عنوان:
 طراحی و ساخت یک واحد رآکتور بی هوازی ترکیبی در شهرستان خوی و امکان سنجی استفاده از یک کویل داخلی ، آبگرمکن بیوگاز سوز و آبگرمکن خورشیدی در ساختمان آن
 
استاد راهنما :
دكتر محمدعلی اشجاری
 
بهمن ماه 1393
 

 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

فصل اول کلیات تحقیق 2

1-1 تحلیل مساله و ضرورت انجام تحقیق 2

1-2 بیوگاز و مشخصات آن 3

1-3 انواع واحدهای بیوگاز 4

1-4 زیست توده 5

1-5 کارآیی منابع و نگرش اجتماعی 6

1-6 رآکتور ترکیبی بیوگاز 7

فصل دوم مروری بر کارهای انجام شده 8

2-1 تاریخچه بیوگاز 8

2-2 موقعیت تحقیق حاضر به لحاظ تجربی 11

2-3 موقعیت تحقیق حاضر به لحاظ تجهیز 11

2-3-1 همزن 12

2-3-2 سرپوش گازی 12

2-3-3 کویل داخلی 13

2-3-4 آبگرمکن بیوگازسوز 13

2-3-5 آبگرمکن خورشیدی 13

2-4 موقعیت تحقیق حاضر به لحاظ علمی 14

2-5 موقعیت تحقیق حاضر به لحاظ تحلیلی 14

2-6 موقعیت تحقیق حاضر به لحاظ نرم افزاری 14

2-7 موقعیت تحقیق حاضر به لحاظ سخت افزاری 15

2-8 زمان کار دستگاه ها 15

2-9 فرآیند رآکتور ترکیبی بیهوازی 16

2-9-1 رآکتور اول :رآکتور بیهوازی ترکیبی چینی و هندی 17

2-9-2 رآکتور دوم: رآکتور بی هوازی ترکیبی بیوگاز هندی و چینی کویلدار با آبگرمکن بیوگاز سوز 18

2-9-3 رآکتور سوم : رآکتور هیبریدی ترکیبی بیوگاز هندی و چینی کویدار با آبگرمکن بیوگازسوز و خورشیدی 19

فصل سوم مواد و روش ها 20

3-1 روش حل معادلات رآکتور نوع اول: رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی 20

3-1-1 بار حرارتی جدارها 21

3-1-2 اتلاف حرارتی ازطریق نفوذ هوا 21

3-1-3 بار ناشی از آبگرم مصرفی 22

3-1-4 بار ناشی از پخت و پز و روشنایی 22

3-1-5 مقدار بیوگاز مورد نیاز و تولید شده 23

3-1-6 مقدار مواد اولیه یا خوراک روزانه 25

3-1-7 روش طراحی هاضم و محاسبه حجم آن 25

3-1-8 روش محاسبه حجم مخزن خروجی یا نگهدارنده گاز 26

3-1-9 روش محاسبه قطر لوله ورودی مخزن هاضم 26

3-1-10 روش محاسبه قطر لوله خروجی مخزن دایجستر 27

3-1-11 حل معادلات حاکم و روش ساخت همزن 28

3-1-12 روش محاسبه ابعاد سرپوش گازی و بیوگاز تولیدی 30

3-1-13 مقدار بیوگاز تولیدی با اضافه شدن همزن 31

3-1-14 مقدار بیوگاز تولیدی با اضافه شدن سرپوش 32

3-1-15 مقدار بیوگاز تولید شده 32

3-2 روش طراحی رآکتور نوع دوم: رآکتور بیهوازی ترکیبی چینی وهندی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز 33

3-2-1 بار حرارتی ساختمان 33

3-2-2 کویل داخلی و نسبت گاز مصرفی به تولیدی و مجموع بارهای ساختمان 33

3-2-3 مقدار بیوگاز ، خوراک و طراحی دایجستر ، همزن و سرپوش 34

3-2-4 بیوگاز تولید شده خالص 34

3-2-5 ظرفیت حرارتی آبگرمکن و مقدار آبگرم مورد نیاز 35

3-3 روش طراحی رآکتور نوع سوم : رآکتور هیبریدی بیوگاز و آبگرمکن خورشیدی 35

3-3-1- ظرفیت حرارتی آبگرمکن خورشیدی و مقدار آبگرم مورد نیاز 36

3-3-2 ثابت خورشیدی 36

4-3-3 مقدار تابش تابش خورشیدی 37

3-3-4 زاویه های مورد نیاز محاسبات 38

3-3-5 ساعات طلوع و غروب خورشید و طول روز 42

3-3-6 جهت تابش خورشید 43

3-3-7 میزان تابش خورشیدی بر روی صفحه افقی در سطح خارجی جو 43

3-3-8 بیان انرژی و متوسط ماهانه انرژی خورشیدی جذب شده 45

3-3-9 مقدار انرژی دریافتی و سطح مورد نیاز 46

3-3-10 سطح مورد نیاز برای کلکتور خورشیدی 47

3-4 روش های اندازه گیری و ابزار ها 48

3-5 روش محاسبه مقدار هزینه ها و بازگشت سرمایه 49

3-6-روش اعتبار سنجی نتایج 52

فصل چهارم طراحی و نحوه انجام محاسبات 53

4-1 مقدمات برنامه 53

4-2 بیان مسئله 54

4-3 طراحی رآکتور نوع اول 54

4-3-1 مقدمات طراحی 54

4-3-2- مشخصات ساختمان 56

4-3-3 ضرایب انتقال حرارت و بارهای حرارتی 56

4-3-4 مقدار بیوگاز مورد نیاز برای جبران بارها 58

4-3-5 طراحی هاضم 58

4-3-6 طراحی همزن 59

4-3-7 طراحی سرپوش 59

4-3-8 مقدار تولید بیوگاز در رآکتور نوع اول 60

4-3-9 مقدار انرژی تولید شده توسط بیوگاز در رآکتور نوع اول 60

4-3-10 هزینه ها و زمان بازگشت سرمایه 61

4-4 فلوچارت برنامه EES رآکتور اول 61

4-5 طراحی رآکتور نوع دوم 63

4-5-1 مقدار بارهای حرارتی 63

4-5-2 محاسبات 63

4-6 فلوچارت برنامه EES رآکتور دوم 64

4-7 طراحی رآکتور سوم 65

4-7-1 محاسبه مقدار دبی آبگرمکن خورشیدی برای کویل داخلی 65

4-7-2 زاویه های مورد نیاز محاسبات 66

4-7-3 ساعات طلوع ، غروب و طول روز 66

4-7-4 مقدار متوسط ماهانه تابش روزانه 66

4-7-5 بدست آوردن سطح مورد نیاز آبگرمکن خورشیدی (Ac) 67

4-7-6 بازدهی گردآورنده 67

4-7-7 مقدار بیوگاز تولید شده 67

4-7-8- محاسبه هزینه های رآکتور هیبریدی بیوگاز و آبگرمکن خورشیدی 68

4-8 فلوچارت برنامه EES رآکتور سوم 68

4-8 انتخاب رآکتور مناسب و اتمام برنامه 69

4-9 فلوچارت برنامه EES (کل پایان نامه) 69

فصل پنجم مدل سازی و ساماندهی نتایج نرم افزاری 70

5-1 حل مسئله برای رآکتور نوع اول : رآکتور بیهوازی ترکیبی چینی و هندی 70

5-2 حل مسئله برای رآکتور نوع دوم : رآکتور بیهوازی ترکیبی چینی و هندی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز 78

5-3 حل مساله برای رآکتور نوع سوم : رآکتور هیبریدی بیوگاز و آبگرمکن خورشیدی 82

فصل ششم طراحی و ساخت تجربی رآکتور بی هوازی ترکیبی در روستای فیرورق 90

6-1 مقدمات طرح 90

6-2 مشخصات منطقه 91

6-3 تاثیر شرایط آب و هوایی منطقه بر تولید 92

6-4 مشخصات خانوار 92

6-5 ابعاد دایجستر و محاسبه قطر لوله ای ورودی 93

6-6- هم زن مکانیکی 96

6-7 سرپوش گازی 98

6-8 زمان بندی ساخت رآکتور آزمایشگاهی 100

فصل هفتم نتایج تجربی 101

7-1- نتایج تجربی رآکتور نوع اول احداث شده 101

7-2 مقایسه نتایج تجربی با محاسبات علمی 104

7-3 مقایسه رآکتور ها 109

7-4 انتخاب رآکتور مناسب 111

فصل هشتم بحث و نتیجه گیری 113

8-1 دما 113

8-2- ظرفیت اسمی رآکتور 113

8-3 از دیدگاه زیست محیطی 114

 

8-4 ارتقای علمی 115

8-5 تولید انرژی 115

8-6 صرفه جویی در وقت 116

8-7 پیشنهادات برای تحقیقات جدید 116

فهرست منابع فارسی 118

فهرست منابع انگلیسی 121

پیوست الف- زمانبدی انجام پروژه رآکتور ترکیبی 123

پیوست ب هزینه های غیر مالی پروژه 124

پیوست ج- هزینه های مالی پروژه 124

فهرست جدول ها

جدول 2-1 مقایسه ویژگی ها و نقاط ضعف و قوت دو مدل هندی و چینی با مدل ترکیبی 16

جدول 3-1 خواص انواع مواد خوراک 25

جدول 3-2 انتخاب مشخصات هاضم چینی 27

جدول 3-3 انتخاب مشخصات هاضم هندی 27

جدول 3-4 مقدار روز و زاویه انحراف خورشید برای روز متوسط ماه 39

جدول 3-5 متوسط ماهانة تابش روزانة سطح خارجی جو 40

جدول 3-6 ترخ گازبهای خانگی در سال 1393 51

جدول 3-7 نتایج ارائه شده در مقاله دکتر عمرانی 52

جدول 4-1 مشخصات اقلیمی شهر خوی 54

جدول 4-2 مقدار ضریب انتقال حرارت جدار ها 57

جدول 4-3 مقدار ارزش حرارتی سوختها 57

جدول 4-4 مقدار بیوگاز تولیدی برای هر کیلوگرم خوراک در روز برای روزهای متوسط ماه ها 59

جدول 5-1 مشخصات ساختمان 70

جدول 5-2 مشخصات هاضم چینی 73

جدول 5-3 مشخصات هاضم هندی 73

جدول 5-4 هزینه های رآکتور ترکیبی چینی و هندی 76

جدول 5-5 جدول هزینه های صرفه جویی شده و درآمد ها رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی 77

جدول 5-6 مقدار زوایا برای روز متوسط فروردین ماه 83

جدول 5-7 زوایا برای روز متوسط در طول سال در مدار 38 درجه 84

جدول 5-8 متوسط ماهانه تابش روزانه بر روی صفحة افقی برای خوی 85

جدول 5-9 مشخصات تابش در شهر خوی 86

جدول 5-10 مشخصه های محاسبه سطح و راندمان 86

جدول 5-11 هزینه های رآکتور هیبریدی بیوگاز و آبگرمکن خورشیدی 89

جدول 5-12 جدول هزینه های صرفه جویی شده و درآمد های رآکتور هیبریدی (تومان) 89

جدول 7-1 میزان بیوگاز تولید شده در شرایط آزمایش 102

 

 

فهرست شکل ها

شکل1-1 واحد مخزن گاز ثابت یا دایجستر چینی 4

شکل 1-2 واحد مخزن گاز شناور یا دایجستر هندی 5

شکل 2-1 رآکتور نوع اول : رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی 17

شکل 2-3 رآکتور نوع سوم : رآکتور بیهوازی هیبریدی 19

شکل 3-1  تولید بیوگاز از فضولات تازه گاو بستگی به زمان اقامت و دمای دایجستر 23

شکل 3-2 زوایای مختلف خورشیدی 41

شکل 3-3 تابش مستقیم بر روی سطوح افقی و شیبدار 43

شکل 3-4 کنتور گاز ، تجهیز اندازه گیری دبی بیوگاز 49

شکل 3-5 تجهیزات اندازهگیری دما و فشار 49

شکل 4-1 روزها و ساعات کار سیستم و منزل 55

شکل 4-2 ابعاد و موقعیت طرح 56

شکل 4-3 فلوچارت رآکتور اول 62

شکل 4-4 فلوچارت رآکتور دوم 64

شکل 4-5 فلوچارت رآکتور سوم 68

شکل 4-6 فلوچارت کلی نرم افزار 69

شکل 5-1 تلفات حرارتی جدار ها (ساعتی) در طول سال برای روز متوسط هر ماه 71

شکل 5-2 تلفات حرارتی جدار ها (ماهانه) برای تمام ماه ها در طول سال 71

شکل 5-3 مقدار بیوگاز مورد نیاز (روزانه) برای تامین انرژی ساختمان در طول سال 72

شکل 5-4 مقدار بیوگاز مورد نیاز (ماهانه) برای تامین انرژی ساختمان در طول سال 72

شکل 5-5 تولید روزانه بیوگاز توسط تجهیزات رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی 74

شکل 5-6تولید ماهانه بیوگاز توسط تجهیزات رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی 74

شکل 5-7 مقایسه تولید و مصرف در رآکتور نوع اول 75

شکل 5-8 تلفات حرارتی کویل داخلی رآکتور بی هوازی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز (ساعتی) 78

شکل 5-9 تلفات حرارتی کویل داخلی رآکتور بی هوازی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز (روزانه) 79

شکل 5-10 تلفات حرارتی کویل داخلی رآکتور بی هوازی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز (ماهانه) 79

شکل 5-11 مقدار بیوگاز مورد نیاز روزانه روز متوسط هر ماه تولید شده در سیستم ساده و کویل دار 80

شکل 5-12 مقدار بیوگاز مورد نیاز ماهانه در سیستم ساده و کویل دار 80

شکل 5-13 تولید روزانه بیوگاز توسط رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز 81

شکل 5-14 تولید ماهانه بیوگاز توسط رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز 81

شکل 5-15 تولید ماهانه بیوگاز توسط رآکتور بی هوازی ترکیبی چینی و هندی کویلدار با آبگرمکن بیوگازسوز 82

شکل 5-16 تولید روزانه بیوگاز توسط رآکتور هیبریدی بیوگاز و آبگرمکن خورشیدی 87

شکل 5-17 تولید ماهانه بیوگاز توسط رآکتور هیبریدی بیوگاز و آبگرمکن خورشیدی 87

شکل 5-18 مقایسه بیوگاز تولید شده و مورد نیاز رآکتور سوم 88

شکل 6-1 پیش بینی تولید بیوگاز در طول ماه های سال برای شهر خوی 92

شکل 6-2 حفر گودال رآکتور سمت راست به تاریخ 24/2/93 و سمت چپ به تاریخ 6/3/93 94

شکل 6-3 سنگ چینی و بتن ریزی کف مخروطی به تاریخ 8/3/93 94

شکل 6-4 قالب بندی و بتن ریزی رآکتور به تاریخ 9/3/93 94

شکل 6-5 قالب بندی و بتن ریزی سقف گنبدی به تاریخ 10/3/93 95

شکل 6-6 قالب بندی و بتن ریزی مخزن خروجی به تاریخ 11/3/93 96

شکل 6-7 حوضچه ورودی تصویر سمت راست مورخه 12/3/93 و مخزن خروجی 14/4/93 96

شکل 6-8 جزئیات مهار همزن 97

شکل 6-9 جزئیات اندازه همزن 97

شکل 6-10 نحوه اتصال شفت همزن به بلبرینگ مورخه 18/3/93 98

شکل 6-11 همزن مکانیکی و دفن دایجستر در محوطه مورخه  18/3/93 98

شکل 6-12 سرپوش گازی و نحوه آب بندی آن تصویر سمت راست مورخه 17/3/93 99

شکل 7-1 دما و فشار اندازه گیری شده تجربی دایجستر 101

شکل 7-2 میزان تولید بیوگاز به دست آمده از نتایج تجربی برای کل خوراک موجود 103

شکل 7-3 میزان تولید بیوگاز به دست آمده از نتایج تجربی برای واحد خوراک 103

شکل 7-4 مقایسه نتایج تجربی با محاسبه شده مورد نیاز ماهانه 104

شکل 7-5 مقایسه نتایج تجربی با محاسبه شده مورد نیاز هفتگی 104

شکل 7-6 برآورد مقدار تولید در سیستم ترکیبی ساخته شده برای روستای فیرورق 106

شکل 7-7 مقایسه میزان تولید بیوگاز نتایج تجربی و برآورد شده 106

شکل 7-8 نتایج صحیح آزمایش دکتر عمرانی 108

شکل 7-9 میزان فزایش تولید بیوگاز به دلیل تجهیزات به کار گرفته شده بر حسب درصد 108

شکل7-10 تحلیل انرژی برای رآکتور اول 109

شکل 7-11 تحلیل انرژی برای رآکتور دوم 110

شکل7-12 تحلیل انرژی برای رآکتور سوم 110

شکل 7-13 مقایسه رآکتور های نوع اول ، دوم و سوم 112

 

 

چکیده

این پایان نامه به بررسی و تحلیل طراحی رآکتور های بی­هوازی می ­پردازد. سه رآکتور جهت افزایش راندمان پیشنهاد داده شده اند. تمام محاسبات طراحی هر سه رآکتور در نرم افزار EES انجام گردیده است. رآکتور اول، ساخت و بهره برداری یک رآکتور بیوگاز ترکیبی هندی و چینی است. هدر رفت گاز از مخزن خروجی و سفت شدن محلول از دلایل  کم بودن راندمان در هاضم­‌های بیوگاز می­باشند. در طراحی و ساخت رآکتور موجود برای افزایش بازده ، از همزن مکانیکی جهت افزایش تولید و از سرپوش گازی برای استحصال بیوگاز حوضچه خروجی استفاده گردیده است. در رآکتور دوم کویل آبگرم داخلی و آبگرمکن بیوگازسوز تجهیزات ضمیمه شده به رآکتور اول هستند. در رآکتور سوم تجهیز آبگرمکن خورشیدی، به رآکتور دوم اضافه شده است. این رآکتورها با یکدیگر مقایسه گردیده و رآکتور ایده‌آل برای منطقه طراحی انتخاب و ساخته شده است. رآکتورها ، با مدت زمان اقامت 117روز با حجم هاضم 9600 لیتر فضولات که با نسبت یک به یک با آب مخلوط شده اند، طراحی شده اند. هاضم ساده توانایی تولید متوسط بیش از یک مترمکعب گاز را در روز داراست. رآکتور اول با بتن مسلح در مرز شمال غربی کشور (شهرستان خوی-شهر فیرورق) احداث گردیده است. حجم مخزن خروجی دو مترمکعب و سرپوش گازی به حجم 350 لیتر می باشد. در ابتدا میزان بارگیری مخزن 12 تن مخلوط است که از آن پس به صورت متناوب با مقدار خوراک روزانه 40 کیلوگرم فضولات گاوی می باشد. براساس آزمایش‌ها و اندازه‌گیری‌های تجربی میزان گاز خروجی با به کار بردن همزن 5/6 درصد ، سرپوش 21 درصد و همزن و سرپوش 5/27درصد افزایش می یابد. نتایج تجربی بر حسب تعداد روزهای آزمایش 1 تا 117 روز ارائه شده است. مدل‌سازی نتایج علمی و تجربی در طول یک سال انجام گرفته است که در راستای آن نیاز انرژی ساختمان و انرژی گاز تولید شده بررسی شده  است.

 

واژه‌گان کلیدی: تبدیل انرژی ، طراحی رآکتور بی‌هوازی ، سیستم بیوگاز، تامین انرژی ، بیوگاز