Einfluss der Dispersion und des Transports auf das Mischverhalten von niedrig konzentrierten, partikulären Mischungen in einem diskontinuierlichen Feststoffmischer
Final Report Abstract
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.
Publications
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