Wirbelschichtgranulator
Final Report Abstract
Forschungsprojekt: „Untersuchung des dynamischen Verhaltens der Sprühgranulation in kontinuierlich betriebenen Wirbelschichtrinnen“ im Rahmen des von Prof. Dr.-Ing. habil. S. Heinrich koordinierten DFG Schwerpunktprogramms 1679 „Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse“. Ziel des Vorhabens ist eine auf theoretischen und experimentellen Untersuchungen beruhende, umfassende Beschreibung der komplexen Prozessdynamik der Sprühgranulation in kontinuierlich betriebenen Wirbelschichtrinnen sowie deren Auswirkungen auf die Produkteigenschaften. Zu betrachtende Eigenschaften sind hierbei insbesondere die Größenverteilung, die Feuchte und die Morphologie der Partikel, welche die wesentlichen Gebrauchseigenschaften, wie z.B. die Fließfähigkeit, das Auflöseverhalten, die Freisetzungsraten oder die Lagerstabilität des Granulats, bestimmen. Das Forschungsvorhaben erfordert sowohl auf makroskopischer Ebene (Partikelsystem) als auch auf mikroskopischer Ebene (Partikel) umfangreiche experimentelle und modelltechnische Untersuchungen, die systemtechnisch begleitet und gestützt werden müssen. Auf makroskopischer Ebene ist sowohl für eine einzelne Rinnenstufe als auch für die mehrstufige Rinne eine iterative Herangehensweise vorgesehen. Dabei werden Wirbelschichtsprühgranulationsexperimente mit dem Modellstoff Natriumbenzoat im Pilotmaßstab bei variabler Anlagenkonfiguration und veränderlichen Betriebsparametern der Wirbelschichtrinne im diskontinuierlichen und kontinuierlichen Betrieb durchgeführt, ausgewertet und populationsdynamische Modelle erstellt. Die Auswertung basiert auf stabilen stationären Zuständen und enthält eine erste, sich darauf beziehende, Parameteridentifikation und Untersuchung des Modellverhaltens. Eine folgende systematische Analyse des dynamischen Modellverhaltens vertieft und präzisiert die Auswertung und beinhaltet eine auf der Systemdynamik beruhenden Parameteridentifikation, Versuchsplanung und Modelldiskriminierung. Die Ergebnisse der dynamischen Modellanalyse werden wiederum zur gezielten Durchführung von Granulationsexperimenten sowie zur gezielten Weiterentwicklung der populationsdynamischen Modelle verwendet. Die Untersuchungen auf makroskopischer Ebene werden durch eine für die dynamische Analyse notwendige Erweiterung des Prozessleitsystems der Wirbelschichtrinne im Pilotmaßstab sowie durch eine genauere Betrachtung der Anlagenperipherie (Siebe, Mühle und pneumatische Förderung) komplettiert. Auf mikroskopischer Ebene wird der Partikeltransport in der Wirbelschichtrinne insbesondere der Transport über die Stufengrenzen untersucht. Von besonderem Interesse sind dabei die klassierende Wirkung der verschiedenen Trennblechkonfiguration (Über-, Unter- oder Seitenlaufwehre) und die auftretenden Rückvermischungseffekte, die in Abhängigkeit der Partikelgröße herausgestellt werden sollen. Hierzu werden zum einem experimentelle Untersuchungen an flachen, planaren Wirbelschichten mit Hilfe der Particle-Image-Velocimetry-Methode durchgeführt. Zum anderen wird der Partikeltransport mittels Diskrete- Partikel-Modellierung simuliert. Des Weiteren werden Eigenschaften wie z.B. die Porosität, Druckfestigkeit sowie Größe und Form auf Partikelebene bestimmt. Die so gewonnenen Ergebnisse werden in den Iterationskreis aus Modellentwicklung, -analyse und –validierung auf makroskopischer Ebene eingespeist und vervollständigen das Vorhaben dynamische Modelle für die Wirbelschichtrinne und die Peripherie mit möglichst großem Gültigkeitsbereich abzuleiten.
