Thiết Kế Các Bộ Phận Điều Khiển Tự Động Lò Sấy Gỗ Với Qui Mô Nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ QUANG TRUNG

THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LÒ SẤY

GỖ VỚI QUI MÔ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà nội, 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ QUANG TRUNG

THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LÒ SẤY

GỖ VỚI QUI MÔ NHỎ

CHUYÊN NGÀNH: KỶ 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

PGS. TS. VŨ HUY ĐẠI

Hà nội, 2011

1

MỞ ĐẦU

Gỗ là loại vật liệu tự nhiên thân thuộc và gần gũi. Hiện nay với sự phát triển

của khoa học kỹ thuật đã tạo ra các xu hướng sử dụng gỗ hợp lý và nâng cao chất

lượng gỗ đáp ứng nhu cầu xã hội. Như chúng ta đã biết, gỗ là loại vật liệu có hệ số

phẩm chất tương đối cao so với các loại vật liệu khác như: sắt, thép, bê tông,

đá,..nhưng đồng thời gỗ có nhược điểm lớn đó là sự thay đổi kích thước khi gỗ hút

hoặc nhả ẩm. Điều này gây lên các khuyết tật như: cong vênh, nứt nẻ,… ở gỗ. Để

hạn chế nhược điểm đó trong quá trình gia công chế biến và sử dụng đối với mỗi

loại hình sản phẩm, công nghệ, thì gỗ phải được sấy đến độ ẩm nhất định.

Trong những năm gần đây, ngành chế biến gỗ ở Việt Nam đã đạt được tốc

độ phát triển rất cao. Gỗ đã trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu hàng

đầu thu ngoại tệ về cho đất nước. Đồ gỗ xuất khẩu phải là những mặt hàng có chất

lượng cao mà muốn nâng cao được chất lượng sản phẩm gỗ thì trong quá trình gia

công chế biến sấy gỗ là khâu rất quan trọng. Để đảm bảo chất lượng gỗ sấy thì gỗ

cần được sấy trong những lò sấy có chất lượng tốt. Tự động điều khiển quá trình

sấy đang là một xu hướng phát triển trên thế giới. ở Việt Nam xu hướng này cũng

đang là một tất yếu khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Lò sấy với hệ

thống điều khiển tự động cho chất lượng gỗ sấy rất tốt có thể đáp ứng yêu cầu đồ

gỗ xuất khẩu.

Ở nước ta hiện nay đã xuất hiện những lò sấy với hệ thống điều khiển tự

động được nhập khẩu có mức độ tự động hoá khác nhau. Tuy nhiên việc lựa chọn

kết cấu lò sấy và mô hình điều khiển tự động đang gặp rất nhiều khó khăn ở các cơ

sở chế biến.

Trước những đòi hỏi của thực tế sản xuất, được sự phân công của khoa Chế

biến Lâm sản, tôi thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG LÒ SẤY GỖ VỚI QUI MÔ NHỎ”

2

Chương 1

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẤY GỖ

Sấy gỗ là quá trình loại bỏ ẩm ra khỏi gỗ nhờ quá trình bay hơi. Quá trình

bay hơi ẩm được phát sinh khi áp suất riêng của hơi nước trong không khí thấp

hơn áp suất của hơi bão hoà ở nhiệt độ đó, thông thường hơi nước trong không khí

ẩm đều là hơi không bão hoà, do đó mà ở bất kỳ nhiệt độ nào thì đều phát sinh quá

trình bay hơi nước.

Như chúng ta đã biết, gỗ là vật liệu tự nhiên có nguồn gốc sinh học, cấu tạo

và tính chất của gỗ không đồng nhất theo các chiều. Gỗ có hệ số phẩm chất tương

đối cao, nhưng đồng thời cũng có những nhược điểm lớn như gỗ có khả năng hút

và nhả ẩm.Vì thế, gỗ bị thay đổi kích thước và dễ bị cong vênh, nứt nẻ khi độ ẩm

của gỗ thay đổi. Mặt khác hầu hết các tính chất của gỗ đều phụ thuộc đáng kể vào

độ ẩm. Để hạn chế nhược điểm đó trong quá trình gia công chế biến và sử dụng,

đối với mỗi loại hình sản phẩm thì gỗ phải được sấy khô đến độ ẩm nhất định.

Quá trình bay hơi ẩm ra khỏi gỗ ở điều kiện tự nhiên đặc trưng của quá trình

hong phơi gỗ ở môi trường tự nhiên, khi đó bề mặt gỗ được làm nóng nhờ năng

lượng mặt trời. Để nâng cao chất lượng gỗ sấy tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình gia công, chế biến gỗ đồng thời tăng năng suất lao động thì gỗ cần phải được

sấy trong các lò sấy hiện đại, khi đó quá trình truyền nhiệt vào trong gỗ, quá trình

thoát ẩm ra khỏi gỗ sẽ được thúc đẩy bởi hệ thống cấp nhiệt và hệ thống quạt gió

tạo sự tuần hoàn môi trường không khí trong lò sấy.

1.1.1. Lịch sử phát triển và thực trạng công nghệ sấy gỗ trên thế giới

Thời kì gia công gỗ bằng thủ công, con người ta đã biết hong phơi gỗ để

giảm độ ẩm của gỗ trước lúc đưa vào sản xuất đồ mộc. Đến thế kỷ thứ XIX, một

số xưởng gỗ của đường sắt, xưởng làm nhạc cụ có khối lượng tương đối lớn, có

yêu cầu cao về mặt chất lượng, lúc đó mới bắt đầu xây dựng lò sấy thủ công. Từ

3

đó mới có những đề tài nghiên cứu chế độ sấy. Năm 1875 đã bắt đầu xây dựng lò

sấy dùng môi trường sấy bằng không khí nóng, hơi quá nhiệt và khí đốt.

Cùng với sự phát triển của xã hội, công nghiệp gia công cơ giới gỗ cũng phát

triển ngày càng mạnh mẽ, những lò sấy thủ công năng suất thấp, chất lượng kém

không còn đáp ứng được nhu cầu về khối lượng sấy ngày càng lớn và đòi hỏi chất

lượng ngày càng cao. Từ đó đòi hỏi phải ra đời các lò sấy hiện đại về trang thiết

bị, tiên tiến về công nghệ. Trước những đòi hỏi bức thiết của thực tiễn, các công

trình nghiên cứu lý luận về bản chất của quá trình sấy, chế độ sấy gỗ với nhiều loại

môi trường trong các kiểu lò sấy khác nhau ngày càng phát triển sâu rộng ở các

nước trên thế giới.

Hiện nay, đặt biệt ở các nước có nền công nghiệp chế biến gỗ phát triển thì

họ đã cho ra đời các hệ thống điều khiển lò sấy hiện đại về trang thiết bị, tiên tiến

về công nghệ. Cho nên chất lượng sản phẩm sau khi sấy (gỗ) họ đạt được là rất

cao.

1.1.2.Lịch sử phát triển và thực trạng công nghệ sấy gỗ trong nước

Cũng như trên thế giới, từ xa xưa người thợ mộc Việt Nam đã biết sử dụng

phương pháp hong phơi để làm khô gỗ, nhất là khi chế tạo các sản phẩm mộc trạm

trổ có yêu cầu chất lượng cao. Nhưng có thể nói công nghiệp gia công cơ giới gỗ ở

nước ta phát triển rất chậm , đến trước năm 1975 mới chỉ có một số ít lò sấy môi

trường tuần hoàn sấy bằng hơi đốt ở miền Nam và các xí nghiệp sản xuất đồ gỗ,

đồ mộc ở miền Bắc để sấy gỗ xẻ làm nhạc cụ, học cụ, đồ chơi, ván bóc, dăm cho

ván dăm với những qui trình và chế độ sấy áp dụng cho lò sấy nhập nội được cái

tiến.

Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghiệp sản xuất đồ gỗ đã xuất hiện

nhiều kiểu lò sấy với hệ thống công nghệ, trang thiết bị có qui mô khác nhau ở

những doanh nghiệp chế biến gỗ rải rác trên cả nước. Tuy nhiên qua khảo sát một

vài doanh nghiệp cho thấy công tác về sấy gỗ chưa được quan tâm đúng mức, và

4

trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học về sấy gỗ cũng chưa được quan tâm nhiều, chỉ

có một vài đề tài nghiên cứu về phân loại gỗ sấy, thiết bị sấy, kỹ thuật sấy. Do vậy,

việc đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học và cải tiến công nghệ về sấy gỗ để

thấy được tầm quan trọng của khâu sấy gỗ ở Việt Nam là một việc rất thiết thực và

đặt lên tầm cao mới

Trong những năm gần đây, ngành chế biến gỗ Việt Nam đang phát triển với

tốc độ rất nhanh, chiếm vị trí thứ 4 ở châu Á về xuất khẩu đồ gỗ. Nhiều doanh

nghiệp đã đầu tư lớn về công nghệ và thiêt bị sấy gỗ hiện đại với mục đích nâng

cao chất lượng sản phẩm gỗ bảo đảm quy mô sản xuất.

Phương pháp sấy truyền thống như sấy bằng hơi đốt gián tiếp, sấy bằng hơi

nước với mức độ điều khiển quá trình sấy bán cơ giới vẫn được áp dụng rộng rãi ở

nhiều nhà máy. Hiện nay đã có nhiều thiết bị điều khiển quá trình sấy tự động

được nhập vào nước ta và được áp dụng rộng rãi như bộ điều khiển tự động sấy

gỗ Helios, trong đó sau khi cài đặt các thông số của chế độ sấy, quá trình sấy được

thực hiện hoàn toàn tự động.

Một số ít doanh nghiệp cũng đã áp dụng phương pháp sấy chân không; sấy

ngưng tụ ẩm; sấy bằng năng lượng mặt trời cho một số loại gỗ. Các phương pháp

sấy hiện đại khác như sấy bằng cao tần, sấy bằng vi sóng vẫn chưa có điều kiện áp

dụng ở nước ta. Cùng với sự phát triển của xã hội công nghiệp, gia công cơ giới gỗ

phát triển mạnh mẽ, những lò sấy nhỏ, năng suất thấp, chất lượng kém không còn

đáp ứng được nhu cầu về khối lượng gỗ sấy ngày càng lớn và chất lượng ngày

càng cao của các nước công nghiệp. Từ đó việc lựa chọn thiết bị cho lò sấy và bố

trí lò sấy là hết sức quan trọng. Trước những đòi hỏi cấp thiết của thực tiễn các

công trình nghiên cứu lý luận về bản chất của qua trình sấy gỗ, quy trình, chế độ

sấy gỗ với nhiều loại môi trường khác nhau ngày càng phát triển sâu rộng ở các

nước trên thế giới.

Xu hướng phát triển chủ yếu hiện nay của công nghệ sấy gỗ là:

5

- Hoàn thiện kỹ thuật công nghệ sấy.

- Rút ngắn thời gian sấy.

- Nâng cao chất lượng sản phẩm, giá thành sấy gỗ.

- Tự động hoá điều khiển quy trình sấy.

- Những vấn đề về tiết kiệm năng lượng khi sấy gỗ và bảo vệ môi trường.

1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Thiết kế lựa chọn các bộ phận điều khiển tự động lò sấy gỗ với qui mô nhỏ, với

dung tích (20-25m3

/ mẻ),

- Mô phỏng được điều khiển tự động hoá trong quá trình sấy gỗ phù hợp với lò

sấy.

1.3. PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.3.1. Phạm vi nghiên cứu

- Lựa chọn lò sấy có quy mô nhỏ, công suất 20-25 m3

/mẻ (dung tích lò sấy)

- Thiết kế lựa chọn Xây dựng mô hình điều khiển tự động quá trình sấy gỗ.

1.3.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa

Kế thừa một số kết quả nghiên cứu về thiết bị sấy và điều hành trong quá

trình sấy tự động ở trong và ngoài nước.

Phương pháp chuyên gia

Tham khảo ý kiến của chuyên gia về một số thiết bị sấy, về thiết bị điều

khiển và mô hình điều khiển tự động quá trình sấy.

1.3.3. Nội dung nghiên cứu :

-Nghiên cứu lựa chọn phương pháp điều khiển sấy

-Thiết kế lựa chọn các bộ điều khiển quá trình sấy

-Mô phỏng được hoạt động của các thiết bị điều khiển