Luận văn tính toán và thiết kế mô hình thực nghiệm sấy lạnh ứng dụng để sấy gỗ

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Tên đề tài:
“XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY LẠNH VÀ
ỨNG DỤNG ĐỂ SẤY GỖ”

GVHD : TS. TRẦN VĂN VANG
SVTH : NGUYỄN VĂN MINH
LỚP : 05N1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH
o0o

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chương CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Chương I TỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH

Chương II KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU VỀ GỖ

Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
SẤY GỖ SỬ DỤNG BƠM NHIỆT

Chương IV GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH SẤY BƠM NHIỆT

Chương V NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Chương VI KẾT LUẬN
CH NG M Đ UƯƠ Ở Ầ



Đặt vấn đề:
Gỗ là loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong dân dụng cũng như
trong công nghiệp,bởi chúng có những ưu điểm vượt trội so với một số loại
vật liệu khác.Tuy nhiên, với cách chế biến hiện nay, phương pháp sấy nóng
và sấy đối lưu đòi hỏi thời gian sấy lâu. Do đó, trong thời gian gần đây đã
có nhiều nghiên cứu nhằm rút ngắn thời gian sấy như phương pháp sấy chân
không nhưng đạt hiệu quả thấp. Vì vậy, nghiên cứu sấy gỗ bằng phương
pháp sấy lạnh là điều cần thiết hiện nay. Vì theo lý thuyết sấy lạnh cho phép
sấy vật liêu nhanh nhưng lại đảm bảo chất lượng vật sấy

Mục tiêu của đề tài:
- Tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình thực nghiệm sấy lạnh để sấy thí
nghiệm gỗ.
-
Xây dựng chế độ sấy phù hợp đảm bảo thời gian sấy ngắn nhất nhưng
chất lượng gỗ vẫn đảm bảo.

Ch ng Iươ
T NG QUAN V S Y L NHỔ Ề Ấ Ạ
1.1 Sấy lạnh
Trong phương pháp sấy lạnh, người ta tạo độ chênh áp suất hơi nước giữa
vật liệu sấy và tác nhân sấy bằng cách giảm phân áp suất hơi nước ph trong tác
nhân sấy nhờ giảm độ chứa ẩm d.
1.2 Các phương pháp sấy lạnh
1.2.1 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0oC
Với các hệ thống sấy (HTS) lạnh này , người ta tìm cách giảm phân áp suất
hơi nước của TNS bằng cách giảm độ chứa ẩm d kết hợp với quá trình làm lạnh
(sau khử ẩm bằng hấp thụ) hoặc đôt nóng (sau khử ẩm bằng làm lạnh)
1.2.2 Hệ thống sây thăng hoa

Là HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn trực tiếp biến thành hơi
đi vào TNS
1.2.3 Hệ thống sấy chân không
Là HTS lạnh mà trong đó ẩm trong VLS ở dạng rắn phải chuyển qua thể
lỏng trước khi biến thành hơi đi vào TNS

Ch ng IIươ
T NG QUAN V S Y L NHỔ Ề Ấ Ạ
1.3 Ưu, nhược điểm của phương pháp sấy lạnh
1.3.1 Ưu điểm

Ở sấy “lạnh”, nhiệt độ “lò” có thể gia giảm từ 18-45 độ C nên có thể sấy trên tất
cả các loại sản phẩm.

Các chỉ tiêu về chất lượng như màu cảm quan,mùi vị,khả năng bảo toàn vitamin
C cao.

Hiệu suất năng lượng cao hơn cùng với sự thu hồi nhiệt được cải thiện dẫn đến
tiêu thụ năng lượng ít hơn cho mỗi đơn vị nước bay hơi.

Quá trình sấy kín nên không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
1.3.2 Nhược điểm

Giá thành thiết bị cao, tiêu hao điện năng lớn.

Vận hành phức tạp, người vận hành cần có trình độ kỹ thuật cao.

Nhiệt độ sấy thường gần nhiệt độ môi trường nên chỉ thích hợp với một số loại
vật liệu, không sấy được các vật liệu dễ bị vi khuẩn làm hư hỏng ở nhiệt môi
trường như bị ôi, thiu, mốc…


Do cuốn bụi nên có thể gây tắc tại thiết bị làm lạnh.

Ch ng IIươ
T NG QUAN V S Y L NHỔ Ề Ấ Ạ
1.4 Ứng dụng sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt
12
3
1
5
2
4
Hình 2.1 Mô hình máy sấy bơm nhiệt để sấy gỗ

Ch ng IIươ
KH O SÁT NGHIÊN C U V GẢ Ứ Ề Ỗ
2.1 Gỗ và công dụng của gỗ:

Gỗ được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải,
kiến trúc, xây dựng, khai khoáng.

Ngoài ra gỗ còn được dùng làm văn phòng phẩm, nhạc cụ, dụng cụ thể dục thể thao,
đóng toa tàu, thùng xe, thuyền, phà, cầu cống, bàn ghế và dụng cụ học sinh, đồ dùng
trong gia đình, công sở và chuyên dùng như bệnh viện, thư viện

Ch ng II
KH O ST NGHIấN C U V G
2.2 Mt s tớnh cht ca g
1 Cu to g
G cú cu to theo th g v l mụi trng khụng ng hng do ú s co

rỳt ca g theo cỏc hng l khụng ging nhau v cú cu trỳc xp.
2 m cõn bng
í ngha ca m cõn bng : nú dựng
nh m cui cựng ca quỏ trỡnh sy cú
ngha l ta mun sy vt xung m 8% m
dựng mụi trng cú m cõn bng l 10%
thỡ ta khụng bao gi sy xung 8% c dự
thi gian cú di n bao nhiờu , nờn mun sy
xuụng 8% thỡ phi dựng mụi trng cú m
cõn bng <8%.
W, %
,
h
30
10
0
W
cb

W
Quaù trỗnh laỡm khọ cuớa gọự
Quaù trỗnh huùt ỏứm cuớa gọự

Ch ng IIươ
KH O SÁT NGHIÊN C U V GẢ Ứ Ề Ỗ
2.2 Một số tính chất của gỗ
3. Độ ẩm bảo hòa thớ gỗ
Ví dụ : ở Nga : Wbhtg = 23 % - 31% , Đức : Wbhtg = 23% - 39%

Ý nghĩa

Điểm bão hoà thớ gỗ có ý nghĩa lớn vì nó là bước ngoặt của sự thay đổi tính chất gỗ:
Cường độ gỗ, sức co giãn, khả năng dẫn điện của gỗ,.v.v

Khi gỗ có W gỗ = 0 ÷ Wbh thì hiện tượng giãn nở phát sinh, cường độ gỗ giảm, hệ số dẫn
nhiệt tăng.

Khi gỗ có W gỗ = Wbh thì cường độ gỗ giảm xuống tối thiểu, độ giãn nở tối đa, khả năng
dẫn nhiệt ít thay đổi.

Khi gỗ có W gỗ > Wbh thì thể tích, cường độ gỗ, khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt vẫn không
thay đổi.
4. Tính co rút của gỗ
Do cấu tạo gỗ phức tạp nên sự co rút của gỗ theo các hướng không giống nhau ví dụ như tỉ số
co rút giữa hướng tiếp tuyến và xuyên tâm khoảng (1,4 – 2.2) lần.
5. Khả năng dẫn nhiệt
Phụ thuộc vào độ rỗng, độ ẩm ,loại gỗ cũng như nhiệt độ . Gỗ dẫn nhiệt theo phương dọc thớ
lớn hơn theo phương ngang 1,8 lần.

Ch ng IIươ
KH O SÁT NGHIÊN C U V GẢ Ứ Ề Ỗ
2.3 Các phương pháp sấy gỗ hiện nay
2.3.1 Phương pháp hong phơi
Hong phơi là hình thức sấy gỗ tự nhiên .Mặt trời cung cấp năng lượng (nhiệt)
cho việc làm bay hơi nước ở trong gỗ trong khi đó gió lưu thông không khí xung
quanh gỗ
Hình 3.3 Bãi hong phơi gỗ

Ch ng IIươ
KH O SÁT NGHIÊN C U V GẢ Ứ Ề Ỗ
2.3 Các phương pháp sấy gỗ hiện nay

2.3.2 Sấy cưỡng bức
Là phương pháp sấy tạo ra sự đối lưu tuần hoàn cưỡng bức của
không khí nóng trong thiết bị sấy.
Các phương pháp sấy phổ biến hiện nay là:

Sấy đối lưu với tác nhân sấy là không khí nóng.

Sấy đối lưu bằng hơi đốt.

Sấy đối lưu bằng hơi quá nhiệt.

Sấy trong bể dầu.

Sấy gỗ theo phương pháp tiếp xúc.

Sấy bức xạ.

Sấy trong điện trường bằng dòng điện cao tần.

Ch ng IIươ
KH O SÁT NGHIÊN C U V GẢ Ứ Ề Ỗ
2.4 Tại sao lại sấy gỗ bằng phương pháp lạnh ?
Theo lý thuyết nghiên cứu thì sấy gỗ bằng bơm nhiệt có
những ưu điểm sau đây:

Chất lượng gỗ sau khi sấy tốt hơn nhiều so với sấy nóng do
nhiệt độ thấp

Thời gian sấy gỗ nhanh thích hợp khi cung cấp gỗ bổ sung
cho nhà máy


Tiết kiệm được năng lượng do tận dụng được năng lượng tại
dàn nóng và dàn lạnh

Do hệ thống sấy kín nên không phụ thuộc vào nhiệt độ môi
trường

Ch ng IIIươ
TÍNH TOÁN THI T K MÔ HÌNH TH C Ế Ế Ự
NGHI M S Y G S D NG B M NHI TỆ Ấ Ỗ Ử Ụ Ơ Ệ
3.1 Mục đích và yêu cầu của mô hình
1. Mục đích
Mô hình thí nghiệm là mô phỏng của thiết bị sấy sẽ được sử
dụng trong thực tế sản xuất, sau đó nhờ mô hình giúp chúng ta có thể
thuận lợi trong quá trình nghiên cứu quá trình sấy gỗ ở nhiệt độ thấp.
Từ đó xây dựng công nghệ và tìm ra biện pháp nâng cao chất lượng,
hiệu quả cho quá trình sản xuất thực tế sau này.
2. Yêu cầu
- Mô hình phục vụ cho học tập nghiên cứu cho nên phải mang tính
khoa học và độ chính xác cao.
- Có khả năng điều chỉnh được các thông số sấy dễ dàng
- Có hệ thống tự động do thời gian sấy gỗ dài.

Ch ng IIIươ
TÍNH TOÁN THI T K MÔ HÌNH TH C Ế Ế Ự
NGHI M S Y G S D NG B M NHI TỆ Ấ Ỗ Ử Ụ Ơ Ệ
3.2 Chọn các thông số tính toán

Vật liệu sấy
+ Vật liệu sấy : Gỗ thông

+ Độ ẩm ban đầu : ω1 = 60 %
+ Độ ẩm cuối: ω2 = 12 %
+ Khối lượng riêng của gỗ: ρgỗ = 546 kg/m3

Thời gian sấy
Chọn T= 40 giờ

Năng suất máy sấy
Chọn V= 0,1 m3/mẻ.

Ch ng IIIươ
TÍNH TOÁN THI T K MÔ HÌNH TH C Ế Ế Ự
NGHI M S Y G S D NG B M NHI TỆ Ấ Ỗ Ử Ụ Ơ Ệ
3.2 Chọn các thông số tính toán

Tác nhân sấy
•
Thông số không khí trước khi vào thiết bị buồng sấy.
+ Nhiệt độ tác nhân sấy vào thiết bị sấy: t1 = 26 0C.
+ Tốc độ gió là 3,5 ÷ 4 m/s. Ta chọn = 3,5 m/s.
•
Thông số không khí sau khi ra khỏi thiết bi buồng sấy.
Nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi buồng sấy phải lớn hơn nhiệt độ
đọng sương, đồng thời phải đủ khô để VLS không nhận lại ẩm. Lấy
t2=240C.
•
Thông số không khí sau dàn lạnh
+ Nhiệt độ: chon t4 = 9,39 0C.
+ Độ ẩm tương đối: quá trình làm lạnh trong dàn lạnh thường đạt đến
trạng thái bão hòa nên nhiệt độ không khí sau dàn lạnh có thể lấy

φ4=100%.

Ch ng IIIươ
TÍNH TOÁN THI T K MÔ HÌNH TH C Ế Ế Ự
NGHI M S Y G S D NG B M NHI TỆ Ấ Ỗ Ử Ụ Ơ Ệ
3.3 Thông số thiết kế buồng sấy thực nghiệm
- Kích thước bên trong buồng sấy 1100Lx770Wx880H (mm).
- Buồng sấy được bọc cách nhiệt bằng xốp chiều dày 30 mm.
-
Cửa buồng sấy có kích thước 710Lx30Wx470H (mm)
-
Kích thước của miệng thổi và miệng hút 150x770 (mm)
-
Bên trong đặt quạt hướng trục công suất 160 W

Ch ng IIIươ
TÍNH TOÁN THI T K MÔ HÌNH TH C Ế Ế Ự
NGHI M S Y G S D NG B M NHI TỆ Ấ Ỗ Ử Ụ Ơ Ệ
3.4 Thông số thiết kế máy sấy bơm nhiệt
-
Máy nén 12000 BTU/h
-
Hai dàn lạnh diện tích 2 x 0,19 m2
-
Ba dàn nóng diện tích 3 x 0,2 m2
-
Điện trở công suất 0,7 kW
-
Quạt hút (hướng trục) 130kW
Ngoài ra trên hệ thống còn có các thiết bị phụ: bình

chứa cao áp, hai ống mao, hệ thống van điện từ, van
chặn …

Ch ng IVươ
GI I THI U V MÔ HÌNH S Y Ớ Ệ Ề Ấ
TH C NGHI MỰ Ệ
4.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của mô hình
4.1.1 Sơ đồ nguyên lý
2
4
8
5
3
1
1
6
7
12
9
10
3
11
13
14
15

Ch ng IVươ
GI I THI U V MÔ HÌNH S Y Ớ Ệ Ề Ấ
TH C NGHI MỰ Ệ
4.1.2 Sơ đồ cấu tạo

5 6
1
7
11
12
13
15
14
9
10
2 3 4
8

Ch ng IVươ
GI I THI U V MÔ HÌNH S Y Ớ Ệ Ề Ấ
TH C NGHI MỰ Ệ
4.2. Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt
Hình 4.3 Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt

Ch ng Vươ
NGHIÊN C U TH C NGHI MỨ Ự Ệ
5.1 Quy trình thực nghiệm sấy gỗ
Gỗ được chọn để sấy thí nghiệm là gỗ thông
5.1.1 Chuẩn bị gỗ sấy
- Gỗ sấy có kích thước 25Hx100Wx710L (mm) gồm 54 thanh
- Các thanh kê có kích thước 25x25x600 (mm) gồm 27 thanh
- Gỗ được xếp thành đống trong buồng sấy. Khi xếp đống cần chú ý, những thanh
kê ở hai đầu đống gỗ cần phải xếp phẳng với đầu tấm gỗ nhằm giảm tốc độ sấy
để giảm khả năng nứt đầu các tấm gỗ.
5.1.2 Chọn chế độ sây thực nghiệm

Ta tiến hành 2 phương pháp sấy:
- Giữ nguyên chế độ sấy gỗ ( nhiệt độ, độ ẩm) cho đến khi gỗ đạt độ ẩm yêu
cầu.Ta tiến hành 2 bài thí nghiệm ở nhiệt độ 20 và 25oC , độ ẩm thấp nhất có thể.
- Thay đổi chế độ sấy (nhiệt độ, độ ẩm) tùy thuộc từng giai đoạn bốc ẩm của gỗ

Ch ng Vươ
NGHIÊN C U TH C NGHI MỨ Ự Ệ
5.1 Quy trình thực nghiệm sấy gỗ
5.1.3 Phương pháp lấy số liệu
1. Xác định độ ẩm gỗ
- Đo độ ẩm gỗ:Chọn một số thanh ngẫu nhiên đo độ ẩm, sau đó lấy giá trị trung
bình là độ ẩm ban đầu của gỗ đưa vào sấy. Các thanh gỗ có độ ẩm quá cao hoặc
quá thấp sẽ loại ra.
-Bố trí các mẫu gỗ phải thông qua việc lựa chọn tiêu chuẩn để mẫu gỗ đại diện
thích hợp nhất cho toan bộ đống gỗ.Mặt khác cách sắp xếp phải sao cho dễ lấy
ra và xếp vào vị trí trong việc kiểm tra định kỳ suốt quy trình sấy gỗ
- Đo độ ẩm của gỗ nhờ thiết bị đo độ ẩm gỗ cầm tay và phương pháp cân sấy
- Trong quá trình sấy, cứ 6 tiếng lấy mẫu ra đo lại độ ẩm gỗ 1 lần

Ch ng Vươ
NGHIÊN C U TH C NGHI MỨ Ự Ệ
5.1 Quy trình thực nghiệm sấy gỗ
5.1.3 Phương pháp lấy số liệu
2.Xác định trạng thái không khí trong phòng
- Dùng sensor cảm biến nhiệt độ và độ ẩm trong phòng
- Thiết bị đo tốc độ gió trong phòng
3.Xác định chất lượng gỗ sấy
- Độ cong vênh, nứt nẻ dẫn đến không sử dụng vào các mặt hàng cùng
loại đã định ra ban đầu.
- Sự đồng đều về độ ẩm trong đống gỗ và trong từng thanh gỗ sấy

- Độ chai cứng, nhăn nhúm bề mặt gỗ gây khó khăn và hao hụt gỗ trong
quá trình chế biến hàng mộc
- Ít co giãn và biến dạng trong quá trình sản xuất cũng như sử dung sản
phẩm sau này.

Ch ng Vươ
NGHIÊN C U TH C NGHI MỨ Ự Ệ
5.2 Kết quả thực nghiệm
5.2.1 Giữ nguyên chế độ sấy
0 12 24 36 48 60 72 84 92
0
10
20
30
40
50
60
70
Th i gian( h)ờ
Nhi t đ 20ệ ộ
Nhi t đ 25ệ ộ
Đ m g (%)ộ ẩ ỗ
Hình 5.1. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông

Ch ng Vươ
NGHIÊN C U TH C NGHI MỨ Ự Ệ
5.2 Kết quả thực nghiệm
5.2.1 Giữ nguyên chế độ sấy
Kết quả
- Thời gian sấy nhanh (3-4 ngày) hơn khi sấy bằng phương pháp sấy nóng

(7-10 ngày).
- Trên bề mặt gỗ bị nứt nẻ
nhiều, và hầu hết các
thanh đều bi nứt