DE202008011419U1

DE202008011419U1 - Substratmischvorrichtung mit Rührspindel für Biogasreaktoren

Info

Publication number: DE202008011419U1
Application number: DE200820011419
Authority: DE
Original assignee: Sommer Guenter Dipl-Ing
Current assignee: Sommer Guenter Dipl-Ing
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2018-05-24

Abstract

Substratmischvorrichtungen mit hydraulischem Antriebsmotor und Planetengetriebe, sowie ungleichmäßig schraubenförmig um die Spindelachse gewundener Rührspindel aus poliertem VA-Rohr mit epileptischem Querschnitt zur vertikalen mechanischen Durchmischung biogener Feststoffe mit Prozessflüssigkeit in Rührkesselfermenter von Biogasproduktionsanlagen.(1 + 2)
Besonders dadurch gekennzeichnet:
– dass die komplette Mischvorrichtung innerhalb vertikalen, gasdichten Kesseln mit unterschiedlichen Grundflächen installiert werden kann,
– die unregelmäßig gewundene Rührspindel durch „kneten" die Homogenisierung einer im Verhältnis hohen Befrachtung biogener Feststoffe mit Prozessflüssigkeit auch bei geringer Drehzahl ermöglicht,
– die Rührspindel im Zusammenhang mit dem hydraulischen Planetenantrieb durch Art der Rotation sowohl Schwimmschichten aufbricht, als auch ausgewaschene sich absetzende Sedimente über den Kesselboden zum Sedimente-Austrag befördert,
– die ungleichmäßigen schraubenförmigen Windungen der Rührspindel eine im Verhältnis zur Viskosität des Mischgutes energiesparende Homogenisierung ermöglichen,
– die Funktionsfähigkeit sowohl in mesophil als auch thermophil betriebenen Kesseln von Biogasanlagen gewährleistet ist.

Description

Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Rühr-/Knetvorrichtung mit Rührspindel zur Durchmischung der Fest-/Flüssigfraktion – Biomasse/Prozesswasser – in der Vorgrube bzw. Hydrolyse-Kammer mehrstufiger Biogasreaktoren.
Diese Rühr-/Knetvorrichtung ist insbesondere für die optimale Durchmischung in mehrstufigen Biogasanlagen mit hohem faserhaltigem Feststoffeintrag (TM Beaufschlagung ≥ 50%) und dementsprechend hoher Mediumdichte und Kesselvolumen bis 500 m³ entwickelt worden.
Die Rührspindel an sich besteht aus einem polierten VA-Rohr mit elliptischem Querschnitt und ist ungleichmäßig spindelförmig um die Spindelachse gewunden.
Windungen und Wandstärke des VA-Rohres sind jeweils entsprechend dem Massegewicht und der Fließfähigkeit des Mischgutes angepasst. Spindel-Wechselsysteme sind möglich.
Die Windungen der Spindel beginnen zur Auflösung von Schwimmschichten oberhalb des Substrates und enden ca- 25 cm über dem Kesselboden.
Die Spindel ist wird über ein angeflanschtes Planetengetriebe von einem Hydraulikmotor angetrieben. Das Antriebsaggregat ist zentral in der Mitte des jeweiligen Kessels, in welchem der Mischvorgang durchgeführt wird, angeordnet. (2) Dabei sind runde, quadratische und gleichmäßig mehreckige Rührkessel zur Installation dieses Mischsystems geeignet.
Die von den Kesselwänden gestützte Tragkonstruktion des Rührwerkes ist, da sie wie das Antriebsaggregat an sich innerhalb des geschlossenen Kessels oberhalb des zu mischenden Füllgutes installiert.
Die Rotationsgeschwindigkeit und Drehrichtung der Spindel als auch die Taktung ist regelbar.
Durch das Planetengetriebe dreht sich die Rührspindel leicht abgewinkelt um die Antriebsachse des Hydraulikmotors-Außenradius der Spindeldrehung max. im Kesselwandabstand von 25 cm. Gleichzeitig erfolgt die Drehung um die eigene Spindelachse. (1)
Damit wird die optimale Durchmischung des Substrates erreicht. Zu Beginn des Mischvorganges nach Beschickung des Rührkessels wird die Füllmasse „geknetet". Bei im Zusammenhang mit fortschreitendem Mischprozess stehende Substratverwässerung (Hydrolyse), wird das Mischgut in Abhängigkeit der Motordrehzahl gerührt. Die Spindel kann durch Antriebssteuerung rechts oder links drehen. Das ist nötigenfalls zur Auflösung etwaiger Zopfbildung von Vorteil.
Durch die Windungen der Spindel und die Art der Rotation schraubt sich diese kraft- und energiesparend durch das Mischgut. Die Spitzenanfahr- und Drehmomentbelastung ist gegenüber anderen Mischsystemen gering, verringert Scherkräfte und wird vom hydraulischen Antrieb problemlos bewältigt.
Durch die Rotation auf dem Kesselboden entstehende Strömung wird das aus dem Mischgut gewaschene, sich absetzende Sediment über den Kesselboden getrieben und kann somit in einer Grube oder Querrinne mit Sedimentaustragvorrichtung befördert werden.
Die Größe der Rührspindel mit Planetenantrieb richtet sich nach der jeweiligen Kesselgröße. Bis zu einem Feststofffermenter-Durchmesser von 10 bis 12 m, beträgt das Verhältnis Spindelradius./.Reaktordurchmesser = 1:4.
Vorteile:
Durch den Einsatz des vorbeschriebenen Substratmischsystems mit Rührspindeln ist nunmehr auch eine sogenannte Feststofffermentation in Rührkesselreaktoren im mesophielen als auch thermophielen, vollautomatisiertem Betrieb mit quasiKontinuierlichem Substrateintrag oder im Batch-Verfähren für die Biogaserzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen (NAWARO) mit oder ohne Co-Substraten als auch in der Bio-Abfallaufbereitung bei verringetem Energieaufwand möglich.
Stand der Technik
Der Inhalt des Bio-Gasreaktors muss gründlich, aber zugleich schonend durchmischt werden. Das Mischen ist aus verschiedenen Gründen notwendig. Es dient dazu, die Konzentrationsunterschiede an verschiedenen Stellen im Reaktor auszugleichen und Temperaturdifferenzen zu vermeiden. Eine optimal abgestimmte Durchmischung bildet damit eine wichtige Voraussetzung für eine gleichmäßige Biogasproduktion.
Es haben sich verschiedene mechanische Mischsysteme herausgebildet:

– sehr langsam laufende Rührwerke, die mit an Achsen befestigten Armen oder Paddeln die vornehmlich liegende Biogasfermenter durchmischen,
– mittelschnelle Rührer mit gewundenen Rotorblättern im Intervallbetrieb
– schnelle, intensiv wirkende Rührsysteme, Flügelschrauben mit Tauchmotoren die getaktet geschaltet werden.

Bekannte Rührwerkssysteme für Biogasreaktoren
Bei Nassfermentation:
Propeller- und vergleichbare Rührwerke werden in Biogasreaktoren, welche im Nassverfahren arbeiten, und deren System die vollständige Durchmischung verlangt, eingebaut.
Bei Form, Anzahl, Position und Antrieb dieser Rührwerke kommen unterschiedliche Modelle mit elektrischem Antrieb zum Einsatz.
Bei kleinen und mittleren Biogasanlagen im mesophilen Betrieb werden häufig Tauchmotor-Propellerrührwerke installiert.
Beim Stabmixer sitzt der Motor an einem Ende einer längeren Achse, die am anderen Ende einen Rührpropeller unterschiedlicher Größe trägt, die durch neu entwickelte Formen unempfindlicher gegen anhaftende Verschmutzung sind.
Bei größeren Biogasanlagen werden zumeist axiale Rührwerke, die an einer senkrechten Welle angebracht sind, verwendet.
Alle vorgenannten Propeller- oder Paddel-Rührwerke arbeiten in der Nassfermentation aber nur zuverlässig und störungsfrei, wenn das Substrat eine Flüssige bis leicht pastöse Konsistenz aufweist. Die mit Propeller oder Paddel zu erzeugende Strömung erfordert entsprechend leistungsfähige Antriebe. Elektromotoren, die im Reaktor oberhalb des Substrates installiert sind, müssen besonders explosionsgeschützt sein. Für Biogasreaktoren, welche mit der Feststofffermentation arbeiten, das heißt mit einem Eintrag von über 50% Festmasse (TM), eignen sich die bei den unterschiedlichen Verfahren bisher eingesetzten Rührwerke nicht oder nur bedingt. Die Kraftaufwendungen zur Durchmischung der Substrate benötigen zudem verhältnismäßig viel Energie und sind mit elektrischen Antrieben aus Sicherheitsgründen nicht ganz unproblematisch.
Bei Feststofffermentation:
Paddel- und Haspelrührwerke unterschiedlicher Bauart werden ausschließlich in Verbindung mit Biogasreaktoren eingesetzt, die im Pfropfenstrom-Prinzip arbeiten und eine längliche Bauform aufweisen. Dabei geht es nicht so sehr um eine kräftige Durchmischung des Reaktoreninhaltes, sondern soll das Medium in Form eines Pfropfens längs durch den Reaktor fördern und gleichzeitig Konzentrations- und Temperaturunterschiede verhindern. Dazu werden häufig Rührsysteme eingesetzt, die sich um eine in Fließrichtung liegende Achse drehen. An der Achse sind Paddel, Schaufeln und Speichen unterschiedlicher Formen angebracht, die beim Drehen der Achse ein Durchmischen der Flüssigkeit bewirken. Bisherige Feststofffermentationsverfahren arbeiten, bis auf die zuvor beschriebenen liegenden Pfropfenstrom-Fermenter ohne jegliche Durchmischung mit dem Nachteil, dass die 100%ige Kontaktierung zwischen Gärgut und Prozessflüssigkeit nur bedingt stattfinden kann, was sich zum Nachteil der Gasausbeute und der Verweildauer des Substrates im Reaktor auswirkt.

Claims

Substratmischvorrichtungen mit hydraulischem Antriebsmotor und Planetengetriebe, sowie ungleichmäßig schraubenförmig um die Spindelachse gewundener Rührspindel aus poliertem VA-Rohr mit epileptischem Querschnitt zur vertikalen mechanischen Durchmischung biogener Feststoffe mit Prozessflüssigkeit in Rührkesselfermenter von Biogasproduktionsanlagen.(1 + 2) Besonders dadurch gekennzeichnet: – dass die komplette Mischvorrichtung innerhalb vertikalen, gasdichten Kesseln mit unterschiedlichen Grundflächen installiert werden kann, – die unregelmäßig gewundene Rührspindel durch „kneten" die Homogenisierung einer im Verhältnis hohen Befrachtung biogener Feststoffe mit Prozessflüssigkeit auch bei geringer Drehzahl ermöglicht, – die Rührspindel im Zusammenhang mit dem hydraulischen Planetenantrieb durch Art der Rotation sowohl Schwimmschichten aufbricht, als auch ausgewaschene sich absetzende Sedimente über den Kesselboden zum Sedimente-Austrag befördert, – die ungleichmäßigen schraubenförmigen Windungen der Rührspindel eine im Verhältnis zur Viskosität des Mischgutes energiesparende Homogenisierung ermöglichen, – die Funktionsfähigkeit sowohl in mesophil als auch thermophil betriebenen Kesseln von Biogasanlagen gewährleistet ist.
Substratmischvorrichtungen mit zwei gegenläufig rotierenden, gleichmäßig schraubenförmig um die Spindelachse gewunden Rührspindel aus poliertem VA-Rohr mit epileptischem Querschnitt zur vertikalen mechanischen Durchmischung und Entgasung biogener verflüssigter Substrate in Rührkesselfermenter von Biogasproduktionsanlagen mit direktem hydraulischen Antrieb. (3 + 4) Besonders dadurch gekennzeichnet: – dass die komplette Mischvorrichtung innerhalb vertikalen, gasdichten Kesseln mit unterschiedlichen Grundflächen installiert werden kann, – die gegenläufigen regelmäßig gewundenen Rührspindeln eine gute Substrat-Durchmischung mit effektiver Entgasung und Verhinderung der Schwimmschichtbildung ermöglichen, – die Funktionsfähigkeit sowohl in mesophil als auch thermophil betriebenen Kesseln von Biogasanlagen gewährleistet ist.