عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی فرآیند اکستروژن و افزایش مقیاس اکسترودر مواد زیست توده
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-مکانیک ماشینهای کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 606;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54485
- تاریخ دفاع
- ۱۹ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- عابدین ظفری
- استاد راهنما
- محمدحسین کیان مهر
- چکیده
- چکیده افزایش جمعیت و روند رو به رشد تولید زباله شهری در بسیاری از کشورهای دنیا به یک بحران تبدیل شده است. حدود %70 زباله¬های تولید شده در ایران دارای منشا آلی بوده و قابلیت تبدیل به کمپوست را دارند. تهیه کمپوست یک روش مناسب مدیریت زباله¬ها به منظور تثبیت ضایعات آلی مثل کود دامی و ضایعات آلی شهری می¬باشد. یکی از عوامل محدود کننده¬ی استفاده مناسب کمپوست جرم مخصوص پایین این ماده می¬باشد که حمل و نقل, ذخیره و کاربرد این مواد را مشکل ساخته و افزایش هزینه ها را به دنبال دارد. تکنولوژی فشرده¬سازی و تولید پلت با استفاده از اکسترودر روشی مناسب برای رفع این مشکل¬ها است. علی رغم حصول دانش فنی مرتبط به طراحی و ساخت اکسترودر در سطح آزمایشگاهی، تولید این دستگاه در ابعاد صنعتی محقق نشده است. افزایش مقیاس روشی¬ست که امکان انتقال دانش بدست آمده از یک نمونه¬ی آزمایشگاهی به نمونه با ابعاد صنعتی را فراهم می¬کند. به منظور افزایش مقیاس اکسترودر، شناخت کامل عوامل موثر در فرایند اکستروژن به عنوان مهمترین مرحله از مراحل افزایش مقیاس مطرح است. شناخت کامل و تعیین خواص کود کمپوست اعم از خواص فیزیکی، مکانیکی و رئولوژیکی، شناخت پدیده انتقال مواد در داخل اکسترودر با استفاده از مدل¬های ریاضی، بررسی اثر پارامترهای اکستروژن بر معیارهای کیفی پلت (چگالی، مقاومت شکست و دوام)، بررسی اثر پارامترهای اکستروژن بر مصرف انرژی ویژه، بهینه سازی و یافتن محدوده¬ی بهینه¬ی پارامترهای ماده خام و قالب اکسترودر و تعیین فاکتورهای مقیاس، به منظور افزایش مقیاس اکسترودر، به عنوان اهداف این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتند. به منظور بررسی فرایند اکستروژن، پلت کود کمپوست تحت شرایط کنترل شده، با استفاده از یک قالب باز و پرس هیدرولیکی تولید شد. اثر پارامترهای مستقل شامل رطوبت (35، 40و 45 درصد)، سرعت پیستون (2، 6 و mm/s 10)، طول قالب (8، 10وmm 12) و اندازه ذرات (3/0، 9/0 و mm 5/1) بر چگالی، مقاومت شکست، دوام و مصرف انرژی ویژه تولید پلت بررسی شد. آنالیز نتایج و بهینه¬سازی فرایند با استفاده از روش سطح پاسخ انجام شد. نتایج نشان داد که همه پارامتر¬های مستقل اثر معنی داری در سطح احتمال یک درصد بر پاسخ¬های مورد مطالعه در این تحقیق داشتند. نتایج حاصل از بهینه سازی نشان داد که محتوی رطوبت بهینه در محدوده ی %40 قرار دارد، سرعت تقریبی mm/s6 ، اندازه ذرات mm 3/0 و طول قالب mm10، محدوده¬ی سایر متغیرهای مستقل برای حصول پلت با بهترین کیفیت و صرف کمترین انرژی می¬باشند. نتایج حاصل از افزایش مقیاس نشان داد که نرخ انتقال مواد جامد و توان مصرفی پیچ متناسب با توان سوم نسبت قطرها و عمق کانال، عرض کانال و طول پیچ متناسب با نسبت قطرها افزایش می¬یابد.
- Abstract
- Abstract Municipal solid waste (MSW) is produced in great quantity in Iran and its management has become a challenge, both economically and environmentally. Around 70 % of the MSW generated by the Iran population is organic waste and have the ability to become compost. Composting is a convenient method of waste management in order to stabilize the organic wastes such as livestock manure and organic MSW. One of the major barriers against the use of composts is low density of compost that made difficult the handling, application, and storage and increases the costs. The densification technology and pelleting is an effective solution to these problems. As for remarkable advances in the field of knowledge production associated with the pelleting machine specifically extruder in recent years, mostly published in the form of theses, reports, articles and patents and has not reached the semi-industrial and industrial stage. Scale-up rules provide the possibility to transfer knowledge obtained on small-scale laboratory equipment to large-scale production units. In order to scale up of single screw extruder, full recognition the effective parameter in extrusion process is considered as the most important step of scale up. Understanding and determining of the physical, mechanical and rheological properties of compost fertilizer, understanding of the solid conveying in single screw extruder using mathematical models, evaluation the effect of extrusion parameters on pellet quality indexes, evaluation the effect of extrusion parameters on specific energy consumption, optimization and finding the optimal range of raw material properties and die of extruder and determining the scale factors to scale up of single screw extruder was selected as main objectives in this research. In order to study the pelletizing process, compost pellets were produced under controlled conditions using single pelleter and hydraulic press. The effects of independent variables, including the raw material moisture content (35 to 45% (wet basis)), hammer mill screen size (0.3 to 1.5 mm), speed of piston (2 to 10 mm/s), and die length (8 to 12 mm) on the density, compress strength, durability of pellets and specific energy consumption were determined. Analysis of results and optimizing the process was performed using response surface methodology (RSM). The results showed that the effects of moisture content and particle size on all responses were significant (P < 0.01). The results of optimization showed that optimal range of moisture content, piston speed, particle size and die length were 40%, 6 mm/s, 0.3 mm and 10 mm respectively. After finding the optimal condition the scale factors of single screw, extruder was determined. Key words: Compost, density, durability, compressive strength, specific energy consumption, scale up, optimization, response surface methodology
