DE102004027077A1

DE102004027077A1 - Heated mixer paddle for biogas fermentation reactor has heated shaft linked by heat conducting vanes to paddle blades

Info

Publication number: DE102004027077A1
Application number: DE102004027077A
Authority: DE
Inventors: Markus Wolf
Original assignee: Schmack Biogas GmbH
Current assignee: Schmack Biogas GmbH
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-03
Also published as: AT500326A1; AT500326B1; DE102004027077B4

Abstract

A fermentation reactor for the generation of biogas has a series of mixer paddles fixed by heat conducting vanes to a heated drive shaft. The base of the drive shaft is located in a base bearing block. The drive shaft has a cavity wall with a plastic core linked to a supply of hot water and an metal outer sleeve. The shaft is supported at the top end by a gas-tight bearing (4). The shaft is driven by an electric motor with a step-down gear. The shaft projects into the reactor at an angle of about 45.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter.The The invention relates to a device for the entry of mechanical and thermal energy in standing arranged fermentation tank.

Biogasanlagen erzeugen Methan durch einen mikrobiellen Abbauprozess organischer Substanzen. Das Biogas entsteht dabei in einem mehrstufigen Prozess der Vergärung oder Faulung durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen, d. h. unter Ausschluss von Luft. Die Art der Organismenstämme wird im Wesentlichen durch die spezifischen Prozessparameter wie Temperatur, Substrat, pH-Wert, etc. determiniert. Dadurch wird eine Anpassung der Mikroorganismen auf das jeweilige Substrat erreicht, die es ermöglicht, eine Vielzahl organischer Materialien durch Fermentation abzubauen.biogas plants generate methane through a microbial decomposition process of organic Substances. The biogas is produced in a multi-stage process the fermentation or digestion by the activity of anaerobic microorganisms, d. H. in the absence of air. The type of organism strains is essentially determined by the specific process parameters Temperature, substrate, pH, etc. determined. This will be a Adaptation of the microorganisms to the respective substrate is achieved, which makes it possible to degrade a variety of organic materials by fermentation.

Organisches Material besitzt aus chemischer Sicht einen hochmolekularen Aufbau, der in den einzelnen Verfahrensschritten einer Biogasanlage durch Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen zu niedermolekularen Bausteinen abgebaut wird. Neben Biogas, das im Wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid besteht, verbleibt in der Prozesskette als Fermentationsrückstand eine Mischung aus Wasser, nicht abgebautem organischem Material und anorganischen Bestandteilen. Nicht abgebaut werden in der Regel stark ligninhaltige, holzige Materialien und cellulosereiche Stoffe. Anorganische Bestandteile sind Minerale in Form von Sand und Steinen, aber auch kristallisierte Salze.organic Material has a high molecular structure from a chemical point of view in the individual process steps of a biogas plant by metabolic activity the microorganisms is degraded to low molecular weight building blocks. In addition to biogas, which consists essentially of methane and carbon dioxide, remains in the process chain as fermentation residue a mixture of water, not degraded organic material and inorganic components. Degraded are usually heavily ligninhaltige, woody Materials and cellulosic fabrics. Inorganic ingredients are minerals in the form of sand and stones, but also crystallized Salts.

Zentrale Bauteile einer Biogasanlage sind die Fermentationsbehälter (Fermentoren, Reaktoren), in denen die primären biologischen Prozesse ablaufen. Als Werkstoffe werden üblicherweise Beton oder Stahlplatten (emailliert, beschichtet oder Edelstahl) eingesetzt. Die in einer Biogasanlage ablaufenden mikrobiellen Abbauprozesse sind stark von der Fermentertemperatur abhängig. Aus diesem Grund werden die Reaktoren meist thermisch isoliert und mit einer Heizung (externe Wärmetauscher, Heizwendeln an der Innenwand, beheizte Rührwerke oder Fußbodenheizung) ausgestattet.headquarters Components of a biogas plant are the fermentation tanks (fermentors, Reactors), in which the primary biological processes take place. As materials are usually Concrete or steel plates (enamelled, coated or stainless steel) used. The microbial decomposition processes taking place in a biogas plant are strongly dependent on the fermenter temperature. For this reason will be the reactors mostly thermally insulated and with a heater (external Heat exchangers, heating coils on the inner wall, heated agitators or underfloor heating) fitted.

Da es im Verlauf der bis über drei Wochen dauernden Vergärung zu Entmischungen kommen kann, wird das Material bewegt. Die unerwünschten Entmischungen würden zur Bildung von feststoffreichen Schwimm- und Sinkschichten führen, die in der Folge den Stofftransport im Reaktor behindern. Der Reaktor ist meist mit einem Zulauf für halb flüssige bis flüssige Materialien und einer Einzugsschnecke für feste Materialien ausgestattet. Häufig werden Fermentoren mit Vorrichtungen zum Austrag der nicht vergärbaren, sich im Bodenbereich absetzenden organischen und anorganischen Bestandteile ausgerüstet. Den Austrag der vergorenen Substanzen aus dem Reaktor übernimmt ein in das Fermentat eintauchendes Steigrohr, das als Überlauf in einen weiteren Reaktor oder in ein Substratlager ausgeführt ist. Das entstehende Biogas wird über einen so genannten Gasdom entnommen und der Verwertung zugeführt.There it over in the course of three weeks fermentation can come to demixing, the material is moved. The unwanted demixing would lead to the formation of high-solids floating and sinking layers, the as a result hinder the mass transport in the reactor. The reactor is mostly with a feed for half liquid to liquid Materials and a feed screw for solid materials. Often be fermenters with devices for the discharge of non-fermentable, in the soil area settling organic and inorganic constituents equipped. The discharge of fermented substances from the reactor takes over a dip in the fermentation dip tube, as an overflow is carried out in another reactor or in a substrate storage. The resulting biogas is over a so-called gas dome removed and recycled.

Aus diesen allgemeinen Ausführungen über Biogasanlagen kann ein Eindruck von den in Fermentoren herrschenden Bedingungen gewonnen werden: In Fermentoren werden teilweise sehr zähflüssige Dispersionen mit einem hohen Feststoffanteil durch Rührwerke oder ähnliche Vorrichtungen zumindest zeitweise kräftig bewegt. Einzelne Partikel, wie z. B. ganze Zuckerrüben messen dabei bis zu 25 cm im Durchmesser. Zudem werden stabile Schwimmschichten, die sich im Fermenter ausbilden können, durch das Rührwerk in großen zusammenhängenden Matten durch den Fermenter gezogen. Die genannten Faktoren führen zu einer hohen mechanischen Belastung aller im Fermenter installierten Komponenten. Insbesondere sind Bauteile der Rührwerke und der ggf. im Fermenter verlegten Heizleitungen betroffen.Out these general remarks about biogas plants may be an impression of the conditions prevailing in fermentors In fermenters partially very viscous dispersions with a high solids content due to agitators or similar Devices at least temporarily vigorously moved. Individual particles, like z. B. whole sugar beet measure up to 25 cm in diameter. In addition, stable floating layers, which can form in the fermenter, by the agitator in huge related Mats pulled through the fermenter. The factors mentioned lead to a high mechanical load of all components installed in the fermenter. In particular, components of the agitators and the possibly laid in the fermenter heating cables affected.

Während des Betriebs einer Biogasanlage entstehende Schäden an Bauteilen, die sich im Fermenter befinden, sind in mehrfacher Hinsicht problematisch: Zur Reparatur muss der Betrieb der Anlage unterbrochen, der Fermenterinhalt zumindest bis zur Freilegung der schadhaften Stelle abgelassen und der abgelassene Inhalt entsorgt werden, was aufgrund des intakten Gärprozesses mit erheblicher Emissionsbelastung einhergeht. Danach muss das Problem behoben und der Fermenter wieder aufgefüllt werden. Schließlich muss sich der Prozess der Biogasgenese wieder etablieren. Insgesamt betrachtet entspricht eine Reparatur im Fermenter häufig einem Anlagenausfall von zwei bis drei Monaten.During the Operating a biogas plant resulting damage to components that are in the fermenter are problematic in several ways: For repair, the operation of the system must be interrupted, the contents of the fermenter drained at least until the exposure of the damaged spot and the drained contents are discarded, due to the intact fermentation process associated with significant emissions. After that, the problem must be fixed and the fermenter refilled. Finally, must the process of biogas genesis re-establish itself. Overall, considered A repair in the fermenter often corresponds to a plant failure of two to three months.

Vor diesem Hintergrund ist es verständlich, dass beim Bau einer Biogasanlage der Konstruktion und der Ausführung der Komponenten im Fermenter besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird. Insbesondere kommen der Rührwerksausführung und -steuerung sowie der Ausführung, Anordnung und Befestigung von notwendigen Heizleitungen im Fermenterinnenraum besondere Bedeutung zu.In front From this background it is understandable that in the construction of a biogas plant of construction and execution of the Components in the fermenter special attention is paid. In particular, the agitator design and control come as well as the execution, Arrangement and attachment of necessary heating cables in the fermenter interior special importance.

Wie bereits erwähnt, sollen die Rührwerke in Biogasanlagen die Ausbildung stabiler Schwimm- und Sinkschichten verhindern. Darüber hinaus sorgt die von den Rührwerken eingebrachte Bewegung für einen thermischen und stofflichen Ausgleich im Fermenter. So wird frisch eingebrachtes Substrat durch die Vermischung mit bakterienreichem angegorenem Substrat deutlich rascher zersetzt als ohne diese Animpfung. Der in den Aufgabenbereich der Rührwerke fallende thermische Ausgleich ist zur Etablierung günstiger Lebensbedingungen für Bakterien im ganzen Fermenter und für einen optimalen Gärprozess unabdingbar.As already mentioned, the agitators in biogas plants should prevent the formation of stable floating and sinking layers. In addition, the movement introduced by the agitators ensures a thermal and material balance in the fermenter. Thus, freshly introduced substrate is decomposed significantly faster by mixing with bacterial rich angegorenem substrate than without this vaccination. The thermal compensation falling within the scope of the agitators is indispensable for establishing favorable living conditions for bacteria in the entire fermenter and for an optimal fermentation process.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Temperierung und Vermischung des Substrates in Fermentern bekannt. Am weitesten verbreitet sind im Bereich liegender Durchflussfermenter in der Längsachse des Fermenters zentral angeordnete Rührwellen, an denen die Rührwerksschaufeln radial befestigt sind. In diesen Fermentern übernehmen die Rührwerke die zusätzlichen Aufgaben des Substrattransportes durch den Fermenter und des Sinkstofftransportes zu speziellen Sandaustragseinrichtungen. Zur Einbringung der für die bakterielle Aktivität optimalen Wärme werden meist Heizleitungen an den Innenwänden des Fermenters verlegt. Die Heizleitungen bestehen üblicherweise aus Metall oder aus den für Fußbodenheizungen eingesetzten vernetzten PE-X/Aluminiumverbundrohren. Ein wesentlicher Nachteil dieser im Biogasanlagenbau typischen Systeme besteht in der Biofilmbildung an den Heizleitungen. Häufig werden die Heizleitungen bereits nach kurzem Betrieb von nicht mehr durchmischbaren, dichten Schichten umgeben, die den Wärmetransport von den Heizleitungen in das Substrat behindern und zudem den zur Vergärung verfügbaren Fermenterinhalt verkleinern. Der systemimmanente Heizleitungsbewuchs zieht einen erhöhten Wärme- und Wartungsbedarf nach sich. Diese Nachteile gehen zu Lasten der Effektivität derartiger Biogasanlagen.Out Numerous methods and devices are known in the art for temperature control and mixing of the substrate in fermenters known. At the The most widespread are in the range of horizontal flow fermenters in the longitudinal axis the agitator centrally arranged stirrer shafts, where the agitator blades are fixed radially. In these fermenters take over the agitators the additional Tasks of substrate transport through the fermenter and sediment transport to special sand discharge facilities. To introduce the bacterial activity optimal heat Usually heating cables are laid on the inner walls of the fermenter. The heating cables usually exist made of metal or made of for underfloor heating used crosslinked PE-X / aluminum composite pipes. An essential Disadvantage of this typical in biogas plant systems consists in biofilm formation on the heating pipes. Frequently, the heating cables already after a short operation of no longer mixable, dense Layers surround the heat transport hampered by the heating cables in the substrate and also the fermentation available Decrease fermenter content. The system-inherent heating line vegetation pulls an elevated Warmth- and need for maintenance. These disadvantages are at the expense of effectiveness such biogas plants.

Eine weitere konstruktionsbedingte Schwachstelle derartiger Fermenter ist der Durchtritt der Welle durch die Fermenterstirnwand. Schäden an der Wellendichtung können häufig nicht ohne Ablassen des Fermenterinhaltes bis zur Lagerstelle beseitigt werden.A further construction-related weak point of such fermenters is the passage of the wave through the fermenter end wall. Damage to the Shaft seal can often not eliminated without draining the fermenter contents to the storage site become.

Die Rührblätter in den beschriebenen liegenden Fermenter reichen durch den kompletten Fermenterradius. Der sich bei üblichen Fermenterabmessungen ergebende lange Hebel verursacht hohe Drehmomentbelastungen für alle Bauteile des Rührwerkes. Die unter diesen Bedingungen erreichten Drehzahlen sind gering. Damit ist die am Rührblatt anliegende Überströmgeschwindigkeit des Substrates ebenfalls gering. Als Folge der geringen Überströmung des Substrates werden derartige Rührblätter häufig mit dicken Biofilmen bewachsen, die die mechanische Last am Rührwerk weiter erhöhen. Energieverbrauch und Havarierisiko steigen.The Stirring blades in The described fermenter lying through the complete Fermenter radius. The usual Fermenter dimensions resulting long lever causes high torque loads for all Components of the agitator. The speeds achieved under these conditions are low. This is the overflow speed applied to the stirring blade the substrate also low. As a result of the slight overflow of the Substrates such stirring blades are often with thick biofilms overgrow, which further the mechanical load on the agitator increase. Energy consumption and accident risk increase.

In der DE 196 48 875 A1 wird bereits eine Lösung für den heizleitungsfreien Eintrag von Wärme in liegende Biogasfermenter vorgestellt. In dieser Schrift werden die Verwendung beheizbarer Rührwerkswellen in Durchflussfermentern sowie deren Ausführung offenbart. Dabei handelt es sich um in Längsrichtung des Fermenters angeordnete, parallele Rohrprofile, die von einem Heizmedium durchströmt werden. Die Rührwelle ist an den Stirnwänden des Fermenters gelagert. Der Antrieb ist an der Außenseite des Fermenters auf die Welle geflanscht. Praktische Erfahrungen mit dem System zeigen, dass die über die Welle eingebrachte Wärme zur Aufrechterhaltung optimaler Gärbedingungen ausreichend ist. Zusätzliche Heizleitungen sind meist nicht erforderlich. Unter den dargestellten Betriebsbedingungen von Biogasanlagen können Schäden an den Rührwerken nicht vollständig ausgeschlossen werden. Treten Schäden an einem in der Längsachse eines liegenden Fermenters angeordneten Rührwerks auf, so muss der Fermenterinhalt zumindest bis zur Lagerung der Welle abgelassen werden. Wie bereits dargestellt zieht dies neben dem Arbeitsaufwand und den Emissionen einen Anlagenausfall von zwei bis drei Monaten nach sich. Rührwerksschäden sind ein enormes Risiko für derartige Anlagen.In the DE 196 48 875 A1 A solution is already presented for the heat-free entry of heat into horizontal biogas fermenters. This document discloses the use of heated agitator shafts in flow-through fermenters and their execution. It is arranged in the longitudinal direction of the fermenter, parallel tube profiles, which are traversed by a heating medium. The stirrer shaft is mounted on the end walls of the fermenter. The drive is flanged on the outside of the fermenter to the shaft. Practical experience with the system shows that the heat introduced via the shaft is sufficient to maintain optimal fermentation conditions. Additional heating cables are usually not required. Under the operating conditions of biogas plants, damage to the agitators can not be completely ruled out. If damage occurs to an agitator arranged in the longitudinal axis of a horizontal fermenter, then the contents of the fermenter must be drained at least until the shaft has been stored. As already mentioned, this entails a plant failure of two to three months in addition to the workload and emissions. Agitator damage is a huge risk for such equipment.

Neben den liegend angeordneten meistens als Durchflussfermenter konzipierten Gärbehältern werden häufig stehende Fermenter eingesetzt. Besonders verbreitet sind Fermenter mit radialsymmetrischem Querschnitt. Diese Rundbehälter werden z. T. mittels zentral um die Mitte umlaufender Rührwerke durchmischt. Derartige Rührwerke übertragen aufgrund der relativ langen Hebel hohe Drehmomente. Alle Bauteile sind entsprechen robust ausgelegt. Die mit derartigen Rührern erreichbaren relativen Rührblattgeschwindigkeiten reichen meist nicht aus, um eine das Aufwachsen dicker Biofilme verhindernde mechanische Überströmung des Rührblattes zu erreichen. In der Folge wachsen stabile mattenartige Beläge auf die Rührblätter auf. Die einzubringende Kraft und damit die Belastung der Kraft übertragenden Komponenten und des Antriebs steigt mit dem Bewuchs. Erhöhter Verschleiß, erhöhter Energiebedarf und erhöhter Wartungsaufwand sind die Folge.Next the lying arranged mostly designed as Durchflußfermenter Become fermentation tanks often used standing fermenter. Especially common are fermenters with radially symmetrical cross section. These round containers will be z. T. by means of central circulating around the center stirrers mixed. such Agitators transferred due the relatively long lever high torques. All components are equivalent designed robust. The achievable with such stirrers relative Rührblattgeschwindigkeiten are usually not enough to grow a thick biofilm preventing mechanical overflow of the stirring blade to reach. As a result, stable mat-like coverings grow on the Stirring blades on. The force to be introduced and thus the load of the force transmitting Components and the drive increases with the growth. Increased wear, increased energy requirement and heightened Maintenance costs are the result.

In Rundfermentern werden auch Tauchmotorrührwerke eingesetzt. Problematisch sind v. a. die dauerhafte Kapselung des Antriebs gegen das Substrat sowie die mit den üblicherweise geringen Rotorabmessungen einhergehende Kavitation. Pro Tauchmotorrührwerk kann also nur relativ wenig mechanische Energie eingetragen werden. Tauchmotorrührwerke eignen sich in Biogasanlagen allenfalls als Zusatzrührwerk oder als Zusammenschaltung mehrerer Tauchmotorrührwerke.In Round fermenters are also used submersible mixers. Problematic are v. a. the permanent encapsulation of the drive against the substrate as well as with the usual cavitation associated with small rotor dimensions. Pro submersible mixer can So only relatively little mechanical energy can be entered. submersible mixers suitable in biogas plants at best as additional agitator or as an interconnection of several submersible mixers.

Alternativ zu den genannten Rührwerken werden in stehenden Rundfermentern häufig so genannte Großflügelrührwerke eingesetzt. Die Achse dieser Großflügelrührwerke stützt sich im Fermenterinnenraum am Boden und oberhalb des maximalen Fermenterfüllstandes an der Behälterwand ab. In der senkrechten Projektion von oben segmentiert die Rührwelle den Fermenterkreis. Die Rührwelle trägt üblicherweise zwei bis drei trapezförmig abgekantete Rechteckblechpaare als Rührblätter. Das schräg von außen oben nach innen unten weisende Rührwerk bewirkt eine Substratvermischung sowohl in horizontaler Richtung, als auch in radialer und zirkumpolarer Richtung. Damit ermöglicht es eine effektive Durchmischung eines Rundbehälters, wobei aufgrund der im Vergleich mit den beschriebenen zentral angeordneten Rührwerken verringerten Rührblattlängen die anliegenden Drehmomentlasten relativ gering sind. Die Bauteile können aufgrund der niedrigen Belastungen relativ schwach dimensioniert werden. Der zur Durchmischung erforderliche Energieverbrauch ist relativ gering. Die Lagerung der Großflügelrührwerke erfolgt üblicherweise in starr mit der Welle und dem Behälter verbundenen Druck- bzw. Radiallagern. Diese starre Verbindung führt zu erheblichen Problemen bei der Montage und im Betrieb. Bei der Montage der Rührwerke können leichte Abweichungen von den vorgegebenen Maßen nicht mehr ausgeglichen werden. Die Montage der starr gelagerten Rührwerke ist aufwendige Präzisionsarbeit. Minimale Winkelabweichungen bei der Kernbohrung zur Aufnahme des oberen Lagers führen zu Spannungen in der Welle bzw. machen aufwendige Nacharbeit erforderlich. Beim Rühren der viskosen Masse ergeben sich starke Lasten, die komplett über die starr fixierte Welle auf die starren Lager und letztendlich auf die Lageraufnahmen übertragen werden. Hoher Lagerverschleiß und Materialermüdung sind die Folge.As an alternative to the above-mentioned agitators, so-called large-blade agitators are frequently used in standing round fermenters. The axis of these large-blade agitators is supported in the fermenter interior at the bottom and above the maximum Fermenterfüllstandes on the container wall. In the vertical projection from above, the stirrer shaft segments the fermentor circuit. The stirrer shaft usually carries two to three trapezoidal beveled rectangular plate pairs as stirring blades. The agitator pointing obliquely from the top to the bottom of the inside causes substrate mixing both in the horizontal direction and in the radial and circumpolar direction. This makes it possible for an effective mixing of a round container, wherein the applied torque loads are relatively low due to the reduced compared with the described centrally arranged stirrers stirring blade lengths. The components can be dimensioned relatively weak due to the low loads. The energy required for mixing is relatively low. The storage of large-wing agitators usually takes place in rigidly connected to the shaft and the container pressure or radial bearings. This rigid connection leads to considerable problems during installation and operation. When installing the agitators slight deviations from the given dimensions can no longer be compensated. The assembly of the rigidly mounted agitators is complex precision work. Minimal angular deviations in the core bore for receiving the upper bearing lead to tensions in the shaft or make costly reworking required. When stirring the viscous mass, strong loads result, which are transmitted completely via the rigidly fixed shaft to the rigid bearings and ultimately to the bearing mounts. High bearing wear and material fatigue are the result.

Die stehenden Rundfermenter werden typischerweise mit ring- bzw. wendelförmig an den Wänden bzw. am Boden angebrachten Heizleitungen beheizt. Das in der DE 203 00 794 U1 offengelegte System zur Fermenterheizung vereinfacht die umständliche Anbringung von Heizleitungen in Rundfermentern. Die prinzipielle Anfälligkeit derartiger Heizungssysteme gegen Bewuchs mit den bereits dargestellten negativen Folgen kann allerdings trotz im Vergleich zu konventionellen Heizleitungsbefestigungssystemen erhöhtem Abstand der Leitungen zur Wand nicht vollständig überwunden werden.The standing rotary fermenters are typically heated with ring or helical heating cables attached to the walls or floor. That in the DE 203 00 794 U1 The disclosed system for fermenter heating simplifies the cumbersome installation of heating pipes in round fermenters. However, the basic susceptibility of such heating systems to vegetation with the negative consequences already described can not be completely overcome despite the increased distance of the lines from the wall compared to conventional heating line fastening systems.

Aus dem geschilderten Stand der Technik geht hervor, dass die Einbringung mechanischer und thermischer Energie in Fermenter von Biogasanlagen gegenwärtig unbefriedigend gelöst ist.Out The described prior art shows that the introduction mechanical and thermal energy in fermenters of biogas plants currently unsatisfactorily solved is.

Darstellung der Erfindungpresentation the invention

Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Einbringung von mechanischer und thermischer Energie in Fermentationsbehälter bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.Here implements the invention. The invention as characterized in the claims is, the task is based, a device for introduction of mechanical and thermal energy to provide in fermentation vessels, which avoids the disadvantages of the prior art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.These The object is achieved by the Device for introducing mechanical and thermal energy into standing arranged fermentation container according to independent claim 1. Further advantageous details, aspects and embodiments of the invention arise from the dependent ones claims, the description and the figures.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischer Energie in stehende Fermentationsbehälter zur Verfügung. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine beheizbare Rührwelle, an der Rührwelle befestigte Wärmeleitbleche, an den Wärmeleitblechen befestigte Rührblätter, ein flexibles oberes Wellenlager zur Aufnahme von Längendehnung und Biegekräften sowie ein zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteres Wellenlager.The The present invention provides a mechanical entry device and thermal energy in standing fermentation tanks to Available. The device comprises at least one heatable stirrer shaft, at the stirrer shaft fixed heat conducting sheets, at the Wärmeleitblechen attached stirring blades, a flexible upper shaft bearing for the absorption of elongation and bending forces as well a variable lower at least during assembly in the angle of attack Shaft bearings.

Eine für die Wärmeversorgung eines Fermenters ausreichende Wärmemenge wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung alleine mittels eines Rührwerkes und ohne zusätzliche Heizvorrichtung in den Fermenter transportiert. Die Rührwerke der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind einfach in der Montage, wartungsarm und bleiben auch bei längerem Gebrauch soweit frei von Bewuchs durch dicke Biofilme, dass ihre Funktion als Rührwerk auch bei längerem Gebrauch nicht beeinträchtigt wird.A for the heat supply a fermenter sufficient amount of heat is achieved by the device according to the invention alone by means of a stirrer and without additional Heating device transported in the fermenter. The stirrers the device according to the invention They are easy to install, require little maintenance and remain even after prolonged use as far as free from fouling by thick biofilms that their function as a stirrer even for a long time Use not impaired becomes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sorgt alleine oder in Zusammenwirkung mit weiteren Rühr- bzw. Mischeinrichtungen für eine effektive Vermischung des Substrates in Rundfermentern. Insbesondere wird der Ausbildung den Betrieb störender, stabiler Schwimm- und Sinkschichten effektiv entgegengewirkt.The inventive device provides alone or in conjunction with other stirring or Mixing devices for effective mixing of the substrate in round fermenters. Especially The training is the operation disturbing, stable swimming and Sink layers effectively counteracted.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem einfach in der Montage und wartungsarm im Betrieb. Im Fall von Störungen oder Schäden am Rührwerk kann die Vorrichtung einfach und ohne lange Betriebsunterbrechung oder notwendige Entleerung des Fermenters repariert bzw. ersetzt werden. Einen weiteren Vorteil stellt der verhältnismäßig geringe Rührenergiebedarf dar.The inventive device is also easy to install and low maintenance during operation. In case of faults or damage on the stirrer The device can be simple and without long interruption or necessary emptying of the fermenter repaired or replaced become. Another advantage is the relatively low stirring energy requirement represents.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Vorrichtung zumindest eine Einrichtung zur Verschleißanzeige, wodurch eine Planung der Wartungsarbeiten möglich wird.According to one preferred embodiment of present invention the device at least one device for indicating wear, whereby a planning of maintenance is possible.

Die beheizbare Rührwelle ist bevorzugt als doppelwandiges Rohrsystem ausgebildet. Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen, bei denen das innere Rohr eine am Heizungsvorlauf angeschlossene Kunststoffleitung ist und/oder das äußere Rohr ein für ausreichende mechanische Stabilität und Wärmeübergang sorgendes Metallrohr ist. Das äußere Metallrohr gibt der Welle die nötige mechanische Stabilität und sorgt für den Wärmeaustausch des Heizmediums mit dem Substrat.The heatable stirrer shaft is preferably designed as a double-walled pipe system. Embodiments in which the inner tube is attached to the heating flow are particularly preferred closed plastic pipe is and / or the outer tube is a metal tube providing sufficient mechanical stability and heat transfer. The outer metal tube gives the shaft the necessary mechanical stability and ensures the heat exchange of the heating medium with the substrate.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Rührwelle in dem flexiblen Lager gasdicht mit einer Rohrhülse verbunden und die Rohrhülse über eine Montageplatte fest mit der Behälterwand verbunden. Besonders bevorzugt taucht die Rohrhülse zur Gasdichtung bis unter den unteren Behälterfüllstand in das Substrat ein.According to one another preferred embodiment In the present invention, the stirring shaft is in the flexible bearing gas-tight with a tube sleeve connected and the tube sleeve over a Mounting plate fixed to the container wall connected. Particularly preferably, the tube sleeve dips to the gas seal below the lower tank level into the substrate.

Bevorzugt erfolgt der Antrieb der Rührwelle über einen direkt angeflanschten drehzahlregelbaren Getriebemotor. Die Aufstellwinkel der Rührblätter können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über Lochkreise gegen die Wärmeleitbleche eingestellt werden.Prefers the drive of the stirring shaft via a directly flanged variable speed geared motor. The installation angle the stirring blades can according to a another preferred embodiment of the present invention Punch circles against the heat conducting plates be set.

Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen, in denen die Rührwelle in der senkrechten Projektion von oben einen Winkel zwischen 15°und 35°, insbesondere einen Winkel von 25° gegen die Verbindungslinie zwischen Rührwellendurchtritt durch die Behälterwand und dem Behältermittelpunkt einnimmt.Especially preferred embodiments are in which the stirrer shaft in the vertical projection from above an angle between 15 ° and 35 °, in particular an angle of 25 ° the connecting line between Rührwellendurchtritt by the container wall and the container center.

Ebenso bevorzugt werden Ausführungsformen, gemäß denen die Rührwelle in der senkrechten Projektion von der Seite einen Winkel zwischen 35° und 55°, besonders bevorzugt einen Winkel von 45° gegen den ebenen Behälterboden einnimmt.As well preferred embodiments are according to those the stirrer shaft in the vertical projection from the side an angle between 35 ° and 55 °, especially prefers an angle of 45 ° the flat tank bottom occupies.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Zur Illustration der Erfindung und zur Verdeutlichung ihrer Vorzüge werden nachfolgend Ausführungsbeispiele angegeben. Diese Ausführungsbeispiele sollen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es versteht sich von selbst, dass diese Angaben die Erfindung nicht beschränken sollen. Es zeigento Illustration of the invention and to illustrate their advantages below exemplary embodiments specified. These embodiments should be explained in connection with the drawings. It goes without saying it goes without saying that these details are not intended to limit the invention. Show it

1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der senkrechten Projektion von der Seite; 1 a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from the side;

2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der senkrechten Projektion von oben; 2 a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from above;

3 Details der oberen Rührwellenlagerung und der Rührwellenbefestigung einer bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 Details of the upper stirring shaft bearing and the stirring shaft mounting of a preferred embodiment of a device according to the invention;

4 Details der unteren Rührwellenlagerung und der Rührwellenbefestigung einer bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 Details of the lower stirrer shaft bearing and the Stirrwellenbefestigung a preferred embodiment of a device according to the invention.

11: beheizbare Rührwelleheated agitator shaft
22: Wärmeleitblecheheat conducting
33: Rührblätterstirring blades
44: flexibles oberes Wellenlagerflexible upper shaft bearing
55: zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteres Wellenlagerat least Variable bottom shaft bearing for mounting at the angle of attack
66: Rohrhülsetubular sleeve
77: Montageplattemounting plate
88th: Behälterwandcontainer wall
99: drehzahlregelbarer Getriebemotorvariable-speed gearmotor
1010: Montagebock unteres Wellenlagertrestle lower shaft bearing

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Die in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter umfasst zumindest eine beheizbare Rührwelle 1, an der Rührwelle befestigte Wärmeleitbleche 2, an den Wärmeleitblechen befestigte Rührblätter 3, ein flexibles oberes Wellenlager 4 zur Aufnahme von Längendehnung und Biegekräften sowie ein zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteres Wellenlager.The in the 1 schematically illustrated inventive device for entry of mechanical and thermal energy in standing arranged fermentation tank comprises at least one heatable stirrer shaft 1 , attached to the stirrer shaft Wärmeleitbleche 2 , attached to the Wärmeleitblechen stirring blades 3 , a flexible upper shaft bearing 4 for receiving elongation and bending forces as well as a lower shaft bearing variable at least during installation in the angle of attack.

Die heizbare Rührwelle 1 ist bevorzugt als doppelwandiges Rohr gefertigt. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei der Rührwelle 1 um ein Metallrohr, in das eine dünnere Kunststoffleitung eingezogen ist. Die Kunststoffleitung endet offen kurz vor dem unteren Wellenlager. Sie ist am Heizungsvorlauf angeschlossen und führt das warme Heizmedium in die Welle. Das äußere Metallrohr gibt der Welle die nötige mechanische Stabilität und sorgt für den Wärmeaustausch des Heizmediums mit dem Substrat.The heatable stirrer shaft 1 is preferably made as a double-walled tube. In the embodiment of the invention shown in the figures, it is in the agitator shaft 1 around a metal pipe, into which a thinner plastic pipe is drawn. The plastic pipe ends open shortly before the lower shaft bearing. It is connected to the heating flow and leads the warm heating medium into the shaft. The outer metal tube gives the shaft the necessary mechanical stability and ensures the heat exchange of the heating medium with the substrate.

An der Rührwelle 1 sind die Wärmeleitbleche 2 befestigt. Sie dienen einerseits der Befestigung der Rührblätter 3 und sorgen andererseits für ausreichenden thermischen Kontakt zwischen der beheizten Rührwelle 1 und den Rührblättern 3. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Wärmeleitblechen 2 um Metallkäfige mit rechteckigem Querschnitt. Die Befestigung der Rührblätter 3 muss bei der Montage an die jeweilige Anlage angepasst werden. Die Aufstellwinkel der Rührblätter 3 sind über Lochkreise verstellbar. Zur Anpassung an besonders hoch viskose Medien und zum verbesserten Wärmeübergang kann die Rührwelle 1 mehrere Wärmeleitbleche 2 tragen, die normalerweise nicht mit Rührblättern 3 bestückt werden.At the stirrer shaft 1 are the Wärmeleitbleche 2 attached. They serve on the one hand the attachment of the stirring blades 3 and on the other hand ensure sufficient thermal contact between the heated agitator shaft 1 and the stirring blades 3 , In the embodiment shown in the figures, it is in the Wärmeleitblechen 2 around metal cages with rectangular cross section. The attachment of the stirring blades 3 must be adapted to the respective system during assembly. The installation angle of the stirring blades 3 are adjustable via bolt circles. For adaptation to particularly high-viscosity media and For improved heat transfer, the stirrer shaft 1 several Wärmeleitbleche 2 do not normally wear with stirring blades 3 be fitted.

Die Rührblätter 3 sind so geformt, dass sie bei den im Betrieb herrschenden Bedingungen, insbesondere durch Überströmung mit Substrat vor Bewuchs mit dicken Biofilmschichten geschützt werden.The stirring blades 3 are shaped in such a way that they are protected from fouling with thick biofilm layers during the conditions prevailing during operation, in particular by overflowing with substrate.

Die Rührwelle 1 ist in einem Winkel zwischen 35° und 55° gegen den Boden und in einem Winkel zwischen 15° und 35° gegen die Verbindungslinie zwischen Rührwellendurchtritt durch die Behälterwand und dem Behältermittelpunkt geneigt. Innerhalb dieser Werte ergeben sich die besten Substratvermischungen bei niedrigem Energiebedarf. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel betragen die Winkel 45° (seitlich betrachtet) und 25° (von oben betrachtet).The stirring shaft 1 is inclined at an angle between 35 ° and 55 ° to the ground and at an angle between 15 ° and 35 ° to the connecting line between agitator shaft passage through the tank wall and the tank center. Within these values, the best substrate blends result with low energy requirements. In the embodiment shown in the figures, the angles are 45 ° (viewed laterally) and 25 ° (viewed from above).

Der Antrieb der Rührwelle 1 erfolgt bevorzugt mit einem drehzahlregelbaren Getriebemotor 9. Der Getriebemotor kann wie in 3 dargestellt direkt auf die Rührwelle 1 geflanscht werden. Die Heizleitungen werden dann durch den Motor geführt. Der Motor 9 stützt sich über zwei flexibel mit Federn verbundene Flanschplatten an der Rohrhülse 6 ab. Diese flexible obere Wellenlagerung 4 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Manschette gasdicht abgeschlossen. Die Rohrhülse 6 ist über eine Montageplatte 7 an der Behälterwand 8 befestigt. Die flexible obere Lagerung der Rührwelle 1 ermöglicht einerseits die Kompensation von Längenschwankungen der Rührwelle (thermische Ausdehnung, Lagerverschleiß unten) und andererseits den Ausgleich von Pendelbewegungen der Rührwelle. Das flexible Lager reduziert die Belastung für Welle, Lager und Aufnahmen.The drive of the stirrer shaft 1 is preferably done with a variable speed geared motor 9 , The geared motor can as in 3 shown directly on the stirrer shaft 1 be flanged. The heating cables are then routed through the motor. The motor 9 is supported by two flexibly spring-connected flange plates on the tube sleeve 6 from. This flexible upper shaft bearing 4 is completed gas-tight in the illustrated embodiment by means of a sleeve. The tube sleeve 6 is via a mounting plate 7 on the container wall 8th attached. The flexible upper bearing of the stirrer shaft 1 on the one hand enables the compensation of length fluctuations of the stirrer shaft (thermal expansion, bearing wear below) and on the other hand the compensation of oscillations of the stirrer shaft. The flexible bearing reduces the load on the shaft, bearings and receptacles.

Die Rohrhülse 6 ragt nach dem Tauchtassenprinzip mit ihrem offenen Ende zur Gasdichtung bis unter den unteren Behälterfüllstand in das Substrat.The tube sleeve 6 protrudes to the immersion cup principle with its open end to the gas seal to below the lower container level in the substrate.

Das in 4 dargestellte Beispiel für das zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variierbare untere Wellenlager zeigt ein schwenkbares Gleitlager zur Aufnahme von Schub- und Druckkräften. Das Lager ist gegen den Montagebock 10 schwenkbar. Bei der Montage der Welle können so auf einfache Weise Abweichungen von den geplanten Maßen kompensiert werden. Das dargestellte Drucklager verschleißt im Betrieb. Dadurch rutscht die Welle immer tiefer in den Behälter. Am flexiblen oberen Wellenlager 4 wird dieses Nachrutschen durch Verkürzung der Ausgleichsfedern sichtbar. Der Zustand des unteren Lagers kann also über die Länge der Federn bestimmt werden. Wartungen können mit dieser Verschleißanzeige rechtzeitig geplant werden. In einer nicht dargestellten Ausführung der Erfindung ist das untere Lager 5 nach der Montage im Winkel zum Montagebock 10 fixierbar.This in 4 shown example of the at least during assembly in the angle of attack variable lower shaft bearing shows a pivotable sliding bearing for receiving thrust and compressive forces. The bearing is against the mounting bracket 10 pivotable. When mounting the shaft, deviations from the planned dimensions can thus be easily compensated. The illustrated thrust bearing wears during operation. As a result, the shaft slips deeper and deeper into the container. On the flexible upper shaft bearing 4 This slipping is visible by shortening the balancing springs. The state of the lower bearing can therefore be determined over the length of the springs. Maintenance can be scheduled on time with this wear indicator. In an embodiment of the invention, not shown, the lower bearing 5 after mounting at an angle to the mounting bracket 10 fixable.

Claims

Device for introducing mechanical and thermal energy into standing fermentation vessels comprising at least one heatable stirrer shaft ( 1 ), attached to the stirrer shaft Wärmeleitbleche ( 2 ), at the Wärmeleitblechen attached stirring blades ( 3 ), a flexible upper shaft bearing ( 4 ) for receiving elongation and bending forces and a variable at least during assembly in the angle of attack lower shaft bearing ( 5 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that it is in the heated stirrer shaft ( 1 ) is a double-walled pipe system, wherein the inner tube is preferably a plastic line connected to the heating flow and the outer tube is preferably a metal tube providing sufficient mechanical stability and heat transfer.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring shaft ( 1 ) in the flexible warehouse ( 4 ) gas-tight with a tube sleeve ( 6 ) and this tube sleeve ( 6 ) via a mounting plate ( 7 ) fixed to the container wall ( 8th ) and the tube sleeve ( 6 ) is immersed in the gas seal to below the lower tank level in the substrate.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive of the stirring shaft ( 1 ) via a directly flanged variable speed geared motor ( 9 ) he follows.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the installation angle of the stirring blades ( 3 ) via hole circles against the heat conducting plates ( 2 ) can be adjusted.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring shaft ( 1 ) in the vertical projection from above an angle between 15 ° and 35 °, preferably occupy an angle of 25 ° to the connecting line between Rührwellendurchtritt through the container wall and the container center.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring shaft ( 1 ) in the vertical projection from the side an angle between 35 ° and 55 °, preferably occupy an angle of 45 ° to the flat container bottom.