WO2017182190A1 - Vorrichtung und verfahren zum einbringen von sauerstoff in eine drehtrommelvorlage feuchten feststoffs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum einbringen von sauerstoff in eine drehtrommelvorlage feuchten feststoffs Download PDF

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WO2017182190A1
WO2017182190A1 PCT/EP2017/055349 EP2017055349W WO2017182190A1 WO 2017182190 A1 WO2017182190 A1 WO 2017182190A1 EP 2017055349 W EP2017055349 W EP 2017055349W WO 2017182190 A1 WO2017182190 A1 WO 2017182190A1
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WO
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drum
solid
air
rotation
less
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PCT/EP2017/055349
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietrich Eichler
Otto Roiss
Original Assignee
Röhren- Und Pumpenwerk Bauer Ges.M.B.H.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Röhren- Und Pumpenwerk Bauer Ges.M.B.H. filed Critical Röhren- Und Pumpenwerk Bauer Ges.M.B.H.
Publication of WO2017182190A1 publication Critical patent/WO2017182190A1/de

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for introducing oxygen, in particular atmospheric oxygen, into a moist solid, more preferably partially dewatered manure, comprising: a preferably cylindrical drum arranged rotatably about a preferably horizontal axis of rotation; an insertion device on the drum for introducing the solid; a discharge device on the drum for discharging the solid; at least one aeration device for introducing oxygen, in particular atmospheric oxygen, into the solid.
  • the invention comprises corresponding methods and products manufactured with the device according to the invention.
  • partially dewatered manure preferably cattle manure
  • the prior art for example EP 1 817 532 A1
  • cattle slurry with separators is partially dehydrated and then sanitized in rotary drums.
  • bedding can be recycled from manure.
  • Corresponding regulations for example, Regulation EC 1069/2009
  • regulations for example, Regulation EC 1069/2009
  • the European Parliament require sanitation at 70 ° C and a residence time of 1 hour to use such a substance.
  • DE 10 2014 212 196 A1 describes a method for the aerobic microbiological warming of free-flowing moist organic solids and a corresponding device, which enable a cost-effective operation for the purpose of safe and energy-efficient heating of the solid, in particular for sanitizing litter. Since the present invention relates to a further development of the subject matter of the invention contained in DE 10 2014 212 196 A1, reference is hereby made to this document and it is incorporated in its entirety into the disclosure content of the present invention.
  • thermodynamically speaking is the enthalpy of the water fraction carried in the air phase. Therefore, a further object of the present invention, by increasing the oxygen transport, in terms of a rate of uptake or a total degree of absorption after residence of the bulk, the volume flows of the aerating gas phase can lower significantly. Because only with such a measure, the entire device and the associated peripherals such as, for example, a fan for the supply air can be dimensioned smaller. In turn, smaller dimensions lead advantageously to the lowering of the total costs, both in terms of apparatus construction as an investment as well as the operation.
  • the object is achieved by a device and an associated method for introducing oxygen, in particular atmospheric oxygen, into a moist solid, preferably partially drained manure.
  • the method produces litter for cattle, preferably for dairy cattle, from the resulting manure.
  • the device comprises at least the following assemblies: (i) a rotatable drum, (ii) an entry device, (iii) a discharge device and (iv) a ventilation device.
  • the axis of rotation of the drum is in particular aligned approximately horizontally and extends through the two end faces of the drum. It can preferably be provided that the axis of rotation is delivered at a slight angle of inclination to the gravitational axis, so that, for example, an excess of moisture from the solid or a cleaning agent can flow easily when batch changes.
  • the conveying of the solid through the drum takes place from the one end face with the entry device to the other end face with a discharge device.
  • This is preferably, but not limited to, continuous; In principle, both quasi-continuous and batchwise modes of operation are conceivable.
  • the conveying of the solid in the drum is preferably carried out by rotating the drum in conjunction with a height gradient, which is set in operation according to a different, Difference of the filling levels respectively at the inlet and outlet of the drum, so from the one end face with the entry device towards the other end face with a discharge device. Sometimes sufficient for the purpose of sufficient promotion of the solid even a slight difference in altitude according to degrees of filling respectively at the inlet and outlet of the drum.
  • entry device preferably screw conveyors or flap systems are used.
  • the discharge device is preferably designed as an outlet according to the principle of an overflow weir.
  • the ventilation device for introducing oxygen is preferably used oxygen, which can be transported to the ventilation device, for example. Via conventional fans.
  • the ventilation device according to the invention for introducing oxygen, in particular atmospheric oxygen, into the solid comprises, in principle, at least two component components corresponding to one another, primarily stationary on the one hand and co-rotating essentially outside the drum shell, on the other hand:
  • a fixed outer supply air duct which is arranged on the frame of the drum; this encloses a rotatably rotating outer circumferential surface of the drum with a form fit, substantially transversely to the axis of rotation of the drum and in a rotational angle segment ⁇ around the axis of rotation around.
  • the outer surface of the drum is provided with at least one circumferential air inlet opening in such a way that when passing through the rotational angle segment ⁇ the circumferential air inlet openings each come into open flow contact by overlapping with the fixed outer supply air duct.
  • the inventive device for introducing oxygen thus aims through this in principle two-component construction of the ventilation device from a structurally advantageous manner ventilation from the outside into the bulk volume of the wet solid inside the drum on ideally several air inlet openings, ideally via the contact surface Feststoffbulk uniformly distributed to drum shell to ensure. Due to the fact that only by passing through the rotating angle segment ⁇ by overlapping the circulating air inlet openings with the fixed outer air inlet passage from the ventilation air from the outside to the inside, this is determined from the rotational position of the drum itself out; As a result, can be dispensed with a complex control and regulation. This also regularly results in high cost reductions as well as further advantages in terms of a better serviceability of the device with robustness-requiring operating conditions on an agricultural farm.
  • the supply air duct is arranged substantially below the drum and the rotation angle segment ⁇ is less than 270 °, preferably less than 180 °, more preferably less than 120 °, particularly preferably smaller than 90 °.
  • This proviso results from the fact that in operation a smaller degree of filling of particularly preferably 50 to 70% in the drum with bulk of the moist solid is useful as a 100% filling of the void volume, since otherwise a heavy Forderles would result as a disadvantage , For this reason, fill levels in industrial operation are typically between 40 and 80% by volume, volume fraction of the solid based on the internal void volume of the rotary drum, and it has been shown that the volume fraction desired in real operation is particularly preferably between 50 and 70%.
  • the at least one circumferential air inlet opening is provided with a preferably radially extending into the interior of the drum Heildiffusorelement.
  • This can preferably be designed as a perforated pipe section in the sense of a venting candle.
  • air diffuser elements can be represented in the form of an outer screen basket, which can be filled with loose dispersing fillings or with fiber corrugations for better air distribution into the solid.
  • an inflatable rubber ventilation hose element has been shown, as is also typically used in sewage treatment.
  • air diffuser elements are typically flanged against the air inlet opening, so that at applied internal pressure by applied compressed air they inflate like a balloon against a return spring and release in this state, small slit openings to the solid side. This allows air flow and oxygen transport in the adjacent Feststoffhinein done.
  • these air diffuser elements become slack, so that the solid on the outside of the air inlet openings does not lead to contamination of the slots.
  • the air diffuser element is arranged by mechanical connection to a on the outer circumferential surface of the drum at least partially adjacent support, wherein the connection extends through the air opening; in the case of the holder, in a preferred embodiment, it may be a sheet bent in the form of a circular arc segment.
  • the air diffuser element is mounted mechanically stable and, above all, in a rotational manner against rotation; Furthermore, there are advantages by a slight modular interchangeability of the correspondingly arranged air diffuser elements by easy release of the respective compound.
  • the holders which can each fill a circular arc segment, additively comprise the entire 360 ° of the outer circumference of the lateral surface of the drum, so that a closed peripheral surface results with a uniform radius.
  • the device according to the invention is intended for operation as a microbiological process reactor, preferably as a pasteurization and / or fermentation unit, all aspects of microbiological process engineering known from the prior art and their basic operations must be taken into account. In particular, these aspects include considerations of residence time as well as the Material and heat transfer the hydrodynamic design of the drum as a microbiological reactor.
  • the ventilation takes place in a front region of the conveyed solids volume, which is structurally implemented by defining at least a first length in the direction of the axis of rotation of the drum, as the distance between the end face of the drum near the entry device and the position of the at least one ventilation device according to the invention, as well as a second, total, length of the drum is defined as the distance between its two mutual end faces, wherein the ratio of the first length to the second length is preferably less than or equal to 60%, more preferably less than 45% , even more preferably less than 35% and particularly preferably less than 10%.
  • a plurality of, for example two or three, ventilation devices according to the invention in different positions, that is to say at different first lengths, along the direction of the axis of rotation of the drum for the step-by-step introduction of air.
  • Such improved ventilation is primarily aimed at a pasteurization application.
  • a complete pasteurization result in the solid due to the optimized ventilation can be achieved already in the first half of the drum, as has been shown in practice. Since the temperature of the solid required for pasteurization is reached here in the front region of the drum and should not rise higher, the heat which is generated exothermally by the microorganisms must be dissipated by the air flowing over the solid. Thus, a further intended drying of the solid is achieved. It has been found to be advantageous not to change the solids exiting the drum in dry content, but to feed the drum with moister solid via the entry device. If this mode of operation is possible, there is an additional advantage in the case of upstream press screw separators, since processing materials with a higher moisture content can process more wear-free.
  • the device according to the invention with a plurality of ventilation devices, it may further be preferred to increase the quantity ratio of the respectively supplied volume flows of air via respective upstream of the respective one Ventilation device to detect arranged in the respective supply air flow meter. Furthermore, it may be preferable to set the respectively supplied volume flows in a targeted manner in relation to each other.
  • a fan For sucking the air out of the drum, a fan is preferably used.
  • the term fan also includes compression stages up to very high compression ratios, i. Outlet pressure to inlet pressure of the compressed gas phase.
  • at least one further fan which is connected to the supply air connection and thus to the ventilation device.
  • the exhaust air and the supply air may preferably be coupled via a heat exchanger for heat recovery.
  • the venting can ideally also be dependent on different parameters of the moist solid to be ventilated;
  • process conditions are characterized by typical measurement data, for example, free and / or bound oxygen concentration, temperature, moisture content and pH.
  • Other typical process parameters include the parameters that typically characterize the air flow, such as the pressure applied externally and / or the pressure within the drum, which can be adjusted, for example, according to the integral void volume of the wet agglomerate to be ventilated, and others intrinsic properties such as the structure of this void volume.
  • the device contains a further fan, namely for the uniform injection of air into the supply air duct to the drum.
  • a control device for varying the volume flow and / or the pressure of the injected air in dependence on the rotational position of the drum and / or the pressure in the drum and / or the conveyed air quantity; and / or provided by the state of the moist solid measuring data, preferably the free and / or bound oxygen concentration and / or the temperature and / or the moisture content and / or the pH.
  • the invention includes the possibility, alternatively to the introduction of only oxygen, preferably of atmospheric oxygen, and the introduction of other gases in the wet solid.
  • the performance of the suctioning fan is slightly greater than the power of the further blowing fan. So in the drum remains a slight negative pressure and the air flow from the ventilation device through the solid is ensured. Furthermore, the fan must additionally dissipate the evaporated amount of water with the drum. With the Control device may preferably further be ensured that the positive or negative pressure inside the drum moves within a certain frame.
  • a control device can influence the rotational speed of the drum.
  • thermophilic microorganisms In the context of the invention, it has also been recognized that the high temperature of at least 70 ° C. for ensuring pasteurization over a relatively long period of time can be achieved, in particular, if optimal living conditions are created for thermophilic microorganisms.
  • the device according to the invention and the method according to the invention provide optimal living conditions for the propagation of aerobic thermophilic microorganisms. This is particularly important because aerobic organisms, which require oxygen for their metabolism, have a much faster rate of replication, and thus higher performance in temperature generation, than anaerobic organisms.
  • the device comprises a heating device for the direct and / or indirect heating of the injected air upstream of the at least one supply air duct, preferably in the region of an air supply duct to the supply air duct.
  • a heating device for the direct and / or indirect heating of the injected air upstream of the at least one supply air duct, preferably in the region of an air supply duct to the supply air duct.
  • This can preferably be designed as a supply air / exhaust air and / or as a supply air / fuel heat exchanger.
  • Active heating devices which may alternatively and / or additionally be provided, include electric heating elements, microwaves and / or infrared heaters
  • the invention further comprises a method for operating the device according to the invention.
  • the method according to the invention comprises, as central process steps (i), the rotation of a preferably cylindrical drum which is rotatably mounted about a preferably horizontal axis of rotation; (ii) introducing and discharging the solid into the drum, preferably at a degree of filling of 30% to 98% by volume, more preferably from 35 to 95% by volume, even more preferably from 40% to 80% by volume, particularly preferably 50% up to 70% volume fraction; (iii) the introduction of oxygen, in particular atmospheric oxygen, into the solid by at least one substantially external aeration device with an overall efficiency of the process, characterized in that the oxygen concentration of the air is reduced by 21% as it enters the drum via the inlet channel ,
  • a fan (fan 12) is preferably used to extract the air from the drum.
  • the definition of depletion of oxygen concentration takes place independently of the over the discharge front side of the fan (fan 12) sucked air.
  • the depletion is carried out to at least 10%, preferably to at least 5%, even more preferably to at least 2%, particularly preferably to at least 0.5%.
  • the dispersion and / or homogenization of the solid is provided, which should go beyond the already generated in the solid by rotating the drum dispersing and / or homogenizing effect. It is further preferably provided to additionally heat the solid in the drum.
  • the process according to the invention preferably operates the pasteurization of the solid in the drum, preferably in that at a temperature of at least 70 ° C. for a residence time of at least one hour, ie in the form provided for effective sanitation, kept at a moderate temperature.
  • the invention further comprises a product made with a device according to the invention;
  • the product according to the invention is formed as a solid, preferably as an agglomerate-shaped, as a moist and / or dried on an equilibrium residual moisture, which is also free-flowing, even more preferably free-flowing;
  • the product produced according to the invention is characterized in that it is pasteurized at the outlet from the plant.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the device according to the invention with
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the drum of the internal solid device of the invention according to all embodiments;
  • Fig. 2a is a detail of the lower portion of the cross-sectional view of Fig. 2;
  • Fig. 3 is an overall isometric view of the device according to the invention according to all embodiments, shown as a section of the cylindrical outer surface of the drum along its axis of rotation.
  • 3a is an isometric view of the ventilation device according to the invention according to all embodiments as such without a drum;
  • Fig. 3b corresponding to Fig. 3a, a section along the direction of rotation of the drum from the outer circumferential surface as an element of the device according to the invention according to all embodiments;
  • Figure 3c is an isometric view of the portion of the outer surface of the drum of the device according to the invention according to all embodiments, fully assembled with brackets in which respective Heildiffusoretti are held to the drum interior.
  • FIG. 3d is an isometric view as a detail of the air diffusion mount mount shown in FIG. 3c;
  • FIG. 3e is an isometric view of a preferred air diffuser element in accordance with all
  • Embodiments; 3f is an isometric view of a preferred wear ring of the device according to the invention according to all embodiments; to be provided between the outer ventilation device shown in Fig. 3a and the pre-assembled outer surface shown in Fig. 3c with Heildiffusor instituten;
  • Fig. 4 is a schematic representation of the device according to the invention with two
  • Ventilation devices according to a second embodiment.
  • Figures 1 to 3f show a first embodiment of a ventilation device 15 in a device 1 and their integration into a procedural system scheme for operating the device 1 according to the invention, in this embodiment with intended heat exchanger recovery 25 from the sucked by a fan 12 from the drum 2 Exhaust air 27.
  • the inventive method is carried out and the product according to the invention is prepared.
  • the device 1 comprises a drum 2. This drum 2 is rotatably mounted about an axis of rotation 3. For storage of the drum 2 more bearings are provided. These bearings support the outside of the lateral surface of the drum 2 and can act vibration damping to the installation surface.
  • a drive (not shown) is provided in order to set the drum 2 in rotation.
  • an entry end face 6 and a discharge end face 7 are defined.
  • an entry device 8 is integrated in the entry end face 6 .
  • a discharge device 9 is integrated in the discharge end 7 .
  • the entry device 8 is preferably used for continuous introduction of the solid 30 in the interior of the drum 2; Solid material 30 is preferably discharged continuously via the discharge device 9.
  • the here schematically illustrated entry device 8 for the moist solid 30 may, for example, be designed as a screw conveyor or funnel-shaped feed chute;
  • a press screw separator (not shown here) may be arranged directly upstream of the actual feeding device 8, from which the solid 30 to be fumigated falls directly into the feeding device 8, or is conveyed by a screw conveyor: via the preferably variable arrangement of the feeding and discharging devices 8 , 9, the degree of filling of the drum 2 can be adjusted with solid 30.
  • the discharge device 9 in this preferred embodiment of the device according to the invention, the discharge device 9 is arranged vertically at a certain level of the discharge end face 7 of the rotating drum 2 as a discharge chute 13.
  • the air thus heated in the heat exchanger 25 is compressed by compression in the further fan 24 and blown through a supply air line 22 in the ventilation device 15 according to the invention, which is mounted on an outer circumferential surface 18 of the drum 2.
  • the first length 40 is measured as the run length of the attachment point of the ventilation device 15 according to the invention, measured from the entry end face 6.
  • the second length 41 is the length of the drum 2 defined by its entry end face 6 to its discharge end face 7, that is measured as the entire length.
  • Fig. 2 shows in cross-section the drum 2 with the bulk of the wet solid 30 present in it.
  • the direction of rotation of the drum 2 is indicated clockwise with an arrow.
  • the solid 30 present with a degree of filling of about 70% of the drum cell volume shovels up by the rotational movement in the direction of the rotation to a surface inclined at an angle of approximately 45 ° and then falls downward again in the direction of rotation so that it falls an internal mixing comes.
  • a first central assembly relates to the outer part of the ventilation device 15 of the embodiment according to the invention and is designed to be fixed.
  • This exterior-facing part of the ventilation device 15 comprises an outer supply air duct 16, via which the air containing the oxygen to be introduced into the solid 30 is blown in.
  • This supply air duct 16 encloses the outer circumferential surface 18 of the drum 2 positively, here below the drum 2 recognizable in a rotational angle segment ⁇ as a lower peripheral component.
  • the supply air duct 16 is acted upon by compressed air from the horizontal, tangentially flanged supply air line 22.
  • a fixed sliding ring 31 comprises the outer circumferential surface 18 of the drum 2 in a form-fitting manner.
  • Both fixed external, positive peripheral components, so on the one hand the supply air duct 16 below and on the other hand, the sliding ring 31, are interconnected in the areas of provided on both sides flanges 33 and 34, preferably in non-positive and / or releasable design.
  • Another central assembly relates to the inner part of the ventilation device
  • This inner part of the aeration device 15 comprises at least one air inlet opening 19 which penetrates the outer jacket surface 18 of the drum 2 and serves to carry out the flow and to introduce the oxygen from the atmospheric oxygen into the solids 30 present in the interior of the drum 2.
  • a fixed circumferential wear ring 32 on the inside of the fixed outer assembly so here on slide ring 31 and supply air duct 16, rest and protect them against abrasion by the rotating rotating parts. If, as in this embodiment, such an intermediate element is present, it must be made correspondingly open in the entire region of the supply air channel 16 for the purpose of flowing through to the circulating air inlet openings 19. Good visible are preferably provided air diffuser elements 20, which are to introduce the introduced air from the, here shown: four, air inlet openings 19 in an improved manner in the solid 30.
  • air diffuser elements 20 which are to introduce the introduced air from the, here shown: four, air inlet openings 19 in an improved manner in the solid 30.
  • a designed as a perforated pipe section venting plug of these four are each arranged over the 360 ° inner circumference of the drum 2, in the rotational position of the drum 2 shown here, each at 12, 3, 6, 9 o'clock position.
  • FIG. 2 shows, for the embodiment, that the ventilation area of the solid 30 present in the drum 2, defined as the angle of rotation segment a, is adapted to the surface level of the moist solid 30 which adjusts at an angle to the horizontal.
  • the proportion oti of the rotation angle segment ⁇ in the direction of rotation before the lowest circulation point P in the embodiment shown here corresponds to one third of ⁇ , namely here: 30 °.
  • the peripheral circumferential surface 18 of the drum 2, with which the at least one air inlet opening 19, here four pieces, runs along as the innermost peripheral surface.
  • the stationary seal ring 31 with the outer supply air duct 16 and the peripheral outer lateral surface 18 are metallic, preferably in stainless steel V4A executed.
  • a fixed wear ring is shown, preferably in the embodiment made of polymeric wear material with sliding properties, for example of PE and / or Teflon, and / or another preferably extrudable polymers, which prevents seizure of the movable outer lateral surface 18 in the stationary seal ring 31.
  • the material of the wear ring 32 ideally, but not necessarily, be made of a material with such good sliding properties that it does not erode, but is characterized by long service life.
  • This fixed wear ring 32 made of polymeric material is, as shown in Fig. 3f clearly visible in the individual representation of this component, provided with elongated ventilation slots 36.
  • the coverage area here corresponds to rectangular elongated so that in the rotary operation of the drum, the apparent ventilation slots 36 of the fixed wear ring 32 can not turn out of the opening of the outer Zu povertykanals 16 in the rotation angle segment ⁇ , is like in detail at the bottom right recognizable, an anti-rotation for the fixed wear ring 32 in the form of an outwardly projecting radial clamping portion 35 executed.
  • FIGS. 3 a to 3f show for the embodiment in an isometric perspective on the one hand, the overall view in Fig. 3 of a fully assembled ventilation device 15, wherein a section of the cylindrical outer surface 18 of the drum 2 is shown along the axis of rotation 3, namely the area in which the ventilation device 15 according to the invention is mounted.
  • the individual representations of FIGS. 3 a to 3 f show, in the manner of an exploded view, the isometric views or detailed detail enlargements (FIGS. 3d and 3e) of the individual components.
  • the four air diffuser elements 20 are each introduced from the outside via the four corresponding air inlet openings 19 at 90 ° to each other.
  • the design of the air diffuser elements can be seen in detail together with their holder 21 from FIG. 3d and from FIG. 3e.
  • the air diffuser elements 20 shown for this embodiment are designed in the form of bar screens with an exemplary diameter of 80 mm; these diffuse emerging air bubbles along an exemplary depth of extension of 160 mm into the interior of the drum, the latter corresponding to the height of the cylindrically shaped air diffuser elements 20.
  • the close-meshed screen design helps to disperse the incoming air into the finest bubbles against the applied Laplace bubble pressure; on the other hand, it provides protection against leakage of the often agglomerate present solid 30 in the form of particles in the fit gap between peripheral outer surface 18 and provided in this embodiment, fixed wear ring 32;
  • the respective thicknesses of the fixed sliding ring 31 and of the fixed wear ring 32 would be chosen to be 5 mm, for example
  • the fixed sliding ring is tightly clamped around the outer surface 18 of the drum 2 by means of a tensioning element 29 with infeed screws, this serves to increase the mechanical stability for ideally concentric recirculation behavior the drum in the ventilation device 15th
  • Fig. 3a shows in isometric perspective solely the fixed seal 31 in flanging with the corresponding outer supply air duct 16. From this representation is clearly visible that the outer supply air duct 16 inside about the rotation angle ⁇ ⁇ through this quasi-filling ventilation opening 37, executed here in shape a rectangular longitudinal slot, is spanned; thus corresponds to the ventilation opening 37 of the supply air duct 16 with the rectangular elongated ventilation slots 36 of the fixed wear ring 32nd
  • Fig. 3b which illustrates the intended for mounting cutout of the outer surface 18 of the drum 2
  • These are also in this embodiment to about 80 mm diameter selected according to the diameter of the air diffuser elements 20 to be used.
  • the pair of side margins 38 are arranged in pairs therebetween; These are intended as an assembly aid and for lateral fixation on the one hand for the brackets 21 for the Lucasdiffusorimplantation 20 (see Fig. 3c), on the other hand for the spanning fixed sliding ring 31 (see Fig. 3 and Fig. 3c).
  • Fig. 3c corresponds to Fig. 3b in progress of the assembly of the ventilation device 15 by using the four Heildiffusorimplantation 20 through the air inlet openings 19.
  • These air diffuser elements 20 are fixed from the outside by the voltage applied to the outer surface 18 of the drum 2 brackets 21, here four Piece. How good of the Detect detail in Fig. 3d, these four brackets 21 are bent here as a flat webs as a circular arc segment, in this embodiment at 90 ° and thus executed together the drum diameter completely encompassing.
  • This embodiment with respect to the holder 21 has advantages due to easy mounting by attachment from the outside, so that no screwing must be done from the inside; Furthermore, this embodiment has the advantage that eliminates any, disturbing Verschraubungskanten or protruding Verschraubungsköpfe on the circumferential wear surface.
  • FIG 4 shows a second exemplary embodiment of the device 1 according to the invention in a preferred modification of the device 1 according to the first exemplary embodiment, namely here with two ventilation devices 15a, 15b, and their integration into a procedural system scheme for operating the device 1 according to the invention.
  • the two ventilation devices 15a, 15b serve in different positions, that is, at two different first lengths 40a, 40b, along the direction of the axis of rotation of the drum 2, the gradual introduction of air.
  • the one, upstream ventilation device 15a is arranged at a first length 40a of approximately 30%
  • the further, downstream ventilation device 15b is arranged at a further first length 40b of approximately 70%
  • the respective two ventilation devices 15a, 15b are supplied via the respective supply air lines 22a, 22b volume flows of air, which in turn are detected in the supply air through respective arranged quantity meter 42a, 42b.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in einen feuchten Feststoff (30), besonders bevorzugt in teilweise entwässerte Gülle, umfassend eine um eine, vorzugsweise horizontale, Drehachse (3) drehbeweglich angeordnete vorzugsweise zylindrische Trommel (2); eine Eintragsvorrichtung (8) an der Trommel (2) zum Eintragen des Feststoffes (30); eine Austragsvorrichtung (9) an der Trommel (2) zum Austragen des Feststoffes (30); mindestens eine Belüftungsvorrichtung (15) zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff (30), dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsvorrichtung (15) umfasst: einen an der Trommel (2) angeordneten feststehenden äußeren Zuluftkanal (16); wobei der feststehende äußere Zuluftkanal (16) eine drehbeweglich umlaufende äußere Mantelfläche (18) der Trommel (2) im wesentlichen quer zu der Drehachse (3) und in einem Drehwinkelsegment (α) um die Drehachse (3) mit Formpassung umschließt, und mindestens eine mit der Drehung der Trommel (2) umlaufende Lufteintrittsöffnung (19) durch die äußere Mantelfläche der Trommel (2), so dass bei Durchlaufen des Drehwinkelsegments (α) die umlaufenden Lufteintrittsöffnung (19) durch Überlappung in offenen Durchströmungskontakt zu dem feststehenden äußeren Zuluftkanal (16) kommt.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen von Sauerstoff in eine Drehtrommelvorlage feuchten Feststoffs
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in einen feuchten Feststoff, besonders bevorzugt in teilweise entwässerte Gülle, umfassend: eine um eine, vorzugsweise horizontale, Drehachse drehbeweglich angeordnete vorzugsweise zylindrische Trommel; eine Eintragsvorrichtung an der Trommel zum Eintragen des Feststoffes; eine Austragsvorrichtung an der Trommel zum Austragen des Feststoffes; mindestens eine Belüftungsvorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff.
Ferner umfasst die Erfindung entsprechende Verfahren und Produkte, hergestellt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Insbesondere wird teilweise entwässerte Gülle, vorzugsweise Rindergülle, behandelt, um hygienisiertes Einstreu zu erhalten. Der Stand der Technik, beispielsweise EP 1 817 532 A1 , beschreibt, dass Rindergülle mit Separatoren teilweise entwässert und anschließend in Drehtrommeln hygienisiert wird. Dadurch kann aus der Gülle Einstreu recycelt werden. Entsprechende Vorschriften (beispielsweise die Verordnung EG 1069/2009) des Europäischen Parlaments schreiben zur Nutzung eines solchen Stoffes eine Hygienisierung bei 70°C und bei einer Verweildauer von 1 Stunde vor. Die DE 10 2014 212 196 A1 beschreibt ein Verfahren zur aeroben mikrobiologischen Erwärmung schüttfähiger feuchter organischer Feststoffe und eine entsprechende Vorrichtung, die einen kostengünstigen Betrieb zwecks einer sicheren und energieeffizienten Erwärmung des Feststoffes, insbesondere zum Hygienisieren von Einstreu, ermöglichen. Da die vorliegende Erfindung eine Weiterentwicklung des in der DE 10 2014 212 196 A1 enthaltenen Erfindungsgegenstandes betrifft, soll hier auf diese Schrift Bezug genommen werden und sie vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der hier vorliegenden Erfindung miteinfließen.
Im Stand der Technik spielt die Aufgabe des Einbringens von Sauerstoff, insbesondere als Belüftung mit Luftsauerstoff, in einen feuchten Feststoff eine weiterhin wichtige Rolle, insbesondere, aber nicht ausschließlich, im Sinne der Pasteurisierung von Feststoffen, wie beispielsweise von teilweise entwässerter Gülle. Dabei hat sich der Lösungsansatz einer Belüftung in gedrehten Trommeln, in welcher der feuchte Feststoff als Bulk vorliegt, als großtechnisch vorteilhaft gegenüber anderen denkbaren Lösungsansätzen gezeigt, bspw. der Einmischung von Zusatzstoffen, bspw. Zeolithen, Säuren, Flokkulationsmitteln, und der Verwendung von mechanischen Vorrichtungen nach dem Prinzip der Mikrowelle, der Hochspannung, einem angelegtem Vakuum, welche regelmäßig Nachteile hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes sowie der erforderlichen Sicherheitstechnik im operativen Betrieb nach sich ziehen. Letztere alternative Verfahren entfallen vielfach für die großtechnische Nutzung insofern allein bereits aufgrund der sich daraus ergebenden Kostennachteile. Ferner erhöhen sich die Verfahrenskosten, im Falle der Einbringung von oben beispielsweise genannten Zusatzstoffen, nämlich durch deren zusätzliche Rohstoffkosten plus Aufwand für Silohaltung und Materialfluss.
Insofern stellt sich bei den also grundsätzlich vorteilhaften Verfahren, welche den feuchten Feststoff in einer Trommelvorlage belüften, die technische Aufgabe, bei einer anzustrebend hohen Durchsatzleistung, welche wiederum gleichzeitig einen hohen Füllgrad der Trommel mit dem feuchten Feststoff bedingt, gleichzeitig dennoch auch eine hohe Austauschgrenzfläche für den Sauerstoffübergang von der Gasphase in die Feststoffphase zu bewirken. Denn der Wirkungsgrad einer solchen verfahrenstechnischen Belüftungseinheit ergibt sich bekanntermaßen aus dem Zusammenspiel vieler physikalischer Grundlagenvorgänge des Stoff- und ggf. Wärmetransports, insb. von Diffusion in den makroskopischen Phasen wie an Grenzflächen, ggf. in porösen Leervolumina im Falle von agglomeratförmigen Feststoffen, von Ab-/Adsorption, von Lösungsverhalten, ggf. von chemischen Reaktionen an Feststoffoberflächen, von Benetzung, von Trocknungsverhalten, usw.
Dabei spielt im Falle einer drehenden Trommel ein spezifischer Nachteil eine große Rolle, welcher sich nämlich vielfach im Betrieb herausgestellt hat und teilweise in derart prohibitiver Ausprägung, dass einige Anwendungen, insbesondere im Falle von Pasteurisierungs- aufgaben, sich dadurch ausschließen: Und zwar bildet sich häufig in dem sich mit der Trommeldrehung mitdrehenden und umgewälzten Bulk aus dem feuchten Feststoff in dessen Mitte um die Drehachse herum, eine fester, sich nicht erneuernder, walzenförmiger, rollender Zylinder aus. Man beobachtet diesen Effekt verstärkt bei den gewünschten hohen Füllgraden, welche wiederum für eine entsprechende Durchsatzleistung im Sinne einer ökonomischen Dimensionierung der Trommel und Auslegung der gesamten Anlage erforderlich sind. Diese mitrollende Feststoffwalze liegt quasi wie ein kompaktiertes Kernvolumen im Bulk vor und bildet einen für eine Diffusion ins Innere schwer überwindbaren Grenzbereich aus. In Folge findet ein Stofftransport, insbesondere ein beabsichtigtes Einbringen von Sauerstoff, aber auch ein etwaig erwünschter Wärmetransport, nur bedingt bis hin zu gar nicht in das Innere dieser Feststoffwalze statt. Jedoch insbesondere mit Blick auf Belüftungsverfahren zum Zwecke der Pasteurisierung im Falle des Vorliegens eines mikrobiologisch besiedelten Feststoffes ist es unabdingbar, dass beispielsweise über die Einstellung eines optimalen Füllgrades der Trommel mit Feststoff sichergestellt ist, dass jedes kleine Volumenelement dieselbe Verfahrenshistorie hinsichtlich der vorgeschriebenen Hygienisierungsverweildauer von mindestens einer Stunde bei mindestens 70°C erlebt.
Insbesondere konnte festgestellt werden, dass in Ländern mit geographisch hoher Luftfeuchtigkeit die Erwärmung in der Trommel schwieriger ist als in trockenen Gebieten. Als Kernursache dafür ist, thermodynamisch betrachtet, die Enthalpie des in der Luftphase mitgetragenen Wasseranteils zu sehen. Deshalb ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, durch Erhöhung des Sauerstofftransportes, im Sinne einer Aufnahmerate oder eines gesamten Aufnahmegrades nach Verweildauer des Bulks, die Volumenströme der belüftenden Gasphase wesentlich herabsenken zu können. Denn nur mit einer solchen Maßnahme können die gesamte Vorrichtung und auch die dazugehörige Peripherie wie bspw. ein Lüfter für die Zuluft geringer dimensioniert werden. Geringere Dimensionierungen wiederum führen regelmäßig in vorteilhafter Weise zur Herabsenkung der Gesamtkosten, sowohl hinsichtlich des Apparatebaus als Investition wie auch des Betriebs. Damit schlägt bereits die Offenbarung der DE 10 2014 212 196 A1 , insb. Fig. 3, eine vorteilhafte Lösung dieses Problems vor, wobei in den gesamten Feststoff des in der Trommel vorliegenden Bulks ein optimierter Stoff- und Wärmetransport erfolgt und sogar eine gleichmäßige Verweilzeitverteilung pro Volumenelement eingestellt werden kann. Die darin offenbarte Lösung zieht allerdings den im operativen Betrieb erheblichen Nachteil nach sich, dass die darin beschriebene Drehkupplung und das in die Trommel einzubringende perforierte mitbewegliche Lüftungsrohr mit der beweglichen Abdeckung in dieser Anordnung konstruktiv aufwendig sind, was wiederum hohe Kosten nach sich zieht. Insofern ist diese Anordnung zwar grundsätzlich einsetzbar, doch hinsichtlich Investitions-, Betriebs- und Wartungsaufwand gewissermaßen nachteilig. Ein weiterer Nachteil für die Praxis ergibt sich aufgrund der aufwendigen Drehkupplungskonstruktion mit vorzugsweiser Steuerung aus einem eher engeren Dimensionierungsbereich, in welchem eine solche Anordnung sinnvoll baubar ist, nämlich weniger für kleinere Pilotanlagen. Insofern ergeben sich Praxisnachteile für diese Lösung häufig aus der Notwendigkeit des Scale-ups von Prozessen, der gerade im Falle mikrobiologischer Prozessanwendungen sorgfältig erfolgen sollte. Nachteilig ist dabei weiterhin, dass der Lufteintrag über die gesamte Trommellänge verteilt erfolgt und damit nicht nur gezielt in denjenigen Bulkbereichen, wo die Luft tatsächlich benötigt wird. Weiterhin bilden sich unterschiedlich gut belüftete Bereiche. Die sich einstellenden unterschiedlichen Drücke verhindern das gewünschte Durchströmen des Feststoffes in den entsprechenden Bereichen der Trommel.
Es ist also eine zentrale Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Grenzflächenerhöhung der Feststoff-Gasphase für einen erhöhten Sauerstofftransport zu gewährleisten bei gleichzeitig homogenem Erleben der einzelnen Volumenelemente. Dies soll konstruktiv und verfahrenstechnisch so dargestellt werden, dass eine kostengünstige Vorrichtungsumsetzung gewährleistet ist, welche sich zusätzlich nicht nur für großtechnische Anlagen sondern auch für den Pilotbetrieb im Labor und kleineren Maßstab eignet.
Ferner ist es eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine für eine Altanlage mit einer Drehtrommelvorlage leicht zu montierende Nachbauausführung bereit zu stellen. Hinsichtlich des Erfordernisses der vorliegenden Erfindung, eine nachrüstbare Vorrichtung zu schaffen, ist es als eine zusätzliche Aufgabe anzusehen, dass dies idealerweise sogar die Nachrüstung bei Anlagen aller Herstellertypen ermöglichte, sodass des Weiteren eine möglichst hohe Kompatibilität mit unterschiedlichen Bauarten durch eine flexible Gestaltung erforderlich ist. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in einen feuchten Feststoff, vorzugsweise von teilweise entwässerter Gülle. Insbesondere wird durch das Verfahren Einstreu für Rinder, vorzugsweise für Milchviehanlagen, aus der anfallenden Gülle erzeugt.
Die Vorrichtung umfasst dabei zumindest die folgenden Baugruppen: (i) eine drehbewegliche Trommel, (ii) eine Eintragsvorrichtung, (iii) eine Austragsvorrichtung und (iv) eine Belüftungsvorrichtung. Die Drehachse der Trommel ist dabei insbesondere in etwa horizontal ausgerichtet und verläuft durch die beiden Stirnseiten der Trommel. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Drehachse in einem leichten Neigungswinkel zur Gravitationsachse zugestellt ist, damit bspw. ein Überschuss an Feuchte aus dem Feststoff oder auch ein Reinigungsmittel bei Chargenwechsel leicht abfließen kann.
Das Fördern des Feststoffes durch die Trommel erfolgt von der einen Stirnseite mit der Eintragsvorrichtung hin zur anderen Stirnseite mit einer Austragsvorrichtung. Dies erfolgt vorzugsweise, aber nicht limitierend darauf, kontinuierlich; so sind grundsätzlich auch sowohl quasikontinuierliche als auch batchweise Fahrweisen denkbar. Das Fördern des Feststoffes in der Trommel erfolgt bevorzugt durch das Drehen der Trommel in Verbindung mit einem Höhengefälle, welches im Betrieb eingestellt wird gemäss einem den unterschiedlichen, Unterschied der Füllgrade jeweilig am Ein- und Auslauf der Trommel, also von der einen Stirnseite mit der Eintragsvorrichtung hin zur anderen Stirnseite mit einer Austragsvorrichtung. Mitunter reicht zum Zwecke einer ausreichenden Förderung des Feststoffes ein auch nur geringfügiges Höhengefälle gemäß Füllgraden jeweilig am Ein- und Auslauf der Trommel. Als Eintragsvorrichtung kommen bevorzugt Förderschnecken oder Klappensysteme zum Einsatz. Die Austragsvorrichtung ist bevorzugt als Auslauf nach dem Prinzip eines Überlaufwehres ausgeführt.
In der Belüftungsvorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff wird vorzugsweise Luftsauerstoff verwendet, welcher an die Belüftungsvorrichtung bspw. über herkömmliche Lüfter herantransportiert werden kann. Die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff umfasst im Grundsatz mindestens zwei miteinander korrespondierende Baugruppenkomponenten primär einerseits feststehend und andererseits mitdrehend im wesentlichen außerhalb des Trommelmantels:
Zum einen feststehenden äußeren Zuluftkanal, der am Rahmen der Trommel angeordnet ist; dabei umschließt dieser eine drehbeweglich umlaufende äußere Mantelfläche der Trommel mit Formpassung, und zwar im Wesentlichen quer zu der Drehachse der Trommel und in einem Drehwinkelsegment α um die Drehachse herum.
Zum anderen ist die äußere Mantelfläche der Trommel mit zumindest einer umlaufenden Lufteintrittsöffnung versehen und zwar dergestalt, dass bei Durchlaufen des Drehwinkelsegmentes α die umlaufenden Lufteintrittsöffnungen jeweils durch Überlappung mit dem feststehenden äußeren Zuluftkanal in offenen Durchströmungskontakt kommen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen von Sauerstoff zielt also durch diesen im Prinzip zweikomponentigen Aufbau der Belüftungsvorrichtung darauf ab, auf konstruktiv vorteilhafte Weise eine Belüftung von außen in das im Inneren der Trommel vorliegende Bulkvolumen des feuchten Feststoffes über idealerweise mehrere Lufteintrittsöffnungen, die idealerweise über die Kontaktfläche Feststoffbulk zu Trommelmantel gleich verteilt vorliegen, zu gewährleisten. Aufgrunddessen dass ausschließlich bei Durchlaufen des Drehwinkelsegmentes α durch Überlappung der umlaufenden Lufteintrittsöffnungen mit dem feststehenden äußeren Zuluftkanal eine Durchströmung von der Belüftungsluft von außen nach innen stattfindet, bestimmt sich dies aus der Drehposition der Trommel selber heraus; infolgedessen kann auf eine aufwendige Regelung und Steuerung verzichtet werden. Auch daraus ergeben sich regelmäßig hohe Kostenreduktionen sowie ferner Vorteile hinsichtlich einer damit bewerkstelligten besseren Einsatzbarkeit der Vorrichtung unter Robustheit erfordernden Einsatzbedingungen auf einem landwirtschaftlichen Betrieb. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Zuluftkanal im Wesentlichen unterhalb der Trommel angeordnet ist und das Drehwinkelsegment α kleiner 270°, vorzugsweise kleiner 180°, weiter bevorzugt kleiner 120°, besonders bevorzugt kleinergleich 90° beträgt. Diese Maßgabe ergibt sich daraus, dass im Betrieb ein kleinerer Füllgrad von insbesondere bevorzugt 50 bis 70% in der Trommel mit Bulk des feuchten Feststoffes als eine 100%-ige Ausfüllung des Leervolumens sinnvoll ist, da sich ansonsten auch eine schwere Forderbarkeit als Nachteil ergeben würde. Deshalb liegen im großtechnischen Betrieb Füllgrade typischerweise zwischen 40 bis 80 Vol.-%, Volumenanteil des Feststoffes bezogen auf das innere Leervolumen der Drehtrommel, wobei sich gezeigt hat, dass der im Realbetrieb angestrebte Volumenanteil insbesondere bevorzugt zwischen 50 und 70% liegt. Da es sinnvoll ist, dass eine Belüftung nur in dem Drehwinkelsegment der inneren Mantelfläche der Trommel erfolgt, wo tatsächlich Feststoff an der Innenfläche anliegt, wird dies konstruktiv dadurch erreicht, dass das Drehwinkelsegment α nicht den gesamten 360°-lnnenumfang der Trommel umfasst, sondern nur den von unten aus gesehenen Teildrehabschnitt, definiert als Drehwinkelsegment a; dieses entspricht sinnvoller in etwa dem für ein jeweiliges Verfahren mit einem jeweiligen zu behandelnden feuchten Feststoff optimalen Füllgrad der Bulkvorlage in der Trommel.
Ferner wird idealerweise berücksichtigt, dass sich beim Betrieb solcher Drehtrommeln gezeigt hat, dass sich die Oberfäche des Feststoffs schräg stellt; der Winkel beträgt durch das Fließverhalten beispielweise im Falle eineskrümeligen Feststoffes etwa 45°. Um also eine konstruktive Vorsehung zu treffen, wodurch ein optimaler Überlappungsbereich des äußeren Zuluftkanals zu den umlaufenden Lufteintrittsöffnungen sicherzustellen und vornehmlich im Bereich des Feststoffkontaktes zur Innenmantelfläche der Trommel zu belüften, ist es ferner vorteilhaft vorgesehen, dass ein Anteil αι des Drehwinkelsegments α in Drehrichtung vor einem tiefsten Umlaufpunkt P kleiner der Hälfte des Drehwinkelsegments a, weiter bevorzugt kleiner ein Drittel des Drehwinkelsegments a beträgt.
Wie bereits ausgeführt, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst große Austauschfläche zwischen Feststoff- und Gasphase sicherzustellen, dies im Sinne eines optimierten Sauerstofftransports von der Gasphase in und/oder an den feuchten Feststoff. Deshalb ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass die mindestens eine umlaufende Lufteintrittsöffnung mit einem vorzugsweise radial sich in das Innere der Trommel erstreckenden Luftdiffusorelement versehen ist. Dieses kann vorzugsweise als perforiertes Rohrstück im Sinne einer Belüftungskerze ausgeführt sein. Alternativ sind Luftdiffusorelemente darstellbar in Form eines äußeren Siebkorbes, der zur besseren Luftverteilung in den Feststoff hinein mit losen Dispergierschüttungen oder mit Faserngewöllen gefüllt sein kann. Besonders vorteilhaft hat sich als weitere Alternative einer Ausführungsform eines sich in das Innere der Trommel erstreckenden Luftdiffusorelementes ein aufblähbares Gummibelüftungsschlauchelement gezeigt, wie es auch typischerweise in der Klärtechnik zum Einsatz kommt. Solche in Form aufblähbarer Gummibelüftungsschläuche ausgeführten Luftdiffusorelemente werden dabei typischerweise gegen die Lufteintrittsöffnung geflanscht, sodass bei anliegendem Innendruck durch aufgebrachte Druckluft sie sich ballonartig gegen eine Rückstellfeder aufblähen und in diesem Zustand kleine Schlitzöffnungen freigeben zur Feststoffseite hin. Dadurch kann Luftströmung und Sauerstofftransport in den anliegenden Feststoffhinein erfolgen. Hingegen erschlaffen bei Wegfallen des Innendrucks diese Luftdiffusorelemente, sodass der Feststoff auf der Außenseite der Lufteintrittsöffnungen nicht zur Verschmutzung der Schlitze führt.
Vorteilhafterweise ist das Luftdiffusorelement durch mechanische Verbindung an einer an der äußeren Mantelfläche der Trommel zumindest teilweise anliegenden Halterung angeordnet, wobei die Verbindung durch die Luftöffnung verläuft; bei der Halterung kann es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um ein in Form eines als Kreisbogensegment gebogenen Blechs handeln. Durch eine solche Anordnung wird sichergestellt, dass das Luftdiffusorelement mechanisch stabil und vor allem auch im Rotationsbetrieb verdrehsicher angebracht ist; ferner ergeben sich Vorteile durch eine leichte modulare Austauschbarkeit der entsprechend angeordneten Luftdiffusorelemente durch leichtes Lösen der jeweiligen Verbindung.
Es kann dabei sowohl der Bereich der mechanischen Verbindung an der Trommelinnenseite liegen wie auch an der Trommelaußenseite wie auch dazwischen im Inneren der Lufteintrittsöffnung. Bezüglich der Gesamtkonstruktion ist es dabei vorteilhaft, wenn die Halterungen, die jeweils ein Kreisbogensegment ausfüllen können, zusammen die gesamten 360° des äußeren Kreisumfangs der Mantelfläche der Trommel additiv umfassen, sodass sich eine geschlossene Umfangsfläche mit einheitlichem Radius ergibt.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Einbringen von Sauerstoff in den Feststoff zu gewährleisten und ferner zu optimieren, sowohl bezogen auf die gesamten Stoffbilanz des Verfahrens als auch auf die Homogenität der Historie aller Volumenelemente. Dies spielt insbesondere eine Rolle beim Betrieb von solchen Vorrichtungen für Feststoffe, die mit thermophilen und/oder aeroben Mikroorganismen besiedelt sind. Für den bevorzugten Fall, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Betrieb als mikrobiologischer Verfahrensreaktor vorgesehen ist, vorzugsweise als Pasteurisierungs- und/oder Fermentierungseinheit, sind alle nach Stand der Technik bekannten Aspekte der mikrobiologischen Verfahrenstechnik und deren Grundoperationen zu berücksichtigen. Insbesondere umfassen diese Aspekte neben Betrachtungen zur Verweilzeit sowie auch zum Stoff- und Wärmeübergang die hydrodynamische Auslegung der Trommel als mikrobiologischer Reaktor. Diese Überlegungen umfassen die Fahrweise als Gegenstrom, d.h. Förderrichtung des Feststoffes entgegengesetzt zur Förderrichtung der Luft, versus Gleichstrom versus Kreuzstrom sowie alle als überlagert anzusehende Fahrweisen. Bevorzugt ist deshalb vorgesehen, dass die Belüftung in einem vorderen Bereich des durchgeförderten Feststoffvolumens erfolgt, was konstruktiv dadurch umgesetzt wird, dass mindestens eine erste Länge in Richtung der Drehachse der Trommel definiert ist, und zwar als Abstand zwischen der Stirnseite der Trommel nahe der Eintragsvorrichtung und der Position der mindestens einen erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung, sowie eine zweite, gesamte, Länge der Trommel definiert ist, und zwar als Abstand zwischen ihren beiden gegenseitigen Stirnseiten, wobei das Verhältnis der ersten Länge zu der zweiten Länge vorzugsweise kleinergleich 60%, weiter bevorzugt kleiner 45%, noch weiter bevorzugt kleiner 35% und insbesondere bevorzugt kleiner 10% beträgt.
Ferner kann es bevorzugt sein, mehrere, beispielsweise zwei oder drei, erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtungen in unterschiedlichen Positionen, also zu unterschiedlichen ersten Längen, entlang der Richtung der Drehachse der Trommel zum stufenweisen Einbringen von Luft vorzusehen. Beispielsweise kann es für eine Ausführungsform mit zwei erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtungen bevorzugt sein, die eine bei einer ersten Länge von 10 %, die andere bei einer ersten Länge von 70 % anzuordnen.
Eine derartig verbesserte Belüftung zielt vorrangig auf eine Pasteurisierungsanwendung ab. Dabei kann ein vollständiges Pasteurisierungsergebnis im Feststoff aufgrund der optimierten Belüftung schon in der ersten Hälfte der Trommel erreicht werden, wie sich in der Praxis gezeigt hat. Da hier bereits im vorderen Bereich der Trommel die zur Pasteurisierung notwendige Temperatur des Feststoffes erreicht ist und auch nicht höher steigen soll, muss die exotherm durch die Mikroorganismen ergänzend entstehende Wärme durch die über dem Feststoff strömende Luft abgeleitet werden. Damit wird eine weitere intendierte Trocknung des Feststoffes erzielt. Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, nicht den aus der Trommel austretenden Feststoff im Trockengehalt weiter zu verändern, sondern die Trommel mit feuchterem Feststoff über die Eintragsvorrichtung zu beschicken. Sofern diese Fahrweise möglich ist, ergibt sich ein noch zusätzlicher Vorteil im Falle von vorgeschalteten Pressschneckenseparatoren, da Verarbeitungsmassen mit höherem Feuchtegehalt verschleißfreier verarbeiten können.
Bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren Belüftungsvorrichtungen kann es des Weiteren bevorzugt sein, das Mengenverhältnis der jeweilig zugeführten Volumenströme an Luft über jeweilige vor der jeweiligen Belüftungsvorrichtung in den jeweiligen Zuluftleitungen angeordnete Mengenmesser zu erfassen. Weiterhin kann es bevorzugt sein, die jeweilig zugeführten Volumenströme gezielt im Verhältnis zueinander einzustellen.
Zum Absaugen der Luft aus der Trommel wird vorzugsweise ein Lüfter verwendet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff eines Lüfters auch Verdichtungstufen bis hin zu sehr hohen Verdichtungsrelationen, d.h. Ausgangsdruck zu Eingangsdruck der verdichteten Gasphase. Um die Luft bzw. den Sauerstoff in das Trommelinnere zu befördern, wird bevorzugt zumindest ein weiterer Lüfter verwendet, welcher an den Zuluftanschluss und somit an die Belüftungsvorrichtung angeschlossen ist. Die Abluft und die Zuluft können vorzugsweise über einen Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung gekoppelt sein.
Im Rahmen der Erfindung wurde auch erkannt, dass das Belüften idealerweise auch von unterschiedlichen Parametern des zu belüftenden feuchten Feststoffes abhängig sein kann; bspw. werden solche Prozesszustände durch typische Messdaten charakterisiert, bspw. freie und/ oder gebundene Sauerstoffkonzentration, Temperatur, Feuchtegehalt und pH-Wert. Weitere typische Prozessparameter umfassen die Parameter, die die Durchströmung der Luft typischerweise charakterisieren, bspw. der außerhalb anliegende Druck und/oder der innerhalb der Trommel vorliegende Druck, der sich gemäß dem integralen Lückenvolumen des zu belüftenden feuchten Agglomerats bspw. einstellen kann und auch aus anderen intrinsischen Eigenschaften wie bspw. der Struktur von diesem Lückenvolumen. Insofern ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung einen weiteren Lüfter, nämlich zum gleichmäßigen Einblasen der Luft in den Zuluftkanal zu der Trommel, enthält. Vorzugsweise ist ferner eine Steuerungsvorrichtung zum Verändern des Volumenstroms und/oder des Drucks der eingeblasenen Luft in Abhängigkeit von der Drehposition der Trommel und/oder des Drucks in der Trommel und/oder der geförderten Luftmenge; und/oder von den Zustand des feuchten Feststoffes kennzeichnenden Messdaten, vorzugsweise der freien und/oder gebundenen Sauerstoffkonzentration und/oder der Temperatur und/oder des Feuchtegehaltes und/oder des pH-Wertes vorgesehen.
Die Erfindung umfasst die Möglichkeit, alternativ zum Einbringen von nur Sauerstoff, vorzugsweise von Luftsauerstoff, auch das Einbringen von anderen Gasen in den feuchten Feststoff.
Vorteilhafterweise ist die Leistung des, absaugenden, Lüfters etwas größer als die Leistung des weiteren, einblasenden, Lüfters. So bleibt in der Trommel ein geringer Unterdruck und der Luftstrom aus Belüftungsvorrichtung durch den Feststoff ist sichergestellt. Ferner muss der Lüfter zusätzlich die verdampfte Wassermenge mit aus der Trommel abführen. Mit der Steuerungsvorrichtung kann vorzugsweise ferner sichergestellt werden, dass sich der Überoder Unterdruck im Trommelinneren innerhalb eines gewissen Rahmens bewegt.
Unabhängig davon, dass in die Steuerungsvorrichtung zum Verändern des Volumenstroms und/oder des Drucks der eingeblasenen Luft ausgesuchte Parameter des Trommelbetriebs einfließen können, kann es umgekehrt oder auch additiv vorgesehen sein, dass wiederum eine Steuerungsvorrichtung die Drehzahl der Trommel beeinflussen kann.
Im Rahmen der Erfindung wurde ferner erkannt, dass die hohe Temperatur von zumindest 70°C zur Sicherstellung der Pasteurisierung über einen längeren Zeitraum insbesondere dann erreicht werden kann, wenn optimale Lebensbedingungen für thermophile Mikroorganismen geschaffen werden. Insbesondere stellen die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren optimale Lebensbedingungen für die Vermehrung von aeroben thermophilen Mikroorganismen bereit. Dies ist insbesondere wichtig, da aerobe Organismen, die für ihren Stoffwechsel Sauerstoff benötigen, eine weit schnellere Vermehrungsrate und damit also auch eine höhere Leistung bei der Temperaturerzeugung haben als anaerobe Organismen.
Deshalb ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung eine dem mindestens einen Zuluftkanal, vorzugsweise im Bereich einer Zuluftleitung zu dem Zuluftkanal, vorgeschaltete Heizvorrichtung zum direkten und/oder indirekten Erwärmen der eingeblasenen Luft umfasst. Diese kann vorzugsweise ausgestaltet sein als ein Zuluft/Abluft- und/oder als ein Zuluft/Brennstoff-Wärmetauscher. Aktive Heizvorrichtungen, die alternativ und/oder zusätzlich vorgesehen sein können, umfassen elektrische Heizelemente, Mikrowellen und/oder Infrarotheizungen
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst als zentrale Verfahrensschritte (i) das Drehen einer drehbeweglich angeordneten, vorzugsweise zylindrischen Trommel um eine vorzugsweise horizontale Drehachse; (ii) das Eintragen und Austragen des Feststoffes in die Trommel, vorzugsweise zu einem Befüllungsgrad von 30% bis 98% Volumenanteil, weiter bevorzugt von 35 bis 95% Volumenanteil, noch weiter bevorzugt von 40% bis 80% Volumenanteil, insbesondere bevorzugt von 50% bis 70% Volumenanteil; (iii) das Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff durch mindestens eine im wesentlichen äußere Belüftungsvorrichtung mit einem Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sauerstoffkonzentration der Luft von 21 % beim Eintritt über den Zulaufkanal in die Trommel abgereichert wird.
Wie bereits beschrieben, wird zum Absaugen der Luft aus der Trommel vorzugsweise ein Lüfter (Lüfter 12) verwendet. Die Definition der Abreicherung der Sauerstoffkonzentration erfolgt unabhängig von der über die Austragsstirnseite vom Lüfter (Lüfter 12) angesaugten Luft. Vorzugsweise erfolgt die Abreicherung auf mindestens 10%, vorzugsweise auf mindestens 5 %, noch weiter bevorzugt auf mindestens 2%, insbesondere bevorzugt auf mindestens 0,5%. Als vorzugsweise zusätzlicher Verfahrensschritt beim Betrieb der erfindungsgemäßen Trommel ist das Dispergieren und/oder Homogenisieren des Feststoffes vorgesehen, was über die durch das Drehen der Trommel ohnehin im Feststoff erzeugten Dispergier- und/oder Homogenisierwirkung hinausgehen soll. Es ist weiterhin vorzugsweise vorgesehen, den Feststoff in der Trommel zusätzlich zu erwärmen. Dies kann insbesondere vorgesehen sein, sofern das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise das Pasteurisieren des Feststoffes in der Trommel betreibt, vorzugsweise in dem dieser bei einer Temperatur von mindestens 70°C für eine Verweildauer von mindestens einer Stunde, also in der seitens einer effektiven Hygienisierung vorgesehenen Form, temperiert gehalten wird.
Die Unteransprüche und die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für das erfindungsgemäße
Verfahren.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Produkt hergestellt mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; dabei ist das erfindungsgemäße Produkt ausgebildet als Feststoff, vorzugsweise als agglomerat-förmiger, als feuchter und/oder auf eine Gleichgewichtsrestfeuchte getrockneter, der ferner schüttfähig vorliegt, noch weiter bevorzugt rieselfähig; das erfindungsgemäß hergestellte Produkt ist dadurch gekennzeichnet, dass es am Austritt aus der Anlage pasteurisiert vorliegt.
Vorteilhafterweise ist es dann dadurch gekennzeichnet, dass für die drei hauptsächlich im Laborbetrieb verwendeten, als Marker angesehenen Bakterienstämme bei repräsentativem Probenzug keine pathogenen Bakterienkeimzahlen mehr detektierbar wären. Dabei wird herkömmlich der Grad der Pasteurisierung als vollständig angesehen, wenn die verbleibende maximale Keimzahlkonzentration wie folgt sich darstellt:
Escherichia Coli:
geringer 5.000 [Keimzahl], vorzugsweise geringer 1.000 [Keimzahl] pro 1 g-Proben, insbesondere bevorzugt
geringer 1.000 [Keimzahl] bei 5 aus 5 zu untersuchenden 1 g-Proben; und/oder
• Enterokokken:
geringer 5.000 [Keimzahl], vorzugsweise geringer 1.000 [Keimzahl] pro 1 g-Proben, insbesondere bevorzugt
geringer 1.000 [Keimzahl] bei 5 aus 5 zu untersuchenden 1 g-Proben; und/oder • Salmonellen:
geringer 0 [Keimzahl] pro 25 g-Proben,
insbesondere bevorzugt
geringer 0 [Keimzahl] bei 5 aus 5 zu untersuchenden 25 g-Proben.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit
Wärmetauscher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Fig. 2 eine Querschnittansicht der Trommel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit innenliegendem Feststoff gemäß allen Ausführungsbeispielen;
Fig. 2a ein Detail des unteren Bereichs der Querschnittsansicht aus Fig. 2;
Fig. 3 eine isometrische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß allen Ausführungsbeispielen, dargestellt als Ausschnitt der zylindrischen äußeren Mantelfläche der Trommel längs ihrer Drehachse.
Es folgen, quasi im Sinne von Explosionsdarstellungen, einzelne Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß allen Ausführungsbeispielen respektive deren diverse Zustände im Montagefortschritt zu Baugruppen:
Fig. 3a eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung gemäß allen Ausführungsbeispielen als solcher ohne Trommel;
Fig. 3b korrespondierend zu Fig. 3a, ein Ausschnitt längs zur Drehrichtung der Trommel aus deren äußerer Mantelfläche als Element der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß allen Ausführungsbeispielen;
Fig. 3c eine isometrische Ansicht des Ausschnitts der äußeren Mantelfläche der Trommel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß allen Ausführungsbeispielen, fertig montiert mit Halterungen, in welchen jeweilige Luftdiffusorelemente zum Trommelinneren gehalten werden;
Fig. 3d eine isometrische Ansicht als Detail der in Fig. 3c gezeigten montierten Halterung mit Luftdiffusorelement; Fig. 3e eine isometrische Ansicht eines bevorzugten Luftdiffusorelementes gemäß allen
Ausführungsbeispielen; Fig. 3f eine isometrische Darstellung eines bevorzugten Verschleißrings der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß allen Ausführungsbeispielen; vorzusehen zwischen der in Fig. 3a gezeigten äußeren Belüftungsvorrichtung und der in Fig. 3c gezeigten vormontierten Mantelfläche mit Luftdiffusorelementen; Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei
Belüftungsvorrichtungen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 1 bis 3f zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Belüftungsvorrichtung 15 in einer Vorrichtung 1 und deren Einbindung in ein verfahrenstechnisches Anlagenschema zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , und zwar in dieser Ausführungsform mit vorgesehener Wärmetauscherrückgewinnung 25 aus der mittels eines Lüfters 12 aus der Trommel 2 abgesogenen Abluft 27. Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff in einen feuchten Feststoff, umfassend die Belüftungsvorrichtung 15 als zentrale Baugruppe, wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt und wird das erfindungsgemäße Produkt hergestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Trommel 2. Diese Trommel 2 ist um eine Drehachse 3 drehbeweglich gelagert. Zur Lagerung der Trommel 2 sind mehrere Lager vorgesehen. Diese Lager stützen die Außenseite der Mantelfläche der Trommel 2 und können schwingungsdämpfend zur Aufstellungsfläche wirken. Des Weiteren ist ein Antrieb (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Trommel 2 in Rotation zu versetzen. An der Trommel 2 sind eine Eintragsstirnseite 6 und eine Austragsstirnseite 7 definiert. In die Eintragsstirnseite 6 ist eine Eintragsvorrichtung 8 integriert. In die Austragsstirnseite 7 ist eine Austragsvorrichtung 9 integriert. Die Eintragsvorrichtung 8 dient vorzugsweise zum kontinuierlichen Eintragen des Feststoffes 30 in das Innere der Trommel 2; über die Austragsvorrichtung 9 wird vorzugsweise kontinuierlich Feststoff 30 ausgetragen. Die hier schematisch dargestellte Eintragsvorrichtung 8 für den feuchten Feststoff 30 kann bspw. als Förderschnecke oder trichterförmige Feed-Schütte ausgeführt sein; vorzugsweise kann ein Pressschneckenseparator (hier nicht dargestellt) vor der eigentlichen Eintragsvorrichtung 8 direkt vorgeschaltet sein, aus dem der zu begasende Feststoff 30 direkt in die Eintragsvorrichtung 8 fällt, respektive durch eine Förderschnecke gefördert wird: Über die vorzugsweise variable Anordnung der Eintrags- und Austragsvorrichtungen 8, 9 kann der Füllgrad der Trommel 2 mit Feststoff 30 eingestellt werden. Als vorzugsweise Ausführung der Austragsvorrichtung 9 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Austragsvorrichtung 9 vertikal auf einer gewissen Höhe der Austragsstirnseite 7 der sich drehenden Trommel 2 als Austragsschütte 13 angeordnet. Durch diese vertikal gewählte Anordnung der Austragsschütte 13 fällt steady-state der gleiche Anteil des Feststoffes in die Austragsschütte 13 und somit nach außen, wie er auf der Eintragsseite eingetragen wird. Durch die eingestellte Höhe der Austragsschütte 13 wird quasi ein Überlaufprinzip realisiert, welches direkt bestimmend ist für den Füllgrad in der Trommel 2, bspw. im Bereich von 50% bis 70% Füllgrad. Das Anlagenschema, wie in Fig. 1 für die bevorzugte Ausführungsform dargestellt, macht auch die Führung der Belüftungsperipherie deutlich, nämlich hier unter Ausnutzung der in der Abluft 27 enthaltenen Wärme durch eine Rückgewinnungsstufe, ausgeführt als Wärmetauscher 25. Letzterer bringt die aus dem oberen Gasraum der Trommel 2 durch einen, absaugenden, Lüfter 12 über einen Abluftanschluss 23 herausgeführte warme Abluft 27 im Gegenstrom mit einem weiteren Lüfter 24 aus der Umgebung angesogenen Zuluft 26 in Kontakt. Dadurch kommt es durch Abkühlung der Abluft 27 zum Herauskondensieren des enthaltenen Wasserdampfs und etwaig mitgeschleppter weiterer Bestandteile in Form eines abgeführten Kondensats 28.
Die also im Wärmetauscher 25 erwärmte Luft wird durch Verdichtung im weiteren Lüfter 24 verdichtet und über eine Zuluftleitung 22 in die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung 15 eingeblasen, die auf einer äußeren Mantelfläche 18 der Trommel 2 angebracht ist.
Ferner sind in Fig. 1 die Definitionen der beiden Längen 40 und 41 ersichtlich: Die erste Länge 40 bemisst sich als Lauflänge des Anbringungspunktes der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung 15, und zwar gemessen von der Eintragsstirnseite 6 aus. Die zweite Länge 41 ist die Länge der Trommel 2 von ihrer Eintragsstirnseite 6 bis zu ihrer Austragsstirnseite 7 definiert, also gemessen als gesamte Länge.
Fig. 2 zeigt im Querschnitt die Trommel 2 mit dem in ihr vorliegenden Bulk des feuchten Feststoffs 30. Die Drehrichtung der Trommel 2 ist im Uhrzeigersinn mit einem Pfeil angezeigt. Es ist gut erkennbar, dass sich der mit einem Füllgrad von etwa 70% des Trommelleervolumens vorliegende Feststoff 30 durch die Drehbewegung in Richtung der Drehung zu einer ca. 45° schräggeneigten Oberfläche aufschaufelt und in Drehrichtung dann wieder schwerkraftbedingt nach unten fällt, so dass es zu einer inneren Durchmischung kommt. Es ist in dieser Darstellung der grundsätzlich mindestens zwei Baugruppen umfassende Aufbau der Belüftungsvorrichtung 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erkennbar:
Eine erste zentrale Baugruppe betrifft den außengewandten Teil der Belüftungsvorrichtung 15 der erfindungsgemäßen Ausführungsform und ist feststehend ausgeführt. Dieser außengewandte Teil der Belüftungsvorrichtung 15 umfasst einen äußeren Zuluftkanal 16, über den die, den in den Feststoff 30 einzubringenden Sauerstoff enthaltende, Luft eingeblasen wird. Dieser Zuluftkanal 16 umschließt die äußere Mantelfläche 18 der Trommel 2 formschlüssig, hier unterhalb der Trommel 2 erkennbar in einem Drehwinkelsegment α als untere Umfangskomponente. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Zuluftkanal 16 mit Druckluft aus der horizontalen, tangential angeflanschten Zuluftleitung 22 beaufschlagt. Komplementär zu dem Drehwinkelsegment α auf den Umfang der Trommel 2 bezogen, also im oberen Bereich der Trommel 2 als obere Umfangskomponente angeordnet, umfasst ein feststehender Gleitring 31 die äußere Mantelfläche 18 der Trommel 2 formschlüssig. Beide, feststehende außengewandte, formschlüssige Umfangskomponenten, also zum einen der Zuluftkanal 16 unten sowie zum anderen der Gleitring 31 , sind miteinander verbunden in den Bereichen der an beiden Seiten vorgesehenen Flansche 33 und 34, vorzugsweise in kraftschlüssiger und/oder lösbarer Ausführung.
Eine weitere zentrale Baugruppe betrifft den innengewandten Teil der Belüftungsvorrichtung
15 der erfindungsgemäßen Ausführungsform und ist umlaufend mit der Drehung der Trommel 2 ausgeführt. Dieser innere Teil der Belüftungsvorrichtung 15 umfasst mindestens eine die äußere Mantelfläche 18 der Trommel 2 je durchbrechende Lufteintrittsöffnung 19 und dient der Strömungsweiterführung und dem Einbringen des Sauerstoffs aus dem Luftsauerstoff in den im Inneren der Trommel 2 vorliegenden Feststoff 30.
Ferner kann als Zwischenelement zwischen diesen beiden zentralen Baugruppen, also der feststehenden außengewandten und der umlaufenden innengewandten, vorzugsweise - wie für diese Ausführungsform dargestellt - ein feststehender umlaufender Verschleißring 32 an der Innenseite der feststehenden außengewandten Baugruppe, also hier an Gleitring 31 und Zuluftkanal 16, anliegen und diese gegen Abrasion durch die umlaufenden Drehteile schützen. Liegt wie in dieser Ausführungsform ein solches Zwischenelement vor, muss es im gesamten Bereich des Zuluftkanals 16 zwecks einer Durchströmung zu den umlaufenden Lufteintrittsöffnungen 19 entsprechend offen ausgeführt sein. Gut erkennbar sind vorzugsweise vorgesehene Luftdiffusorelemente 20, welche die einzubringende Luft aus den, hier dargestellt: vier, Lufteintrittsöffnungen 19 in verbesserter Weise in den Feststoff 30 einbringen sollen. Hier in der Ausführungsform einer als perforiertes Rohrstück ausgeführten Belüftungskerze; davon sind hier vier jeweils über den 360° Innenumfang der Trommel 2 angeordnet, in der hier gezeigten Drehposition der Trommel 2 auf jeweils 12-, 3-, 6-, 9-Uhr-Stellung.
In der Ausschnittvergrößerung des unteren Bereichs der Trommel 2 mit äußerem Zuluftkanal
16 im Detail der Fig. 2a ist das Funktionsprinzip der Belüftungsvorrichtung 15 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in dieser Ausführungsform besonders gut erkennbar. Einzig das sich im Drehwinkelsegment a, hier 90°, befindliche Luftdiffusorelement 20, hier in Drehposition bei 6 Uhr dargestellt, erhält durch die in dieser Drehposition freigegebene Lufteintrittsöffnung 19 Druckluft aus dem Zuluftkanal 16. Hingegen die anderen drei Luftdiffusorelemente 20, hier: in den Drehpositionen bei 12 Uhr, 3 Uhr, 9 Uhr, sind in diesem restlichen Umlaufwinkelbereich durch den feststehenden Gleitring 31 verschlossen gegen Lufteintritt. Aus Fig. 2a ist auch das vorteilhafte Funktionsprinzip gut erkennbar: Sobald das sich gerade unten befindliche luftdurchströmte Luftdiffusorelement 20 im Uhrzeigerdrehsinn weiterdreht, bis es den Drehwinkelbereich α des äußeren Zuluftkanals 16 verlässt, wird damit die hier noch vollständig freie Lufteintrittsöffnung 19 zunehmend durch den feststehenden Gleitring 31 luftdicht versperrt. Fig. 2 zeigt für die Ausführungsform, dass der Belüftungsbereich des in der Trommel 2 vorliegenden Feststoffes 30, definiert als Drehwinkelsegment a, an den sich schräg zur Horizontalen einstellenden Oberflächenspiegel des feuchten Feststoffes 30 angepasst ist. Dies erfolgt dadurch, dass der Anteil oti des Drehwinkelsegments α in Drehrichtung vor dem tiefsten Umlaufpunkt P in der hier gezeigten Ausführungsform einem Drittel von α entspricht, nämlich hier: 30°.
In den Bereichen der beiden Flansche 33 und 34 ist im Querschnitt des Details nach Fig. 2a gut erkennbar, dass zunächst dort die Verbindung des unten angeordneten Zuluftkanals 16 mit dem feststehenden Gleitring 31 stattfindet, derart dass dadurch die zylindrische Trommelumfangsfläche formschlüssig umfangen ist. Dabei ist erkennbar, dass typische Flanschverbindungen gewählt sein können, hier angedeutet als Verschraubung über mindestens eine typischerweise Durchstecköffnung.
Ferner ist als innerste Umfangsfläche dargestellt die umlaufende Mantelfläche 18 der Trommel 2, mit welcher die mindestens eine Lufteintrittsöffnung 19, hier vier Stück, mitläuft. Dabei sind der feststehende Gleitring 31 mit dem äußeren Zuluftkanal 16 sowie die umlaufende äußere Mantelfläche 18 metallisch, vorzugsweise in Edelstahl V4A, ausgeführt. Dazwischen ist ein feststehender Verschleißring dargestellt, vorzugsweise in der Ausführungsform ausgeführt aus polymerem Verschleißmaterial mit Gleiteigenschaften, beispielsweise aus PE und/oder Teflon, und/oder einem weiteren vorzugsweise strangverpressbarem Polymeren, welches ein Fressen der beweglichen äußeren Mantelfläche 18 in dem feststehenden Gleitring 31 verhindert. Demnach kann das Material des Verschleißrings 32 idealerweise, aber nicht notwendigerweise, aus einem Material mit so guten Gleiteigenschaften gefertigt sein, dass er sich nicht abradiert, sondern durch hohe Standzeiten gekennzeichnet ist.
Dieser feststehende Verschleißring 32 aus polymerem Material ist, wie aus Fig. 3f in der Einzeldarstellung dieses Bauteils gut erkennbar, mit länglichen Belüftungsschlitzen 36 versehen. Dabei entspricht der Überdeckungsbereich der hier rechteckig länglich ausgeführten Belüftungsschlitze 34 mit dazwischen befindlichen schmalen Stützstegen zur statischen Verbesserung zusammen dem Drehwinkelsegment α des äußeren Zuluftkanals 16. Damit im Drehbetrieb der Trommel die ersichtlichen Belüftungsschlitze 36 des feststehenden Verschleißrings 32 nicht aus der Öffnung des äußeren Zuluftkanals 16 im Drehwinkelsegment α sich herausdrehen können, ist wie im Detail nach Fig. 2a rechts unten erkennbar, eine Verdrehsicherung für den feststehenden Verschleißring 32 in Form eines nach außen herausstehenden radialen Klemmbereichs 35 ausgeführt. Dazu ist aus Fig. 3f und Fig. 2a gut erkennbar, dass dies bei der hier dargestellten Ausführungsform durch einen Einschnitt in den feststehenden Verschleißring 32 an dieser Stelle erfolgt, so dass der radiale Klemmbereich nach außen in Form einer Lasche umgebogen in den vorderen Flansch 34 ausgeführt ist. In dieser Ausführungsform ist beispielhaft gezeigt, dass der radiale Klemmbereich 35 durch zwei kleine Festhalteschrauben gesichert ist und zwar zwischen zwei ebenfalls radial umgebogenen Endbereichen des unten angeordneten äußeren Zuluftkanals 16 und des von oben angeordneten feststehenden Gleitrings 31 im Bereich in Drehrichtung des vorderen Flansches 34.
Fig. 3, 3a bis 3f zeigen für die Ausführungsform in isometrischer Perspektive zum einen die Gesamtansicht in Fig. 3 einer fertig montierten Belüftungsvorrichtung 15, wobei ein Ausschnitt der zylindrischen äußeren Mantelfläche 18 der Trommel 2 längs zur Drehachse 3 gezeigt wird, nämlich der Bereich, in dem die erfindungsgemäße Belüftungsvorrichtung 15 montiert wird. Zum anderen zeigen die einzelnen Darstellungen der Fig. 3a bis 3f in Art einer Explosionsdarstellung die isometrischen Ansichten respektive Detailausschnittvergrößerungen (Fig. 3d und 3e) der einzelnen Bauelemente.
Die hier genannten Dimensionen solcher Bauteile sind beispielhaft zu verstehen; sie sollen in keiner Weise limitierend für den Offenbarungsgehalt der Erfindung wirken. Insbesondere wird hier noch einmal auf den Vorteil der vorliegenden Erfindung verwiesen, dass diese nahezu beliebig über mehrere Dimensionen hinweg skalierbar ausführbar ist.
In die äußere Mantelfläche 18 der Trommel 2 sind hier die vier Luftdiffusorelemente 20 von außen über die vier entsprechenden Lufteintrittsöffnungen 19 im 90°-Winkel zueinander jeweils eingebracht. Die Ausführung der Luftdiffusorelemente ist im Detail mitsamt ihrer Halterung 21 aus der Fig. 3d sowie aus der Fig. 3e erkennbar. Die für diese Ausführungsform gezeigten Luftdiffusorelemente 20 sind ausgebildet in Form von Stabsieben mit einem beispielhaften Durchmesser von 80 mm; diese diffundieren austretende Luftbläschen entlang einer beispielhaften Erstreckungstiefe von 160 mm ins Trommelinnere hinein, letztere entsprechend der Höhe der zylindrisch ausgebildeten Luftdiffusorelemente 20. Bei einer Verwendung von Siebstäben der Bezeichnungsnorm„120" und„C20"-T ragstreben ergibt sich eine Verteilung von etwa 173 Siebstäben entlang des Umfangs bei einem Durchmesser von 80 mm. Daraus ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel ein durchströmbarer Querschnitt pro Luftdiffusorelement 20 von ca. 7 mm2. Dabei unterstützt die engmaschige Siebgestaltung zum einen das Dispergieren der eintretenden Luft in feinste Blasen gegen den anliegenden Laplace-Blasendruck; zum anderen stellt es einen Schutz gegen Austritt des häufig agglomeratförmig vorliegenden Feststoffes 30 in Form von Partikeln in den Passungsspalt zwischen umlaufender äußerer Mantelfläche 18 und in dieser Ausführungsform vorgesehenen feststehendem Verschleißring 32; denn ein solcher Partikelaustritt wäre als sogenannte „Sandkornpassung" unbedingt zu vermeiden. Für einen in dieser Ausführungsform beispielhaft und repräsentativ gewählten Durchmesser der Trommel 2 von 2000 mm würden die entsprechenden Dicken des feststehenden Gleitrings 31 sowie des feststehenden Verschleißrings 32 zu bspw. je 5 mm gewählt werden. Wie aus der Gesamtansicht in Fig. 3 gut erkennbar, ist in dieser Ausführungsform der feststehende Gleitring um die äußere Mantelfläche 18 der Trommel 2 mittels eines Spannelementes 29 mit Zustellschrauben fest umspannt angelegt; dies dient der Erhöhung der mechanischen Stabilität für ein idealerweise zentrisches Umlaufverhalten der Trommel in der Belüftungsvorrichtung 15.
Fig. 3a zeigt in isometrischer Perspektive alleinig den feststehenden Gleitring 31 in Verflanschung mit dem korrespondierenden äußeren Zuluftkanal 16. Aus dieser Darstellung ist gut erkennbar, dass der äußere Zuluftkanal 16 innen über das Drehwinkelsegment α durch eine dieses quasi ausfüllende Belüftungsöffnung 37, hier ausgeführt in Form eines rechteckigen Längsschlitzes, überspannt wird; damit korrespondiert die Belüftungsöffnung 37 des Zuluftkanals 16 mit den rechteckig länglichen Belüftungsschlitzen 36 des feststehenden Verschleißrings 32.
Aus der Fig. 3b, welche den für die Montage vorgesehenen Ausschnitt der äußeren Mantelfläche 18 der Trommel 2 darstellt, ist zum einen erkennbar die Positionierung der vier jeweils um 90°-winkelversetzten umlaufenden Lufteintrittsöffnungen 19. Diese sind in dieser Ausführungsform ebenfalls zu ca. 80 mm Durchmesser entsprechend des Durchmessers der einzusetzenden Luftdiffusorelemente 20 gewählt. Des Weiteren jeweils paarweise dazwischen angeordnet die kleinen Seitenbegrenzungen 38; diese sind als Montagehilfe sowie zur seitlichen Fixierung intendiert zum einen für die Halterungen 21 für die Luftdiffusorelemente 20 (siehe Fig. 3c), zum anderen für den umspannenden feststehenden Gleitring 31 (siehe Fig. 3 sowie Fig. 3c).
Fig. 3c korrespondiert dabei zu Fig. 3b im Fortschritt der Montage der Belüftungsvorrichtung 15 durch Einsatz der vier Luftdiffusorelemente 20 durch die Lufteintrittsöffnungen 19. Diese Luftdiffusorelemente 20 sind von außen durch die an der äußeren Mantelfläche 18 der Trommel 2 anliegende Halterungen 21 fixiert, hier vier Stück. Wie insbesondere gut aus dem Detail in Fig. 3d erkennbar, liegen diese vier Halterungen 21 hier als Flachstege als Kreisbogensegment gebogen vor, und zwar in dieser Ausführungsform zu je 90° und damit zusammen den Trommeldurchmesser vollständig umspannend ausgeführt. Diese Ausführungsform hinsichtlich der Halterung 21 hat Vorzüge aufgrund einer leichten Montage durch Befestigung von außen, so dass keinerlei Verschraubung von innen erfolgen muss; weiterhin hat diese Ausführungsform den Vorzug, dass auf der umlaufenden Verschleißfläche etwaige, störende Verschraubungskanten oder hervorstehende Verschraubungsköpfe entfallen.
Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer bevorzugten Modifikation der Vorrichtung 1 gemäss dem ersten Ausführunsgbeispiel, nämlich hier mit zwei Belüftungsvorrichtungen 15a, 15b, und deren Einbindung in ein verfahrenstechnisches Anlagenschema zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Dabei dienen die zwei Belüftungsvorrichtungen 15a, 15b in unterschiedlichen Positionen, also zu zwei unterschiedlichen ersten Längen 40a, 40b, entlang der Richtung der Drehachse der Trommel 2 dem stufenweisen Einbringen von Luft. Bei der in Fig. 4 veranschaulichten zweiten bevorzugten Ausführungsform ist einerseits die eine, vorgeordnete, Belüftungsvorrichtung 15a bei einer ersten Länge 40a von ca. 30 %, andererseits die weitere, nachgeordnete, Belüftungsvorrichtung 15b bei einer weiteren ersten Länge 40b von ca. 70 % angeordnet. Den jeweilig zwei Belüftungsvorrichtungen 15a, 15b werden über die jeweiligen Zuluftleitungen 22a, 22b Volumenströme an Luft zugeführt, welche wiederum in den Zuluftleitungen durch jeweilig angeordnete Mengenmesser 42a, 42b erfaßt werden.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in allen Figuren Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Trommel
3 Drehachse
6 Eintragsstirnseite
7 Austragsstirnseite
8 Eintragsvorrichtung
9 Austragsvorrichtung
12 Lüfter zum Absaugen der Luft aus der Trommel
13 Austragsschütte
15 Belüftungsvorrichtung
16 äußerer Zuluftkanal
18 äußere Mantelfläche
19 umlaufende Lufteintrittsöffnung
20 Luftdiffusorelement
21 Halterung
22 Zuluftleitung
23 Abluftanschluss
24 Lüfter
25 Wärmetauscher
26 Zuluft
27 Abluft
28 Kondensat
29 Spannelement
30 feuchter Feststoff
31 feststehender Gleitring
32 feststehender Verschleißring
33 hinterer Flansch
34 vorderer Flansch mit Verschleißringklemmung
35 radialer Klemmbereich
36 Belüftungsschlitze
37 Belüftungsöffnung
38 Seitenbegrenzungen
40 erste Länge
41 zweite Länge
42 Mengenmesser

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in einen feuchten Feststoff (30), besonders bevorzugt in teilweise entwässerte Gülle, umfassend
- eine um eine, vorzugsweise horizontale, Drehachse (3) drehbeweglich angeordnete vorzugsweise zylindrische Trommel (2),
- eine Eintragsvorrichtung (8) an der Trommel (2) zum Eintragen des Feststoffes (30),
- eine Austragsvorrichtung (9) an der Trommel (2) zum Austragen des Feststoffes
(30),
- mindestens eine Belüftungsvorrichtung (15) zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff (30),
dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungsvorrichtung (15) umfasst:
- einen an der Trommel (2) angeordneten feststehenden äußeren Zuluftkanal (16),
- wobei der feststehende äußere Zuluftkanal (16) eine drehbeweglich umlaufende äußere Mantelfläche (18) der Trommel (2) im wesentlichen quer zu der Drehachse (3) und in einem Drehwinkelsegment (a) um die Drehachse (3) mit Formpassung umschließt, und
- mindestens eine mit der Drehung der Trommel (2) umlaufende Lufteintrittsöffnung
(19) durch die äußere Mantelfläche der Trommel (2);
- so dass bei Durchlaufen des Drehwinkelsegments (a) die umlaufenden Lufteintrittsöffnung (19) durch Überlappung in offenen Durchströmungskontakt zu dem feststehenden äußeren Zuluftkanal (16) kommt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftkanal (16) im wesentlichen unterhalb der Trommel (2) angeordnet ist und das Drehwinkelsegment (a) kleiner 270°, vorzugsweise kleiner 180°, weiter bevorzugt kleiner 120°, besonders bevorzugt kleinergleich 90°, wobei vorzugsweise ein Anteil (α-ι) des Drehwinkelsegments (a) in Drehrichtung vor einem tiefsten Umlaufpunkt (P) kleiner der Hälfte des Drehwinkelsegments (α) , weiter bevorzugt kleiner einem Drittel des Drehwinkelsegments (a) beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine umlaufende Lufteintrittsöffnung (19) mit einem, vorzugsweise radial, sich in das
Innere der Trommel (2) erstreckenden Luftdiffusorselement (20) versehen ist, vorzugsweise in Form • einer als perforiertes Rohrstück ausgeführten Belüftungskerze; und/oder
• eines, vorzugsweise mit losen Dispergierschüttungen und/oder mit Fasergewöllen gefüllten, Siebkorbes; und/oder
• eines bei anliegendem Innendruck aufblähbaren Gummibelüftungsschlauches, umfassend im aufgeblähten Zustand geöffnete und im erschlafften Zustand wieder geschlossene kleine Schlitzöffnungen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftdiffusor- element (20) durch mechanische Verbindung an einer an der äußeren Mantelfläche (18) der Trommel (2) zumindest teilweise anliegenden Halterung (21 ), vorzugsweise in Form eines als Kreisbogensegment gebogenen Blechs, angeordnet ist, wobei die Verbindung durch die Lufteintrittsöffnung (19) verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• mindestens eine erste Länge (40) in Richtung der Drehachse (3) der Trommel (2) definiert ist zwischen der Stirnseite (6) der Trommel (2) nahe der Eintragsvorrichtung (8) und der Position der mindestens einen Belüftungsvorrichtung (15),
• eine zweite, gesamte, Länge (41 ) der Trommel (2) definiert ist zwischen ihren beiden gegenseitigen Stirnseiten (6) und (7),
• wobei das Verhältnis der ersten Länge (40) zu der zweiten Länge (41 ) vorzugsweise kleinergleich 60%, weiter bevorzugt kleiner 45%, noch weiter bevorzugt kleiner 35%, insbesondere bevorzugt kleiner 10% beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lüfter (24) zum Einblasen der Luft in den Zuluftkanal (16) zu der Trommel (2), vorzugsweise umfassend eine Steuerungsvorrichtung zum Verändern des Volumenstroms und/oder des Drucks der eingeblasenen Luft in Abhängigkeit von:
• der Drehposition der Trommel (2); und/oder
• des Drucks in der Trommel (2); und/oder
• der geförderten Luftmenge (42); und/oder
• von den Zustand des Feststoffes (30) kennzeichnenden Messdaten, vorzugsweise der freien und/oder gebundenen Sauerstoffkonzentration und/oder der Temperatur und/oder des Feuchtegehaltes und/oder des pH-Wertes. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dem mindestens einen Zuluftkanal (16), vorzugsweise im Bereich einer Zuluftleitung (22) einen Zuluftkanal (16), vorgeschaltete Heizvorrichtung zum direkten und/oder indirekten Erwärmen der eingeblasenen Luft, umfassend:
• einen Wärmetauscher (25) zum Übertragen von Wärme aus der durch einen weiteren Lüfter (12) aus der Trommel (2) abgesaugten Luft an die eingeblasene Luft und/oder zum Trocknen der abgesaugten Luft unter Abführung des Feuchtekondensats (28); und/oder
• ein elektrisches Heizelement und/oder eine Brennstoffheizung und/oder eine Mikrowellenheizung und/oder eine Infrarotheizung.
Verfahren zum Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in einen feuchten Feststoff (30), besonders bevorzugt in teilweise entwässerte Gülle, vorzugsweise zum Betrieb einer Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte:
Drehen einer drehbeweglich angeordneten vorzugsweise zylindrischen Trommel
(2) um eine vorzugsweise horizontale Drehachse (3);
Eintragen und Austragen des Feststoffes (30) in die Trommel (2), vorzugsweise zu einem Befüllungsgrad von 40 bis 80% Volumenanteil, weiter bevorzugt von 50 bis 70% Volumenanteil;
Einbringen von Sauerstoff, insbesondere Luftsauerstoff, in den Feststoff (30) durch mindestens eine Belüftungsvorrichtung (15) mit einem Zuluftkanal (16) und mit mindestens einer Lufteintrittsbohrung (19);
gekennzeichnet dadurch, dass
die Sauerstoffkonzentration der Luft ausgehend von 21 % am Eintritt über den Zuluftkanal (16) nach Austritt aus der Trommel (2) auf mindestens 10%, vorzugsweise auf mindestens 5%, noch weiter bevorzugt auf mindestens 2%, insbesondere bevorzugt auf mindestens 0,5%, abgereichert ist.
Produkt, hergestellt mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ausgebildet als Feststoff (30), vorzugsweise ausgebildet als agglomerat-förmiger, als feuchter und/oder auf eine Gleichgewichtsrestfeuchte getrockneter, als schüttfähiger, noch weiter bevorzugt als rieselfähiger Feststoff (30), dadurch gekennzeichnet, dass es pasteurisiert ist.
10. Produkt nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Pasteurisierung durch eine verbleibende maximale Keimzahlkonzentration von folgenden als Markern gesehenen Bakterienstämmen bei repräsentativem Probenzug gekennzeichnet ist:
• Escherichia Coli:
geringer 5.000 [Keimzahl], vorzugsweise geringer 1.000 [Keimzahl] pro 1 g-Proben, insbesondere bevorzugt
geringer 1.000 [Keimzahl] bei 5 aus 5 zu untersuchenden 1 g-Proben; und/oder
• Enterokokken:
geringer 5.000 [Keimzahl], vorzugsweise geringer 1.000 [Keimzahl] pro 1 g-Proben, insbesondere bevorzugt
geringer 1 .000 [Keimzahl] bei 5 aus 5 zu untersuchenden 1 g-Proben; und/oder
• Salmonellen:
geringer 0 [Keimzahl] pro 25 g-Proben,
insbesondere bevorzugt
geringer 0 [Keimzahl] bei 5 aus 5 zu untersuchenden 25 g-Proben.
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