apl. Prof. Görge Deerberg
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30.11.2008

Gegenstand des Vorhabens ist die Erarbeitung einer allgemein einsetzbaren Methode zur Bewertung der Rührwerkstechnik in Biogasanlagen mit Hilfe von Strömungssimulation (CFD). Ausgehend von den konkret zu erfüllenden Mischaufgaben (stoffliches und energetisches Homogenisieren, Verhinderung bzw. Auflösung von Sink- und Schwimmschichten) werden verfahrenstechnische Kennzahlen für die Güte der Rührwerkstechnik definiert, die direkt aus den Berechnungsergebnissen abgeleitet werden können. Anschließend werden die Strömungsverhältnisse in einem real existierenden Fermenter unter vier typischen Einsatzbedingungen (hohe/niedrige Viskosität des Substrats, hohe/niedrige Rührerdrehzahl) berechnet und ausgewertet. Die Ergebnisse weisen auf eine unzureichende Durchmischung im oberen Bereich des Behälters und eine ungleichmäßige Belastung der Rührerwelle hin. Modifikationen bezüglich der konstruktiven Ausgestaltung und der Anordnung der Rührwerksflügel im Fermenter führen bei den vier betrachteten Betriebszuständen zu einer Verbesserung bzgl. der genannten Schwachpunkte, allerdings auch zu einer durchschnittlichen Erhöhung der benötigten Rührerleistung um 20%. Abschließend wird für den Einsatz im Rahmen einer Kosten-Nutzen – Analyse betreffend die Rührwerkstechnik in Biogasanlagen ein Bewertungsschema vorgeschlagen. Das Schema wird anschließend auf die beiden betrachteten Rührwerkskonfigurationen vergleichend angewendet. Parallel zu den theoretischen Untersuchungen werden Geschwindigkeitsmessungen an der realen Anlage zur Validierung der Berechnungsergebnisse durchgeführt. Das benutzte Messinstrument ist bei Fraunhofer UMSICHT entwickelt und besonders zum Einsatz in stark verunreinigten Medien geeignet.

Die Erfüllung der Mischaufgabe durch die Rührtechnik in Biogasfermentern ist Voraussetzung für die optimale Funktion des Vergärungsprozesses. Da ihre Ausgestaltung in Ermangelung abgesicherter Informationen noch größtenteils auf empirischem Wege erfolgt, setzt sich das Vorhaben zum Ziel, durch den Einsatz der Methode der Strömungssimulation (CFD) eine Rührtechnik theoretisch fundiert bzgl. ihrer Effizienz zu beurteilen und ggf. Maßnahmen zu ihrer Verbesserung abzuleiten. 1. Es wird ein typischer Mischvorgang mit CFD simuliert. Die Ergebnisse werden durch Geschwindigkeitsmessungen am realen Fermenter validiert. 2. Die Rührtechnik wird auf Basis eines zu erstellenden Kriterienkatalogs beurteilt. Schwerpunkt liegt in der Bewertung typischer Mischaufgaben auf der Grundlage von Simulationsrechnungen. 3. Auf Basis der Ergebnisse aus 1. und 2. wird eine optimierte Variante für die untersuchte Rührtechnik abgeleitet und bewertet. Es sollen Kontakte zu Anlagenbauern und –betreibern von Biogasanlagen hergestellt werden, um ihnen das erarbeitete methodische Konzept zur Gestaltung ihrer Rührtechnik nahe zu bringen und die Prüfung bzw. Optimierung ihrer Technologie anzubieten.