WO2007110064A1 - Stirring mechanism for fermentation vessel - Google Patents

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WO2007110064A1
WO2007110064A1 PCT/DE2007/000560 DE2007000560W WO2007110064A1 WO 2007110064 A1 WO2007110064 A1 WO 2007110064A1 DE 2007000560 W DE2007000560 W DE 2007000560W WO 2007110064 A1 WO2007110064 A1 WO 2007110064A1
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WO
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fermenter
agitator
shaft
stirring
stirrer
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/000560
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German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Wolf
Original Assignee
Schmack Biogas Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Schmack Biogas Ag filed Critical Schmack Biogas Ag
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/04—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing gas, e.g. biogas
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01C—PLANTING; SOWING; FERTILISING
    • A01C3/00—Treating manure; Manuring
    • A01C3/02—Storage places for manure, e.g. cisterns for liquid manure; Installations for fermenting manure
    • A01C3/026—Storage places for manure, e.g. cisterns for liquid manure; Installations for fermenting manure with mixing or agitating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
    • B01F27/70—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis with paddles, blades or arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/40—Mounting or supporting mixing devices or receptacles; Clamping or holding arrangements therefor
    • B01F35/41—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles
    • B01F35/412—Mounting or supporting stirrer shafts or stirrer units on receptacles by supporting both extremities of the shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/95—Heating or cooling systems using heated or cooled stirrers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C12M27/06—Stirrer or mobile mixing elements with horizontal or inclined stirrer shaft or axis

Definitions

  • the invention relates to a stirrer for introducing mechanical energy in standing arranged fermentation tank.
  • Biogas plants produce 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, i. in the absence of air.
  • the type of organisms is essentially determined by the specific process parameters such as temperature, substrate, pH, etc. As a result, an adaptation of the microorganisms to the respective substrate is achieved, which makes it possible to degrade a variety of organic materials by fermentation.
  • Organic material has a high molecular structure from a chemical point of view, which is degraded in the individual process steps of a biogas plant by metabolic activity of the microorganisms to low molecular weight building blocks.
  • biogas which consists essentially of methane and carbon dioxide
  • inorganic constituents are usually strong lignin inconvenience, woody materials and cellulosic substances.
  • Inorganic constituents are minerals in the form of sand and stones, but also crystallized salts.
  • the reactors are usually thermally insulated and equipped with a heater (external heat exchangers, heating coils on the inner wall, heated agitators or underfloor heating).
  • the reactor is usually equipped with a feed for semi-liquid to liquid materials and a feed screw for solid materials. Fermentors are often equipped with devices for discharging the non-fermentable, settling in the bottom region of organic and inorganic constituents.
  • the task of discharging the fermented substances from the reactor is carried out by a riser submerged in the fermentate, which is designed as an overflow into a further reactor or into a substrate storage.
  • the biogas produced is taken from a so-called gas dome and sent for recovery.
  • Heating cables should be designed to be particularly stable.
  • the agitators in biogas plants should prevent the formation of stable floating and sinking layers.
  • the movement introduced by the agitators ensures a thermal and material balance in the fermenter.
  • freshly introduced substrate is decomposed significantly faster by mixing with bacteria-rich, angegorenem substrate than without this inoculation.
  • the thermal compensation falling within the scope of the agitators is essential for the establishment of favorable living conditions for the bacteria in the entire fermenter, whereby an optimal fermentation process can be achieved. Numerous methods and devices for controlling the temperature and mixing of the substrate in fermenters can be found in the prior art.
  • the stirring blades in the described horizontal fermenters extend through the entire fermenter radius.
  • the long lever resulting in common fermenter dimensions causes high torque loads on all components of the agitator.
  • the speeds achieved under these conditions are low.
  • the voltage applied to the stirring blade overflow velocity of the substrate is also low.
  • such stirring blades are often overgrown with thick biofilms, which further increase the mechanical load on the agitator, whereby energy consumption and Havarierisiko continue to rise.
  • submersible mixers are used. Problematic are v.a. the permanent encapsulation of the drive against the substrate and the associated with the usually small rotor dimensions cavitation. So only relatively little mechanical energy can be entered per submersible mixer.
  • Submersible mixers are in biogas plants at best as additional agitator or for the interconnection of several submersible mixers.
  • stirrer shaft usually carries two to three trapezoidal beveled rectangular plate pairs as stirring blades. The obliquely from the top to the bottom inside pointing agitator causes both substrate mixing in the horizontal direction and in the radial and circumpolar direction.
  • the standing Rundfermenter are typically heated with ring or helical heating cables attached to the walls or at the bottom.
  • the system for fermenter heating described in DE 203 00 794 U1 simplifies the cumbersome attachment of heating cables in Rundfermentern.
  • the fundamental susceptibility of such heating systems to vegetation with the negative consequences already described, however, can not be completely overcome despite the increased compared to conventional Schumachersbefest Trentssystemen distance of the lines to the wall.
  • DE 10 2004 027 077 A1 discloses a system for introducing mechanical and thermal energy into stationary fermentation vessels. In this case, a sufficient amount of heat for the supply of heat to a fermenter is transported without additional heating device by means of a stirrer in the fermenter. These agitators are easy to install, low maintenance and they are remain free of fouling by thick biofilms even when used for long periods of time, so that their function as a stirrer is not impaired.
  • the agitator shaft of the systems described in DE 10 2004 027 077 A1 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, low to medium viscous media produce very good substrate mixes with low energy requirements.
  • the substrate changes from a thin, coarse matrix containing solid particles in agricultural biogas plants via a relatively heterogeneous dispersion with limited mobility in mixed agricultural / NaWaRo plants to foamy, homogeneous slurry substrates in pure NaWaRo plants.
  • new stirring concepts are needed.
  • the invention as characterized in the claims, is based on the object, a device for introduction of mechanical energy in fermentation vessels, which avoids the disadvantages of the prior art.
  • the present invention provides an agitator for introducing mechanical energy into standing fermentation vessels.
  • the agitator comprises at least one drive, a wall-side stirrer shaft bearing fastened to the wall of the fermentation vessel, a fermenter-side stirrer shaft bearing supporting at least one support at the bottom of the fermentation vessel, and at least one stirrer shaft having at least one stirrer blade attached to the stirrer shaft.
  • the agitator shaft extends parallel to the bottom of the fermentation tank from the wall of the fermentation tank in the direction of the main axis of the fermentation tank.
  • the agitator according to the invention By means of the agitator according to the invention, a sufficient amount of mechanical energy can be introduced into standing fermentation vessels.
  • highly viscous substrates can be stirred sufficiently. Due to the relatively high overflow velocities of the substrate on the stirring blades, the stirrers according to the invention remain as far as free from fouling by thick biofilms that their function as agitator is not affected even with prolonged use.
  • the agitator according to the invention ensures effective mixing of the substrate in round fermenters.
  • the training is the operation of disturbing, stable swimming and sinking layers effectively counteracted.
  • the release of the substrate in the form of bubbles bound biogas is supported.
  • a plurality of stirring blades are attached to the stirring shaft, in particular 2, 3, 4, 5, 6 or more stirring blades.
  • the stirring blades are preferably offset along the Rhackwellenachse offset radially to the outside pointing to the agitator shaft.
  • stirring blades are fastened to the stirring shaft at different circumferential angles.
  • the term "circumferential angle” designates the angle which a stirring blade and any desired radially extending from the agitator shaft to the outside reference axis to each other.
  • the individual stirring blades are offset by equal fractions of 360 ° of the circumferential angle to each other attached to the agitator shaft. If, for example, four stirring blades are attached to a stirring shaft, then adjacent stirring blades each enclose an angle of 90 ° to one another. In the case of 5 stirring blades, the angle is 72 °.
  • the stirring blades each comprise two side parts and at least one bridge profile, wherein the two side parts are interconnected by the bridge profile.
  • the side parts of the stirring blades are perpendicular from the stirring shaft.
  • the agitator is a heated agitator.
  • thermal energy can also be introduced into the substrate.
  • Heating device sufficient for the heat supply of a fermenter
  • Amount of heat to be transported in the fermenter is sufficiently supplied with thermal energy.
  • the heatable stirrer shaft is a double-walled pipe system, wherein a plastic pipe is used as the inner tube, which is connected to the flow of a heat-transporting medium.
  • the plastic pipe ends in the vicinity of the fermenter side stirring shaft bearing.
  • the outer tube is a metal tube
  • Heat transporting medium forms. This results in a further improved heat input into the substrate, by attaching
  • the stirring blades can be advantageously attached to the rectifierchen in this case.
  • the present invention also includes a biomass fermenter equipped with at least one of the agitators described above.
  • the fermenter can advantageously have 2, 3, 4, 5, 6 or even more agitators.
  • the two stirrer shafts of the stirrers are advantageously in one plane.
  • the two stirrer shafts of the stirrers are in different distance from the bottom of the fermenter attached.
  • the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is about twice the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter.
  • the two agitators are thus located at opposite positions in the fermenter, so they are offset by 180 ° to each other.
  • the agitators are constructed in mirror image and are driven in opposite directions.
  • the upper agitator is mounted in such a way that the stirring blades break through the upper substrate level in any case.
  • the agitator shaft of the lower agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator. This results in three stirring zones in the stirring operation, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
  • the axes of the stirrer shafts preferably enclose an angle of 120 ° to one another.
  • the three stirrer shafts of the agitators are mounted at different distances from the bottom of the fermenter.
  • the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is approximately 1.5 times the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter and approximately three times the distance of the third stirring shaft from the bottom of the fermenter.
  • the upper agitator is mounted so that the agitator blades break through the upper substrate level in any case.
  • the agitator shaft of the middle agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator, while the agitator shaft of the lower agitator is preferably at a height level with the lowest position of the stirring blades of the middle agitator. This results in stirring again three stirring zones, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
  • the axes of the stirrer shafts preferably enclose an angle of 90 ° to one another.
  • the four stirrer shafts of the stirrers are mounted at different distances from the bottom of the fermenter.
  • the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is about 4/3 of the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter, about twice the distance of the third stirring shaft from the bottom of the fermenter and about four times the distance of the fourth stirring shaft from the bottom of the fermenter fermenter.
  • the upper (first) agitator is mounted so that the agitator blades break through the upper substrate level in any case.
  • the agitator shaft of the second agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator, while the agitator shaft of the third agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the second agitator and the agitator shaft of the fourth (lower ) Agitator preferably located at a height level with the lowest position of the stirring blades of the third agitator.
  • the one adjacent to the fermenter wall must be outer Agitator moving substrate for a complete circuit around the fermenter main axis a longer distance than the moving from the inside of the fermenter Rhakblättem moving substrate.
  • the agitator there is an unsatisfactory conversion of the introduced mechanical energy into the radial flow of the substrate, in particular in the case of the agitating blades located further inside the fermenter.
  • Agitator shaft is at most 75% of the fermenter radius. More preferably, the length of the agitator shaft is at most 66% of the fermenter radius, and most preferably the length of the agitator shaft is at most 50% of the fermenter radius.
  • the stirring shaft must have a certain minimum length, since it carries one or more stirring blades.
  • the length of the stirring shaft is therefore preferably at least 25% of the fermenter radius.
  • the length of the stirrer shaft is at least 33% of the fermenter radius and very particularly preferably the length of the stirrer shaft is at least 50% of the fermenter radius.
  • the length of the stirring shaft is in the range of half the radius of the round fermenter. At this stirring wavelength, the difference in the paddle-specific substrate circulation paths on the one hand is relatively low, on the other hand, sufficient mechanical energy can be entered at typical rotational speeds of about 12 rpm.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from above. Shown is a half of a round fermenter;
  • Fig. 2 shows a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from the side. Shown is a half of a round fermenter;
  • Fig. 3 shows a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from the side. It is shown a fermenter with two agitators.
  • the agitator according to the invention schematically shown in FIG. 1 for introducing mechanical energy into standing fermentation vessels comprises a drive 3, a wall-side stirrer shaft bearing 6 fastened to the fermenter wall, a fermenter-side stirrer shaft bearing 5 supporting two fermenters 7 at the bottom of the fermentation vessel, a stirrer shaft 2 four agitator blades 4 attached to the agitator shaft 2.
  • the heatable agitator shaft 2 extends parallel to the bottom surface of the stationary rotary fermenter from the outside through the fermenter wall 1 in the direction of the main axis of the fermenter.
  • the agitator shaft is moved by means of the drive 3 connected externally to the shaft.
  • On the shaft 2 there are four stirring blades 4 pointing radially away from the shaft.
  • the heated stirrer shaft 2 is made as a double-walled tube.
  • the agitator shaft 2 is a metal tube, into which a thinner plastic conduit is drawn.
  • the plastic pipe ends open shortly before the fermenter shaft bearing 5. 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.
  • the stirring blades are two stationary side parts which are fastened to the stirrer shaft by way of heat conducting plates and which are connected to one another via four bridges nprofi Ie.
  • the side panels are usually made of sheet metal and have a thickness of up to one centimeter and more.
  • the two standing side parts can be rotated on the agitator shaft by several degrees against each other, so that the stirring energy entering bridge elements extend obliquely to the stirrer shaft.
  • On the stirrer shaft 2 four blades 4 are mounted with an offset of 90 °.
  • the shaft 2 is rotatably mounted in the fermenter-side shaft bearing 5 and in the wall-side shaft bearing 6.
  • the fermenter side bearing 5 is supported by two supports 7 on the fermenter bottom.
  • Round fermenters with a volume of up to 1200 m 3 are preferably equipped with a stirrer.
  • the agitator is mounted in such a way that the stirring blades break through the upper substrate level in any case.
  • Round fermenters with a volume of 1200 m 3 up to 2400 m 3 are preferably equipped with two agitators.
  • the two agitators are located at opposite positions (180 ° offset) in the fermenter.
  • the two stirrers are mounted at different heights.
  • the stirrers are constructed in mirror image and are driven in opposite directions.
  • the upper agitator is, as shown in Figure 3, thereby mounted so that the stirring blades break through the upper substrate level in any case.
  • the agitator shaft of the lower agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator. In the stirring operation arise while 3 Stirring zones, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
  • Round fermenters with a volume of over 2400 m 3 are preferably equipped with three or more agitators.
  • the three agitators are evenly distributed on the fermenter wall (120 ° offset) and mounted at different heights.
  • the upper agitator is mounted in such a way that the stirring blades break through the upper substrate level in any case.
  • the agitator shaft of the middle agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator. The same applies to the height difference between the lower and middle agitator.
  • the distance of the upper stirrer shaft from the bottom of the fermenter is thus about 1.5 times the distance of the middle stirrer shaft from the bottom of the fermenter and about three times the distance of the lower stirrer shaft from the bottom of the fermenter.
  • 3 stirring zones are formed, with the middle stirring zone rotating in the opposite direction to the upper and lower zones.

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Abstract

There is described a stirring mechanism for supplying mechanical energy to vertically arranged fermentation vessels with at least one driving mechanism (3), a stirring shaft bearing (6) which is attached on the wall side at the wall of the fermentation vessel, a stirring shaft bearing (5) which is on the fermentation vessel side and rests on the bottom of the fermentation vessel by means of at least one support (7), and at least one stirring shaft (2) with at least one stirrer blade (4) which is attached to the stirring shaft. The stirring shaft (2) extends in parallel to the bottom of the fermentation vessel from the wall of the fermentation vessel along the main axis of the fermentation vessel.

Description

Rührwerk für Fermentationsbehälter Agitator for fermentation tank
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Rührwerk zum Eintrag mechanischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter.The invention relates to a stirrer for introducing mechanical energy in standing arranged fermentation tank.
Stand der TechnikState of the art
Biogasanlagen erzeugen Methan durch einen mikrobiellen Abbauprozess von organischen 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 an das jeweilige Substrat erreicht, die es ermöglicht, eine Vielzahl organischer Materialien durch Fermentation abzubauen.Biogas plants produce 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, i. in the absence of air. The type of organisms is essentially determined by the specific process parameters such as temperature, substrate, pH, etc. As a result, an 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, which is degraded in the individual process steps of a biogas plant by metabolic activity of the microorganisms 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, undegraded organic material and inorganic constituents. Degraded are usually strong ligninhaltige, woody materials and cellulosic substances. Inorganic constituents are minerals in the form of sand and stones, but also crystallized salts.
Zentrale Bauteile einer Biogasanlage sind die Fermentationsbehälter (Fermentoren,Central components of a biogas plant are the fermentation tanks (fermentors,
Reaktoren), in denen die primären biologischen Prozesse ablaufen. Als Werkstoffe zum Bau der Fermentoren werden üblicherweise Beton oder Stahlplatten (emailliert, beschichtet oder aus Edelstahl) eingesetzt. Die in einer Biogasanlage ablaufendenReactors), in which the primary biological processes take place. Concrete or steel plates (enamelled, coated or made of stainless steel) are usually used as materials for the construction of the fermentors. The expiring in a biogas plant
BESTATIGUNGSKOPIE 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.BESTATIGUNGSKOPIE Microbial degradation processes are highly dependent on the fermenter temperature. For this reason, the reactors are usually thermally insulated and equipped with a heater (external heat exchangers, heating coils on the inner wall, heated agitators or underfloor heating).
Da es im Verlauf der bis über drei Wochen dauernden Vergärung zu Entmischungen des Substrats 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 halbflüssige 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. Die Aufgabe des Austrags 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.Since it can come in the course of more than three weeks of fermentation to segregation of the substrate, the material is moved. The unwanted demixing would lead to the formation of high-solids floating and sinking layers, which hinder the mass transport in the reactor as a result. The reactor is usually equipped with a feed for semi-liquid to liquid materials and a feed screw for solid materials. Fermentors are often equipped with devices for discharging the non-fermentable, settling in the bottom region of organic and inorganic constituents. The task of discharging the fermented substances from the reactor is carried out by a riser submerged in the fermentate, which is designed as an overflow into a further reactor or into a substrate storage. The biogas produced is taken from a so-called gas dome and sent for recovery.
Aus diesen allgemeinen Ausführungen über Biogasanlagen kann ein Eindruck von den in Fermentern herrschenden Bedingungen gewonnen werden: In Fermentern werden teilweise sehr zähflüssige Dispersionen mit einem hohen Feststoffanteil durch Rührwerke oder ähnliche Vorrichtungen zumindest zeitweise kräftig bewegt.From these general remarks on biogas plants, an impression of the conditions prevailing in fermenters can be obtained: In fermenters partially very viscous dispersions with a high solids content by agitators or similar devices are at least temporarily moved vigorously.
Einzelne Partikel, wie z.B. ganze Zuckerrüben messen dabei bis zu 25 cm imIndividual particles, e.g. Whole sugar beets measure up to 25 cm in diameter
Durchmesser. Es kann davon ausgegangen werden, dass zumindest zeitweise stabile Schwimmschichten in großen zusammenhängenden Matten vom demDiameter. It can be assumed that at least temporarily stable floating layers in large coherent mats of the
Rührwerk durch den Fermenter gezogen werden. Diese Faktoren führen zu einer hohen mechanischen Belastung aller im Fermenter installierten Komponenten.Agitator be pulled through the fermenter. These factors lead to a high mechanical load of all components installed in the fermenter.
Insbesondere müssen Bauteile der Rührwerke und der ggf. im Fermenter verlegtenIn particular, components of the agitators and possibly laid in the fermenter must
Heizleitungen besonders stabil ausgeführt sein.Heating cables should be designed to be particularly stable.
Während des Betriebes einer Biogasanlage entstehende Schäden an Bauteilen, die sich im Fermenter befinden, sind in mehrfacher Hinsicht problematisch: Zur Reparatur muss der Betrieb der Anlage unterbrochen und der Fermenterinhalt zumindest bis zur Freilegung der schadhaften Stelle abgelassen werden. Der abgelassene Inhalt muss entsorgt (was aufgrund des intakten Gärprozesses mit erheblicher Emissionsbelastung einhergeht), das Problem behoben und der Fermenter wieder aufgefüllt werden. Danach muss sich der Prozess der Biogasgenese wieder etablieren. Insgesamt betrachtet entspricht eine Reparatur im Fermenter häufig einem Anlagenausfall von zwei bis drei Monaten.During operation of a biogas plant damage to components that are in the fermenter, are problematic in several respects: For repair, the operation of the system must be interrupted and the contents of the fermenter be at least until the exposure of the damaged area drained. Of the drained contents must be disposed of (which, due to the intact fermentation process, is accompanied by a considerable emission load), the problem remedied and the fermenter replenished. Thereafter, the process of biogas generation must re-establish itself. Overall, 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 kommt der Rührwerksausführung und -Steuerung sowie der Ausführung, Anordnung und Befestigung von notwendigen Heizleitungen im Fermenterinnenraum besondere Bedeutung zu.Against this background, it is understandable that during the construction of a biogas plant, special attention will be paid to the construction and design of the components in the fermenter. In particular, the Rührwerksausführung and control as well as the design, arrangement and attachment of necessary heating in the fermenter interior is of particular importance.
Wie bereits allgemein dargestellt, 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 die Bakterien im ganzen Fermenter unabdingbar, wodurch ein optimaler Gärprozess erreicht werden kann. Dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Temperierung und Vermischung des Substrates in Fermentern zu entnehmen.As already shown in general, 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 bacteria-rich, angegorenem substrate than without this inoculation. The thermal compensation falling within the scope of the agitators is essential for the establishment of favorable living conditions for the bacteria in the entire fermenter, whereby an optimal fermentation process can be achieved. Numerous methods and devices for controlling the temperature and mixing of the substrate in fermenters can be found in the prior art.
Am Weitesten verbreitet sind im Bereich liegender Durchflussfermenter in der Längsachse des Fermenters zentral angeordnete Rührwellen, an die 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 durch misch baren, 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.Centrally arranged stirrer shafts, to which the stirrer blades are radially attached, are most widely used in the region of horizontal flow fermenters in the longitudinal axis of the fermenter. In these fermenters, the agitators take over the additional tasks of substrate transport through the fermenter and the sediment transport to special sand discharge facilities. To introduce the optimal heat for bacterial activity heat cables are usually laid on the inner walls of the fermenter. The heating cables are usually made of metal or of the crosslinked PE-X / aluminum composite pipes used for underfloor heating. A major disadvantage of these typical systems in biogas plant construction is the biofilm formation the heating cables. Often the heating pipes are surrounded after a short operation of no longer mixable by dense, dense layers that hinder the transport of heat from the heating cables in the substrate and also reduce the fermenter content available for fermentation. The system-inherent heating pipe growth entails an increased need for heat and maintenance. These disadvantages are at the expense of the effectiveness of such biogas plants.
Eine weitere konstruktionsbedingte Schwachstelle solcher Fermenterkonstruktionen ist der Durchtritt der Welle durch die Fermenterstimwand. Schäden an der Wellendichtung können häufig nicht ohne Ablassen des Fermenterinhaltes bis zur Lagerstelle beseitigt werden.Another design-related weakness of such fermenter designs is the passage of the wave through the fermenter wall. Damage to the shaft seal can often not be removed without draining the contents of the fermenter to the storage site.
Die Rührblätter in den beschriebenen liegenden Fermentern 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, wodurch Energieverbrauch und Havarierisiko weiter steigen.The stirring blades in the described horizontal fermenters extend through the entire fermenter radius. The long lever resulting in common fermenter dimensions causes high torque loads on all components of the agitator. The speeds achieved under these conditions are low. Thus, the voltage applied to the stirring blade overflow velocity of the substrate is also low. As a result of the slight overflow of the substrate such stirring blades are often overgrown with thick biofilms, which further increase the mechanical load on the agitator, whereby energy consumption and Havarierisiko continue to rise.
In der DE 196 48 875 A1 wird eine Lösung für den heizleitungsfreien Eintrag von Wärme durch Verwendung beheizbarer Rührwerkswellen in liegenden Durchflussfermentem beschrieben. 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.DE 196 48 875 A1 describes a solution for heat-free entry of heat by using heatable stirrer shafts in horizontal flow fermenters. 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.
Unter den dargestellten Betriebsbedingungen von Biogasanlagen können Schäden an Rührwerken nicht vollständig ausgeschlossen werden. Treten Schäden an einem in der Längsachse eines liegenden Fermenters angeordneten Rührwerk auf, so muss der Fermenterinhalt zumindest bis zur Lagerung der Welle abgelassen werden. Wie bereits dargestellt zieht das neben dem Arbeitsaufwand und den Emissionen einen Anlagenausfall von zwei bis drei Monaten nach sich. Rührwerksschäden sind ein enormes Risiko für derartige Anlagen.Under the operating conditions of biogas plants, damage to stirrers can not be completely ruled out. Kicking damage to one arranged in the longitudinal axis of a horizontal fermenter agitator, so the fermenter content must be drained at least until the storage of the wave. 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 bevorzugt als Durchflussfermenter konzipierten Gärbehältern werden häufig stehende Fermenter eingesetzt. Besonders verbreitet sind Fermenter mit radialsymmetrischen Querschnitt. Diese Rundbehälter werden z.T. mittels um die Hauptachse des zylindrischen Behälters umlaufender Rührwerke durchmischt. Derartige Rührwerke übertragen aufgrund der relativ langen Hebel hohe Drehmomente. Alle Bauteile . sind entsprechen robust auszulegen. Die relativen Rührblattgeschwindigkeiten solcher Rührwerke reichen meist nicht aus, um eine das Aufwachsen dicker Biofilme verhindernde mechanische Überströmung des Rührblattes zu bewirken. In der Folge wachsen stabile mattenartige Beläge auf die Rührblätter auf. Die einzubringende Kraft und damit die Belastung der kraftübertragenden Komponenten und des Antriebs steigt mit dem Bewuchs. Erhöhter Verschleiß, erhöhter Energiebedarf und erhöhter Wartungsaufwand sind die Folge.In addition to the horizontally arranged preferably designed as Durchflußfermenter fermentation tanks standing fermenters are often used. Especially common are fermenters with radially symmetric cross section. These round containers are z.T. mixed by means of circulating about the main axis of the cylindrical container agitators. Such agitators transmit high torques due to the relatively long lever. All components. are to be interpreted as robust. The relative stirring blade speeds of such agitators are usually not sufficient to cause a growth of thick biofilms preventing mechanical overflow of the stirring blade. As a result, stable mat-like coverings grow on the stirring blades. 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 requirements and increased maintenance are the result.
In Rundfermentem 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 für die Zusammenschaltung mehrerer Tauchmotorrührwerke.In Rundfermentem also submersible mixers are used. Problematic are v.a. the permanent encapsulation of the drive against the substrate and the associated with the usually small rotor dimensions cavitation. So only relatively little mechanical energy can be entered per submersible mixer. Submersible mixers are in biogas plants at best as additional agitator or for the interconnection of several submersible mixers.
Alternativ zu den genannten Rührwerken werden in stehenden Rundfermentem 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 sowohl eine Substratvermischung 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. Die zur Durchmischung erforderliche Energie ist relativ gering.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 stirring shaft segments the fermenter circuit. The stirrer shaft usually carries two to three trapezoidal beveled rectangular plate pairs as stirring blades. The obliquely from the top to the bottom inside pointing agitator causes both substrate mixing 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.
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 geplanten Maßen nicht mehr ausgeglichen werden. Die Montage der starr gelagerten Rührwerke ist aufwändige Präzisionsarbeit. Minimale Winkelabweichungen bei der Kernbohrung zur Aufnahme des oberen Lagers führen zu Spannungen in der Welle bzw. machen aufwändige Nacharbeit erforderlich. Im Betrieb ergeben sich beim Rühren der viskosen Masse 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.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 planned dimensions can no longer be compensated. The assembly of the rigidly mounted agitators is time-consuming precision work. Minimal angular deviations in the core bore to accommodate the upper bearing lead to tensions in the shaft or make elaborate rework required. In operation, when stirring the viscous mass, heavy loads are produced which are transmitted completely via the rigidly fixed shaft to the rigid bearings and ultimately to the bearing receptacles. High bearing wear and material fatigue are the result.
Die stehenden Rundfermenter werden typischerweise mit ring- bzw. wendeiförmig an den Wänden bzw. am Boden angebrachten Heizleitungen beheizt. Das in der DE 203 00 794 U1 beschriebene 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 des im Vergleich zu konventionellen Heizleitungsbefestigungssystemen erhöhten Abstands der Leitungen zur Wand nicht vollständig überwunden werden.The standing Rundfermenter are typically heated with ring or helical heating cables attached to the walls or at the bottom. The system for fermenter heating described in DE 203 00 794 U1 simplifies the cumbersome attachment of heating cables in Rundfermentern. The fundamental susceptibility of such heating systems to vegetation with the negative consequences already described, however, can not be completely overcome despite the increased compared to conventional Heizleitungsbefestigungssystemen distance of the lines to the wall.
In der DE 10 2004 027 077 A1 wird ein System zur Einbringung mechanischer und thermischer Energie in stehende Fermentationsbehälter offenbart. Dabei wird eine für die Wärmeversorgung eines Fermenters ausreichende Wärmemenge alleine ohne zusätzliche Heizvorrichtung mittels eines Rührwerkes in den Fermenter transportiert. Diese Rührwerke sind einfach in der Montage, wartungsarm und sie bleiben auch bei längerem Gebrauch soweit frei von Bewuchs durch dicke Biofilme, dass ihre Funktion als Rührwerk nicht beeinträchtigt wird. Die Rührwelle der in der DE 10 2004 027 077 A1 beschriebenen Anlagen 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 für niedrig bis mittel viskose Medien sehr gute Substratvermischungen bei niedrigem Energiebedarf.DE 10 2004 027 077 A1 discloses a system for introducing mechanical and thermal energy into stationary fermentation vessels. In this case, a sufficient amount of heat for the supply of heat to a fermenter is transported without additional heating device by means of a stirrer in the fermenter. These agitators are easy to install, low maintenance and they are remain free of fouling by thick biofilms even when used for long periods of time, so that their function as a stirrer is not impaired. The agitator shaft of the systems described in DE 10 2004 027 077 A1 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, low to medium viscous media produce very good substrate mixes with low energy requirements.
Die zunehmende Verwendung nachwachsender Rohstoffe (NaWaRo) in Biogasanlagen und der damit einhergehende Trend zu hoch feststoffhaltigen Substraten stellen veränderte Anforderungen an die in den Fermentern eingesetzte Rührtechnik. Die oben beschriebenen Systeme versagen bei den genannten hoch feststoffhaltigen Substraten, welche Trockensubstanzgehalte von mehr als 8 % aufweisen. Gründe dafür liegen zum einen in der gestiegenen Viskosität der Medien, zum anderen in dem durch die hohe Viskosität behinderten Blasenauftrieb des entstehenden Biogases. Das Substrat verändert sich von einer dünnen, grobe Feststoffpartikel enthaltenden Matrix in landwirtschaftlichen Biogasanlagen über eine relativ heterogene Dispersion mit eingeschränkter Beweglichkeit in gemischt landwirtschaftlich / NaWaRo Anlagen bis hin zu schaumigen, homogenen Breisubstraten in reinen NaWaRo Anlagen. Um auch reine NaWaRo Fermenter ausreichend mit mechanischer und thermischer Energie versorgen zu können, bedarf es neuer Rührkonzepte.The increasing use of renewable raw materials (NaWaRo) in biogas plants and the concomitant trend towards substrates containing high solids content are changing the requirements for the stirring technology used in the fermenters. The systems described above fail with the above-mentioned high-solids substrates which have dry matter contents of more than 8%. Reasons for this are, on the one hand, the increased viscosity of the media and, on the other hand, the bubble buoyancy of the resulting biogas, which is hindered by the high viscosity. The substrate changes from a thin, coarse matrix containing solid particles in agricultural biogas plants via a relatively heterogeneous dispersion with limited mobility in mixed agricultural / NaWaRo plants to foamy, homogeneous slurry substrates in pure NaWaRo plants. In order to be able to supply pure NaWaRo fermenters sufficiently with mechanical and thermal energy, new stirring concepts are needed.
Aus dem geschilderten Stand der Technik geht hervor, dass die Einbringung mechanischer Energie in Fermenter von Biogasanlagen gegenwärtig unbefriedigend gelöst ist.From the described prior art shows that the introduction of mechanical energy in fermenters of biogas plants is currently unsatisfactory.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Einbringung von mechanischer Energie in Fermentationsbehälter bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.This is where the invention starts. The invention, as characterized in the claims, is based on the object, a device for introduction of mechanical energy in fermentation vessels, which avoids the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Rührwerk zum Eintrag mechanischer 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.This object is achieved by the agitator for entry of mechanical energy in standing arranged fermentation vessel according to independent claim 1. Further advantageous details, aspects and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the figures.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Rührwerk zum Eintrag mechanischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter zur Verfügung. Das Rührwerk umfasst zumindest einen Antrieb, ein an der Wand des Fermentationsbehälters befestigtes wandseitiges Rührwellenlager, ein über zumindest eine Abstützung sich am Boden des Fermentationsbehälters abstützendes fermenterseitiges Rührwellenlager und zumindest eine Rührwelle mit zumindest einem, an der Rührwelle befestigten Rührblatt. Erfindungsgemäß erstreckt sich die Rührwelle parallel zum Boden des Fermentationsbehälters von der Wand des Fermentationsbehälters in Richtung der Hauptachse des Fermentationsbehälters.The present invention provides an agitator for introducing mechanical energy into standing fermentation vessels. The agitator comprises at least one drive, a wall-side stirrer shaft bearing fastened to the wall of the fermentation vessel, a fermenter-side stirrer shaft bearing supporting at least one support at the bottom of the fermentation vessel, and at least one stirrer shaft having at least one stirrer blade attached to the stirrer shaft. According to the invention, the agitator shaft extends parallel to the bottom of the fermentation tank from the wall of the fermentation tank in the direction of the main axis of the fermentation tank.
Durch das erfindungsgemäße Rührwerk kann eine ausreichende Menge an mechanischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter eingebracht werden. Insbesondere können hoch viskose Substrate ausreichend gerührt werden. Durch die verhältnismäßig hohen Überströmgeschwindigkeiten des Substrats an den Rührblättern bleiben die erfindungsgemäßen Rührwerke soweit frei von Bewuchs durch dicke Biofilme, dass ihre Funktion als Rührwerk auch bei längerem Gebrauch nicht beeinträchtigt wird.By means of the agitator according to the invention, a sufficient amount of mechanical energy can be introduced into standing fermentation vessels. In particular, highly viscous substrates can be stirred sufficiently. Due to the relatively high overflow velocities of the substrate on the stirring blades, the stirrers according to the invention remain as far as free from fouling by thick biofilms that their function as agitator is not affected even with prolonged use.
Das erfindungsgemäße Rührwerk sorgt darüberhinaus 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 wirkungsvoll entgegengewirkt. Außerdem wird die Freisetzung des im Substrat in Form von Blasen gebundenen Biogases unterstützt. Die genannten Vorteile werden durch das erfindungsgemäße Rührwerk bei einem gleichzeitig verhältnismäßig geringen Rührenergiebedarf erreicht.The agitator according to the invention, moreover, alone or in cooperation with other stirring or mixing devices, ensures effective mixing of the substrate in round fermenters. In particular, the training is the operation of disturbing, stable swimming and sinking layers effectively counteracted. In addition, the release of the substrate in the form of bubbles bound biogas is supported. The advantages mentioned are by the Agitator according to the invention achieved at the same time a relatively low stirring energy requirement.
Bevorzugt sind an der Rührwelle mehrere Rührblätter befestigt, insbesondere 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Rührblätter. Die Rührblätter sind bevorzugt entlang der Rührwellenachse versetzt zueinander radial nach außen weisend an der Rührwelle befestigt.Preferably, a plurality of stirring blades are attached to the stirring shaft, in particular 2, 3, 4, 5, 6 or more stirring blades. The stirring blades are preferably offset along the Rührwellenachse offset radially to the outside pointing to the agitator shaft.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, wonach die Rührblätter in verschiedenen Umfangswinkeln an der Rührwelle befestigt sind. Der Begriff "Umfangswinkel" bezeichnet dabei den Winkel, den ein Rührblatt und eine beliebige, radial von der Rührwelle nach außen verlaufende Referenzachse zueinander einschließen.Particular preference is given to embodiments according to which the stirring blades are fastened to the stirring shaft at different circumferential angles. The term "circumferential angle" designates the angle which a stirring blade and any desired radially extending from the agitator shaft to the outside reference axis to each other.
Insbesondere bevorzugt sind die einzelnen Rührblätter um gleiche Bruchteile von 360° des Umfangswinkels versetzt zueinander an der Rührwelle befestigt. Sind also beispielsweise vier Rührblätter an einer Rührwelle befestigt, so schließen benachbarte Rührblätter jeweils einen Winkel von 90° zueinander ein. Im Falle von 5 Rührblättern beträgt der Winkel 72°.Particularly preferably, the individual stirring blades are offset by equal fractions of 360 ° of the circumferential angle to each other attached to the agitator shaft. If, for example, four stirring blades are attached to a stirring shaft, then adjacent stirring blades each enclose an angle of 90 ° to one another. In the case of 5 stirring blades, the angle is 72 °.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Rührblätter jeweils zwei Seitenteile und zumindest ein Brückenprofil, wobei die beiden Seitenteile durch das Brückenprofil miteinander verbunden sind. Bevorzugt stehen die Seitenteile der Rührblätter senkrecht von der Rührwelle ab. Durch eine solche Konstruktion wird eine besonders gute und effektive Durchmischung des Fermentersubstrats bei gleichzeitig relativ geringem Energieaufwand erreicht.According to a further preferred embodiment of the present invention, the stirring blades each comprise two side parts and at least one bridge profile, wherein the two side parts are interconnected by the bridge profile. Preferably, the side parts of the stirring blades are perpendicular from the stirring shaft. By such a construction, a particularly good and effective mixing of the fermenter substrate is achieved at the same time relatively low energy consumption.
Besonders vorteilhafte Bedingungen ergeben sich, wenn die beiden Seitenteile eines Rührblatts in verschiedenen Umfangswinkeln an der Rührwelle angebracht sind. Dadurch wird erreicht, dass die die Rührenergie eintragenden Brückenprofile schräg zur Rührwelle verlaufen. Besonders bevorzugt sind die beiden Seitenteile eines Rührblatts in um rund 15° differierenden Umfangswinkeln an der Rührwelle angebracht. Es stellt sich eine besonders gute und energiesparende Durchmischung des Substrats ein.Particularly advantageous conditions arise when the two side parts of a stirring blade are mounted in different circumferential angles on the agitator shaft. As a result, it is ensured that the bridging profiles that carry out the stirring energy run obliquely to the stirrer shaft. Particularly preferred are the two side parts of a stirring blade in about 15 ° different circumferential angles on the agitator shaft appropriate. It sets a particularly good and energy-efficient mixing of the substrate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Rührwerk um ein beheizbares Rührwerk. In dieser vorteilhaftenAccording to a preferred embodiment of the present invention, the agitator is a heated agitator. In this advantageous
Ausgestaltung kann auch thermische Energie in das Substrat eingebracht werden.Embodiment, thermal energy can also be introduced into the substrate.
Im Idealfall kann durch das beheizbare Rührwerk alleine ohne zusätzlicheIdeally, by the heated agitator alone without additional
Heizvorrichtung eine für die Wärmeversorgung eines Fermenters ausreichendeHeating device sufficient for the heat supply of a fermenter
Wärmemenge in den Fermenter transportiert werden. Darüberhinaus werden auch schwach wärmeleitfähige Substrate ausreichend mit thermischer Energie versorgt.Amount of heat to be transported in the fermenter. In addition, even substrates with low thermal conductivity are sufficiently supplied with thermal energy.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der beheizbaren Rührwelle um ein doppelwandiges Rohrsystem, wobei als inneres Rohr eine Kunststoffleitung verwendet wird, die an den Vorlauf eines Wärme transportierenden Mediums angeschlossen ist. Um einen besonders guten Wärmeeintrag in das Substrat zu gewährleisten, endet die Kunststoffleitung in der Nähe des fermenterseitigen Rührwellenlagers.Advantageously, the heatable stirrer shaft is a double-walled pipe system, wherein a plastic pipe is used as the inner tube, which is connected to the flow of a heat-transporting medium. To ensure a particularly good heat input into the substrate, the plastic pipe ends in the vicinity of the fermenter side stirring shaft bearing.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem äußeren Rohr um ein Metallrohr, das den Rücklauf desAccording to a particularly preferred embodiment of the present invention, the outer tube is a metal tube, the return of the
Wärme transportierenden Mediums bildet. Dadurch ergibt sich ein weiter verbesserter Wärmeeintrag in das Substrat, der durch das Anbringen vonHeat transporting medium forms. This results in a further improved heat input into the substrate, by attaching
Wärmeleitblechen an der Rührwelle noch gesteigert werden kann. Die Rührblätter können in diesem Fall vorteilhafterweise an den Wärmeleitblechen befestigt werden.Wärmeleitblechen on the stirring shaft can be increased. The stirring blades can be advantageously attached to the Wärmeleitblechen in this case.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen Fermenter für Biomasse, der mit zumindest einem der oben beschriebenen Rührwerke ausgestattet ist. In Abhängigkeit von der Größe des Fermenters und der zu bewegenden Menge an Substrat kann der Fermenter vorteilhafterweise 2, 3, 4, 5, 6 oder noch mehr Rührwerke aufweisen.The present invention also includes a biomass fermenter equipped with at least one of the agitators described above. Depending on the size of the fermenter and the amount of substrate to be moved, the fermenter can advantageously have 2, 3, 4, 5, 6 or even more agitators.
Sind in dem Fermenter zwei Rührwerke installiert, so liegen die beiden Rührwellen der Rührwerke vorteilhafterweise in einer Ebene. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Rührwellen der Rührwerke in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Fermenters angebracht. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der ersten Rührwelle vom Boden des Fermenters rund das Doppelte des Abstands der zweiten Rührwelle vom Boden des Fermenters.If two stirrers are installed in the fermenter, then the two stirrer shafts of the stirrers are advantageously in one plane. According to a particularly preferred embodiment, the two stirrer shafts of the stirrers are in different distance from the bottom of the fermenter attached. Particularly preferably, the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is about twice the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter.
Gemäß dieser Ausführungsform befinden sich die beiden Rührwerke somit an einander gegenüber liegenden Positionen im Fermenter, sie sind also um 180° zueinander versetzt. Durch eine solche Anordnung wird eine möglichst gleichmäßige Verteilung der eingebrachten mechanischen Energie über das gesamte Fermentervolumen erreicht. Ebenfalls diesem Ziel dient das Montieren der beiden Rührwerke auf unterschiedlichen Höhen über dem Fermenterboden. Die Rührwerke sind spiegelbildlich aufgebaut und werden gegenläufig zueinander angetrieben. Das obere Rührwerk wird dabei so montiert, dass die Rührblätter den oberen Substratfüllstand auf jeden Fall durchbrechen. Die Rührwelle des unteren Rührwerks befindet sich bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des oberen Rührwerks. Dadurch entstehen im Rührbetrieb drei Rührzonen, wobei die mittlere Rührzone in Gegenrichtung zur oberen und unteren Zone umläuft.According to this embodiment, the two agitators are thus located at opposite positions in the fermenter, so they are offset by 180 ° to each other. By such an arrangement a uniform distribution of the introduced mechanical energy over the entire fermenter volume is achieved. Also, this goal is the mounting of the two agitators at different heights above the fermenter bottom. The agitators are constructed in mirror image and are driven in opposite directions. The upper agitator is mounted in such a way that the stirring blades break through the upper substrate level in any case. The agitator shaft of the lower agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator. This results in three stirring zones in the stirring operation, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
Sind in einem Fermenter drei erfindungsgemäße Rührwerke installiert, so schließen die Achsen der Rührwellen bevorzugt einen Winkel von 120° zueinander ein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die drei Rührwellen der Rührwerke in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Fermenters angebracht. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der ersten Rührwelle vom Boden des Fermenters rund das 1 ,5fache des Abstands der zweiten Rührwelle vom Boden des Fermenters und rund das dreifache des Abstands der dritten Rührwelle vom Boden des Fermenters beträgt. Durch eine solche Anordnung wird eine möglichst gleichmäßige Verteilung der eingebrachten mechanischen Energie über das gesamte Fermentervolumen erreicht. Ebenfalls diesem Ziel dient das Montieren der drei Rührwerke auf unterschiedlichen Höhen über dem Fermenterboden. Wie bereits für den Fall von zwei Rührwerken beschrieben, wird das obere Rührwerk so montiert, dass die Rührblätter den oberen Substratfüllstand auf jeden Fall durchbrechen. Die Rührwelle des mittleren Rührwerks befindet sich bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des oberen Rührwerks, während sich die Rührwelle des unteren Rührwerks bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des mittleren Rührwerks befindet. Dadurch entstehen im Rührbetrieb wiederum drei Rührzonen, wobei die mittlere Rührzone in Gegenrichtung zur oberen und unteren Zone umläuft.If three stirrers according to the invention are installed in a fermenter, the axes of the stirrer shafts preferably enclose an angle of 120 ° to one another. According to a particularly preferred embodiment, the three stirrer shafts of the agitators are mounted at different distances from the bottom of the fermenter. Particularly preferably, the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is approximately 1.5 times the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter and approximately three times the distance of the third stirring shaft from the bottom of the fermenter. By such an arrangement a uniform distribution of the introduced mechanical energy over the entire fermenter volume is achieved. Also, this goal is the mounting of the three agitators at different heights above the fermenter bottom. As already described for the case of two agitators, the upper agitator is mounted so that the agitator blades break through the upper substrate level in any case. The agitator shaft of the middle agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator, while the agitator shaft of the lower agitator is preferably at a height level with the lowest position of the stirring blades of the middle agitator. This results in stirring again three stirring zones, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
Sind in einem Fermenter vier erfindungsgemäße Rührwerke installiert, so schließen die Achsen der Rührwellen bevorzugt einen Winkel von 90° zueinander ein. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die vier Rührwellen der Rührwerke in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Fermenters angebracht. Besonders bevorzugt beträgt der Abstand der ersten Rührwelle vom Boden des Fermenters rund 4/3 des Abstands der zweiten Rührwelle vom Boden des Fermenters, rund das Doppelte des Abstands der dritten Rührwelle vom Boden des Fermenters und rund das Vierfache des Abstands der vierten Rührwelle vom Boden des Fermenters. Durch eine solche Anordnung wird wiederum eine möglichst gleichmäßige Verteilung der eingebrachten mechanischen Energie über das gesamte Fermentervolumen erreicht. Ebenfalls diesem Ziel dient das Montieren der vier Rührwerke auf unterschiedlichen Höhen über dem Fermenterboden. Wie bereits für den Fall von zwei und drei Rührwerken beschrieben, wird das obere (erste) Rührwerk so montiert, dass die Rührblätter den oberen Substratfüllstand auf jeden Fall durchbrechen. Die Rührwelle des zweiten Rührwerks befindet sich bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des oberen Rührwerks, während sich die Rührwelle des dritten Rührwerks bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des zweiten Rührwerks befindet und sich die Rührwelle des vierten (unteren) Rührwerks bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des dritten Rührwerks befindet. Dadurch entstehen im Rührbetrieb wiederum drei Rührzonen, wobei die mittlere Rührzone in Gegenrichtung zur oberen und unteren Zone umläuft.If four stirrers according to the invention are installed in a fermenter, the axes of the stirrer shafts preferably enclose an angle of 90 ° to one another. According to a particularly preferred embodiment, the four stirrer shafts of the stirrers are mounted at different distances from the bottom of the fermenter. Particularly preferably, the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is about 4/3 of the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter, about twice the distance of the third stirring shaft from the bottom of the fermenter and about four times the distance of the fourth stirring shaft from the bottom of the fermenter fermenter. By such an arrangement in turn the most uniform possible distribution of the introduced mechanical energy over the entire fermenter volume is achieved. This is also the aim of mounting the four agitators at different heights above the fermenter bottom. As already described for the case of two and three agitators, the upper (first) agitator is mounted so that the agitator blades break through the upper substrate level in any case. The agitator shaft of the second agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator, while the agitator shaft of the third agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the second agitator and the agitator shaft of the fourth (lower ) Agitator preferably located at a height level with the lowest position of the stirring blades of the third agitator. This results in stirring again three stirring zones, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
Es versteht sich, dass in noch großvolumigeren Fermentern in der geschilderten Weise 5, 6, 7, 8 oder noch mehr Rührwerke installiert werden können.It is understood that in even larger volume fermenters in the manner described 5, 6, 7, 8 or even more agitators can be installed.
Zur Gewährleistung stabiler Fermentationsbedingungen wird eine radiale Strömung des Substrats entlang der Fermenterwand gewünscht. Bei der dargestellten Rührblattanordnung muss das von dem der Fermenterwand benachbarten äußeren Rührblatt bewegte Substrat für einen kompletten Umlauf um die Fermenterhauptachse eine längere Strecke zurücklegen, als das von den weiter innen im Fermenter liegenden Rührblättem bewegte Substrat. Bei höheren Drehzahlen des Rührwerks kommt es insbesondere bei den weiter innen im Fermenter liegenden Rührblättem zu einer unbefriedigenden Umsetzung der eingebrachten mechanischen Energie in radiale Strömung des Substrats. Werden dagegen sehr niedrige Drehzahlen angewendet, so kommt es insbesondere bei den in der Nähe der Fermenterwand angebrachten Rührblättern zwar zu einer annähernd idealen radialen Bewegung des Substrats, allerdings liegt auch in diesem Fall ein unbefriedigender Eintrag an mechanischer Energie vor, da aufgrund der geringen Drehzahlen die Gesamtmenge an eingebrachter mechanischer Energie zu gering ist.To ensure stable fermentation conditions, a radial flow of the substrate along the fermenter wall is desired. In the illustrated agitator blade assembly, the one adjacent to the fermenter wall must be outer Agitator moving substrate for a complete circuit around the fermenter main axis a longer distance than the moving from the inside of the fermenter Rührblättem moving substrate. At higher speeds of the agitator, there is an unsatisfactory conversion of the introduced mechanical energy into the radial flow of the substrate, in particular in the case of the agitating blades located further inside the fermenter. If, on the other hand, very low speeds are used, an approximately ideal radial movement of the substrate occurs, in particular in the case of the agitator blades mounted in the vicinity of the fermenter wall, but an unsatisfactory entry of mechanical energy is also present in this case because due to the low rotational speeds Total amount of applied mechanical energy is too low.
Um diese beiden gegenläufigen Bedingungen möglichst gut zu erfüllen, muss die Länge der Rührwelle an die typischen Drehzahlen des Rührwerks in stehendenIn order to fulfill these two opposite conditions as well as possible, the length of the stirrer shaft to the typical speeds of the agitator in standing
Fermentern angepasst werden. Besonders gut gelingt dies, wenn die Länge derBe adapted to fermenters. This works particularly well if the length of the
Rührwelle maximal 75% des Fermenterradius beträgt. Insbesondere bevorzugt beträgt die Länge der Rührwelle maximal 66% des Fermenterradius und ganz besonders bevorzugt beträgt die Länge der Rührwelle maximal 50% des Fermenterradius.Agitator shaft is at most 75% of the fermenter radius. More preferably, the length of the agitator shaft is at most 66% of the fermenter radius, and most preferably the length of the agitator shaft is at most 50% of the fermenter radius.
Selbstverständlich muss die Rührwelle eine gewisse Mindestlänge aufweisen, da sie ein oder mehrere Rührblätter trägt. Die Länge der Rührwelle beträgt daher bevorzugt mindestens 25% des Fermenterradius. Insbesondere bevorzugt beträgt die Länge der Rührwelle mindestens 33% des Fermenterradius und ganz besonders bevorzugt beträgt die Länge der Rührwelle mindestens 50% des Fermenterradius.Of course, the stirring shaft must have a certain minimum length, since it carries one or more stirring blades. The length of the stirring shaft is therefore preferably at least 25% of the fermenter radius. Particularly preferably, the length of the stirrer shaft is at least 33% of the fermenter radius and very particularly preferably the length of the stirrer shaft is at least 50% of the fermenter radius.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Länge der Rührwelle im Bereich des halben Radius des Rundfermenters. Bei dieser Rührwellenlänge ist der Unterschied in den rührblattspezifischen Substrat-Umlaufwegen einerseits relativ gering, andererseits kann bei typischen Drehzahlen von etwa 12 UPM genügend mechanische Energie eingetragen werden. Kurze Beschreibung der ZeichnungenAccording to a particularly preferred embodiment of the present invention, the length of the stirring shaft is in the range of half the radius of the round fermenter. At this stirring wavelength, the difference in the paddle-specific substrate circulation paths on the one hand is relatively low, on the other hand, sufficient mechanical energy can be entered at typical rotational speeds of about 12 rpm. Brief description of 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 illustrate the invention and to illustrate its advantages, embodiments are given below. These embodiments will be explained in more detail in connection with the drawings. It goes without saying that these details are not intended to limit the invention. Show it
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der senkrechten Projektion von oben. Dargestellt ist eine Hälfte eines Rundfermenters;Fig. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from above. Shown is a half of a round fermenter;
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der senkrechten Projektion von der Seite. Dargestellt ist eine Hälfte eines Rundfermenters;Fig. 2 shows a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from the side. Shown is a half of a round fermenter;
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der senkrechten Projektion von der Seite. Es ist ein Fermenter mit zwei Rührwerken dargestellt.Fig. 3 shows a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from the side. It is shown a fermenter with two agitators.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention
Das in der Figur 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Rührwerk zum Eintrag mechanischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter umfasst einen Antrieb 3, ein an der Fermenterwand befestigtes wandseitiges Rührwellenlager 6, ein über zwei Abstützungen 7 sich am Boden des Fermentationsbehälters abstützendes fermenterseitiges Rührwellenlager 5, eine Rührwelle 2 mit vier an der Rührwelle 2 befestigten Rührblättern 4. Die heizbare Rührwelle 2 verläuft parallel zur Bodenfläche des stehenden Rundfermenters von außen durch die Fermenterwand 1 in Richtung der Hauptachse des Fermenters. Die Rührwelle wird mittels des außen mit der Welle verbundenen Antriebs 3 bewegt. Auf der Welle 2 befinden sich vier radial von der Welle weg zeigende Rührblätter 4. Die heizbar ausgeführte Rührwelle 2 ist als doppelwandiges Rohr gefertigt. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei der Rührwelle 2 um ein Metallrohr, in das eine dünnere Kunststoffleitung eingezogen ist. Die Kunststoffleitung endet offen kurz vor dem fermenterseitigen Wellenlager 5. 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 agitator according to the invention schematically shown in FIG. 1 for introducing mechanical energy into standing fermentation vessels comprises a drive 3, a wall-side stirrer shaft bearing 6 fastened to the fermenter wall, a fermenter-side stirrer shaft bearing 5 supporting two fermenters 7 at the bottom of the fermentation vessel, a stirrer shaft 2 four agitator blades 4 attached to the agitator shaft 2. The heatable agitator shaft 2 extends parallel to the bottom surface of the stationary rotary fermenter from the outside through the fermenter wall 1 in the direction of the main axis of the fermenter. The agitator shaft is moved by means of the drive 3 connected externally to the shaft. On the shaft 2 there are four stirring blades 4 pointing radially away from the shaft. The heated stirrer shaft 2 is made as a double-walled tube. In the embodiment of the invention shown in the figures, the agitator shaft 2 is a metal tube, into which a thinner plastic conduit is drawn. The plastic pipe ends open shortly before the fermenter shaft bearing 5. 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.
Bei den Rührblättern handelt es sich um zwei über Wärmeleitbleche an der Rührwelle befestigte, stehende Seitenteile, die über vier Brücke nprofi Ie miteinander verbunden sind. Die Seitenteile sind üblicherweise aus Blech gefertigt und weisen eine Dicke von bis zu einem Zentimeter und mehr auf. Die beiden stehenden Seitenteile können auf der Rührwelle um mehrere Grad gegeneinander verdreht sein, so dass die die Rührenergie eintragenden Brückenelemente schräg zur Rührwelle verlaufen. An der Rührwelle 2 sind vier Rührblätter 4 mit einem Versatz von 90° montiert. Die Welle 2 ist im fermenterseitigen Wellenlager 5 und im wandseitigen Wellenlager 6 drehbar gelagert. Das fermenterseitige Lager 5 stützt sich über zwei Abstützungen 7 am Fermenterboden ab.The stirring blades are two stationary side parts which are fastened to the stirrer shaft by way of heat conducting plates and which are connected to one another via four bridges nprofi Ie. The side panels are usually made of sheet metal and have a thickness of up to one centimeter and more. The two standing side parts can be rotated on the agitator shaft by several degrees against each other, so that the stirring energy entering bridge elements extend obliquely to the stirrer shaft. On the stirrer shaft 2 four blades 4 are mounted with an offset of 90 °. The shaft 2 is rotatably mounted in the fermenter-side shaft bearing 5 and in the wall-side shaft bearing 6. The fermenter side bearing 5 is supported by two supports 7 on the fermenter bottom.
Rundfermenter mit einem Volumen bis zu 1200 m3 werden bevorzugt mit einem Rührwerk ausgerüstet. Das Rührwerk wird dabei so montiert, dass die Rührblätter den oberen Substratfüllstand auf jeden Fall durchbrechen.Round fermenters with a volume of up to 1200 m 3 are preferably equipped with a stirrer. The agitator is mounted in such a way that the stirring blades break through the upper substrate level in any case.
Rundfermenter mit einem Volumen von 1200 m3 bis zu 2400 m3 werden bevorzugt mit zwei Rührwerken ausgerüstet. Die beiden Rührwerke befinden sich an einander gegenüber liegenden Positionen (180° Versatz) im Fermenter. Dabei werden die beiden Rührer auf unterschiedlichen Höhen montiert. Die Rührer sind spiegelbildlich aufgebaut und werden gegenläufig zueinander angetrieben. Das obere Rührwerk wird, wie in Figur 3 dargestellt, dabei so montiert, dass die Rührblätter den oberen Substratfüllstand auf jeden Fall durchbrechen. Die Rührwelle des unteren Rührwerks befindet sich bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des oberen Rührwerks. Im Rührbetrieb entstehen dabei 3 Rührzonen, wobei die mittlere Rührzone in Gegenrichtung zur oberen und unteren Zone umläuft.Round fermenters with a volume of 1200 m 3 up to 2400 m 3 are preferably equipped with two agitators. The two agitators are located at opposite positions (180 ° offset) in the fermenter. The two stirrers are mounted at different heights. The stirrers are constructed in mirror image and are driven in opposite directions. The upper agitator is, as shown in Figure 3, thereby mounted so that the stirring blades break through the upper substrate level in any case. The agitator shaft of the lower agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator. In the stirring operation arise while 3 Stirring zones, wherein the middle stirring zone rotates in the opposite direction to the upper and lower zones.
Rundfermenter mit einem Volumen von über 2400 m3 werden bevorzugt mit drei oder mehr Rührwerken ausgerüstet. Die drei Rührwerke werden gleichmäßig an der Fermenterwand verteilt (120° Versatz) und auf unterschiedlichen Höhen montiert. Das obere Rührwerk wird dabei so montiert, dass die Rührblätter den oberen Substratfüllstand auf jeden Fall durchbrechen. Die Rührwelle des mittleren Rührwerks befindet sich bevorzugt auf einem Höhenniveau mit der tiefsten Position der Rührblätter des oberen Rührwerks. Entsprechendes gilt für die Höhendifferenz zwischen unteren und mittleren Rührwerk. Der Abstand der oberen Rührwelle vom Boden des Fermenters beträgt somit rund das 1,5fache des Abstands der mittleren Rührwelle vom Boden des Fermenters und rund das dreifache des Abstands der unteren Rührwelle vom Boden des Fermenters. Im Rührbetrieb entstehen dabei wiederum 3 Rührzonen, wobei die mittlere Rührzone in Gegenrichtung zur oberen und unteren Zone umläuft.Round fermenters with a volume of over 2400 m 3 are preferably equipped with three or more agitators. The three agitators are evenly distributed on the fermenter wall (120 ° offset) and mounted at different heights. The upper agitator is mounted in such a way that the stirring blades break through the upper substrate level in any case. The agitator shaft of the middle agitator is preferably at a height level with the lowest position of the agitator blades of the upper agitator. The same applies to the height difference between the lower and middle agitator. The distance of the upper stirrer shaft from the bottom of the fermenter is thus about 1.5 times the distance of the middle stirrer shaft from the bottom of the fermenter and about three times the distance of the lower stirrer shaft from the bottom of the fermenter. In the stirring operation, in turn, 3 stirring zones are formed, with the middle stirring zone rotating in the opposite direction to the upper and lower zones.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Fermenterwand1 fermenter wall
2 Rührwelle2 stirrer shaft
3 Antrieb3 drive
4 Rührblätter4 stirring blades
5 Wellenlager fermenterseitig5 shaft bearings on the fermenter side
6 Wellenlager wandseitig6 shaft bearings on the wall side
7 Abstützung7 support
8 Flüssigkeitsstand 8 fluid level

Claims

Schutzansprüche protection claims
1. Rührwerk zum Eintrag mechanischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter mit zumindest einem Antrieb (3), einem an der Wand des Fermentationsbehälters befestigten wandseitigen Rührwellenlager (6), einem über zumindest eine Abstützung (7) sich am Boden des Fermentationsbehälters abstützenden fermenterseitigen Rührwellenlager (5), zumindest einer Rührwelle (2) mit zumindest einem, an der Rührwelle befestigten Rührblatt (4), wobei sich die Rührwelle (2) parallel zum Boden des1. stirrer for introducing mechanical energy in standing arranged fermentation tank with at least one drive (3), attached to the wall of the fermentation tank wall-side Rührwellenlager (6), via at least one support (7) at the bottom of the fermentation vessel supporting fermenterseitigen Rührwellenlager (5 ), at least one stirring shaft (2) having at least one stirring blade (4) fixed to the stirring shaft, the stirring shaft (2) being parallel to the bottom of the stirring shaft (2)
Fermentationsbehälters von der Wand des Fermentationsbehälters in Richtung der Hauptachse des Fermentationsbehälters erstreckt.Fermentation container from the wall of the fermentation tank in the direction of the main axis of the fermentation tank extends.
2. Rührwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührwelle (2) zwei Rührblätter (4) befestigt sind.2. Stirrer according to claim 1, characterized in that on the stirrer shaft (2) two stirring blades (4) are attached.
3. Rührwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührwelle (2) drei Rührblätter (4) befestigt sind.3. agitator according to claim 1, characterized in that on the agitator shaft (2) three stirring blades (4) are attached.
4. Rührwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührwelle (2) vier Rührblätter (4) befestigt sind.4. agitator according to claim 1, characterized in that on the agitator shaft (2) four stirring blades (4) are fixed.
5. Rührwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührblätter (4) entlang der Rührwellenachse versetzt zueinander radial nach außen weisend an der Rührwelle (2) befestigt sind.5. agitator according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring blades (4) along the Rührwellenachse offset from each other radially outwardly pointing to the agitator shaft (2) are fixed.
6. Rührwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührblätter (4) in verschiedenen Umfangswinkeln an der Rührwelle (2) befestigt sind.6. Agitator according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring blades (4) are fastened in different circumferential angles to the agitator shaft (2).
7. Rührwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Rührblätter (4) um gleiche Bruchteile von 360° des Umfangswinkels versetzt zueinander an der Rührwelle (2) befestigt sind. 7. agitator according to claim 6, characterized in that the individual stirring blades (4) offset by equal fractions of 360 ° of the circumferential angle to each other on the agitator shaft (2) are attached.
8. Rührwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührblätter (4) jeweils zwei Seitenteile und zumindest ein Brückenprofil umfassen, wobei die beiden Seitenteile durch das Brückenprofil miteinander verbunden sind.8. Agitator according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring blades (4) each comprise two side parts and at least one bridge profile, wherein the two side parts are interconnected by the bridge profile.
9. Rührwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile der Rührblätter (4) senkrecht von der Rührwelle (2) abstehen.9. agitator according to claim 8, characterized in that the side parts of the stirring blades (4) protrude perpendicularly from the stirring shaft (2).
10. Rührwerk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die beiden Seitenteile eines Rührblatts in verschiedenen Umfangswinkeln an der10. agitator according to claim 8 or 9, characterized in that in each case the two side parts of a stirring blade in different circumferential angles at the
Rührwelle (2) angebracht sind.Stirring shaft (2) are mounted.
11. Rührwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die beiden Seitenteile eines Rührblatts in um rund 15° differierenden Umfangswinkeln an der Rührwelle (2) angebracht sind.11. agitator according to claim 10, characterized in that in each case the two side parts of a stirring blade are mounted in about 15 ° different circumferential angles to the agitator shaft (2).
12. Rührwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Rührwelle (2) um eine beheizbare Rührwelle (2) handelt.12. Stirrer according to one of the preceding claims, characterized in that it is the agitator shaft (2) is a heatable stirrer shaft (2).
13. Rührwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der beheizbaren Rührwelle (2) um ein doppelwandiges Rohrsystem handelt.13. Stirrer according to claim 12, characterized in that it is in the heated stirrer shaft (2) is a double-walled pipe system.
14. Rührwerk nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem inneren Rohr um eine Kunststoffleitung handelt, wobei die Kunststoffleitung an den Vorlauf eines Wärme transportierenden Mediums angeschlossen ist.14. Agitator according to claim 13, characterized in that it is the inner tube is a plastic line, wherein the plastic line is connected to the flow of a heat-transporting medium.
15. Rührwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffleitung in der Nähe des fermenterseitigen Rührwellenlagers endet.15. Agitator according to claim 14, characterized in that the plastic line ends in the vicinity of the fermenter side Rührwellenlagers.
16. Rührwerk nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem äußeren Rohr um ein Metallrohr handelt, wobei das Metallrohr den Rücklauf des Wärme transportierenden Mediums bildet. 16. Stirrer according to one of claims 13 to 15, characterized in that it is the outer tube is a metal tube, wherein the metal tube forms the return of the heat-transporting medium.
17. Rührwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührwelle (2) Wärmeleitbleche befestigt sind.17. Agitator according to one of the preceding claims, characterized in that on the agitator shaft (2) Wärmeleitbleche are attached.
18. Rührwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührblätter (4) an den Wärmeleitblechen befestigt sind.18. Agitator according to claim 17, characterized in that the stirring blades (4) are fixed to the Wärmeleitblechen.
19. Fermenter für Biomasse umfassend zumindest ein Rührwerk gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.19. Fermenter for biomass comprising at least one agitator according to one of the preceding claims.
20. Fermenter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter zwei Rührwerke gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.20. fermenter according to claim 19, characterized in that the fermenter comprises two agitators according to one of claims 1 to 18.
21. Fermenter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rührwellen der Rührwerke in einer Ebene liegen.21. Fermenter according to claim 20, characterized in that the two stirrer shafts of the agitators lie in one plane.
22. Fermenter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rührwellen der Rührwerke in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Fermenters angebracht sind.22. fermenter according to claim 21, characterized in that the two stirrer shafts of the agitators are mounted at different distances from the bottom of the fermenter.
23. Fermenter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten Rührwelle vom Boden des Fermenters rund das Doppelte des Abstands der zweiten Rührwelle vom Boden des Fermenters beträgt.23. fermenter according to claim 22, characterized in that the distance of the first stirring shaft from the bottom of the fermenter is about twice the distance of the second stirring shaft from the bottom of the fermenter.
24. Fermenter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter drei Rührwerke gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.24. fermenter according to claim 23, characterized in that the fermenter has three agitators according to one of claims 1 to 18.
25. Fermenter nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Rührwellen einen Winkel von 120° zueinander einschließen.25. fermenter according to claim 24, characterized in that the axes of the stirrer shafts form an angle of 120 ° to each other.
26. Fermenter nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Rührwellen der Rührwerke in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Fermenters angebracht sind. 26. Fermenter according to claim 25, characterized in that the three stirrer shafts of the agitators are mounted at different distances from the bottom of the fermenter.
27. Fermenter nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten Rührwelle vom Boden des Fermenters rund das 1 ,5fache des Abstands der zweiten Rührwelle vom Boden des Fermenters und rund das 3fache des Abstands der dritten Rührwelle vom Boden des Fermenters beträgt.27. fermenter according to claim 26, characterized in that the distance of the first agitator shaft from the bottom of the fermenter is about 1, 5 times the distance of the second agitator shaft from the bottom of the fermenter and about 3 times the distance of the third agitator shaft from the bottom of the fermenter.
28. Fermenter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Fermenter vier Rührwerke gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.28. fermenter according to claim 19, characterized in that the fermenter has four agitators according to one of claims 1 to 18.
29. Fermenter nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Rührwellen einen Winkel von 90° zueinander einschließen.29. fermenter according to claim 28, characterized in that the axes of the stirrer shafts form an angle of 90 ° to each other.
30. Fermenter nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Rührwellen der Rührwerke in unterschiedlichem Abstand vom Boden des Fermenters angebracht sind.30. Fermenter according to claim 29, characterized in that the four stirrer shafts of the agitators are mounted at different distances from the bottom of the fermenter.
31. Fermenter nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ersten Rührwelle vom Boden des Fermenters rund 4/3 des Abstands der zweiten Rührwelle vom Boden des Fermenters, rund das Doppelte des Abstands der dritten Rührwelle vom Boden des Fermenters und rund das Vierfache des Abstands der vierten Rührwelle vom Boden des Fermenters beträgt.31. fermenter according to claim 30, characterized in that the distance of the first agitator shaft from the bottom of the fermenter about 4/3 of the distance of the second agitator shaft from the bottom of the fermenter, about twice the distance of the third agitator shaft from the bottom of the fermenter and about four times the distance of the fourth stirring shaft from the bottom of the fermenter is.
32. Fermenter nach einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührwelle maximal 75% des Fermenterradius beträgt.32. Fermenter according to one of claims 19 to 31, characterized in that the length of the agitator shaft is at most 75% of the fermenter radius.
33. Fermenter nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührwelle maximal 66% des Fermenterradius beträgt.33. Fermenter according to claim 32, characterized in that the length of the stirring shaft is at most 66% of the fermenter radius.
34. Fermenter nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührwelle maximal 50% des Fermenterradius beträgt.34. Fermenter according to claim 33, characterized in that the length of the stirring shaft is at most 50% of the fermenter radius.
35. Fermenter nach einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührwelle mindestens 25% des Fermenterradius beträgt. 35. Fermenter according to one of claims 19 to 34, characterized in that the length of the stirring shaft is at least 25% of the fermenter radius.
36. Fermenter nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührwelle mindestens 33% des Fermenterradius beträgt.36. Fermenter according to claim 35, characterized in that the length of the stirrer shaft is at least 33% of the fermenter radius.
37. Fermenter nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Rührwelle mindestens 50% des Fermenterradius beträgt. 37. fermenter according to claim 36, characterized in that the length of the stirring shaft is at least 50% of the fermenter radius.
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