Đồ án Xây dựng mô hình thực nghiệm sấy lạnh và ứng dụng để sấy gỗ

‹#› Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 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 KHOAKHOA 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 CHƯƠNG MỞ ĐẦU  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.  Chương ITỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH 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  Chương IITỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH 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.  Chương IITỔNG QUAN VỀ SẤY LẠNH 1.4 Ứng dụng sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt Hình 2.1 Mô hình máy sấy bơm nhiệt để sấy gỗ  Chương IIKHẢO SÁT NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 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 ...  Chương IIKHẢO SÁT NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 2.2 Một số tính chất của gỗ 1 Cấu tạo gỗ Gỗ có cấu tạo theo thớ gỗ và là môi trường không đẳng hướng do đó sự co rút của gỗ theo các hướng là không giống nhau và có cấu trúc xốp. 2 Độ ẩm cân bằng Ý nghĩa của độ ẩm cân bằng : nó dùng để định độ ẩm cuối cùng của quá trình sấy có nghĩa là ta muốn sấy vật xuống độ ẩm 8% mà dùng môi trường có độ ẩm cân bằng là 10% thì ta không bao giờ sấy xuống 8% được dù thời gian có dài đến bao nhiêu , nên muốn sấy xuông 8% thì phải dùng môi trường có độ ẩm cân bằng 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.  Chương IIKHẢO SÁT NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 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  Chương IIKHẢO SÁT NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 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.  Chương IIKHẢO SÁT NGHIÊN CỨU VỀ GỖ 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  Chương IIITÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY GỖ SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 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.  Chương IIITÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY GỖ SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 3.2 Chọn các thông số tính toán Vật liệu sấy + Vật liệu sấy : Gỗ thông + Độ ẩm ban đầu : 1 = 60 % + Độ ẩm cuối: 2 = 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.  Chương IIITÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY GỖ SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 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%.  Chương IIITÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY GỖ SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 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  Chương IIITÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM SẤY GỖ SỬ DỤNG BƠM NHIỆT 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 …  Chương IVGIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH SẤY THỰC NGHIỆM 4.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của mô hình 4.1.1 Sơ đồ nguyên lý  Chương IVGIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH SẤY THỰC NGHIỆM 4.1.2 Sơ đồ cấu tạo  Chương IVGIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH SẤY THỰC NGHIỆM 4.2. Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt Hình 4.3 Mô hình thực nghiệm máy sấy bơm nhiệt  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 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  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 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  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 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.  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.2 Kết quả thực nghiệm 5.2.1 Giữ nguyên chế độ sấy Hình 5.1. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 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  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.2 Kết quả thực nghiệm 5.2.2 Thay đổi chế độ sấy Hình 5.2. Sự thay đổi độ ẩm theo thời gian w=f(τ) của gỗ thông  Chương VNGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 5.2 Kết quả thực nghiệm 5.2.1 Thay đổi chế độ sấy Kết quả - Chất lượng gỗ tốt hơn hẳn, tỷ lệ gỗ bị nứt nẻ ít hơn nhiều so với sấy một chế độ, các thanh nứt nẻ chủ yếu là do độ ẩm của gỗ ban đầu đưa vào sấy không đồng đều. - Thời gian sấy tăng lên do phải duy trì chế độ sấy dịu ở giai đoạn độ ẩm của gỗ nằm trong khoảng 20-30%.  Chương VIKẾT LUẬN 6.1 Kết luận của đề tài Từ thực nghiệm nghiên cứu, sấy gỗ bằng phương pháp sấy lạnh sử dụng bơm nhiệt đã đạt được những hiệu quả nhất định: thời gian sấy được rút ngắn mà chất lượng gỗ không bị thay đổi nhiều, chi phí năng lượng thấp…Vì vậy việc sử dụng bơm nhiệt để sấy gỗ cần được tiếp tục nghiên cứu một cách toàn diện để tìm ra chế độ sấy tối ưu, nhằm đưa phương pháp sấy này ứng dụng vào thực tế với quy mô công nghiệp. 6.2 Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo - Trong sử dụng bơm nhiệt để sấy, việc điều chỉnh nhiệt độ sấy khá phức tạp, cần có những nghiên cứu để điều chỉnh hay tự động hóa để dễ dàng cho người vận hành. - Cần tiếp tục nghiên cứu để tìm ra chế độ sấy thích hợp cho nhiều loại gỗ khác .Nhằm tăng việc sử dụng các vật dụng bằng gỗ trồng, tăng công ăn việc làm cho người trồng rừng. KẾT THÚC!!! EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN QÚI THẦY CÔ GIÁO CÙNG TOÀN THỂ CÁC BẠN ĐÃ QUAN TÂM THEO DÕI.