BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
---------------------

ĐỖ THỊ HOÀI THANH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ÉP
HỢP LÝ ĐỂ TẠO VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU VỎ HẠT
ĐIỀU (Anacardium occidentale) VÀ DĂM GỖ TRÀM
(Melaleuca cajiputy)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nô ̣i, 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

--------------------

ĐỖ THỊ HOÀI THANH

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ ÉP
HỢP LÝ ĐỂ TẠO VÁN DĂM TỪ NGUYÊN LIỆU VỎ HẠT

năng còn tiếp tục tăng trong những năm tới. Điều này mở ra thị trường rộng
lớn cho ngành sản xuất ván dăm.
Hiện nay ở nước ta, chế biến hạt điều đã trở thành một ngành sản xuất
công nghiệp phát triển mạnh mẽ, nhất là ở các tỉnh Đông Nam Bộ. Trong
công nghiệp chế biến hạt điều thì vỏ hạt điều thu được trong quá trình sản
xuất có một khối lượng rất lớn. Bã vỏ hạt điều sau khi ép lấy dầu hiện nay
mới chỉ sử dụng một phần ủ làm phân bón hoặc làm chất đốt thì còn một
lượng lớn thải ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng. Để tận dụng một
khối lượng lớn vỏ hạt điều, ước tính vào khoảng trên 200.000 tấn/ năm tương
đương với khối lượng của 400.000 m3 có thể kết hợp với dăm gỗ sản xuất ván
dăm. Điều này có một ý nghĩa rất lớn vì ngoài việc tận thu vỏ hạt điều đang
làm ô nhiễm tại các nhà máy chế biến hạt điều, nó còn có khả năng tạo ra một


2

loại sản phẩm ván dăm mới góp phần làm đa dạng hóa sản phẩm phục vụ
công nghiệp chế biến gỗ.
Trong quá trình nghiên cứu tạo ván dăm, một trong những yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến chất lượng ván dăm là thông số công nghệ khi ép ván.
Thông số công nghệ hợp lý sẽ cho ra ván dăm đạt chất lượng tốt nhất và chi
phí cho sản xuất đạt hiệu quả tối đa. Vì vậy, việc xác định thông số chế độ ép
cho ván dăm từ vỏ hạt điều và dăm gỗ là rất cần thiết và quan trọng.
Được sự nhất trí của khoa Sau đại học, trường Đại học Lâm nghiệp
Việt Nam, dưới sự hướng dẫn của cô Nguyễn Thị Bích Ngọc, tôi tiến hành
thực hiện đề tài “Nghiên cứu xác định thông số công nghệ ép hợp lý để tạo
ván dăm từ nguyên liệu vỏ hạt Điều (Anacardium occidentale) và dăm gỗ
Tràm (Melaleuca cajuputy Powell)”




được hoàn thiện. Trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu và sản xuất
trong và ngoài nước cũng đã nghiên cứu, sản xuất ra nhiều loại ván tổng hợp
sử dụng nguyên liệu từ các loại gỗ, các loại tre, kết hợp các loại thứ và phế
liệu trong nông, lâm nghiệp… Trong đó Trung Quốc đã nghiên cứu và sản
xuất nhiều loại ván từ tre, tre – gỗ kết hợp với mục đích sử dụng hiệu quả
nguồn nguyên liệu tre.
Năm 1994, Wang – Sigun, Hua – Yukun nghiên cứu đề tài “Nghiên
cứu công nghệ sản xuất ván dăm định hướng từ nguyên liệu tổng hợp tre và
gỗ Bạch Dương” các tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của chủng loại keo,
chiều dày ván dăm, tỷ lệ lượng dăm tre và gỗ, dạng cấu trúc tạo ván đến một
số chỉ tiêu chất lượng của ván. [5]
Năm 1995, nhóm tác giả Viện khoa học Lâm nghiệp Trung Quốc thực
hiện “Nghiên cứu công nghệ sản xuất ván dăm tổng hợp từ phế liệu các loại
gỗ Tràm bông vàng, Thông, Dầu” các tác giả đã xác định các tỷ lệ pha trộn
khác nhau theo khuynh hướng tận dụng phế liệu. [12]
“Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số công nghệ sản xuất tới các tính
chất vật lý của ván rơm” của Greggory S. Karr và các cộng sự tại trường Đại
học bang Kansas, Mỹ thực hiện năm 2000. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ
ẩm ban đầu của rơm (khảo sát trong khoảng từ 2 đến 12%), lượng keo dùng
(từ 2 ÷8%) và nhiệt độ ép (từ 135 dến 2180C) tới tính chất vật lý và cơ học
của ván (dày 6mm). Kết quả cho thấy lượng keo dùng có ảnh hưởng lớn nhất
đến tính ổn định kích thước, khả năng chống ẩm và cường độ của ván. Nhiệt
độ ép ảnh hưởng tới tính ổn định kích thước của ván nhiều hơn tính chất cơ
học của ván. Cường độ uốn tĩnh của ván thay đổi trong khoảng từ 15 đến 28,7
MPa với khoảng cách gối là 18 lần chiều dày. [5]


5


tài chưa được triển khai vào sản xuất.[7]
+ Năm 1993, với đề tài “ Nghiên cứu một số yếu tố của công nghệ sản
xuất ván dăm từ tre Việt Nam” tác giả Nguyễn Phan Thiết đã chỉ ra rằng các
bước công nghệ sản xuất ván dăm từ tre gai có khác so với sản xuất ván dăm
từ nguyên liệu gỗ ở khâu băm dăm. Tác giả cũng đã đưa ra các thông số công
nghệ của quá trình ép, loại keo và định mức sử dụng. Ván dăm từ nguyên liệu
tre gai có tính chất cơ học cao hơn ván dăm gỗ. [4]
+ Hoàng Thanh Hương (2002) đã nghiên cứu công nghệ sản xuất ván
dăm một lớp nguyên liệu từ dăm tre lồ ô kết hợp với dăm gỗ cao su. Tác giả
đã đề xuất các thông số công nghệ của quá trình sản xuất và đã tiến hành sản
xuất thử nghiệm tại xí nghiệp ván dăm Tân Mai. Kết quả ván dăm tre gỗ kết
hợp có các tính chất cơ học tương đương với sản phẩm ván dăm của xí
nghiệp, riêng độ bền uốn tĩnh đạt cao hơn. [5]
+ Trên cơ sở nguồn xơ dừa rất phong phú tại các tỉnh Nam bộ, Hoàng
Xuân Niên (2004) đã nghiên cứu một số yếu tố công nghệ sản xuất ván dăm
từ nguyên liệu xơ dừa. Từ kết quả nhận được, tác giả đã khẳng định xơ dừa
đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu sản xuất ván dăm, đã xây dựng cơ sở lý
thuyết về lực cắt và các thông số cơ bản của công nghệ sản xuất ván. Ván
dăm xơ dừa đáp ứng tiêu chuẩn làm nguyên liệu sản xuất đồ mộc.[6]
+ Năm 2009, TS Bùi Văn Ái khi “Nghiên cứu đánh giá khả năng sử
dụng vỏ hạt Điều để sản xuất ván dăm” đã cho kết luận dăm vỏ hạt điều kết
hợp với dăm gỗ Bạch đàn và dăm gỗ Tràm cừ với các tỷ lệ 1:1; 1:2; 1:3, làm
dăm lớp lõi, ván dăm kết hợp được ép với các thông số: Áp suất ép 2,1 MPa,
nhiệt độ ép 1800C, thời gian ép 7 phút đáp ứng được điều kiện làm nguyên
liệu sản xuất ván dăm. Với tỷ lệ kết cấu ván 1:3:1, 1:4:1 có các tính chất cơ
học chủ yếu sử dụng đáp ứng được tiêu chuẩn của ván dăm thông thường. [9]


7


200

100

2

Quảng Nam

1800

1400

1400

3

Quảng Ngãi

3600

3500

2800

4

Bình Định

20000


1000

400

8

Gia Lai

19300

20300

20200


8

9

Đăk Lăk

44700

47100

41500

10

Đăk Nông


32300

31000

27800

14

Bình Dương

10100

9400

6200

15

Đồng Nai

54000

54500

55100

16

Bình Phước



9

Hình dạng quả điều

Cấu tạo hạt điều

*Tình hình sử dụng và nghiên cứu về vỏ hạt điều
Hàng năm, tổng sản lượng nguyên liệu cung cấp cho ngành sản xuất và
chế biến hạt điều từ 220.000 - 250.000tấn/năm, như vậy chúng ta có thể thu
hồi được khoảng 175.000 tấn vỏ (70% vỏ điều).
Công nghệ chế biến hạt điều đã được nâng cao, từ tách vỏ bằng thủ
công nay các cơ sở chế biến đã đầu tư công nghệ tách vỏ bằng máy, chuyển
từ công nghệ chao hạt bằng dầu bằng công nghệ sử dụng hơi nước quá nhiệt.

Công nhân đang tách vỏ hạt điều


10

Cũng từ việc gia công chế biến hạt điều xuất khẩu đã phát sinh ra một
lượng lớn rác thải từ vỏ hạt điều sau chế biến. Đây là một thứ phế thải mà hầu
hết các nhà sản xuất đều phải đốt bỏ. Tuy nhiên việc xử lý vỏ hạt điều không
đơn giản do công nghệ phức tạp lại đầu tư lớn nên ít có doanh nghiệp thực
hiện mà chủ yếu đốt để tiêu hủy. Các nhà máy chế biến hạt điều sử dụng
khoảng 10 - 15% vỏ điều cho việc cung cấp năng lượng để xử lý nguyên liệu
và sấy nhân điều, còn lại 55 - 60% vỏ điều được các lò gạch tư nhân mua làm
chất mồi trong việc nung gạch.
Đã có một số công trình nghiên cứu sử dụng các sản phẩm thu được từ

Quy trình sản xuất dầu tinh luyện từ vỏ hạt điều sau khi thu mua sẽ đi qua
máy ép để lấy dầu thô, bã của vỏ hạt điều sẽ đúc thành khối bán cho các lò
gạch ngói dùng đốt lò. Còn dầu thô sau khi ép sẽ được xử lý qua bồn lọc để
loại bỏ cặn. Tiếp đó đưa vào lò phản ứng để tách nước, phần còn lại là dầu
tinh luyện, từ đó dầu tinh luyện được đưa vào lò dự nhiệt để nâng nhiệt độ của
dầu với tháp chưng cất chân không để sản xuất dầu cardanol. Khi chưng cất,
dầu tinh luyện ở nhiệt độ cao sẽ chuyển thành dạng hơi và ngưng tụ lại thành
chất lỏng ở đáy tháp rồi chảy ra bể chứa. Phần cặn của dầu cardanol trong quá
trình chưng cất sẽ được sản xuất thành bộ ma sát. Về quy trình sản xuất than
và than hoạt tính, vỏ điều sau khi được sấy khô và đốt bằng hệ thống truyền
nhiệt tạo thành than. Than được đưa vào lò hầm than không khói và được
cung cấp nhiệt từ lò dự nhiệt để đốt nóng lượng than ở nhiệt độ 850 0C để tạo
thành than hoạt tính… Ngoài ra có thể trộn vỏ hạt điều sau ép với tinh bột sắn
theo tỷ lệ 8% và nghiền tạo thành bánh. Bánh than sau khi nghiền được đưa
vào nung ở nhiệt độ cao 9000C trong vòng 3 giờ cho hàm lượng than hoạt tính
cao.
- Ngoài ra vỏ hạt điều sau khi ép dầu còn được sử dụng ép lại thành
bánh. Loại bánh điều là nguồn nguyên liệu tạo ra lượng nhiệt lớn và hàm
lượng tro rất thấp, là một trong nhưng lựa chọn thay thế tốt nhất cho nguyên


12

liệu gỗ để đốt cháy. Mặt khác, một yếu tố làm cho nguyên liệu này có tính ưu
việt hơn các loại vật liệu khác đó là nó có độ ẩm rất thấp do đó nó được sử
dụng rất hiệu quả trong các nhà máy ngói nung và trong các lò hơi đốt của các
ngành công nghiệp.
- Các nhà khoa học của Công ty NEC Nhật Bản đã nghiên cứu phát
triển thành công loại nhựa sinh học từ vỏ hạt điều. Loại nguyên liệu này có
tính thân thiện với môi trường, có khả năng chịu nhiệt và chông thấm nước và

là: vỏ ngoài (chứa nhiều sáp, silic) và lượng dư dầu vỏ còn lại sẽ có ảnh
hưởng đến quá trình tạo dăm và tạo ván. Do vậy, phải đánh giá ảnh hưởng của
các yếu tố này đến quá trình công nghệ tạo ván và từ đó làm căn cứ nghiên
cứu lựa chọn đối tượng dăm gỗ (loại gỗ, kích thước dăm, tỷ lệ dăm gỗ hợp
lý...) sử dụng phối trộn với dăm từ vỏ hạt điều để sản xuất ván dăm, nhằm
đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng đối với ván dăm thông dụng.
1.3. Tình hình nghiên cứu sử dụng gỗ Tràm
Cây tràm được phát hiện và biết đến rất sớm từ những năm giữa thể kỷ
17 (Geoger Everbard, Rumph – 1654) và được tiếp tục ghi nhận khẳng định
thêm qua các công trình nghiên cứu trong nhiều năm của thế kỷ 18, 19. Cây
tràm có phân bố tự nhiên khá rộng về mặt địa lý và điều kiện sinh thái khác
nhau, nó được coi là loài cây đa sinh thái và đa tác dụng.
+ Năm 2002, Đỗ Văn Bản và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu một
số tính chất gỗ Tràm được trồng tại Long An, bước đầu cung cấp những thông
tin cơ bản nhất về đặc tính của gỗ Tràm nhằm góp phần định hướng sử dụng
gỗ Tràm. Căn cứ trên các kết quả nghiên cứu, tác giả đã đưa ra nhận định về
gỗ Tràm ở Việt Nam như sau:
Gỗ Tràm được xếp vào nhóm gỗ nặng trung bình, khả năng hút ẩm cao,
dễ ngâm tẩm (tốc độ hút nước nhanh, mạch không có thể bít hoặc chất chứa),
màu sắc gỗ tương đối sáng, mặt gỗ mịn, vân trung bình.


14

Thành phần hóa học: thành phần cellulose, ligin thấp, chiều dài gỗ
trung bình, sợi gỗ thuộc loại tương đối mỏng. Về khả năng làm nguyên liệu
để sản xuất ván dăm, gỗ Tràm hoàn toàn phù hợp vì gỗ có màu sắc sáng, độ
bền trượt dọc thớ trung bình, ứng suất chống tách thấp, khối lượng thể tích
nhẹ đến trung bình.
+ Năm 2006, Nguyễn Quang Trung khi thực hiện luận văn thạc sĩ


Chương 2:
MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
2.1.1. Mục tiêu chung
Tạo ra loại ván dăm từ nguyên liệu dăm vỏ hạt Điều (Anacardium
occidentale ) với dăm gỗ Tràm (Melaleuca cajiputy ) đáp ứng được yêu cầu
kỹ thuật của ván dăm thông dụng dùng trong đồ mộc, xây dựng.
2.1.2. Mục tiêu cụ thể
Xác định được một số thông số chế độ ép hợp lý (nhiệt độ ép, thời gian
ép) để tạo ván dăm thông dụng từ nguyên liệu dăm vỏ hạt Điều với dăm gỗ
Tràm
2.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
- Nguồn nguyên liệu:
- Vỏ hạt điều thu mua tại cơ sở ép dầu Hải Phòng.
- Gỗ Tràm cừ (Melaleuca cajiputy Powell) 5 tuổi, khai thác tại Cà Mau.
- Chất kết dính
- Keo U – F (Urea Formaldehyde) của hãng DYNO.
2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
Để xác định được các thông số chế độ ép hợp lý đề tài đã kế thừa kết
quả nghiên cứu đã làm trước đó để tìm ra được thông số áp suất hợp lý P =
2,1MPa. Sau đó cố định áp suất ép và tiến hành tạo ván để nghiên cứu sự ảnh
hưởng của nhiệt độ và thời gian ép tới chất lượng ván dăm vỏ hạt điều.
- Yếu tố cố định: loại ván dăm thí nghiệm là ván 3 lớp
-Tỷ lệ kết cấu giữa lớp mặt và lớp lõi là 1:3:1
-Khối lượng thể tích 0,7 g/cm3


17


Vì hàm lượng dầu trong vỏ hạt sau khi ép không còn đủ lớn để có thể
tiếp tục sử dụng phương pháp ép nên tôi đã tiến hành chiết mẫu vỏ bằng dung
môi hữu cơ. Trong thí nghiệm này tôi tiến hành chiết một lượng xác định m1
mẫu vỏ hạt với dung môi hữu cơ: n-hexan. Mẫu vỏ được ngâm 48 giờ ở trong
dung môi này, sau đó lọc hút lấy dịch chiết. Dịch chiết thu được đem loại bỏ
dung môi bằng cách cất trong thiết bị cất quay chân không. Để định lượng
hàm lượng dầu trong mẫu vỏ hạt điều chúng tôi sử dụng giải pháp chiết bằng
dung môi hữu cơ trên 2 thiết bị chiết thể hiện bằng 2 phương pháp:
+ Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên thiết bị chiết siêu âm:
Mẫu vỏ được xử lý bằng thiết bị chiết siêu âm: Cân một lượng chính xác m1
(gram) mẫu vỏ và chiết 4 lần trong dung môi đã chọn, thời gian cho mỗi lần
chiết là 45 phút, nhiệt độ chiết là 400C. Hồn hợp thu được gồm bã và dịch
chiết đem lọc để thu lấy dịch lọc. Phần dịch lọc này được cất trong thiết bị cất
quay chân không để loại kiệt dung môi, cặn thu được chính là tổng lượng dầu
trong m1 (gram) vỏ đem chiết, nó có khối lượng m2 (gram)
+ Phương pháp chiết bằng dung môi hữu cơ trên cột chưng cất - chiết
liên tục Soxhlet: Mẫu vỏ hạt điều được xử lý trong cột chưng cất - chiết liên
tục Soxlet: Cân một lượng chính xác m1 (gram) mẫu vỏ hạt điều và đưa lên
cột chưng cất - chiết Soxhlet. Sử dụng dung môi đã chọn được ở trên để chiết
liên tục trong 12 tiếng. Phần dịch chiết thu được đem cất trong máy cất quay
chân không để thu lấy cặn chiết, cặn này là tổng lượng dầu trong có trong m1
(gram) mẫu vỏ đã cân, nó có khối lượng m2 (gram).
Hàm lượng dầu trong vỏ hạt thể hiện dưới dạng phần trăm khối lượng
được tính toán theo công thức sau cho cả hai phương pháp:
c(%) 

m2 *100
m1


t – Thời gian ép (phút)
X2

nghiên
cứu

Tỷ lệ trương nở chiều dày của ván
S (%)
Độ bền uốn tĩnh của ván
Độ bền kéo vuông góc của
ván

Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố đầu vào được thể hiện như bảng


20

Bảng 2.1. Mức và khoảng biến thiên của các thông số nghiên cứu

Dạng mã

Mức


Mức
dưới
-1

Mức
0


20

2

Thời gian ép (t)

X2

6

7

10

13

14

3

Với:  = 1.414
X± = ± .L + X0
- Lập hàm các yếu tố theo dõi có dạng phương trình: Y = f(x1, x2, …xi).
Trong đó x1, x2, …xi là các biến số đặc trưng cho các yếu tố ảnh hưởng.
- Kết quả nghiên cứu thể hiện dưới dạng phương trình tương quan bậc
hai có dạng tồng quát:
Y= bo +
Trong đó


đến điểm sao hay còn gọi là cánh tay đòn.
- Bố trí thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm theo sơ đồ ma trận. Kết quả thí
nghiệm ghi vào cột các tham số đầu ra trong bảng ma trận thí nghiệm


21

Bảng 2.2. Ma trận bố trí thí nghiệm
TT
X1
X2
Y1
Y2
Y3
YTB
1
0
0
2
1
-1
3
1
1
4
0
0
5
0
+α

F

S yt2
S tn2

(1.4)

Công thức (1.5): S2yt- phương sai do dự thay đổi của các thông số vào
gây nên; S2tn- ước lượng phương sai do nhiễu thực nghiệm gây ra.
Để kiểm nghiệm “giả định không” so sánh F với Fb` nếu F > Fb thì ảnh
hưởng của các yếu tố là đáng tín cậy. Fb – chuẩn Fisher tra trong bảng với
mức ý nghĩa  = 0.05 và 2 bậc tự do k-1, k(m-1).
+ Tính đồng nhất của phương sai đánh giá qua tiêu chuẩn Kohren [15]:


22

S

2
S max

(1.5)

N

S
u 1

2

(1.6)

Trong công thức (1.6): S2a- phương sai tuyển chọn tạo nên do sự chênh
lệch giữa các giá trị hàm tính theo mô hình và giá trị thực nghiệm của nó; S2bphương sai do nhiễu tạo ra; bậc tự do ở đây bao gồm: ka = N-k*; kb = N(m-1);
m- số lần lặp lại của mỗi thí nghiệm.
Nếu Fn nhỏ hơn giá trị chuẩn Fisher tra bảng với bậc tự do ka, kb với
mức ý nghĩa  = 0.05 thì mô hình tương thích.
b. Kiểm tra mức ý nghĩa của các hệ số hồi quy. Mức ý nghĩa của các hệ
số hồi quy kiểm tra theo chuẩn Student. Chuẩn Student của từng hệ số hồi quy
tính theo công chức:


23

to 

b0
;
S bo

ti 

bi
;
S bi

tij 

bij
S bij

Giải bài toán tối ưu theo phương pháp trao đổi giá trị phụ: Phương
pháp trao đổi giá trị phụ do Haimes [1, tr.67] đề xướng và được sử dụng để
giải bài toán tối ưu đa mục tiêu. Theo Haimes bài toán tối ưu đa mục tiêu
được đưa về bài toán một mục tiêu như sau:
Yi ---min (với: Yj(xi) < j , j  1, j = 1, 2, …, m).
Hàm mục tiêu được biểu diễn qua phiếm hàm Larăngiơ dạng tổng:
m

F ( x,  )  y1 ( x)    ji [Y j( x)   j ]; j  1

(1.9)

j 1

Trong công thức (1.10): ij gọi là nhân tử Larăngiơ, có ý nghĩa như
hàm trao đổi; ij=F/Yj , với x  X và j > 0.