Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3mẻ, đh kỹ THUÂT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

Đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KTCN
KHOA ĐIỆN
BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Sinh viên thiết kế:
Thân Minh Đức
Ngành:
Kỹ thuật điện
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Lại Khắc Lãi
Ngày giao đề tài:
10/03/2018
Ngày hoàn thành:
20/6/2018
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ:
Nội dung cần thực hiện:
- Tổng quan về công nghệ sấy nông lâm sản
- Tính tốn nhiệt hệ thống sấy buồng để sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ
- Chọn các thiết bị của buồng sấy
- Điều khiển ổn định nhiệt buồng sấy
- Mô hình hóa, mơ phỏng hệ thống điều khiển
Thái Ngun, Ngày 10 tháng 03 năm 2018
Trưởng bộ môn
(ký và ghi rõ họ tên)

TL/Hiệu trưởng
Chủ Nhiệm Khoa

Giáo viên hướng dẫn
(ký và ghi rõ họ tên)

PGS. TS. Lại Khắc Lãi

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ


Đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG LÂM HẢI SẢN........2
1.1. Khái niệm quá trình sấy......................................................................................2
1.1.1. Khái niệm........................................................................................................2
1.2. Cơ chế thốt ẩm ra khỏi vật liệu trong q trình sấy...........................................3
1.2.2. Quá trình khuếch tán ngoại..............................................................................4
1.2.3. Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại.....................4
1.3. Các giai đoạn trong q trình sấy........................................................................4
1.3.1. Giai đoạn nung nóng vật liệu sấy.....................................................................4
1.3.2. Giai đoạn sấy đẳng tốc.....................................................................................5
1.3.3. Giai đoạn sấy giảm tốc....................................................................................5
1.4. Các nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ làm khơ.........................................................5
1.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí..................................................................5
1.4.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối khơng khí.....................................................5
1.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động khơng khí................................................6
1.4.4. Ảnh hưởng của áp suất tác nhân sấy................................................................6
1.4.5. Ảnh hưởng của kích thước nguyên liệu...........................................................6
1.4.6. Ảnh hưởng của việc ủ ẩm................................................................................7
1.4.7. Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu..............................................................7

1.5. Các phương pháp sấy và thiết bị sấy...................................................................7
1.6. Quy trình chế biến và sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy....................................8
1.6.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến gỗ của nhà máy.......................................8
1.6.2. Thuyết minh q trình cơng nghệ....................................................................9
1.7. Tổng quan về cơng nghệ sấy gỗ........................................................................10
1.7.1. Khái niệm về sấy gỗ......................................................................................10
1.7.2. Mục đích của sấy gỗ......................................................................................11
1.7.3. Tầm quan trọng của sấy gỗ............................................................................11
1.7.4. Các khuyết tật của gỗ sấy sản sinh trong quá trình sấy..................................11
1.7.5. Các phương pháp sấy gỗ................................................................................12

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ


Đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT HỆ THỐNG SẤY BUỒNG ĐỂ SẤY GỖ......14
2.1. Chọn chế độ sấy................................................................................................14
2.2. Khối lượng vật liệu sấy ra vào mỗi giai đoạn...................................................15
2.3. Lượng ẩm cần bốc hơi......................................................................................15
2.4. Xác định các thơng số ngồi trời......................................................................16
2.5. Xác định entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy.....................................17
2.6. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết......................................................................18
2.7. Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy.............................................20
2.8. Tính các tổn thất...............................................................................................22
2.8.1. Giai đoạn 1....................................................................................................22
2.8.2. Giai đoạn (2)..................................................................................................25
2.8.3. Giai đoạn (3)..................................................................................................27
2.9. Xác định các thơng số tác nhân sấy sau q trình sấy thực...............................30
2.10. Cân bằng nhiệt và hiệu suất nhiệt hệ thống sấy...............................................32
2.11. Tính cơng suất nhiệt của hệ thống sấy.............................................................35

CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CỦA BUỒNG SẤY........................36
3.1. Tính chọn calorifer...........................................................................................36
3.2. Tính chọn lị hơi...............................................................................................42
3.3. Tính chọn quạt gió............................................................................................44
CHƯƠNG IV: ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT BUỒNG SẤY............................48
4.1. Mục đích ổn định nhiệt độ................................................................................48
4.2. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển ổn định nhiệt độ.......................................48
4.2.1. Mô tả chức năng các khối và nguyên lý làm việc của hệ thống ổn định nhiệt.
................................................................................................................................. 48
4.2.2. Hàm truyền các khối chức năng.....................................................................48
4.3. Tổng hợp hệ thống theo phương pháp modul tối ưu.........................................49
4.4. Xác định tham số bộ điều khiển PID................................................................52
4.5. Kết quả mô phỏng............................................................................................53
4.6. Nhận xét và kết luận.........................................................................................55

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ


Đồ án tốt nghiệp ngành kỹ thuật điện
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến gỗ của nhà máy.................................8
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy ở nhà máy...................................................9
Hình 1.3. Bó gỗ đưa vào buồng sấy...........................................................................9
Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống nồi hơi............................................................10
Hình 2.1. Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết.......................................................18
Hình 2.2. Mặt cắt ngang buồng sấy ........................................................................21
Hình 2.3. Kết cấu tường buồng sấy.........................................................................22
Hình 3.1. Calorifer khí - hơi....................................................................................36
Hình 3.2. Bố trí ống và cấu tạo của ống...................................................................38
Hình 3.3. Calorifer khí - hơi....................................................................................42

Hình 3.4. Sơ đồ ngun lý hệ thống nồi hơi............................................................43
Hình 3.5. Hình dạng lị hơi......................................................................................44
Hình 3.5. Sơ đồ tính tốn khí động..........................................................................45
Hình 4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển buồng sấy..............................................48
Hình 4.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín.........................................................49
Hình 4.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống...........................................................................52
Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc hệ thống ở dạng chuẩn.....................................................52
Hình 4.5: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển buồng sấy trên matlab- Simulink..53
Hình 4.6: Đặc tính làm việc.....................................................................................54
Hình 4.7: Đáp ứng động của nhiệt độ với các giá trị đặt khác nhau........................54
Hình 4.8: Đặc tính làm việc theo hình sin...............................................................55

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ


LỜI MỞ ĐẦU
Sấy là q trình cơng nghệ được sử dụng trong rất nhiều ngành công nông
nghiệp. Trong công nghiệp sấy là một trong những công đoạn quan trọng của công
nghiệp sau thu hoạch. Trong công nghiệp như công nghiệp chế biến nông hải sản,
công nghiệp chế biến gỗ, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng…kỹ thuật sấy
cũng đóng góp một vai trị quan trọng trong dây truyền sản suất.
Q trình sấy khơng chỉ là q trình tách nước và hơi nước ra khỏi vật liệu
một cách đơn thuần mà là một q trình cơng nghệ. Nó địi hỏi sau khi sấy vật liệu
phải đảm bảo chất lượng cao, tiêu tốn năng lượng ít, chi phí vận hành thấp. Chắng
hạn, trong chế biến gỗ, sản xuất vật liệu xây dựng, sản phấm sau khi sấy không
được nứt nẻ cong vênh. Trong chế biến nông – hải sản, sản phẩm sấy phải đảm bảo
duy trì màu sắc, hương vị, các vị lượng. Trong sấy thóc phải đảm bảo thóc sau khi
sấy có tỷ lệ nứt gẫy khi say xát là thấp nhất.
Sấy gỗ là một bộ phận quan trọng của lĩnh vực gia công thuỷ nhiệt gỗ. Ý
nghĩa của quá trình gia cơng thủy nhiệt gỗ trong cơng nhiệp chế biến gỗ nói riêng

và trong nền kinh tế quốc dân rất to lớn. Hiện nay, với yêu cầu chất lượng ngày
càng cao của thị trường gỗ thì cơng đoạn sấy càng trở lên quan trọng trong công
nghiệp chế biến gỗ. Một yêu cầu quan trọng đó là sản phẩm gỗ phải đạt được độ ẩm
tiêu chuẩn và đồng đều không cong vênh nứt nẻ. Nhất là đối với thị trường xuất
khẩu gỗ hiện nay thì vấn đề chất lượng ngày càng trở lên quan trọng.
Chúng em xin đi tìm hiểu đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng
suất 20m3/mẻ”.
Nội dung gồm các phần sau:
Chương I: Tổng quan về cơng nghệ sấy nơng lâm sản.
Chương II: Tính toán nhiệt hệ thống sấy buồng để sấy gỗ.
Chương III: Tính chọn các thiết bị của buồng sấy.
Chương IV: Điều khiển ổn định nhiệt buồng sấy.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẤY NÔNG LÂM
HẢI SẢN
1.1. Khái niệm quá trình sấy
1.1.1. Khái niệm
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu bằng phương pháp bay hơi. Trong
trường hợp sấy nóng nhiệt được cung cấp nhằm thực hiện nhiệm vụ nung nóng vật
liệu sấy từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ thích hợp để vận chuyển ẩm từ các lớp bên
trong ra bên ngoài và vận chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào mơi trường
khơng khí.
1.1.2. Phân loại phương pháp sấy.
 Sấy chia làm hai phương pháp:
Sấy tự nhiên (phơi nắng): Sử dụng năng lượng mặt trời để tách ẩm ra khỏi

vật liệu sấy.
Sấy nhân tạo: Sử dụng tác nhân sấy để thực hiện quá trình tách ẩm, tác nhân
sấy thường được sử dụng là: khơng khí ẩm, khói lị, hơi nước q nhiệt…Tuy nhiên
khơng khí ẩm vẫn là tác nhân sấy được sử dụng phổ biến nhất.
 Tác nhân sấy được sử dụng nhằm thực hiện hai nhiệm vụ sau:
Vận chuyển lượng nhiệt để cung cấp cho vật liệu sấy.
Vận chuyển lượng ẩm tách ra khỏi vật liệu sấy ra ngồi.
1.1.3. Mục đích của q trình sấy.
 Chế biến: Dùng phương pháp sấy để chế biến các mặt hàng ăn liền.
 Vận chuyển: Do khi ta tách bớt ẩm ra khỏi vật liệu thì khối lượng của nó
giảm rất nhiều nên quá trình vận chuyển sẽ đơn giản và giảm chi phí.
 Kéo dài thời gian bảo quản: Lượng nước tự do trong thực phẩm là môi
trường cần thiết cho vi sinh vật và enzyme hoạt động. Do đó sấy làm giảm
lượng ẩm có trong vật liệu nên kéo dài thời gian bảo quản, làm cho chất
lượng sấy ít bị thay đổi trong thời gian bảo quản với điều kiện bảo quản tốt.
1.1.4. Những biến đổi cơ bản của quá trình sấy.
Hai quá trình cơ bản:
Quá trình trao đổi nhiệt: Vật liệu sấy sẽ được nhận nhiệt để tăng nhiệt độ và
để ẩm hơi bay vào mơi trường.
Q trình trao đổi ẩm: Quá trình này diễn ra do sự chênh lệch giữa độ ẩm
tương đối của vật ẩm và độ ẩm tương đối của mơi trường khơng khí. Động lực của
quá trình này là do sự chênh lệch áp suất hơi trên bề mặt của vật liệu sấy và áp suất
Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

2


riêng phần của hơi nước trong mơi trường khơng khí. Quá trình thải ẩm diễn ra cho
đến khi độ ẩm của vật ẩm bằng độ ẩm vật ẩm cân bằng với mơi trường khơng khí
xung quanh. Do đó, trong q trình sấy ta khơng thể sấy đến độ ẩm nhỏ hơn độ ẩm

cân bằng. Độ ẩm của môi trường không khí xung quanh càng nhỏ thì q trình sấy
càng nhanh và độ ẩm cuối của vật liệu càng thấp. Qua đó có thể kết luận độ ẩm
tương đối của mơi trường khơng khí xung quanh là động lực của q trình sấy, đây
cũng là nguyên nhân tại sao khi sấy bằng bơm nhiệt sấy thì thời gian sấy giảm đi rất
nhiều.
1.2. Cơ chế thoát ẩm ra khỏi vật liệu trong quá trình sấy.
Chia làm hai quá trình:
1.2.1. Quá trình khuếch tán nội (trong lịng vật liệu sấy).
Q trình khuếch tán nội là quá trình dịc chuyển ẩm từ các lớp bên trong ra
lớp bề mặt của vật ẩm. Động lực của quá trình này là do sự chênh lệch nồng độ ẩm
giữa các lớp bên trong và các lớp bề mặt. Qua nghiên cứu ta thấy rằng ẩm dịch
chuyển từ nơi có phân áp suất cao đến nơi có phân áp suất thấp. Như ta đã biết do
nhiệt độ tang lên phân áp suất giảm. Do đó tùy thuộc vào phương pháp sấy và thiết
bị sấy mà dòng ẩm dịch chuyển dưới tác động của nồng độ và dòng ẩm dưới tác
động của nhiệt độ có thể cùng hoặc ngược chiều nhau.
Ta có thể biểu thị tốc độ khuếch tán nội bằng phương trình sau:
Trong đó:
W là lượng nước khuếch tán (kg)
dlà thời gian khuếch tán (giờ)
F là diện tích bề mặt khuếch tán (m2)
k là hệ số khuếch tán
là gradient độ ẩm
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển cùng chiều nhau sẽ làm thúc đẩy q trình
thốt ẩm, rút ngắn thời gian sấy.
Nếu hai dòng ẩm dịch chuyển ngược chiều nhau sẽ kìm hãm sự thốt ẩm,
kéo dài thời gian sấy.
1.2.2. Quá trình khuếch tán ngoại.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

3


Là quá trình dịch chuyển ẩm từ lớp bề mặt của vật liệu sấy vào mơi trường
khơng khí xung quanh. Động lực của quá trình này là do sự chênh áp suất hơi trên
bề mặt của vật ẩm và phân áp suất hơi trong mơi trường khơng khí.
Lượng nước bay hơi trong quá trình khuếch tán ngoại thực hiện được dưới điều kiện
áp suất hơi nước trên bề mặt (Pbm) lớn hơn áp suất riêng phần của hơi nước trong
không khí (Pkk). Sự chênh lệch đó là:
Lượng hơi nước bay hơi tỉ lệ thuận với P, với bề mặt bay hơi và thời gian làm khơ
ta có:

Tốc độ bay hơi nước được biểu diễn như sau:
Trong đó: W- lượng nước bay hơi (kg)
F - diện tích bề mặt bay hơi(m3)
d là thời gian bay hơi(giờ)
B - hệ số bay hơi.
1.2.3. Mối quan hệ giữa quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại.
Hai q trình này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, quá trình khuếch tán nội
là động lực của quá trình khuếch tán ngoại và ngược lại. Tức là khi khuếch tán
ngoại được tiến hành thì khuếch tán nội mới có thể được tiếp tục và như thế độ ẩm
của nguyên liệu mới được giảm dần. Tuy nhiên trong quá trình sấy ta phải làm sao
cho hai quá trình này ngang bằng với nhau, tránh trường hợp khuếch tán ngoại lớn
hơn khuếch tán nội. Vì khi đó sẽ làm cho sự bay hơi ở lớp bề mặt diễn ra mãnh liệt
làm cho bề mặt của sản phẩm bị khơ cứng, hạn chế sự thốt ẩm. Khi xảy ra hiện
tượng đó ta khắc phục bằng cách sấy gián đoạn (q trình sấy - ủ liên tiếp) mục đích
là để thúc đẩy quá trình khuếch tán nội.
1.3. Các giai đoạn trong q trình sấy.
Q trình làm khơ được chia làm ba giai đoạn:
1.3.1. Giai đoạn nung nóng vật liệu sấy.

Giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy tăng từ nhiệt độ ban đầu cho đến
nhiệt độ bầu ướt tương ứng với mơi trường khơng khí xung quanh, trong giai đoạn
này thì nhiệt độ biến đổi khơng đều và phụ thuộc vào phương án sấy. Ẩm bay hơi
chủ yếu là ẩm liên kết cơ lý do đó tốc độ sấy tăng dần. Đường cong sấy và đường
cong tốc độ sấy trong giai đoạn này là một đường cong, do năng lượng liên kết của

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

4


nước liên kết cơ lý là nhỏ vì vậy đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường
là đường cong lồi.
1.3.2. Giai đoạn sấy đẳng tốc.
Là giai đoạn ẩm bay hơi ở nhiệt độ không đổi (nhiệt độ bầu ướt), do sự
chênh lệch giữa nhiệt độ của vật liệu sấy và nhiệt độ của tác nhân sấy không đổi nên
tốc độ sấy là khơng đổi. Do đó, đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy trong giai
đoạn này là một đường thẳng. Ẩm tách ra trong giai đoạn này chủ yếu là ẩm liên kết
cơ lý và ẩm liên kết hóa lý.
1.3.3. Giai đoạn sấy giảm tốc.
Ở giai đoạn sấy này thì lượng nước cịn lại trong ngun liệu ít và chủ yếu là
nước liên kết có năng lượng liên kết lớn. Vì vậy, việc tách ẩm cũng khó khăn hơn và
cần năng lượng lớn hơn nên đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy thường có
dạng cong. Tuy nhiên, hình dạng của đường cong là phụ thuộc vào dạng liên kết ẩm
trong vật liệu và tùy thuộc vào dạng vật liệu sấy. Độ ẩm của vật liệu cuối quá trình
sấy tùy thuộc vào độ ẩm của mơi trường khơng khí xung quanh.
1.4. Các nhân tố ảnh hưởng tới tốc độ làm khô.
1.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ khơng khí.
Trong các điều kiện khác khơng đổi như độ ẩm khơng khí, tốc độ gió… nâng
cao nhiệt độ của khơng khí sẽ làm nâng cao q trình làm khô. Như vậy ở nhiệt độ

sấy cao tốc độ làm khô tốc độ làm khô sẽ nhanh hơn. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng cao
cũng phải trong giới hạn cho phép, vì nhiệt độ cao ảnh hưởng đến chất lượng sản
phẩm. Mặt khác, sự cân bằng giữa quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại bị
phá vỡ, khuếch tán ngoại thì lớn cịn khuếch tán nội thì nhỏ dẫn đến hiện tượng vỏ
cứng ảnh hưởng sự di chuyển của nước từ trong ra. Nhưng nếu nhiệt độ làm khô
thấp quá dưới giới hạn cho phép thì q trình làm khơ sẽ chậm lại dẫn đến sự thối
giữa, hủy hoại thịt cá. Nhiệt độ làm khô tùy thuộc vào loại nguyên, kết cấu tổ chức
cơ thịt, phương pháp chế biến và nhiều phương pháp khác.
1.4.2. Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối khơng khí.
Độ ẩm tương đối của khơng khí có ảnh hưởng lớn đến q trình làm khơ. Độ
aẩm khơng khí tương đối càng lớn q trình làm khơ sẽ càng chậm. Khi khơng khí
càng khơ tức là độ ẩm càng thấp quá trình khuếch tán tăng, ẩm càng dễ thoát ra hơn.
Tuy nhiên, cần chú ý đến hiện tượng mất cân bằng trong quá trình khuếch tán nội và
ngoại, gây hiện tượng tạo màng cứng. Để tránh hiện tượng này người ta áp dụng
phương pháp làm khô gián đoạn, tức là vừa sấy vừa ủ ẩm.
1.4.3. Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động khơng khí.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

5


Gây ảnh hưởng đến tốc độ làm khô. Tốc độ khơng khí q lớn hoặc q nhỏ
đều khơng có lợi cho quá trình sấy. Nếu tốc độ quá lớn sẽ làm bay sản phẩm hay
khó giữ được nhiệt liệu trên nguyên liệu để cân bằng quá trình sấy. Tốc độ quá nhỏ
sẽ làm cho quá trình sấy lâu dẫn đến sự hư hỏng sản phẩm. Khi đó ngồi sản phẩm
sẽ lên mốc gây thối rữa tạo thành lớp dịch nhày có màu sắc và mùi vị khó chịu. Vì
vậy cần có một tốc độ gió thích hợp, nhất là giai đoạn đầu của q trình làm khơ.
1.4.4. Ảnh hưởng của áp suất tác nhân sấy.
Tốc độ sấy trong khí quyển ở một nhiệt độ nhất định được biểu thị:

Trong đó:

P1 Phân áp suất hơi nước trên bề mặt nguyên liệu (mmHg)
P2 Phân áp suất riêng phần hơi nước trong không khí (mmHg)
B Hệ số bay hơi nước tong khơng khí
B phụ thuộc vào tốc độ gió, hướng gió và cấu tạo của nguyên liệu. Khi sấy ở
áp lực thường có tốc độ gió khơng đổi thì B là một hằng số phụ thuộc vào sự truyền
dẫn ẩm phần trong nguyên liệu và sự trao đổi chất trong máy sấy, Lúc đó hệ số bay
hơi B được đặc trưng bằng hệ số K, tức là:
Như vậy khi sấy trong chân không có nhiệt độ khơng đổi thì tốc độ sấy tỉ lệ
với hiệu số áp suất trên bề mặt nguyên liệu và trong hệ thống sấy. Áp suất P 2 trong
máy sấy giảm thì tốc độ sấy tăng, nhưng quan hệ đó khơng phải là quan hệ bậc nhất.
1.4.5. Ảnh hưởng của kích thước ngun liệu.
Nói chung ngun liệu càng nhỏ, càng mỏng thì tốc độ sấy càng nhanh. Như
đã nói ở trên cả hai quá trình khuếch tán nội và khuếch tán ngoại đều tỷ lệ thuận với
diện tích bề mặt của nguyên liệu. Khi vật có bề mặt hơi nước lớn thì nước trong
nguyên liệu càng dễ bay hơi, vật liệu càng nhanh khô.
Trong những điều kiện khác như nhau thì tơc độ sấy tỷ lệ thuận với diện ích
bề mắt, Và tỷ lệ nghịch với chiều dày của ngun liệu
Trong đó:

S là diện tích bề mặt bay hơi của nhiên liệu.
là chiều dày của nguyên liệu.
B là hệ số bay hơi đặc trưng cho bề mặt nguyên liệu.
1.4.6. Ảnh hưởng của việc ủ ẩm.
Ủ ẩm là công đoạn tiếp theo của bán thành phẩm, sau khi đã sấy khơ một
thời gian. Vì vậy ủ ẩm là mục đích của q trình sấy khơ gián đoạn để đảm bảo sự
di chuyển của nước trong sản phẩm ra bề mặt được đều hơn, rút ngắn thời gian sấy
khô. Nhưng quá trình ủ ẩm phải là một thời gian nhất định và thời gian sấy khô ban
đầu cũng không được quá ngắn hoặc quá dài. Nếu thời gian sấy quá ngắn thì bề mặt

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

6


ngồi của ngun liệu chưa khơ nên khi ủ ẩm sẽ làm cho bề mặt ngồi của bán kính
thành phẩm xảy ra hiện tượng sinh ra nhớt. Ngược lại thời gian sấy q lâu thì bề
mặt ngun liệu q khơ sẽ ảnh hưởng tới thời gian ủ ẩm, ảnh hưởng chất lượng sản
phẩm. Vì vậy cần chú ý đến chế độ sấy khơ gián đoạn cho thích hợp với từng loại
nguyên liệu.
1.4.7. Ảnh hưởng của bản thân nguyên liệu.
Nguyên liệu đưa vào làm khơ cần xét đến thành phần hóa học như: nước,
mỡ, protit, chất khoáng, kết cấu tổ chức rắn hay lỏng lẻo…Ví dụ: Cá tươi hay ươn,
mặn hay nhạt…căn cứ vào các yếu tố đó ta chọn chế độ khơ cho thích hợp.
Tỷ lệ càng lớn thì q trình làm khơ sẽ càng nhanh, bề mặt ngun liệu nhẵn và
sáng thì tốc độ khơ sẽ chậm.
1.5. Các phương pháp sấy và thiết bị sấy.
Căn cứ theo phương pháp sấy mà người ta phân loại các thiết bị sấy
Phương pháp sấy nóng:
Ở phương pháp này vật liệu được đốt nóng. Hệ thống sấy nóng thường được
phân loại theo phương pháp cung cấp nhiệt, bao gồm các thiết bị sau đây:
Hệ thống sấy đối lưu:
Trong hệ thống sấy này vật liệu sấy sẽ nhận nhiệt đối lưu từ tác nhân sấy là
khơng khí nóng hoặc khói lị. Đây là loại hệ thống sấy phổ biến hơn cả trong hệ
thống sấy đối lưu người ta phân ra: Hệ thống sấy buồng, hệ thống sấy hầm, hệ
thống sấy thùng quay, hệ thống sấy tháp, hệ thống sấy khí động.
Hệ thống sấy tiếp xúc:
Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một bề mặt nóng. Như vậy, trong hệ thống sấy tiếp
xúc người ta tạo ra độ chênh lệch phân áp suất nhờ tăng phân áp suất trên bề mặt vật
liệu sấy.

Hệ thống sấy bức xạ:
Vật liệu sấy nhận nhiệt từ một nguồn bức xạ để ẩm dịch chuyển từ bên trong
vật liệu sấy ra bề mặt và khuếch tán vào môi trường. Hệ thống sấy bức xạ người ta
tạo ra sự chênh lệch phân áp suất hơi nước giữa vật liệu sấy và môi trường xung
quanh chỉ bằng cách đốt nóng vật liệu sấy.
Các hệ thống sấy khác:
Hệ thống sấy bằng dòng điện cao tần và hệ thống sấy dung năng lượng điện
từ trường.
Ưu nhược điểm của phương pháp sấy nóng:
Ưu điểm: Phương pháp sấy nóng phổ biến và thiết bị sấy đa dạng, áp dụng
cho nhiều loại vật liệu sấy, dải nhiệt độ nóng rộng dễ điều chỉnh cho mỗi loại vật
liệu sấy, nguồn nhiệt cung cấp phong phú và chi phí đầu tư thiết bị không cao.
Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

7


Nhược điểm: khơng thích hợp cho một số loại vật liệu, chất lượng sản phẩm
không cao, màu sắc sản phẩm dễ biến đổi và chi phí năng lượng cao.
Phương pháp sấy lạnh
Thực hiện bằng cách làm giảm độ chứa ẩm của khơng khí nhờ tách ẩm ở dàn
lạnh. Khi đó ẩm dịch chuyển từ bề mặt vào môi trường xung quanh có thể xảy ra ở
nhiệt độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn 0. Phương pháp sấy lạnh bao gồm các hệ thống sấy
sau: hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0, hệ thống sấy chân không thăng hoa, hệ
thống sấy chân khơng.
1.6. Quy trình chế biến và sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy
1.6.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến gỗ của nhà máy
Gỗ trịn được đưa về nhà máy
Xẻ gỗ theo quy cách
Xếp, buộc thành từng kiêu gỗ

Đưa vào buồng sấy
Sấy khô
Chế biến thành sản phẩm
Đưa xuất khẩu
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ chế biến gỗ của nhà máy
Nguyên liệu chế biến chủ yếu là gỗ thông, gỗ keo, gỗ quế để xuất khẩu dùng
làm các tấm ván nền nhà…Các loại gỗ này được thu mua từ các nơi vận chuyển về
nhà máy. Ban đầu gỗ được đưa vào xẻ thành các kích thước đã được đặt sẵn của
khách hàng, tiếp đó gỗ được cơng nhân xếp thành từng bó sau đó được đưa vào
buồng sấy nhờ máy nâng. Gỗ được sấy trong buồng sấy khi đạt yêu cầu thì đưa ra
chế biến rồi xuất khẩu.
1.6.2. Thuyết minh q trình cơng nghệ.
Ngun lý làm việc của hệ thống sấy: Gỗ sau khi xẻ được đưa vào buồng sấy
nhờ xe nâng. Sau khi vận chuyển gỗ vào đủ ta tiến hành cấp nhiệt và đồng thời cấp

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

8


ẩm vào buồng sấy. Nhiệt được lấy từ lò hơi trao đổi nhiệt qua calorifel nhờ quạt đảo
chiều.

Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy ở nhà máy
1,2,3,4 – là các lò sấy; 5- dàn calorifer; 6- dàn phun ẩm; 7- quạt; 8- bình gom hơi; 9nồi hơi; 10- bình chứa nước
Gỗ trước khi đưa vào buồng sấy được công nhân xếp thành các kiêu gỗ. Sau
khi xếp xong buộc lại cẩn thận thì được xe nâng chuyển vào buồng sấy.
Sơ đồ gỗ xếp thành kiêu như sau:

Hình 1.3. Bó gỗ đưa vào buồng sấy

Hình 1.4. Sơ đồ ngun lý hệ thống nồi hơi
Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

9


1- Nhiên liệu vào ; 2- quạt ; 3 – balong hơi + nước ; 4 – balong nước ; 5 – hệ thống
ống xem mức ; 6 - ống hút khói ra ngồi ; 7- đồng hơc đo áp suất ; 8 – hơi cấp ;9 –
các van an toàn ; 10 – đượng xả đáy ; 11- đượng nước cấp.
Nguyên lý làm việc của hệ thống lò hơi: Nước được cấp từ các bình chứa đã được
làm sạch vào trong lò hơi. Nhà máy tận dụng gỗ phế liệu làm nhiên liệu đốt, các ống
trao đổi nhiệt trong lò hơi nhận nhiệt trao đổi nhiệt với nước trong ống. Nước nhận
nhiệt sinh hơi với áp suất khoảng (4 – 5 at) đưa tới calorifel. Khói lị được quạt hút
ra đưa về qua bể xử lý rồi thải qua mơi trường.
Các chế độ sấy gỗ: Tại nhà máy có hai kiểu buồng sấy gỗ đó là buồng bán tự động
và buồng tự động.
+ Ở buồng bán tự động: vận hành theo chế độ sấy của 2 thông số tk và tư.
+ Ở buồng tự động: chế độ sấy vận hành theo 3 thông số tk, và
Ẩm được phun vào khi bắt đầu sấy gỗ để đạt được độ ẩm thích hợp. Nếu các
chế độ sấy làm việc khơng đúng thì ta có thể phun ẩm hoặc xả ẩm để điều chỉnh.
Hệ thống sử dụng quạt 2 chiều (đảo chiều) để quạt gió trao đổi nhiệt cưỡng
bức với calorifel. Cứ 2 – 3h đảo chiều 1 lần.
Nhiệt độ bầu khô được đo bằng nhiệt kế thủy ngân đặt ở sau giàn calorifel.
Nhiệt độ bầu ướt cũng được đo ở sau giàn calorifel đặt ở giữa tường.
1.7. Tổng quan về công nghệ sấy gỗ.
1.7.1. Khái niệm về sấy gỗ.
Sấy gỗ là quá trình khử ẩm từ gỗ bằng cách làm chất ẩm trong gỗ bay hơi.
Trong kĩ thuật đôi khi người ta nến vật liệu để lấy ẩm ra, nhưng đối với gỗ người ta
không dùng phương pháp này.

Hàm lượng nước trong gỗ được đặc trưng bằng độ ẩm của gỗ, là hàm lượng
nước chứa trong gỗ quy về một đơn vị khối lượng gỗ.
Mục đích cơng nghệ của sấy gỗ là làm thay đổi, giảm độ ẩm cho phù hợp với
môi trường sử dụng và yêu cầu công nghệ gia công gỗ.
Sự thay đổi độ ẩm dẫn đến sự thay đổi hình dạng, kích thước gỗ. Vì vậy độ
ẩm của chi tiết gỗ trong kết cấu hay cơng trình cần phải ổn định hình dạng, kích
thước trong mơi trường sử dụng.
Tóm lại, mục đích cơng nghệ của sấy gỗ là để phịng trước sự thay đổi hình
dạng, kích thước chi tiết đã hình thành.
1.7.2. Mục đích của sấy gỗ.
Mục đích của sấy gỗ là để nâng cao độ bền của cơng trình và sản phẩm từ gỗ.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

10


+ Sấy gỗ để gỗ không bị mốc, mọt, mối; giữ được ổn định hình dạng, kích
thước, giảm được cong vênh, nứt nẻ lúc gia công và sử dụng.
+ Sấy gỗ để giảm trọng lượng chi tiết, cơng trình gỗ, đảm bảo được chất
lượng dán keo và trang sức bề mặt.
1.7.3. Tầm quan trọng của sấy gỗ.
Gỗ phải được sấy trong bất kỳ một q trình gia cơng, chế biến gỗ nào (sản
xuất đồ mộc, sản xuất gỗ dán, ván nhân tạo, sản xuất kết cấu xây dựng từ gỗ, chế
biến song mây tre, làm hang thủ công mỹ nghệ…)
Sử dụng gỗ tươi, hoặc gỗ sấy có độ ẩm chưa đạt yêu cầu sẽ dẫn đến giảm
thời gian sử dụng sản phẩm, hoặc hủy bỏ (hàng sơn mài xuất khẩu bị nứt, hàng song
mây tre bị mốc, chi tiết đồ mộc bị cong vênh, co rút, giãn nở không lắp lẫn được
hoặc nắp xong bị nứt, bị hỏng…; kết cấu xây dựng bị mục, mọt…
Vì vậy nhiệm vụ chủ yếu của sấy gỗ là giảm đều độ ẩm toàn chồng gỗ, trong

thanh gỗ đem sấy theo tiết diện và chiều dài để đảm bảo chất lượng vật liệu.
1.7.4. Các khuyết tật của gỗ sấy sản sinh trong quá trình sấy.
a. Cong vênh.
Gỗ bị cong vênh là do các bộ phận của gỗ bị co rút không đồng đều sinh ra
(co rút không đồng đều theo các chiều thớ khác nhau). Nếu độ cong vênh ở các loại
ván khác nhau có khác nhau, đối với ván tiếp tuyến là nghiêm trọng nhất. Để hạn
chế mức độ cong vênh cần tuân theo các biện pháp sau: khi xếp đống cần sử dụng
thanh kê có bề dày đều nhau và phải đặt đúng vị tí của thanh kê, cự ly thanh kê
khơng nên cách xa nhau quá.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

11


b. Gỗ bị nhăn mặt.
Sự nhăn mặt gỗ là một hiện tượng biểu hiện trạng thái biến dạng hết sức
mãnh liệt và khơng tốt. Có khi do gỗ bị nhăn mặt mà sinh ra nứt nẻ lớn. Khuyết tật
này thường xảy ra ở một số loại gỗ nhất định. Để tránh hiện tượng này, khi sấy
không nên sử dụng nhiệt độ sấy quá cao và không được phép tăng nhiệt độ quá mức
quy định của chế độ sấy.
c. Nứt nẻ.
Là do sự phát sinh ứng suất quá lớn bên trong gỗ làm cho các thớ gỗ bị phá
hoại. Ứng suất hình thành ở các giai đoạn sấy đầu sẽ gây nên nứt ngồi. Cịn ứng
suất hình thành ở các giai đoạn sấy sau sẽ gây nên nứt trong. Để tránh nứt nẻ ở bề
mặt ván ta cần tuân thủ chế độ sấy, nhất thiết không được hạ thấp độ ẩm của môi
trường sấy xuống quá đáng so với quy định của chế độ sấy.
1.7.5. Các phương pháp sấy gỗ.
Cũng như các phương pháp sấy khác, đối với gỗ có các phương pháp sấy sau:
hong khô, sấy chân không, sấy ngưng tụ ẩm, sấy cao tần, sấy hơi nước quá nhiệt, sấy qui

chuẩn, sấy bằng năng lượng mặt trời, sấy gỗ trong chất lỏng, sấy ly tâm.
Sấy hong khô (phơi nắng): Sử dụng năng lượng mặt trời để tách ẩm ra khỏi
vật liệu sấy.
Sấy chân không:Nguyên lý của phương pháp sấy chân không là sự phụ thuộc
điểm sôi của nước và áp suất.Nếu làm giảm áp suất trong thiết bị chân khơng xuống
đến áp suất mà tại đó nước trong gỗ bắt đầu sôi và bốc hơi,sẽ tạo sự chênh lệch áp
suất trong gỗ và mơi trường làm cho dịng ẩm dịch chuyển từ trong ra bên ngoài
mặt gỗ
Sấy ngưng tụ ẩm: Khơng khí nóng và ẩm sau khi đi qua đống gỗ trong lò sấy,
phần lớn sẽ được hút qua dàn lạnh. Hơi nước trong khơng khí sẽ ngưng tụ lại thành
nước và được đưa ra ngồi. Khơng khí lạnh chứa hàm lượng ẩm thấp này được làm
nóng trở lại sẽ rất khô (độ ẩm thấp) sau khi đi qua đống gỗ làm cho gỗ khô. Sau khi
đi qua đống gỗ làm cho nước trong đống gỗ thốt ra làm khơng khí ẩm trở lại và
q trình sấy cứ vậy lặp lại.
Áp dụng cho các loại gỗ cứng và dày sấy ở nhiệt độ thấp.
Dễ dàng tự động hóa.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

Trình bày tổng quan12
các
phương pháp sấy này


Độ ẩm cuối cùng khơng địi hỏi q thấp.
Năng suất sấy thấp
Sấy cao tần: Sấy cao tần là phương pháp sấy trong từ trường của dịng điện
xoay chiều có tần số cao
Nguyên lý: Qua chuyển động của các phân tử mang điện, dưới sự ảnh hưởng
của từ trường, dòng điện xoay chiều có tần số cao, hình thành chuyển động ma sát

và chuyển hóa thành nhiệt làm hóa hơi nước trong gỗ và làm khô gỗ.
Sấy cao tần: Thời gian sấy ngắn,dễ dàng cơ giới và tự động hóa ,chất lượng gỗ sấy
đảm bảo,phương pháp Sấy này thì phù hợp cho các loại gỗ có hình thù và kích
thước đa dạng và phức tạp,tổn thất nhiệt rất ít.
Sấy hơi quá nhiệt:Sấy hơi quá nhiệt là phương pháp sấy gỗ trong mơi trường
hơi nước có nhiệt độ lớn hơn 100 oC (cao hơn điểm sôi của nước, thường sấy ở 110
oC), làm cho nước trong gỗ hầu như được chuyển hóa thành dạng hơi nước tạo ra
chênh lệch áp suất lớn giữa tế bào gỗ và mơi trường bên ngồi (2atm) làm cho hơi
nước dịch chuyển thốt ra ngồi.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

13


CHƯƠNG II: TÍNH TỐN NHIỆT HỆ THỐNG SẤY BUỒNG ĐỂ
SẤY GỖ
Khi tính tốn nhiệt hệ thống sấy buồng ta có thể tiến hành theo các bước sau đây:
- Căn cứ vào yêu cầu công nghệ, chúng ta phải quyết định chế độ sấy, chế độ
sấy được hiểu chủ yếu là nhiệt độ vào của tác nhân sấy và thời gian sấy.
- Tính khối lượng vật liệu sấy vào ra buồng sấy.
- Tính lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ W(kg ẩm/h).
- Xác định thông số tác nhân sấy trước và sau calorifer.
- Xây dựng quá trình sấy lý thuyết mà nội dung cơ bản của nó là tính lượng
khơng khí khơ cần thiết Lo (kgkk/h).
- Xác định kích thước cơ bản của buồng sấy.
- Tính tất cả các tổn thất nhiệt có thể có.
- Xây dựng q trình sấy thực. Nhiệm vụ chủ yếu của phần này là tính lượng
tác nhân sấy cần thiết L (kgkk/h) và nhiệt lượng Q (kj/h) mà calorifer cần
cung cấp.

2.1. Chọn chế độ sấy.
Do gỗ là vật liệu rất dễ cong vênh, nứt lẻ do đó ngồi nhiệm vụ làm khơ gỗ thì ta
phải chọn chế độ sấy làm sao cho gỗ không được cong vênh, nứt lẻ. Vì vậy phải địi
hỏi một chế độ sấy hết sức nghiêm ngặt với thời gian sấy khá dài. Dựa vào thực
nghiệm ta chọn được chế độ sấy như sau:
- Giai đoạn (1) tăng nhiệt, phun ẩm:
+ Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 =50oC
+ Độ ẩm của gỗ: 1 =62% ; 2 =60%
+ Thời gian sấy: =16h
- Giai đoạn (2)
+ Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 =60oC
+ Độ ẩm của gỗ: 1 =60% ; 2 =30%
+ Thời gian sấy: =168h
- Giai đoạn (3)
+ Nhiệt độ tác nhân sấy: t1 =70oC
+ Độ ẩm của gỗ: 1 =30%; 2 =10%
+ Thời gian sấy: =120h
- Giai đoạn (4) xử lý ẩm và quạt nguội: =16h
2.2. Khối lượng vật liệu sấy ra vào mỗi giai đoạn.
Theo yêu cầu thiết kế năng suất đầu vào của hệ thống sấy lạnh là: 20m3/mẻ.
Ta có khối lượng riêng của gỗ khi đưa vào buồng =564kg/m3.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

14


Nếu gọi G1 , G2 , 1 , 2 tương ứng là khối lượng và độ ẩm tương đối của vật
liệu sấy đi vào và đi ra khỏi thiết bị sấy thì rõ ràng lượng ẩm đã bốc hơi trong thiết
bị sấy bằng:

W = G 1 – G2
hay W = G1.1 – G2.2
hay W =
Trong đó 1 và 2 được viết theo giá trị thực.
Do đó khối lượng vật liệu tuyệt đối trước và sau q trình sấy khơng đổi và
bằng nhau nên ta có:
Gk =G1.(1) =G2.(1 – 2)
 G2=G1. ; kg
Ta có: G11 =564,40 =21840 kg
- Giai đoạn (1)
G21=G11. =21840. =20748 kg
- Giai đoạn (2)
G12 = G21 =20748 kg
G22=G12. =20748. =11856 kg
- Giai đoạn (3)
G13 = G22 =11856 kg
G23 = G13 . =11856. =9221kg
2.3. Lượng ẩm cần bốc hơi.
Lượng ẩm cần bốc hơi trong cả quá trình là:
W= G1 – G2 (kg)
Lượng ẩm cần bốc hơi trong một giờ:
W= kg/h
Trong đó: là thời gian sấy.
- Giai đoạn (1)
W1= = = 68,25 kg/h
- Giai đoạn (2)
W2= = = 53 kg/h
-

Giai đoạn (3)

W3= = = 22 kg/h

2.4. Xác định các thông số ngoài trời.
Do địa điểm khảo sát cũng như để thiết kế hệ thống sấy ở Thái Nguyên nên
thông số khơng khí ngồi trời ta tra trong bảng. Nhưng để tiện cho q trình tính
tốn ta lấy:
Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

15


- Nhiệt độ mơi trường trung bình năm to =25o C.
- Độ ẩm tương đối trung bình năm o =85%.
Như vậy điểm 0 có cặp thơng số (to;o) ta dễ dàng xác định được lượng chứa ẩm
do và entanpy Io trên đồ thị I-d. Các thơng số này cũng có thể tính theo các cơng
thức giải tích. Khi đó:
- Lượng chứa ẩm do:
do =0.621
Trong đó : o :Độ ẩm tương đối ở thời điểm 0,o=85%
Pb: Phân áp suất bão hòa.
B=1at=0.98 bar : Áp suất khí quyển.
Trong đó Pb:
Pb=exp I 0  1, 004.25  0, 0172(2500  1,842.25)  69, 4kj / kgkk
Thay số:
4026, 42 �
�
12 
�
�
Pb=exp � 235,500  25 =0.031bar

Vậy lượng chứa ẩm do:

0,85.0, 0315
 0, 0174
0, 98  0,85.0, 0325
(kgâ/kgkk)
Nhiệt dung riêng dẫn suất:

d 0  0, 62
-

Cdx( d 0 )  C pk  C pa .d 0

Trong đó: Cpk, Cpa tương ứng là nhiệt dung riêng của khơng khí khơ và hơi
nước. Lấy Cpk=1,004KJ/KgK; Cpa=1,842KJ/KgK.
Thay số:

Cdx(d 0 )  1, 004  1,842.0, 0174  1, 036 KJ / kgK .
-

Entanpy I0:

I 0  C pk .t0  d 0 (r  C pa .t0 )
Trong đó: r=2500KJ/kgKK – nhiệt ẩm hóa hơi của nước.
Do đó:

I 0  1, 004.25  0, 0172(2500  1,842.25)  69, 4kj / kgkk

2.5. Xác định entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy.

Entanpy của tác nhân sấy trước quá trình sấy của từng giai đoạn I 1 có thể được
xác định bằng đồ thị I-d theo cặp thơng số (d 1; t1) trong đó d1=d01, như vậy ta xác
định được điểm 1. Các thơng số cịn lại của điểm 1 ta dễ dàng tìm được như 1; I1. Do

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

16


đây là q trình đốt nóng được chọn theo thiết kế. Từ đó tìm được I 1 hoặc có thể tính
bằng giải tích.
I1=Cpk.t1+d1.(r+Cpat1)
Trong đó t1 đã chọn trước lần lượt là 50oC; 60oC; 70oC
Thay số vào từng giai đoạn ta được.
-

Giai đoạn (1):
I11=1,004.50+0,0174(2500+1,842.50)=95,3 kJ/kg.
Giai đoạn (2):
I12=1,004.60+0,0174(2500+1,842.60)= 105,66 kJ/kg.
Giai đoạn (3):
I13=1,004.70+0,0174(2500+1,842.70)= 116,024 kJ/kg.
Chọn nhiệt độ tác nhân sấy sau quá trình sấy sao cho bé nhất để giảm tối

thiểu tổn thất nhiệt do tác nhân sấy mang đi nhưng cũng phải hết sức quan tâm việc
chọn t2 sao cho không được đọng sương. Theo kinh nghiệm chọn t2= 31oC; 33oC; 35oC.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

17

2.6. Xây dựng quá trình sấy lý thuyết.

Hình 2.1. Đồ thị I-d của quá trình sấy lý thuyết.
Xác định các thơng số tác nhân sấy sau q trình sấy lý thuyết.
- Trạng thái A là trạng thái khơng khí ngồi trời.
- Trạng thái B là trạng thái đầu của quá trình sấy
- Trạng thái C0 là trạng thái tác nhân sấy sau q trình sấy lý thuyết hồn tồn
xác định được nhờ cặp thông số (t2; I2=I1). Khi điểm C0 đã được xác định trên
đồ thị I-d thì lượng chứa ẩm d 20 và 20 cũng hoàn toàn xác định được. Các đại
lượng này cũng có thể xác định bằng giải tích:
Lượng chứa ẩm d2:

d

20

 d 1  C dx

(d 1)(t 1  t 2)

i

2

( )(  )
 d 1  C dx d 1 t 1 t 2
r  C pat 2

Trong đó: Cdx(d1)=Cpk+Cpad1
Vì d1=d0 Cdx(d1)=Cdx(d0) ; r =2500kJ/kgK; Cpa=1,842kJ/kgK
Thay số vào từng giai đoạn.
- Giai đoạn (1)
d201=0,0174+ =0,0251 kg ẩm/kg kk
- Giai đoạn (2)
d202=0,0174+ =0,0283 kg ẩm/kg kk
- Giai đoạn (3)
d203=0,0174+ =0,0315 kg ẩm/kg kk
Như đã nói ở trên nhiệt độ t 2 được chọn theo kinh nghiệm. Do đó, ta tính 2 để
kiêm tra xem tính hợp lý khi chọn t2.
Độ ấm tương đối 2 :

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

18


203 

0,98.0, 0315
 0,85  85%
0, 0558(0, 621  0, 0315)

Trong đó:
Thay số:
- Giai đoạn (1)

�
4026, 42 �

�
�
Pb 2  exp �
12 
�; bar
� 235,500  t 2 �

(4.11)

4026, 42 �
�
Pb 21  exp �
12 
� 0, 0446bar
� 235,500  31
-

Giai đoạn (2)

4026, 42 �
�
Pb 2 2  exp �
12 
� 0, 05bar
235,500

33
�
-

Giai đoạn (3)

4026, 42 �
�
Pb 23  exp �
12 
� 0, 0558bar
� 235,500  35
Thay vào ta tính được độ ẩm tương đối:
Giai đoạn (1)

201 

0,98.0, 0251
 0,85  85%
0, 0446(0, 621  0, 0251)

Giai đoạn (2)

 20 2 

0,98.0, 0283
 0,854  85%
0, 05(0, 621  0, 0283)

Giai đoạn (3)

 203 

0,98.0, 0315

 0,85  85%
0, 0558(0, 621  0, 0315)

Lượng khơng khí lý thuyết
Ta có lượng ấm do lkg khơng khí khơ mang ra trong q trình sấy là:

d  d 2  d 0  d 2  d1 kgâm/kgkk
Như vậy, lượng khơng khí khơ cần thiết đê bốc hơi 1 kg ẩm trong quá trình sấy là:

l0 

1
1
1


d d 2  d 0 d 2  d1 (kgkk/kgâm)

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

19


Thay số:
- Giai đoạn (1)

l0 

1
 130

0,0251  0, 0174
kgkk/kgâm

l0 - gọi là lượng tiêu hao khơng khí riêng.
Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng khơng khí khơ là:
L0 =W1.l0 = 68,25.130 = 8864 kgkk/h
- Giai đoạn (2)

1
 92
0, 0238  0, 0174
kgkk/kg âm
Vậy để tách W kg ẩm trong 1 giờ thì lượng khơng khí khô là:
L0 = W2.l0 = 53.92 = 4863kgkk/h
Giai đoạn (3)
l0 

1
 71
0, 0315  0, 0174
kgkk/kg ẩm
Vậy để tách wkg ẩm trong 1 giờ thì lượng khơng khí khơ là:
L0 = W3.l0 = 22.71 = 1560kgkk/h
l0 

2.7. Xác định các kích thước cơ bản của hệ thống sấy.
Kích thước của buồng sấy phụ thuộc vào năng suất của buồng sấy và đặc
điểm kích thước của vật liệu sấy.
Năng suất của buồng sấy là 20m3/mẻ, cịn kích thước của gỗ đưa vào sấy có
kích thước như sau:

Do gỗ sấy nhằm mục đích là tấm ván sàn nên kích thước đã ược đặt sẵn
- Chiều dài của thanh gỗ có kích thước lgỗ = 2000 mm.
- Chiều dầy của thanh gỗ có kích thước là gỗ= 37 mm.
- Chiều rộng của thanh gỗ có kích thước là rgỗ = 100 mm.
Để cho khả năng vật liệu được chất cao thì ta dùng xe nâng để đưa từng bó gỗ vào
chồng lên nhau, như thế sẽ đảm bảo được vật liệu không bị đổ, năng suất cao chiếm
ít diện tích.
Cách bố trí gỗ như hình vẽ: do chiều dài của gỗ 2000mm nên ta bố trí gỗ để ngang
là 2 hàng, với mỗi bó gỗ cao l000mm và khoảng trống giữa các bó là l000mm đê dễ
đưa vật liệu ra vào, cách trần 300mm.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

20


Hình 2.2. Mặt cắt ngang buồng sấy

Bó gỗ

- Chiều cao của buồng sấy là:
H = H1 + H2 + H3; mm
Trong đó:
H1 là chiều cao khoảng trống trên để tuần hồn khí và đặt quạt H1 = 700mm.
H2 là khoảng cách giữa gỗ và tấm chắn, H2 = 300mm.
H3 là chiều cao chất gỗ, H3 = 3200mm.
Vậy chiều cao buồng sấy là:
H = 700 + 300 + 3200 = 4200mm.
- Chiều rộng của buồng sấy được tính:
r = 2.r1 + r2 + 2.r3, mm Trong đó:

- r1 là khoảng cách giữa gỗ và tường, r1 = 250mm;
- r2 là khoảng cách giữa hai bó gỗ, r2 = 100mm;
- r3 là chiều dài của thanh gỗ, r3 = 2000mm;
Vậy chiều rộng của buồng sấy là:
r = 2.250 + 100 + 2000.2 = 4600mm;
- Chiều dài của buồng sấy được tính(L):
Chọn thể tích khơng gian thống để mơi chất tuần hồn là:
Vt = l00m3;
Vậy tổng thể tích khơng gian của buồng sấy là:
Vb = Vt + Vgỗ = 100 + 20 = 120 m3;
Ta lại có:
H.L.r = Vb => L = = =6,2m
2.8. Tính các tổn thất.
Khi tính tốn thất ta tính riêng cho từng giai đoạn.
2.8.1. Giai đoạn 1.
2.8.1.1. Tổn thất qua kết cấu bao che.

Thiết kế hệ thống điều khiển sấy gỗ với năng suất 20m3/mẻ

21