Laboratuvar ölçekli merkezi ısıtmalı biyogaz reaktörü tasarımı, yapımı ve işletilmesi: mekanik karıştırma sürelerinin biyogaz üretim verimine etkisi
Laboratory-scale centrally heated biogas reactor design, construction and operation: the effect of mechanical stirring times on biogas production efficiency
Yazar: UMMARE DÜDEN
Danışman: PROF. DR. KAMİL EKİNCİ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Sığır gübresi = Cattle manure ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu tez çalışması üç aşamadan oluşmaktadır. 1. aşamada, 10 L hacimli prototip Sürekli Karıştırmalı Tank Reaktör (CSTR) tasarımı ve yapımı, 2. aşamada, 8 adet 10 L hacimli laboratuvar ölçekli merkezi ısıtmalı CSTR reaktör sistem tasarımı ve yapımı gerçekleştirilmiş ve 3. aşamada ise sığır gübresi fermentasyonunda farklı mekanik karıştırıcı çalışma sürelerinin biyogaz üretimine etkisi belirlenmiştir. CSTR reaktör sistemi sıcaklık kontrolü, merkezi otomatik su ısıtma sisteminin sıcaklık geri beslemeli kontrolü ile sağlanmıştır. Ayrıca, biyogaz sisteminde karıştırma için kullanılan elektrik motorlarının çalıştırılması, reaktörlerin dış ceket sisteminde dolaşan su sirkülasyonu ve sıcaklıkların ölçümü PLC aracılığı ile yapılmıştır. Mekanik karıştırıcı çalışma rejimleri 5/30, 10/30, 15/30, 20/30 (dakika çalış/dur) olarak belirlenmiştir. 
Denemelerin başlangıcında ana malzeme özellikleri (katı madde ve uçucu katı madde içeriği ve pH) belirlenmiştir. Efektif çalışılan hacim olarak 8 L, hidrolik bekleme süresi 20 gün ve günlük yükleme miktarı 400 mL olarak belirlenmiştir. Katı madde içeriği %8-9 olarak ayarlanmıştır. Denemeler süresince, biyogaz debisi, metan konsantrasyonu, günlük yüklenen materyal miktarı, katı madde ve uçucu katı madde içeriği, pH değerleri ölçülmüştür. 
Deneme sonuçları, mekanik karıştırıcı çalışma sürelerinin artması ile özgül metan üretimi hızının az miktarda arttığını, kümülatif metan üretimi açısından, 10/30, 15/30 ve 20/30 (dakika çalış/dur) çalışma rejimlerinin, 5/30 çalışma rejimine göre sırasıyla, %1.97, %1.75, %2.90 artış sağladığını, dolayısıyla mekanik karıştırıcı çalışma süresinin artması ile biyogaz-metan üretiminin arttığını göstermiştir.

Abstract:
This thesis study consists of three stages. In the 1st stage, the design and construction of a 10 L prototype Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) was performed, in the 2nd stage, the design and construction of 8 10 L volume laboratory scale centrally heated CSTR reactor systems were made, and in the 3rd stage, the effects different mechanical mixers 'operating times on cattle manure fermentation were carried out. Temperature control of CSTR reactor system was provided by temperature feedback control of the central automatic water heating system. In addition, the operation of the electric motors used for mixing in the biogas system, the water circulation in the outer jacket system of the reactors and the measurement of temperatures were made via PLC. Mechanical mixer operating regimes were determined as 5/30, 10/30, 15/30, 20/30 (minute run/stop). 
At the beginning of the trials, the main material properties (solids and volatile solids content and pH) were determined. The effective working volume was determined as 8 L, the hydraulic retention time was 20 days and the daily loading rate was 400 mL. Solids content was set at 8-9%. During the trials, biogas flow rate, methane concentration, daily loaded material amount, solids and volatile solids content, and pH values were measured. 
The trial results showed that the specific methane production rate increased slightly as the mechanical mixer operating times increased, and in terms of cumulative methane production, the 10/30, 15/30 and 20/30 (minutes run/stop) operating regimes were respectively higher than the 5/30 operating regime. An increase of 1.97%, 1.75% and 2.90% on biogas-methane production compared to 5/30 operating regime was determined when mechanical mixer operating time (10/30, 15/30 and 20/30) increased, respectively.