Luận án Nghiên cứu công nghệ sấy gỗ Căm xe (Xylia xylocarpa) bằng phương pháp sấy chân không - Bùi Thị Thiên Kim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH ****************** BÙI THỊ THIÊN KIM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẤY GỖ CĂM XE (Xylia xylocarpa) BẰNG PHƯƠNG PHÁP SẤY CHÂN KHÔNG Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản Mã số: 9.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS. LÊ ANH ĐỨC TS. HOÀNG THỊ THANH HƯƠNG TP.

HỒ CHÍ MINH – NĂM 2023 luan an ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan rằng công trình “Nghiên cứu công nghệ sấy gỗ Căm xe (Xylia xylocarpa) bằng phương pháp sấy chân không” được trình bày trong luận án này là do chính tác giả thực hiện. Các số liệu và kết quả có trong luận án là trung thực chưa được công trình của các tác giả khác công bố. Hồ Chí Minh, năm 2023 Tác giả Bùi Thị Thiên Kim luan an iii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh, Ban Giám Hiệu, Phòng đào tạo Sau đại học, Khoa Lâm Nghiệp, Bộ môn Chế biến Lâm sản đã tạo điều kiện cho tôi học nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ Thuật Chế Biến Lâm Sản khóa 2015.

Xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Thầy Cô hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Anh Đức và TS. Hoàng Thị Thanh Hương, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Xin gửi lời cảm ơn nồng ấm đến toàn thể Thầy Cô Khoa Lâm Nghiệp đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Đặc biệt là Thầy PGS.TS Hồ Xuân Các, Cô PGS.TS Hứa Thị Huần, Thầy PGS.TS Phạm Ngọc Nam, Thầy PGS.

Đặng Đình Bôi, Cô TS. Tăng Thị Kim Hồng đã tận tình giúp đỡ, góp ý xây dựng cho những nội dung của luận án được hoàn thiện hơn. Xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể Thầy Cô Bộ môn Chế Biến Lâm sản đã giúp đỡ và tạo điều kiện, hỗ trợ thời gian cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể đồng nghiệp, quí Anh Chị Em, bạn bè thân hữu đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Cuối cùng, gửi lời cảm ơn yêu thương đến gia đình Ba Mẹ, Anh Chị đã luôn bên cạnh con luôn động viên, ủng hộ, giúp đỡ con trong bất kỳ hoàn cảnh nào, đồng thời tạo mọi điều kiện tốt nhất cho con trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Con yêu quí cả nhà rất nhiều. Xin trân trọng gửi ngàn lời cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, năm 2023 Nghiên cứu sinh Bùi Thị Thiên Kim luan an iv TÓM TẮT Tên luận án: Nghiên cứu công nghệ sấy gỗ Căm xe (Xylia xylocarpa) bằng phương pháp sấy chân không Nghiên cứu sinh: Bùi Thị Thiên Kim Chuyên ngành: Kỹ thuật Chế biến Lâm sản Mã số: 9.01 Nghiên cứu công nghệ sấy gỗ Căm xe bằng phương pháp sấy chân không với mục tiêu chính là xây dựng mô hình toán truyền nhiệt và ẩm cùng với thực nghiệm để xác định chế độ sấy chân không phù hợp cho nguyên liệu gỗ Căm xe.

Để giải quyết mục tiêu trên, nghiên cứu đã tiến hành tìm hiểu các kết quả nghiên cứu lý thuyết của các tác giả trong lĩnh vực truyền nhiệt, truyền ẩm về sấy gỗ và các vật liệu xốp khác. Đồng thời ứng dụng lý thuyết toán học, vật lý để xây dựng mô hình vật lý về quá trình sấy chân không gỗ Căm xe, mô hình toán học mô tả bản chất truyền nhiệt truyền ẩm trong nguyên liệu gỗ; thực hiện giải mô hình toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn và tìm nghiệm của mô hình toán truyền nhiệt, truyền ẩm, sử dụng phương pháp thực nghiệm để xác định các thông số nhiệt vật lý của gỗ Căm xe thông qua đó kiểm chứng mô hình toán lý thuyết bằng thực nghiệm. Dựa vào kết quả thực nghiệm xác định các thông số công nghệ sấy chân không phù hợp góp phần xây dựng các bước trong qui trình sấy gỗ Căm xe bằng phương pháp sấy chân không. Kết quả nghiên cứu của luận án đã thực hiện được các nội dung như sau: Bằng thực nghiệm xác định được các thông số nhiệt vật lý của gỗ Căm xe phụ thuộc theo độ ẩm của vật liệu sấy, với các thông số bao gồm: - Khối lượng riêng của gỗ Căm xe: ρwo = 0,0068.W + 0,7875 (R2 = 0,9532) Với : W = 10 – 40%, W độ ẩm gỗ (%), wo khối lượng riêng gỗ Căm xe (g/cm3) - Nhiệt dung riêng của gỗ Căm xe: Cwop = - 0,058.W + 1538,2 (R2 = 0,9998) Với: W = 10 – 40%, W là độ ẩm gỗ (%), Cwop là nhiệt dung riêng gỗ (J/kg.K) luan an v - Hệ số dẫn nhiệt của gỗ Căm xe: Dọc thớ : kl = - 0,0001.W + 0,1995 (R2 = 0,9776) Ngang thớ : kr = 0,0002.W + 0,2083 (R2 = 0,992) Với: W = 10 – 40%, W là độ ẩm (%), kl: kr là độ dẫn nhiệt dọc thớ và ngang thớ (W/m.K) - Độ ẩm bão hòa thớ gỗ Căm xe: Độ ẩm bão hòa đạt được trong khoảng 18,14 – 23,07% kết quả giá trị trung bình độ ẩm bão hòa thớ gỗ Căm xe đạt WwoFSP = 20,556%.

- Độ ẩm thăng bằng (cân bằng) của gỗ Căm xe: Thông qua biểu đồ xác định độ ẩm thăng bằng của gỗ tại thành phố Hồ Chí Minh thời điểm nhiệt độ T = 32oC, độ ẩm tương đối không khí  = 75%, cho kết quả độ ẩm thăng bằng là WwoEQ = 14%. - Độ ẩm ban đầu của gỗ Căm xe: Độ ẩm ban đầu trong khoảng 39,21 – 41,63%, kết quả giá trị trung bình độ ẩm ban đầu gỗ Căm xe đạt WwoIN = 40,36%. Sử dụng phương pháp sấy chân không hồng ngoại cho nguyên liệu gỗ Căm xe. Xây dựng được mô hình toán biểu diễn quá trình truyền nhiệt, truyền ẩm trong quá trình sấy, giải mô hình toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn, dùng phần mềm Comsol Multiphysics mô phỏng quá trình sấy, kết quả được thể hiện thông qua các hình ảnh, biểu đồ phân bố nhiệt độ và ẩm độ.

Kết quả thực nghiệm ghi nhận sự phân bố nhiệt độ, ẩm độ, trong quá trình sấy chân không gỗ Căm xe, so sánh với kết quả được tính từ mô hình toán có biên dạng và xu hướng phù hợp với diễn biến thực nghiệm sấy, sai số về trung bình lớn nhất khi sấy bằng phương pháp chân không bức xạ hồng ngoại là dưới 5%. Bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm đã xác định được phương trình tương quan và hồi qui biểu diễn sự phụ thuộc giữa thời gian sấy, tỷ lệ khuyết tật gỗ với nhiệt độ, và cường độ bức xạ hồng ngoại. Xác định được các thông số công nghệ phù hợp cho quá trình sấy chân không gỗ Căm xe qui cách chiều dày 20 – 50 mm các giá trị như sau: nhiệt độ sấy Ts = 58,5- 58,9°C, áp suất p = 0,2 bar và cường độ bức xạ hồng ngoại Phn = 625 - 641 W/m2. luan an vi SUMMARY Thesis: Study on the drying technology of Pyinkado (Xylia xylocarpa) by vacuum drying method PhD student: Bui Thi Thien Kim Major: Forest products processing engineering technology Code: 9.01 The main objective of research on the drying technology of Pyinkado by vacuum drying method was to build a mathematical model of heat and moisture transfer along with experiments to determine the suitable vacuum drying schedules for Pyinkado wood.

To solve the research objective, the study has been conducted to understand the results of the theoretical research of the authors in the field of heat transfer, and moisture transfer on drying wood and other porous materials. Simultaneously, applying mathematical and physical theory to build a physical model of the Pyinkado wood vacuum drying process, a mathematical model describing the nature of heat transfer and moisture transfer in wood materials; solved the mathematical model by the finite element method and found the solution of the heat and moisture transfer mathematical model, used the experimental method to determine the thermo-physical properties of Pyinkado wood through which to verify the model theoretical model by experiment. Based on the experimental results, determined the appropriate vacuum drying technology parameters contributing to the construction of steps in the Pyinkado wood drying process by the vacuum drying method. The results of the study have been presented as follows: By experiment, the thermophysical parameters of Pyinkado wood depended on the moisture content of the drying material, with parameters including: - Density of Pyinkado: ρwo = 0,0068.W + 0,7875 (R2 = 0,9532) with : W = 10 – 40%, W moisture content of Pyinkado (%), wo density of Pyinkado (g/cm3) - Specific heat capacity of Pyinkado: luan an vii Cwop = - 0,058.W + 1538,2 (R2 = 0,9998) with: W = 10 – 40%, W moisture content of Pyinkado (%), Cwop Specific heat capacity of Pyinkado (J/kg.K) - The coefficient of thermal conductivity of Pyinkado: Longitudial : kl = - 0,0001.W + 0,1995 (R2 = 0,9776) Radial & tangential : kr = 0,0002.W + 0,2083 (R2 = 0,992) with: W = 10 – 40%, W moisture content of Pyinkado (%), kl: kr coefficient of thermal conductivity of Pyinkado wood longitudial and radial & tangential (W/m.K) - Fiber saturation moisture content of Pyinkado: The fiber saturation point was achieved in the range of 18,14 – 23,07%.

The results showed that the average value of fiber saturated moisture content of Pyinkado was WwoFSP = 20,556%. - Equilirium moisture content of Pyinkado: Through the chart to determine the equilibrium moisture of wood in Ho Chi Minh City at the time of temperature T = 32oC, the relative humidity of the air φ = 75%, resulting in equilibrium moisture of Pyinkado WwoEQ = 14%. - Initial moisture content of Pyinkado: The initial moisture content was in the range of 39,21 – 41,63%, resulting in the average value of the initial moisture content of Pyinkado WwoIN = 40,36%. Using infrared radiation vacuum drying method for Pyinkado wood materials.

Building a mathematical model to represent the process of heat and moisture transfer in the drying process, solving the mathematical model by the finite element method, and using Comsol Multiphysics software to simulate the drying process, the results were shown through images, charts, and graphs of temperature and moisture content distributions. The experimental results recorded the distribution of temperature and moisture during vacuum drying, compared with the results calculated from the mathematical model, whose contours and trends were consistent with the drying luan an viii experiment. , the maximum mean error when drying by vacuum infrared radiation method was less than 5%. By experimental planning method, the correlation and regression equations have been determined showing the dependence between drying time, wood defect rate with temperature, and infrared radiation intensity.

The appropriate technological parameters for the vacuum drying process of wood with a thickness of 20 - 50 mm were determined as follows: drying temperature Ts = 58,5 – 58,9°C, pressure p = 0,2 bar, and infrared radiation intensity Phn = 625 - 641 W/m2. luan an ix MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. xv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.