Reduzierung der Energieaufnahme von Rührwerken in Biogasanlagen durch numerische Strömungssimulationen


Ziel dieser Arbeit war es, Möglichkeiten zur Reduzierung der Energieaufnahme von Paddelrührern, die in Biogasanlagen verwendet werden, zu finden. Es wurden zwei verschiedene Arten von Rührwerken mit Hilfe numerischer Strömungssimulationen untersucht, eines mit einer vertikalen Achse, das andere mit einer horizontalen Achse.


Modell der Biogasanlage Strem

 

Zusätzlich wurden zwei verschiedene Viskositäten in den Simulationen berücksichtigt. Die Fermenterflüssigkeiten in Biogasanlagen weisen ein nichtnewtonsches Verhalten auf – daher mussten die rheologischen Eigenschaften der Fermenterflüssigkeiten, die in den Simulationen verwendet wurden, erst bestimmt werden. Für die Optimierung wurde die Rotationsfrequenz der Rührwerke in den Simulationen variiert, sowie das stationäre Strömungsfeld, das daraus resultierende Drehmoment und die durchschnittliche Geschwindigkeit analysiert. Dies soll sicherstellen, dass die Verteilung der Substrate in den Fermentern nicht negativ durch eine Geschwindigkeitsreduktion der Rührwerke beeinflusst wird. Als ein Resultat der Simulationen konnte die Leistungskurve der Fermenter mit den dimensionslosen Newton- und Reynolds-Zahlen berechnet werden. Mit diesem Zugang wurde eine generelle Korrelation zwischen dem Strömungsfeld und der Energieaufnahme hergestellt, sowie Möglichkeiten zur Energieeinsparung aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen in beiden Fällen durch den optimierten Arbeitsablauf der Rührwerke ein Energieeinsparungspotential von etwa 50%.


Geschwindigkeit in den Fermentern mit abnehmender Drehzahl: Links Anlage A von 15 auf 4 rpm, Rechts Anlage B von 7 auf 2 rpm.

 

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