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Biogasanlage – Wärmetauscher mit nur 2 Kelvin Temperaturdifferenz

Frage: Wie muss ich den Wärmetauscher dimensionieren, damit die Biogasanlage auch bei 40°C Umgebungstemperatur und bei 38°C Medientemperatur funktioniert?

Ziel: Sicherstellen der Funktion einer Biogasanlage in China vor der Auslieferung

Branche: Anlagenbau

Kunde: Geschäftsführer

Problem: Unser Kunde hatte den Auftrag, eine Biogasanlage nach China ins Hinterland zu liefern. Er wusste: die Biogasanlage muss sofort laufen. Erhöhte Personalkosten vor Ort spielen keine Rolle. Aber wenn die Biogasanlage nicht auf Anhieb funktioniert, hat er ein Problem

Die Schwierigkeit war, dass vor Ort im Sommer oft Temperaturen von knapp 40°C auftreten können. Die Temperaturdifferenz, die für die Kühlung der Biologie zur Verfügung steht, beträgt nur 2 Kelvin. Wenn die Kühlung nicht richtig funktioniert, sterben die Mikroorganismen ab und die Anlage funktioniert nicht.

Unsere Aufgabe war, den Wärmetauscher so zu optimieren, dass die Funktion trotz der geringen Temperaturdifferenz gewährleistet wird.

Lösung: Dass eine Temperaturdifferenz von nur 2 Kelvin für die Wärmeübertragung herausfordernd ist, liegt auf der Hand. Dazu kommt die nicht kontinuierliche Fahrweise der Anlage.

Im ersten Schritt war es wichtig, die Aufgabe sauber zu formulieren. Wir analysierten das R&I-Fließbild sowie die geplanten Massen- und Energieströme im Detail. Daraus ergab sich – wie vom Kunden vorgesehen – ein Wärmetauscher mit einigen hundert Metern Rohrlänge.

Wir machten einen Schritt zurück und durchdachten die Prozessführung der Biogasanlage auf einem weißen Blatt Papier neu. Musste der Wärmetauscher wirklich so groß sein? Gab es nicht eine elegantere Lösung?

Mit Hilfe eines TRIZ-Prozesses entwickelten wir Lösungsansätze, die wir dem Kunden präsentierten. Einige Ansätze übernahmen wir aus der Kläranlagentechnik, andere aus der klassischen Verfahrenstechnik. Wir identifizierten den limitierenden Faktor – den Wärmeübergang an der Außenseite der Rohre – und überlegten intensiv, wie wir ihn verbessern können.

Die Lösung, die der Kunde umsetzte, sah wie folgt aus: er änderte die Geometrie des Vorratsbehälters nach unseren Vorgaben, um eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen. Dazu setzte er Rührer ein, um den äußeren Wärmeübergang an den Rohren noch weiter zu verbessern.

So konnte er nicht nur Investitionskosten einsparen, sondern auch sicherstellen, dass die Biogasanlage auch unter harten Bedingungen auf jeden Fall funktioniert.

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