Einfluss der Dispersion und des Transports auf das Mischverhalten von niedrig konzentrierten, partikulären Mischungen in einem diskontinuierlichen Feststoffmischer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ergebnisse dieses DFG-Projekts zeigen den dispersiven und konvektiven Einfluss der Partikeleigenschaften, der Mischwerkzeuggeometrie und der Betriebsparameter, wie z.B. der Drehzahl, in einem diskontinuierlichen Mischprozess. Im Rahmen von experimentellen und numerischen Untersuchungen zeigte sich, dass durch die Winkelstellung des Mischwerkzeugs unterschiedliche, richtungsabhängige Dispersionskoeffizienten resultieren. Durch die konstruktive Änderung des Mischwerkzeugs erhöhen sich sowohl die axialen, radialen als auch die tangentialen Dispersionskoeffizienten, was eine höhere Partikelbeweglichkeit charakterisiert. Zudem stellen die Dispersionskoeffizienten eine Funktion der Drehzahl dar, wobei sich bedingt durch die geometrischen Abmessungen des Mischapparats optimale Betriebsbedingungen mit maximalen und richtungsabhängig ausgeglichenen Dispersionskoeffizienten bestimmen lassen. Gibt man geringere Mengen Flüssigkeit hinzu lässt sich eine Senkung der Dispersionskoeffizienten beobachten. Durch die sich ausbildenden interpartikulären Haftkräfte verringert sich die relative Partikelbeweglichkeit, wodurch eine Erhöhung der Mischzeit resultiert. Je höher dabei der Anteil der flüssigen Komponente (hier Wasser) gewählt wird, desto geringere Partikelbeweglichkeiten resultieren, wobei kleinste Mengen bereits einen großen Einfluss auf den Mischgüteverlauf ausüben. Unterscheiden sich die Materialeigenschaften in ihrer Größe resultieren komponentenspezifische Beweglichkeiten. Durch den Unterschied der Partikelgröße perkolieren feinere Partikel infolge der konvektiven und dispersiven Partikelbewegungen durch die Schüttgutmatrix der gröberen Komponente, sodass es zur lokalen Aufkonzentration der additiven Komponente kommen kann. Im hier betrachteten Mischapparat lagern sich feinere Partikel infolge der Schwerkraft vermehrt am Boden des Mischbehälters an. Dieser konvektive Transport stellt eine Funktion der Partikelgrößendifferenz und der Drehzahl des Mischwerkzeugs dar. Je geringer die Partikelgrößendifferenz, desto niedriger ist der Einfluss der Drehzahl zu bewerten. Im Falle von Gleichkornpartikel resultieren nach ausreichender Mischzeit dieselben Endzustände. Je größer die Partikelgrößendifferenz desto höhere Drehzahlen sind zu wählen um einen möglichst homogenen Endzustand zu erreichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Determination and measurement of the dispersing efficiency in the manufacturing of lithium ion batteries, 2nd International Conference on materials for energy, 12–16.05.2013, Karlsruhe, Germany
V. Wenzel, H. Nirschl, D. Noetzel, W. Bauer
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Influence of Mixing Technology and the Potential to Modify the Morphological Properties of Materials used in the Manufacture of Lithium-Ion Batteries, Energy Technology (2014)
V. Wenzel, R. S. Moeller, H. Nirschl
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Investigation of anisotropic dispersion in a discontinuous solid mixer, Powder Technology (2014), Volume 258, 234-241
S. Schmelzle, K. Mohr, V. Wenzel, H. Nirschl
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Studies of three-dimensional particle motions in a discontinuous solid mixer, 7th World Congress of particle Technology, 19-22.05.2014, Peking, China
S. Schmelzle, V. Wenzel, H. Nirschl
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Characterization of a Discontinuous Bulk Mixer by DEM Simulations and the Dispersion Model, 8th International Conference for Conveying and Handling Particulate Solids, 3- 7.05.2015, Tel-Aviv, Isreal
S. Schmelzle, H. Nirschl
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Influence of dry mixing and distribution of conductive additives in cathodes for lithium ion batteries, Journal of Power Sources (2015), Volume 288, Pages 359–367
W. Bauer, D. Nötzel, V. Wenzel, H. Nirschl
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Influence of impeller geometry in a vertical mixer described by DEM simulation and the dispersion model, Advanced Powder Technology (2015), Volume 26, Issue 5, Pages 1473–1482
S. Schmelzle, S. Leppert, H. Nirschl
