Charakterisierung von Rühr- und Mischprozessen in nicht-Newtonschen Fluiden am Beispiel von Biogasanlagen mit Paddelrührwerk
von Sven AnnasDie Auslegung der Rührtechnik in konventionellen Biogasanlagen beruht nach wie vor auf Erfahrungswerten und dem ”Trial and Error”-Prinzip. Dabei dienen Leistungseinträge oder die Rührwerksanzahl pro efiniertem Volumen als Auslegungskriterien. Häufig führt diese Auslegung allerdings zu unzureichenden Mischprozessen, oft kombiniert mit langen Rührzeiten und entsprechend hohem Energieaufwand. Das Anlagenpotential kann nicht ausgeschöpft werden. Hauptverantwortlich hierfür ist die mangelnde Kenntnis der komplexen strömungsmechanischen Vorgänge in nicht-Newtonschen, scherverdünnenden und hochviskosen Fermentersuspensionen, deren Verhalten sehr deutlich von dem der Newtonschen Fluide abweicht. Durch den Mischprozess und die damit verbundene mechanische Beanspruchung nimmt die Viskosität lokal ab. Die Reichweite des eingetragenen Impulses sinkt und es kann zu Kavernenbildung kommen.
Ziel dieser Arbeit war es, ein grundlegendes Verständnis der Rührprozesse zu erarbeiten, eine effektive Durchmischung einer Biogasanlage zu realisieren und Handlungsanweisungen für die Auslegung von effektiven Mischprozessen zu definieren.
Hierzu wurde im ersten Schritt die grundsätzliche Funktionsweise bereits eingesetzter und bestehender Systeme betrachtet, deren Geometrie zunächst unverändert übernommen wurde. Da besonders langsamlaufende Rührwerke im Vergleich zu schnelllaufenden Tauchmotorrührwerken eine höhere Energieeffizienz aufweisen, wurde der Fokus auf langsamlaufende Horizontalrührwerke gelegt. Klassische Horizontalrührwerke sind dabei Paddelrührwerke.
Die grundsätzliche Funktionsweise wurde in diesem Zusammenhang mit Hilfe von optischen Geschwindigkeitsmessungen im Modellmaßstab analysiert.
