تکنولوجیا إنتاج الکتلة الحیویة من مخلفات التصنیع الزراعی باستخدام ألة الکبس المستمر

نوع المستند : Original Article

المؤلف

معهد بحوث الهندسة الزراعیة- الدقی- جیزة - مصر.

المستخلص

تعتبر مخلفات التصنیع الزراعی عبئاً ثقیلاً علی دول العالم الثالث حیث تکلف خزانة الدولة الملایین للتخلص منها بینما تعتبرها الدول المتقدمة ثروة قومیة من خلال استخدام الأسالیب المتقدمة تکنولوجیاً للاستفادة منها بعد إعادة تدویرها لیصبح لها عائد اقتصادی ودور إیجابی فی المحافظة علی البیئة. لذلک یجب إعدادها کمصدر بدیل للطاقة وضرورة تبنی التقنیات الحدیثة بدلا من حرقها مما یلوث الهواء بالغازات السامة التى تؤدى إلى حدوث أمراض خطیرة تهدد صحة المواطنین وتؤثر على طاقاتهم الإنتاجیة. ومن أهم هذه المخلفات قش وقشر الأرز وقش وقوالح الذرة وحطب القطن ومخلفات تصنیع الاخشاب الذى یسبب حرقها السحابة السوداء التى تعانى منها مصر فى السنوات الأخیرة.  ولحل هذه المشکلة وإنتاج الطاقة المتجددة یحب تصنیع ألات  لکبس المصبعات من المخلفات لإنتاج طاقة رخیصة صدیقة للبیئة. وتطبیق تکنولوجیا الإنتاج النظیف وتقلیل المخلفات ومنع التلوث یأتی متماشیاً مع التزام مصر باتخاذ التدابیر اللازمة لمواجهة التغیرات المناخیة من خلال الخطة القومیة لخفض الانبعاث الحراری.
أهداف البحث:

دراسة إمکانیة إنتاج  مصبعات الکتلة الحیویة من مخلفات التصنیع الزراعی مثل نشارة الخشب وکسر کوالح الذرة الناتج عن التفریط المیکانیکی باستخدام آلة الکبس المستمر التی تم تصنبعها محلیا واختبارها بنجاح فی انتاج مصبعات رجیع اللارز.
دراسة تأثیر عوامل التشغیل المختلفة مثل سرعة دوران البریمة ، قطر فتحة تصرف المصبعات ، ونوع المخلف والمحتوی الرطوبی على إنتاجیة الآلة ، الطاقة اللازمة لإنتاج المصبعات بالإضافة إلی جودة المصبعات مثل الکثافة الظاهریة ، ودلیل تحمل الصدمات والطاقة الحراریة للمصبعات  والتلوث الناتج.

أهم النتائج:

أوضحت النتائج وجود علاقة طردیة بین إنتاجیة الآلة وکل من سرعة البریمة  وقطر فتحة خروج المصبعات بینما توجد علاقة عکسیة مع المحتوى الرطوبی.

 وتوجد علاقة طردیة بین کثافة المصبعات وسرعة البریمة  بینما توجد علاقة عکسیة مع قطر فتحة خروج المصبعات والمحتوى الرطوبی. ویوجد علاقة طردیة بین کل من الطاقة اللازمة لکل طن ، دلیل تحمل التصادم مع سرعة البریمة والمحتوى الرطوبی. بینما توجد علاقة عکسیة مع قطر فتحة خروج المصبعات.

کانت أنتاجیة الالة و دلیل تحمل الصدمات  لنشارة الخشب اعلی بمقدار 7% , 12.6 % من کسر قوالح الذرة عند نفس ظروف التشغیل بینما تحتاج طاقة نوعیة کلیة اقل بمقدار 41.7 %.
تتراوح کثافة المصبعات من نشارة الخشب بین 0.81 -1.24 جم/سم3 ومع مصبعات کسر قوالح الذرة بین 0.76 – 0.94 جم/سم 3 عند ظروف التشغیل تحت الدراسة.
دلیل تحمل الصدمات لمصبعات نشارة الخشب اعلی منه لمصبعات کسر قوالح الذرة بمقدار 15.6 % عند نفس ظروف التشغیل.
أختبار الاحتراق للمصبعات کان أکثر انتظاما من المخلفات قبل الکبس وأعطی درجة حرارة أعلی ( 72.5 – 78.4م0)  وانبعاث أقل لاول أکسید الکربون بنسبه 50 % تقریبا مما یجعلها مصدر للطاقه رخیص وصدیق للبیئه.
أفضل ظروف تشغیل للالة عند قطر فتحة خروج المصبعات 6-8 مم , سرعة البریمة 1.56 م/ث , ومحتوی رطوبی 7.5 % لنوعی المخلفات تحت الدراسة حیث أعطت مصبعات ذات جودة عالیة ودرجة حرارة مرتفعة مع انخفاض التلوث الناتج عند الاحتراق.

الموضوعات الرئيسية


Adapa P., L. Tabil, G. Schoenau (2009). Compression characteristics of selected ground agricultural biomass. Agricultural Engineering International: the CIGR E journal. Manuscript 1347 (I):1-19.
ASAE Standard (2004). American Society of Agricultural Engineers – Standards, Engineering Practices, and Data. ASAE: St. Joseph, MI.
Bjorheden, R. (2006). Drivers behind the development of forest energy in Sweden. Biomass and Bioenergy, 30(4), 289–295.
Chevanan, N.; K. Muthukumarappan; K.A. Rosentrater and J. L. Julson (2007). Effect of die dimensions on extrusion processing parameters and properties of DDGS-based aquaculture feed. Cereal Chemistry, 84(4), 389–398.
Chevanan N.;  K. A. Rosentrater and K. Muthukumarappan (2010). Effects of processing conditions on single screw extrusion of feed ingredients containing DDGS. Food Bioprocess Technology, 3:111–120.
Chin, O.C. and  K.M. Siddiqui (2000). Characteristics of Some Biomass Briquettes Prepared under Modest Die Pressures. Biomass and Bioenergy,  18: 223-228.
El-Saeidy E. (2004).Renewable Energy in Agriculture in Egypt: Technological Fundamentals of Briquetting Cotton Stalks as a Biofuel Renewable Energy in Agriculture in Egypt. Ph. D  Thesis, Humboldt University, Berlin, Germany.
Granada, E., L.M. López González, J.L. Míguez and J. Moran (2002). Fuel lignocellulosic briquettes, die design and products study. Renewable Energy, 27:561-573.
Hess, J.R., K.L.Kenney, L.P Ovard, E.M. Searcy and C.T. Wright (2009). Uniform-Format Solid Feedstock Supply System: A Commodity-Scale Design to Produce an Infrastructure-Compatible Bulk Solid from Lignocelluloses Biomass: 4-08-14752. Idaho National Laboratory, Bioenergy.
Jin Z. and S. Wang (2011). Specific energy requirement for compacting corncobs. Advanced material research, 148-149: 245-252.
Kaliyan  N. and R.V. Morey (2006).  Densification of corn stover.  ASAE Paper No. 056134. St.  Joseph, MI: ASABE.
Kaliyan N. and R.V. Morey (2007). Strategies to improve durability of switch grass briquettes. An ASABE paper number: 076182.
Mark, S. (2008). Feedstock and process variables influencing biomass densification. M. Sc. Thesis, Dep. of Agric. and Bioresource Eng., Unive. of Saskatchewan, Saskatoon , Canada.
Mani, S., L.G. Tabil and S. Sokhansanj (2006). Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass and Bioenergy, 30: 648-654.
Saptoadi H. (2006). The best biobriquette dimension and its particle size. Proceedings of The 2nd joint international conference on "Sustainable Energy and Environment".  21-23 November 2006, Bangkok, Thailand.
Shoughy, M. I., A. A. FL-Keway, and Y. T. Hendawy (2011). Rice bran pellets production by using expeller machine. Misr J. Ag. Eng., 28(4): 975-998.
Shukla C. Y.; K. Muthukumarappan and J. L Julso. (2005). Effect of single screw extruder die temperature, amount of distillers dried grains with solubles (DDGS) and initial moisture content on extrudates. Cereal Chemistry: 82(1), 34–37.
Sokhansanj, S., S. Mani, X. B., P. Zaini and L. Tabil (2005). Binderless pelletization of biomass. Presented at the ASAE.  Paper No. 056061, USA.
Sokhansanj, S., A. Kumar, A.F. Turhollow (2006). Development and implementation of integrated biomass supply analysis and logistics model (IBSAL). Biomass Bioenergy, 30: 838–847.
Thomas O. W. (2010). Factors affecting wood pellet durability. MS C. Thesis in Agric. Bio. Eng., The Pennsylvania State University Dep. of Agric. and Bio. Eng., USA.
Tumuluru, J. S., L. Tabil, A. Opoku, M. R. Mosqueda and O. Fadeyi (2010a). Effect of process variables on the quality characteristics of pelleted wheat distiller’s dried grains with soluble, Biosystems Engineering 105(4): 466–475.
Tumuluru, J. S., C. T. Wright, K. L. Kenney and J. R. Hess (2010b). A Technical Review on Biomass Processing: Densification, Preprocessing, Modeling and Optimization. ASABE Meeting Presentation. Paper Number: 1009401.
Uppal, S. L. (1984). Electricalpower. Published by 2-B Nath Market, Nai Srak, New Delhi, India.
Van Dam, J.E.G., M.J.A. van den Oever, W. Teunissen, E.R.P. Keijsers and A.G. Peralta (2004). Process for production of high density/high performance binderless boards from whole coconut husk. Part 1: lignin as intrinsic thermosetting binder resin. Industrial Crops and Products, 19: 207-216.