معرفی و دانلود کتاب شرح مراحل ساخت یک نمونه دستگاه تولید بیوگاز و آزمایش آن با کود حیوانی

معرفی کتاب شرح مراحل ساخت یک نمونه دستگاه تولید بیوگاز و آزمایش آن با کود حیوانی

شرح مراحل ساخت یک نمونه دستگاه تولید بیوگاز و آزمایش آن با کود حیوانی (تجزیه و تحلیل نتایج با شبکه عصبی)

مهم­ترین مسئله ­ای که در قرن 21 بشریت با آن مواجه است مسئله انرژی و سوخت می­باشد. زیرا از یک طرف تعداد صنایع مصرف کننده انرژی رو به افزایش است و از طرف دیگر سوخت ­های فسیلی (مهم­ترین انرژی­ مصرفی این صنایع) رو به اتمام می ­باشند. این در حالی است که هم اکنون آلودگی­ هایی که این سوخت ­ها ایجاد می­‌کنند، موجب مشکلاتی در جهان گردیده است و اتحادیه­ های جهانی در حال تصویب قانون­ هایی مبنی بر حذف یا به حداقل رساندن مصرف این سوخت­‌ها در دهه­‌های آینده می­‌باشند. بنابراین تمام کشورهای صنعتی، نیمه صنعتی و حتی اکثر کشورهای جهان سوم در تلاش­اند تا برای جایگزین کردن این سوخت­‌ها چاره‌­ای بیاندیشند و اتمام این منابع را به تأخیر اندازند (عدل و همکاران، 1379).
در جوامع کنونی وجود انرژی مستمر، پایدار و اقتصادی لازمه هر­گونه توسعه و رشد اقتصادی می­باشد. پس از انقلاب صنعتی، انرژی به تدریج به یکی از عوامل اصلی در تولید ملی و حرکت چرخ­های اقتصادی کشورهای صنعتی و به دنبال آن، سایر کشورهای در حال توسعه تبدیل شده است (ثقفی، 1382). اقتصاد و تمدن کنونی تا حدی به انرژی وابسته است که تصور حتی لحظه­‌ای ادامه زندگی در عصر حاضر بدون انرژی امکان پذیر نیست. به طوری­‌که با اختلال و یا توقف در عرضه‌­ی آن، ماشین اقتصاد از کار خواهد افتاد. بنابراین تمامی کشورها در صدد هستند به هر نحو ممکن از انرژی مستمر و پایداری برخوردار باشند. از طرفی رشد اقتصادی و افزایش تقاضای انرژی در جهان سبب شده که قیمت نفت و گاز افزایش پیدا کرده و اتکا به این منابع برای تأمین انرژی کاهش یابد (تابنده، 1376).

منابع فسیلی مرسوم و تجدید ناپذیر تأثیر شگرفی بر امنیت انرژی دارند. این مسئله بسیاری از کشورهای جهان را واداشته است که به مسئله امنیت عرضه انرژی تمایل پیدا کرده و به تغییرات گسترده­‌ای در اقتصاد انرژی خود اهتمام تام ورزند. در این زمینه پیشرفت های فناوری، نوید بخش راه حل­‌هایی نو درباره تولید انرژی مورد نیاز بشر است. با شناسایی این روش‌­های جدید، گامی بلند در زمینه تغییر زیرساخت‌­های تولید انرژی برداشته شده است (علیزاده، 1375). استفاده از ذخایر نامحدود انرژی تجدیدپذیر در این خصوص تأثیرات مهمی دارد. گستردگی و توزیع این عوامل در طبیعت باعث شده است که سیستم­‌های تولید انرژی به سمت سیستم­های محلی پیش رود؛ که انرژی­‌های نوین به خوبی می­توانند برای این منظور به کار گرفته شود. هم اکنون مسائلی مانند انرژی، محیط زیست، ازدیاد مواد زائد خطرناک، اتمام پذیری منابع فسیلی و رشد فزاینده مصرف انرژی از جمله مفاهیمی هستند که تحقیقات مختلفی را در جهان به خود اختصاص داده‌اند. به واقع این مسائل روشن می­کنند که دیگر نمی­توان به منابع موجود انرژی متکی بود (تابنده، 1376). در حقیقت، انجام تحقیقات گسترده در جهت دستیابی به منابع جدید و سالم که در چند دهه­‌ی اخیر توسعه ویژه‌ای پیدا کرده‌اند را می‌توان بیانگر میزان اهمیت این نوع مفاهیم و علوم مرتبط به آنها دانست.

فهرست مطالب کتاب

1- بررسی منابع
1-1- تعریف بیوگاز
جدول ‏1 1- ترکیبات موجود در بیوگاز
1-2- منابع تولید بیوگاز
شکل ‏1 1 چرخه بیوگاز در طبیعت
1-3- نحوه تولید بیوگاز
شکل ‏1 2- دستگاه بیوگاز
1-4- اصول هضم بی هوازی در تولید بیوگاز
شکل ‏1 3-  فرآیند تولید گاز در مخزن هضم
جدول ‏1 2-  جدول فرآیندهای مختلف تبدیل زیست توده به بیوگاز
1-5- مراحل شیمیائی تخمیر مواد آلی (شامل چربیها، هیدراتهای کربن و پرتئین ها)
1-5-1- تخمیر چربیها
1-5-2- تخمیر هیدراتهای کربن
1-5-3- تخمیر پرتئینها
شکل ‏1 4- مراحل مختلف تبدیل مواد آلی به بیوگاز
1-6- پارامترهای مؤثر بر فرآیند هضم بیهوازی
1-6-1- درجه حرارت محیط تخمیر
جدول ‏1 3- محدودههای درجه حرارت در تخمیر بیهوازی
1-6-2- اسیدیته ((PH
1-6-3- میزان حضور مواد مغذی در محیط (C/N)
1-6-4- درجه غلظت مواد
1-6-5- میزان حضور عوامل سمی
1-6-6- مدت زمان ماند مخلوط در مخزن هضم
جدول ‏1 4- نمودار مدت زمان ماند مواد در داخل رآکتور
1-6-7- همزدن محتویات مخزن هضم و هموژنیزه کردن محتویات
1-6-8- شکل ‏1 5-  رآکتور بیوگاز به همراه همزن
1-6-9- آماده سازی مواد خام قبل از بارگیری
1-6-10- وجود مواد تسریع کننده واکنش
1-6-11- اصلاح و تغییر در طراحی دستگاه بیوگاز
1-6-12- مواد افزودنی شیمیائی
1-6-13- تغییر دادن نسبت خوراک دستگاه
1-6-14- محیط بیهوازی (بسته)
1-7- انواع روشهای بارگذاری مخازن هضم:
1-7-1- سیستم پیوسته:
1-7-2- سیستم نیمه پیوسته:
1-7-3- سیستم ناپیوسته:
1-8- جمع آوری بیوگاز تولیدی:
1-9- بیوگاز و کود حاصل از آن:
1-10- ساختار کلی دستگاه تولید بیوگاز:
1-10-1- حوضچه ورودی:
1-10-2- حوضچه خروجی:
1-10-3- مخزن تخمیر:
1-10-4- محفظه گاز:
شکل ‏1 7-  مخزن ذخیره گاز فایبرگلاس
شکل ‏1 8- بالنهای ذخیره بیوگاز
1-11- مهمترین طرحهای بیوگاز ساخته شده در جهان:
1-11-1- دستگاه بیوگاز عمودی
شکل ‏1 9- دستگاه بیوگاز عمودی
1-11-2- دستگاه بیوگاز افقی
شکل ‏1 10- دستگاه بیوگاز افقی 1. مخزنهای ترکیب 2. لوله ورودی 3. محفظه اولیه 4. محفظه ثانویه 5. حفره اصلی 6. بخش مخزن هضم بالای سطح زمین 7. حافظ گاز 8. مخلوط آب و روغن 9. خط گاز 10. دریچه خروجی 11.دریچه خروج آب 12.اجاق 13. سطح زمین
1-11-3- دستگاه بیوگاز مشترک
شکل ‏1 11- دستگاه بیوگاز مشترک
1-11-4- دستگاه بیوگاز مدل چینی (قبه ثابت)
شکل ‏1 12- دستگاه بیوگاز اصلاح شده نوع چینی 1. محافظ گاز با قبه ثابت 2. مخزن هضم 3. مخزن ترکیب 4. محفظه کمکی 5. خط گازی 6. شیشه آب 7. لوله خروجی 8. اجاق
1-11-5- دستگاه بیوگاز مدل فرانسوی
شکل ‏1 13- دستگاه بیوگاز  مدل فرانسوی 1. لوله ورودی 2. مخزن هضم فولادی ضد زنگ 3. لوله خروجی 4. غلتک زیست توده با پوشش فولادی 5. خط گازی 6. شیر آب 7. لوله های تایر واگن باری 8. شیر گاز 9. اجاق 10. سطح زمین
1-11-6- دستگاه بیوگاز با لولههای چرمی
1-11-7- شکل ‏1 14- دستگاه بیوگاز با لولههای چرمی 1. مخزن ترکیب 2. مخزن هضم لوله چرمی 3. هواکش گازی 4. خروجی 5. حافظ گاز لوله  چرمی 6. خط گازی 7. اجاق
1-11-8- دستگاه بیوگاز با مخزن پلی اتیلنی
شکل ‏1 15- دستگاه بیوگاز با مخزن پلی اتیلن. 1- مخزن مخلوط.2- لوله ورودی pvc. 3- کیسه مخزن هضم استوانهای روی زمین. 4- مخزن هضم استوانهای زیر زمین. 5- خروجی با لوله معین. 6- لوله گاز. 7- شیر خروج آب. 8- اجاق. 9- سطح زمین
1-11-9- دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور (مدل هندی):‏
شکل ‏1 16- دستگاه بیوگاز با سرپوش شناور 1. مخزن ترکیب 2. مخزن هضم اولیه 3. مخزن هضم ثانویه 4. حافظ متحرک گاز 5. آب همراه با روغن 6. خط گاز 7. مقیاس اندازه گیری گاز 8. شیر اب 9. لولهی تخلیه 10. حفاظت از حرکت غلتک 11. کولونی.
1-11-10- دستگاه بیوگاز مدل تایوانی (واحدهای بالونی):
شکل ‏1 17- دستگاه بیوگاز مدل تایوانی
1-11-11- دستگاه بیوگاز مدل نپال:
شکل ‏1 18- دستگاه بیوگاز مدل نپال. مخزن ترکیب 2- لوله ورودی 3-مخزن هضم 4- مواد سنگین ته نشین شده 5- مخزن گاز 6- لوله خروج گاز 7- نگهدارنده درب مخزن هضم 8-  لوله خروجی 9- مخزن کودابه خروجی 10- درب مخزن تخلیه 11- سطح زمین
1-12- مروری بر مطالعات انجام شده
فصل  دوم
مواد   و  روشهای ساخت دستگاه
2- مواد و روشها
2-1- مراحل ساخت واحد بیوگاز با تمام جزئیات آن:
2-1-1- انتخاب مکان ساخت واحد بیوگاز
2-1-2- بررسی شرایط جوی
2-1-3- بررسی شرایط خاک منطقه
2-1-4- بررسی مواد آلی مورد نیاز
2-2- طراحی و ساخت اتاقک عایق:
2-2-1- طراحی اتاقک عایق
2-2-2- ساخت اتاقک عایق
2-2-3- دریچه خروجی:
2-3- مراحل طراحی و ساخت  مخزن هضم دستگاه:
2-3-1- طراحی مخزن هضم:
شکل ‏2 3- طراحی مخزن هضم با استفاده از نرم افزار اتوکد
2-3-2- ساخت دستگاه:
شکل ‏2 4- مخزن هضم پلی اتیلنی
شکل ‏2 5- لوله ورودی و لوله خروجی
شکل ‏2 6- الف-  لوله خروج کودابه ب- مخزن هضم و لولههای ورودی و خروجی
شکل ‏2 7- لوله دو شاخه برای خروج گاز و نصب فشار سنج
شکل ‏2 8- مدار الکتریکی المنتهای حرارتی
شکل ‏2 9-  طراحی قاب المنتهای حرارتی
شکل ‏2 10- المنتهای حرارتی در قاب فلزی قرار گرفتهاند.
شکل ‏2 11-  الف- تابلوی برق، ب- کلیدهای کنترل کننده المنتها
شکل ‏2 12- ترموستات
شکل ‏2 13- الف- محلول های بافر  ب- PH متر
2-4- عایق کاری مخزن هضم
شکل ‏2 14- عایقکاری رآکتور
2-5- تست رآکتور
2-5-1- تست دستگاه با آب برای اطمینان از آب بندی بودن:
2-5-2- تست صحت کار المنتها:
2-5-3- تست گازبندی مخزن:
شکل ‏2 15- دستگاه تست گاز
2-6- مشخصات دستگاه تست گاز:
2-6-1- دستگاه آنالایزر گاز ساخت کمپانی Testo آلمان
2-7- معرفی شبکه عصبی
2-8- شبکه عصبی مصنوعی
شکل ‏2 16- مدل ریاضی ساده شده عصب واقعی
شکل ‏2 17- پرسپترون 3لایه با اتصالات کامل
2-8-1- شبکه پس انتشار پیش خور (FFBP) :
2-8-2- شبکه های پس انتشار پیشرو (CFBP):
2-8-3- الگوریتم لونبرگ- مارکوارت (LM)
2-8-4- الگوریتم تنظیم بیزی (BR)
2-8-5- مجذور میانگین مربعات خطا
2-8-6- خطای میانگین مطلق
2-8-7- ضریب تعیین (همبستگی)
2-9- انجام آزمایش:
3- نتایج
3-1- ساخت رآکتور
جدول ‏3 1- مقایسه دستگاه بیوگاز نوع مخزن بتونی (مدل چینی) با مخزن پلی اتیلنی
3-2- آزمایش کود مرغی در دمای 35 درجه سانتیگراد
3-2-1- جدول ‏3 2- تجزیه بیوگاز کود مرغی
3-2-2- بررسی اثر دما بر حجم بیوگاز تولیدی از کود مرغی
شکل ‏3 1- نمودار حجم- زمان کود مرغی در دمای 35
3-2-3- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز کود مرغی
شکل ‏3 2- نمودار فشار- زمان کود مرغی در دمای 35
3-2-4- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود مرغی
شکل ‏3 3-  نمودار PH- زمان کود مرغی در دمای 35
3-3- آزمایش  کود مرغی در دمای 30 درجه سانتیگراد
3-3-1- بررسی اثر دما بر حجم بیوگاز تولیدی از کود مرغی
شکل ‏3 4- نمودار حجم- زمان کود مرغی در دمای 30
3-3-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز کود مرغی
شکل ‏3 5- نمودار فشار- زمان کود مرغی در دمای 30
3-3-3- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود مرغی
شکل ‏3 6- نمودار PH- زمان کود مرغی در دمای 30
3-4- آزمایش کود بلدرچین در دمای 35 درجه سانتیگراد
جدول ‏3 3-  تجزیه بیوگاز کود بلدرچین
3-4-1- بررسی اثر دما بر روی حجم بیوگاز تولیدی از کود بلدرچین
شکل ‏3 7- نمودار حجم- زمان کود بلدرچین در دمای 35
3-4-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز کود بلدرچین
شکل ‏3 8- نمودار فشار- زمان کود بلدرچین در دمای 35
3-4-3- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود بلدرچین
شکل ‏3 9- نمودار PH - زمان کود بلدرچین در دمای 35
3-5- آزمایش با کود بلدرچین در دمای 30  درجه سانتیگراد
3-5-1- بررسی اثر دما بر روی حجم بیوگاز تولیدی از کود بلدرچین
شکل ‏3 10- نمودار حجم- زمان کود بلدرچین در دمای 30
3-5-2- بررسی اثر دما بر روی فشار بیوگاز تولیدی از کود بلدرچین
3-5-3- شکل ‏3 11-  نمودار فشار- زمان کود بلدرچین در دمای 30
3-5-4- بررسی اثر PH بر روی تولید بیوگاز کود بلدرچین
شکل ‏3 12- نمودار PH - زمان کود بلدرچین در دمای 30
3-6- بررسی و مقایسه پارامترهای کود مرغی و بلدرچین در دمای مشخص
3-6-1- مقایسه حجم گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 35 درجه سانتی گراد
3-6-2- شکل ‏3 13- نمودار حجم - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای 35
3-6-3- مقایسه فشار گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 14- نمودار فشار - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای 35
3-6-4- مقایسه PH گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 15- نمودار PH - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای 35
3-6-5- مقایسه حجم گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 30 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 16- نمودار حجم- زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای 30
3-6-6- مقایسه فشار گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 30 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 17- نمودار فشار- زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای 30
3-6-7- مقایسه PH گاز تولیدی کود مرغی و بلدرچین در دمای 30 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 18- نمودار PH - زمان کود مرغی و بلدرچین در دمای 30
3-7- بررسی و مقایسه پارامترها در دو دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد
3-7-1- مقایسه حجم گاز تولیدی کود مرغی در دمای 30 و 35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 19- نمودار حجم گاز تولیدی کود مرغی در دمای  30 و  35
3-7-2- مقایسه فشار گاز تولیدی کود مرغی در دمای  30 و  35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 20- نمودار فشار گاز تولیدی کود مرغی در دمای  30 و  35
3-7-3- مقایسه PH گاز تولیدی کود مرغی در دمای  30 و  35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 21- نمودار PH  کود مرغی در دمای  30 و  35
3-7-4- مقایسه حجم گاز تولیدی کود بلدرچین  در دمای  30 و  35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 22- نمودار حجم گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای  30 و  35
3-7-5- مقایسه فشار گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای  30  و  35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 23- نمودار فشار گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای  30 و  35
3-7-6- مقایسه PH گاز تولیدی کود بلدرچین در دمای  30  و  35 درجه سانتی گراد
شکل ‏3 24- نمودار PH کود بلدرچین در دمای  30 و  35
3-8- نتایج شبکه عصبی
3-8-1- بررسی نتایج شبیه سازی در شبکه عصبی برای کود مرغی
شکل ‏3 25- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای فشار کود مرغی
جدول ‏3 4- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر فشار
شکل ‏3 26- نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های فشار گاز کود مرغی
شکل ‏3 27- نمودار تست داده های فشار کود مرغی
شکل ‏3 28- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای ph کود مرغی
جدول ‏3 5- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر ph
شکل ‏3 29 - نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های ph کود مرغی
شکل ‏3 30- نمودار تست داده هایph کود مرغی
شکل ‏3 31- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای حجم گاز کود مرغی
جدول ‏3 6-  تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر حجم
شکل ‏3 32- نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های حجم کود مرغی
شکل ‏3 33- نمودار تست داده های حجم گاز کود مرغی
3-8-2- بررسی نتایج شبیه سازی در شبکه عصبی برای کود بلدرچین
شکل ‏3 34- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای فشار گاز کود بلدرچین
1. جدول ‏3 7- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر فشار
شکل ‏3 35- نمودار آموزش و اعتبار سنجی داده های فشار گاز کود بلدرچین
شکل ‏3 36- نمودار تست داده های فشار گاز کود بلدرچین
شکل ‏3 37- نمودار تعیین عملکرد شبکه برایph  کود بلدرچین
3-8-3- جدول ‏3 8- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر ph
شکل ‏3 38- نمودار آموزش و اعتبار سنجی ph کود بلدرچین
شکل ‏3 39- نمودار تست داده های ph  کود بلدرچین
شکل ‏3 40- نمودار تعیین عملکرد شبکه برای حجم گاز کود بلدرچین
جدول ‏3 9- تعیین عملکرد شبکه برای مقادیر حجم
شکل ‏3 41- نمودار آموزش و اعتبار سنجی حجم گاز کود بلدرچین
شکل ‏3 42- نمودار تست داده های تست برای حجم گاز کود بلدرچین
4- منابع