Lieferanten und Hersteller von Scheibenzentrifugen | Shenzhou
Die Scheibenzentrifuge ist die am häufigsten verwendete Zentrifuge zur Trennung von Algenbiomasse für verschiedene Anwendungen, darunter die Herstellung von Algenbiodiesel in Pilotanlagen. Sie besteht aus einer flachen, zylindrischen Schale zwischen zwei Metallscheiben und eignet sich zur Trennung von Partikeln mit einer Größe von 3–30 μm und sehr niedrigen Konzentrationen von 0,02 %–0,05 % Mikroalgenkulturen mit einem Feststoffgehalt von bis zu 15 %.
Eine Scheibenzentrifuge wird erfolgreich zur Trennung von Feststoffen und Flüssigkeiten sowie von Flüssigkeiten untereinander eingesetzt, indem in einem kontinuierlichen Prozess sehr hohe Zentrifugalkräfte genutzt werden. Diese Zentrifugenart zeichnet sich durch sehr kurze Trennzeiten aus, da sie eine Zentrifugalkraft erzeugen kann, die das 4000- bis 14.000-fache der Erdbeschleunigung beträgt. Die dichteren Feststoffpartikel werden durch die hohen Zentrifugalkräfte nach außen gegen die Wand der rotierenden Trommel gedrückt, während die weniger dichten Flüssigkeitspartikel im Zentrum verdrängt werden. Materialien unterschiedlicher Dichte werden so in dünne Schichten getrennt. Der schmale Strömungskanal von nur 0,4–3 mm zwischen den eng beieinander liegenden Scheiben bewirkt, dass die Materialien für diese Trennung nur einen kurzen Weg zurücklegen müssen. Scheibenzentrifugen gibt es in verschiedenen Ausführungen, je nach Austragsmechanismus und danach, ob die Feststoffe ausgetragen oder zurückgehalten werden.
Der Hauptnachteil der Tellerzentrifuge liegt in ihrem höheren Energieverbrauch im Vergleich zu anderen Zentrifugentypen. Amaro et al. [118] untersuchten den Energieverbrauch der Westfalia HSB400 Tellerzentrifuge bei einem begrenzten Durchfluss von 35 m³/h und einer durchschnittlichen Nennleistung von 50 kW. Basierend auf diesen Spezifikationen können die Energiekosten für die Trennung bis zu 1,43 kWh/m³ betragen. Für die Wirtschaftlichkeitsanalyse der Biodieselgewinnung aus Algen mit der Westfalia HSB400 wurden verschiedene Annahmen getroffen. Die Tellerzentrifuge wird mit 0,02 % des Trockengewichts einer Mikroalgensuspension mit einem Ölgehalt von 40 % beschickt. Dies ergibt eine Produktion von 7 kg/h trockenem Algenmaterial und somit 1,6 kg Algenöl. Unter der Annahme einer 100%igen Ausbeute der Zentrifuge ergibt das gewonnene Algenöl (1,6 kg) bei einem Heizwert von 7,32 kWh/kg eine Energiedichte von 11,71 kWh. Um diese Energieausbeute zu erzielen, müssen 35 m³ Kulturbrühe zentrifugiert werden, was einen entsprechenden Energieverbrauch von 49 kWh ergibt. Das bedeutet, dass allein der Energieverbrauch für die Ernte und Entwässerung das Vierfache der aus Mikroalgen als Biodiesel gewonnenen Energie beträgt.
Um die Energieausbeute der Zentrifugation zu verbessern, wird eine Vorkonzentrierung mittels Trennverfahren auf 0,5 % des Trockengewichts empfohlen. Dies würde aus 175 kg trockenem Algenmaterial 70 kg Algenöl und somit 70 kg Algenbiodiesel mit einem Heizwert von 512,4 kWh ergeben. In diesem Fall wären noch 9,6 % der Energie des Biodiesels erforderlich, um den Energieverbrauch der Zentrifugation zu decken. Weitere empfohlene Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz umfassen die Nutzung der gesamten Biomasse anstelle nur der Lipidfraktion zur Energiegewinnung oder den Einsatz von Zentrifugen zur Eliminierung anderer energieintensiver Verfahrensschritte bei der Herstellung von Algenbiokraftstoffen [118].
Wie Milledge et al. [120] berichteten, kann es durch den Einsatz von Scheibenzentrifugen zu Zellschädigung und -zerstörung kommen. Dies kann mit einer Verringerung der Gesamteffizienz der Zentrifugation und einer geringeren Konzentration des gewonnenen Feststoffs aufgrund der kleineren Feststoffpartikel einhergehen. Basierend auf den Parametern eines Scheibenzentrifugenherstellers (Abb. 7) [120] hat sich eine minimale Partikelgröße von 7 μm für Mikrowirbel als geeignet für Mikroalgen erwiesen. Daher werden weiterführende Untersuchungen zur Optimierung des Designs von Scheibenzentrifugen dringend empfohlen.
Die Scheibenzentrifuge ist ein vielseitiges Gerät zur Trennung von Fest-Flüssig-Gemischen im kontinuierlichen, halbkontinuierlichen und diskontinuierlichen Betrieb (siehe Abbildungen 1.12 und 1.13). Bis auf einige diskontinuierlich betriebene Maschinen können alle toxische, brennbare und flüchtige Zulaufstoffe mit Durchsätzen von bis zu 200 m³/h verarbeiten. Flüssig-Flüssig-Gemische lassen sich trennen, und mit leistungsfähigeren Anlagen ist eine Dreiphasentrennung (zwei flüssige und eine feste Phase) möglich. In allen Fällen muss ein ausreichender Dichteunterschied zwischen den im Zulaufstoff vorhandenen Phasen bestehen.
