德国专利DE102004027077A1 Heatable agitator for fermentation tanks

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专利摘要:
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter zur Verfügung. Die Anlage umfasst zumindest eine beheizbare Rührwelle 1, an der Rührwelle befestigte Wärmeleitbleche 2, an den Wärmeleitblechen befestigte Rührblätter 3, ein flexibles oberes Wellenlager 4 zur Aufnahme von Längendehnung und Biegekräften sowie ein zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteres Wellenlager.The present invention provides an apparatus for introducing mechanical and thermal energy into standing fermentation vessels. The system comprises at least one heatable stirrer shaft 1, heat conducting plates 2 attached to the stirrer shaft, stirrer blades 3 attached to the heat conducting plates, a flexible upper shaft bearing 4 for accommodating elongation and bending forces, and a lower shaft bearing variable at the angle of incidence during assembly.
公开号:DE102004027077A1
申请号:DE102004027077
申请日:2004-06-02
公开日:2006-01-05
发明作者:Markus Wolf
申请人:Schmack Biogas GmbH；
IPC主号:B01J8-10

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintrag mechanischer undthermischer Energie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter.TheThe invention relates to a device for the entry of mechanical andthermal energy in standing arranged fermentation tank.
[0002] Biogasanlagenerzeugen Methan durch einen mikrobiellen Abbauprozess organischerSubstanzen. Das Biogas entsteht dabei in einem mehrstufigen Prozessder Vergärungoder Faulung durch die Aktivitätvon anaeroben Mikroorganismen, d. h. unter Ausschluss von Luft.Die Art der Organismenstämmewird im Wesentlichen durch die spezifischen Prozessparameter wieTemperatur, Substrat, pH-Wert, etc. determiniert. Dadurch wird eineAnpassung der Mikroorganismen auf das jeweilige Substrat erreicht,die es ermöglicht,eine Vielzahl organischer Materialien durch Fermentation abzubauen.biogas plantsgenerate methane through a microbial decomposition process of organicSubstances. The biogas is produced in a multi-stage processthe fermentationor digestion by the activityof anaerobic microorganisms, d. H. in the absence of air.The type of organism strainsis essentially determined by the specific process parametersTemperature, substrate, pH, etc. determined. This will be aAdaptation of the microorganisms to the respective substrate is achieved,which makes it possibleto degrade a variety of organic materials by fermentation.
[0003] OrganischesMaterial besitzt aus chemischer Sicht einen hochmolekularen Aufbau,der in den einzelnen Verfahrensschritten einer Biogasanlage durch Stoffwechseltätigkeitder Mikroorganismen zu niedermolekularen Bausteinen abgebaut wird.Neben Biogas, das im Wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid besteht,verbleibt in der Prozesskette als Fermentationsrückstand eine Mischung aus Wasser, nichtabgebautem organischem Material und anorganischen Bestandteilen.Nicht abgebaut werden in der Regel stark ligninhaltige, holzigeMaterialien und cellulosereiche Stoffe. Anorganische Bestandteilesind Minerale in Form von Sand und Steinen, aber auch kristallisierteSalze.organicMaterial has a high molecular structure from a chemical point of viewin the individual process steps of a biogas plant by metabolic activitythe microorganisms is degraded to low molecular weight building blocks.In addition to biogas, which consists essentially of methane and carbon dioxide,remains in the process chain as fermentation residue a mixture of water, notdegraded organic material and inorganic components.Degraded are usually heavily ligninhaltige, woodyMaterials and cellulosic fabrics. Inorganic ingredientsare minerals in the form of sand and stones, but also crystallizedSalts.
[0004] ZentraleBauteile einer Biogasanlage sind die Fermentationsbehälter (Fermentoren,Reaktoren), in denen die primärenbiologischen Prozesse ablaufen. Als Werkstoffe werden üblicherweiseBeton oder Stahlplatten (emailliert, beschichtet oder Edelstahl)eingesetzt. Die in einer Biogasanlage ablaufenden mikrobiellen Abbauprozessesind stark von der Fermentertemperatur abhängig. Aus diesem Grund werdendie Reaktoren meist thermisch isoliert und mit einer Heizung (externeWärmetauscher, Heizwendelnan der Innenwand, beheizte Rührwerke oderFußbodenheizung)ausgestattet.headquartersComponents of a biogas plant are the fermentation tanks (fermentors,Reactors), in which the primarybiological processes take place. As materials are usuallyConcrete or steel plates (enamelled, coated or stainless steel)used. The microbial decomposition processes taking place in a biogas plantare strongly dependent on the fermenter temperature. For this reason will bethe reactors mostly thermally insulated and with a heater (externalHeat exchangers, heating coilson the inner wall, heated agitators orunderfloor heating)fitted.
[0005] Daes im Verlauf der bis überdrei Wochen dauernden Vergärungzu Entmischungen kommen kann, wird das Material bewegt. Die unerwünschten Entmischungenwürdenzur Bildung von feststoffreichen Schwimm- und Sinkschichten führen, diein der Folge den Stofftransport im Reaktor behindern. Der Reaktorist meist mit einem Zulauf fürhalb flüssige bisflüssigeMaterialien und einer Einzugsschnecke für feste Materialien ausgestattet.Häufigwerden Fermentoren mit Vorrichtungen zum Austrag der nicht vergärbaren,sich im Bodenbereich absetzenden organischen und anorganischen Bestandteileausgerüstet.Den Austrag der vergorenen Substanzen aus dem Reaktor übernimmtein in das Fermentat eintauchendes Steigrohr, das als Überlaufin einen weiteren Reaktor oder in ein Substratlager ausgeführt ist.Das entstehende Biogas wird übereinen so genannten Gasdom entnommen und der Verwertung zugeführt.Thereit over in the course ofthree weeks fermentationcan come to demixing, the material is moved. The unwanted demixingwouldlead to the formation of high-solids floating and sinking layers, theas a result hinder the mass transport in the reactor. The reactoris mostly with a feed forhalf liquid toliquidMaterials and a feed screw for solid materials.Oftenbe fermenters with devices for the discharge of non-fermentable,in the soil area settling organic and inorganic constituentsequipped.The discharge of fermented substances from the reactor takes overa dip in the fermentation dip tube, as an overflowis carried out in another reactor or in a substrate storage.The resulting biogas is overa so-called gas dome removed and recycled.
[0006] Ausdiesen allgemeinen Ausführungen über Biogasanlagenkann ein Eindruck von den in Fermentoren herrschenden Bedingungengewonnen werden: In Fermentoren werden teilweise sehr zähflüssige Dispersionenmit einem hohen Feststoffanteil durch Rührwerke oder ähnlicheVorrichtungen zumindest zeitweise kräftig bewegt. Einzelne Partikel, wiez. B. ganze Zuckerrübenmessen dabei bis zu 25 cm im Durchmesser. Zudem werden stabile Schwimmschichten,die sich im Fermenter ausbilden können, durch das Rührwerk ingroßenzusammenhängendenMatten durch den Fermenter gezogen. Die genannten Faktoren führen zueiner hohen mechanischen Belastung aller im Fermenter installierten Komponenten.Insbesondere sind Bauteile der Rührwerkeund der ggf. im Fermenter verlegten Heizleitungen betroffen.Outthese general remarks about biogas plantsmay be an impression of the conditions prevailing in fermentorsIn fermenters partially very viscous dispersionswith a high solids content due to agitators or similarDevices at least temporarily vigorously moved. Individual particles, likez. B. whole sugar beetmeasure up to 25 cm in diameter. In addition, stable floating layers,which can form in the fermenter, by the agitator inhugerelatedMats pulled through the fermenter. The factors mentioned lead toa high mechanical load of all components installed in the fermenter.In particular, components of the agitatorsand the possibly laid in the fermenter heating cables affected.
[0007] Während desBetriebs einer Biogasanlage entstehende Schäden an Bauteilen, die sichim Fermenter befinden, sind in mehrfacher Hinsicht problematisch:Zur Reparatur muss der Betrieb der Anlage unterbrochen, der Fermenterinhaltzumindest bis zur Freilegung der schadhaften Stelle abgelassen und derabgelassene Inhalt entsorgt werden, was aufgrund des intakten Gärprozessesmit erheblicher Emissionsbelastung einhergeht. Danach muss das Problembehoben und der Fermenter wieder aufgefüllt werden. Schließlich musssich der Prozess der Biogasgenese wieder etablieren. Insgesamt betrachtetentspricht eine Reparatur im Fermenter häufig einem Anlagenausfall vonzwei bis drei Monaten.During theOperating a biogas plant resulting damage to components that arein the fermenter are problematic in several ways:For repair, the operation of the system must be interrupted, the contents of the fermenterdrained at least until the exposure of the damaged spot and thedrained contents are discarded, due to the intact fermentation processassociated with significant emissions. After that, the problem must befixed and the fermenter refilled. Finally, mustthe process of biogas genesis re-establish itself. Overall, consideredA repair in the fermenter often corresponds to a plant failure oftwo to three months.
[0008] Vordiesem Hintergrund ist es verständlich, dassbeim Bau einer Biogasanlage der Konstruktion und der Ausführung derKomponenten im Fermenter besondere Aufmerksamkeit geschenkt wird.Insbesondere kommen der Rührwerksausführung und -steuerungsowie der Ausführung,Anordnung und Befestigung von notwendigen Heizleitungen im Fermenterinnenraumbesondere Bedeutung zu.In frontFrom this background it is understandable thatin the construction of a biogas plant of construction and execution of theComponents in the fermenter special attention is paid.In particular, the agitator design and control comeas well as the execution,Arrangement and attachment of necessary heating cables in the fermenter interiorspecial importance.
[0009] Wiebereits erwähnt,sollen die Rührwerkein Biogasanlagen die Ausbildung stabiler Schwimm- und Sinkschichtenverhindern. Darüberhinaus sorgt die von den Rührwerkeneingebrachte Bewegung für einenthermischen und stofflichen Ausgleich im Fermenter. So wird frischeingebrachtes Substrat durch die Vermischung mit bakterienreichemangegorenem Substrat deutlich rascher zersetzt als ohne diese Animpfung.Der in den Aufgabenbereich der Rührwerke fallendethermische Ausgleich ist zur Etablierung günstiger Lebensbedingungen für Bakterienim ganzen Fermenter und füreinen optimalen Gärprozess unabdingbar.As already mentioned, the agitators in biogas plants should prevent the formation of stable floating and sinking layers. In addition, the movement introduced by the agitators ensures a thermal and material balance in the fermenter. Thus, freshly introduced substrate is decomposed significantly faster by mixing with bacterial rich angegorenem substrate than without this vaccination. The thermal compensation falling within the scope of the agitators is indispensable for establishing favorable living conditions for bacteria in the entire fermenter and for an optimal fermentation process.
[0010] Ausdem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungenzur Temperierung und Vermischung des Substrates in Fermentern bekannt. Amweitesten verbreitet sind im Bereich liegender Durchflussfermenterin der Längsachsedes Fermenters zentral angeordnete Rührwellen, an denen die Rührwerksschaufelnradial befestigt sind. In diesen Fermentern übernehmen die Rührwerkedie zusätzlichenAufgaben des Substrattransportes durch den Fermenter und des Sinkstofftransporteszu speziellen Sandaustragseinrichtungen. Zur Einbringung der für die bakterielleAktivitätoptimalen Wärmewerden meist Heizleitungen an den Innenwänden des Fermenters verlegt.Die Heizleitungen bestehen üblicherweiseaus Metall oder aus den fürFußbodenheizungeneingesetzten vernetzten PE-X/Aluminiumverbundrohren. Ein wesentlicherNachteil dieser im Biogasanlagenbau typischen Systeme besteht inder Biofilmbildung an den Heizleitungen. Häufig werden die Heizleitungenbereits nach kurzem Betrieb von nicht mehr durchmischbaren, dichtenSchichten umgeben, die den Wärmetransportvon den Heizleitungen in das Substrat behindern und zudem den zurVergärungverfügbarenFermenterinhalt verkleinern. Der systemimmanente Heizleitungsbewuchszieht einen erhöhtenWärme-und Wartungsbedarf nach sich. Diese Nachteile gehen zu Lasten derEffektivitätderartiger Biogasanlagen.OutNumerous methods and devices are known in the artfor temperature control and mixing of the substrate in fermenters known. At theThe most widespread are in the range of horizontal flow fermentersin the longitudinal axisthe agitator centrally arranged stirrer shafts, where the agitator bladesare fixed radially. In these fermenters take over the agitatorsthe additionalTasks of substrate transport through the fermenter and sediment transportto special sand discharge facilities. To introduce the bacterialactivityoptimal heatUsually heating cables are laid on the inner walls of the fermenter.The heating cables usually existmade of metal or made of forunderfloor heatingused crosslinked PE-X / aluminum composite pipes. An essentialDisadvantage of this typical in biogas plant systems consists inbiofilm formation on the heating pipes. Frequently, the heating cablesalready after a short operation of no longer mixable, denseLayers surround the heat transporthampered by the heating cables in the substrate and also thefermentationavailableDecrease fermenter content. The system-inherent heating line vegetationpulls an elevatedWarmth-and need for maintenance. These disadvantages are at the expense ofeffectivenesssuch biogas plants.
[0011] Eineweitere konstruktionsbedingte Schwachstelle derartiger Fermenterist der Durchtritt der Welle durch die Fermenterstirnwand. Schäden an derWellendichtung könnenhäufignicht ohne Ablassen des Fermenterinhaltes bis zur Lagerstelle beseitigtwerden.Afurther construction-related weak point of such fermentersis the passage of the wave through the fermenter end wall. Damage to theShaft seal canoftennot eliminated without draining the fermenter contents to the storage sitebecome.
[0012] DieRührblätter inden beschriebenen liegenden Fermenter reichen durch den komplettenFermenterradius. Der sich bei üblichenFermenterabmessungen ergebende lange Hebel verursacht hohe Drehmomentbelastungenfür alleBauteile des Rührwerkes.Die unter diesen Bedingungen erreichten Drehzahlen sind gering.Damit ist die am Rührblatt anliegende Überströmgeschwindigkeitdes Substrates ebenfalls gering. Als Folge der geringen Überströmung desSubstrates werden derartige Rührblätter häufig mitdicken Biofilmen bewachsen, die die mechanische Last am Rührwerk weitererhöhen.Energieverbrauch und Havarierisiko steigen.TheStirring blades inThe described fermenter lying through the completeFermenter radius. The usualFermenter dimensions resulting long lever causes high torque loadsfor allComponents of the agitator.The speeds achieved under these conditions are low.This is the overflow speed applied to the stirring bladethe substrate also low. As a result of the slight overflow of theSubstrates such stirring blades are often withthick biofilms overgrow, which further the mechanical load on the agitatorincrease.Energy consumption and accident risk increase.
[0013] Inder DE 196 48 875A1 wird bereits eine Lösungfür denheizleitungsfreien Eintrag von Wärmein liegende Biogasfermenter vorgestellt. In dieser Schrift werdendie Verwendung beheizbarer Rührwerkswellenin Durchflussfermentern sowie deren Ausführung offenbart. Dabei handeltes sich um in Längsrichtungdes Fermenters angeordnete, parallele Rohrprofile, die von einemHeizmedium durchströmtwerden. Die Rührwelleist an den Stirnwänden desFermenters gelagert. Der Antrieb ist an der Außenseite des Fermenters aufdie Welle geflanscht. Praktische Erfahrungen mit dem System zeigen, dassdie überdie Welle eingebrachte Wärmezur Aufrechterhaltung optimaler Gärbedingungen ausreichend ist.ZusätzlicheHeizleitungen sind meist nicht erforderlich. Unter den dargestelltenBetriebsbedingungen von Biogasanlagen können Schäden an den Rührwerkennicht vollständigausgeschlossen werden. Treten Schäden an einem in der Längsachseeines liegenden Fermenters angeordneten Rührwerks auf, so muss der Fermenterinhaltzumindest bis zur Lagerung der Welle abgelassen werden. Wie bereits dargestelltzieht dies neben dem Arbeitsaufwand und den Emissionen einen Anlagenausfallvon zwei bis drei Monaten nach sich. Rührwerksschäden sind ein enormes Risikofür derartigeAnlagen.In the DE 196 48 875 A1 A solution is already presented for the heat-free entry of heat into horizontal biogas fermenters. This document discloses the use of heated agitator shafts in flow-through fermenters and their execution. It is arranged in the longitudinal direction of the fermenter, parallel tube profiles, which are traversed by a heating medium. The stirrer shaft is mounted on the end walls of the fermenter. The drive is flanged on the outside of the fermenter to the shaft. Practical experience with the system shows that the heat introduced via the shaft is sufficient to maintain optimal fermentation conditions. Additional heating cables are usually not required. Under the operating conditions of biogas plants, damage to the agitators can not be completely ruled out. If damage occurs to an agitator arranged in the longitudinal axis of a horizontal fermenter, then the contents of the fermenter must be drained at least until the shaft has been stored. As already mentioned, this entails a plant failure of two to three months in addition to the workload and emissions. Agitator damage is a huge risk for such equipment.
[0014] Nebenden liegend angeordneten meistens als Durchflussfermenter konzipiertenGärbehältern werdenhäufigstehende Fermenter eingesetzt. Besonders verbreitet sind Fermentermit radialsymmetrischem Querschnitt. Diese Rundbehälter werdenz. T. mittels zentral um die Mitte umlaufender Rührwerke durchmischt. DerartigeRührwerke übertragen aufgrundder relativ langen Hebel hohe Drehmomente. Alle Bauteile sind entsprechenrobust ausgelegt. Die mit derartigen Rührern erreichbaren relativen Rührblattgeschwindigkeitenreichen meist nicht aus, um eine das Aufwachsen dicker Biofilmeverhindernde mechanische Überströmung desRührblatteszu erreichen. In der Folge wachsen stabile mattenartige Beläge auf dieRührblätter auf.Die einzubringende Kraft und damit die Belastung der Kraft übertragendenKomponenten und des Antriebs steigt mit dem Bewuchs. Erhöhter Verschleiß, erhöhter Energiebedarfund erhöhterWartungsaufwand sind die Folge.Nextthe lying arranged mostly designed as DurchflußfermenterBecome fermentation tanksoftenused standing fermenter. Especially common are fermenterswith radially symmetrical cross section. These round containers will bez. T. by means of central circulating around the center stirrers mixed. suchAgitators transferred duethe relatively long lever high torques. All components are equivalentdesigned robust. The achievable with such stirrers relative Rührblattgeschwindigkeitenare usually not enough to grow a thick biofilmpreventing mechanical overflow of thestirring bladeto reach. As a result, stable mat-like coverings grow on theStirring blades on.The force to be introduced and thus the load of the force transmittingComponents and the drive increases with the growth. Increased wear, increased energy requirementand heightenedMaintenance costs are the result.
[0015] InRundfermentern werden auch Tauchmotorrührwerke eingesetzt. Problematischsind v. a. die dauerhafte Kapselung des Antriebs gegen das Substratsowie die mit den üblicherweisegeringen Rotorabmessungen einhergehende Kavitation. Pro Tauchmotorrührwerk kannalso nur relativ wenig mechanische Energie eingetragen werden. Tauchmotorrührwerkeeignen sich in Biogasanlagen allenfalls als Zusatzrührwerk oderals Zusammenschaltung mehrerer Tauchmotorrührwerke.InRound fermenters are also used submersible mixers. Problematicare v. a. the permanent encapsulation of the drive against the substrateas well as with the usualcavitation associated with small rotor dimensions. Pro submersible mixer canSo only relatively little mechanical energy can be entered. submersible mixerssuitable in biogas plants at best as additional agitator oras an interconnection of several submersible mixers.
[0016] Alternativzu den genannten Rührwerken werdenin stehenden Rundfermentern häufigso genannte Großflügelrührwerkeeingesetzt. Die Achse dieser Großflügelrührwerke stützt sich im Fermenterinnenraumam Boden und oberhalb des maximalen Fermenterfüllstandes an der Behälterwandab. In der senkrechten Projektion von oben segmentiert die Rührwelleden Fermenterkreis. Die Rührwelleträgt üblicherweisezwei bis drei trapezförmigabgekantete Rechteckblechpaare als Rührblätter. Das schräg von außen obennach innen unten weisende Rührwerk bewirkteine Substratvermischung sowohl in horizontaler Richtung, als auchin radialer und zirkumpolarer Richtung. Damit ermöglicht eseine effektive Durchmischung eines Rundbehälters, wobei aufgrund der imVergleich mit den beschriebenen zentral angeordneten Rührwerkenverringerten Rührblattlängen die anliegendenDrehmomentlasten relativ gering sind. Die Bauteile können aufgrundder niedrigen Belastungen relativ schwach dimensioniert werden.Der zur Durchmischung erforderliche Energieverbrauch ist relativgering. Die Lagerung der Großflügelrührwerkeerfolgt üblicherweisein starr mit der Welle und dem Behälter verbundenen Druck- bzw.Radiallagern. Diese starre Verbindung führt zu erheblichen Problemenbei der Montage und im Betrieb. Bei der Montage der Rührwerkekönnenleichte Abweichungen von den vorgegebenen Maßen nicht mehr ausgeglichenwerden. Die Montage der starr gelagerten Rührwerke ist aufwendige Präzisionsarbeit.Minimale Winkelabweichungen bei der Kernbohrung zur Aufnahme desoberen Lagers führenzu Spannungen in der Welle bzw. machen aufwendige Nacharbeit erforderlich.Beim Rührender viskosen Masse ergeben sich starke Lasten, die komplett über diestarr fixierte Welle auf die starren Lager und letztendlich aufdie Lageraufnahmen übertragenwerden. Hoher Lagerverschleiß undMaterialermüdungsind die Folge.As an alternative to the above-mentioned agitators, so-called large-blade agitators are frequently used in standing round fermenters. The axis of these large-blade agitators is supported in the fermenter interior at the bottom and above the maximum Fermenterfüllstandes on the container wall. In the vertical projection from above, the stirrer shaft segments the fermentor circuit. The stirrer shaft usually carries two to three trapezoidal beveled rectangular plate pairs as stirring blades. The agitator pointing obliquely from the top to the bottom of the inside causes substrate mixing both in the horizontal direction and in the radial and circumpolar direction. This makes it possible for an effective mixing of a round container, wherein the applied torque loads are relatively low due to the reduced compared with the described centrally arranged stirrers stirring blade lengths. The components can be dimensioned relatively weak due to the low loads. The energy required for mixing is relatively low. The storage of large-wing agitators usually takes place in rigidly connected to the shaft and the container pressure or radial bearings. This rigid connection leads to considerable problems during installation and operation. When installing the agitators slight deviations from the given dimensions can no longer be compensated. The assembly of the rigidly mounted agitators is complex precision work. Minimal angular deviations in the core bore for receiving the upper bearing lead to tensions in the shaft or make costly reworking required. When stirring the viscous mass, strong loads result, which are transmitted completely via the rigidly fixed shaft to the rigid bearings and ultimately to the bearing mounts. High bearing wear and material fatigue are the result.
[0017] Diestehenden Rundfermenter werden typischerweise mit ring- bzw. wendelförmig anden Wändenbzw. am Boden angebrachten Heizleitungen beheizt. Das in der DE 203 00 794 U1 offengelegteSystem zur Fermenterheizung vereinfacht die umständliche Anbringung von Heizleitungenin Rundfermentern. Die prinzipielle Anfälligkeit derartiger Heizungssystemegegen Bewuchs mit den bereits dargestellten negativen Folgen kannallerdings trotz im Vergleich zu konventionellen HeizleitungsbefestigungssystemenerhöhtemAbstand der Leitungen zur Wand nicht vollständig überwunden werden.The standing rotary fermenters are typically heated with ring or helical heating cables attached to the walls or floor. That in the DE 203 00 794 U1 The disclosed system for fermenter heating simplifies the cumbersome installation of heating pipes in round fermenters. However, the basic susceptibility of such heating systems to vegetation with the negative consequences already described can not be completely overcome despite the increased distance of the lines from the wall compared to conventional heating line fastening systems.
[0018] Ausdem geschilderten Stand der Technik geht hervor, dass die Einbringungmechanischer und thermischer Energie in Fermenter von Biogasanlagengegenwärtigunbefriedigend gelöstist.OutThe described prior art shows that the introductionmechanical and thermal energy in fermenters of biogas plantscurrentlyunsatisfactorily solvedis.
[0019] Hiersetzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnetist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Einbringungvon mechanischer und thermischer Energie in Fermentationsbehälter bereitzustellen,die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.Hereimplements the invention. The invention as characterized in the claimsis, the task is based, a device for introductionof mechanical and thermal energy to provide in fermentation vessels,which avoids the disadvantages of the prior art.
[0020] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch dieVorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischer Energie instehend angeordnete Fermentationsbehälter gemäß unabhängigem Anspruch 1 gelöst. Weiterevorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der Erfindungergeben sich aus den abhängigenAnsprüchen,der Beschreibung und den Figuren.TheseThe object is achieved by theDevice for introducing mechanical and thermal energy intostanding arranged fermentation container according to independent claim 1. Furtheradvantageous details, aspects and embodiments of the inventionarise from the dependent onesclaims,the description and the figures.
[0021] Dievorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Eintrag mechanischerund thermischer Energie in stehende Fermentationsbehälter zurVerfügung.Die Vorrichtung umfasst zumindest eine beheizbare Rührwelle,an der Rührwellebefestigte Wärmeleitbleche,an den Wärmeleitblechenbefestigte Rührblätter, einflexibles oberes Wellenlager zur Aufnahme von Längendehnung und Biegekräften sowieein zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteresWellenlager.TheThe present invention provides a mechanical entry deviceand thermal energy in standing fermentation tanks toAvailable.The device comprises at least one heatable stirrer shaft,at the stirrer shaftfixed heat conducting sheets,at the Wärmeleitblechenattached stirring blades, aflexible upper shaft bearing for the absorption of elongation and bending forces as wella variable lower at least during assembly in the angle of attackShaft bearings.
[0022] Einefür dieWärmeversorgungeines Fermenters ausreichende Wärmemengewird durch die erfindungsgemäße Vorrichtungalleine mittels eines Rührwerkesund ohne zusätzlicheHeizvorrichtung in den Fermenter transportiert. Die Rührwerkeder erfindungsgemäßen Vorrichtungsind einfach in der Montage, wartungsarm und bleiben auch bei längerem Gebrauchsoweit frei von Bewuchs durch dicke Biofilme, dass ihre Funktionals Rührwerkauch bei längeremGebrauch nicht beeinträchtigtwird.Afor theheat supplya fermenter sufficient amount of heatis achieved by the device according to the inventionalone by means of a stirrerand without additionalHeating device transported in the fermenter. The stirrersthe device according to the inventionThey are easy to install, require little maintenance and remain even after prolonged useas far as free from fouling by thick biofilms that their functionas a stirrereven for a long timeUse not impairedbecomes.
[0023] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungsorgt alleine oder in Zusammenwirkung mit weiteren Rühr- bzw.Mischeinrichtungen füreine effektive Vermischung des Substrates in Rundfermentern. Insbesonderewird der Ausbildung den Betrieb störender, stabiler Schwimm- undSinkschichten effektiv entgegengewirkt.Theinventive deviceprovides alone or in conjunction with other stirring orMixing devices foreffective mixing of the substrate in round fermenters. EspeciallyThe training is the operation disturbing, stable swimming andSink layers effectively counteracted.
[0024] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungist außerdemeinfach in der Montage und wartungsarm im Betrieb. Im Fall von Störungen oderSchädenam Rührwerkkann die Vorrichtung einfach und ohne lange Betriebsunterbrechungoder notwendige Entleerung des Fermenters repariert bzw. ersetztwerden. Einen weiteren Vorteil stellt der verhältnismäßig geringe Rührenergiebedarfdar.Theinventive deviceis alsoeasy to install and low maintenance during operation. In case of faults ordamageon the stirrerThe device can be simple and without long interruptionor necessary emptying of the fermenter repaired or replacedbecome. Another advantage is the relatively low stirring energy requirementrepresents.
[0025] Gemäß einerbevorzugten Ausführungsform dervorliegenden Erfindung enthältdie Vorrichtung zumindest eine Einrichtung zur Verschleißanzeige, wodurcheine Planung der Wartungsarbeiten möglich wird.According to onepreferred embodiment ofpresent inventionthe device at least one device for indicating wear, wherebya planning of maintenance is possible.
[0026] Diebeheizbare Rührwelleist bevorzugt als doppelwandiges Rohrsystem ausgebildet. Besondersbevorzugt werden Ausführungsformen,bei denen das innere Rohr eine am Heizungsvorlauf angeschlosseneKunststoffleitung ist und/oder das äußere Rohr ein für ausreichendemechanische Stabilität undWärmeübergangsorgendes Metallrohr ist. Das äußere Metallrohrgibt der Welle die nötigemechanische Stabilitätund sorgt fürden Wärmeaustausch desHeizmediums mit dem Substrat.The heatable stirrer shaft is preferably designed as a double-walled pipe system. Embodiments in which the inner tube is attached to the heating flow are particularly preferred closed plastic pipe is and / or the outer tube is a metal tube providing sufficient mechanical stability and heat transfer. The outer metal tube gives the shaft the necessary mechanical stability and ensures the heat exchange of the heating medium with the substrate.
[0027] Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung ist die Rührwelle in dem flexiblen Lagergasdicht mit einer Rohrhülseverbunden und die Rohrhülse über eineMontageplatte fest mit der Behälterwandverbunden. Besonders bevorzugt taucht die Rohrhülse zur Gasdichtung bis unterden unteren Behälterfüllstandin das Substrat ein.According to oneanother preferred embodimentIn the present invention, the stirring shaft is in the flexible bearinggas-tight with a tube sleeveconnected and the tube sleeve over aMounting plate fixed to the container wallconnected. Particularly preferably, the tube sleeve dips to the gas seal belowthe lower tank levelinto the substrate.
[0028] Bevorzugterfolgt der Antrieb der Rührwelle über einendirekt angeflanschten drehzahlregelbaren Getriebemotor. Die Aufstellwinkelder Rührblätter können gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsformder vorliegenden Erfindung überLochkreise gegen die Wärmeleitblecheeingestellt werden.Prefersthe drive of the stirring shaft via adirectly flanged variable speed geared motor. The installation anglethe stirring blades can according to aanother preferred embodimentof the present inventionPunch circles against the heat conducting platesbe set.
[0029] Besondersbevorzugt werden Ausführungsformen,in denen die Rührwellein der senkrechten Projektion von oben einen Winkel zwischen 15°und 35°, insbesondereeinen Winkel von 25° gegendie Verbindungslinie zwischen Rührwellendurchtritt durchdie Behälterwandund dem Behältermittelpunkt einnimmt.Especiallypreferred embodiments arein which the stirrer shaftin the vertical projection from above an angle between 15 ° and 35 °, in particularan angle of 25 °the connecting line between Rührwellendurchtritt bythe container walland the container center.
[0030] Ebensobevorzugt werden Ausführungsformen,gemäß denendie Rührwellein der senkrechten Projektion von der Seite einen Winkel zwischen35° und55°, besondersbevorzugt einen Winkel von 45° gegenden ebenen Behälterbodeneinnimmt.As wellpreferred embodiments areaccording to thosethe stirrer shaftin the vertical projection from the side an angle between35 ° and55 °, especiallyprefers an angle of 45 °the flat tank bottomoccupies.
[0031] ZurIllustration der Erfindung und zur Verdeutlichung ihrer Vorzüge werdennachfolgend Ausführungsbeispieleangegeben. Diese Ausführungsbeispielesollen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es versteht sichvon selbst, dass diese Angaben die Erfindung nicht beschränken sollen.Es zeigentoIllustration of the invention and to illustrate their advantagesbelow exemplary embodimentsspecified. These embodimentsshould be explained in connection with the drawings. It goes without sayingit goes without saying that these details are not intended to limit the invention.Show it
[0032] 1 einebevorzugte Ausführungsformeiner erfindungsgemäßen Vorrichtungin der senkrechten Projektion von der Seite; 1 a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from the side;
[0033] 2 einebevorzugte Ausführungsformeiner erfindungsgemäßen Vorrichtungin der senkrechten Projektion von oben; 2 a preferred embodiment of a device according to the invention in the vertical projection from above;
[0034] 3 Detailsder oberen Rührwellenlagerungund der Rührwellenbefestigungeiner bevorzugte Ausführungsformeiner erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 Details of the upper stirring shaft bearing and the stirring shaft mounting of a preferred embodiment of a device according to the invention;
[0035] 4 Detailsder unteren Rührwellenlagerungund der Rührwellenbefestigungeiner bevorzugte Ausführungsformeiner erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 Details of the lower stirrer shaft bearing and the Stirrwellenbefestigung a preferred embodiment of a device according to the invention.
[0036] Diein der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtungzum Eintrag mechanischer und thermischer Energie in stehend angeordneteFermentationsbehälterumfasst zumindest eine beheizbare Rührwelle 1, an derRührwellebefestigte Wärmeleitbleche 2,an den Wärmeleitblechenbefestigte Rührblätter 3,ein flexibles oberes Wellenlager 4 zur Aufnahme von Längendehnungund Biegekräften sowieein zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteresWellenlager.The in the 1 schematically illustrated inventive device for entry of mechanical and thermal energy in standing arranged fermentation tank comprises at least one heatable stirrer shaft 1 , attached to the stirrer shaft Wärmeleitbleche 2 , attached to the Wärmeleitblechen stirring blades 3 , a flexible upper shaft bearing 4 for receiving elongation and bending forces as well as a lower shaft bearing variable at least during installation in the angle of attack.
[0037] Dieheizbare Rührwelle 1 istbevorzugt als doppelwandiges Rohr gefertigt. In dem in den Figurendargestellten Ausführungsbeispielder Erfindung handelt es sich bei der Rührwelle 1 um ein Metallrohr, indas eine dünnereKunststoffleitung eingezogen ist. Die Kunststoffleitung endet offenkurz vor dem unteren Wellenlager. Sie ist am Heizungsvorlauf angeschlossenund führtdas warme Heizmedium in die Welle. Das äußere Metallrohr gibt der Welledie nötigemechanische Stabilitätund sorgt fürden Wärmeaustauschdes Heizmediums mit dem Substrat.The heatable stirrer shaft 1 is preferably made as a double-walled tube. In the embodiment of the invention shown in the figures, it is in the agitator shaft 1 around a metal pipe, into which a thinner plastic pipe is drawn. The plastic pipe ends open shortly before the lower shaft bearing. It is connected to the heating flow and leads the warm heating medium into the shaft. The outer metal tube gives the shaft the necessary mechanical stability and ensures the heat exchange of the heating medium with the substrate.
[0038] Ander Rührwelle 1 sinddie Wärmeleitbleche 2 befestigt.Sie dienen einerseits der Befestigung der Rührblätter 3 und sorgenandererseits fürausreichenden thermischen Kontakt zwischen der beheizten Rührwelle 1 undden Rührblättern 3.In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sichbei den Wärmeleitblechen 2 umMetallkäfigemit rechteckigem Querschnitt. Die Befestigung der Rührblätter 3 mussbei der Montage an die jeweilige Anlage angepasst werden. Die Aufstellwinkelder Rührblätter 3 sind über Lochkreiseverstellbar. Zur Anpassung an besonders hoch viskose Medien und zumverbesserten Wärmeübergangkann die Rührwelle 1 mehrereWärmeleitbleche 2 tragen,die normalerweise nicht mit Rührblättern 3 bestückt werden.At the stirrer shaft 1 are the Wärmeleitbleche 2 attached. They serve on the one hand the attachment of the stirring blades 3 and on the other hand ensure sufficient thermal contact between the heated agitator shaft 1 and the stirring blades 3 , In the embodiment shown in the figures, it is in the Wärmeleitblechen 2 around metal cages with rectangular cross section. The attachment of the stirring blades 3 must be adapted to the respective system during assembly. The installation angle of the stirring blades 3 are adjustable via bolt circles. For adaptation to particularly high-viscosity media and For improved heat transfer, the stirrer shaft 1 several Wärmeleitbleche 2 do not normally wear with stirring blades 3 be fitted.
[0039] DieRührblätter 3 sindso geformt, dass sie bei den im Betrieb herrschenden Bedingungen,insbesondere durch Überströmung mitSubstrat vor Bewuchs mit dicken Biofilmschichten geschützt werden.The stirring blades 3 are shaped in such a way that they are protected from fouling with thick biofilm layers during the conditions prevailing during operation, in particular by overflowing with substrate.
[0040] DieRührwelle 1 istin einem Winkel zwischen 35° und55° gegenden Boden und in einem Winkel zwischen 15° und 35° gegen die Verbindungslinie zwischenRührwellendurchtrittdurch die Behälterwandund dem Behältermittelpunktgeneigt. Innerhalb dieser Werte ergeben sich die besten Substratvermischungenbei niedrigem Energiebedarf. In dem in den Figuren dargestelltenAusführungsbeispielbetragen die Winkel 45° (seitlichbetrachtet) und 25° (vonoben betrachtet).The stirring shaft 1 is inclined at an angle between 35 ° and 55 ° to the ground and at an angle between 15 ° and 35 ° to the connecting line between agitator shaft passage through the tank wall and the tank center. Within these values, the best substrate blends result with low energy requirements. In the embodiment shown in the figures, the angles are 45 ° (viewed laterally) and 25 ° (viewed from above).
[0041] DerAntrieb der Rührwelle 1 erfolgtbevorzugt mit einem drehzahlregelbaren Getriebemotor 9.Der Getriebemotor kann wie in 3 dargestelltdirekt auf die Rührwelle 1 geflanschtwerden. Die Heizleitungen werden dann durch den Motor geführt. Der Motor 9 stützt sich über zweiflexibel mit Federn verbundene Flanschplatten an der Rohrhülse 6 ab.Diese flexible obere Wellenlagerung 4 wird in dem dargestelltenAusführungsbeispielmittels einer Manschette gasdicht abgeschlossen. Die Rohrhülse 6 ist über eineMontageplatte 7 an der Behälterwand 8 befestigt.Die flexible obere Lagerung der Rührwelle 1 ermöglicht einerseitsdie Kompensation von Längenschwankungender Rührwelle(thermische Ausdehnung, Lagerverschleiß unten) und andererseits den Ausgleichvon Pendelbewegungen der Rührwelle. Dasflexible Lager reduziert die Belastung für Welle, Lager und Aufnahmen.The drive of the stirrer shaft 1 is preferably done with a variable speed geared motor 9 , The geared motor can as in 3 shown directly on the stirrer shaft 1 be flanged. The heating cables are then routed through the motor. The motor 9 is supported by two flexibly spring-connected flange plates on the tube sleeve 6 from. This flexible upper shaft bearing 4 is completed gas-tight in the illustrated embodiment by means of a sleeve. The tube sleeve 6 is via a mounting plate 7 on the container wall 8th attached. The flexible upper bearing of the stirrer shaft 1 on the one hand enables the compensation of length fluctuations of the stirrer shaft (thermal expansion, bearing wear below) and on the other hand the compensation of oscillations of the stirrer shaft. The flexible bearing reduces the load on the shaft, bearings and receptacles.
[0042] DieRohrhülse 6 ragtnach dem Tauchtassenprinzip mit ihrem offenen Ende zur Gasdichtungbis unter den unteren Behälterfüllstandin das Substrat.The tube sleeve 6 protrudes to the immersion cup principle with its open end to the gas seal to below the lower container level in the substrate.
[0043] Dasin 4 dargestellte Beispiel für das zumindest bei der Montageim Anstellwinkel variierbare untere Wellenlager zeigt ein schwenkbaresGleitlager zur Aufnahme von Schub- und Druckkräften. Das Lager ist gegen denMontagebock 10 schwenkbar. Bei der Montage der Welle können soauf einfache Weise Abweichungen von den geplanten Maßen kompensiertwerden. Das dargestellte Drucklager verschleißt im Betrieb. Dadurch rutschtdie Welle immer tiefer in den Behälter. Am flexiblen oberen Wellenlager 4 wird diesesNachrutschen durch Verkürzungder Ausgleichsfedern sichtbar. Der Zustand des unteren Lagers kannalso überdie Längeder Federn bestimmt werden. Wartungen können mit dieser Verschleißanzeigerechtzeitig geplant werden. In einer nicht dargestellten Ausführung derErfindung ist das untere Lager 5 nach der Montage im Winkelzum Montagebock 10 fixierbar.This in 4 shown example of the at least during assembly in the angle of attack variable lower shaft bearing shows a pivotable sliding bearing for receiving thrust and compressive forces. The bearing is against the mounting bracket 10 pivotable. When mounting the shaft, deviations from the planned dimensions can thus be easily compensated. The illustrated thrust bearing wears during operation. As a result, the shaft slips deeper and deeper into the container. On the flexible upper shaft bearing 4 This slipping is visible by shortening the balancing springs. The state of the lower bearing can therefore be determined over the length of the springs. Maintenance can be scheduled on time with this wear indicator. In an embodiment of the invention, not shown, the lower bearing 5 after mounting at an angle to the mounting bracket 10 fixable.

权利要求:
Claims (7)
[1]
Vorrichtung zum Eintrag mechanischer und thermischerEnergie in stehend angeordnete Fermentationsbehälter umfassend zumindest einebeheizbare Rührwelle(1), an der Rührwellebefestigte Wärmeleitbleche(2), an den Wärmeleitblechenbefestigte Rührblätter (3),ein flexibles oberes Wellenlager (4) zur Aufnahme von Längendehnungund Biegekräftensowie ein zumindest bei der Montage im Anstellwinkel variables unteresWellenlager (5).Device for introducing mechanical and thermal energy into standing fermentation vessels comprising at least one heatable stirrer shaft ( 1 ), attached to the stirrer shaft Wärmeleitbleche ( 2 ), at the Wärmeleitblechen attached stirring blades ( 3 ), a flexible upper shaft bearing ( 4 ) for receiving elongation and bending forces and a variable at least during assembly in the angle of attack lower shaft bearing ( 5 ).
[2]
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass es sich bei der beheizbaren Rührwelle (1) um eindoppelwandiges Rohrsystem handelt, wobei das innere Rohr bevorzugteine am Heizungsvorlauf angeschlossene Kunststoffleitung ist unddas äußere Rohrbevorzugt ein fürausreichende mechanische Stabilität und Wärmeübergang sorgendes Metallrohrist.Apparatus according to claim 1, characterized in that it is in the heated stirrer shaft ( 1 ) is a double-walled pipe system, wherein the inner tube is preferably a plastic line connected to the heating flow and the outer tube is preferably a metal tube providing sufficient mechanical stability and heat transfer.
[3]
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Rührwelle(1) im flexiblen Lager (4) gasdicht mit einer Rohrhülse (6)verbunden ist und diese Rohrhülse(6) übereine Montageplatte (7) fest mit der Behälterwand (8) verbundenist und die Rohrhülse(6) zur Gasdichtung bis unter den unteren Behälterfüllstand indas Substrat eintaucht.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring shaft ( 1 ) in the flexible warehouse ( 4 ) gas-tight with a tube sleeve ( 6 ) and this tube sleeve ( 6 ) via a mounting plate ( 7 ) fixed to the container wall ( 8th ) and the tube sleeve ( 6 ) is immersed in the gas seal to below the lower tank level in the substrate.
[4]
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Antrieb der Rührwelle (1) über einendirekt angeflanschten drehzahlregelbaren Getriebemotor (9)erfolgt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive of the stirring shaft ( 1 ) via a directly flanged variable speed geared motor ( 9 ) he follows.
[5]
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Aufstellwinkel der Rührblätter (3) über Lochkreisegegen die Wärmeleitbleche(2) eingestellt werden können.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the installation angle of the stirring blades ( 3 ) via hole circles against the heat conducting plates ( 2 ) can be adjusted.
[6]
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Rührwelle(1) in der senkrechten Projektion von oben einen Winkelzwischen 15°und35°, bevorzugteinen Winkel von 25° gegendie Verbindungslinie zwischen Rührwellendurchtrittdurch die Behälterwandund dem Behältermittelpunkteinnimmt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring shaft ( 1 ) in the vertical projection from above an angle between 15 ° and 35 °, preferably occupy an angle of 25 ° to the connecting line between Rührwellendurchtritt through the container wall and the container center.
[7]
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Rührwelle(1) in der senkrechten Projektion von der Seite einen Winkelzwischen 35° und55°, bevorzugteinen Winkel von 45° gegenden ebenen Behälterboden einnimmt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the stirring shaft ( 1 ) in the vertical projection from the side an angle between 35 ° and 55 °, preferably occupy an angle of 45 ° to the flat container bottom.

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