Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Optimierung des Betriebs und Designs von Biogasanlagen für eine bedarfsgerechte, flexibilisierte und effiziente Biogasproduktion unter Berücksichtigung der Prozessstabilität als Post-EEG Strategie (OptiFlex); Teilvorhaben 4: Optimierung Rührprozessparameter - Akronym: OptiFlex

Anschrift
Technische Universität Berlin - Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik - Fachgebiet Verfahrenstechnik
Marchstr. 23, Sekr. MAR 2-1
10587 Berlin
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume
Tel: +49 30 314-22348
E-Mail schreiben
FKZ
22402017
Anfang
01.10.2017
Ende
31.12.2021
Ergebnisverwendung
Es konnten erfolgreich Messverfahren auf Basis eines Relativrheometers entwickelt werden, mit welchen die viskoelastische Rheologie von Gärsubstraten quantifizierbar ist. Alle damit untersuchten Proben der Forschungsbiogasanlage Unterer Lindenhof weisen ausgeprägt elastische Fließeigenschaften auf. Mit den Messmethoden können erstmalig Parameter für viskoelastische Stoffmodelle von Gärsubstraten ermittelt werden. Die Messmethode zur Bestimmung von Sedimentations-/Sinkschichten mittels Schubspannungsmessung wurde erfolgreich eingesetzt. Damit konnte die untersuchte Rührtechnik im Labormaßstab derart geregelt werden, dass weder Stagnations- noch Sedimentationszonen entstehen. Die bereits im Labormaßstab in vorangegangenen Projekten untersuchten Auswirkungen von Elastizität auf das Förderverhalten von Propellerrührern konnte auch im Pilotmaßstab nachgewiesen werden: Erst ab einer ausreichend hohen Drehfrequenz, welche über die Elastizitätszahl bestimmt werden kann, fördern die Propeller axial und effizient. Darunter wird die Pumpleistung durch die Elastizität des Fluides stark eingeschränkt. Dieses Verhalten konnte auch in CFD-Simulationen der Forschungsbiogasanlage nachgewiesen werden. Hier zeigte sich auch, dass durch parallelen Einsatz von mehreren Rührwerken eine hohe Effizienzsteigerung der Rührtechnik möglich ist. Sowohl Schub- als auch Drehmoment eignen sich als Regelgröße für die Mischeffizienz in Fermentern. Es konnte für beide Größen jeweils eine Korrelation entwickelt werden, mit der unabhängig von der eingesetzten Rührtechnik die Mischzeit in einem Fermenter abgeschätzt werden kann. Unnötiges Rühren in Fermentern kann so minimiert werden. Die Korrelationen konnten zudem erfolgreich im Industriemaßstab zur Bestimmung der Mischzeit eingesetzt werden, wie Mischversuche bei zeitgleicher Leistungsaufnahme in der Anlage Unterer Lindenhof aufzeigten.
Aufgabenbeschreibung
Die Technische Universität Berlin wird im Rahmen des geplanten For- schungsvorhabens die systematischen Untersuchungen bezüglich des Einflusses der durch die hochviskosen und viskoelastischen Fließ-eigenschaften hervorgerufenen Strömungsphänomene am Propeller-rührwerk und in der Großraumströmung im Pilotmaßstab weiter fortsetzen. Neben einer Variation des Yaw-Winkels soll nun auch der Pitch-Winkel der Rührwerke variiert werden. Die strömungsmechanischen Untersuchungen werden durch Mischzeit- und Färbeversuche ergänzt. Dabei wird u.a. mit unterschiedlichen Fließeigenschaften des Feeds gearbeitet, um unterschiedliche Fütterungsmethoden zu berücksichtigen. Die exp. Unter-suchungen werden zudem von numerischen Strömungssimulationen begleitet. Bei diesen wird sowohl das viskoelastische Verhalten als auch die Gasbildung berücksichtigt. Die experimentellen Arbeiten werden durch eine parallele Messung des Rührwerksschubs als auch des Drehmoments ergänzt. Parallel zu diesen Untersuchungen soll eine Schubspannungsmessung zur indirekten Bestimmung der Sedimentation von Feststoffen in Zonen geringer Geschwindigkeit erprobt werden (vgl. Abb. 1 der Anlage). Somit können die vom Propellerrührwerk erzeugten Strömungskräfte auch in optisch nicht zugänglichen Gebieten messtechnisch erfasst werden. Ähnliche Untersuchungen wurden an der Technischen Universität Berlin bei Untersuchungen von Erosionen an Gewässersohlen durch den Schiffverkehr erfolgreich durchgeführt. Sowohl die Kraft-, Schub- und Drehmomentmessung als auch die Messprogramme zur Charakterisierung der viskoelastischen und nicht-Newtonschen Fließeigenschaften werden im Rahmen des Projekts in den großtechnischen Maßstab überführt und in das Regelkonzept eingebettet. Beteiligung der TU Berlin an den AP-Nr.: 2.1/ 2.2 AP-Nr. 3.3 / 3.4/ 3.6 AP-Nr. 4.2 AP -Nr. 6.2 AP-Nr. 7.1/7.4 AP-Nr. 9.2 gem. beigefügtem Balken und Strukturplan

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