Nghiên cứu thông số công nghệ sấy chân không gỗ căm xe (Xylia xylocarpa)
Chuyên san Khoa học Tự nhiên
NGHIÊN CỨU THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ SẤY CHÂN KHÔNG
GỖ CĂM XE (Xylia xylocarpa)
Bùi Thị Thiên Kim1*, Hoàng Thị Thanh Hương1 và Hồ Xuân Các2
1Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh
2Hội Khoa học Kỹ thuật Lâm nghiệp Việt Nam
Lịch sử bài báo
Ngày nhận: 20/11/2019; Ngày nhận chỉnh sửa: 16/3/2020; Ngày duyệt đăng: 24/3/2020
Tóm tắt
Mục tiêu của nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng công nghệ sấy đến thời gian sấy chân không gỗ
Căm xe (Xylia xylocarpa). Kết quả thí nghiệm cho thấy nhiệt độ sấy và thời gian chu kỳ thay đổi các
cấp khác nhau thời gian sấy biến đổi khác biệt lớn.Thực nghiệm tìm được giá trị thông số nhiệt độ
và thời gian mỗi chu kỳ phù hợp để rút ngắn tổng thời gian mẻ sấy như sau: gỗ 20x50x500 mm với
nhiệt độ sấy 59oC, thời gian chu kỳ sấy là 129 phút, có tổng thời gian sấy 42h, trong khi gỗ Căm xe
cùng kích thước sấy hơi nước thời gian 130 h. Với gỗ 50x50x500 mm thì nhiệt độ sấy 59oC và thời
gian chu kỳ sấy là 119 phút, có tổng thời gian sấy 85 h, trong khi gỗ Căm xe cùng kích thước sấy
hơi nước tổng thời gian sấy 183 h.
Từ khóa: Sấy chân không, thời gian chu kỳ, thời gian sấy, Xylia xylocarpa.
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
STUDYING THE PARAMETERS OF TECHNOLOGY USED IN VACUUM
DRYING PYINKADO (Xylia xylocarpa)
Bui Thi Thien Kim1*, Hoang Thi Thanh Huong1, and Ho Xuan Cac2
1Ho Chi Minh City University of Agriculture and Forestry
2Vietnam Forestry Science Technology Association
*Corresponding author: [email protected].vn
Article history
Received: 20/11/2019; Received in revised form: 16/3/2020; Accepted: 24/3/2020
Abstract
The study is to evaluate the drying technology on the vacuum drying time for Pyinkado (Xylia
xylocarpa). The results show that drying temperatures and cyclical times at different levels vary
substantially. The experiments have identified the appropriate drying temperature and cyclical
time to shorten the total drying time as follows: for the wood size 20x50x500 mm with a drying
temperature 59oC, and drying cyclical time 129 min, the total drying time is 42 hours, while with the
same wood size the steam drying method needs 130 hours. For the wood size 50x50x500 mm with
a drying temperature of 59oC, and drying cyclical time 119 min, the total drying time is 85 hours,
while for the same size wood the steam-drying method needs 183 hours.
Keywords: Vacuum drying, cyclical time, drying time, Xylia xylocarpa.
102
Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp, Tập 9, Số 3, 2020, 102-108
1. Đặt vấn đề
số công trình nghiên cứu của các tác giả Chen Z.
(1997), Lee N. H. và cs. (1998), Koumoutsakos
Hiện nay trên thế giới có nhiều phương pháp
dùng sấy gỗ như sấy đối lưu (sấy gián tiếp trong
môi trường không khí), sấy năng lượng mặt trời,
sấy ngưng tụ ẩm, sấy hơi quá nhiệt, sấy cao tần,
sấy vi sóng, sấy chân không… Trong các phương
pháp này, phương pháp sấy được sử dụng rộng
rãi, phổ biến nhất trong công nghiệp chế biến gỗ
hầu hết các nước hiện nay là phương pháp sấy
gián tiếp trong môi trường không khí (Hồ Xuân
Các và Hồ Thu Thủy, 2014; Hồ Xuân Các và
Nguyễn Hữu Quang, 2005). Tuy nhiên, phương
pháp sấy gián tiếp trong môi trường không khí
này có nhược điểm là phụ thuộc vào nhiều yếu
tố về môi trường sấy như: nhiệt độ, ẩm độ môi
trường, tốc độ gió do vậy dễ gây ra độ thoát ẩm
không đồng đều và khuyết tật cho sản phẩm như:
cong vênh, nứt tét, biến màu… hơn nữa, phương
pháp sấy này có thời gian sấy dài từ 7-35 ngày
tùy theo đặc điểm và qui cách nguyên liệu, gây
tiêu tốn năng lượng và kéo dài thời gian sấy (Hồ
Xuân Các và Hồ Thu Thủy, 2014; Hồ Xuân Các
và Nguyễn Hữu Quang, 2005). Với các nhược
điểm trên, phương pháp sấy này chỉ áp dụng chủ
yếu cho một vài loại gỗ dễ sấy như: Cao su, Keo
lai, Bạch dương… Đối với một số loại loại gỗ
khó sấy do đặc điểm cấu tạo chứa nhiều dầu nhựa,
chất chứa điển hình một số loại gỗ như: Chò chỉ,
Dầu lông, Căm xe, Bạch đàn, Dẻ gai… mức độ
khuyết tật gỗ và thời gian sấy càng dài hơn. Chính
điều này đã thúc đẩy công nghệ sấy tìm ra giải
pháp mới giải quyết vấn đề trên, trên cơ sở một
A. (2001), Jung H. S. và cs. (2003), Turner I.
W. và Perrer P. (2004), Won Young Yang và cs.
(2005) đã nghiên cứu công nghệ sấy chân không,
các thông số công nghệ sấy và từ đó đã đưa ra
một số giải pháp góp phần rút ngắn thời gian sấy,
một trong những giải pháp tối ưu góp phần xây
dựng công nghệ sấy hiệu quả. Phương pháp sấy
chân không hạ thấp điểm sôi của nước, sấy nhiệt
độ thích hợp hạn chế khuyết tật góp phần rút
ngắn thời gian sấy. Tuy nhiên để ứng dụng công
nghệ sấy gỗ chân không hiệu quả cần thiết phải
nghiên cứu các thông số công nghệ sấy gỗ ảnh
hưởng đến quá trình sấy đặc biệt là thời gian sấy.
2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Phương pháp nghiên cứu
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu
Gỗ Căm xe
Gỗ Căm xe được mua từ Công ty Cửu Long
nguồn gốc nguyên liệu được nhập từ Campuchia,
độ tuổi từ 18-20 tuổi, kích thước gỗ tròn đường
kính 130-170 cm, chiều dài từ 3-7 m. Nguyên
liệu sau đó mang đi cưa xẻ và cắt gia công theo
đúng kích thước 20x50x500 mm và 50x50x500
mm thí nghiệm. Gỗ dùng trong thí nghiệm là Căm
xe phát triển bình thường. Gỗ không khuyết tật
không bị sâu nấm mối mọt, đưa về xí nghiệp chế
biến gỗ cắt khúc, xẻ phách, gia công theo đúng
kích thước của chỉ tiêu khảo sát.
Hình 1. Gỗ Căm xe
103
Chuyên san Khoa học Tự nhiên
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- Đồng hồ đo thời gian.
- Bồn sấy chân không gỗ thí nghiệm (Các
thông số kỹ thuật chính của máy: Áp suất chân
không đạt được: 0,05 bar; Cấp nhiệt bằng điện
trở đốt nóng; Nhiệt độ sấy được điều khiển tự
động từ 40oC đến 80oC: Cảm biến nhiệt để điều
khiển bộ phận cấp nhiệt, Cảm biến áp suất chân
không để điều khiển bơm chân không, Cảm biến
độ ẩm gỗ…).
- Dụng cụ đo thước kẹp, thước kéo…
- Ngoài ra còn có dao, cưa cắt mẫu…
Đánh giá chất lượng gỗ: dựa vào tiêu chuẩn
EDG (European Drying group, 1994) với những
tiêu chí như đây:
- Độ ẩm trên thanh gỗ sấy.
- Khuyết tật nứt, tách trên bề mặt.
- Khuyết tật nứt trong.
- Khuyết tật nứt đầu.
- Cân điện tử Ohaus (Mỹ) độ chính xác
± 0,01 gr, trọng lượng cân tối đa 5000 gr.
- Khuyết tật mo móp.
- Biến màu gỗ.
- Thiết bị đo độ ẩm gỗ kiểu kim Prometer -
EPM 828 (Anh).
Hình 2. Máy sấy chân không
Hình 3. Cân điện tử
Hình 4. Máy đo độ ẩm gỗ
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu
Tiến hành sấy thực nghiệm: nhiệt độ sấy từ:
45-59oC, áp suất bơm chân không: 0,1-0,18 bar,
độ ẩm ban đầu gỗ W=40%, thời gian chu kỳ sấy:
78-162 phút.
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm
(Box- Hunter).
Xác định thời gian sấy: Đo thời gian từ khi
Thời gian chu kỳ sấy: là thời gian gia nhiệt
bắt đầu sấy đến khi kết thúc quá trình sấy gỗ đạt và rút chân không là 1 chu kỳ sau đó gia nhiệt
độ ẩm 10%.
rút chân không chu kỳ nữa.
104
Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp, Tập 9, Số 3, 2020, 102-108
Bảng 1. Mức và khoảng biến thiên của các yếu
Phương án thực nghiệm tiến hành theo
phương pháp bất biến quay bậc II của Box Hunter
trên 13 nghiệm thức cho thấy mối quan hệ giữa
các thông số công nghệ sấy và thời gian sấy được
tố nghiên cứu theo phương án bậc hai
Nhiệt Thời gian
S
T
T
độ sấy của chu kỳ
Các thông số
thể hiện qua phương trình tương quan.
(oC)
X1
sấy (phút)
Dạng mã hóa:
X2
Y1go20x50tg = 52,4 - 12,3425.X1 - 9,03185.X2
+ 4,75.X1.X2 + 3,8625.X1.2 + 3,8625.X22 (2.1)
Mức sao trên
+α (+1,414)
1
59
162
(-1,414<X1< 1,414 ; -1,414<X2< 1,414).
2
3
4
Mức trên
Mức cơ sở
Mức dưới
+1
0
57
52
47
150
120
90
Dạng thực:
U=894,058 -22,3365.T-2,97773.i +
0,0316667T.i +0,1545.T2 + 0,000429.i2
-1
Mức sao dưới
-α (-1,414)
(45<T< 59; 78<i< 162).
5
6
45
5
78
30
Kết quả phân tích Anova và các hệ số hồi
qui được kiểm tra độ tin cậy các hệ số hồi qui
theo tiêu chuẩn Student, các hệ số hồi quy của
thông số đủ độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0,05.
Khoảng biến thiên Δl
2.2. Kết quả và thảo luận
2.2.1. Kết quả thời gian sấy chân không gỗ Để kiểm định sự tương thích của phương trình
hồi qui với thực nghiệm cần thiết ta phải kiểm
định theo tiêu chuẩn Fisher với α = 0,05 (với
Ft = 5,54 < F1-p = 6,5914 => Mô hình đảm bảo
tương thích). Trên cơ sở đó tiến hành lập đồ thị
biểu diễn chi tiết các vùng giá trị biến thiên từ
thấp đến cao, trong đó giá trị cao nhất (max)
thuộc vùng màu đỏ, giá trị thấp nhất (min) thuộc
vùng màu xanh dương. Trong quá trình thực
nghiệm tại các cấp nhiệt độ sấy và thời gian chu
kỳ sấy thể hiện thông qua 2 thông số X1 và X2,
sự thay đổi đều làm thay đổi giá trị của thông số
đầu ra thời gian sấy, điều này thể hiện rõ mức
độ ảnh hưởng thông qua đồ thị thị Hình 3.
Căm xe kích thước gỗ 20 x 50 x 500 mm (Y1go20x50tg
)
Bảng 2. Kết quả thời gian sấy chân không
gỗ Căm xe 20x50x500 mm
STT
X1
X2
Y1go20x50tg
1
2
0,000000
0,000000
-1,414214
0,000000
1,000000
0,000000
-1,000000
1,000000
0,000000
-1,000000
0,000000
1,414214
0,000000
0,000000
0,000000
0,000000
0,000000
1,000000
0,000000
-1,000000
-1,000000
1,414214
1,000000
-1,414214
0,000000
0,000000
50
52
83
57
43
49
79
47
48
56
80
45
54
3
4
5
Đồ thị 3D biểu diễn mối tương quan các
thông số X1 (nhiệt độ sấy), X2 (thời gian chu
kỳ) và Y1go20x50tg (thời gian sấy) bằng miền lưới
trong không gian và đồ thị contour thể hiện trên
mặt phẳng 2D, qua đồ thị mối quan hệ phân chia
các giá trị qua các vùng màu sắc khác nhau, với
mong muốn đạt giá trị thời gian sấy càng ngắn,
thì vùng tối ưu thuộc màu xanh dương (đồ thị
3D) tuy nhiên để xác định giá trị chính xác đạt
được tiến hành sử dụng chương trình Matlab để
giải phương trình tương quan (2.1) tìm giá trị,
kết quả thể hiện qua bảng dưới.
6
7
8
9
10
11
12
13
105
Chuyên san Khoa học Tự nhiên
Hình 5. Đồ thị 3D và contour thể hiện mối quan hệ X1, X2 và Y1go20x50tg
Bảng 3. Giá trị tối ưu - hàm thời gian Y1go20x50tg (%)
STT
Thông số đầu vào
Giá trị
Thông số đầu ra
Giá trị tối ưu
1
2
X1
X2
1,413
59oC
Y1go20x50tg
42,3234 (h)
0,3004
129 phút
Bảng 4. Kết quả thời gian sấy chân không gỗ
Căm xe 50x50x500 mm
Qua bảng trên cho thấy thời gian sấy
1go20x50tg (h) đạt giá trị thấp nhất (min) là 42,32
Y
(h) với X1 = 1,413 (Ts = 59oC ) X2 = 0,3004 (X2
= 129 phút). Với kết quả tối ưu đạt được cho
thấy nhiệt độ sấy và thời gian chu kỳ sấy ảnh
hưởng tổng thời gian mẻ sấy gỗ, giải phương
trình tìm giá trị tối ưu cho phép chúng ta xác
định miền giá trị tốt nhất cho thông số đầu
ra: thời gian sấy và xác định chính xác giá trị
thông số đầu vào: nhiệt độ sấy, thời gian chu
kỳ từ đó cho thấy mối quan hệ giữa các thông
số. Với kết quả trên chúng tôi tiến hành thực
nghiệm kiểm chứng tổng thời gian mẻ sấy gỗ
Căm xe trong khoảng 45h khi nhiệt độ sấy
59oC và thời gian mỗi chu kỳ sấy 129 phút
trong khi đó tỷ lệ khuyết tật gỗ sau sấy 3-4%
đạt chất lượng về yêu cầu sản xuất.
STT
X1
X2
Y1go20x50tg
1
2
0,000000
0,000000
-1,414214
0,000000
1,000000
0,000000
-1,000000
1,000000
0,000000
-1,000000
0,000000
1,414214
0,000000
0,000000
0,000000
0,000000
0,000000
1,000000
0,000000
-1,000000
-1,000000
1,414214
1,000000
-1,414214
0,000000
0,000000
95
91
3
129
99
4
5
86
6
94
7
126
89
8
9
91
10
11
12
13
96
121
82
2.2.2. Kết quả thời gian sấy chân không gỗ
Căm xe kích thước 50x50x500 mm (Y1go50x50tg
)
92
106
Tạp chí Khoa học Đại học Đồng Tháp, Tập 9, Số 3, 2020, 102-108
Phương án thực nghiệm tiến hành theo tiêu chuẩn Student, các hệ số hồi quy của thông
phương pháp bất biến quay bậc II của Box Hunter
trên 13 nghiệm thức cho thấy mối quan hệ giữa
các thông số công nghệ sấy và thời gian sấy gỗ
và được thể hiện qua phương trình tương quan:
số đủ độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0,05. Để
kiểm định sự tương thích của phương trình hồi
qui với thực nghiệm cần thiết ta phải kiểm định
theo tiêu chuẩn Fisher với α = 0,05 (với Ft = 4,91
< F1-p = 6,5914, suy ra mô hình đảm bảo tương
thích). Trên cơ sở đó tiến hành lập đồ thị biểu
diễn chi tiết các vùng giá trị biến thiên từ thấp
đến cao, trong đó giá trị cao nhất (max) thuộc
vùng màu đỏ, giá trị thấp nhất (min) thuộc vùng
màu xanh dương. Trong quá trình thực nghiệm
tại các cấp nhiệt độ sấy và thời gian chu kỳ sấy
thể hiện thông qua 2 thông số X1 và X2, sự thay
đổi đều làm thay đổi giá trị của thông số đầu ra
thời gian sấy, điều này thể hiện rõ mức độ ảnh
Y
1go50x50tg = 94,2 - 14,1835.X1 - 9,4283.X2 +
6,75.X1.X2 + 4,025.X12 + 4,275.X22.
(2.2)
(-1,414<X1< 1,414 ; -1,414<X2< 1,414).
Dạng thực:
K=1063,97 -24,9807.T-3,79428.i + 0,045T.i
+0,161.T2 + 0,000475.i2.
(45<X1< 59 ; 78<X2< 162).
Kết quả phân tíchAnova và các hệ số hồi qui
được kiểm tra độ tin cậy các hệ số hồi qui theo hưởng thông qua đồ thị thị Hình 6.
Hình 6. Đồ thị 3D và contour thể hiện mối quan hệ X1, X2 và Y1go50x50tg
Đồ thị 3D biểu diễn mối tương quan các với mong muốn đạt thời gian sấy rút ngắn, thì
thông số X1 (nhiệt độ sấy), X2 (thời gian chu kỳ) vùng tối ưu là màu xanh dương, tuy nhiên để
và Y1go50x50tg (thời gian sấy) bằng miền lưới trong xác định chính xác giá trị đạt được tiến hành
không gian và đồ thị contour thể hiện trên mặt sử dụng chương trình Matlab để giải phương
phẳng 2D, qua đồ thị mối quan hệ phân chia trình tương quan (2.2) tìm giá trị, kết quả thể
các giá trị qua các vùng màu sắc khác nhau, hiện qua bảng dưới.
Bảng 5. Giá trị tối ưu - thời gian sấy Y2go50x50tg (%)
STT
Thông số đầu vào
Giá trị
Thông số đầu ra
Giá trị tối ưu
1
2
X1
X2
1,414
59oC
Y2go50x50tg
82,1913 (h)
- 0,0136
119 phút
107
Chuyên san Khoa học Tự nhiên
Tài liệu tham khảo
Qua bảng trên cho thấy thời gian sấy
Y
2go50x50tg h ngắn nhất là 82,19 giờ với X1 = 1,414
Hồ Xuân Các, Hồ Thu Thủy (2004), Công nghệ
sấy gỗ, Trường Đại học Nông Lâm Thành
phố Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh.
(Ts = 59oC) X2 = -0,0136 (X2 = 119 phút). Với
kết quả tối ưu đạt được cho thấy nhiệt độ sấy và
thời gian chu kỳ sấy ảnh hưởng tổng thời gian mẻ
sấy gỗ, giải phương trình tìm giá trị tối ưu cho
phép chúng ta xác định miền giá trị tốt nhất cho
thông số đầu ra: thời gian sấy và xác định chính
xác giá trị thông số đầu vào: nhiệt độ sấy, thời
gian chu kỳ từ đó cho thấy mối quan hệ giữa các
thông số. Với kết quả trên chúng tôi tiến hành
thực nghiệm kiểm chứng tổng thời gian mẻ sấy
gỗ Căm xe trong khoảng 45 giờ khi nhiệt độ sấy
59oC và thời gian mỗi chu kỳ sấy 129 phút trong
khi đó tỷ lệ khuyết tật gỗ sau sấy 4-5% đạt chất
lượng về yêu cầu sản xuất.
Hồ Xuân Các, Nguyễn Hữu Quang (2005),
Công nghệ sấy gỗ, Giáo trình Đại học Lâm
Nghiệp, NXB Nông Nghiệp.
Chen Z. (1997), Primary Driving Force in Wood
Vacuum Drying, Doctor of Philosophy, in
Wood Science and Forest Products. Faculty
of the Virginia Polytechnic Institute and
State University, USA.
Jung H. S., Kang W., Eom C. D., So B. J.
(2003), “Comparision of vacuum drying
characteristicsofredpinesquaretimberusing
different heating methods”, 8th International
IUFRO Wood Drying Conference – 2003.
3. Kết luận
Koumoutsakos A. (2001), Modelling radio
frequency vacuum drying of wood, Doctor of
Philosophy, University of British Columbia,
USA.
Kết quả thực nghiệm sấy chân không gỗ
Căm xe cho thấy thông số nhiệt độ sấy và thời
gian mỗi chu kỳ ảnh hưởng đến tổng thời gian
từng mẻ sấy. Qua thực nghiệm sấy chân không
gỗ Căm xe trên 2 dạng kích thước chiều dày
khác nhau 20x50x500 mm và 50x50x500 mm
cho kết quả có sự khác biệt; với kích thước dạng
20x50x500 mm tổng thời gian trong khoảng 43-
83 giờ. Thực nghiệm kiểm chứng cho thấy đã tìm
được giá trị thông số công nghệ nhiệt độ và thời
gian mỗi chu kỳ phù hợp để rút ngắn thời gian
sấy gỗ kích thước 20x50x500 mm với nhiệt độ
sấy 59oC, và thời gian chu kỳ sấy là 129 phút,
có thời gian sấy 42 giờ, tỷ lệ khuyết tật 4-5%.
Với kích thước dạng 50x50x500 mm tổng thời
gian trong khoảng 82-129 giờ thực nghiệm kiểm
chứng cho thấy nhiệt độ sấy 59oC và thời gian
chu kỳ sấy là 119 phút, có thời gian sấy 85 giờ,
tỷ lệ khuyết tật 4-5%./.
Kutovoy, L. Nikolaichuk and V. Slyesov (2004),
“To the theory of vacuum drying”, Drying
2004 – Proceedings of the 14th International
Drying Symposium (IDS 2004) São Paulo,
Brazil, vol. A, pp. 266-271
Lee N. H., Hayashi K., Jung H. S. (1998), “Effect
of radio frequency/ vacumm drying and
mechanical press drying on shrinkage and
checking of walnut log cross sections”,
Forest Products Journal, Vol 48, pp. 73-79.
Turner I. W., Perre P. (2004), “Vacuum Drying
of Wood with Radiative Heating: I.
Experimental procedure”, AIChE Journa,
Vol. 50, pp. 97-107.
WonYoungYang, Wenwu Cao, Tae-Sang Chung,
John Morris (2005), Applied Numerical
Methods Using MATLAB, John Wiley &
Sons, Inc., ISBN 0-471-69833-4, Canada.
108
7 trang
18400
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu thông số công nghệ sấy chân không gỗ căm xe (Xylia xylocarpa)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_thong_so_cong_nghe_say_chan_khong_go_cam_xe_xylia.pdf
