X بستن تبلیغات
X بستن تبلیغات
header
متن مورد نظر

فرآیند کنترل

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

فرآیند کنترل Frank  (1986): 

فرآیند کنترل  Frank یک گروه از افرادی را در برمی گیرد که به منظور توسعه تکنولوژی فرآیند و دست یابی به کارآیی مطلوب در فرآیند خشک کردن با کوره اختصاص یافته اند. سایر بخشهای این فرآیند شامل اتومایسون (یا استفاده از ماشین) می شود که دارای کاربردهای صنعتی هستند.

به نام خدا

–       مقدمه:

–       فرآیند کنترل Frank  (1986): 

فرآیند کنترل  Frank یک گروه از افرادی را در برمی گیرد که به منظور توسعه تکنولوژی فرآیند و دست یابی به کارآیی مطلوب در فرآیند خشک کردن با کوره اختصاص یافته اند. سایر بخشهای این فرآیند شامل اتومایسون (یا استفاده از ماشین) می شود که دارای کاربردهای صنعتی هستند.

موضوع خشک کردن چوب آلات با استفاده از کوره یکی از مباحث مهمی است که امروزه در این صنعت وجود دارد. به نظر می رسد که در مورد چگونگی خشک کردن چوب آلات تئوریهای متعددی وجود دارد.

طبیعت پیچیده چوب و بسیاری از فاکتورهای دیگر در حذف رطوبت از چوب موثر هستند. در صفحات بعدی روش (FC) مد نظر قرار گرفته است. هدف از این کار این است که اطلاعات لازم در ارتباط با روش (FC) به طور کامل در اختیار اپراتور قرار گیرد.

با وجود بسیاری از روش های موفق، روش FC سالها تحت تحقیقات علمی قرار گرفته است. ساعات بی شماری صرف تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده از ارگان های تحقیقات متعدد در کانادا و USA شده است.

–       اطلاعات کلی

هدف از مباحث علمی در مورد آب، تنشها، حرارت و غیره در این بخش، ارائه مطالب فیزیکی نیست بلکه هدف این است که از آن به عنوان ابزار مفیدی در تجزیه وتحلیل رفتار چوب در خشک کردن استفاده شود.

همانطور که همه آگاهند، چوب یک ماده آلی و متشکل از سلولهایی است که در حالت سبز توانایی نگهداری آب را دارند. و این همان آبی است که سعی در حذف آن می شود در نتیجه چوب آلات به مقدار رطوبت دسترسی پیدا        می کنند.

–       ساختار و خصوصیات چوب

همانطور که در قبل عنوان شد، چوب یک ماده متخلل و آلی است. از آنجایی که چوب مانند یک عایق  عمل می کند، خشک کردن آن مشکل می باشد. اگر همه آب را از یک قطعه چوب خارج کنیم، تنهای سلولهای چوب باقی می مانند که فیبر نامیده می شوند.

در نتیجه وزن کلی یک تخته= وزن فیبر+ مقدار آب موجود در تخته. وزن فیبر را می توان از طریق دانسیته (Hcc) تعیین نمود. اگر چه، گونه های مختلف چوبی، دانسیته متفاوت دارند. مقدار دانسیته استاندارد در مقدار رطوبت ویژه (۱۵%) اندازه گیری می شود. اگر درهمین راستا پیش رویم، واضح است که مقدار رطوبت چوب را می توان از طریق وزن آن نیز تعیین کرد.

مثال:

–       دانسیته چوب کاج خشک شده در آون: g/cc 38/0

–       یک فوت تخته: cc 737/2359

–       با توجه به آن فرض می کنیم که وزن یک فوت تخته:

lb9768 = g 7/896 = 38/0 737/2359

–       با توجه به اینکه تخته ها isdressed در ۴/۳ اینچ و نه یک اینچ

و تنها ۷۵% آن را شامل می شود:  lb 4826/1

– وزن خشک ۱۰۰۰ فوت تخته: lb 1482061

– سپس با توجه به مقدار رطوبت ۱۵% وزن آن برابر: lb 99/1704

خصوصیات آناتومی چوب در مباحث بعدی نشان داده شده است. به طور کلی چوب مجموعه ای از سلولهای بزرگ و کوچک است. سلولهای کوچک، آنهایی هستند که در انتهای رشد در فصل پاییز به وجود می آیند. در فصل بهار، زمانی که درخت شروع به رشد می کند، سلولهای بزرگ به وجود می آیند و پس از آن در اواسط تابستان، کوچکتر می شوند. و زمانی که از تابستان به پاییز نزدیک تر می شویم، اندازه سلولها، کوچکتر می شود. در فصل پاییز سلولها که کاملاً کوچک بوده و قسمت بیرونی درخت را تشکیل می دهند.

در این دیاگرام، انواع مختلفی از سلولها وجود دارد. سلولهای بزرگتر، بیشترین مقدار آب آزاد را نگه می دارند. آب آزاد راحت تر خارج می گردد. بر طبق یک قاعده کلی، زمانی که چوب به نقطه اشیاع فیبر که تقریباً مقدار رطوبت ۲۷% است، می رسد، آب آزاد خارج می شود در نقطه اشیاع فیبر (۲۷%) تنها آب آغشتگی در چوب وجود دارد. آب آغشتگی در دیواره های سلولی وجود دارد. برای اینکه درک کنیم که آب آغشتگی چگونه از چوب خارج می شود  لازم است که بعضی مطالب زیست شناسی را بدانیم. سئوالی که باید از خودمان بپرسیم این است که سلولها چگونه آب را جذب یا وضع می کنند؟

در زیر ۲ سلول که در کنار یکدیگر قرار دارند را می بینیم. سلول A، دارای یک مقدار معین آب [a] و سلول B نیز دارای یک مقدار معین آب [b] است. انتقال آب از سلول A به سلول B توسط مقدار آب موجود در هر یک از سلولها انجام می شود.

اگر مقدار آب A بیشتر از B باشد، آب از سلول A به سمت سلول B  حرکت می کند. و اگر مقدار آب A کمتر از B باشد، آب از سلول B به سمت سلول A حرکت می کند. این فرآیند انتقال سلولی نامیده می شود.

زمانی که بیشتر آب آزاد خارج می شود. تمرکز آب در الیاف انجام می شود. این مرحله نقطه اشباع فیبر است، که در این مرحله شروع به حذف آب وجود در الیاف می کنیم. بسیاری از مشکلات مرحله شروع می شود زیرا آب موجود در الیاف به آهستگی خارج می شود. همزمان با خروج آب از الیاف، همکشیدگی الیاف شروع می شود. که یکی از مشکلات اساسی برون سختی معکوس محسوب می شود در ارتباط با کوره ها، انرژی موجود در این سیستم، انرژی است که وارد کوره می شود و یا در کوره تولید می گردد. و حرارت کوره، مقدار دمای واقعی است که توسط سنسورهای حرارتی اندازه گیری می شود.

مقدار دما را توسط درجه فارنهایت و انرژی را به صورت واحدهای Btu (واحد حرارتی بریتانیایی) اعلام می کنند.

–       تعریف:

۱BTu = مقدار انرژی مورد نیاز برای افزایش دمای ۱ پوند آب ۴ درجه سانتی گراد، به میزان ۱ درجه فارنهایت.

برای جوشاندن یک پوند آب یا تبخیر از آب به صورت بخار، BTu 970 انرژی مورد نیاز است (). برای رسیدن به نقطه جوش آب، به ازای افزایش هر درجه فارنهایت، یک BTu انرژی لازم است. به همین دلیل Btu970 نه تنها برای جوشاندن آب لازم است بلکه انرژی است که برای افزایش دمای آب تا دمای جوشیدن نیز لازم است. برای رسیدن به دمای ۱۷۰ درجه سانتیگراد مهم در نظر گرفته می شود در دمای پایین تر ، مقدار انرژی بیشتری برای  تبخیر یک پوند آب در دمای ۱۷۰ درجه، Btu1030 انرژی لازم است به علاوه اینکه این مقدار انرژی برای تبخیر آب لازم است و به همین دلیل از دماسنج تر با دمای بالاتری استفاده می شود.

برای تبخیر یک پوند آب شامل گرم شدن الیاف چوب و آب موجود در تخته، تقریباً Btu 1200 انرژی لازم است. بنابراین اگر شما بدانید که چه مقدار آب باید حذف کنید و راندمان حرارتی به شکل Btu چقدر است، محاسبه مدت زمانی که برای خشک کردن باید صرف کنید، آسان است. این کار را در صورتی می توان انجام داد که همه انرژی را برای آن مدت زمان استفاده کنید.

مثال:

–       250000 پوند آب باید خارج شود.

–       راندمان انرژی:  10 میلیون

–       فرمول:

۲۵۰۰۰۰ پوند آب  Btu 1200

                             30=            

۱۰۰۰۰۰۰۰

تقریباً ۳۰ ساعت طول می کشد تا مقدار آب مورد نظر خارج شود.

در این حالت کارآیی ۱۰۰% فرض می شود. معمولاً در محاسبات ۴۵-۲۵% کاهش دما در نظر گرفته می شود که به دمای بیرون مربوط می شود. و این یکی از دلایلی است که فرآیند خشک کردن در زمستان نسبت به تابستان طولانی تر است و از طرفی به مقدار آبی که باید خارج شود نیز بستگی دارد. مقدار رطوبت اولیه چوب نیز از یک روز به روز دیگر دیگر نسبتاً متغیر است.

–       ویژگیهای آب:

آب یک ترکیب بسیار همگن است. آب دارای یک ساختار اتمی متشکل از ۲ اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن است (). آب به ۳ حالت متفاوت وجود دارد:

a) جامد (یخ)                     b) مایع                  c) گاز (بخار)

همه این حالات توسط دمای آب تعیین می شود. این موضع را می توان از روی گراف زیر شرح داد:

حالتی از آب که مدنظر ماست حالت بخار آن است. به علاوه، نقطه جوش آب، نقطه ای است که فشار بخار آب با فشار اتمسفری بر روی مایع برابر است. فشار استاندارد فشار ۱ اتمسفر است (۱ اتمسفر یا ۷۶۰ میلمتر جیوه). به عبارت دیگر اگر فشار اتمسفری بیشتر از ۱ اتمسفر شود، نقطه جوش آب تحت تاثیر قرار میگیرد. نقطه جوش آب با کاهش فشار اطراف آن، کاهش می یابد و برعکس اگر مقدار فشار افزایش یابد، نقطه جوش نیز افزایش خواهد یافت. فاکتور دیگری که نقطه جوش آب را تحت تاثیر قرار می دهد، درجه خلوص آب یا حلالیت آن است. اگر ترکیبات دیگری به صورت مخلوط با آب باشند، باعث افزایش نقطه جوش آب می شود.

از آنجایی که آب به شکل های مختلفی وجود دارد، در نتیجه ویژگیهای آب با توجه به حالت آن نیز تغییر می کند.

بعضی از ویژگیهای نرمال آن عبارتند از:

– دمای تبخیر (F 212)               g/ کالری ۵۴۰

– دمای ذوب (F 32)                   g/ کالری ۸۰

– گرمای ویژه (جامد)

– گرمای ویژه (مایع)

– گرمای ویژه (گاز)

بخار آب به شکل رطوبت نسبی اندازه گیری می شود و طبق معادله زیر تعریف می شود:

 رطوبت نسبی

= فشار جزئی آب و هوا

= فشار بخار متعادل (تعادل) آب در دمای یکسان

با افزایش دما، فشار بخار تعادل نیز افزایش می یابد. اگر فشار جزئی آب کاهش یابد یا با فشار تعادل آب مساوی شود، رطوبت نسبی ۱۰۰% می شود و حالت اشباع پیش می آید. اندازه گیری فشار جزئی در کوره مشکل بوده در نتیجه این یکی از دلایلی است که از یک دماسنج مخصوص دمای خشک و یک دماسنج مخصوص دمای تر استفاده می گردد. شکل ساده تر فرمول به صورت زیر است:

 

D= دمای دماسنج خشک

W= دمای دماسنج تر

در مقایسه با هوای خشک، هوای مرطوب به دلیل گرمای ویژه بالای آب، انرژی بیشتری را منتقل می نماید. یک مثال خوب برای شرح این موضوع، سونا است. اگر شما در سونائی با دمای  باشید احساس راحتی می کنید. اگرچه، اگر مقداری آب بر روی تخته سنگ سکوی سونا بریزید، مقدار انرژی هوا سریعاً به دلیل رطوبت، افزایش می یابد. از این امر می توان چنین نتیجه گیری کرد که مقدار رطوبت بالاً منجر به هوائی با مقدار انرژی بالا می شود.

همچناکه سعی می شود تخته در داخل یک کوره خشک حرارت داده شود، دستیابی به رطوبت بالا نیزمدنظر است. همچنین مقدار رطوبت بالا اثرات دیگری نیز بر روی فرآیند خشک کردن دارد.

A)    توانایی استفاده از انرژی بیشتر در فرآیند خشک کردن. در این حالت مدت زمان خشک کردن کاهش می یابد یعنی بر خلاف فرآیند خشک کردن دستی.

B)    امکان نگهداری مقدار بیشتری حرارت بدون ایجاد تراکم یا اشباع وجود دارد.

C)    امکان تاب خوردگی و اعوجاج کاهش می یابد.

 

 

 

 

منبع :پدیدا بزرگترین مرجع علمی ایرانیان

ارسال نظر