Thiết Kế Lò Sấy Gỗ Xẻ Nguồn Nhiệt Hơi Nước Với Mô Hình Điều Khiển Tự Động Quá Trình Sấy Gỗ Qui Mô Nhỏ

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

KHOA CHẾ BIẾN LÂM SẢN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ LÒ SẤY GỖ XẺ NGUỒN NHIỆT HƠI NƢỚC

VỚI MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG QUÁ TRÌNH SẤY GỖ

QUY MÔ NHỎ

Ngành: Chế biến lâm sản

Mã số : 101

Giáo viên hướng dẫn: TS. Vũ Huy Đại

Sinh viên thực hiện : Cao Xuân Thanh

Khoá học : 2005 - 2009

Hà Nội, 2009

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Gỗ là loại vật liệu tự nhiên được con người sử dụng từ lâu. Trong

những năm gần đây, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật xu hướng sử

dụng gỗ hợp lý và nâng cao chất lượng gỗ nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng

của xã hội ngày càng được hình thành rõ. 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:

bê tông, sắt, thép…, nhưng đồng thời gỗ cũng có những nhược điểm lớn

đó là có tính hút nhả ẩm làm thay đổi kích thước, gây nên các khuyết tật

trong quá trình gia công, chế biến và sử dụng như: cong, vênh, nứt nẻ…

Để hạn chế nhược điểm đó gỗ cần được sấy khô tới độ ẩm nhất định trước

khi đưa vào gia công, chế biến và sử dụng.

Thực tế cho ta thấy trong những năm gần đây, ngành chế biến gỗ ở Việt

Nam đã đạt được tốc độ phát triển cao. Đồ gỗ đã trở thành một trong

những mặt hàng xuất khẩu lớn, góp phần vào sự phát triển kinh tế chung

cho cả nước. Đồ gỗ xuất khẩu phải là những mặt hàng có chất lượng cao,

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

chế biến sấy gỗ là một khâu rất quan trọng. Để đảm bảo được chất lượng

gỗ sấy thì gỗ phải được sấy trong những lò sấy hiện đại có chất lượng cao.

Tự động điều khiển quá trình sấy đang là một xu hướng phát triển trên thế

giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Lò sấy với hệ thống điều khiển tự

động cho chất lượng gỗ sấy tốt, có thể đáp ứng yêu cầu đồ gỗ xuất khẩu và

góp phần làm giảm chi phí nhân công.

Các cơ sở chế biến gỗ ở nước ta đã xuất hiện những lò sấy với hệ thống

điều khiển bán tự động và tự động được nhập khẩu, có mức độ tự động hoá

khác nhau.

Đứng trước những đòi hỏi thực tế của sản xuất, được sự phân công của

khoa chế biến lâm sản tôi tiến hành thực hiện đề tài: “ Thiết kế lò sấy gỗ

xẻ nguồn nhiệt hơi nước với mô hình điều khiển tự động quá trình sấy

gỗ qui mô nhỏ ”.

2

TỔNG QUAN

1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ XU THẾ CỦA SẤY GỖ

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 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.

Năm 1873 giáo sư Gađôlin đã viết quyển sách đầu tiên về hiện tượng

cong vênh của ván xẻ lúc sấy. Các nhà khoa học trên thế giới đã có nhiều

công trình nghiên cứu để giải quyết các bài toán kỹ thuật, công nghệ của

quá trình sấy. Năm 1918 lần đầu tiên giáo sư K.L.Radin người Liên Xô đã

đề ra biểu đồ I-d để biểu diễn các trạng thái và tính toán các thông số của

không khí ẩm (môi trường sấy). Độc lập với K.L. Radin, năm 1923 nhà

khoa học người Đức Molier cùng công bố một đồ thị tương tự.

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.

3

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

đã có các hệ thống lò sấy hiện đại về trang thiết bị, tiên tiến về công nghệ.

Và do đó chất lượng gỗ sấy họ đạt được là rất cao.

1.2. Lịch sử phát triển và thực trạng công nghệ sấy gỗ trong nƣớc

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 muộn, 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 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 về sấy gỗ để thấy được tầm quan trọng của khâu

sấy gỗ ở Việt Nam là một việc rất thiết thực.

1.3. Xu hƣớng phát triển chủ yếu hiện nay của sấy gỗ

Hoàn thiện kỹ thuật công nghệ sấy;

Rút ngắn thời gian sấy;

Nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sấy gỗ;

Tự động hoá điều khiển qúa trình sấy;

Chương trình hoá chế độ sấy bằng công nghệ thông tin hiện đại.

4

2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Thiết kế lò sấy gỗ xẻ nguồn nhiệt hơi nước có quy mô nhỏ (20-25m3

/

mẻ), có kết cấu khoa học, hợp lý, đảm bảo chất lượng gỗ sấy.

Xây dựng mô hình điều khiển tự động hoá quá trình sấy gỗ phù hợp với

lò sấy đó.

3. PHẠM VI, PHƢƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA

ĐỀ TÀI

3.1. Phạm vi nghiên cứu

- Thiết kế lò sấy, tính toán trong điều kiện khí hậu miền Bắc;

- Lò sấy có quy mô nhỏ;

- Xây dựng một mô hình điều khiển tự động quá trình sấy gỗ.

3.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

Phương pháp kế thừa

Kế thừa một số kết quả nghiên cứu về tính toán chế độ sấy;

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

trình sấy.

Phương pháp kết hợp cơ sở lý thuyết với khảo sát thực tiễn

Cơ sở lý thuyết về thiết kế lò sấy gỗ;

Cơ sở tự động điều khiển quá trình sấy gỗ;

Khảo sát một số mô hình lò sấy và mô hình điều khiển tự động quá

trình sấy gỗ của một số lò sấy trong thực tế.

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.

5

3.3. Nội dung nghiên cứu

1. Cơ sở thiết kế;

2. Tính toán công nghệ;

3. Xây dựng mô hình điều khiển tự động quá trình sấy gỗ;

4. Kết quả tính toán và dự trù kinh phí;

5. Kết luận và đề xuất ý kiến.

6

CHƢƠNG I: CƠ SỞ THIẾT KẾ LÒ SẤY

1.1. CƠ SỞ THỰC TIỄN THIẾT KẾ LÒ SẤY

1.1.1. Tình hình sấy gỗ ở miền Bắc Việt Nam

Thực tiễn cho ta thấy trong những năm gần đây, ở miền Bắc đã xuất

hiện các doanh nghiệp chế biến gỗ tương đối lớn, với những trang thiết bị

về máy móc tương đối hiện đại như: nhà máy Woodland - KCN Quang

Minh, Cty Yên Sơn – Hưng Yên, Cty Shinec - Hải Phòng, Cty TNHH Phú

Đạt…Đây là những công ty có qui mô tương đối lớn, có hệ thống lò sấy

điều khiển bán tự động và tự động, sấy gỗ để sản xuất những mặt hàng

phục vụ xuất khẩu, nguyên liệu chủ yếu là từ gỗ rừng trồng như: thông,

các loại keo…

Mặc dù hiện nay đang chịu ảnh hưởng của sự suy thoái kinh tế toàn

cầu, nhưng các doanh nghiệp chế biến gỗ vẫn không ngừng mở rộng qui

mô sản xuất đa dạng hoá các mặt hàng phục vụ cho nhu cầu tiêu dùng và

xuất khẩu. Chính vì vậy các lò sấy điều khiển thủ công, chất lượng gỗ sấy

thấp không thể đáp ứng trước những đòi hỏi chất lượng gỗ sấy ngày càng

cao của các doanh nghiệp chế biến. Do vậy đòi hỏi các lò sấy phải có trang

thiết bị hiện đại với phương pháp điều khiển tiên tiến, đặc biệt là tự động

điều khiển quá trình sấy, mang lại hiệu quả sản xuất rất cao.

1.1.2. Cơ sở thực tiễn về điều kiện khí hậu thuỷ văn ở miền Bắc Việt

Nam

Trong thực tế, trước khi thiết kế một công trình nào đó người ta luôn

xét đến điều kiện địa lí, khí hậu thuỷ văn của vị trí đặt công trình đó. Và

thiết kế lò sấy cũng vậy, vị trí địa lí và điều kiện khí hậu thuỷ văn là những

yếu tố quan trọng, nó ảnh hưởng đến việc tính toán lượng nhiệt, lựa chọn

các thiết bị và kết cấu lò sấy.

7

Ở phạm vi đề tài này tôi chọn điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam

làm cơ sở tính toán, thiết kế lò sấy.

Miền Bắc Việt Nam có lượng mưa trung bình hàng năm từ 1500 – 300

mm. Độ ẩm trung bình năm 80%. Nhiệt độ trung bình năm 23oC, trong đó

nhiệt độ trung bình vào mùa hè là 33oC, mùa đông là 14oC. Và đây sẽ là

những thông số sử dụng trong quá trình tính toán thiết kế lò sấy trong đề

tài này.

1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ LÒ SẤY

1.2.1. Vai trò của công nghệ sấy trong sản xuất đồ gỗ

Gỗ có tính đa dạng, bền đẹp, thân thiện với con người… gỗ dễ gia

công, chế biến.

Tuy nhiên, bên cạnh nhiều ưu điểm nổi bật, gỗ cũng có một số đặc điển

gây khó khăn cho con người khi sử dụng nó – trong số đó phải kể đến hai

nhược điểm đáng kể nhất đó là: bị môi trường ( nấm mốc, côn trùng ) phá

hại; tính chất thường xuyên thay đổi độ ẩm dẫn đến thay đổi kích thước,

gây cong vênh, nứt nẻ trong quá trình chế biến, gia công và sử dụng.

Đó là những nhược điểm tự nhiên, là thuộc tính của gỗ cho nên chúng

ta không thể loại bỏ hoàn toàn nó được mà chỉ có thể hạn chế tác hại của

chúng. Chính vì vậy mà trải qua thời gian, con người đã tìm ra nhiều

phương pháp bảo quản gỗ khác nhau, cho đến nay có thể nói: sấy gỗ là

phương pháp bảo quản gỗ toàn diện nhất, hiệu quả nhất và phổ biến nhất.

Để hạn chế hiện tượng gỗ bị biến dạng trong quá trình sử dụng chúng ta

cần hạn chế sự biến động của độ ẩm gỗ. Muốn vậy ta cần phải sấy gỗ đến

độ ẩm phù hợp trong môi trường sử dụng. Ngoài ra công đoạn sấy gỗ còn

giúp chúng ta tiết kiệm được rất nhiều gỗ, do gỗ sau khi sấy khô đến độ

ẩm phù hợp có thể hạn chế được nấm mốc và mục phá hại, tăng thời gian