بررسی ماشین های فرآوری مواد زائد

 بررسی ماشین های فرآوری مواد زائد
در این مقاله به بررسی ماشین هایی خواهیم پرداخت که جهت فرآوری مواد زائد در کشاورزی بکار می روند. ماشین های زیادی وجود دارند که با کارکرد مناسب می توانند بازیابی و کاربرد مواد زائد را محقق سازند. 

هدف اصلی از خرد کردن مواد، کاهش حجم و سهولت در بازیابی آنهاست. برای مثال برای خرد کردن چوب و تبدیل آنها به تکه های کوچک از دستگاه های ساده ای استفاده می شود که یا از محور تراکتور و یا موتور الکتریکی نیرو می گیرند. ماشین های بزرگتر تخصصی تر بوده و گرانتر خواهند بود. این نوع از خردکن ها محور متحرکۀ مستقلی داشته و معمولاً با نیرویی بیش از 200 کیلو وات کار می کنند. 

مقالۀ حاضر در مورد خردکن های جدید 5000s-181024 Komptech می باشد که قابلیت خرد کردن مواد متنوعی را دارند. آزمون بر روی مواد مختلف و با سختی های متفاوت انجام گرفت. 

همچنین ماشین های 5000s-181024 Komptech و Crambo 5000 نیز بطور همزمان مورد بررسی قرار گرفته و از لحاظ ظرفیت و کیفیت کاری مقایسه شدند.

مقدمه:

در این تحقیق ضایعات چوبی را خرد کرده و آزمایش انجام دادیم. زیرا بقایای گیاهی و ضایعات چوبی را به منظور تجزیۀ سریعتر خرد می کنند. 

در سالهای اخیر فرآوری ضایعات در کشاورزی جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. ماشین های زیادی جهت خردکردن و بازیافت ضایعات کشاورزی ابداع شده اند. چوب ها و مواد فیبری که در کشاورزی بوجود می آیند، می توانند پس از خردشدن جهت تهیۀ کمپوست یا به عنوان مواد زائد(biowaste) طبیعی بکار روند. این چوب ها و فیبرهای ریز را می توان جهت سوزاندن و استفاده از انرژی حرارتی نیز بکار برد. سوخت در جایگاه ها و محفظه های خاصی که بتوان از انرژی آنها استفاده نمود، می تواند بازیافت آنها را مقدور سازد. بدین منظور بایستی سایز این قطعات چوبی و فیبری را کاهش داد که ماشین ها و ادوات خاصی برای این کار درست شده اند. بیومس های چوب و فیبری را می توان از منابع انرژی شمرد که از چمن زارها، چراگاه ها، خارها، باغ و پارکها، و هرس کردن تاکستانها و ... می توان بدست آورد. 

شکی نیست که این منبع انرژی تجدیدپذیر، قابل دسترس و کم آلاینده تر است. بطوریکه از مدتها پیش تا به حال در ایالت Slovenia چوب و منابع فیبری یکی از منتابع مهم انرژی بوده است. با توجه به هشدارها و قوانین اتحادیۀ ارپا، بایستی سوخت هایی را بکار برد که دی اکسیدکربن کمتری تولید نموده و تجدیدپذیر باشند. 

در واقع، تکنولوژی بکارگیری بیومس را می توان یکی از روش های سازگار با محیط زیست نامید. این نوع سوختها آلودگی کمتری نسبت به سوخت های فسیلی داشته و سریعتر تجدید می شوند. 

مزایای بکارگیری بیومس های چوبی و فیبری را می توان به صورت زیر نامید:


 بیودیزل2 

استخراج روغن گیاهی و استفاده از آن به عنوان سوخت

 

 در موتورهای دیزل، روغن های گیاهی یکی از جانشین ها یا مکمل های جالب برای سوخت های فسیلی محسوب می شوند. آزمایشات در اکثر کشورها نشان داده اند که روغن های گیاهی را علی رغم محدودیت هایش، می توان با موفقیت در موتورهای دیزلی بکار برد.

روغن های گیاهی یا نباتی(VO) آمیزه ای از تری گلسیریدها هستند که در واقع استرهای گلیسیریدی اسیدهای چرب محسوب می شوند. مدت کوتاهی است که این مواد روغنی به عنوان سوخت موتورهای دیزلی بکار گرفته می شوند. اطلاعات و تجربیات در مورد کاربرد طولانی مدت روغن های گیاهی به عنوان سوخت محدودند. با این حال، مشکلاتی از قبیل گرفتگی نازل های انژکتور، چسبیدن رینگ های پیستون، و پلیمریزه شدن روغن در محفظه میل لنگ گزارش شده اند. مطالعات جهت رفع این مشکلات و بررسی سایر محدودیت ها در این زمینه ادامه دارند. بر اساس یافته های کوتاه مدت، نتایج زیر را می توان در کاربرد روغن های گیاهی به عنوان سوخت جایگزین نوشت:

1- کاربرد VO چه بطور خالص و چه بطور ترکیبی، در موتورهایی که محفظه پیش احتراق دارند، بهتر از موتورهای معمولی که در آنها تزریق مستقیم داریم، جواب می دهد.

2- عمده ترین مشکل مصرف VO در موتورها ناشی از سوخت ناقص آن می باشد.

3- اگر شرایط سوخت مناسب بوده و تعویض روغن بطور مرتب انجام گیرد، روغن در محفظه میل لنگ تجمع نکرده(پلیمریزه نمی شود) و روانکاری در این قسمت با مشکلی مواجه نخواهد شد.

4- روغنهای گیاهی در شرایط دمایی متوسط کارایی مناسبی دارند. ولی در دمای نزدیک به انجماد سیستمی برای کاربرد بهتر آن ابداع نشده است. در این گونه موارد، با گرم کردن مجاری انتقال سوخت نیز نمی توان ویسکوزیته روغن را تا حد قابل قبول کاهش داد.

5- متیل و اتیل استر روغن های گیاهی می تواند هم در موتورهای تزریق مستقیم و هم در موتورهایی که محفظه پیش احتراق دارند، بخوبی کار کند ولی نقطه ابری شدن آنها 2- تا 4 درجه است که کارایی آنها را در شرایط دمایی مختلف محدودتر کرده است.

6- ارزش حرارتی روغن های گیاهی چه بصورت خالص و چه بصورت ترکیبی، به حد کافی نزدیک به ارزش حرارتی دیزل می باشد، از اینرو در شرایط 75-80% نیروی تراکتور، افت فاحشی در نیرو ایجاد نمی شود.

7- میکروامولسیون ها می توانند چگالی روغن ها را تا حد قابل قبولی نزدیک به دیزل کنند(mm2/s0/4-9/1). این امولسیون ها در شرایط دمایی مختلف پایداری بیشتری دارند ولی تولید آنها هزینه زیادی در بر دارد.

8- کاربرد روغن بزرک در آزمون های موتور باعث مشکلات عدیده ای شده است. از اینرو بکار گیری روغن بزرک در موتورهای دیزلی تقریباً منسوخ شده است.

9- تمام گونه های روغن سویا باید قبل از مصرف صمغ گیری شده و روغن های آفتاب گردان نیز باید موم زدایی شوند.

10- سوخت های ترکیبی یا هیبرید بهتر از روغن های خالص جواب داده اند.

11- همه روغن های گیاهی باید طوری تصفیه شوند که قابلیت عبور از فیلترهای 3میکرومتری را داشته باشند.

12- روغن های شوینده و روانساز یا CD، بهتر از نوع CC جواب خواهند داد زیرا محصولات حاصل از احتراق در آنها بیشتر معلق بوده و رسوب کمتری خواهیم داشت. 

آزمون های طولانی مدت موتور(1000 ساعت یا بیشتر) در حال بررسی اند.

جهت تطبیق بهتر موتور و سوخت ها، تحقیقات بر روی خواص فیزیکی وشیمیایی روغن های گیاهی ادامه دارد.




 نانوتكنولوژي و صنعت 
فناوري نانو ميتواند اثرات قابل توجهي در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زير بعد از اشاره به برخي از اين تأثيرات، تعدادي از كاربردهاي فناوري نانو در صنعت نفت بويژه در بحث آلودگي محيط زيست و نيز سنسورهاي نانو به طور مختصر معرفي گرديده است: 

مقدمه هنگامي كه ريچارد اسملي ( Richard Smally ) برندة جايزة نوبل، بالك مينسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رايس كشف نمود،‌ انتظار اندكي داشت كه تحقيق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژي آمريكا ( DOE ) سرمايه‌گذاري خود را در قسمت فناوري نانو با 62 درصد افزايش داد تا مطالعات لازم در زمينة‌ موادي با نام‌هاي باكي‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باكي‌تيوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌هاي كربني كه داراي قطر متر مي‌باشند صورت گيرد. نانولوله‌هاي كربني با وزني در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحكم تر از آن بوده، داراي رسانش الكتريكي معادل با مس و رساني گرمايي هم ارز با الماس مي‌باشند. نانوفيلترها مي‌توانند به جداسازي مواد در ميدان‌هاي نفتي كمك كنند و كاتاليست‌هاي نانو مي‌توانند تأثير چندين ميليارد دلاري در فرآيند پالايش به‌دنبال داشته باشند. از ساير مزاياي نانولوله‌هاي كربني مي‌توان به كاربرد آن‌ها در تكنولوژي اطلاعات (‌ IT ) نظير ساخت پوشش‌هاي مقاوم در مقابل تداخل‌هاي الكترومغناطيسي، صفحه‌هاي نمايش مسطح، مواد مركب جديد و تجهيزات الكترونيكي با كارآيي زياد اشاره نمود. 

علم نانو يك تحول بزرگ در مقياس بسيار كوچك 

بسياري از محققان و سياستمداران جهان معتقدند كه علم نانو مي‌تواند تحولات اساسي در صنعت جهاني ايجاد نمايد صنعت نفت نيز از پيشرفت اين تكنولوژي بهره‌مند خواهد گشت. 

علم نانو مي‌تواند به بهبود توليد نفت و گاز با تسهيل جدايش نفت وگاز در داخل مخزن كمك نمايد. اين كار با درك بهتر فرآيندها در سطوح مولكولي امكانپذير مي‌باشد. با توجه به اينكه نانو مربوط به ابعادي در حدود متر مي‌باشد، نانوتكنولوژي به مفهوم ساخت مواد و ساختارهاي جديد توسط مولكول‌ها و اتم‌ها در اين مقياس مي‌باشد. 

خوشبختانه كاربردهاي عملي نانو در صنعت نفت جايگاه‌ ويژه‌اي دارند. نانوتكنولوژي ديدگاه‌هاي جديد جهت استخراج بهبوديافتة نفت فراهم كرده است. اين تكنولوژي به جدايش موثرتر نفت و آب كمك مي‌كند . با افزودن موادي در مقياس نانو به مخزن مي‌توان نفت بيشتري آزاد نمود. همچنين مي‌توان با گسترش تكنيك‌هاي اندازه‌گيري توسط سنسورهاي كوچك،‌ اطلاعات بهتري دربارة مخزن بدست آورد. 

مواد نانو 

صنعت نفت تقريباً در تمام فرآيندها احتياج به موادي مستحكم و مطمئن دارد. با ساخت موادي در مقياس نانو مي‌توان تجهيزاتي سبكتر، مقاومتر و محكم‌تر از محصولات امروزي توليد نمود. شركت نانوتكنولوژي GP در هنگ‌كنگ يكي از پيشگامان توسعة كربيد سيليكون، يك پودر سراميكي در ابعاد نانو مي‌باشد. 

با استفاده از اين پودرها مي‌توان مواد بسيار سختي توليد نمود. اين شركت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقيق بر روي ساير مواد مركب مي‌باشد و معتقد است كه مي‌توان با نانوكريستال‌ها تجهيزات حفاري بادوامتر و مستحكم‌تري توليد كرد. همچنين متخصصان اين شركت يك سيال جديد حاوي ذرات و نانوپودرهاي بسيار ريز توليد نموده‌اند كه به‌طور قابل توجهي سرعت حفاري را بهبود مي‌بخشد. اين مخلوط آسيب‌هاي وارده به ديوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابليت استخراج نفت را افزايش مي‌بخشد. 

آلودگي 

آلودگي توسط مواد شيميايي و يا گازهاي آلاينده يك مبحث بسيار دشوار در توليد نفت و گاز مي‌باشد. نتايج بدست‌آمده از تحقيقات دانشمندان حاكي از آن است كه نانوتكنولوژي مي‌تواند تا حد مطلوبي به كاهش آلودگي كمك كند. در حال حاضر فيلترها و ذراتي با ساختار نانو در حال توسعه مي‌باشند كه مي‌توانند تركيبات آلي را از بخار نفت جدا سازند. اين نمونه‌ها عليرغم اينكه اندازه‌اي در حدود چند نانومتر دارند، داراي سطح بيروني وسيعي بوده و قادر به كنترل نوع سيال گذرنده از خود مي‌باشند. همچنين كاتاليست‌هايي با ساختار نانو جهت تسهيل در جداسازي سولفيد هيدروژن، آب، مونوكسيدكربن، و دي‌اكسيد كربن از گاز‌طبيعي در صنعت نفت بكار گرفته مي‌شوند. در حال حاضر مطالعاتي بر روي نمونه‌هايي از خاك رس در ابعاد نانو و جهت تركيب با پليمرهايي صورت مي‌پذيرد كه بتوانند هيدروكربن‌ها را جذب نمايند. بنابراين مي‌توان باقيمانده‌هاي نفت را از گل حفاري جدا نمود. 

سنسورهاي هيدروژن خود تميز كننده 

خواص فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا در مقايسه با هر فرمي از تيتانيا بارزتر مي‌باشد، بطوري‌كه آلودگي‌هاي ايجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهي از بين مي‌روند. تا اينكه سنسورها بتوانند حساسيت اصلي خود نسبت به هيدروژن را حفظ نمايد. تحقيقات انجام‌گرفته در اين زمينه حاكي از آن است كه نانوتيوب‌هاي تيتانيا داراي يك مقاومت الكتريكي برگشت‌پذير مي‌باشند، بطوري‌كه اگر هزار قطعه از آن‌ها در مقابل يك ميليون‌ اتم هيدروژن قرار بگيرند، مقاومت الكتريكي آن در حدود يكصد ميليون درصد افزايش مي‌يابد. 

سنسورهاي هيدروژن بطور گسترده‌اي در صنايع شيميايي، نفت و نيمه‌رساناها مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از آنها جهت شناسايي انواع خاصي از باكتري‌هاي عفونت‌زا استفاده مي‌گردد. به‌ هر حال محيط‌هايي نظير تأسيسات و پالايشگاه‌هاي نفتي كه سنسورهاي هيدروژن از كاربردهاي ويژه‌اي برخوردار مي‌باشند، مي‌توانند بسيار آلوده و كثيف باشند اين سنسورهاي هيدروژن نانوتيوب‌هاي تيتانيا هستند كه توسط يك لاية غيرپيوسته‌اي از پالاديم پوشانده شده‌اند. محققان اين سنسورها را به مواد مختلفي نظير اسيد استريك ( يك نوع اسيد چرب )‌، دود سيگار و روغن‌هاي مختلفي آلوده نمودند و سپس مشاهده كردند كه تمام اين آلوده‌كننده‌ها در اثر خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌ها از بين مي‌روند. حد نهايي آلودگي‌ها زماني بود كه دانشمندان اين سنسورها را در روغن‌هاي مختلفي غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازيابند. محققان سنسورها را در دماي اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل يك ميليون ‌اتم هيدروژن در معرض اين گاز قرار دادند و مشاهده نمودند كه در طرح‌هاي اولية سنسور مقاومت الكتريكي آن به ميزان 175000 درصد تغيير مي‌كند. سپس سنسورها را توسط لايه‌اي به ضخامت چندين ميكرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور كلي حساسيت آن‌ها نسبت به هيدروژن از بين برود. سپس اين سنسورها را در هواي عادي به ‌مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از يك ساعت مشاهده نمودند كه سنسورها مقدار قابل توجهي از حساسيت خود را بدست آورده‌ و پس از گذشت 10 ساعت تقريباً بطور كامل به وضعيت عادي خود بازگشتند. 

عليرغم قابليت بازگشتي بسيار مناسب اين سنسورها نمي‌توانند پس از آلودگي به انواع خاصي از آلوده‌كننده‌ها حساسيت خود را باز يابند براي مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداري نمك خاصيت فوتوكاتالسيتي نانوتيوب‌ها را تا حد زيادي از بين مي‌برد. 

با افزودن مقدار اندكي از فلزات مختلف نظير قلع، طلا، نقره، مس و نايوبيم، يك گروه متنوعي از سنسورهاي شيميايي بدست مي‌آيند. اين فلزات خاصيت فوتوكاتاليستي نانوتيوب‌هاي تيتانيا را تغيير مي‌دهند. به هر حال سنسورها در يك محيط غيرقابل كنترل در دنياي واقعي توسط مواد گوناگوني نظير بخار‌هاي آلي فرار، دودة كربن و بخارهاي نفت و همچنين گرد و غبار آلوده مي‌گردند. قابليت خودپاك‌كنندگي اين سنسورها طول عمر آن‌ها را افزايش و از همه مهمتر خطاي آنها را كاهش مي‌دهد. 

سنسورهاي جديد در خدمت بهبود استخراج نفت 

براساس آخرين اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژي آمريكا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌هاي نفت آمريكا اقتصادي نمي‌باشد. با توجه به دما و فشار زياد در محيط‌هاي سخت زيرزميني، سنسورهاي قديمي الكتريكي و الكترونيكي و ساير لوازم اندازه‌گيري قابل اعتماد نمي‌باشند و در نتيجه شركت‌هاي استخراج‌ كنندة‌ نفت در تهية ‌اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج كامل و مؤثر نفت از مخازن با برخي مشكلات مواجه مي‌باشند. 

در حال حاضر محققان در آزمايشگاه فوتونيك دانشگاه صنعتي ويرجينيا در حال توسعة يك‌سري سنسورهاي قابل اعتماد و ارزان از فيبرهاي نوري جهت اندازه‌گيري فشار، دما، جريان نفت و امواج آكوستيك در چاه‌هاي نفت مي‌باشند. اين سنسورها به‌علت مزايايي نظير اندازة كوچك ،‌ايمني در قبال تداخل الكترومغناطيسي ، قابليت كارآيي در فشار و دماي بالا و همچنين محيط‌هاي دشوار، مورد توجه بسيار قرار گرفته‌اند. از همه مهم‌تر اينكه امكان جايگزيني و تعويض اين سنسورها بدون دخالت در فرآيند توليد نفت و باهزينة‌ مناسب فراهم مي‌باشد. در حال حاضر عمل جايگزيني و تعويض سنسورهاي قديمي در چاه‌هاي نفت ميليون‌ها دلار هزينه در پي دارد. سنسورهاي جديد از نظر توليد بسيار مقرون ‌به صرفه بوده و اندازه‌گيري‌هاي دقيق‌تري ارائه مي‌دهند. 

انتظار مي‌رود كه تكنولوژي اين سنسورها توليد نفت را با ارائه اندازه‌گيري‌هاي دقيق و قابل اعتماد و كاهش ريسك‌هاي همراه با اكتشاف و حفاري نفت بهبود بخشد. همچنين سنسورهاي جديد به‌علت برخي كاربردهاي ويژه نظير استخراج دريايي و افقي نفت، جايي كه بكاربستن سنسورهاي قديمي در چنين شرايطي بسيار مشكل مي‌باشد، از توجه ويژه‌اي برخوردارند.