Dissertation/Thesis Abstract

Möglichkeiten und Grenzen von Modellstoffsystemen zur hydrodynamischen Charakterisierung zentral gerührter Biogasanlagen
by Altwasser, Sebastian, Ph.D., Technische Universitaet Berlin (Germany), 2018, 168; 27610096
Abstract (Summary)

Aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen und des verstärkten Auftreten von Rührwerksausfällen in Biogasanlagen sind viele Firmen, die sich auf den Bau und die Inbetriebnahme von Biogasanlagen spezialisiert haben, gezwungen an den derzeitigen Bestandsanlagen umfangreiche Repowering-Maßnahmen durchzuführen. Oftmals gibt es jedoch nur sehr wenige oder gar keine Kenntnisse zur Hydrodynamik in solchen Anlagen, sodass die Auslegung der Rührwerke auf der Basis von Erfahrungswerten durchgeführt wird. Die in dieser Arbeit beschriebenen Fluide gestatten die Betrachtung von strömungstechnischen Aspekten durch verschiedene Methodiken zur hydrodynamischen Charakterisierung zentral gerührter Biogasanlagen. Drei kritische Aspekte, die beim Betrieb solcher Anlagen auftreten, finden Betrachtung. Diese sind eine schlechte Durchmischung, Kavernenbildung und das Auftreten von Schwimm- und/oder Sinkschichten. Im ersten Teil der Arbeit sind die Grundlagen des Biogasprozesses und allgemeine Aspekte der Rührtechnik kompakt beschrieben. Anschließend wird auf das angewandte Metzner-Otto-Verfahren zur Ermittlung der Rheologie der Substrate eingegangen. In diesem Zusammenhang erfolgt die Vorstellung des angewandten Modells zur Darstellung der nicht Newton'schen Reynolds-Zahl. Abschließend werden verschiedene Modelle zur Beschreibung von Kavernenform und –größe vorgestellt. Im experimentellen Teil erfolgen die Vorstellung der gemessenen Ne-Re-Kurven der genutzten Rührer und die daraus abzuleitenden Konstanten. Einen weiteren wichtigen Punkt bilden die Fließkurven des betrachteten Substrates. Es zeigt sich ein strukturviskoser Charakter. Auf der Grundlage der rheologischen Daten wurde eine Xanthan-Lösung als Modellstoffsystem a verwendet. Durch die Transparenz dieses Fluids eignet es sich für die Durchführung von Mischzeitversuchen. Modellstoffsystem b entsteht durch die Zugabe von Silage-Partikel zum Modellstoffsystem a. Dieses zweiphasige Fluid diente der Bestimmung von Kavernengrößen. Das Modellstoffsystem c besteht aus getrockneter und gemahlener Maissilage. Die Skalierung der Partikel ermöglicht die Bestimmung von Schwimm- und Sinkschichten. Neben der Beschreibung der mit den Modellstoffsystemen erzielten Ergebnisse bilden numerische Simulationen für den Labormaßstab (50 L) und einer Anlage mit einem Volumen von 1.000 m³ einen letzten Schwerpunkt. Die experimentellen und numerischen Untersuchungen zeigen für die derzeit vorhandenen Rührsysteme in zentral gerührten Anlagen die Neigung zur Schwimmschichtbildung und es kommt zu einer Ausbildung von Kavernen, diese sind mit den in der Literatur vorhandenen Modellen zu beschreiben. Aus den gesamten Betrachtungen ergeben sich Empfehlungen für das Repowering von zentral gerührten Anlagen. Demnach ist eine solche Rührergeometrie auszuwählen, die bei der eingetragenen Leistung den größten Axialschub erzeugt.

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Advisor: Kraume, Matthias
Commitee:
School: Technische Universitaet Berlin (Germany)
School Location: Germany
Source: DAI-C 81/4(E), Dissertation Abstracts International
Source Type: DISSERTATION
Subjects: Chemical engineering
Keywords: Biogas plant, Metzner-Otto correlation, Repowering
Publication Number: 27610096
ISBN: 9781392630747
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