بخشی از مقاله
چکیده
کودهای آلی از جمله کود دامی - کود گاو و کود مرغ - ، کمپوست حاصل از زباله شهری و ورمی کمپوست دارای ارزش تغذیهای فراوانی برای محصولات زراعی بوده و مصرف آنها گامی موثر در روند توسعه کشاورزی پایدار و حفظ محیطزیستخصوصاً تاًمین نیتروژن برای زمین میباشد. رطوبت و حجم زیاد و نیز متناسب نبودن ترکیبات متشکله کود برای گیاه از عوامل محدود کننده استفاده از کودهای دامی و گیاهی در دنیا است. در حالت طبیعی به علت پایین بودن جرم مخصوص، حمل و نقل این کود ها مشکل و پرهزینه است .
متراکم سازی و تهیه پلت از کود گاوی یکی از راههای موثر جهت استفاده بهینه، کاهش هزینه ها وکاهش مصرف کودهای شیمیای است. برای پلت کردن، دو روش اکسترودر و دایرولر مرسوم است. از دستگاه دای-رولر برای فشرده سازی کود در درصد رطوبت پایین تر استفاده می شود . که بر خلاف اکسترودر نیاز به تجهیزات پیش فرآوری نداشته و انرژی کمتری جهت خشک کردن پلت ها نیاز دارند . برای طراحی و ساخت دستگاه دای رولر اطلاع از انرژی مصرفی جهت فشر دهسازی، اصطکاک مواد با دیواره قالب و جریان توده فشرده شده در داخل قالب مورد نیاز است
در این تحقیق کود گاوی در سه سطح رطوبتی 25%،20،15 بر پایه تر، فشرده سازی شد و تاثیر سطوح رطوبتی بر میزان انرژی فشرده سازی و انرژی اصطکاک مواد با دیواره و همچنین انرژی مو رد نیاز برای جریان مواد داخل قالب مورد ارزیابی قرار گرفت
همچنین تاثیر این پارامترها بر استحکام پلت های تولید شده با استفاده از دستگاه تست مواد بیولوژیکی - B.M.T - مورد بررسی قرار گرفت. و نتایج نشان داد که با افزایش درصد رطوبت انرژی مورد نیاز برای پلت کردن کاهش ولی از استحکام پلت های تولید شده کاسته می شود.
مقدمه
در مراحل پلت کردن اطلاع از خصوصیات مواد خام، و انرژی مصرفی برای پلت کردن مورد مورد نیاز است . فشرده-سازی مواد لیگنوسلولزی پیچیده است و در این مورد هیچ نظریه منسجمی وجود ندارد
روشهای متعددی برای فشردهسازی مواد زیست توده وجود دارد ؛ فرآیندهای متعارف برای فشردهسازی زیست توده را میتوان به سه نوع طبقهبندی کرد: اکستروژن، دای رول، حبه سازی
از روش قالب و پیستون برای تعیین کمیت انرژی مصرفی برای ترکیبات پلت استفاده کرده کردند.
در طی تحقیقاتی سامسون و همکاران ٌ در سال 2000 و جاناش و همکاران ٍ در سال 2001 آزمایشهایی بر روی فرآیند پلت کردن مواد بیوماس انجام دادند و انرژی مورد نیاز جهت فرآیند پلت کردن را، مورد تجزیه و تحلیل و ارزیابی قرار دادند . آن ها دریافتند که سختی پلت ها بطور متوسط با کاهش اندازه ذرات غربال از سایز 3/2 به 2/8 میلی متر، افزایش می یابد . هارا در سال 2001 در ژاپن مطالعاتی بر روی پلت های تولید شده از کود دام با استفاده از اکسترودر انجام شد و تاثیر تغییرات رطوبت و گرد و خاک موجود در کود بر روی استحکام پلت مورد بررسی قرار گرفت.
بر اساس نتایج آزمایشات بدست آمده، با افزایش مقدار رطوبت و خاک استحکام پلت - ها کاهش یافت و بهترین محتوای رطوبتی کود برای تشکیل پلت %45 و برای انبارداری پلتهای کود رطوبت آنها زیر %20 پیشنهاد شد و همچنین ماکزیمم سرعت فرآوری مواد و تبدیل آنها به پلت تعیین گردید . اندازه قالب و مقدار موادی که میتواند پلت شود، انرژ ی مورد نیاز برای فشرده سازی را تحت تاثیر قرار خواهد داد. ریندرز و بستلر بیان کردند که بعد از عملیات فرآوری، رطوبت مخلوط بایستی حدود 15 تا 15/5 درصد باشد
ولین بیان کرد که مطلوب ترین محتوای رطوبت در مخلوط از 13 تا 17 درصد است . یک ماده هنگامی خاصیت پلت شدن بالایی دارد که اولاً فشارهای پایینی برای تشکیل یک ساخ تمان فشرده لازم باشد، ثانیاً ماده متراکم کیفیت مورد انتظار را داشته باشد یعنی دارای دوام بالا باشد . چندین معیار قابلیت پلت شدن را برای مواد ارائه شد..که روابط بین فشار ویژه تراکم و جابجایی پیستون را ارزیابی کرد - جابجایی بیشتر پیستون برای فشار یکسان برای قابلیت تودهسازی بهتر - و چندین قابلیت پلت سازی مرتبط با ساختمان توده، تست سختی و ...را ارائه داد
در طی تحقیقاتی Wu kai و همکارانش ارتباط بین سرعت قالب - Die - و انرژی مصرفی برای پلت کردن را به صورت مدلسازی تئوری، تحلیلی و آزمایشی ارائه کردند.
مواد و روشها
کود گاوی مورد نیاز از دامداری پردیس ابوریحان دانشگاه تهران تهیه گردید . جهت آماده سازی کود با اندازه ذرات مختلف جهت آزمایش، کود به اندازه کافی توسط آسیاب برقی خرد و ذخیره سازی شد. بوسیله دو غربال با مش-های 30 و 50 - اندازه استاندارد آمریکایی - مطابق استاندارد ASTM کود بستر با مش مورد نظر برای انجام آزمایش تهیه گردید. برای تعیین رطوبت اولیه کود سه نمونه ًًٌ گرمی از کود طبق استانداردASAE S358.2 در داخل آون با دمای 103 30C به مدت َُ ساعت قرار داده شد. پس از اضافه نمودن آب مقطر نمونه ها 72 ساعت در دمای پنج درجه سانتی گراد در کیسه های پلاستیکی در بسته در یخچال نگهداری شدند . تا رطوبت به طور یکنواخت در نمونه ها توزیع شود. در این تحقیق نمونه ها در سه سطح رطوبتی 20،15و25 تهیه شد.
جهت فشرده سازی و حرکت پلت از دستگاه پرس هیدرولیکی ساخته شده در پرد یس ابوریحان دانشگاه تهران که مجهز به یک خط کش اهمی که اندازه حرکتی پیستون و لود سل 1000 kg که نیروی وارده بر روی پیستون جهت فشرده سازی و حرکت پلت در داخل قالب را اندازه گیری می کند . و هر دو همزمان به data logger متصل و داده ها جهت انجام محاسبات به صورت ات وماتیک به کامپیوتر انتقال داده و ذخیره شدند . و برای انجام آزمایشات قالب از جنس فولاد st37 با قطر شش میلیمتر در کارگاه پردیس ابوریحان دانشگاه تهران ساخته شد .
در هر مرحله 0/ 75گرم مواد به وسیله ترازوی دیجیتالی اندازه گیری شده و در داخل قالب بسته ریخته و فشرده سازی در دو سطح فشار 100و150 مگا پاسگال که به وسیله شیر کنترل فشار تنظیم شد صورت گرفت . جهت خروج پلت ها سوپاپ برداشته شده و پلت ها از قالب به اندازه 5 میلیمتر در داخل قالب به حرکت در آمده شده و سرعت حرکت سمبه جهت فشرده سازی و خروج پلت ها 127 میلیمتر بر دقیقه و به وسیله شیر کنترل جریان تنظیم شد
جهت تست پلت های حاصل از انجام آزمایشات با استفاده از دستگاه تست مواد بیولوژیکی - B.M.T - مورد بررسی قرار گرفت . نتایج حاصل از انجام آزمایشات با توجه به بیشترین نیروی شکست بررسی شد.
برای آنالیز داده ها از برنامه MATLAB and EXCELL استفاده شد و به وسیله برنامه نویسی سطح زیرنمودار در MATLAB سطح زیر نمودار که برابر نیرو و جابجایی می باشد انرژی مصرفی جهت فشرده سازی و اصطکاک محاسبه شدند.
نتایج و بحث
نتایج بررسی ها نشان دادند . در شکل 1 که انرژی فشرده سازی در فشار 100 مگاپاسکال و مش 30 با افزایش رطوبت از 15 درصد به 20 درصد افزایش یافته و با افزایش رطوبت از 20درصد به 25 درصد انرژی مصرفی کاهش یافت. و در مش 50 با افزایش رطوبت انرژی مصرفی فشرده سازی کاهش می یابد و در محدوده رطوبت های 16-15درصد. انرژی مصرفی مش 50 بیشتر از مش 30 می باشد و در رطوبت 16 درصد انرژی مصرفی هر دو مش برابر است ولی در محدوده رطوبتی 25-16 درصد انرژی مصرفی مش 30 بیشتر از 50 می باشد. نرخ افزایش انرژی فشرده سازی در محدوده رطوبتی 20 - 15 درصد در مش 30 بیشتر از نرخ کاهش انرژی مصرفی در مش 50 می باشد ولی در محدوده رطوبتی 20-15 درصد نرخ کاهش هر دو برابر می باشد.
شکل - 1 تاثیر اندازه ذرات و رطوبت بر روی انرژی مصرفی فشرده سازی در فشار 100 مگاپاسکال
