DE102013206492A1

DE102013206492A1 - Ultrasonic treatment device for biogas plants

Info

Publication number: DE102013206492A1
Application number: DE102013206492.6A
Authority: DE
Inventors: Uwe Neis; Klaus Nickel; Franz Schmalstieg
Original assignee: ULTRAWAVES - Wasser- und Umwelttechnologien GmbH; ULTRAWAVES WASSER und UMWELTTECHNOLOGIEN GmbH
Current assignee: ULTRAWAVES - Wasser- und Umwelttechnologien GmbH; ULTRAWAVES WASSER und UMWELTTECHNOLOGIEN GmbH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: DE102013206492B4

Abstract

Eine Ultraschallbehandlungsvorrichtung für Biogasanlagen, mit einem Nasszerkleinerer (1) zum Zerkleinern von Fasern und Feststoffpartikeln in der Biomassesuspension, mit einer Suspensionspumpe (2) zur Förderung einer Biomassesuspension durch die Behandlungsvorrichtung, mit einem im Volumenstrom nach dem Nasszerkleinerer (1) und der Suspensionspumpe (2) angeordneten Ultraschallreaktor (8) für die Ultraschallbehandlung, welcher von der Biomassesuspension nacheinander durchströmte Kavitationskammern (12 bis 16) aufweist, die mit Ultraschallschwingern (20) versehen sind, und mit einem Volumenstrommessgerät (9) für die Messung des Volumenstroms der Biomassesuspension wird im Hinblick auf einen wartungsarmen und möglichst störungsfreien Dauerbetrieb dadurch verbessert, dass mindestens eine oder vorzugsweise jede der Kavitationskammern (12 bis 16) mit einer Spüllanze (18) zum Entfernen von Biomasse-Ablagerungen an den Ultraschallschwingern (20) versehen ist.An ultrasonic treatment device for biogas plants, with a wet shredder (1) for shredding fibers and solid particles in the biomass suspension, with a suspension pump (2) for conveying a biomass suspension through the treatment device, with a volume flow after the wet shredder (1) and the suspension pump (2 ) arranged ultrasound reactor (8) for the ultrasound treatment, which has cavitation chambers (12 to 16) through which the biomass suspension flows, which are provided with ultrasound transducers (20), and with a volume flow meter (9) for measuring the volume flow of the biomass suspension improved to low-maintenance and as trouble-free as possible continuous operation in that at least one or preferably each of the cavitation chambers (12 to 16) is provided with a flushing lance (18) for removing biomass deposits on the ultrasonic transducers (20).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallbehandlungsvorrichtung für Biogasanlagen, mit einem Nasszerkleinerer zum Zerkleinern von Fasen und Feststoffpartikeln in der Biomassesuspension, mit einer Suspensionspumpe zur Förderung einer Biomassesuspension durch die Behandlungsvorrichtung, mit einem im Volumenstrom nach dem Nasszerkleinerer und der Suspensionspumpe angeordneten Ultraschallreaktor für die Ultraschallbehandlung, der von der Biomassesuspension nacheinander durchströmte Kavitationskammern aufweist, die mit Ultraschallschwingern versehen sind, und mit einem Volumenstrommessgerät für die Messung des Volumenstroms der Biomassesuspension.The present invention relates to an ultrasonic treatment device for biogas plants, comprising a wet comminutor for comminuting chamfers and solid particles in the biomass suspension, with a suspension pump for conveying a biomass suspension through the treatment device, with an ultrasonic reactor for ultrasonic treatment, which is arranged downstream of the wet comminutor and the suspension pump Having successively flowed through the biomass suspension cavitation chambers, which are provided with ultrasonic vibrators, and with a volumetric flow meter for measuring the volume flow of the biomass suspension.

Ein Ultraschallreaktor der oben beschriebenen Art ist beispielsweise aus der DE 103 94 301 B4 bekannt. Anwendungsgebiete solcher Ultraschallreaktoren sind die Ultraschallbehandlung von wässrigen Suspensionen, wie Abwässern, Prozesswässern, Gülle oder Klärschlämmen und in jüngster Zeit auch Biomassesuspensionen in Biogasanlagen. Werden Biogasanlagen nicht mit gut fermentierbaren Edelsubstraten, wie beispielsweise Mais, sondern mit faserigen und rauen Biomassesuspensionen, wie Gras, Mist oder Dung aus Tierhaltungen betrieben, so ist die Ausbeute an Biogas bei den bekannten Biogasanlagen dadurch begrenzt, dass die genannten heterogenen Suspensionen mit hohen Feststoffkonzentrationen nicht vollständig verwertet werden können. Um die Biomasse aufzuschließen und eine erhöhte mikrobiologische Aktivität im Fermenter zu erreichen, hat sich der Einsatz von Ultraschallbehandlung mittels der genannten Ultraschallreaktoren als vorteilhaft erwiesen. Die Desintegration dieser Biomasse durch Ultraschall bedeutet zum einen die Zerlegung der Substratgröße und damit Vergrößerung der verfügbaren Oberflächen und zum Anderen eine Aktivierung der anaeroben Bakterien-Biomasse. Im Endeffekt führt dies zu einer Intensivierung des Stoffumsatzes im Fermenter und es entsteht mehr Biogas. Die Biomasse wird mittels Ultraschall aufgeschlossen, indem die durch den Ultraschall bedingten Druckschwankungen enorme Kavitationskräfte erzeugen, welche die Struktur der Biomasse aufbrechen. Mit dem Aufschluss wird mehr Biomasse verfügbar gemacht, der Gasbildungsprozess intensiviert und letztlich mehr Biogas produziert. Alternativ kann der Betreiber bei konstanter Biogasmenge die Fütterung reduzieren. Zusätzlich wird der Methangehalt gesteigert und damit die Qualität des Biogases verbessert. Das durch die Anwendung von Ultraschall simultan induzierte Absinken der Viskosität in der Biomassesuspension führt außerdem zur Reduzierung des Eigenstromverbrauchs bei den Rühr- und Pumpprozessen in der Biogasanlage.An ultrasonic reactor of the type described above, for example, from DE 103 94 301 B4 known. Areas of application of such ultrasonic reactors are the ultrasonic treatment of aqueous suspensions, such as wastewaters, process waters, liquid manure or sewage sludge and, more recently, biomass suspensions in biogas plants. If biogas plants are not operated with readily fermentable noble substrates, such as corn, but with fibrous and rough biomass suspensions, such as grass, manure or manure from animal husbandry, the yield of biogas in the known biogas plants is limited by the fact that said heterogeneous suspensions with high solids concentrations can not be fully utilized. In order to unlock the biomass and to achieve increased microbiological activity in the fermenter, the use of ultrasound treatment by means of said ultrasonic reactors has proved to be advantageous. The disintegration of this biomass by ultrasound means on the one hand the decomposition of the substrate size and thus enlargement of the available surfaces and on the other hand an activation of the anaerobic bacterial biomass. In the end, this leads to an intensification of the substance turnover in the fermenter and more biogas is produced. The biomass is disrupted by ultrasound, as the pressure fluctuations caused by the ultrasound generate enormous cavitation forces that break up the structure of the biomass. The digestion will make more biomass available, intensify the gas production process and ultimately produce more biogas. Alternatively, the operator can reduce feeding while maintaining a constant amount of biogas. In addition, the methane content is increased, thus improving the quality of the biogas. The simultaneous decrease in the viscosity in the biomass suspension induced by the use of ultrasound also leads to a reduction in the intrinsic power consumption in the stirring and pumping processes in the biogas plant.

Um die genannten Vorteile zu verwirklichen, können bisher ohne Ultraschallreaktor arbeitende Biogasanlagen auf einfache Weise nachgerüstet werden. Die Biomassesuspension wird hierfür an geeigneter Stelle aus der Biogasanlage durch den Ultraschallreaktor geführt und in den Volumenstrom der Biogasanlage zurückgeleitet. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei ein Komplettpaket aus Nasszerkleinerer, Pumpe, Ultraschallreaktor und Volumenstrommessgerät herausgestellt, welches sich als einheitliches Zusatzaggregat an die Biogasanlage anschließen lässt. Dabei tritt aber das Problem auf, dass sich die in der Biomassesuspension noch enthaltenen Feststoffe in der Ultraschallbehandlungsvorrichtung, insbesondere dem Ultraschallreaktor absetzen und die Wirkung der Ultraschallbehandlung verringern oder gar zu Verstopfungen des Ultraschallreaktors führen.In order to realize the stated advantages, biogas plants operating hitherto without an ultrasonic reactor can be retrofitted in a simple manner. For this purpose, the biomass suspension is passed through the ultrasonic reactor at a suitable point from the biogas plant and returned to the volumetric flow of the biogas plant. A complete package comprising a wet macerator, pump, ultrasonic reactor and volumetric flow meter, which can be connected to the biogas plant as a uniform additional unit, has proven to be particularly advantageous. However, the problem arises that settle the solids still contained in the biomass suspension in the ultrasonic treatment device, in particular the ultrasonic reactor and reduce the effect of the ultrasonic treatment or even lead to blockages of the ultrasonic reactor.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ultraschallbehandlungsvorrichtung für Biogasanlagen anzugeben, die einen zuverlässigen und wartungsarmen Betrieb über lange Zeiträume gewährleistet.The object of the invention is to provide an ultrasonic treatment device for biogas plants, which ensures reliable and low-maintenance operation over long periods.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Kavitationskammern jeweils mit mindestens einer Spüllanze zum Entfernen von Biomasse-Ablagerungen an den Ultraschallschwingern versehen ist. Um die Ablagerungen zu entfernen, wird der Volumenstrom der Biomassesuspension unterbrochen und Spülflüssigkeit durch die Spüllanzen gepumpt. Die Spüllanzen spülen die Reinigungsflüssigkeit gezielt auf die Ultraschallschwinger und befreien diese somit effektiv von Ablagerungen aus der Biomassesuspension, wobei ein Minimum an Spülflüssigkeit ausreicht.The invention solves this problem in that the cavitation chambers are provided with at least one Spüllanze for removing biomass deposits on the ultrasonic vibrators. In order to remove the deposits, the volume flow of the biomass suspension is interrupted and rinsing liquid pumped through the Spüllanzen. The flushing lances specifically purge the cleaning liquid onto the ultrasonic vibrators and thus effectively free them from deposits from the biomass suspension, with a minimum of flushing liquid being sufficient.

Bekannte Spülvorrichtungen nutzen die für die Durchführung der Biomassesuspension vorgesehenen Anschlüsse des Ultraschallreaktors, um nach dem Leeren des Ultraschallreaktors Spülflüssigkeit mit bis zu ca. 5 bar in Gegenrichtung durch den gesamten Ultraschallreaktor zu pumpen. Diese Methode erfordert eine sehr große Menge von Spülflüssigkeit, insbesondere wenn die Spülung mehrfach bis zu ca. achtmal am Tag stattfinden muss. Demgegenüber kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Minimum an Spülflüssigkeit aus und reinigt die Ultraschallschwinger sehr effektiv, sodass nach der Spülung wieder eine optimale Übertragung von Ultraschall auf die Biomassesuspension gewährleistet ist.Known flushing devices use the provided for carrying out the biomass suspension connections of the ultrasonic reactor to pump after emptying the ultrasonic reactor rinsing liquid with up to about 5 bar in the opposite direction through the entire ultrasonic reactor. This method requires a very large amount of irrigation fluid, especially if the irrigation has to take place several times up to about eight times a day. In contrast, the device according to the invention comes out with a minimum of rinsing liquid and cleans the ultrasonic vibrator very effectively, so that after rinsing optimal transmission of ultrasound is ensured on the biomass suspension again.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels einer offenen Rahmenkonstruktion miteinander zu einer modularen Einheit verbunden, die im Inneren von Gebäuden aufstellbar und an eine Biogasanlage anschließbar ist. Diese Ausführungsform eignet sich für Biogasanlagen, bei denen die nachgerüstete Vorrichtung im vorhandenen Gebäude untergebracht werden kann. Die Nachrüstung der Biogasanlage erfolgt dann auf einfache Weise durch Lieferung der modularen Einheit, die dann nur noch an die Biogasanlage anzuschließen ist. In an advantageous embodiment, the components of the device according to the invention by means of an open frame construction are connected together to form a modular unit which can be set up inside buildings and connected to a biogas plant. This embodiment is suitable for biogas plants in which the retrofitted device in the existing Building can be accommodated. The retrofitting of the biogas plant is then carried out in a simple manner by supplying the modular unit, which is then only connect to the biogas plant.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Komponenten der erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung in einem Container, vorzugsweise in einem 10´-Standardcontainer angeordnet und zu einer modularen Einheit verbunden sind, die im Freien aufstellbar und an eine Biogasanlage anschließbar ist. Diese Ausführungsform wird empfohlen für Biogasanlagen, bei denen die nachzurüstende modulare Einheit nicht im vorhandenen Gebäude untergebracht werden kann. Der erfindungsgemäße Container wird in diesem Fall außerhalb des Gebäudes der Biogasanlage aufgestellt und an diese angeschlossen.A second embodiment of the invention provides that the components of the ultrasonic treatment device according to the invention are arranged in a container, preferably in a standard 10 'container and connected to a modular unit which can be set up outdoors and connected to a biogas plant. This embodiment is recommended for biogas plants where the modular unit to be retrofitted can not be accommodated in the existing building. The container according to the invention is placed in this case outside the building of the biogas plant and connected to this.

In einer Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Container zusätzlich mit einer Standardtür für den einfachen Zutritt von Bedienpersonen ausgestaltet ist. Die üblichen großen Containertüren erlauben einen ungehinderten Zutritt für alle Wartungs- und Reparaturarbeiten, können aber nur mit erheblichem Kraftaufwand geöffnet und geschlossen werden. Die erfindungsgemäße Standardtür erlaubt den bequemeren und schnellen Zugang zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung für Bedienpersonen, um beispielsweise einfache Einstellungen vorzunehmen oder den korrekten Betrieb zu überprüfen.In a further development of the last-mentioned embodiment, it is provided that the container is additionally designed with a standard door for easy access by operators. The usual large container doors allow unimpeded access for all maintenance and repair work, but can only be opened and closed with considerable effort. The standard door according to the invention allows more convenient and quick access to the device according to the invention for operators, for example, to make simple settings or to check the correct operation.

Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Ultraschallbehandlungsvorrichtung länger störungsfrei arbeitet, wenn die Suspensionspumpe für einen erheblich höheren Volumenstrom ausgelegt ist, als im Normalbetrieb der Vorrichtung abgefordert wird. Vermutlich liegt dies daran, dass Suspensionspumpen, die einen höheren Volumenstrom fördern können, insgesamt größer gebaut sind und größere Durchflussquerschnitte besitzen. Daher kommt es bei solchen größeren Supensionspumpen weniger leicht zu Verstopfungen durch Ablagerungen aus der Biomassesuspension oder etwa entstandene Ablagerungen können durch die höhere Leistungsfähigkeit der Suspensionspumpe ohne Eingriff von außen im Normalbetrieb beseitigt werden. In konkreter Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens verwendet man beispielsweise eine Suspensionspumpe, die für einen Volumenstrom von mehr als 4m³/h ausgelegt ist, betreibt sie aber im Normalbetrieb der Vorrichtung im Bereich zwischen 0,6m³/h und 2m³/h. Der letztgenannte Bereich des Volumenstroms ermöglicht eine optimale Verweilzeit der Biomassesuspension im Ultraschallreaktor und damit eine möglichst effektive Verbesserung der Biogasausbeute.It has been found that the ultrasonic treatment device according to the invention operates longer trouble-free when the suspension pump is designed for a significantly higher flow rate than is required in normal operation of the device. Presumably, this is due to the fact that slurry pumps, which can promote a higher volume flow, are built larger overall and have larger flow cross sections. Therefore, blockages due to deposits from the biomass suspension are less likely to occur in such larger suspension pumps, or any resulting deposits can be eliminated by the higher performance of the suspension pump without external intervention during normal operation. In a concrete embodiment of this inventive concept, for example, a suspension pump is used, which is designed for a volume flow of more than 4m ³ / h, but it operates in normal operation of the device in the range between 0.6m ³ / h and 2m ³ / h. The latter range of the volume flow allows an optimal residence time of the biomass suspension in the ultrasonic reactor and thus the most effective possible improvement of the biogas yield.

Die Erfindung umfasst auch einen Ultraschallreaktor für die Ultraschallbehandlung von Biomassesuspensionen in Biogasanlagen, der mehrere mit Ultraschallschwingern versehene Kavitationskammern aufweist, die in Volumenstromrichtung der Biomasse in Reihe angeordnet sind, wobei erfindungsgemäß mindestens eine oder vorzugsweise jede der Kavitationskammern eine Spüllanze aufweist, deren Austrittsdüse derart ausgestaltet ist, dass die Spülflüssigkeit beim Spülen auf einen Ultraschallschwinger trifft. Diese Maßnahme ermöglicht erst die effektive Beseitigung von Feststoffablagerungen aus der Biomassesuspension, die sich auf den Ultraschallschwinger festgesetzt haben und die Übertragung des Ultraschalls auf die Biomasse behindern.The invention also encompasses an ultrasonic reactor for the ultrasonic treatment of biomass suspensions in biogas plants which has a plurality of cavitation chambers provided with ultrasound transducers arranged in series in the flow direction of the biomass, wherein according to the invention at least one or preferably each of the cavitation chambers has a rinsing lance whose outlet nozzle is designed in this way in that the rinsing liquid encounters an ultrasonic oscillator during rinsing. This measure only allows the effective removal of solid deposits from the biomass suspension, which have settled on the ultrasonic transducer and hinder the transmission of ultrasound to the biomass.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Ultraschallreaktors ist vorgesehen, dass die Kavitationskammern im Wesentlichen vertikal übereinander gestapelt angeordnet und mit abwechselnd an entgegengesetzten Endbereichen angeordneten Übertrittsöffnungen miteinander verbunden sind, sodass die Biomassesuspension durch eine in einem ersten Endbereich der untersten Kavitationskammer angeordneten Eintrittsöffnung eintritt, ihr Volumenstrom zunächst in Wesentlichen horizontal zum entgegengesetzten zweiten Endbereich verläuft, dort durch eine Übertrittsöffnung nach oben in die benachbarte höhere Kavitationskammer übertritt, um von dort mäanderförmig den gesamten Ultraschallreaktor zu durchströmen, bis sie aus einer in einem zweiten Endbereich der obersten Kavitationskammer angeordneten Austrittsöffnung austritt. Ein derartig ausgestalteter Ultraschallreaktor ist kompakt aufgebaut und arbeitet sehr effektiv, lässt sich aber mittels der erfindungsgemäßen Spüllanzen dennoch gut reinigen.In a preferred embodiment of the ultrasonic reactor, it is provided that the cavitation chambers are arranged substantially vertically stacked and connected to each other with alternately arranged at opposite end transfer openings, so that the biomass suspension enters through a arranged in a first end of the lowest cavitation inlet opening, their volume flow initially in Passes substantially horizontally to the opposite second end portion, there passes through a transfer opening upwards into the adjacent higher cavitation chamber to meander through the entire ultrasonic reactor from there until it emerges from a arranged in a second end region of the uppermost cavitation chamber outlet opening. Such a designed ultrasonic reactor is compact and works very effectively, but can still be cleaned well by means of the invention Spüllanzen.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeweils ein Ultraschallschwinger in dem Endbereich jeder Kavitationskammer angeordnet ist, in welchem die Biomassesuspension nach oben durch die Übertrittsöffnung austritt, dass jeweils eine Spüllanze in dem jeweils entgegengesetzten Endbereich und dem jeweiligen Ultraschallschwinger gegenüberliegend angeordnet ist. und dass im Bereich der Austrittsöffnung vor dem Ventil in die Biomasseleitung eine Spülwasserzuleitung und eine Belüftungsleitung mündet. Diese Anordnung lässt sich auf sehr einfache Weise realisieren, denn jeder Ultraschallschwinger kann durch eine Montageöffnung von außen in dem einen Endbereich der jeweiligen Kavitationskammer montiert werden, während die Spüllanze im entgegengesetzten Endbereich ebenfalls auf einfache Weise von außen durch eine entsprechende Montageöffnung montiert werden kann. Durch die so entstehende geometrische Anordnung liegt die Austrittsöffnung der Spüllanze dem Ultraschallschwinger genau gegenüber, sodass der Ultraschallschwinger von der gerade aus der Düse der Spüllanze austretenden Spülflüssigkeit direkt besprüht und von Ablagerungen gereinigt werden kann.In an embodiment of the invention, it is provided that in each case an ultrasonic vibrator is arranged in the end region of each cavitation chamber in which the biomass suspension exits upwards through the transfer opening, that in each case a Spüllanze is arranged opposite in the respective opposite end portion and the respective ultrasonic oscillator. and that in the region of the outlet opening in front of the valve in the biomass line a Spülwasserzuleitung and a vent line opens. This arrangement can be realized in a very simple manner, because each ultrasonic vibrator can be mounted through an assembly opening from the outside in the one end of the respective cavitation chamber, while the Spüllanze can also be mounted in the opposite end region in a simple manner from the outside through a corresponding mounting hole. As a result of the resulting geometrical arrangement, the outlet opening of the flushing lance lies exactly opposite the ultrasonic oscillator, so that the ultrasonic oscillator can be sprayed directly by the flushing liquid which is just emerging from the nozzle of the flushing lance and can be cleaned of deposits.

Die Erfindung wird noch verbessert, wenn der Ultraschallreaktor an seiner Unterseite in einem der Eintrittsöffnung für die Biomasse entgegengesetzten Endbereich mit einer Auslassöffnung für die Spülflüssigkeit versehen ist. Bei dieser Anordnung kann für die Spülung einfach die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung für die Biomasse geschlossen werden und die genannte Auslassöffnung für die Spülflüssigkeit geöffnet werden. Wird dann Spülflüssigkeit durch die Spüllanzen gepumpt, sammelt sich die Spülflüssigkeit zusammen mit den weggespülten Ablagerungen der Biomasse im unteren Teil des Ultraschallreaktors, wo alles durch die Auslassöffnung abfließt und so aus dem Ultraschallreaktor entfernt wird. The invention is further improved if the ultrasonic reactor is provided on its underside in one of the inlet opening for the biomass opposite end portion with an outlet opening for the rinsing liquid. With this arrangement, it is easy to close the inlet opening and the outlet opening for the biomass for the flushing, and to open said outlet opening for the flushing liquid. If flushing liquid is then pumped through the flushing lances, the flushing liquid collects together with the weggespülten deposits of biomass in the lower part of the ultrasonic reactor, where everything flows through the outlet opening and is thus removed from the ultrasonic reactor.

Die Erfindung kann noch verbessert werden, indem der Ultraschallreaktor im Bereich der Auslassöffnung für die Spülflüssigkeit einen Sedimentationsraum aufweist. In diesem Sedimentationsraum können sich Feststoffrückstände aus der Biomasse-Suspension bereits während des Normalbetriebes absetzen, sodass sie den Durchfluss der Biomasse im Übrigen nicht weiter behindern. Aber auch während des erfindungsgemäßen Spülvorgangs kann der Sedimentationsraum zur vorübergehenden Aufnahme weggespülter Sedimente dienen, bevor diese durch die Auslassöffnung aus dem Ultraschallreaktor herausgespült werden.The invention can be further improved by the ultrasonic reactor having a sedimentation space in the region of the outlet opening for the rinsing liquid. In this sedimentation space, solid residues from the biomass suspension may already settle during normal operation, so that they do not hinder the flow of the biomass incidentally further. But even during the rinsing process according to the invention, the sedimentation space can serve for the temporary absorption of washed-away sediments before they are flushed out of the ultrasonic reactor through the outlet opening.

Um einen automatischen Ablauf der Spülung des Ultraschallreaktors zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung für die Biomassesuspension, die Auslassöffnung für die Spülflüssigkeit und Spülwasserzuleitungen für den Ultraschallreaktor, die Spüllanzen und die Belüftungsleitung mittels elektromechanisch oder pneumatisch schaltbarer Ventile verschließbar sind und dass eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die die Ventile zur Unterbrechung des Biomasse-Stroms und zur automatischen Spülung des Ultraschallreaktors programmgesteuert schaltet. Aufgrund der hierdurch ermöglichten automatischen Prozesssteuerung kann eine regelmäßige oder nach festgestelltem Bedarf durchgeführte Spülung des Ultraschallreaktors automatisch erfolgen, ohne dass eine Bedienperson eingreifen müsste.In order to enable automatic flushing of the ultrasonic reactor, it is proposed that the inlet opening and the outlet opening for the biomass suspension, the outlet opening for the rinsing liquid and rinse water supply lines for the ultrasonic reactor, the flushing lances and the ventilation line are closed by means of electromechanically or pneumatically switchable valves and that a control device is provided which switches the valves programmatically for interrupting the biomass flow and for automatic flushing of the ultrasonic reactor. Due to the thereby enabled automatic process control, a regular or after a determined need carried out rinsing of the ultrasonic reactor can be done automatically without an operator would have to intervene.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Spüllanzen durch seitliche Montageöffnungen der Außenwände der Kavitationskammern nach innen ragen und lösbar und flüssigkeitsdicht befestigt sind. Diese Maßnahme ermöglicht die Wartung und das Auswechseln der Spüllanzen von außerhalb der Kavitationskammer, ohne diese öffnen zu müssen.A further embodiment of the invention provides that the Spüllanzen protrude through lateral mounting openings of the outer walls of the Kavitationskammern inward and are releasably secured and liquid-tight. This measure allows maintenance and replacement of the flush lances from outside the cavitation chamber without having to open them.

Die Erfindung kann noch verbessert werden, indem die Spüllanzen mit auswechselbaren Austrittsdüsen versehen sind, die je nach gewünschter Sprührichtung und räumlicher Verteilung der Spülflüssigkeit unterschiedlich ausgestaltet sind. Diese Maßnahme ist besonders nützlich, wenn in dem Ultraschallreaktor für jeweils unterschiedliche Zwecke an unterschiedlich ausgestalteten Umgebungen jeweils an die Erfordernisse angepasste verschiedene Sprühmuster der Spüllanzen erforderlich sind. Je nach Anforderung kann dann ein und dieselbe Sprühlanze auf einfache Weise mit der geeigneten Austrittsdüse versehen und eingebaut werden. Dasselbe gilt selbstverständlich auch bei der Verwendung eines bestimmten Musters von Spüllanzen für verschiedene Ultraschallreaktoren, die jeweils andere Anforderungen an die Verteilung der Spülflüssigkeit stellen.The invention can be further improved by the flushing lances are provided with replaceable outlet nozzles, which are designed differently depending on the desired spray direction and spatial distribution of the rinsing liquid. This measure is particularly useful if different spray patterns of the flushing lances are required in the ultrasonic reactor for different purposes in different environments. Depending on the requirements, one and the same spray lance can then be provided and installed in a simple manner with the suitable outlet nozzle. The same of course also applies when using a specific pattern of flushing lances for different ultrasonic reactors, each of which has different requirements for the distribution of the rinsing liquid.

Neben der Verbesserung des Ultraschalleintrags in die Biomasse hat die Erfindung den weiteren Vorteil, dass die Lebensdauer und die Zeit zwischen erforderlichen Wartungen vergrößert wird, weil der Oberflächenverschleiß der Ultraschallschwinger verringert wird.In addition to improving the ultrasound input into the biomass, the invention has the further advantage that the service life and the time between required maintenance is increased because the surface wear of the ultrasonic vibrator is reduced.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.The invention will be described by way of example in a preferred embodiment with reference to a drawing, wherein further advantageous details are shown in the figures of the drawing.

Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.Functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:The figures of the drawing show in detail:

1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung; 1 : a schematic representation of the treatment device according to the invention;

2: eine schematische Darstellung eines Ultraschallreaktors im Schnitt; 2 a schematic representation of an ultrasonic reactor in section;

3a: eine Spüllanze mit einer ersten Austrittsdüse in schematischer Seitenansicht; 3a : a spout with a first outlet nozzle in a schematic side view;

3b: eine Draufsicht auf die Spüllanze von 3a; 3b : a top view of the Spüllanze of 3a ;

4a: eine Spüllanze mit einer zweiten Austrittsdüse in schematischer Seitenansicht; 4a a spout lance with a second outlet nozzle in a schematic side view;

4b: eine Draufsicht auf die Spüllanze von 4a; 4b : a top view of the Spüllanze of 4a ;

5a: eine Spüllanze mit einer dritten Austrittsdüse in schematischer Seitenansicht; 5a a spouting lance with a third outlet nozzle in a schematic side view;

5b: eine Draufsicht auf die Spüllanze von 5a; 5b : a top view of the Spüllanze of 5a ;

6: eine geschnittene Darstellung einer ersten Montageart für eine Spüllanze; 6 a sectional view of a first mounting method for a spill lance;

7: eine geschnittene Darstellung einer zweiten Montageart für eine Spüllanze. 7 : A sectional view of a second mounting method for a Spüllanze.

In 1 erkennt man die Bauteile einer erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung für Biogasanlagen, nämlich einen Nasszerkleinerer 1 zum Zerkleinern von Fasen und Feststoffpartikeln, die in der Biomassesuspension enthalten sind, eine Suspensionspumpe 2 zur Förderung der Biomassesuspension durch die Biomasseleitungen 3 bis 7 der Ultraschallbehandlungsvorrichtung, einen Ultraschallreaktor 8 für die Ultraschallbehandlung der Biomassesuspension und ein Volumenstrommessgerät 9 für die Messung des Volumenstroms der Biomassesuspension in der Behandlungsvorrichtung. Des Weiteren weist die Behandlungsvorrichtung eine verzweigte Spülwasserzuleitung 10 auf, mit der Spülwasser zur Beseitigung von Ablagerungen aus der Biomassesuspension im Ultraschallreaktor 8 und wahlweise auch im Nasszerkleinerer 1 oder der Suspensionspumpe 2 entfernt werden können. Die Biomasseleitung 6 ist mit einer Belüftungsleitung 48 ausgestattet. In 1 recognizes the components of an ultrasonic treatment device according to the invention for biogas plants, namely a wet macerator 1 for crushing chamfers and solid particles contained in the biomass suspension, a suspension pump 2 for promoting the biomass suspension through the biomass pipelines 3 to 7 the ultrasonic treatment device, an ultrasonic reactor 8th for the ultrasound treatment of the biomass suspension and a volumetric flow meter 9 for measuring the volume flow of the biomass suspension in the treatment device. Furthermore, the treatment device has a branched rinse water supply line 10 on, with the rinse water to remove deposits from the biomass suspension in the ultrasonic reactor 8th and optionally also in the wet macerator 1 or the suspension pump 2 can be removed. The biomass pipeline 6 is with a ventilation duct 48 fitted.

Alle genannten Komponenten 1 bis 10 der Ultraschallbehandlungsvorrichtung sind mittels einer offenen Rahmenkonstruktion oder einem Container 11 miteinander zu einer modularen Einheit verbunden, die an Biogasanlagen anschließbar ist. Neben den bekannten großen Containertüren weist der Container 11 noch zusätzlich eine Standardtür für den einfachen Zutritt von Bedienpersonen auf. Selbstverständlich ist für die elektrische Versorgung der genannten Komponenten 1, 2, 8 und 9 eine Elektroanbindung, beispielsweise 400 Volt, 32 Ampere für die Ultraschallbehandlungsvorrichtung vorzusehen. Des Weiteren ist ein nicht gezeigtes Steuergerät für die Steuerung der Ultraschallbehandlungsvorrichtung im Normalbetrieb und während der Spülvorgänge vorhanden, welches ein Anlagenfließbild mit den erfassten Messwerten auf einem Touch Multi Panel visualisiert. Für die Ablaufsteuerung ist ein programmgesteuerter Mikroprozessor vorgesehen. Über eine Datenschnittstelle kann das Steuerungssystem in das Leitsystem der Biogasanlage eingebunden werden.All the above components 1 to 10 of the ultrasonic treatment device are by means of an open frame construction or a container 11 connected together to form a modular unit that can be connected to biogas plants. In addition to the well-known large container doors, the container 11 additionally a standard door for easy access by operators. Of course, for the electrical supply of said components 1, 2, 8 and 9, an electrical connection, for example, 400 volts, 32 amps for the ultrasonic treatment device provided. Furthermore, a control unit (not shown) for controlling the ultrasound treatment apparatus is present during normal operation and during the rinsing processes, which visualizes a plant flow diagram with the acquired measured values on a touch multi panel. For the sequence control, a program-controlled microprocessor is provided. Via a data interface, the control system can be integrated into the control system of the biogas plant.

Der Nasszerkleinerer 1 ist in der Saugleitung 3, 4 der Suspensionspumpe 2 angeordnet. Seine Aufgabe ist die Homogenisierung der Biomassesuspension und die Zerkleinerung von langen Fasern durch Schneiden und/oder Zerreißen. Insbesondere wenn raue Substrate wie Gras oder Mist zum Einsatz kommen, ist die Nasszerkleinerung unbedingt erforderlich.The wet macerator 1 is in the suction line 3 . 4 the suspension pump 2 arranged. Its task is the homogenization of the biomass suspension and the comminution of long fibers by cutting and / or tearing. In particular, when rough substrates such as grass or manure are used, wet comminution is absolutely necessary.

Die Suspensionspumpe 2 dient zur Förderung der Biomassesuspension mit Durchsetzen von 0,6 m³/h bis 2m³/h durch die gesamte Behandlungsvorrichtung. Bevorzugt wird hier eine Verdrängerpumpe in der Bauform der Exzenterschneckenpumpe verwendet, die ganz besonders zuverlässig arbeitet, wenn sie für einen wesentlich höheren Volumenstrom, beispielsweise von 4m³/hoder mehr ausgelegt ist, als im Normalbetrieb der Vorrichtung (siehe oben) abgefordert wird. Das Volumenstrommessgerät 9 dient der genauen Erfassung des Volumenstroms der Biomassesuspension. Der Volumenstrom ist eine wesentliche Führungsgröße für die Ultraschallbehandlung, um den optimalen Eintrag der Schallenergie in die Biomassesuspension zu gewährleisten und die Abschaltung des Ultraschallreaktors 8 bei Unterbrechung des Volumenstroms zu gewährleisten, weil der Ultraschallreaktor 8 ansonsten Schaden nehmen könne.The suspension pump 2 serves to convey the biomass suspension with penetration of 0.6 m ³ / h to 2m ³ / h throughout the treatment device. Preferably, a positive displacement pump in the design of the eccentric screw pump is used, which works very reliable when it is designed for a much higher volume flow, for example 4m ³ / h or more, than in normal operation of the device (see above) is requested. The volumetric flow meter 9 serves to accurately record the volume flow of the biomass suspension. The volume flow is a key variable for the ultrasound treatment in order to ensure the optimum entry of the sound energy into the biomass suspension and the shutdown of the ultrasonic reactor 8th to ensure interruption of the volume flow because of the ultrasonic reactor 8th otherwise it could be damaged.

Als Biomasseleitungen 3 bis 7 werden Edelstahlrohre DN 65 bis DN 100 verwendet.As biomass cables 3 to 7 Stainless steel pipes DN 65 to DN 100 are used.

Das nicht gezeigte Steuergerät erfasst neben dem vom Volumenstrommessgerät 9 bereitgestellten Volumenstrom auch Temperatur und Druck der Biomassesuspension, sowie die vom Ultraschallreaktor 8 eingebrachte Schallleistung und die Temperatur der Schwinggebilde. Der Betriebsdruck der Anlage beträgt maximal 2,5 bar im Ultraschallbetrieb. Die Temperatur der Biomassesuspension beträgt zwischen 33°C und 55°C. Eine typische Biomassesuspension enthält ca. 5 Masse-% bis maximal 12 Masse-% Trockensubstanz.The control unit not shown detects next to the volume flow meter 9 Volume flow provided also temperature and pressure of the biomass suspension, as well as that of the ultrasonic reactor 8th introduced sound power and the temperature of the oscillating structures. The operating pressure of the system is a maximum of 2.5 bar in ultrasonic mode. The temperature of the biomass suspension is between 33 ° C and 55 ° C. A typical biomass suspension contains about 5% by mass to a maximum of 12% by mass of dry matter.

Die erfindungsgemäße Ultraschallbehandlungsvorrichtung wird vorzugsweise zwischen dem Fermenter und dem Nachgärer der Biogasanlage angeordnet, wobei die Förderrichtung der Biomassesuspension entweder vom Fermenter zum Nachgärer oder in umgekehrter Richtung erfolgen kann. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße Ultraschallbehandlungsvorrichtung so anzuschließen, dass Biomassesuspension aus dem Fermenter entnommen und in diesen zurückgeleitet wird. Ebenso möglich ist eine Einbindung der Ultraschallbehandlungsvorrichtung derart, dass Biomassesuspension aus dem Nachgärer entnommen und in diesen zurückgeleitet wird.The ultrasonic treatment device according to the invention is preferably arranged between the fermenter and the post-fermenter of the biogas plant, wherein the conveying direction of the biomass suspension can take place either from the fermenter to the post-fermenter or in the opposite direction. But it is also possible to connect the ultrasonic treatment device according to the invention so that biomass suspension is removed from the fermenter and returned to it. Also possible is an integration of the ultrasonic treatment device such that biomass suspension is removed from the post-fermenter and fed back into it.

In 2 erkennt man den Ultraschallreaktor 8, der fünf Kavitationskammern 12 bis 16 aufweist, die vertikal übereinander gestapelt angeordnet sind. Jede Kavitationskammer hat einen ersten Endbereich 17, in welchem eine Spüllanze 18 angeordnet ist, und einen dem ersten Endbereich 17 entgegengesetzten zweiten Endbereich 19, in welchem jeweils ein Ultraschallschwinger 20 angeordnet ist. Die jeweiligen Spüllanzen 18 liegen daher den jeweils zugehörigen Ultraschallschwingern 20 immer direkt gegenüber, sodass die aus dem Spüllanzen 18 austretende Spülflüssigkeit 21 (3 bis 5) geradeaus strömen und dem direkt gegenüberliegenden Ultraschallschwinger treffen kann, um diesen von Verunreinigungen zu befreien.In 2 you recognize the ultrasonic reactor 8th , the five cavitation chambers 12 to 16 has, which are arranged vertically stacked. Each cavitation chamber has a first end region 17 in which a Spüllanze 18 is arranged, and a the first end 17 opposite second end region 19 , in each of which an ultrasonic transducer 20 is arranged. The respective flushing lances 18 are therefore the respective associated ultrasonic vibrators 20 always directly opposite, so that from the Spüllanzen 18 leaking rinsing liquid 21 ( 3 to 5 ) can flow straight ahead and hit the directly opposite ultrasonic vibrator to rid it of impurities.

Die Biomassesuspension tritt durch eine Eintrittsöffnung 22 im ersten Endbereich 17 der untersten Kavitationskammer 12 in diese ein, läuft horizontal durch die erste Kavitationskammer 12 in Volumenstromrichtung 23 nach rechts bis zum zweiten Endbereich 19 der Kavitationskammer 12, wo eine Übertrittsöffnung 24 zur nächsthöheren Kavitationskammer 13 angeordnet ist. Die Biomassesuspension tritt durch die Übertrittsöffnung 24 in den ersten Endbereich 17 der Kavitationskammer 13 ein, wobei sich die Volumenstromrichtung 23 umkehrt, sodass die Biomassesuspension durch die Kavitationskammer 13 in horizontaler Richtung nach links bis zum zweiten Endbereich 19 der Kavitationskammer 13 fließt, wo wiederum eine Übertrittsöffnung 24 zur nächst höher gelegenen Kavitationskammer 14 angeordnet ist. Auf diese Weise gelangt die Biomassesuspension bis in die oberste Kavitationskammer 16, in deren zweiten Endbereich 19 eine Austrittsöffnung 25 angeordnet ist, durch die die Biomassesuspension aus dem Ultraschallreaktor 8 austritt, nachdem sie mäanderförmig von unten nach oben durch den Ultraschallreaktor 8 durchgeströmt ist. Die Kavitationskammern 12 bis 16 sind also in Volumenstromrichtung 23 so gesehen in Reihe angeordnet, sodass die Biomassesuspension nacheinander durch alle Kavitationskammern 12 bis 16 hindurch fließt. Dabei sind die Ultraschallschwinger 20 jeweils im zweiten Endbereich 19 jeder Kavitationskammer 12 bis 16 angeordnet, sodass die Volumenstromrichtung 23 stets von der jeweiligen Spüllanze 18 weggerichtet und auf den jeweiligen Ultraschallschwinger zu ausgerichtet ist. The biomass suspension passes through an inlet 22 in the first end area 17 the lowest cavitation chamber 12 into this, runs horizontally through the first cavitation chamber 12 in the flow direction 23 right to the second end area 19 the cavitation chamber 12 where a transfer opening 24 to the next highest cavitation chamber 13 is arranged. The biomass suspension passes through the transfer opening 24 in the first end area 17 the cavitation chamber 13 a, wherein the flow direction 23 reversed so that the biomass suspension through the cavitation chamber 13 in a horizontal direction to the left to the second end area 19 the cavitation chamber 13 flows where again a transfer opening 24 to the next higher cavitation chamber 14 is arranged. In this way, the biomass suspension reaches into the uppermost cavitation chamber 16 , in its second end area 19 an outlet opening 25 is arranged, through which the biomass suspension from the ultrasonic reactor 8th exits after meandering from bottom to top through the ultrasonic reactor 8th has flowed through. The cavitation chambers 12 to 16 So are in the flow direction 23 arranged in series, so that the biomass suspension successively through all Kavitationskammern 12 to 16 flows through it. These are the ultrasonic vibrators 20 each in the second end region 19 every cavitation chamber 12 to 16 arranged so that the flow direction 23 always from the respective spill lance 18 directed away and aligned with the respective ultrasonic transducer.

Der Ultraschallreaktor 8 ist im zweiten Endbereich 19 der untersten Kavitationskammer 12 mit einer Auslassöffnung 26 für die Spülflüssigkeit 21 ausgestattet, wobei etwas oberhalb der Auslassöffnung 26 ein Sedimentationsraum 27 ausgebildet ist. Des Weiteren sind die Eintrittsöffnung 22 mit einem Ventil 28, die Austrittsöffnung 25 mit einem Ventil 29 und die Auslassöffnung 26 mit einem Ventil 30 versehen. Auch der Zutritt von Spülflüssigkeit 21 zu den Spüllanzen 18 kann durch Ventile 31 gesteuert werden. Sämtliche Ventile 28 bis 31 haben eine elektromechanische oder pneumatische Betätigung, die von der nicht gezeigten Steuereinheit gesteuert werden kann, um eine automatische Spülung des Ultraschallreaktors 8 programmgesteuert vorzunehmen.The ultrasonic reactor 8th is in the second end area 19 the lowest cavitation chamber 12 with an outlet opening 26 for the rinsing liquid 21 equipped, being slightly above the outlet opening 26 a sedimentation room 27 is trained. Furthermore, the entrance opening 22 with a valve 28 , the exit opening 25 with a valve 29 and the outlet opening 26 with a valve 30 Mistake. Also the access of rinsing liquid 21 to the flushing lances 18 can through valves 31 to be controlled. All valves 28 to 31 have an electromechanical or pneumatic actuation, which can be controlled by the control unit, not shown, to an automatic flushing of the ultrasonic reactor 8th programmatically.

Die Spülung kann entweder im Gleichstrom, oder im Gegenstrom zur Volumenstromrichtung 23 der Biomassesuspension erfolgen. Bei der Spülung im Gleichstrom werden die Ventile 28 und 30 geschlossen und die Ventile 31 geöffnet. Die durch die Spüllanzen 18 eintretende Spülflüssigkeit kann daher nur durch die Austrittsöffnung 25, deren Ventil 29 geöffnet ist, austreten. Dabei werden Reste der Biomassesuspension und insbesondere auf den Ultraschallschwingern 20 festsitzende Ablagerungen gelöst und weggespült.The purge can be either DC, or countercurrent to the flow direction 23 the biomass suspension take place. When flushing in DC, the valves are 28 and 30 closed and the valves 31 open. The by the Spüllanzen 18 entering rinsing liquid can therefore only through the outlet opening 25 whose valve 29 is open, exit. This will residues of Biomassesuspension and in particular on the ultrasonic vibrators 20 fixed deposits dissolved and washed away.

Bei der Spülung im Gegenstrom wird das Ventil 28 der Eintrittsöffnung und das Ventil 29 der Austrittsöffnung geschlossen, während das Ventil 30 der Auslassöffnung 26 und die Ventile 31 der Spüllanzen 18 geöffnet werden. Die Spülflüssigkeit kann daher nur durch die Auslassöffnung 26 aus dem Ultraschallreaktor 8 hinausgelangen. Die aus den Spüllanzen 18 austretende Spülflüssigkeit 21 wird daher entgegen der Volumenstromrichtung 23 von oben nach unten mäanderförmig durch den Ultraschallreaktor 8 geleitet, bis sie durch die Auslassöffnung 26 austritt. Dabei wird auch gleichzeitig der Sedimentationsraum 27 von angesammelten Sedimenten gereinigt. When flushing in countercurrent, the valve 28 the inlet opening and the valve 29 the outlet closed while the valve 30 the outlet opening 26 and the valves 31 the flushing lances 18 be opened. The rinsing liquid can therefore only through the outlet opening 26 from the ultrasonic reactor 8th beyond reach. The from the Spüllanzen 18 leaking rinsing liquid 21 is therefore contrary to the flow direction 23 meandering from top to bottom through the ultrasonic reactor 8th passed it through the outlet opening 26 exit. At the same time, the sedimentation space also becomes 27 cleaned from accumulated sediments.

Die Spülung des Ultraschallreaktors 8 kann auch so erfolgen, dass die Ventile 28 und 29 geschlossen und die Ventile 30 und 47 geöffnet werden, Die Spülflüssigkeit 21 wird entgegen der Volumenstromrichtung 23 von oben nach unten mäanderförmig durch den Ultraschallreaktor 8 geleitet, bis sie durch die Auslassöffnung 26 austritt Dadurch werden die Reaktorkammern 12 bis 16 vorgereinigt. Ventil 47 wird geschlossen und Ventil 46 geöffnet. Die im Ultraschallreaktor 8 befindliche Spülflüssigkeit 21 fließt über die Auslassöffnung 26 und die Spülwasserableitung 44 ab. Ventil 46 wird geschlossen, während die Ventile 31 der Spüllanzen 18 geöffnet werden. Die Spülflüssigkeit 21 kann so im leeren Ultraschallreaktor 8 mit einem Druck bis zu 5 bar ungehindert mit hoher Reinigungswirkung auf die Ultraschallschwinger 20 treffen. The rinsing of the ultrasonic reactor 8th can also be done so that the valves 28 and 29 closed and the valves 30 and 47 to be opened, the rinsing liquid 21 is contrary to the flow direction 23 meandering from top to bottom through the ultrasonic reactor 8th passed it through the outlet opening 26 This will make the reactor chambers 12 to 16 pre-cleaned. Valve 47 is closed and valve 46 open. The in the ultrasonic reactor 8th located rinsing liquid 21 flows over the outlet opening 26 and the rinse water drainage 44 from. Valve 46 is closed while the valves 31 the flushing lances 18 be opened. The rinsing liquid 21 so can in the empty ultrasonic reactor 8th with a pressure up to 5 bar unhindered with a high cleaning effect on the ultrasonic transducer 20 to meet.

Die Spülung kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgen, oder bedarfsweise, wenn festgestellt wurde, dass der Ultraschalleintrag oder der Durchsatz von Biomassesuspension ungenügend ist. Diese Bedingungen können auch durch entsprechend anzuordnende geeignete Sensoren, die an die Steuervorrichtung angeschlossen sind, von der Steuervorrichtung automatisch erkannt werden, um dann einen entsprechenden Spülvorgang einzuleiten. Rinsing may be at regular intervals, or as needed, if it has been determined that the ultrasound load or throughput of biomass suspension is insufficient. These conditions can also be detected automatically by suitable sensors to be arranged correspondingly, which are connected to the control device, by the control device, in order then to initiate a corresponding flushing process.

Wie man am besten in den 6 und 7 erkennt, ragen die Spüllanzen 18 durch seitliche Montageöffnungen 32 der Außenwand 33 der Kavitationskammern 12 bis 16 hindurch nach innen. Die Spüllanzen 18 sind an der Außenwand 33 durch geeignete Mittel lösbar und flüssigkeitsdicht befestigt. Diese Mittel können, wie in 6, aus einem an die Außenwand 33 angeschweißten Rohrstutzen 37 mit Außengewinde bestehen, auf den eine druckdichte Verschraubung 38 mit Klemmring 39 aufgeschraubt ist. How to best in the 6 and 7 recognizes, the Spüllanzen protrude 18 through lateral mounting holes 32 the outer wall 33 the cavitation chambers 12 to 16 through inside. The flushing lances 18 are on the outside wall 33 attached by suitable means releasably and liquid-tight. These remedies can, as in 6 , from one to the outer wall 33 welded pipe socket 37 with external thread on which a pressure-tight screw connection 38 with clamping ring 39 is screwed on.

Eine andere Befestigungsart ist in 7 gezeigt. Hier ist eine erste Metallplatte 40 an die Außenwand 33 angeschweißt, während eine zweite Metallplatte 41 an die Spüllanze 18 angeschweißt ist. Zwischen den Metallplatten 40, 41 ist eine plattenförmige Dichtung 42 angeordnet. Die Spüllanze 18 ragt durch entsprechende Öffnungen der Metallplatten 40, 41 und der Dichtung 42 hindurch. Die Metallplatten 40, 41 werden dann miteinander verschraubt, um die Spüllanze 18 fest und flüssigkeitsdicht mit der Außenwand 33 zu verbinden. Die Verschraubung ist durch die Striche 45 angedeutet. Another type of attachment is in 7 shown. Here is a first metal plate 40 to the outside wall 33 welded, while a second metal plate 41 to the Spüllanze 18 is welded. Between the metal plates 40 . 41 is a plate-shaped seal 42 arranged. The spill lance 18 protrudes through corresponding openings of the metal plates 40 . 41 and the seal 42 therethrough. The metal plates 40 . 41 are then bolted together to the sputtering lance 18 firm and liquid-tight with the outer wall 33 connect to. The screw connection is through the bars 45 indicated.

Wie man am besten in den 3 bis 5 erkennt, sind die Spüllanzen 18 wahlweise mit auswechselbaren Austrittsdüsen 34 bis 36 versehen, die je nach gewünschter Sprührichtung und räumlicher Verteilung der Spülflüssigkeit 21 unterschiedlich ausgestaltet sind. Die in 3a/b gezeigte Austrittsdüse 34 dient zur Erzeugung eines symmetrisch zur Längsachse der Spüllanze verlaufenden Strahles, der je nach den Erfordernissen einen mehr oder weniger breiten Flächenstrahl ergibt, der im Extremfall auch ein Punktstrahl sein kann. 4a/b zeigt eine Spüllanze 18 mit einer Austrittsdüse 35, die eine rechteckige bis spaltförmige Austrittsöffnung aufweist und damit einen breiten Schwallstrahl erzeugt. 5a/b zeigt eine Spüllanze 18 mit einer Austrittsdüse 36, die mehrere kleine Löcher für den Austritt der Spülflüssigkeit 21 aufweist, die etwa wie bei einem Duschkopf angeordnet sind. Zusätzlich ist die Austrittsfläche 43 der Austrittsdüse 36 schräg zur Längsachse der Spüllanze 18 angeordnet, sodass auch der aus der Austrittsdüse 36 austretende Flüssigkeitsstrahl unsymmetrisch zu einer Seite hin geneigt ist.How to best in the 3 to 5 recognizes, are the Spüllanzen 18 optionally with exchangeable outlet nozzles 34 to 36 provided, depending on the desired spray direction and spatial distribution of the rinsing liquid 21 are designed differently. In the 3a / b shown outlet nozzle 34 serves to produce a beam extending symmetrically to the longitudinal axis of the Spüllanze, which results in a more or less wide surface beam depending on the requirements, which can be a spot beam in extreme cases. 4a / b shows a spill lance 18 with an outlet nozzle 35 , which has a rectangular to gap-shaped outlet opening and thus generates a wide surge jet. 5a / b shows a spill lance 18 with an outlet nozzle 36 which has several small holes for the exit of the rinsing fluid 21 has, which are arranged approximately as a shower head. In addition, the exit surface 43 the outlet nozzle 36 obliquely to the longitudinal axis of the Spüllanze 18 arranged, so that also from the outlet nozzle 36 Emerging fluid jet is asymmetrically inclined to one side.

Mit der erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung lässt sich die Effektivität von Biogasanlagen erheblich verbessern. Typischerweise wird die Biogasausbeute um 10% bis 15% gesteigert. Zudem wird der Methangehalt im Biogas gesteigert, beispielsweise von 50% auf 53%, wodurch sich der Brennwert des Biogases verbessert. Die Biogasanlage kann aber bei vorgegebener beschränkter Biogasmenge auch im gleichen Maße wirtschaftlicher betrieben werden, indem man die Fütterung reduziert. Praktische Versuche mit der erfindungsgemäßen Ultraschallbehandlungsvorrichtung haben ergeben, dass der Energieverbrauch der Vorrichtung für den Betrieb ihrer Komponenten, insbesondere des Ultraschallreaktors, des Nasszerkleinerers und der Suspensionspumpe, durch die zusätzlich gewonnene Energie infolge Effizienzsteigerung der Biogasanlage um das fünffache übertroffen wird.With the ultrasonic treatment device according to the invention, the effectiveness of biogas plants can be significantly improved. Typically, the biogas yield is increased by 10% to 15%. In addition, the methane content in the biogas is increased, for example, from 50% to 53%, which improves the calorific value of the biogas. However, the biogas plant can also be operated more economically with the given limited amount of biogas by reducing the feeding. Practical experiments with the ultrasonic treatment device according to the invention have shown that the energy consumption of the device for the operation of their components, in particular the ultrasonic reactor, the wet macerator and the suspension pump is exceeded by the additional energy gained by efficiency increase of the biogas plant by five times.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Nasszerkleinerer Wet screenings disintegrator
22: Suspensionspumpe suspension pump
33: Biomasseleitung biomass line
44: Biomasseleitung biomass line
55: Biomasseleitung biomass line
66: Biomasseleitung biomass line
77: Biomasseleitung biomass line
88th: Ultraschallreaktor ultrasonic reactor
99: Volumenstrommessgerät Flow Meter
1010: Spülwasserzuleitung Spülwasserzuleitung
1111: Rahmenkonstruktion/Container Frame structure / container
1212: Kavitationskammer cavitation chamber
1313: Kavitationskammer cavitation chamber
1414: Kavitationskammer cavitation chamber
1515: Kavitationskammer cavitation chamber
1616: Kavitationskammer cavitation chamber
1717: erster Endbereich first end area
1818: Spüllanze flushing lance
1919: zweiter Endbereich second end area
2020: Ultraschallschwinger ultrasonic vibrator
2121: Spülflüssigkeit rinse
2222: Eintrittsöffnung inlet opening
2323: Volumenstromrichtung Flow direction
2424: Übertrittsöffnung Transfer opening
2525: Austrittsöffnung outlet opening
2626: Auslassöffnung outlet
2727: Sedimentationsraum sedimentation
2828: Ventil Valve
2929: Ventil Valve
3030: Ventil Valve
3131: Ventil Valve
3232: Montageöffnung mounting hole
3333: Außenwand outer wall
3434: Austrittsdüse exhaust nozzle
3535: Austrittsdüse exhaust nozzle
3636: Austrittsdüse exhaust nozzle
3737: Rohrstutzen pipe socket
3838: Verschraubung screw
3939: Klemmring clamping ring
4040: Metallplatte metal plate
4141: Metallplatte metal plate
4242: Dichtung poetry
4343: Austrittsfläche exit area
4444: Spülwasserableitung Spülwasserableitung
4545: Strich / Verschraubung Dash / screw connection
4646: Ventil Valve
4747: Ventil Valve
4848: Belüftungsleitung vent line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10394301 B4 [0002]

Claims

Ultrasonic treatment device for biogas plants with a wet macerator ( 1 ) for comminuting fibers and solid particles in the biomass suspension, with a suspension pump ( 2 ) for conveying a biomass suspension through the treatment device, with a volume flow downstream of the wet comminutor ( 1 ) and the suspension pump ( 2 ) ultrasonic reactor ( 8th ) for the ultrasonic treatment, which of the biomass suspension successively flowed through cavitation chambers ( 12 to 16 ), which are equipped with ultrasonic vibrators ( 20 ), and with a volumetric flow meter ( 9 ) for the measurement of the volume flow of the biomass suspension, characterized in that at least one or preferably each of the cavitation chambers ( 12 to 16 ) with a Spüllanze ( 18 ) for removing biomass deposits on the ultrasonic vibrators ( 20 ) is provided.

Device according to claim 1, characterized in that your components ( 1 to 19 ) by means of an open frame construction ( 11 ) are connected together to form a modular unit which can be set up inside buildings and connected to a biogas plant.

Device according to claim 1, characterized in that its components ( 1 to 10 ) in a container ( 11 ), preferably in a standard 10 'container, arranged and connected to a modular unit that can be set up outdoors and connected to a biogas plant.

Device according to claim 3, characterized in that the container ( 11 ) is additionally equipped with a standard door for easy access by operators.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the suspension pump ( 2 ) is designed for a significantly higher volume flow than is demanded in normal operation of the device.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the suspension pump ( 2 ) is designed for a volume flow of more than 4m ³ / h, but is operated in the normal operation of the device in the range between 0.6 m ³ / h and 2m ³ / h.

Ultrasonic reactor for ultrasound treatment of biomass suspensions in biogas plants, several of them with ultrasonic vibrators ( 20 ) provided cavitation chambers ( 12 to 16 ), which in the flow direction ( 23 ) of the biomass are arranged in series, characterized in that at least one or preferably each of the cavitation chambers ( 12 to 16 ) at least one spill lance ( 18 ), whose outlet nozzle ( 34 to 36 ) is designed such that the rinsing liquid ( 21 ) when rinsing on an ultrasonic transducer ( 20 ) meets.

Ultrasonic reactor according to claim 7, characterized in that the cavitation chambers ( 12 to 16 ) are stacked substantially vertically stacked and alternately at opposite end portions ( 17 . 19 ) arranged transfer openings ( 24 ) are interconnected so that the biomass suspension through a in a first end region ( 17 ) of the lowest cavitation chamber ( 12 ) arranged inlet opening ( 22 ), their volume flow ( 23 ) initially substantially horizontally to the opposite second end region ( 19 ), there by a transfer opening ( 24 ) up into the adjacent higher cavitation chamber ( 13 ) in order to meander from there the entire ultrasonic reactor ( 8th ) until it flows from one in a second end region ( 19 ) of the uppermost cavitation chamber ( 16 ) arranged outlet opening ( 25 ) exit.

Ultrasonic reactor according to claim 8, characterized in that in each case an ultrasonic oscillator ( 20 ) in the end region ( 19 ) of each cavitation chamber ( 12 to 16 ) is arranged, in which the biomass suspension up through the transfer opening ( 24 ) emerges, that in each case a Spüllanze ( 18 ) in the respective opposite end region ( 17 ) and the respective ultrasonic oscillator ( 20 ) is arranged opposite and that in the region of the outlet opening ( 25 ) in front of the valve ( 29 ) into the biomass pipeline ( 6 ) a Spülwasserzuleitung ( 10 ) and a ventilation duct ( 48 ) opens.

Ultrasonic reactor according to one of claims 7 to 9, characterized in that it is arranged on its underside in one of the inlet openings ( 22 ) for the biomass opposite end region ( 19 ) with an outlet opening ( 26 ) for the rinsing liquid ( 21 ) is provided.

Ultrasonic reactor according to claim 10, characterized in that it is in the region of the outlet opening ( 26 ) for the rinsing liquid ( 21 ) a sedimentation space ( 27 ) having.

Ultrasonic reactor according to one of claims 7 to 11, characterized in that the inlet opening ( 22 ) and the exit opening ( 25 ) for the biomass suspension, the outlet ( 26 ) for the rinsing liquid ( 21 ) and rinse water supply lines ( 10 ) for the ultrasonic reactor ( 8th ) and the flushing lances ( 18 ) as well as the ventilation line ( 48 ) in the region of the outlet opening ( 25 ) by means of electromechanically or pneumatically switchable valves ( 28 to 31 . 46 . 47 ) are closable and that a control device is provided which the valves ( 28 to 31 . 46 . 47 ) for interrupting the biomass flow and for automatic rinsing of the ultrasonic reactor ( 8th ) programmatically.

Ultrasonic reactor according to one of claims 7 to 12, characterized in that the flushing lances ( 18 ) through lateral mounting openings ( 32 ) of the outer walls ( 33 ) of the cavitation chambers ( 12 to 16 ) protrude inwards and are detachably and liquid-tightly fastened.

Ultrasonic reactor according to one of claims 7 to 13, characterized in that the flushing lances ( 18 ) with interchangeable outlet nozzles ( 34 to 36 ) are provided, depending on the desired spray direction and spatial distribution of the rinsing liquid ( 21 ) are designed differently.