Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH THOÁT ẨM TRONG SẤY CHÂN KHÔNG
GỖ CĂM XE (Xylia xylocarpa)
STUDY ON THE MOISTURE MOVEMENT OF DANG WOOD (Xylia Xylocarpa)
IN CONVECTIVE VACUUM DRYING
ThS. Bùi Thị Thiên Kim
ĐH Nông Lâm Tp.HCM
;
TÓM TẮT
Kết quả nghiên cứu quá trình thoát ẩm của gỗ Căm xe trong sấy chân không theo các
chiều thớ đã cho thấy nhiệt độ sấy và quy cách nguyên liệu ảnh hưởng đến tốc độ thoát ẩm.
Mối quan hệ tỷ lệ thoát ẩm thể hiện qua phương trình tương quan và hồi quy như sau: Theo
chiều dày: Y tcday = 1.67 + 0.115X 1 – 0.24 X 2 + 0.055X 1 X 2 , theo chiều dài: Y tcdai = 2.664 +
0.1125X 1 – 0.2325 X 2 + 0.0675X 1 X 2 ; theo chiều rộng: Y tcrong = 1.7857+ 0.1325X 1 – 0.2925
X 2 + 0.0725X 1 X 2. Bài toán tối ưu được thiết lập trên cơ sở hàm tỷ lệ thoát ẩm với kết quả tối
ưu đạt được khi Y tcday = 1.97, với x 1 = 1, x 2 = -1 ; Y tcdai = 2.94, với x 1 = 1,x 2 = -1 ; Y tcrong
=2.13, với x 1 = 1,x 2 = -1. Gỗ Căm xe đạt tỷ lệ thoát ẩm tối ưu khi nhiệt độ T=600C, với quy
cách chiều dày 20mm, chiều dài 150mm, chiều rộng 30mm.
Từ khóa: sấy chân không, sấy gỗ.
ABSTRACT
Result of Dang wood evaporation in convective-vacuum drying follow the direction was
expressed the temperature and dimension of wood materials effected to rate of evaporation.
This relation was showed to pass correlate equation as follows: Depth dimension: Y tcday =
1.67 + 0.115X 1 – 0.24 X 2 + 0.055X 1 X 2 , length dimension: Y tcdai = 2.664 + 0.1125X 1 –
0.2325 X 2 + 0.0675X 1 X 2 ; width dimension: Y tcrong = 1.7857+ 0.1325X 1 – 0.2925 X 2 +
0.0725X 1 X 2 . Optimal problem was established on correlate equation when Y tcday = 1.97, with
x 1 = 1, x 2 = -1, Y tcdai = 2.94, with x 1 = 1,x 2 =-1,Y tcrong =2.13, x 1 = 1,x 2 = -1. Dang wood has
been max rate of evaporation when the temperature T=600C, when depth dimension 20mm,
length dimension 150mm and width dimension 30mm.
Keywords: convective-vacuum drying, drying wood.

x1

Nhiệt độ sấy (0C)

x2

Quy cách nguyên liệu (mm)

Y tcday

Hàm tỷ lệ thoát ẩm theo chiều dày (g/h)

Y tcdai

Hàm tỷ lệ thoát ẩm theo chiều dài (g/h)

Y tcrong

Hàm tỷ lệ thoát ẩm theo chiều rộng (g/h)

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Để rút ngắn thời gian sấy gỗ, các nhà nghiên cứu đã tiếp cận từ nhiều hướng khác nhau
như: thay đổi chế độ sấy, các giải pháp xử lý gỗ, phương pháp sấy… Tuy nhiên cho đến nay,
việc cải thiện thời gian sấy và chất lượng gỗ sấy qua việc thay đổi các thông số môi trường
sấy cũng không mang lại hiệu quả đáng kể, khi việc xây dựng chế độ sấy đã khá hệ thống và
795


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
tương đối hoàn thiện vào những năm 70-80. Các giải pháp xử lý gỗ như: hấp, luộc, xử lý hóa

chất… làm tăng thêm công đoạn xử lý gỗ, tiêu tốn năng lượng và chi phí sản xuất. Trong khi
đó, tìm kiếm các phương pháp sấy thích hợp đang là mối quan tâm hàng đầu và đây chính là
triển vọng để tháo gỡ vấn đề nêu trên. Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu đề xuất các phương
pháp sấy mới. Một trong những phương pháp được đề xuất là phương pháp sấy chân không
với ưu điểm là rút ngắn thời gian sấy và đạt hiệu quả cao trong chất lượng. Để góp phần xây
dựng quy trình, điều tiết quá trình sấy chân không chúng tôi thực hiện nghiên cứu quá trình
thoát ẩm trong sấy chân không gỗ Căm xe (Xylia xylocarpa) nhằm xây dựng và xác định yếu
tố cơ bản trong quá trình thoát ẩm để từ đó làm cơ sở cho việc thiết lập quy trình, xây dựng cơ
chế vận hành trong sấy gỗ chân không mang lại hiệu quả cao và chất lượng sản phẩm tốt nhất,
tiết kiệm năng lượng, chi phí sản xuất.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Gỗ Căm xe dùng trong thí nghiệm là loại phát triển bình thường. Mẫu gỗ nghiên cứu lấy
từ cây gỗ thành thục ở miền Nam Trung Bộ. Gỗ không bị khuyết tật, không bị sâu nấm mối
mọt được đưa về xí nghiệp chế biến gỗ cắt khúc, xẻ phách, gia công theo đúng kích thước
khảo sát.

Hình 1. Gỗ Căm xe dùng trong thí nghiệm
Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
 Cân điện tử Ohaus (Mỹ) trọng lượng cân tối đa 1000 gr
 Máy sấy gỗ chân không thí nghiệm
 Thiết bị đo độ ẩm gỗ
 Khay, thước đo....

Hình 2. Dụng cụ và thiết bị dùng trong thí nghiệm gỗ
796


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
2.2. Phương pháp nghiên cứu

Mô hình thí nghiệm
Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: dựa vào [1],[2] và phương án đã chọn mức và
khoảng biến thiên các thông số đầu vào ở dạng mã hoá được xác định như sau:
Số mức thí nghiệm là 3 bao gồm mức cơ sở (mức điểm 0 - mức trung tâm), mức trên
(+1), mức dưới (-1)

• Kế hoạch thực nghiệm
Do đặc điểm của quá trình nghiên cứu thực nghiệm nên mô hình được biểu diễn dưới
dạng mô hình bậc nhất
* Mô hình thí nghiệm bậc nhất
Số mức thí nghiệm là 3 bao gồm mức cơ sở (mức điểm 0 - mức trung tâm), mức trên
(+1), mức dưới (-1)
Số thí nghiệm cần phải tiến hành là:
N = N 1 + N 0 = 2k + N 0 = 22 + 3 = 7
Trong đó: k: số thông số đầu vào k = 2.
22 = 4: số thí nghiệm ở mức trên và dưới.
3: số thí nghiệm lặp thực hiện ở mức trung tâm.
X1 Nhiệt độ sấy (0C)

Quá trình sấy gỗ
chân không

Yta Tỷ lệ thoát ẩm
(g/h)

X2 Quy cách nguyên liệu (mm)

Hình 3. Sơ đồ quy trình thực nghiệm sấy gỗ chân không
Dựa vào [2], [3], [4], [5] và kết quả thí nghiệm thăm dò với khoảng biến thiên nghiên
cứu rộng, ta có mức và khoảng biến thiên của các thông số nghiên cứu đầu vào được xác định

như sau:
Bảng 1. Mức và khoảng biến thiên của các yếu tố nghiên cứu
Stt

Các thông số

Nhiệt độ sấy
(0C)X 1

Áp suất
(mmHg)

Quy cách nguyên liệu (mm) X 2
chiều dày

chiều dài

chiều rộng

1

Mức trên +1

60

140

40

350


50

2

Mức cơ sở 0

50

90

30

250

40

3

Mức dưới -1

40

50

20

150

30


4

Khoảng
biến thiên Δl

10

10

100

10

Tính toán và xử lý số liệu
Sử dụng chương trình statgraphics Vers 7.0 để xác định các hệ số hồi quy, phân tích
phương sai theo mô hình thống kê thực nghiệm trong các bài toán quy hoạch thực nghiệm. Sử
dụng phần mềm Matlab để giải bài toán tối ưu một mục tiêu và đa mục tiêu.
797


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định tỷ lệ thoát ẩm của gỗ Căm xe theo chiều
dày Y tcday (g/h)
Ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm bậc nhất được tiến hành phân tích phương sai
và hồi quy cho hàm toán dạng đa thức bậc nhất cho kết quả như sau:
Mô hình bậc nhất được chọn là:
Y = b 0 + b 1 x 1 + b 2 x 2 + b 12 x 1 x 2.
Phương trình hồi quy độ thoát nước theo chiều dày Y tcday (g/h). với hệ số tương quan

R- squared = 0.993 có dạng mã hóa là:
Y tcday = 1.67 + 0.115X 1 – 0.24 X 2 + 0.055X 1 X 2

(3.1)

Các hệ số hồi quy đều đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0.05.
Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm:
F t = 2.15 < F b = 19.2 tức là mô hình đảm bảo tương thích.
Vậy phương trình hồi quy (3.1) Ytcday tìm được tương thích với thực nghiệm. Từ phương
trình (3.1) cho thấy (+) đứng trước x 1 , và dấu (-) đứng trước x 2 , điều này chứng tỏ khi giá trị của
x 1 càng tăng thì giá trị hàm Y(g/h) càng tăng và ngược lại và điều này khẳng định chúng có mối
quan hệ tỷ lệ thuận với nhau. Giá trị của x 2 càng tăng thì giá trị hàm Y (g/h) càng giảm.. Mối quan
hệ này hoàn toàn phù hợp với các phân tích đưa ra từ lý thuyết nhiệt độ và chiều dày thớ gỗ.
1.67 + 0.115 x 1 - 0.24 x 2 + 0.055 x 1 x 2

Do thi contour moi quan he X1,X2 và Ytcday
1

1.9

0.8
1.8

2

0.6
0.4

chieu day tho go


1.8

1.6

1.4

1.7

0.2
1.6

0
-0.2

1.5

-0.4
1

1.4

-0.6
0.5

1
0.5

0

x2


-0.8

0

-0.5

1.3

-0.5
-1

-1

-1
-1

x1

-0.5

0
Nhiet do

0.5

1

Hình 4. Đồ thị 3D và contour mối quan hệ giữa X1, X2 và hàm Y tcday
Qua đồ thị hình 4 cho thấy mô hình phương trình tương quan (3.1) được biểu diễn miền

lưới trong không gian 3D. Từ đồ thị 3D chiếu sang trục tọa độ x1Ox2 ta có miền tối ưu với
giá trị tối ưu nằm trong khu vực miền màu đỏ.
Hàm thoát ẩm được tối ưu hóa theo phương trình (3.1).
Hàm mục tiêu: Y tcday → max.
Các điều kiện ràng buộc: -1 ≤ x i ≤ +1; i = 1÷ 2.
Bảng 2. Giá trị tối ưu hàm thoát ẩm Y tcday (g/h)
STT
1

Thông số đầu vào

Giá trị

Thông số đầu ra

Giá trị
Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực tối ưu
X1

A

60 (oC)

1

Y tcday
2

X2


B

-1

20 (mm)
798

N tcday

1.97
(g/h)


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
3.2. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm tỷ lệ thoát ẩm của gỗ Căm xe theo chiều dài
Y tcdai (g/h)
Ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm bậc nhất được tiến hành phân tích phương sai
và hồi quy cho hàm toán dạng đa thức bậc nhất cho kết quả trình bày như sau:
Mô hình bậc nhất được chọn là:
Y = b 0 + b 1 x 1 + b 2 x 2 + b 12 x 1 x 2.
Phương trình hồi quy độ thoát nước theo chiều dài Y tcdai (g/h). với hệ số tương quan
R- squared = 0.996 có dạng mã hóa là:
Y tcdai = 2.664 + 0.1125X 1 – 0.2325 X 2 + 0.0675X 1 X 2

(3.2)

Các hệ số hồi quy đều đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0.05.
Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm:
F t = 0.07 < F b = 19.2 tức mô hình đảm bảo tương thích.
Vậy phương trình hồi quy (3.2) Y tcdai tìm được tương thích với thực nghiệm.

2.664 + 0.1125 x 1 - 0.2325 x 2 + 0.0675 x 1 x 2

Do thi contour moi quan he X1,X2 và Ytcdai
2.9

1
0.8

2.8
0.6

2.9

0.4

2.8

chieu dai tho go

2.7
2.6
2.5
2.4
2.3

2.7

0.2
2.6
0

-0.2

2.5

-0.4

1

2.4

-0.6

0.5

1
0.5

0

x2

-0.8

2.3

0

-0.5

-0.5

-1

-1

-1
-1

x1

-0.5

0
Nhiet do

1

0.5

Hình 5: Đồ thị 3D và contour mối quan hệ giữa X1, X2 và hàm Y tcdai
Qua đồ thị hình 5 cho thấy mô hình phương trình tương quan (3.2) được biểu diễn miền
lưới trong không gian 3D. Từ đồ thị 3D chiếu sang trục tọa độ x1Ox2 ta có miền tối ưu với
giá trị tối ưu nằm trong khu vực miền màu đỏ.
Hàm thoát ẩm được tối ưu hóa theo phương trình (3.2).
Hàm mục tiêu: Y tcdai → max.
Các điều kiện ràng buộc: -1 ≤ x i ≤ +1; i = 1÷ 2.
Bảng 3. Giá trị tối ưu hàm thoát ẩm Y tcdai (g/h)
STT
1

Thông số đầu vào


Giá trị

Thông số đầu ra

Giá trị
Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực tối ưu
X1

A

60 (oC)

1

Y tcdai
2

X2

B

-1

150 (mm)

N tcdai

2.9415
(g/h)


3.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm tỷ lệ thoát ẩm của gỗ Căm xe theo chiều vân thớ
(chiều rộng) Y tcrong (g/h)
Ma trận thí nghiệm và kết quả thí nghiệm bậc nhất được tiến hành phân tích phương sai
và hồi quy cho hàm toán dạng đa thức bậc nhất cho kết quả trình bày như sau:
799


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
Mô hình bậc nhất được chọn là:
Y = b 0 + b 1 x 1 + b 2 x 2 + b 12 x 1 x 2.
Phương trình hồi quy độ thoát nước theo chiều rộng Y tcrong (g/h). với hệ số tương quan
R- squared = 0.989 có dạng mã hóa là:
Y tcrong = 1.7857+ 0.1325X 1 – 0.2925 X 2 + 0.0725X 1 X 2

(3.3)

Các hệ số hồi quy đều đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0.05.
Kiểm định sự tương thích của phương trình hồi quy với thực nghiệm:
F t = 5.28 < F b = 19.2 tức là mô hình đảm bảo tương thích.
Vậy phương trình hồi quy (3.3) Y tcrong tìm được tương thích với thực nghiệm.
Do thi contour moi quan he X1,X2 và Ytcrong

1.7857 + 0.1325 x 1 - 0.2925 x 2 + 0.0725 x 1 x 2

2.1

1
0.8


2

0.6
1.9
0.4

chieu rong tho go

2
1.8
1.6
1.4

1.8

0.2
0

1.7

-0.2

1.6

-0.4
1.5
1

-0.6
1


0.5
0

-0.5
x2

1.4

-0.8

0.5

0
-0.5
-1

-1

-1
-1

x1

1.3
-0.5

0
Nhiet do


0.5

1

Hình 6: Đồ thị 3D và contour mối quan hệ giữa X1, X2 và hàm Y tcrong
Qua đồ thị hình 6 cho thấy mô hình phương trình tương quan (3.3) được biểu diễn miền
lưới trong không gian 3D. Từ đồ thị 3D chiếu sang trục tọa độ x1Ox2 ta có miền tối ưu với
giá trị tối ưu nằm trong khu vực miền màu đỏ.
Hàm thoát ẩm được tối ưu hóa theo phương trình (3.3).
Hàm mục tiêu: Y tcrong → max.
Các điều kiện ràng buộc: -1 ≤ x i ≤ +1; i = 1÷ 2.
Bảng 4. Giá trị tối ưu hàm thoát ẩm Y tcrong (g/h)
STT
1

Thông số đầu vào

Giá trị

Thông số đầu ra

Giá trị
Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực Dạng mã hóa Dạng thực tối ưu
X1

A

60 (oC)

1


Y tcrong
2

X2

B

-1

30 (mm)

N tcrong

2.1382
(g/h)

4. KẾT LUẬN
Nghiên cứu quá trình thoát ẩm trong sấy chân không gỗ Căm xe đã tìm ra mối quan hệ
giữa nhiệt độ sấy, quy cách gỗ ảnh hưởng đến quá trình thoát ẩm với giá trị tối ưu đạt được
khi nhiệt độ sấy 600 (áp suất 140 mmHg) tương ứng các quy cách chiều dày, chiều dài và
chiều rộng. Qua kết quả thực nghiệm cho thấy gỗ thoát ẩm nhiều nhất theo phương chiều dài
(2.9415 g/h) đây chính là phương dọc theo chiều thớ gỗ, điều này có thể lý giải khi xét về mặt
cấu tạo phương dọc là phương dẫn truyền nước, chất dinh dưỡng, nhựa nguyên cho thân cây
800


Kỷ yếu hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về cơ khí - Lần thứ IV
qua hệ thống tổ chức các ống mạch, mao quản cho cây sinh trưởng, phát triển. Và sau khi khai
thác gỗ, hệ thống dẫn truyền này tiếp tục hoạt động để dẫn nước thoát ra ngoài trong quá trình

sấy. Gỗ thoát ẩm ít hơn trên phương chiều dày và chiều rộng, đây chính là phương ngang thớ
gỗ, theo phương này tia gỗ góp phần dẫn nước thoát ra ngoài khi sấy. Vì vậy, nên lựa chọn
quy cách gỗ sấy càng mỏng thì quá trình thoát ẩm càng nhanh và ngược lại. Kết quả này là cơ
sở để các doanh nghiệp ứng dụng thực tế trong sấy gỗ. Để phát huy tối đa tốc độ thoát ẩm của
gỗ sấy chân không nhất thiết phải gia công cưa xẻ gỗ theo quy cách kích thước chiều dày,
chiều dài và chiều rộng của sản phẩm gỗ, điều này sẽ góp phần rút ngắn thời gian sấy và giảm
khuyết tật, nâng cao chất lượng gỗ sấy.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Cảnh, Quy hoạch thực nghiệm. Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, 1993.
[2] Nguyễn Văn Công Chính, Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, khảo nghiệm mô hình máy sấy
gỗ kiểu chân không, Đề tài nghiên cứu khoa học, Đại học Nông Lâm TP.HCM, 2008.
[3] Nguyễn Thế Cường, Nghiên cứu chế độ sấy bằng phương pháp chân không. Luận văn
Thạc sĩ Cơ khí Công nghệ, Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, 2007.
[4] V. Kutovoy, L. Nikolaichuk and V. Slyesov, To the theory of vacuum drying, Drying
2004 – Proceedings of the 14th International Drying Symposium (IDS 2004) São Paulo,
Brazil, 22-25 August 2004, vol. A, pp. 266-271, 2004.
[5] Sattho T., Yamsaengsung R., Vacuum drying of rubberwood, PSU-UNS International
Conference on Engineering and Environment - ICEE-2005, Novi Sad 19-21 May, 2005,
University of Novi Sad, Faculty of Technical Sciences Trg D. Obradovića 6, 21000 Novi
Sad, Serbia & Montenegro, 2005.
THÔNG TIN TÁC GIẢ
Bùi Thị Thiên Kim
Trường ĐH Nông Lâm TP. HCM.
Email: ,
ĐT: 0908.984.164

801