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EP4389270A1 - Mischeinrichtung mit schneckenantrieb zur zerfaserung - Google Patents

Mischeinrichtung mit schneckenantrieb zur zerfaserung Download PDF

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Publication number
EP4389270A1
EP4389270A1 EP23188490.9A EP23188490A EP4389270A1 EP 4389270 A1 EP4389270 A1 EP 4389270A1 EP 23188490 A EP23188490 A EP 23188490A EP 4389270 A1 EP4389270 A1 EP 4389270A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
mixing device
sleeve
screw
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP23188490.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4389270B1 (de
EP4389270C0 (de
Inventor
Dirk Wenning
Chris Wenning
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Puwe GmbH
Original Assignee
Puwe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Puwe GmbH filed Critical Puwe GmbH
Priority to EP24178451.1A priority Critical patent/EP4397404A3/de
Publication of EP4389270A1 publication Critical patent/EP4389270A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4389270B1 publication Critical patent/EP4389270B1/de
Publication of EP4389270C0 publication Critical patent/EP4389270C0/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/57—Mixing high-viscosity liquids with solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/92—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws
    • B01F27/921—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws with helices centrally mounted in the receptacle
    • B01F27/9211—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with helices or screws with helices centrally mounted in the receptacle the helices being surrounded by a guiding tube
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/92—Heating or cooling systems for heating the outside of the receptacle, e.g. heated jackets or burners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/90—Heating or cooling systems
    • B01F35/93—Heating or cooling systems arranged inside the receptacle

Definitions

  • the present invention relates to a mixing device for mixing highly viscous media, in particular for a biogas plant according to the features in the preamble of claim 1.
  • biogas containers For this purpose, highly viscous media, i.e. particularly thick, sludgy or pasty, are fed into a biogas container. These media contain various substances from biomass. These are usually animal excrements, such as liquid manure and solid manure, as well as energy crops as a substrate, usually maize cuttings.
  • Both of these highly viscous media must, on the one hand, be mixed as homogeneously as possible; on the other hand, further processes are necessary, such as filtering, cleaning or sanitizing.
  • a corresponding mixing device is available, for example, from the EN 10 2005 022 373 A1 known.
  • the object of the present invention is to provide a mixing device which is significantly improved compared to the prior art, thus achieving better and faster mixing and optionally allowing the possibility of filtering and pre-tempering.
  • the mixing device for mixing highly viscous media in particular for a biogas plant, has a large-volume outer container and an agitator arranged therein.
  • the container itself has a feed for the medium and a discharge line for discharging, in particular pumping out, the mixed medium.
  • the mixing device is characterized in that the agitator is arranged as a vertical screw mixer in the container, wherein the screw mixer has a stirring screw and a sleeve enclosing the stirring screw.
  • the sleeve is arranged hanging in the container and radially spaced from the container wall.
  • the sleeve itself has essentially the same axial length as the agitator screw itself.
  • the sleeve itself is preferably arranged freely hanging in the container via a suspension device or struts and suspended from a container lid.
  • a bottom side of the sleeve is arranged freely floating in the container. This means that a bottom side of the sleeve is freely floating so that the medium can be pressed downwards through the sleeve, and if necessary in conjunction with the screen described later, solids can then be separated out.
  • the sleeve can be supported or braced on a bottom side in the container.
  • a fluid flow can freely exit from the bottom of the sleeve.
  • a top side of the Sleeve in each case in relation to the vertical direction, has a distance from the container lid.
  • This provides a significant advantage over known mixing devices. This consists in the fact that the screw mixer with its stirring screw within the sleeve can circulate or mix the medium several times in a much shorter time than with agitators known from the state of the art. At the same time, the direction of rotation of the stirring screw can be changed. The stirring screw can therefore both pump or press the medium through the sleeve and simply suck the medium through the sleeve when the direction of rotation is changed. This in turn offers two advantages.
  • the direction of rotation can be changed during mixing and the medium can be fed through the mixing device from top to bottom in the vertical direction, or from bottom to top by changing the direction of rotation. This improves homogenization during mixing.
  • a second advantage is that in the event of contamination, clumps or other foreign bodies, clogging does not occur by changing the direction of rotation and thus the mixing direction of the medium.
  • the feed is arranged within a projection area of the cross-section of the sleeve.
  • outlet openings of the feed are arranged in the container lid within the projection area of the cross-section of the sleeve. Newly added medium is thus guided directly into the suction of the screw mixer and thus mixed immediately within the container.
  • a minimal gap is formed in the radial direction between the sleeve surrounding the agitator screw and the rear screw itself.
  • the gap is preferably less than 30 mm, in particular less than 20 mm, particularly preferably less than 10 mm, but most particularly greater than 5 mm.
  • the sleeve, but also the agitator screw itself, are made of a steel material. Clumps, thickenings or similar can occur due to the minimal gap between the outside of the The agitator screw and the inner surface of the sleeve are forced together due to the centrifugal force when the agitator screw is driven. If there are clumps or thickenings within the highly viscous medium to be mixed, these are sometimes trapped in the gap due to the movement of the agitator screw and are broken, crushed or shredded. The highly viscous medium, in particular the solids in the medium, are thus crushed or reduced. This results in more homogeneous mixing.
  • means on the agitator screw in particular on the surface of the agitator screw and/or on the inner surface of the sleeve, which increase the friction value of the surface at least in sections of the surface, in such a way that the highly viscous medium or solids, clumps or thickenings within the highly viscous medium are crushed, broken and/or shredded when passing through the means.
  • the means can be, for example, armoring, teeth, cams or similar, in such a way that, for example, a thickening is clamped to the means and is then broken or shredded by further movement of the agitator screw.
  • the turns of the agitator screw can be interrupted in lengthwise sections.
  • a laterally protruding step can be formed at the interrupted points of the turns of the agitator screw.
  • the agitator screw can have an axially aligned step extending over the entire radial width at the points where the turns are interrupted in lengthwise sections.
  • the inner surface of the sleeve can also have corresponding step steps, teeth or even a groove, so that clumps or thickenings are clamped in and are shredded or broken up when the agitator screw is driven further.
  • a further advantage of the invention provides that the container itself is designed like a silo.
  • a collecting box is arranged underneath the container or at a lower point of the container.
  • the agitator screw is preferably arranged axially spaced from the collecting box in the container. Due to the flow within the agitator screw, part of the medium is pressed into the collecting box. Solids or impurities within the medium, such as stones, are pressed into the collecting box within the flow and sink there due to gravity. However, at a transition between the lower edge of the silo-like container and the collecting box, past which the flow of the medium to be mixed passes, the stones are not taken along and sink to the bottom of the collecting box.
  • the container can also be used to mix food waste or other viscous media. These contain foreign bodies, for example in the form of stones or glass particles. These can then be separated into the collecting box by the agitator screw and sink into the collecting box. To improve this effect even further, a screen is provided at the end of the agitator screw. In the downward flow direction, solid bodies hit the screen and are transported outwards in the radial direction due to a rotational movement and the centrifugal force caused by this and then sink downwards in the silo-like container. The separation of solids from the viscous medium is thus improved.
  • the effect of collecting foreign bodies, especially stones, is further improved by arranging a lowest point of the discharge line at least 1 cm, preferably more than 2 cm, preferably more, for example, 5 or 10 cm above the bottom of the collecting container. Any flow generated when pumping out the mixed medium then draws the mixed medium to be pumped out as a suction effect. However, the stones lying on the bottom of the collecting container remain here due to the gravity and are not pumped out. They can then be removed via an inspection hatch.
  • the sleeve itself is designed with double walls, so that tempering channels are present here.
  • a tempering medium for example a heating medium, can thus be passed through.
  • the medium located inside the container then passes through the wall of the sleeve both inside and outside and is thereby heated.
  • the container itself can also be double-walled and a tempering medium can be passed through here too. In particular, this can be used to carry out a so-called hygienization process. Germs and bacteria can be killed in this way. For example, at a temperature of more than 70° C, in particular 72° C, for one hour.
  • the advantage over hygienization, for example in a pipeline, is that more surface area is available and the fact that the medium is guided over the surfaces in the agitator, thus causing forced convection and thus improved heat transfer. The medium can therefore be heated up much more quickly and the temperature can be maintained.
  • Another advantage in combination with solid body separation is that the medium has better flowability at higher temperatures and solids move faster and easier relative to the medium itself. This means that stones or glass splinters can slide more easily in the medium and sink more quickly. This improves the separation ability. Bone fragments or metal objects in general can also be separated, for example in the case of food scraps.
  • FIG 1 shows the mixing device 1 according to the invention for connection to a biogas plant (not shown in detail).
  • the mixing device 1 has a larger silo-like container 2, preferably made of steel, in particular stainless steel, for example V2A or V4A.
  • the container 2 also has a container lid 3 and feet 4 with which the container 2 is placed on a base (not shown in detail).
  • a collecting container 5 is provided on a lower part of the container 2.
  • the collecting container 5 has a square or rectangular cross-sectional configuration.
  • a discharge line 6 is connected to the collecting container 5 for pumping out medium mixed in the mixer.
  • a shaft 7 is provided in the lid for Connection to a drive.
  • Shaft 7 is the drive shaft of the Figure 2 described auger mixer 8.
  • the screw mixer 8 has an outer sleeve 9 hanging freely in the container 2.
  • the sleeve 9 is suspended from the container lid 3 via webs 10 or positioned at a distance.
  • feed openings 11 are provided through which the medium (not shown in detail) is fed.
  • the stirring screw 12 itself has step-by-step interruptions 13. These are shown in cross-section in the section line III-III in Figure 3 .
  • a step 14 is shown.
  • a top view of the agitator screw 12 is shown.
  • clumps are clamped between the inner surface 15 of the sleeve 9 and the agitator screw 12 and shredded.
  • Figure 5 shows a flow pattern according to the longitudinal section of Figure 2 .
  • the agitator screw 12 is shown in a pressing operation.
  • Medium fed in via the receiving or feed openings 11 is guided into the underlying projection or cross-sectional area of the sleeve 9 and the agitator screw 12 and is immediately sucked in by the agitator screw 12 from above in the vertical direction and pressed downwards by the agitator screw 12 and mixing takes place laterally past the sleeve 9. Stones located in the medium are moved downwards in the vertical direction and supported by gravity and rest on a base 16 of the collecting container 5.
  • the discharge line 6 is spaced at a distance A of at least 1 cm, preferably more than 2 cm, in particular more than 5 and in particular more than 10 cm, in particular the lowest point 17 of the discharge line 6. Stones 19 located in the collecting container 5 are therefore not discharged during the pumping movement.
  • At least part of the medium is pressed into the collecting container 5 during the stirring process or at least partially flows into it.
  • stones 19 bounce off the edge 18 and then also sink to the bottom of the collecting container 5.
  • Figure 6 shows the representation from Figure 5 , whereby the direction of rotation of the screw mixer 8 has been changed.
  • the screw mixer 8 is not in pressure mode but in suction mode.
  • the mixing direction is thereby changed. This can happen, for example, at predetermined intervals or when a blockage is detected.
  • Figure 7 shows a container 2 according to the invention.
  • both the outer wall 20 of the container 2 and the sleeve 9 of the worm drive (not shown in detail) are each double-walled so that a fluid medium can be passed through.
  • This is then preferably also designed to be radially circumferential.
  • a respective supply line 21 and 22 can be present, where a temperature control medium (not shown in detail) is supplied, and a corresponding discharge line 23 and 24 can be formed, after which a fluid medium (not shown in detail) is discharged.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the present invention.
  • a screen 28 is arranged below the agitator screw 12.
  • the screen 28 is connected to the agitator screw 12 and turns or rotates with the agitator screw 12.
  • the medium in particular solid bodies or foreign particles, for example stones or glass bodies, are conveyed outwards in the radial direction due to the screen 28 and an associated rotation and then sink down the slope. The separation effect for foreign bodies in the viscous medium is thereby improved.
  • a discharge line 6 is then arranged in particular in the axial direction Ax below the screen 28.
  • the upper edge 29 of the opening of the suction line is preferably arranged significantly above the base 16 of the collecting container 5, furthermore preferably also above the edge 18 of the lower slope 30 of the container 2.
  • the screen 28 preferably has a diameter that is smaller than the diameter of the agitator screw 12.
  • the diameter of the screen 28 is preferably 20 to 70%, in particular 30 to 60% of the diameter of the agitator screw 12.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung (1) zum Durchmischen hochviskoser Medien, insbesondere für eine Biogasanlage, aufweisend einen großvolumigen äußeren Behälter (2) und ein darin angeordnetes Rührwerk, wobei der Behälter (2) eine Zuführung von Medium aufweist und eine Abführleitung (6) zum Abführen des durchmischten Mediums. Das Rührwerk ist als vertikaler Schneckenmischer (8) ausgebildet, aufweisend eine Rührschnecke (12) und eine die Rührschnecke (12) ummantelnde Hülse (9).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung zum Durchmischen hochviskoser Medien, insbesondere für eine Biogasanlage gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Biogasanlagen zu betreiben. Hierzu werden hochviskose Medien, also besonders dickflüssig, schlammig bzw. pastös in einen Biogasbehälter zugeführt. Diesen Medien sind verschiedene Stoffe aus Biomassen. Zumeist sind dies tierische Exkremente, beispielsweise Gülle und Festmist sowie Energiepflanzen als Substrat, zumeist Maisschnitt, verwendet.
  • Beide dieser hochviskosen Medien müssen zum einen möglichst homogen durchmischt werden, zum anderen sind weitere Prozesse notwendig, wie beispielsweise ein Filtern oder Reinigen bzw. ein Hygienisieren.
  • Eine entsprechende Mischeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 022 373 A1 bekannt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischeinrichtung aufzuzeigen, die gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert ist, mithin eine bessere und zeitlich verkürzte Mischung erreicht sowie optional die Möglichkeit der Filterung und Vortemperierung ermöglicht.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einer Mischeinrichtung gemäß den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Mischeinrichtung zum Durchmischen hochviskoser Medien, insbesondere für eine Biogasanlage weist einen großvolumigen äußeren Behälter auf und ein darin angeordnetes Rührwerk. Der Behälter selbst weist eine Zuführung für das Medium auf und eine Abführleitung zum Abführen, insbesondere Abpumpen des durchmischten Mediums.
  • Erfindungsgemäß zeichnet sich die Mischeinrichtung dadurch aus, dass das Rührwerk als vertikaler Schneckenmischer in dem Behälter angeordnet ist, wobei der Schneckenmischer eine Rührschnecke und eine die Rührschnecke ummantelnde Hülse aufweist.
  • Insbesondere ist die Hülse hängend in dem Behälter und von der Behälterwand radial beabstandet angeordnet. Die Hülse selbst weist im Wesentlichen die gleiche axiale Länge auf wie die Rührschnecke selbst. Die Hülse selbst ist über eine Aufhängevorrichtung bzw. Streben bevorzugt frei hängend in dem Behälter angeordnet und an einem Behälterdeckel aufgehangen. Eine Unterseite der Hülse ist freischwebend in dem Behälter angeordnet. Dies bedeutet, dass eine Unterseite der Hülse freischwebend ist, so dass das Medium nach unten durch die Hülse gedrückt werden kann, gegebenenfalls in Verbindung mit dem später beschriebenen Schirm dann auch eine Ausscheidung von Festkörpern stattfinden kann. Bei höheren Drehzahlen der Schnecke kann jedoch die Hülse an einer Unterseite im Behälter abgestützt oder abgespannt werden. Jedoch ein Fluidstrom kann an der Unterseite der Hülse frei austreten. Eine Oberseite der Hülse, jeweils bezogen auf die Vertikalrichtung, weist einen Abstand zum Behälterdeckel auf. Hierdurch wird ein wesentlicher Vorteil gegenüber bekannten Mischeinrichtungen erreicht. Dieser besteht darin, dass der Schneckenmischer mit seiner Rührschnecke innerhalb der Hülse das Medium in deutlich kürzerer Zeit mehrfach umwälzen bzw. durchmischen kann, im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Rührwerken. Gleichzeitig kann die Drehrichtung der Rührschnecke geändert werden. Die Rührschnecke kann somit sowohl das Medium durch die Hülse pumpen bzw. drücken, und einfach bei Änderung der Drehrichtung das Medium durch die Hülse saugen. Dies bietet wiederum zwei Vorteile. Zum einen kann während des Mischbetriebes die Drehrichtung geändert werden und somit auf die Vertikalrichtung das Medium von oben nach unten durch die Mischeinrichtung geführt werden als auch durch Änderung der Drehrichtung von unten nach oben. Hierdurch wird die Homogenisierung während des Durchmischens verbessert. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass bei Verschmutzungen Verklumpungen oder sonstigen Fremdkörpern durch Änderung der Drehrichtung und damit auch der Durchmischungsrichtung des Mediums kein Verstopfen stattfindet.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltungsvariante ist die Zuführung innerhalb einer Projektionsfläche des Querschnitts der Hülse angeordnet. Insbesondere sind in dem Behälterdeckel Austrittsöffnung der Zuführung innerhalb der Projektionsfläche des Querschnitts der Hülse angeordnet. Neu zugeführtes Medium wird somit unmittelbar in den Sog des Schneckenmischers geführt und damit zeitlich unmittelbar innerhalb des Behälters durchmischt.
  • Weiterhin besonders bevorzugt ist zwischen der die Rührschnecke ummantelnden Hülse und der Rückschnecke selbst ein minimaler Spalt in Radialrichtung ausgebildet. Der Spalt ist bevorzugt kleiner 30 mm, insbesondere kleiner 20 mm, besonders bevorzugt kleiner 10 mm, ganz besonders jedoch größer 5 mm.
  • Die Hülse, aber auch die Rührschnecke selbst sind aus einem Stahlwerkstoff hergestellt. Verklumpungen, Verdickungen oder ähnliches, können aufgrund des immerhin vorliegenden minimalen Spaltes zwischen die Außenseite der Rührschnecke und die Innenmantelfläche der Hülse gedrängt werden aufgrund der Zentrifugalkraft bei Antrieb der Rührschnecke. Sind Verklumpungen oder Verdickungen innerhalb des hochviskosen zu durchmischenden Mediums vorhanden, so werden diese aufgrund der Bewegung der Rührschnecke mitunter in dem Spalt eingeklemmt und dabei zerbrochen, zerkleinert bzw. zerfasert. Das hochviskose Medium, insbesondere die Feststoffanteile in dem Medium werden somit zerkleinert bzw. verringert. Eine homogenere Durchmischung findet dadurch statt.
  • Weiterhin besonders bevorzugt sind an der Rührschnecke insbesondere an der Oberfläche der Rührschnecke und/oder an der Innenmantelfläche der Hülse Mittel vorgesehen, die den Reibwert der Oberfläche zumindest flächenabschnittsweise erhöhen, dergestalt, dass das hochviskose Medium bzw. Feststoffe Verklumpungen oder Verdickungen innerhalb des hochviskosen Mediums bei Passieren der Mittel zerkleinert, gebrochen und/oder zerfasert werden. Bei dem Mittel kann es sich beispielsweise um Aufpanzerungen, Zähne, Nocken oder ähnliches handeln, dergestalt, dass beispielsweise eine Verdickung an dem Mittel festgeklemmt ist und durch weitere Bewegung der Rührschnecke dann zerbrochen bzw. zerfasert wird.
  • Insbesondere können hierzu beispielsweise die Windungen der Rührschnecke längenabschnittsweise unterbrochen sein. An den unterbrochenen Stellen der Windungen der Rührschnecke kann ein seitlich überstehender Stufenabsatz ausgebildet sein. Die Rührschnecke kann an den längenabschnittsweise unterbrochenen Stellen ein sich über die gesamte radiale Breite erstreckenden axial ausgerichteten Stufenabsatz verfügen. Insbesondere kann auch die Innenmantelfläche der Hülse entsprechende Stufenabsätze, Zähne oder auch eine Nut aufweisen, so dass Verklumpungen bzw. Verdickungen eingeklemmt werden und bei weiterem Antrieb der Rührschnecke zerfasert bzw. zerbrochen werden.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung sieht vor, dass der Behälter selbst siloartig ausgebildet ist. Unterhalb des Behälters bzw. an einem unteren Punkt des Behälters ist ein Auffangkasten angeordnet. Bevorzugt ist die Rührschnecke axial beabstandet zu dem Auffangkasten in dem Behälter angeordnet. Aufgrund der Strömung innerhalb der Rührschnecke wird somit ein Teil des Mediums in den Auffangkasten gedrückt. Feststoffe oder Verunreinigungen innerhalb des Mediums, beispielsweise Steine, die in den Auffangkasten innerhalb der Strömung gedrückt werden und aufgrund der Erdanziehung hier absinken. An einem Übergang von Unterkante des siloartigen Behälters und Auffangkasten, an dem die Strömung des zu durchmischenden Mediums vorbeizieht, werden die Steine jedoch nicht mitgenommen und sinken in dem Auffangkasten auf den Boden.
  • Weiterhin kann der Behälter auch zur Durchmischung von Speiseresten oder anderen viskosen Medien verwendet werden. Darin befinden sich Fremdkörper, beispielsweise in Form von Steinen oder auch Glaspartikeln. Diese können dann in den Auffangkasten durch die Rührschnecke abgeschieden werden und in den Auffangkasten absinken. Damit dieser Effekt noch verbessert wird, ist vorgesehen, dass am Ende der Rührschnecke ein Schirm angeordnet ist. In Strömungsrichtung nach unten treffen somit Festkörper auf den Schirm und werden aufgrund einer Rotationsbewegung sowie dadurch verursachten Zentrifugalkraft auf die Radialrichtung nach außen befördert und sinken dann in dem siloartigen Behälter nach unten ab. Die Trennung von Festkörperanteil aus dem viskosen Medium wird dadurch verbessert.
  • Dies ist besonders vorteilig, da es nicht möglich ist, aufgrund der Hochviskosität der zu durchmischenden Medien diese anderweitig zu filtern. Evtl. Filtersieb oder ähnliches würden unmittelbar verstopfen.
  • Der Effekt des Auffangens von Fremdkörpern, insbesondere Steinen wird weiterhin dadurch verbessert, dass ein unterster Punkt der Abführleitung mindestens 1 cm, bevorzugt mehr als 2 cm, bevorzugt mehr beispielsweise 5 oder 10 cm oberhalb des Bodens des Auffangbehälters angeordnet ist. Eine evtl. erzeugte Strömung bei Abpumpen des durchmischten Mediums zieht dann als Sogeffekt das abzupumpende durchmischte Medium. Die auf dem Boden des Auffangbehälters liegenden Steine bleiben hier jedoch aufgrund der Erdanziehung liegen und werden nicht mit abgepumpt. Über eine Revisionsklappe können diese dann entnommen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass die Hülse selbst doppelwandig ausgebildet ist, derart, dass hier Temperierkanäle vorhanden sind. Es kann somit ein Temperiermedium, beispielsweise eine Heizmedium durchgeführt werden. Das innerhalb des Behälters befindliche Medium passiert dann die Wandung der Hülse sowohl innen als auch außen und wird dadurch erwärmt.
  • Auch der Behälter selbst kann doppelwandig ausgebildet sein und auch hier ein Temperiermedium durchgeleitet werden. Insbesondere kann hiermit ein sogenannter Hygienisierungsprozess durchgeführt werden. Keime und Bakterien können dadurch abgetötet werden. Beispielsweise bei einer Temperatur von mehr als 70° C, insbesondere 72° C, für eine Stunde. Der Vorteil gegenüber einer Hygienisierung, beispielsweise in einer Rohrleitung ist, dass mehr Oberfläche zur Verfügung steht sowie die Tatsache, dass in dem Rührwerk das Medium über die Oberflächen geführt wird und damit eine erzwungende Konvektion und damit verbesserter Wärmeübergang stattfindet. Das Medium kann somit deutlich schneller aufgeheizt werden bzw. die Temperatur gehalten werden.
  • Ein weiterer Vorteil in Kombination mit der Feststoffkörperabscheidung liegt darin, dass das Medium bei erhöhter Temperatur eine bessere Fließfähigkeit hat bzw. Feststoffe sich relativ zu dem Medium selber schneller und einfacher bewegen. Somit können Steine oder auch Glassplitter in dem Medium leichter gleiten und schneller absinken. Die Ausscheidungsfähigkeit wird dadurch verbessert. Auch können beispielsweise bei Speiseresten Knochenteile oder auch generell metallische Gegenstände abgeschieden werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten sind in den Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Mischeinrichtung in Frontansicht,
    Figur 2
    einen teilweisen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Mischeinrichtung,
    Figur 3
    eine Detailansicht der Rührschnecke,
    Figur 4
    eine Detailansicht der Rührschnecke,
    Figur 5
    ein Strömungsbild, erzeugt durch die Rührschnecke,
    Figur 6
    ein Strömungsbild zur Figur 5 aufgrund Drehrichtungsänderung der Rührschnecke,
    Figur 7
    zeigt eine Ausgestaltungsvariante eines erfindungsbemäßen Behälters mit Heizung in der Hülse sowie in der Außenwand des Behälters und
    Figur 8
    zeigt einen erfindungsgemäßen Behälter mit einer Schirmanordnung am Ende des Schneckenantriebes.
  • In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
  • Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Mischeinrichtung 1 zum Anschluss an eine nicht näher dargestellte Biogasanlage. Die Mischeinrichtung 1 weist einen größeren siloartigen Behälter 2 auf, bevorzugt aus Stahl, insbesondere Edelstahl, beispielsweise V2A oder V4A, hergestellt. Der Behälter 2 weist weiterhin einen Behälterdeckel 3 auf sowie Standfüße 4 mit den der Behälter 2 auf einem nicht näher dargestellten Untergrund abgestellt ist. An einem unteren Teil des Behälters 2 ist ein Auffangbehälter 5 vorgesehen. Der Auffangbehälter 5 weist eine eckige bzw. rechteckige Querschnittskonfiguration auf. An dem Auffangbehälter 5 ist eine Abführleitung 6 angeschlossen zum Abpumpen von in dem Mischer durchmischtem Medium. Ferner ist in dem Deckel eine Welle 7 zum Anschluss an einen Antrieb zu sehen. Die Welle 7 ist als Antriebswelle des in Figur 2 beschriebenen Schneckenmischers 8 vorgehen.
  • Der Schneckenmischer 8 weist dazu eine äußere frei im Behälter 2 hängende Hülse 9 auf. Die Hülse 9 ist über Stege 10 an dem Behälterdeckel 3 aufgehangen bzw. auf Abstand positioniert. Ferner sind Zuführöffnungen 11 vorgesehen, durch die eine Zuführung des nicht näher dargestellten Mediums erfolgt. Die Rührschnecke 12 selbst weist stufenabsatzweise Unterbrechungen 13 auf. Diese sind im Querschnitt dargestellt in der Schnittlinie III-III in Figur 3. Hier ist ein Stufenabsatz 14 dargestellt. Bei Überschreiten des Mediums der Rührschnecke 12, werden hier Feststoffe zerfasert. Ferner ist in Figur 4 eine Draufsicht auf die Rührschnecke 12 dargestellt. Hier ist gezeigt, dass in Radialrichtung R nach außen ein seitlicher Stufenabsatz 14 vorhanden ist. Hier werden bei Drehbewegung der Rührschnecke 12 innerhalb der Hülse 9 Verklumpungen zwischen der Innenmantelfläche 15 der Hülse 9 und der Rührschnecke 12 eingeklemmt und zerfasert.
  • Figur 5 zeigt ein Strömungsbild gemäß dem Längsschnitt aus Figur 2. Hierbei ist die Rührschnecke 12 in einem Drückbetrieb gezeigt. Über die Aufnahme oder Zuführöffnungen 11 zugeführtes Medium wird in die darunter liegende Projektions- bzw. Querschnittsfläche der Hülse 9 und der Rührschnecke 12 geleitet und unmittelbar von der Rührschnecke 12 auf die Vertikalrichtung bezogen oben angesogen durch die Rührschnecke 12 nach unten gedrückt und es findet ein Durchmischen seitlich an der Hülse 9 vorbei statt. In dem Medium befindliche Steine werden auf die Vertikalrichtung und durch die Erdanziehungskraft unterstützt nach unten bewegt und liegen auf einem Boden 16 des Auffangbehälters 5 auf. Die Abführleitung 6 ist um mindestens 1 cm, bevorzugt mehr als 2 cm, insbesondere mehr als 5 und insbesondere mehr als 10 cm um den Abstand A beabstandet, insbesondere der tiefste Punkt 17 der Abführleitung 6. In dem Auffangbehälter 5 befindliche Steine 19 werden somit nicht bei Abpumpbewegung abgeführt.
  • Ferner wird zumindest ein Teil des Mediums während des Rührvorganges in den Auffangbehälter 5 gedrückt bzw. strömt in diesen zumindest teilweise hinein. An einem Übergang der Kante 18 bzw. Hinterschnitt von Auffangbehälter 5 zu Behälter 2 bzw. Boden des siloartigen Behälters 2, prallen Steine 19 an der Kante 18 ab und sinken dann ebenfalls auf den Boden des Auffangbehälters 5.
  • Figur 6 zeigt die Darstellung aus Figur 5, wobei hier die Drehrichtung des Schneckenmischers 8 geändert wurde. Der Schneckenmischer 8 ist hier nicht in Drück- sondern in einem Saugbetrieb. Die Durchmischungsrichtung wird hierdurch verändert. Dies kann beispielsweise nach vorgegebenen Intervallen oder bei Detektion einer Verstopfung geschehen.
  • Figur 7 zeigt einen erfindungsgemäßen Behälter 2. Hier ist schematisch dargestellt, dass sowohl die Außenwand 20 des Behälters 2 als auch die Hülse 9 des nicht näher dargestellten Schneckenantriebes jeweils doppelwandig ausgebildet sind, dass hier ein Fluidmedium durchgeleitet werden kann. Bevorzugt ist dies dann auch radial umlaufend ausgebildet. Es können eine jeweilige Zuführleitung 21 sowie 22 vorhanden, wo ein nicht näher dargestelltes Temperiermedium zugeführt wird sowie eine entsprechende Abführleitung 23 sowie 24 ausgebildet sein, wonach dann ein nicht näher dargestelltes Fluidmedium wiederum abgeführt wird.
  • Hierdurch ist es möglich, in besonders vorteilhafter Weise ein Hygienisierungsprozess durchzuführen. Dabei können in dem Medium Bakterien sowie sonstige Fremdkörper oder Keime abgetötet werden. Bevorzugt wird dies für eine Zeitdauer von ca. einer Stunde bei einer Temperatur oberhalb von 70° C, bevorzugt 72° C durchgeführt. Der Vorteil ist, dass hier besonders viel Wandungsfläche vorhanden ist, um ein Temperatureintrag in das viskose Medium zu ermöglichen. Zum einen ist die Innenwand 25 des Behälters 2, dann die Außenwandoberfläche 26 der Hülse 9 sowie die Innenwandoberfläche 27 der Hülse 9 jeweils als Wärmeübergang vorhanden. Die beispielsweise in Figur 5 bzw. 6 gezeigte Zirkulation des Mediums ermöglicht zudem eine Konvektion und damit noch einen verbesserten Wärmeübergang über die jeweilige Wandfläche.
  • Alle zuvor und nachfolgend beschriebenen Merkmale können auch auf die Ausgestaltungsvariante gemäß Figur 7 angewandt werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Figur 8 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist ein Schirm 28 unterhalb der Rührschnecke 12 angeordnet. Der Schirm 28 ist mit der Rührschnecke 12 verbunden und dreht sich bzw. rotiert mit der Rührschnecke 12 mit. Das Medium, insbesondere Festkörper oder Fremdpartikel, beispielsweise Steine oder Glaskörper werden aufgrund des Schirmes 28 sowie einer damit verbundenen Rotation in die Radialrichtung nach außen befördert und sinken dann über die Schräge ab. Der Abscheidungseffekt für Fremdkörper in dem viskosen Medium wird dadurch verbessert. Eine Abführleitung 6 ist insbesondere dann in Axialrichtung Ax unterhalb des Schirmes 28 angeordnet. Die Oberkante 29 der Öffnung der Absaugleitung ist bevorzugt deutlich oberhalb des Bodens 16 des Auffangbehälters 5 angeordnet, weiterhin bevorzugt auch oberhalb der Kante 18 der unteren Schräge 30 des Behälters 2. Hierdurch wird wiederum sichergestellt, dass abgeschiedene Fremdkörper in den Auffangbehälter 5 fallen. Sowie beim Absaugen des Mediums aus dem Behälter 2 abgeschiedene Fremdköröper eben gerade nicht wiederum in die Absaugleitung eingeführt werden. Der Schirm 28 hat bevorzugt einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der Rührschnecke 12. Bevorzugt ist der Durchmesser des Schirmes 28 20 bis 70 %, insbesondere 30 bis 60 % des Durchmessers der Rührschnecke 12 groß.
  • Alle in der allgemeinen Beschreibung sowie auch in der Figurenbeschreibung jeweils einzeln beschriebenen Merkmale können im Zusammenhang mit dieser Erfindung beliebig untereinander kombiniert werden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die einzelnen Merkmale sind somit nicht nur auf ein jeweils einzelnes Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern können, wie bereits gesagt mit anderen Ausführungsbeispielen und den damit auch einhergehenden Vorteilen kombiniert werden.
    • Bezugszeichen:
    • 1 -
    Mischeinrichtung
    2 -
    Behälter
    3 -
    Behälterdeckel
    4 -
    Standfüße
    5 -
    Auffangbehälter
    6 -
    Abführleitung
    7 -
    Welle
    8 -
    Schneckenmischer
    9 -
    Hülse
    10 -
    Steg
    11 -
    Zuführöffnung
    12 -
    Rührschnecke
    13 -
    Unterbrechung
    14 -
    Stufenabsatz
    15 -
    Innenmantelfläche zu 9
    16 -
    Boden
    17 -
    tiefster Punkt zu 6
    18 -
    Kante
    19 -
    Steine
    20 -
    Außenwand
    21 -
    Zuführleitung
    22 -
    Zuführleitung
    23 -
    Abführleitung
    24 -
    Abführleitung
    25 -
    Innenwand
    26 -
    Außenwandoberfläche
    27 -
    Innenwandoberfläche
    28 -
    Schirm
    29 -
    Oberkante
    30 -
    untere Schräge
    A -
    Abstand
    Ax -
    Axialrichtung
    R -
    Radialrichtung

Claims (13)

  1. Mischeinrichtung (1) zum Durchmischen hochviskoser Medien, insbesondere für eine Biogasanlage, aufweisend einen großvolumigen äußeren Behälter (2) und ein darin angeordnetes Rührwerk, wobei der Behälter (2) eine Zuführung von Medium aufweist und eine Abführleitung (6) zum Abführen des durchmischten Mediums, dadurch gekennzeichnet, dass das Rührwerk als vertikaler Schneckenmischer (8) ausgebildet ist, aufweisend eine Rührschnecke (12) und eine die Rührschnecke (12) ummantelnde Hülse (9).
  2. Mischeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ummantelnden Hülse (9) und der Rührschnecke (9) ein minimaler Spalt in Radialrichtung ausgebildet ist, wobei der Spalt bevorzugt kleiner 30 mm, insbesondere kleiner 20 mm und besonders bevorzugt kleiner 10 mm, ganz besonders jedoch größer 5 mm ist.
  3. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rührschnecke (12) und/oder eine Innenmantelfläche (15) der Hülse (9) Mittel vorgesehen sind, die den Reibwert der Oberfläche zumindest flächenabschnittsweise erhöhen, dergestalt, dass das hochviskose Medium bei Passieren der Mittel zerkleinert, gebrochen und/oder zerfasert wird.
  4. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Rührschnecke (12) längenabschnittsweise unterbrochen sind.
  5. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den unterbrochenen Stellen der Windungen der Rührschnecke (12), ein seitlich überstehender Stufenabsatz (14) ausgebildet ist.
  6. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührschnecke (12) an den längenabschnittsweise unterbrochenen Stellen einen sich über die gesamte radiale Breite erstreckenden axial ausgerichteten Stufenabsatz (14) aufweist.
  7. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (2) siloartig ausgebildet ist, wobei unterhalb des Behälter (2) ein Auffangbehälter (5) angeordnet ist und die Rührschnecke (12) axial beabstandet zu dem Auffangbehälter (5) in dem Behälter (2) angeordnet ist.
  8. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auffangbehälter (5) eine Querschnittsfläche aufweist, welche im Wesentlichen der Querschnittsfläche der Hülse (9) entspricht bzw. größer ist, als die Querschnittsfläche der Hülse (9).
  9. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführleitung (6) an den Auffangbehälter (5) gekoppelt ist, wobei ein unterer Punkt der Abführleitung (6) mindestens 1 cm, bevorzugt mehr als 2 cm, bevorzugt mehr, über einem Boden (16) des Auffangbehälters (5) angeordnet ist.
  10. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführung von Medium oberhalb der Hülse (9) erfolgt, wobei Austrittsöffnungen der Zuführung innerhalb einer Projektionsfläche des Querschnitts der Hülse (9) erfolgen.
  11. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandfläche der Hülse (9) doppelwandig ausgebildet ist, dergestalt, dass ein Temperiermedium durchgeleitet werden kann.
  12. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem unteren Ende der Rührschnecke (12) ein Schirm (28) angeordnet ist, wobei der Schirm (28) bevorzugt drehfest mit der Rührschnecke (12) verbunden ist.
  13. Mischeinrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Wandfläche der Hülse (9) und/oder durch die Wandfläche des Behälters (2) ein Temperiermedium leitbar ist, wobei hierzu insbesondere die Wandfläche des Behälters (2) und/oder die Wandfläche der Hülse (9) jeweils doppelwandig ausgebildet ist.
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