Project Details
Projekt
Monitoring of drying processes to create functional particles with an inline-sensor
Applicant
Professor Dr.-Ing. Siegfried Ripperger
Subject Area
Mechanical Process Engineering
Term
from 2009 to 2016
Project identifier
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 123596261
Zum Monitoring von Prozesssprays besteht ein Bedarf an Inline-Sensoren, welche die Größe der Tropfen bzw. Partikeln, deren Konzentration und ihre räumliche Verteilung bestimmen können. Die Kenntnis dieser Größen ist von besonderer Bedeutung, da sie über die erzeugte Stoffaustauschfläche das thermodynamische Verhalten der Tropfenphase maßgeblich beeinflusst. Optische Messverfahren arbeiten berührungslos und beeinflussen die ablaufenden Vorgänge kaum. Sie sind damit gut geeignet, um Prozesse zu überwachen und um die ablaufenden Vorgänge aufzuklären. In den ersten beiden Förderperioden dieses Projekts wurde ein Sensor auf Basis der statistischen Extinktionsmethode (SE-Sensor) entwickelt, der eine mittlere Tropfengröße und die Tropfenkonzentration in Prozesssprays inline messen kann. Die Messfähigkeit des SE-Sensors wurde untersucht und nachgewiesen. Mit dem SE-Sensor ist eine Inline-Prozesskontrolle möglich, wodurch Fehlproduktionen frühzeitig erkannt und der Ausschuss minimiert werden kann. Für das tiefere Verständnis von Sprühtrocknungsprozessen muss zusätzlich die Tropfengrößenverteilung an verschiedenen Positionen im Prozess inline erfasst werten. In der zweiten Förderperiode des Projekts erfolgten grundlegende Untersuchungen zu einem Sensor auf Basis einer erweiterten, statistischen Extinktionsmethode, der die Tropfengrößenverteilungen und die Tropfenkonzentration in Prozesssprays inline bestimmen soll (TGV-SE-Sensor). Messungen in dem Sprühturm von Projekt des Hauptprojekts (Prof. Walzel) zeigen, dass der TGV-SE-Sensor prinzipiell geeignet ist, Tropfengrößenverteilungen in einem Sprühtrocknungsturm im Prozessmaßstab inline zu messen. In der dritten Förderperiode des Projekts soll der TGV-SE-Sensor dahingehend weiterentwickelt werden, dass er Tropfengrößenverteilungen mit akzeptablen Messunsicherheiten bestimmen kann. Der TGV-SE-Sensor misst die Transmissionssignale von neun Laserstrahlen mit unterschiedlichen Strahlquerschnitten durch einen Spray. Aus den Mittelwerten und den Standardabweichungen der neun Transmissionssignale werden mit dem TGV-SE-Algorithmus die Tropfengrößenverteilung und die Tropfenkonzentration des Sprays bestimmt. Der TGV-SE-Algorithmus soll optimiert werden, indem verbesserte Korrekturterme für Randzonen- und Überlappungseffekte der Tropfen durch Simulationsrechnungen empirisch bestimmt werden. Zusätzlich wird ein alternativer Algorithmus entwickelt, der toleranter gegenüber Messfehlern der Sensorhartware ist, indem die mit dem Algorithmus bestimmte Tropfengrößenverteilung an einen vorgegebenen Verteilungstyp iterativ angepasst wird. Die Sensorhardware soll weiterentwickelt werden, um die Messunsicherheit des TGV-SE-Sensors zu reduzieren. Dazu werden eine verbesserte Optik und neu zu entwickelnde Photodetektoren verbaut. Die Messfähigkeit des Sensors wird durch Inline-Messungen in Trocknungsprozessen im Prozessmaßstab bei Projektpartnern innerhalb des Hauptprojekts nachgewiesen. Dabei werden für die Projektpartner wichtige Messdaten durch den TGV-SE-Sensor bestimmt. Diese Daten dienen auch zur Validierung von Prozesssimulationen von Projektpartnern im Hauptprojekt.
DFG Programme
Priority Programmes
