Dynamische Simulation der Mechanischen Flüssigkeitsabtrennung in Zentrifugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238344535

Im Mittelpunkt des vorliegenden Teilprojektes Dynamische Simulation der Mechanischen Flüssigkeitsabtrennung in Zentrifugen steht die Entwicklung eines dynamischen Prozessmodells zur Simulation der Abscheidung und Entfeuchtung in kontinuierlichen Zentrifugen. Während der ersten beiden Förderperioden wurden trenntechnische Eigenschaften wie die Sedimentation und der Sedimentaufbau inkompressibler Materialien sowie das dynamische Verhalten infolge von Lastwechseln an einer Labor-Dekantierzentrifuge untersucht. Ausgehend von diesen Daten wurde ein dynamisches 2D-Prozessmodell für die Abscheidung entwickelt. Die Messung der trenntechnischen Eigenschaften erfolgt an unterschiedlichen Laborzentrifugen. Die Analyse der Sedimentationsbehinderung ergibt den Einfluss der Feststoffkonzentration auf den hydrodynamischen Impulsaustausch. Für die Analyse der Haufwerksbildung eines inkompressiblen Materials zeigt sich kein Einfluss des Feststoffgerüstdrucks auf die Porosität. Die Experimente des dynamischen Verhaltens infolge von Lastwechseln an einer Labor-Dekantierzentrifuge stellen die Veränderung des Partikeltransports bei der Durchströmung dar. Es ergeben sich zwei Masterkurven für die Änderung von Prozessgrößen am Zulauf und Maschinengrößen. Aus den Daten wird im weiteren Verlauf ein dynamisches 2D-Prozessmodell abgeleitet, welches die Dynamik der Durchströmung, der Abscheidung und des Sedimenttransports durch Verschaltung von Bilanzräumen approximiert. Das dynamische 2D-Prozessmodell verknüpft die Verweilzeitverteilung der Durchströmung mit den trenntechnischen Eigenschaften. In der dritten Förderperiode liegt der Fokus auf dem Entfeuchtungsverhalten grobdisperser Materialien am Konus der Zentrifuge, die Kompression feindisperser Haufwerke und die dynamische Simulation eines gekoppelten Fließschemas. Für die Modellierung des Entfeuchtungsverhaltens in Dekantierzentrifugen wird die Entfeuchtungskinetik an einer Laborzentrifuge untersucht. Die ermittelte Materialfunktion wird mit dem Sedimenttransport des gebildeten Haufwerks verknüpft und so der Entfeuchtungsvorgang simuliert. Feindisperse Haufwerke bilden ein komplett anderes Materialverhalten aus. Daher sind weitere Ziele, die experimentelle Untersuchung der Haufwerkshöhe für Kalkstein bei der Kompression des Kuchens und die Bestimmung der Fließfunktion an einem Ringschergerät. Mit den gewonnenen Ergebnissen erfolgt die Modellierung kompressibler Haufwerke in Dekantierzentrifugen. Daraus ergeben sich im Teilprojekt zwei zusätzliche dynamische Prozessmodelle für die Entfeuchtung und die Kompression in kontinuierlichen Zentrifugen. Das Ziel der Kooperation mit der AG Kind ist die Leistungsfähigkeit der dynamischen Modelle in Dyssol anhand eines einfachen Prozesses mit Rückführung bestehend aus Fällreaktor und Dekanter zu prüfen. Durch die Rückführung des Feingutes aus der Zentrifuge zurück in den Fällreaktor ergibt sich ein vollständig gekoppeltes dynamisches Fließschema.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1679: Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse