چکیده
در این تحقیق عوامل مؤثر در طراحی، ساخت و کابرد یک واحد بیوگاز مورد بررسی قرار گردیده و پس از ساخت و تکمیل آن با کود آلی مورد آزمایش قرار گرفته تا صحت کار دستگاه مشخص گردد. در این راستا ابتدا کلیه عوامل محیطی تأثیر گذار در طراحی و ساخت یک رآکتور بیوگاز بررسی گردید. سپس رآکتور و کلیه تجهیزات جانبی آن توسط نرم افزار SolidWorks و AutoCad طراحی گردید. در مرحله بعد با استفاده از طرحهای بدست آمده، رآکتور بیوگاز ساخته شد. پس از اتمام طراحی و ساخت، رآکتور جهت آب بندی، گاز بندی و کنترل حرارتی مورد آزمایش قرار گرفت تا صحت کار آن مشخص گردد. بعد از تأئید کارکرد، رآکتور ابتدا با کود مرغی و سپس با کود بلدرچین بارگذاری شد و گاز تولید گردید. پس از پایان آزمایشها، بیوگاز تولیدی با دستگاه تست گاز تجزیه گردید و در نهایت نتایج مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.
کلمات کلیدی: بیوگاز، رآکتور، کنترل حرارتی، طراحی.
1-4- اصول هضم بی هوازی در تولید بیوگاز.. 8
1-5- مراحل شیمیائی تخمیر مواد آلی (شامل چربیها، هیدراتهای کربن و پرتئین ها).. 12
1-5-2- تخمیر هیدراتهای کربن.. 12
1-6- پارامترهای مؤثر بر فرآیند هضم بیهوازی.. 13
1-6-1- درجه حرارت محیط تخمیر.. 14
1-6-3- میزان حضور مواد مغذی در محیط (C/N).. 16
1-6-5- میزان حضور عوامل سمی.. 17
1-6-6- مدت زمان ماند مخلوط در مخزن هضم.. 18
1-6-7- همزدن محتویات مخزن هضم و هموژنیزه کردن محتویات.. 19
1-6-8- آماده سازی مواد خام قبل از بارگیری.. 20
1-6-9- وجود مواد تسریع کننده واکنش.. 21
1-6-10- اصلاح و تغییر در طراحی دستگاه بیوگاز.. 21
1-6-11- مواد افزودنی شیمیائی.. 21
1-6-12- تغییر دادن نسبت خوراک دستگاه.. 21
1-6-13- محیط بیهوازی (بسته).. 22
1-7- انواع روشهای بارگذاری مخازن هضم:.. 22
1-7-2- سیستم نیمه پیوسته:.. 22
1-8- جمع آوری بیوگاز تولیدی:.. 23
1-9- بیوگاز و کود حاصل از آن:.. 24
1-10- ساختار کلی دستگاه تولید بیوگاز:.. 24
1-11- مهمترین طرحهای بیوگاز ساخته شده در جهان:.. 28
1-11-1- دستگاه بیوگاز عمودی.. 28
1-11-2- دستگاه بیوگاز افقی.. 30
1-11-3- دستگاه بیوگاز مشترک.. 31
1-11-4-دستگاه بیوگاز مدل چینی (قبه ثابت).. 32
1-11-5- دستگاه بیوگاز مدل فرانسوی.. 34
1-11-6- دستگاه بیوگاز با لولههای چرمی.. 35
1-11-7-دستگاه بیوگاز با مخزن پلی اتیلنی.. 37
1-11-8- دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور (مدل هندی):.. 37
1-11-9- دستگاه بیوگاز مدل تایوانی (واحدهای بالونی):.. 39
1-11-10- دستگاه بیوگاز مدل نپال:.. 40
1-12 -مروری بر مطالعات انجام شده.. 40
2-1- مراحل ساخت واحد بیوگاز با تمام جزئیات آن:.. 49
2-1-1- انتخاب مکان ساخت واحد بیوگاز.. 49
2-1-3- بررسی شرایط خاک منطقه.. 51
2-1-4- بررسی مواد آلی مورد نیاز.. 52
2-2- طراحی و ساخت اتاقک عایق:.. 53
2-3- مراحل طراحی و ساخت مخزن هضم دستگاه:.. 55
2-3-2-1- انتخاب مخزن هضم:.. 58
2-5-1- تست دستگاه با آب برای اطمینان از آب بندی بودن:.. 67
2-5-2- تست صحت کار المنتها:.. 68
2-6- مشخصات دستگاه تست گاز:.. 70
2-6-1- دستگاه آنالایزر گاز ساخت کمپانی Testo آلمان.. 70
2-8-1- شبکه پس انتشار پیش خور (FFBP) :.. 76
2-8-2- شبکه های پس انتشار پیشرو (CFBP):.. 76
2-8-3- الگوریتم لونبرگ- مارکوارت (LM).. 77
2-8-4- الگوریتم تنظیم بیزی (BR).. 77
2-8-5- مجذور میانگین مربعات خطا.. 78
2-8-7- ضریب تعیین (همبستگی).. 78
3-2- آزمایش کود مرغی در دمای 35 درجه سانتیگراد.. 83
3-2-1- بررسی اثر دما بر حجم بیوگاز تولیدی از کود مرغی.. 84
3-2-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز کود مرغی.. 85
3-2-3- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود مرغی.. 86
3-3- آزمایش کود مرغی در دمای 30 درجه سانتیگراد.. 87
3-3-1- بررسی اثر دما بر حجم بیوگاز تولیدی از کود مرغی.. 87
3-3-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز کود مرغی.. 87
3-3-3- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود مرغی.. 88
3-4- آزمایش کود بلدرچین در دمای 35 درجه سانتیگراد.. 89
3-4-1- بررسی اثر دما بر روی حجم بیوگاز تولیدی از کود بلدرچین 90
3-4-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز کود بلدرچین.. 91
3-4-3- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود بلدرچین.. 92
3-5- آزمایش با کود بلدرچین در دمای 30 درجه سانتیگراد.. 93
3-5-1- بررسی اثر دما بر روی حجم بیوگاز تولیدی از کود بلدرچین 93
3-5-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز تولیدی از کود بلدرچین 94
3-5-3- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود بلدرچین.. 95
3-6- بررسی و مقایسه پارامترهای کود مرغی و بلدرچین در دمای مشخص 96
3-6-1- مقایسه حجم گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 35 درجه سانتی گراد.. 96
3-6-2- مقایسه فشار گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 35 درجه سانتی گراد.. 97
3-6-3- مقایسه PH گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 35 درجه سانتی گراد.. 98
3-6-4- مقایسه حجم گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 30 درجه سانتی گراد.. 99
3-6-5- مقایسه فشار گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 30 درجه سانتی گراد.. 100
3-6-6- مقایسه PH گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 30 درجه سانتی گراد.. 101
3-7- بررسی و مقایسه پارامترها در دو دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد 102
3-7-1- مقایسه حجم گاز تولیدی کود مرغی در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد 102
3-7-2- مقایسه فشار گاز تولیدی کود مرغی در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد.. 103
3-7-3- مقایسه PH گاز تولیدی کود مرغی در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد.. 104
3-7-4- مقایسه حجم گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد.. 105
3-7-5- مقایسه فشار گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد.. 106
3-7-6- مقایسه PH گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد.. 107
3-8-1- بررسی نتایج شبیه سازی در شبکه عصبی برای کود مرغی.. 109
3-8-1-1- بررسی فشار گاز در آزمایش کود مرغی.. 109
3-8-1-2- بررسی ph گاز در آزمایش کود مرغی.. 111
3-8-1-3- بررسی حجم گاز در آزمایش کود مرغی.. 114
3-8-2- بررسی نتایج شبیه سازی در شبکه عصبی برای کود بلدرچین.. 116
3-8-2-1- بررسی فشار گاز در آزمایش کود بلدرچین.. 116
3-8-2-2- بررسی ph گاز در آزمایش کود بلدرچین.. 118
شکل 1‑1 چرخه بیوگاز در طبیعت.. 7
شکل 1‑3- فرآیند تولید گاز در مخزن هضم.. 9
شکل 1‑4- مراحل مختلف تبدیل مواد آلی به بیوگاز.. 13
شکل 1‑5- رآکتور بیوگاز به همراه همزن.. 20
شکل 1‑7- مخزن ذخیره گاز فایبرگلاس.. 27
شکل 1‑8- بالنهای ذخیره بیوگاز.. 28
شکل 1‑9- دستگاه بیوگاز عمودی.. 29
شکل 1‑11- دستگاه بیوگاز مشترک.. 32
شکل 1‑17- دستگاه بیوگاز مدل تایوانی.. 39
شکل 2‑1- نقشه اتاقک عایق، مخزن هضم و گودال کودابه.. 53
شکل 2‑2- مراحل ساخت اتاقک عایق و گودال ذخیره کودابه خروجی.. 54
شکل 2‑3- طراحی مخزن هضم با استفاده از نرم افزار اتوکد.. 57
شکل 2‑4- مخزن هضم پلی اتیلنی.. 58
شکل 2‑5- لوله ورودی و لوله خروجی.. 59
شکل 2‑6- الف- لوله خروج کودابه ب- مخزن هضم و لولههای ورودی و خروجی 60
شکل 2‑7- لوله دو شاخه برای خروج گاز و نصب فشار سنج.. 61
شکل 2‑8- مدار الکتریکی المنتهای حرارتی.. 63
شکل 2‑9- طراحی قاب المنتهای حرارتی.. 63
شکل 2‑10- المنتهای حرارتی در قاب فلزی قرار گرفتهاند... 64
شکل 2‑11- الف- تابلوی برق، ب- کلیدهای کنترل کننده المنتها.. 65
شکل 2‑13- الف- محلول های بافر ب- PH متر.. 66
شکل 2‑14- عایقکاری رآکتور.. 67
شکل 2‑15- دستگاه تست گاز.. 70
شکل 2‑16- مدل ریاضی ساده شده عصب واقعی.. 72
شکل 2‑17- پرسپترون 3لایه با اتصالات کامل.. 73
شکل 3‑1- نمودار حجم- زمان کود مرغی در دمای35.. 85
شکل 3‑2- نمودار فشار- زمان کود مرغی در دمای35.. 86
شکل 3‑3- نمودار PH- زمان کود مرغی در دمای35.. 86
شکل 3‑4- نمودار حجم- زمان کود مرغی در دمای30.. 87
شکل 3‑5- نمودار فشار- زمان کود مرغی در دمای30.. 88
شکل 3‑6- نمودار PH- زمان کود مرغی در دمای30.. 89
شکل 3‑7- نمودار حجم- زمان کود بلدرچین در دمای35.. 91
شکل 3‑8- نمودار فشار- زمان کود بلدرچین در دمای35.. 92
شکل 3‑9- نمودار PH - زمان کود بلدرچین در دمای35.. 93
شکل 3‑10- نمودار حجم- زمان کود بلدرچین در دمای30.. 94
شکل 3‑11- نمودار فشار- زمان کود بلدرچین در دمای30.. 95
شکل 3‑12- نمودار PH - زمان کود بلدرچین در دمای30.. 96
شکل 3‑13- نمودار حجم - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای35.. 97
شکل 3‑14- نمودار فشار - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای35.. 98
شکل 3‑15- نمودار PH - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای35.. 99
شکل 3‑16- نمودار حجم- زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای30.. 100
شکل 3‑17- نمودار فشار- زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای30.. 101
شکل 3‑18- نمودار PH - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای30.. 102
شکل 3‑19- نمودار حجم گاز تولیدی کود مرغی در دمای 30 و 35.. 103
شکل 3‑20- نمودار فشار گاز تولیدی کود مرغی در دمای 30 و 35.. 104
شکل 3‑21- نمودار PH کود مرغی در دمای 30 و 35.. 105
شکل 3‑22- نمودار حجم گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای 30 و 35.. 106
شکل 3‑23- نمودار فشار گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای 30 و 35 107
شکل 3‑24- نمودار PH کود بلدرچین در دمای 30 و 35.. 108
شکل 3‑25- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای فشار کود مرغی.. 109
شکل 3‑26- نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های فشار گاز کود مرغی.. 110
شکل 3‑27- نمودار تست داده های فشار کود مرغی.. 111
شکل 3‑28- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای ph کود مرغی.. 112
شکل 3‑29 - نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های ph کود مرغی.. 113
شکل 3‑30- نمودار تست داده هایph کود مرغی.. 113
شکل 3‑31- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای حجم گاز کود مرغی.. 114
شکل 3‑32- نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های حجم کود مرغی.. 115
شکل 3‑33- نمودار تست داده های حجم گاز کود مرغی.. 116
شکل 3‑34- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای فشار گاز کود بلدرچین.. 117
شکل 3‑35- نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های فشار گاز کود بلدرچین 118
شکل 3‑36- نمودار تست داده های فشار گاز کود بلدرچین.. 118
شکل 3‑37- نمودار تعیین عملکرد شبکه برایph کود بلدرچین.. 119
شکل 3‑38- نمودار آموزش و اعتبار سنجی ph کود بلدرچین.. 120
شکل 3‑39- نمودار تست داده های ph کود بلدرچین.. 121
شکل 3‑40- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای حجم گاز کود بلدرچین.. 122
شکل 3‑41- نمودار آموزش و اعتبار سنجی حجم گاز کود بلدرچین.. 123
شکل 3‑42- نمودار تست داده های تست برای حجم گاز کود بلدرچین.. 123
جدول 1‑1- ترکیبات موجود در بیوگاز.. 5
جدول 1‑2- جدول فرآیندهای مختلف تبدیل زیست توده به بیوگاز.. 11
جدول 1‑4- محدودههای درجه حرارت در تخمیر بیهوازی.. 15
جدول 1‑4- نمودار مدت زمان ماند مواد در داخل رآکتور.. 19
جدول 3‑1- مقایسه دستگاه بیوگاز نوع مخزن بتونی (مدل چینی) با مخزن پلی اتیلنی 82
جدول 3‑2- تجزیه بیوگاز کود مرغی.. 84
جدول 3‑3- تجزیه بیوگاز کود بلدرچین.. 90
جدول 3‑4- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر فشار.. 110
جدول 3‑5- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر ph.. 112
جدول 3‑6- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر حجم.. 115
جدول 3‑7- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر فشار.. 117
جدول 3‑8- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر ph.. 119
جدول 3‑9- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر حجم.. 122
در جوامع کنونی وجود انرژی مستمر، پایدار و اقتصادی لازمه هرگونه توسعه و
پروژه و تحقیق- تحلیل بیوگاز حاصل از کود مرغی و بلدرچین با شبکه عصبی مصنوعی- 147 صفحه-docx