nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò sấy gỗ năng xuất (30-50)m3/ mẻ - Pdf 31

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này do tôi tự tìm hiểu, nghiên cứu, tính
toán và thiết kế hoàn thiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần Mạnh Hùng,
cùng với sự giúp đỡ của công ty cổ phần lâm sản Nam Định và các đồng nghiệp.
Để hoàn thành luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong
mục tài liệu tham khảo và các số liệu tôi đi khảo sát thực tế tại công ty cổ
phần lâm sản Nam Định, ngoài ra tôi không sử dụng bất cứ tài liệu nào khác
mà không được ghi.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về những số liệu trong bản luận văn này.
Hà Nội, ngày

tháng
Học viên

năm 2011

Nguyễn Văn Đoàn

LỜI CẢM ƠN

1

1

Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Trần
Mạnh Hùng người đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Qua
đây tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đối với:
Ban giám hiệu trường Đại học Nông Nghiệp Hà Nội
Viện đào tạo sau đại học, khoa Cơ-Điện trường Đại học Nông Nghiệp
Hà Nội.

3

3

DANH MỤC HÌNH VE

4

4

MỞ ĐẦU
Trong tiến trình công nghịêp hóa, hiện đại hóa đất nước ngành công
nghiệp chế biến lâm sản đang là một trong những ngành được Nhà nước hết
sức quan tâm. Để tăng giá trị sản phẩm điều không thể thiếu được là phải có
những công nghệ chế biến và bảo quản tiên tiến, như vậy sản phẩm của Việt
Nam mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường khu vực và quốc tế. Điều này đồng
nghĩa với việc tạo cơ hội tốt cho các doanh nghiệp chế biến và bảo quản lâm
sản quảng bá thương hiệu của mình, dần khẳng định vị trí và trào lưu phát
triển chung của thương mại quốc tế.
Làm khô là một trong những công đoạn được ứng dụng khá rộng rãi
trong công nghệ bảo quản và chế biến lâm sản. Từ thời xa xưa con người đã
biết ứng dụng năng lượng mặt trời để phơi khô các sản phẩm nhằm mục đích
bảo quản dài ngày nâng cao được cường độ, độ bền của gỗ, hạn chế cong,
vênh, nứt nẻ, mục, mọt, nấm, mốc, biến chất, giảm độ dư gia công và có thể
dự trữ trong kho.
Những công nghệ và thiết bị sấy tiên tiến ngày càng khẳng định vị trí
không thể thiếu được trong công nghiệp bảo quản và chế biến các sản phẩm

giảm đáng kể điều này đã kiểm chứng thực tế một số thiết bị sấy của nước
ngoài (thiết bị của Châu Âu) rất tốt nhưng khi nhập sang Việt Nam thì hiệu
suất làm việc kém hơn nhiều và không ổn định, ly do độ ẩm môi trường tại
Việt Nam cao hơn nhiều so với Châu Âu. Giải pháp khắc phục để tăng hiệu
suất làm việc của thiết bị loại này bằng cách tăng nhiệt độ sấy, nhưng nhiệt độ
sấy chỉ có thể tăng hữu hạn và tùy vào từng loại sản phẩm.
Ở Việt Nam hiện nay việc sấy lâm sản ứng dụng phương pháp sấy hơi
nước là phổ bíên nhất. Nhiệt được cung cấp chủ yếu bằng hơi nước quá nhiệt
hoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổi nhiệt. Sự
lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt. Nó giúp cho sự
trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn. Nguồn nhiệt cấp cho lò từ hệ
thống nồi hơi sử dụng nhiên liệu chủ yếu là than đá, củi, gỗ phế loại.
Ngày nay với trình độ khoa học công nghệ phát triển nhiều công nghệ
sấy tiên tiến đang dần thay thế những công nghệ sấy cổ điển nhằm nâng cao
6

6

chất lượng và tăng giá trị sản phẩm. Sấy bơm nhiệt tuần hoàn kín là một trong
những công nghệ sấy tiên tiến đã được một số nước trên thế giới ứng dụng có
hiệu quả ở những nhu cầu khác nhau. Tại Việt Nam công nghệ này còn khá
mới mẻ chưa được đầu tư nghiên cứu và hoàn thiện có hệ thống để từ đó đưa
ra tiêu chuẩn hóa về công nghệ và thiết bị có thể triển khai ứng dụng phù hợp
vào điều kiện sản xuất lâm sản ở Việt Nam.
Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt, thiết kế hoàn
thiện lò sấy gỗ năng suất (30÷50) m3/mẻ” sẽ tập trung nghiên cứu công nghệ
sấy bơm nhiệt từ đó ứng dụng công nghệ sấy bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò
sấy gỗ, với mục tiêu tiết kiệm năng lượng nâng cao chất lượng gỗ sấy, giảm
thiểu ô nhiễm môi trường.

năm 2007, kim ngạch xuất khẩu của ngành gỗ tiếp tục tăng trưởng khá cao,
đạt hơn 1,55 tỷ USD, tăng 22% so với cùng kỳ năm 2005.
8

8

Sản phẩm đồ gỗ của Việt Nam đã đã xuất khẩu sang 120 nước, trong đó
EU (Anh, Pháp, Đức…), Mỹ, Nhật Bản là những thị trường tiêu thụ sản phẩm
lớn nhất- chiếm hơn 70% tổng sản phẩm gỗ xuất khẩu của cả nước. Theo
Hiệp hội Gỗ và Lâm sản Việt Nam, nhu cầu sử dụng đồ gỗ trên thế giới hiện
vẫn tăng khá cao, trong khi đó, thị phần đồ gỗ của Việt Nam chưa đạt tới con
số 1% (khoảng 0,78%) tổng thị phần đồ gỗ thế giới.
Ngành công nghệ chế biến gỗ xuất khẩu được xếp thứ 6 trong danh mục
những mặt hàng xuất khẩu chủ đạo của cả nước. Kim ngạch tăng trưởng xuất
khẩu của ngành này cũng đang dẫn đầu trong các mặt hàng xuất khẩu. Nếu
tính chung giai đoạn từ năm 2001-2005, kim ngạch tăng trưởng xuất khẩu của
ngành gỗ đạt hơn 38%/năm. Bộ Thương mại đã đặt mục tiêu kim ngạch 5,5 tỷ
USD cho ngành chế biến gỗ năm 2010.
Trong những năm gần đây nguồn nguyên liệu gỗ trong nước đã trở nên
khan hiếm, nhưng nhu cầu tiêu thụ các mặt hàng được chế biến từ gỗ lại gia
tăng, đòi hỏi nguồn nguyên liệu gỗ phải ổn định và có chất lượng cao được
xem như yếu tố quan trọng hàng đầu để đảm bảo sự ổn định và phát triển bền
vững cho các doanh nghiệp sản xuất và chế biến đồ gỗ nội địa và xuất khẩu.
Các nguồn trong nước chỉ đảm bảo cung cấp hằng năm vào khoảng 2,2 - 2,3
triệu m3, chủ yếu là gỗ đường kính nhỏ dùng làm nguyên liệu giấy, dăm, ván
nhân tạo; cộng với nguồn gỗ lấy từ rừng tự nhiên chỉ đáp ứng khoảng 20%
nhu cầu sản xuất. 80% số gỗ còn lại phải nhập khẩu từ các nước trong khu
vực như Cam-pu-chia, Lào, Myanmar, Indonesia và một số quốc gia ngoài
khu vực.

đồ gỗ, ngành chế biến gỗ xuất khẩu của Việt Nam đang đứng trước nhiều cơ hội
để phát triển, để bù đắp phần nào sự thiếu hụt gỗ nguyên liệu các doanh nghiệp
Việt nam đã có thêm nhiều đối tác cung cấp gỗ nguyên liệu từ Canada, Mỹ và
một số nước Bắc Mỹ thông qua các văn phòng đại diện tại Việt Nam…
Chất lượng nguyên liệu gỗ đầu vào quyết định chất lượng sản phẩm gỗ
gia công chế biến nói chung và đặc biệt là các sản phẩm gỗ gia dụng cao cấp.
Ngoài các yếu tố về phẩm cấp/giống gỗ, mẫu mã, công nghệ xử ly bảo
quản/sản xuất và các yếu tố thị trường khác trong đó độ ẩm của gỗ nguyên
10

10

liệu là một trong các yếu tố quan trọng, có ảnh hưởng lớn và trực tiếp đến
chất lượng hàng gia công và bảo quản sản phẩm. Độ ẩm của các loại gỗ
nguyên liệu khác nhau thông thường đòi hỏi phải đạt trong khoảng từ
(6±13)%. Ví dụ, đa phần các loại gỗ tương tự gỗ sồi sau khi đốn có độ ẩm
khoảng 68% và cao hơn. Sau giai đoạn sấy đầu tiên, nước tự do trong gỗ bay
hơi cho đến khi đạt trạng thái “bão hòa các cấu trúc sợi gỗ”- độ ẩm của gỗ đạt
khoảng 28% (trong gỗ chỉ còn giữ lại thành phần nước liên kết). Thành phần
nước liên kết chỉ có thể giảm khi tách hơi nước khỏi các tế bào gỗ ở dưới
điểm bão hòa.

Hình 1.1. Ván gỗ bị nứt nẻ, biến dạng do không được sấy đúng quy cách
1.2. Đặc điểm và khả năng ứng dụng các phương pháp sấy truyền thống.
Sấy là quá trình tách ẩm ra khỏi vật liệu sấy, trong đó vật liệu sấy nhận
năng lượng để ẩm từ trong lòng vật liệu sấy dịch chuyển ra bề mặt và đi vào
môi trường tác nhân sấy (TNS). Sấy cũng là một quá trình công nghệ, trong đó
các tính chất công nghệ luôn thay đổi. Tính chất công nghệ của vật liệu gồm:
tính chất lí hoá, tính chất cơ kết cấu, tính chất sinh hoá,….Qúa trình sấy nhằm

Khác với phương pháp sấy nóng, để tạo ra sự chệch lệch phân áp suất
hơi nước giữa vật liệu sấy và tác nhân sấy, trong phương pháp sấy nhiệt độ
thấp người ta giảm phần áp suất hơi nước có trong tác nhân sấy bằng cách
giảm độ chứa ẩm và nâng nhiệt kéo theo độ ẩm tương đối của tác nhân sấy
giảm hoặc tạo ra độ chân không để giảm phần áp suất của hơi nước có trong
không khí. Như vậy sản phẩm thỏa mãn điều kiện sấy được mà vẫn đảm bảo
về cơ tính, màu sắc…
Có thể chia phương pháp sấy gỗ thành 2 nhóm: sấy tự nhiên và cưỡng bức
1.2.1. Sấy tự nhiên.
Hong phơi là một cách 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
12

12

không khí xung quanh gỗ. Sử dụng phương pháp hong phơi, gỗ có thể được
sấy đến độ ẩm 15-20% tuỳ thuộc vào điều kiện thời tiết. Thời gian sấy có thể rất
khác nhau từ 2 tháng cho đến 2 năm. Điều này tuỳ thuộc vào loài gỗ và kích
thước của gỗ. So với việc sấy gỗ bằng phương pháp sấy cưỡng bức, hong phơi
yêu cầu đầu tư ít và không mất chi phí cho năng lượng. Tuy nhiên hong phơi có
những nhược điểm sau:
• Thời gian sấy dài
• Gỗ không thể sấy khô đến độ ẩm dưới 15%. Với một độ ẩm thấp hơn
thường được yêu cầu cho các sản phẩm xuất khẩu tới các nước có khí hậu ôn hòa
• Cần một diện tích rộng cho việc xếp đống và hong phơi.
Gỗ nên được xếp đống ở những nơi thông thoáng và có mái che. Điều
này nhằm bảo vệ khỏi mưa to và ánh nắng trực tiếp từ mặt trời. Nhiệt (ánh
nắng) trực tiếp và mưa to sẽ làm hư hại gỗ.
1.2.2. Sấy cưỡng bức.

nhiệt hoặc nước nóng tuần hoàn qua các đường ống hoặc bộ phận trao đổi
nhiệt. Sự lưu thông không khí trong lò sấy được cung cấp bằng quạt. Nó giúp
cho sự trao đổi nhiệt với bộ phận trao đổi nhiệt tốt hơn. Mặt cắt ngang của lò
sấy được chỉ ra ở hình 1.3. Sàn được làm bằng bê tông. Tường và cửa lò được
làm bằng vật liệu cách và chịu nhiệt. Hiện nay lò sấy hơi nước quá nhiệt được
sử dụng phổ biến.

14

14

Hình 1.3. Dạng điển hình của lò sấy hơi nước
Nguồn nhiệt cấp cho lò từ hệ thống nồi hơi sử dụng nhiên liệu chủ yếu là
than đá, củi, gỗ phế loại. Hơi từ các nồi hơi được dẫn vào lò qua các đường
ống dẫn hơi tới hệ thống toả nhiệt trong lò. (hình 1.4)

Hình 1.4. Nồi hơi đun bằng củi [8]
* Một số phương pháp sấy ở nhiệt độ thấp
Sấy thăng hoa. [7]
Sấy thăng hoa (hay sấy lạnh đông) là quá trình tách ẩm của vật liệu bằng
phương pháp thăng hoa (ẩm từ trạng thái rắn biến thành hơi mà không qua
trạng thái lỏng). Sấy thăng hoa được áp dụng cho ngành công nghiệp chế biến

15

15

và bảo quản thực phẩm như sấy thịt, cá, rau, quả đóng hộp, ngoài ra cũng

16

Sấy sử dụng bơm nhiệt.
Dùng bơm nhiệt để tạo ra tác nhân sấy có nhiệt độ và độ ẩm phù hợp cho
quá trình sấy. Hình 1.5 mô tả nguyên ly chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt.
Nguyên lý hoạt động: Không khí ẩm qua buồng sấy có trạng thái điểm 1
được hút qua dàn lạnh của bơm nhiệt. Tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt
của không khí với tác nhân lạnh. Nhiệt độ của không khí được đưa xuống
nhiệt độ đọng sương, ẩm trong không khí đạt trạng thái bão hòa và ngưng tụ
lại trên dàn bay hơi, rồi chảy xuống hệ thống máng gom nước. Vì vậy, độ
chứa ẩm d của dòng khí giảm xuống, nhiệt độ không khí cũng giảm. Không
khí trạng thái điểm 2 chuyển qua dàn ngưng tụ, không khí được đốt nóng
đẳng d lên trạng thái điểm 3 với độ ẩm tương đối thấp. Dòng không khí khô
này được thổi vào buồng sấy. Không khí chảy trùm lên vật sấy và đốt nóng
vật sấy. Do chênh lệch về thế sấy nên ẩm trên bề mặt vật sấy bay hơi và đi
vào dòng tác nhân sấy. Cứ tiếp tục vòng tuần hoàn như thế vật sấy được sấy
đến độ ẩm theo yêu cầu.

Hình 1.5. Nguyên lý chu trình thiết bị sấy dùng bơm nhiệt
Ưu điểm:
- Năng lượng của dàn nóng và dàn lạnh đều được tận dụng triệt để.
- Giảm được chi phí về thiết bị, vận hành và bảo dưỡng.
- Quá trình hoạt động của thiết bị không bị gián đoạn do không phải thay
chất hấp phụ như trong máy bài ẩm.

17

17

18

18

công nghệ và giám sát kỹ thuật nghiêm ngặt. Công nghệ sấy bơm nhiệt rút ẩm
nhiệt độ thấp được quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi.
Sấy gỗ bằng phương pháp rút ẩm bằng bơm nhiệt ở nhiệt độ thấp (4080)0C, khống chế ẩm độ không khí tác nhân sấy đến khoảng (40-60)% RH. So
với các công nghệ sấy khác, sấy bằng bơm nhiệt có nhiệt độ làm việc thấp,
nâng cao rõ rệt chất lượng gỗ sấy, giảm đáng kể tỷ lệ gỗ phế liệu và cho phép
tiết kiệm đến (30-50)% năng lượng sấy (hình 1.6; 1.7). So với lò sấy cấp nhiệt
bằng hơi nước, lò sấy sử dụng bơm nhiệt kiểu rút ẩm ở nhiệt độ thấp có hiệu
suất sử dụng năng lượng cao, đạt đến 1,5-2,0 kgH 2O/kWh đồng thời giảm
đáng kể các chi phí đầu tư và vận hành các nồi hơi, phí kiểm định an toàn...
Đối với loại gỗ cứng và một số loại gỗ mềm, nếu sử dụng công nghệ lò
sấy bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp có thể sấy gỗ từ trạng thái tươi đến độ ẩm
30% ở nhiệt độ xấp xỉ 500C, và sau đó sấy xuống đến ẩm độ 12% ở nhiệt độ
tăng lên vẫn đảm bảo hiệu suất sấy cao và thời gian sấy tương đương so với
sấy bằng lò sấy thông thường.

19

19

Hình 1.6. Minh họa lò sấy gỗ bơm nhiệt dung tích nhỏ, vừa và lớn của Hãng NOVA

Hình 1.7. Lò sấy gỗ bơm nhiệt hút ẩm nhiệt độ thấp của Hãng NOVA dung tích vừa
và lớn với dung lượng (13-28) m3 (từ 5.500 đến 12.000 tấm gỗ xẻ)

bao gồm các bộ phận tạo/phân phối nhiệt đốt nóng không khí tác nhân sấy, hệ
thống quạt đảo khuấy không khí, thiết bị điều khiển khống chế và chỉ thị nhiệt
độ trong lò sử dụng nhiên liệu củi.

21

21

Hình 1.11. Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp

Hình 1.12. Bố trí ván xẻ trong lò sấy gỗ sử dụng bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp
Thông thường, lò sấy đơn loại nhỏ thường sử dụng điện năng để vận
hành hệ thống và cấp nhiệt bổ sung thay vì sử dụng dầu/khí ga hay củi ở các lò
sấy lớn (các hình 1.10; 1.11; 1.12). Gia nhiệt bổ sung bằng điện là giải pháp
hợp ly, cho phép điều khiển chế độ sấy tiện lợi chính xác và kinh tế, đảm bảo
chất lượng gỗ sấy không phế liệu.

22

22

Hình 1.13. Thiết bị bơm nhiệt rút ẩm nhiệt độ thấp lò sấy gỗ sử dụng điện

Hình 1.14. lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời.
Trong hình 1.14 cho lò sấy gỗ sử dụng năng lượng mặt trời. Lò sấy kiểu
này phụ thuộc nhiều vào thời tiết khí hậu bên ngoài. Khi bên ngoài nắng nóng
dễ dẫn đến sấy quá nhiệt và ngược lại, thời tiết lạnh-thiếu nhiệt. Nếu không
nâng nhiệt độ tác nhân không khí đến mức cần thiết, chi phí điện năng chạy

25

25

Trích đoạn Sơ đồ nguyên lý sấy gỗ bằng bơm nhiệt. Xác định chế độ sấy, nhiệt độ sấy Khái quát về công ty. Hiện trạng và nhu cầu cải tiến nâng cấp. Các thông số và quy trình công nghệ sấy gỗ bằng bơm nhiệt.

Nhờ tải bản gốc

Tài liệu, ebook tham khảo khác

nghiên cứu ứng dụng công nghệ bơm nhiệt thiết kế hoàn thiện lò sấy gỗ năng xuất (30-50)m3/ mẻ - Pdf 31

Tài liệu, ebook tham khảo khác

Học thêm