày 5mm (hoặc vật liệu tương tự).
Đầu máy truyền lực phải di chuyển dều đặn trong suốt quá trình thử, ứng với tốc độ
tăng tải 7.000 ±1.500 N/ph. Nếu dùng máy truyền động bằng cơ khí thì tốc độ di
chuyển của đầu máy là 10mm/ph.Tăng tải cho đến khi mẫu bị phá hoại, nghĩa là kim
đồng hồ đo lực quay theo chiều ngược lại. Đọc tải trọng cực đại Pmax trên bảng đo
chính xác đến 10N.
* Xác định độ ẩm: Xác định ngay độ ẩm W của từng mẫu (theo TCVN 358:1970)
bằng cách cắt 2 khối vuông kích thước chừng 20x20x20(mm) ở gần hai bên chổ gãy

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 2


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

để làm mẫu đo độ ẩm.

3. Kết quả bàn luận:
Để xác định điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý gỗ, tiến hành thí nghiệm theo phương
pháp leo dốc ứng với hai yếu tố được khảo sát là hàm lượng muối cromat và thể tích
acol. Hàm mục tiêu được chọn là độ bền uốn, độ hút nước, độ dãn dài và độ chống
chịu vi sinh vật. Phương trình hồi quy có dạng như sau:

y = b0 + b1x1 + b2x2 + b12x1x2
Trong đó:
x1: biến số mã hoá của biến thực
Z1: hàm lượng cromat, g
x2: biến số mã hoá của biến thực
Z2: thể tích ancol,ml
Y: hàm mục tiêu
b0, b1, b2, b12: các hệ số của phương trình hồi quy.

3.1.Xác định phương trình hồi quy
3.1.1 Lập ma trận quy hoạch thực nghiệm và xác định các hệ số

của phương trình.
- Số biến độc lập k = 2.
- Số thí nghiệm được thực hiện : N = 22 = 4
- Tâm phương án:

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 3


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm
Z max  Z min
2

Z OJ =
Z 10 =
Z 02 =

Z1max  Z1min 50  40

 45
2
2

Z 2 max  Z 2 min 200  100


 150
2
2

- Khoảng biến thiên của các yếu tố tính từ mức cơ sở:
ZJ =

 Z1 =

Z2 =

Z

Z

Z max  Z min
2

Z

max

min

2

max

Z
2

min





50  40
5
2

200  100
 50
2

- Góc hệ trục tọa độ:
x max
=
J

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

Z max  Z o
Z

x 10 =

Z max  Z o 50  45

1

Z
5

x 10 =

Z min  Z o 40  45

 1
Z
5

MSSV:11363961

Trang 4


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

x 02 =

Z max  Z o 200  150

1
Z
50

x 02 =

Z min  Z o 100  150

 1
Z
100

- Điều kiện thí nghiệm:
Yếu tố
Hàm lượng
cromat (Z1)
Thể tích ancol
(Z2)

Các mức

Khoảng biến

Mức dưới -1

Mức cơ sở 0 -

Mức trên +1

thiên

40

45

50

5

100

150

200

50

- Xây dựng ma trận theo biến mã và tiến hành thí nghiệm.
STN

X1

X2

X1 - X2

Y

1

1

-1

-1

2840

2

-1

-1

1

2560

3

-1

1

-1

3030

4

0

0

0

2970

5

0

0

0

2965

6

0

0

0

2945

7

1

1

1

3320

+ x1 : khối lượng muối cromat (g)
+ x2 : thể tích ancol (ml)
+ Y : hàm mục tiêu độ bền uốn (kN/cm2)

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 5


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm
Summary

[R]

0.998

R2

0.996

R2 adjusted

0.992

Standard Error

20.15

# Points

7

PRESS

33551.39

R2 for Prediction

0.891

Durbin – Watson d

1.262

First Order Autocorrelation

0.292

Collinearity

1.000

Coefficient of Variation

0.684

Precision Index

76.000

ANOVA
Source

SS

SS%

MS

Regression

306875

100

102292

Residual

1217.9

0

405.95

LOF Error

867.86

0 (71)

867.86

Pure Error

350.00

0 (29)

175.00

Total

308093

100

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

F
251.98

F Signif
0.000421

df
3
3

4.9592

0.156

1
2
6

MSSV:11363961

Trang 6


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

y1 = b0 + b1 *x1 + b2 *x2 + b12 *x1 *x2
P value

Std Error

-95%

95%

T Start
387.00

VIF

b0

2947.1 3.80472E -08

7.615 2922.9

2971.4

b1

142.50

0.000765

10.07

110.44

174.56

14.15 1.000

b2

237.50

0.000167

10.07

205.44

269.56

23.58 1.000

b3

2.500

0.820

10.07

-29.56

34.56

0.248 1.000

- Các hệ số trong phương trình hồi quy được xác định như sau:

1
bj 

N

4

 x ji y ji
i 1

1
b12 
N

b0

2947.1

b1

142.50

b2

237.50

b3

2.500

N

 (x x ) y

i 1

1 2 i

i

3.1.2. Kiểm định sự có nghĩa các hệ số theo tiêu chuẩn Student:

Ta có :
S th2 = 251.98
2
Sth= s th

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 7


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

 Sth= 15.87

Sbj =

Sth
N

 Sbj= 7.94

- Ý nghĩa của hệ số được kiểm định theo tiêu chuẩn t :

tj 
S th2
251.98

Sth
15.87

bj
Sb j

Sbj
7.94

t0
387.00

t1
14.15

t2
23.58

t12
0.25

- Giá trị bảng của tiêu chuẩn Student đối với mức ý nghĩa p = 0,05; bậc tự do là f = 2.
Tra bảng ta có tb(p;f) = t(0,05;2) = 4.3
- Đối chiếu với các trị số Student tính ta thấy t12 < tb nên hệ số b12 không có ý nghĩa và sau khi
loại bỏ hệ số này, phương trình hồi qui của hàm y1 là:

y1 = 2947.1 + 142.5x1 + 237.5x2
- Kiểm tra sự tương thích của phương trình hồi quy:

F

2
S du
S th2

 y
N

2

Với S du

i 1

i

 yi



2

N 1

2
S du
= 867.86

Trong đó: N: số thí nghiệm
l: số hệ số có nghĩa trong phương trình

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 8


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

yi : giá trị đo được trong thực nghiệm;

yi : giá trị tính toán theo phương trình

- Tiêu chuẩn Fisher:

F

2

S du
S th2

- So sánh giá trị F với Fb = F(1-p)( f2 ,f1)
Trong đó: p:mức ý nghĩa
f1: bậc tự do của phương sai dư f1 = N - L = 4 - 3 = 1
f2: bậc tự do của phương tái hiện f2 = No -1 = 2
- Tra bảng ta có F0,95 (1,2) = 18.51, suy ra F < F0,95 (1,2) phương trình hồi qui tương thích thực
nghiệm.
Vậy phương trình hồi qui là: Y = 2947.1 + 142.5x1 + 237.5x2

3.2 Tối ưu hoá thực nghiệm
Tối ưu tối hoá quá trình khảo sát các hàm mục tiêu bằng phương pháp leo dốc
(phương pháp Box-Wilson), chọn bước nhảy của yếu tố Z1là 𝛿𝑖 = 1.5, dựa vào 𝛿𝑖 tính
𝛿2 của Z2 theo công thức:

i   I

bi  i
b11

Trong đó 𝛿𝑖 là bước nhảy của yếu tố thứ i; bi : là hệ số hôi qui của các yếu tố tương
quan; ∆i là khoảng biến thiên của từng yếu tổ tương ứng.

- Kết quả tính toán bước chuyển động

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 9


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm
Các yếu tố ảnh hưởng

Các mức

Z1 , g

Z2, ml

Mức cơ sở

45

150

Khoảng biến thiên (  i )

5

50

Hệ số bi

142.5

237.5

bi  i

712.5

11875

1.5

25

Bước chuyển động



- Tổ chức thí nghiệm leo dốc:
Từ kết quả các bước chuyển động 𝛿𝑗 ở bảng trên, tổ chức thí nghiệm leo dốc và điểm xuất
phát tại tâm thực nghiệm.

- Kết quả thí nghiệm theo hướng leo dốc.
Yếu tố

Z1(g)

Z2 (ml)

Y (kN/cm2)

2

45

150

2947

3

46.5

175

2849.64

4

48

200

3039.64

5

49.5

225

3329.64

6

51

250

2569.64

TN

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 10


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

Thí nghiệm thứ năm tốt nhất. Tại khối lượng muối cromat: 49.5g và thể tích ancol 225ml có
độ bền uốn: 3329.64kN/cm2.

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 11

GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

KẾT LUẬN
Đã xác định được phương trình hồi quy tối ưu hoá:

Y = 2947.1 + 142.5x1 + 237.5x2
với các hệ số hệ số b1=142.5 > 0,

b2= 237.5 > 0

Điều này có nghĩa là khi x1, x2 tăng thì y tăng và ngược lại khi x1, x2 giảm thì y giảm,
tức là tăng khối lượng muối crômat và tăng thể tích ancol trong dung dịch thì độ bền
uốn sẽ tăng . Gíá trị phù hợp nhất trong quá trình xử lý để có độ bền uốn lớn nhất
3329.64 kN/cm2 có khối lượng muối cromat 49.5g và thể tích ancol 225ml.

SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 12


GVHD: PGS.TS. Phạm Văn Tất

Tiểu luận môn: Quy Hoạch Thực Nghiệm

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] PGS.TS Phạm Văn Tất, Quy hoạch thực nghiệm trong công nghệ hóa học.
[2] TCVN tính chất cơ lý của gỗ 358, Hà Nội 1970.
[3] Nguyễn Cảnh (1993), Quy hoạch thực nghiệm, Nhà xuất bản Đại học Bách khoa
TP. Hồ Chí Minh.
[4] Nguyễn Thị Ngọc Bích (2003), Kỹ thuật xenlulo và giấy, Nhà xuất bản Đại học
Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
[5] />
SVTH: ĐỖ THÀNH TÀI

MSSV:11363961

Trang 13