بخشی از مقاله
چکیده
گاز حاصل از تخمیر - Fermentation - بیهوازی مواد آلی تولیدی توسط فضولات حیوان، گیاه و انسان توسط باکتری ها رااصطلاحاً بیوگاز - - Biogas می نامند - رجبعلیپور چشمهگز، . - 1389 برای رسیدن به توسعه پایدار، نیاز به منابع بیشتر انرژی است و برای تأمین منابع کافی انرژی دو راه حل وجود دارد: اولاً افزایش بازدهی انرژی دستگاههای مورد استفاده؛ ثانیاً استفاده از منابع جدید انرژی. مواد مورد آزمایش در این تحقیق شامل: آب، کودگاوی، خاک اره و شیراب میباشد.
دستگاه بیوگاز استفاده شده شامل دو هاضمهای با حجم 220 لیتر می باشد. آب %35، شیرابه %25، کود گاوی %20و خاک اره %20 از مواد ورودی به هاضمها را تشکیل میدهد. پس از ریختن وقتی مواد داخل را به هاضمها وارد کردیم ، در آخر بایدبه مواد آبکی داخل هاضم به اندازه 3 درصد H2O2 و 1 درصد NaOH اضافه کردیم. جنس پرههای همزن از استیل - Stainless - Steel با فرمول شیمیایی COCH3 که برای نمایش آن از AC استفاده میشود انتخاب شد. در نهایت میتوان گفت که پره 60 درجه نسبت به پرههای 30 و 45 درجه با زمان همزدن 5 دقیقه مناسبتر میباشد. با مقایسه پرههای 30، 45 و 60 درجه میتوان با توجه به اهداف و نیازها پرهی 60 درجه را پیشنهاد کرد.
.1 مقدمه
یکی از مناسب ترین انرژهای تجدیدپذیر که از زمانهای بسیار گذشته مورد استفاده بوده و علاوه بر تجدید پذیر بودن و سازگاری با محیط زیست دارای منافع اقتصادی اجتماعی نیز میباشد، انرژی بیوماس - بیوگاز - است - پورخباز و جوانمردی، . - 1389 گاز حاصل از تخمیر - Fermentation - بیهوازی مواد آلی تولیدی توسط فضولات حیوان، گیاه و انسان توسط باکتری ها رااصطلاحاً بیوگاز - - Biogas می نامند
برای رسیدن به توسعه پایدار، نیاز به منابع بیشتر انرژی است و برای تأمین منابع کافی انرژی دو راه حل وجود دارد: اولاً افزایش بازدهی انرژی دستگاههای مورد استفاده؛ ثانیاً استفاده از منابع جدید انرژی. از طرف دیگر با افزایش جمعیت و سطح رفاه جامعه، مقدار استفاده از منابع غذایی - گیاهی و جانوری - افزایش یافته و در نتیجه برای جبران تقاضا، میزان تولید آنها با رشد روبرو بوده است. با توسعه صنایع دامپروری و کشاورزی و همچنین استفاده بیشتر از منابع غذایی، آلودگی حاصل از فضولات گیاهی و دامی افزایش یافته است.
در جهت تصفیه این فضولات میتوان از روش تجزیه بیهوازی - Anaerobic digestion - یا تجزیه هوازی - Aerobic digestion - استفاده نمود. روش بیهوازی در مقایسه با روش دیگر نه تنها انرژی بر نیست بلکه مقداری انرژی بهصورت بیوگاز تولید مینماید - عمرانی، 1375؛ شایگان، 1375؛ منزوی، . - 1381 در روستاهای دور افتاده از سالها پیش لزوم استفاده از بیوگاز برای تامین انرژی به وضوح قابل نتیحه گیرس است و بعد از هدفمندی یارانهها بهره گیری از بیوگاز در مناطق در دسترس نیز توجیه پذیر و به صرفه خواهد بود
صفری و همکاران - - 1394 در بررسیهای خود به این نتیجه رسیدند که مقایسه سه ماده کودگاوی، محتویات شکمبه و ترکیب پسماندهای کلزا ،کود گاوی و محتویات شکمبه در راکتورهای تولید بیوگاز نشان میدهد که متان تولیدی از تیمار ترکیبی از سایر تیمارها بیشتر است و با تیمارهای دیگر اختلاف معنیداری نشان میدهد. همچنین محتویات شکمبه گاوی - به تنهایی - ترکیب مناسبی برای تولید بیوگاز نیست و در نهایت استفاده از پسماندهای گیاهی کلزا در ترکیب با کود گاوی و محتویات شکمبه به منظور بالا بردن میزان تولید متان توصیه میشود.
رسولی فرد - - 1392 در استفاده از همزنها کما بیش به دلیل وجود حرکت مماسی ناگزیر از مشاهده جریان گردشی و به تبع آن گرداب در داخل تانک اختلاط خواهیم بود که این امر باعث به وجود آوردن مشکلات عدیدهای در داخل تانکهای اختلاط و راکتورها خواهد بود از جمله: کاهش حجم مفید راکتور و ایجاد فضای مرده.، ایجاد خوردگی از نوع مکانیکی فرسایشی، عدم توزیع برابر نیرو در قسمتهای مختلف تانک اختلاط - ارتفاعهای مختلف - و در نتیجه آثار نامطلوب بر اسکلت نگهدارنده تانک - مخزن - ، عدم توزیع نیرو بطور یکسان در قسمت های مختلف محور همزن و احتمال شکستن آن، مکش حباب های هوا به داخل تانک اختلاط - انحلال اتمسفر بیرون در سیال - ، مصرف توان بیشتر.
امیرخانی و همکاران - - 1393 با مقایسه حالتهای متفاوت از خواندن پارامترهای مختلف از روی مانیتور دستگاه و سیستم سنسورینگ، به این نتیجه رسیدند که بهترین نتایج زمانی حاصل میشود که مخزن 220 لیتری هاضم با دو و نیم کیلوگرم آب و دو و نیم کیلوگرم کود تازه ترکیب گردیده و به ورودی دستگاه داده شود. همچنین میکسر در بازه زمانی 30 دقیقه و با دور موتور 100 rpm شروع به کار کند. در پایان هفته نخست شروع به تولید گاز کرده که این گاز قابل اشتعال نیست بعد از روز بیستم کمکم قابل اشتعال خواهند بود.
فشارگاز تولید شده 1 بار و مقدار گاز تولید شده با این فشار روزانه 100 لیتر میباشد. بطورکلی تحقیقات مختلفی بر میزان بیوگاز حاصل از دورهای مختلف همزن و زمان های همزن انجام گرفته است اما اثر زاویه همزن بر میزان بیوگاز تولیدی بررسی نشده است. بنابراین هدف از این تحقیق بررسی اثر زاویه همزن بر ترکیبات مختلف موجود و تاثیر همزن بر خالص سازی بیوگاز و غنی سازی متان تولیدی می باشد.
مواد و روشها
مواد مورد آزمایش در این تحقیق شامل: آب، کودگاوی، خاک اره و شیراب میباشد. دستگاه بیوگاز استفاده شده شامل دو هاضمهای با حجم 220 لیتر می باشد که پرهها از زیر وارد هاضم شده اند. آب بندی هاضم های از اهمیت زیادی برخوردار است در نتیجه آب بندی بسیار مهم میباشد. اگر تحت هر شرایطی هوا وارد هاضم شود از آنجایی که آزمایش ما بیهوازیست. گازی تولید نمیشود و تمام باکتریها غیر هوازی از بین میروند. آب %35، شیرابه %25، کود گاوی %20و خاک اره %20 از مواد ورودی به هاضمها را تشکیل میدهد.
پس از ریختن وقتی مواد داخل را به هاضمها وارد کردیم ، در آخر بایدبه مواد آبکی داخل هاضم به اندازه 3 درصد H2O2 و 1 درصد NaOH اضافه کردیم. این مقادیر طبق تحقیقات محمودی و همکاران - 1395 - انتخاب شدند. در ادامه 3 همزن توربینی با زوایای پره مختلف 30، 45 و 60 درجه برای همزدن ماده آبکی انتخاب شد و ترکیبات بیوگاز مختلف شامل متان، منواکسید کربن، سولفید هیدروژن و اکسیژن اندازه گیری و بین همزن های مختلف مقایسه شد. طراحی و انتخاب یک همزن معمولاٌ براساس طراحی
.1 شفت انتقال دهنده نیرو از الکتروموتور به پروانه،
-2 .تیغههای پروانه همزن،
.3 دیسک یا طوقه - قطعهای که پرهها روی آن سوار شده و در نهایت به شفت متصل میشوند - ،
-4 بازوهای متصل کننده پرهها به دیسک
-5پیچهای اتصال پرهها به بازو می باشدهمزن دارای اجزای زیر میباشد.
شکل کلی همزن توربینی انتخاب شده مشابه شکل - 1 - است.
شکل -1 شماتیکی از همزن توربینی استفاده شده برای این تحقیق
محاسبات مربوط به طراحی همزن برای یک هاضم بیوگاز
تیغه های پروانه همزن
الگوی جریان در یک مخزن همزندار، به نوع پروانه به کار رفته، مشخصات فیزیکی سیال مصرفی، مشخصات هندسی مخزن، پروانه و تیغهها بستگی دارد. توربینها، پروانههای چند پرهای با تیغههای کوچک هستند که در سرعتهای متوسط استفاده میشوند و بوسیله آنها جریان های شعاعی در سیال ایجاد میشود. پروانه های ملخی از دستهی پروانههای جریان محوری هستند که جریانهایی موازی با محور پروانه در سیال ایجاد میکنند. این پروانهها برای به وجود آوردن جریانهای عمودی قوی مناسب میباشند و در اختلاط جامد در مایع و معلق سازی ذرات جامد در مایع میتوانند مورد استفاده قرار گیرند
یک همزن که جریان - دبی - بالایی ایجاد میکند اثر کمی بر روی همگن سازی سیال دارد و برش سیال بر لخته سازی سیال اثر منفی دارد. طبق مطالبی که بیان شد مشخص است که هر توانی که به همزن داده میشود کاملاً باعث مخلوط شدن مواد نمیشود بلکه باعث برش و جریان در سیال میشود که نوع همزن، سرعت دورانی آن و قطر همزن بر این امر موثر است. معمولاً محاسبه توان همزنها بر حسب اسب بخار بیان میشود و بطور کلی برای اکثر مخزنها که در سیال ایجاد جریان مغشوش میکند توان از رابطه - 1 - محاسبه میشود. که در آن Pw توان بر حسب hp، Np عدد توان همزن - در ادامه توضیح داده میشود - ، Ns سرعت همزن بر حسب rpm، Dmix قطر همزن بر حسب in و 1013×1/53 ضریب تبدیل واحدها است.
البته در صورتیکه که Ns سرعت چرخشی همزن - rpm - ، fs ضریب ایمنی، دانسیته سیال - g/cm3 - ، Dmix قطر همزن - m - باشد، Pw بر حسب W از رابطه - 2 - محاسبه میگردد.
- 2 - همانطور که از رابطه مشخص است تغییرات در سرعت دورانی و قطر همزن اثر بسیار زیادی بر روی توان مورد نیاز برای همزن دارد. در سیال با غلظت بیشتر نیاز به همزنهای با قطر بزرگتر است.
