Instrumentierte Strömungsfolger zur räumlichen Parametererfassung in großskaligen Behältern

Zur langzeiterfassung räumlich verteilter Parameter in großskaligen Behältern, wie Chemiereaktoren, Biogasfermentern oder Belebtschlammbecken, wurde ein Konzept instrumentierter, strömungsfolgender Sensoren entwickelt. Diese sind bezogen auf die Makroskale von Mischprozessen in Großbehältern aufgrund ihrer geringen Baugröße als strömende Partikel bzw. Sensorpartikel zu betrachten. In Experimenten an Technikumsanlagen, wie einem Fermenter, einer Blasensäule und einem Schleifenreaktor, wurde die Funktionstüchtigkeit der Sensorpartikel gezeigt. Die Analyse der aufgenommenen Messdaten und die daraus extrahierten räumlichen Parameterprofile zeigen, dass die vorherrschenden Strömungsbedingungen innerhalb des Behälters über einen längeren Zeitraum erfasst werden können und der Zustand des Prozesses abgebildet wird. Es können Aussagen über die Homogenität der Vermischung, die axiale Feststoffverteilung bzw. die Suspensionsgüte, das axiale Strömungsprofil und die Struktur grobballiger Wirbel getroffen werden. Weiterhin können anhand gemessener Zirkulationszeitverteilungen relevante Parameter von Rührwerksmodellen, wie z. B. Zirkulationsbeiwerte und äquivalente Förderhöhen, und Parameter von Dispersionsmodellen, wie die PECLÉT-Zahl, bestimmt werden. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Sensortechnik sowie deren Anwendungsprinzip an Kläranlagen und Biogasfermentern und zeigt die derzeitigen Grenzen des Messsystems auf. Weiterhin werden die Ergebnisse der Technikumsversuche vorgestellt. Durch den Vergleich zu Referenzmessungen wird die Qualität der mit den Sensorpartikeln gemessenen Daten verdeutlicht.