Proiectul Multi-AD 4 AgroSMEs a luat naștere din reactorul anaerob multifazic brevetat de AEMA. Această tehnologie a fost testată experimental pe un prototip la scară pilot de 0,1 m3 avand rezultate promițătoare în ceea ce privește eficiența, impactul asupra mediului și costurile. Unul dintre obiectivele proiectului este dezvoltarea unui nou design bazat pe prototipul AEMA și adecvat pentru funcționarea acestuia la scară industrială. Acest proces de upscaling a fost susținut de modelarea Dinamica fluidelor computaționale (CFD), o tehnică care oferă informații despre performanța unui nou design înainte de construirea acestuia.
Dinamica fluidelor computaționale (CFD) folosește metode numerice și algoritmi pentru a rezolva probleme legate de mecanica fluidelor, ramura fizicii care studiază mișcarea lichidelor și gazoase și a forțelor care le provoacă. ITAINNOVA are o vastă experiență în modelarea și simularea CFD și aplicarea acesteia în industrie pentru senzori virtuali, control bazat pe modele, optimizare a proceselor și proiectare de produse.
Reactoare anaerobe pentru hidroliza apelor uzate, acidogeneza, acetogeneza si metanogeneza. Materia organică conținută în apă (lichid) este pusă în contact cu biomasa (particule solide) pentru a o degrada și a genera biogaz (gaz). O amestecare adecvată a particulelor lichide și solide este esențială pentru a obține randamente mari de reacție. Reactorul Multi-AD profită de turbulența creată de geometrie pentru a asigura amestecarea evitând utilizarea agitației mecanice.
Creșterea procesului a făcut necesară modificarea designului instalației pilot pentru a-l adapta la cerințele caracteristice instalațiilor industriale. Limitările structurale, siguranța și obiectivul de eficiență economică au fost principalele provocări abordate în procesul de reproiectare a reactorului. Sa realizat în trei etape: i) dobândirea de cunoștințe despre performanța instalației pilot (în special nivelul de amestecare), ii) propunerea de modificări de proiectare care să corespundă cerințelor de dimensiune industrială și iii) evaluarea noului nivel de amestecare de proiectare. Modelele CFD și simulările au fost instrumente cheie în toți acești pași.
Un model complet al reactorului Multi-AD cuprinde un model multifazic (particule solide, lichid și gaz), un model de turbulență și rezolvarea reacțiilor biochimice împreună cu ecuații de transport de energie și specii. Această complexitate face ca modelul să fie solicitant din punct de vedere computațional și, astfel, simularea devine consumatoare de timp. În timpul upscalingului, au trebuit testate mai multe geometrii. Acest tip de model complex era prin urmare incompatibil cu o procedură de proiectare rapidă.
A fost elaborată o metodologie pentru a aborda această problemă. Au fost implementate diferite modele pentru a-și adapta caracteristicile, în principal acuratețea și cererea de calcul, la agilitatea necesară în fiecare parte a procesului. Modelul a fost modificat în trei niveluri de simplificare privind plasa, numărul de faze implicate și fenomenele studiate. Modelul complex al centralei pilot a fost utilizat pentru a determina acuratețea fiecărei simplificări și parametrii care indică o bună amestecare și o performanță adecvată.
Cel mai simplu model a permis modificarea rapidă a geometriei și simularea în timp real. A fost folosit într-o examinare inițială a mai multor modele diferite. Rezultatele nu au furnizat valori precise, ci tendințe care indică cele mai promițătoare geometrii. Această selecție a fost simulată și analizată folosind modelele de simplificare de nivel ulterior pentru a obține rezultate cantitative și a determina cel mai adecvat design.
Reactorul selectat reprezintă un echilibru între performanță, viabilitatea construcției și costuri. Este deja instalat în uzina demonstrativă și va fi testat în cadrul proiectului Multi-AD 4 AgroSME în următoarele luni.