Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11398
For citation please use:
Main Title: Experimentelle Grundlagenuntersuchungen zur Bestimmung charakteristischer, messbarer Kennwerte für die Automatisierung des Mischprozesses in Biogasanlagen
Translated Title: Experimental studies to determine characteristics and measurable parameters for the automation of the mixing process in biogas plants
Author(s): Brehmer, Manuel
Advisor(s): Kraume, Matthias
Referee(s): Kraume, Matthias
Martin, Thomas
Jobst, Karin
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Die Erarbeitung von Grundlagen zur Automatisierung der Mischtechnik in mit Tauchmotorrührwerken ausgestatteten Biogasanlagen ist Thema dieser Dissertationsarbeit. Dabei wird intensiv auf die strukturviskosen und viskoelastischen Fließeigenschaften der Substrate sowie den Möglichkeiten zur Charakterisierung dieser eingegangen. Aufbauend auf den Ergebnissen erfolgt eine Betrachtung des ungestörten Propellerfreistrahls, welcher eine deutliche Abhängigkeit von der Reynoldszahl und Rheologie aufweist. Wie aufgezeigt wird, ist die sich ändernde Fluiddynamik durch eine Axialkraftmessung messtechnisch gut erfassbar. Im großtechnischen Anlagenbetrieb werden in der Regel zwei bis fünf Rührwerke gleichzeitig, zumeist in intermittierender Fahrweise eingesetzt. Dadurch kommt es zur Interaktion und Beeinflussung der einzelnen Propellerstrahlen. Im Labor- und Technikumsmaßstab erfolgt mittels 2D-PIV eine qualitative und quantitative Auswertung des sich einstellenden Strömungsregimes. Die Ergebnisse zeigen das sich ergebene Potential zur Optimierung der Größe des Mischvolumens bei regelmäßiger Änderung der Einbausituation der Rührtechnik. Gleichzeitig lassen sich Korrelationen zwischen Rührregime und der Axialkraft ableiten. Mit den Daten zur Rheologie, der vom Rührwerk erzeugten Axialkraft und den Informationen zur Einbaulage erscheint die Entwicklung eines Steueralgorithmus folglich als möglich.
The subject of this doctor’s thesis is the development of fundamentals for the automation of the mixing process in biogas plants equipped with submersible mixers. In this context, the shear thinning and viscoelastic flow behaviours of the substrates as well as the possibilities to characterise these are discussed in detail. Based on the results, the open propeller jet is considered, which has a clear dependence on the Reynolds number and the rheology. It can be shown that the prevailing fluid dynamics can be well determined by measuring the axial force. In large-scale plants, up to five agitators are usually used simultaneously, mostly in intermittent modes. Therefore, the propeller jets interact and influence each other. In the laboratory and pilot plant scale, a qualitative and quantitative evaluation of the resulting flow regime is analysed by 2D-PIV. The results show that a regular change of the stirrer position can optimise the mixing volume. In addition, correlations between the mixing regime and the axial force can be derived. With the information about the rheology, the axial force and the information about the positions of the stirrers, the development of a Control Algorithm seems to be possible.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/12589
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11398
Exam Date: 9-Dec-2020
Issue Date: 2021
Date Available: 4-Mar-2021
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Biogasanlage
Rheologie
Propellerfreistrahl
Mischprozess
Rührwerkschub
biogas plant
rheology
propeller jet
mixing process
mixer thrust
Sponsor/Funder: BMWi, 03KB018D, Vergleichende Untersuchungen an großtechnischen Biogasreaktoren - Verfahrenstechnische, mikrobiologische, ökologische und ökonomische Bewertung und Optimierung
BMEL, 22005813, Maximierung der Raum-Zeit-Ausbeute in Biogasreaktoren unter Nutzung optischer Messmethoden
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Appears in Collections:FG Verfahrenstechnik » Publications

Files in This Item:
brehmer_manuel.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 29.73 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons