2009 - Entwicklung von Rührwerksystemen mit optimalem Mischverhalten in Biogasanlagen und verringertem Energiebedarf mittels numerischer Strömungs-Simulation (CFD)


Ziel dieses Projektes ist es das Mischverhalten sowie die Performance von Rührsystemen in Biogasanlagen zu erfassen, und mittels CFD-Simulation mathematisch darzustellen. Von diesen Computer-Simulationen kann das aktuelle Mischverhalten abgelesen werden. Daraus können Rückschlüsse auf optimale Reaktorgeometrien und Positionierung von Rühr­systemen, optimale Rührwerkskombinationen sowie minimierter Energieeinsatz abgeleitet werden.

Prinzipiell sollen mindestens 2 Biogasanlagen mit unterschiedlichen Rührwerksystemen erfasst werden.
Die rheologische Beschreibung der Fermenterinhalte (Gärgut) wird basierend auf bestehenden Daten verfeinert und präzisiert. In Abhängigkeit von Korngrößenverteilungen (Halmlängen etc.) sowie eingesetzten Substraten wird die Viskosität sowie das rheologische Verhalten experimentell erfasst.

Durch die Datenaufnahme bei bestehenden Biogasanlagen (Reaktor- und Rührwerksgeo­metrien) kann in einem ersten Schritt das aktuelle Mischverhalten dargestellt werden. Dadurch können Hinweise auf die Optimierung der in diesem Projekt beteiligten Biogas­anlagen hinsichtlich Mischgüte und Energieeinsatz abgeleitet werden.
Die CFD-Modelle werden durch ein Validierungsverfahren überprüft. Durch punktuelle Zugabe von Bacillus globigii werden Rührkessel-Response-Kurven aufgenommen.

Das Grundmodell der CFD-Simulation wird dann soweit modifiziert damit Aussagen über folgende Fragestellungen getroffen werden können:

  • Optimierung Mischverhalten bei bestehenden Anlagen
  • Optimierung Rührwerkgeometrie im Fermenter
  • Minimierung Energieeinsatz bei bestehenden Rührsystemen
  • Optimales Rührsystem bei landw. Biogasanlagen
     

Abbildungen: Links: Stromlinien in einem Biogasfermenter, Rechts: Darstellungen von Schwimm-, Haupt- und Sinkphase bei intermittierendem Rührwerksbetrieb

Instationäre Simulation eines Fermenters mit drei Paddelrührwerken (animated gif, 4.2MB)

Instationäre Simulation eines Fermenters mit zwei Paddelrührwerken
und vier unterschiedlichen Phasen (5.5MB)

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