Aufklärung der Mechanismen der Kernbildung und Staubeinbindung bei der Wirbelschicht-Sprühgranulation und Ihre Nutzung zur Regelung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand dieser Untersuchungen war die Aufklärung und modellhafte Beschreibung der Mechanismen von Partikelbildung und -wachstum bei der Wirbelschicht-Sprühgranulation. Arbeitshypothese war die Annahme der Bildung von Keimpartikeln durch Agglomeration von Staubpartikeln mit Sprüh-tropfen und das Wachstum von Keimen und Granulaten durch Tropfenabscheidung und Staubeinbindung. Zudem wurde als Wachstumsmechanismus von Keimen die Agglomeration untereinander postuliert. Zur Untersuchung der Mechanismen wurden verschiedene Methoden entwickelt und eine umfassende Modellierung entwickelt. Die Keimbildung und die Staubeinbindung sind konkurrierende Mechanismen im Hinblick auf das Staubinventar und die zur Verfügung stehende Feuchte. Zusammenfassend lassen sich die Ergebnisse so interpretieren, dass eine Erhöhung der Kontaktmöglichkeiten von Tropfen und Staub zu einer Erhöhung der Keimbildungsrate führt. Auf Basis der experimentellen Erkenntnisse wurde ein Modell entwickelt, welches in der Lage ist, den instationären Verlauf des Prozesses mit allen betrachteten Mechanismen wiederzugeben. Das Modell ist eine Kombination von vereinfachter Fluiddynamik mit Wärme- und Stoffübertragung und Populationsbilanzen. Es hat sich gezeigt, dass diese Herangehensweise mit der Betrachtung lokaler Größen besser zur Prozessbeschreibung geeignet ist als eine einfache Modellierung, welche nur integrale Größen des Prozesses betrachtet. Bei der Modellierung wurden an verschiedenen Stellen des Modells Stoffparameter berücksichtigt, welche vorher experimentell bestimmt wurden. Hier sind beispielsweise die Oberflächenspannung, die Viskosität, aber auch Prozessparameter wie Tropfengröße bei der Zerstäubung, Benetzung der Partikel (Filmhöhe) und Trocknungsverhalten zu nennen. Der Einfluss der Stoffeigenschaften spielt eine große Rolle, was sich auch darin äußert, dass unbekannte Stoffsysteme ohne Experimente keine verlässliche Vorhersage der Granulierbarkeit mit Simulationswerkzeugen erlauben. Daher soll im Folgeantrag der Einfluss von Stoffeigenschaften auf die Granulation untersucht werden. Es soll eine Systematik erstellt werden, die es erlaubt, anhand einer gezielten Vorgehensweise mit Standardmethoden die für eine aussagekräftige Vorhersage notwendigen Eigenschaften zu bestimmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Fluidized Bed Spray Granulation: Nucleation Studies with Steady-State Experiments. Drying Technology, Vol. 28. 2010, Issue 3, pp. 349-360.
G. Grünewald, B. Westhoff, M. Kind
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1080/07373931003641495) - Modeling Fluid Dynamics and Growth Kinetics in Fluidized Bed Spray Granulation. Journal of Computational Multiphase Flows, Vol. 2. 2010, Issue 4, pp. 235-248.
Li, Z., Kind, M., Grünewald, G.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1260/1757-482X.2.4.235) - Modeling the Growth Kinetics of Fluidized-Bed Spray Granulation.
Chemical Engineering & Technology, Vol. 34. 2011, Issue 7:
Special Issue: Drying Technology, pp. 1067–1075.
Li, Z., Kind, M., Grünewald, G.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1002/ceat.201100046)
