Untersuchung der Hydrodynamik von ovalen Biogasreaktoren mit instrumentierten Strömungsfolgern


Untersuchung der Hydrodynamik von ovalen Biogasreaktoren mit instrumentierten Strömungsfolgern

Reinecke, S. F.; Hampel, U.

Zur Untersuchung der ablaufenden Prozesse in großen Behältern, wie z. B. Biogasfermentern, Bioreaktoren und Belebtschlammbecken, wurde am HZDR das Konzept instrumentierter, strömungsfolgender Sensorpartikel entwickelt. Die Sensorpartikel werden als auftriebsneutrale Strömungsfolger eingesetzt und erfassen dabei kontinuierlich Prozessparameter. Diese Daten werden nach der Rückgewinnung der Sensorpartikel aus dem Prozess einem computergestützten Analysesystem zur Verfügung gestellt. Die erweiterten Sensorpartikel bestehen aus robusten Kapseln, welche mit einer integrierten Messelektronik und einer mechanischen Auftriebseinheit zur Tarierung und Rückgewinnung ausgestattet sind (Abb. 1). Das Systemkonzept berücksichtigt derzeit miniaturisierte Sensoren für die Umgebungstemperatur, die Eintauchtiefe als Funktion des hydrostatischen Drucks, die Beschleunigung und das Magnetfeld und offen für die Einbindung ergänzender miniaturisierter Messfühler, wie z. B. für pH-Wert und Gelöst-Sauerstoff.
Zur Erweiterung der Positionserfassung wurde die Detektion eines festen Positionsmarkers mit den Sensorpartikeln realisiert. Als Positionsmarker wird eine eigens entwickelte Tauschspule eingesetzt, deren kodiertes Anregungssignal über das entstehende Magnetfeld von den vorbeiströmenden Sensorpartikeln empfangen wird.
Die Sensorpartikel mit magnetischer Positionsdetektion wurden erstmals in einer hydrodynamischen Studie von drei Fermentern mit ovalen Behältergeometrien genutzt . Die Fermenter haben ein Füllvolumen von 1,5 m³, 2 m³ und 32 m³ und wurden mit je zwei horizontalen Rührwerken bei zwei Umfangsgeschwindigkeiten (5,5 m/s und 6,7m/s) in einer Xanthan-Lösung (5 g/L) betrieben (Abb. 2).
Mit der Positionsdetektion im Scheitelpunkt der Fermenter wurden die Zirkulationszeitverteilungen der Fluidelemente bestimmt (Abb. 3). Dies lässt Aussagen über das Mischverhalten in den Behältern zu. In Kombination mit den extrahierten vertikalen Aufenthaltsprofilen der Sensorpartikel erfolgt ein Vergleich der drei Fermenter.

  • Poster
    Jahrestreffen Reaktionstechnik 2016 zusammen mit der Fachgruppe Mischvorgänge, 02.-04.05.2016, Würzburg, Deutschland

Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-23846
Publ.-Id: 23846