2009 - Scale-up von Biogasfermentern anhand der Untersuchung der Mischgüte mittels numerischer Strömungssimulation


Die Fermentation von biogenen Rohstoffen zur Produktion von Biogas kann einen wesentlichen Beitrag zur Versorgung mit erneuerbaren Energiequellen leisten. Die Zielsetzung dieser Arbeit war die Untersuchung des Mischverhaltens und der Leistungscharakteristik von Rührwerken in Biogasanlagen und die Maßstabsvergrößerung (Verdopplung der Anlagengröße). Die Umsetzung dieser Aufgabe erfolgte mit den Methoden der numerischen Strömungssimulation (CFD).

CFD kann zur Vorhersage von Strömungsfeldern eingesetzt werden und stellt somit einen vielversprechenden Ansatz zur Planung optimaler Fermentergeometrien sowie der Anzahl und Positionierung von Rührwerken dar. Es kann daher bereits in der Planungsphase der Energieaufwand für die Rühraufgabe abgeschätzt und minimiert werden. Durch Erhöhung der Energieeffizienz derartiger Anlagen wird die Netto-Emission von Kohlendioxid verringert und die Nachhaltigkeit weiter verbessert.

Abbildung 1: Übersicht über die Fermenter der Biogasanlage; 1: Hauptfermenter,
2: Nachfermenter, 3: Einbringsystem, 4: zentrale Pumpstation.

 

Für einen stabilen und verlässlichen Betrieb der Fermenter ist die Installation adequater Rührwerke essenziell. Die Anzahl und Positionen der Rührer wurden anhand der Untersuchung mehrer Varianten festgelegt. Das gefundene optimale Setup enthält sechs Rührwerke, gleichmäßig auf dem mittleren Umfang der Rührstraße verteilt. Hinsichtlich der Mischgüte wurde besonderes Augenmerk auf die Ausrichtung der Rührerachsen (Förderrichtung) gelegt. Die resultierende Qualität der Mischgüte der Großanlage wurde mit den Ergebnissen der etablierten Basisanlagengröße verglichen.
Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit wurden bereits in die Praxis umgesetzt: Die erste Anlage in großen Dimensionen wurde von Fa. Biogest® Energie- und Wassertechnik GmbH im Dezember 2009 erfolgreich in Betrieb genommen.

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