Mieszanie w biogazowni. Jak robić to optymalnie?

Mieszać czy nie mieszać to pytanie retoryczne dla wszystkich operatora biogazowni. Jak mieszać optymalnie w biogazowni? Na to pytanie nie ma jednej odpowiedzi. Okazuje się, iż w zrozumieniu zawiłości biogazowego mieszania pomocna może okazać się zarówno lingwistyka, jak i komputerowa mechanika płynów. Połączenie tych dwóch różnych dyscyplin pomaga zrozumieć proces mieszania w biogazowni.

W odróżnieniu od innych języków, w których pojęcia oddawane są różnymi słowami, polskie słowo „mieszać” odnosi się do kilku czynności. W technicznym języku operatorów biogazowni może to skutkować całkiem sporym zamieszaniem. Językowe zamieszanie W językach germańskich mamy dwa różne pojęcia w odniesieniu do opisu czynności mieszania.

Angielskie słowo „mix” (niem. „mischen”) oznacza „połączyć dwa lub więcej składników”. Celem jest uzyskanie jednej substancji, a realizacja celu odbywa się dzięki przyrządu mieszającego (np. ręka, mikser). Przykładem z życia codziennego może być przygotowanie sałatki, która jest zmieszaną masą, choćby jeżeli jej pojedyncze składniki są przez cały czas widoczne. Z kolei angielskie pojęcie „stir” (niem. „rühren”) to tylko jedna z metod mieszania. Mieszanie jako „stirring” oznacza „wprawienie cieczy lub innej substancji w kolisty ruch dzięki odpowiedniego przyrządu (np. łyżka, mieszadło) w celu ujednolicenia mieszaniny”. Skutkiem ma być takie połączenie składników, aby nie było widać osobnych komponentów. W życiu codziennym obrazuje to np. słodzenie filiżanki kawy.

Choć obydwa pojęcia w języku potocznym bywają używane zamiennie, to w języku technicznym wyrażają zawsze odmienne procesy. Połączenie składników w procesie mieszania („mixing”) może nastąpić w różny sposób jak np. poprzez ubijanie i zwykle jest realizowane w szybkim tempie, podczas gdy mieszanie („stirring”) odnosi się do łagodnego okrężnego ruchu, którego celem jest homogenizacja składników i podtrzymanie tego stanu.

Mieszadło niejedno ma imię

Brak stosownego rozróżnienia w języku polskim dla obydwu czynności powoduje brak różnych nazw dla urządzeń technicznych realizujących te funkcje. W biogazie słowa „mieszadło” używa się zarówno jako odpowiednika angielskiego „mixer”, jak i „agitator” (niem. „Mischer” i „Rührwerk”).

Mieszadło typu „mixer”, które można dla rozróżnienia nazywać mikserem, służy połączeniu dwóch lub więcej cieczy bądź składników, które mogą być w tej samej lub w różnych fazach (np. ciało stałe-ciecz, ciecz-ciecz, gaz-ciecz). Składniki trafiające do zbiornika często są w stanie „czystym”, a opuszczają urządzenie dopiero po połączeniu z innymi komponentami. Proces następuje poprzez wytworzenie znacznych sił ścinających, które rozbijają poszczególne składniki i rozprowadzają je równomiernie w całej mieszaninie. Miksery są zaprojektowane tak, aby zmieniać konsystencję medium, charakteryzują się wysoką prędkością obrotową i służą do szybkiego przemieszania.

Zbyt długa przerwa w mieszaniu może spowodować wystąpienie zjawisk niepożądanych jak kożuch czy osad

Z kolei mieszadła typu „agitator” mają wytworzyć przepływ w cieczy. Działają poprzez wytwarzanie niewielkich sił ścinających, które delikatnie mieszają substrat, utrzymując jednorodność bez zmiany adekwatności chemicznych lub fizycznych substancji. Realizują to poprzez wytworzenie wiru lub turbulencji, co pomaga utrzymać zawieszenie cząstek stałych w cieczy. Dzięki cyrkulacji płynu poprawiają wymianę ciepła i zapobiegają rozwarstwieniu się faz.

Mieszadła jako urządzenia średnio– i wolnoobrotowe używa się w zastosowaniach, których celem jest zapobieganie osadzaniu się lub utrzymanie cząstek stałych w zawieszeniu w cieczy, zwłaszcza w przypadku substratów o wysokiej zawartości suchej masy.

Znaczenie mieszania w procesie produkcji biogazu

Co z tego wynika dla optymalizacji procesu mieszania? Jak się okazuje, rozróżnienie obydwu pojęć w języku polskim może pomóc w zrozumieniu procesu mieszania w biogazowni.

O ile w zbiornikach wstępnych biogazowni mamy do czynienia z pierwszym łączeniem niejednorodnych składników („mix”), to w zbiornikach fermentacyjnych chodzi przede wszystkim o utrzymanie w ruchu substratu o wysokiej zawartości suchej masy („stir”) dla równomiernego rozkładu składników odżywczych i temperatury. W efekcie homogenizacji mają powstać idealne warunki dla rozwoju bakterii fermentacyjnych i wytwarzania biogazu. Dla zachowania adekwatnej konsystencji substrat ma nieustannie krążyć w zbiorniku, a ruch powinien obejmować całą objętość zbiornika.

Cały artykuł przeczytasz w magazynie Rynek Biogazu i Biometanu:

Tekst: Mirosława Dyjak-Wojciechowska / SUMA Polska
Zdjęcie: SUMA