Aufklärung des Segregationsverhaltens polydisperser, feuchter Schüttgüter mit unterschiedlichen Benetzungseigenschaften in diskontinuierlichen Mischprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313759864

Ziel eines jeden Feststoffmischprozesses ist es, Konzentrationsunterschiede auszugleichen und eine größtmögliche Homogenität zu erreichen. Infolge verschiedener, physikalischer Materialeigenschaften der Ausgangskomponenten, z.B. Partikelgröße oder Feststoffdichte, und den damit verbundenen unterschiedlichen Partikelbeweglichkeiten ist die größtmögliche Homogenität nicht immer zu erreichen. Durch die Zugabe geringer Flüssigkeitsmengen können diese unterschiedlichen Beweglichkeiten infolge interpartikulärer Flüssigkeitsbrückenkräfte ausgeglichen werden. Die Flüssigkeitsbrückenkräfte hängen allerdings maßgeblich von den Flüssigkeitsmengen und den Benetzungseigenschaften der Partikelsysteme ab, sodass eine Flüssigkeitszugabe nicht zwangsläufig segregationsmindernd wirkt. Sind beispielsweise hydrophile und hydrophobe Komponenten zu mischen, kann eine Zugabe von Wasser auch den gegenteiligen Effekt hervorrufen. Das Wasser lagert sich selektiv im Bereich der hydrophilen Komponente an, sodass sich inhomogene Agglomerate ausbilden, die hauptsächlich aus gut benetzendem Material bestehen. Dementsprechend kann nicht grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass die Flüssigkeitszugabe segregationshemmend wirkt, sondern ist in Abhängigkeit der Produkteigenschaften individuell zu beurteilen. Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist es, den Zusammenhang zwischen auftretenden Segregationsmechanismen und deren Reduktion durch Flüssigkeitszugabe mittels numerischer Simulation näher zu verstehen. Hierzu sollen umfangreiche Modelle zur Flüssigkeitsbrückenkraft, Flüssigkeitsverteilung und zum feucht-trockenen Partikelkontakt entwickelt und in die Diskrete Elemente Methode implementiert werden. Durch die Anwendung der Fokker-Planck-Gleichung ist eine Beurteilung der durch die Flüssigkeitszugabe veränderten Misch- und Segregationsmechanismen anhand von Dispersions- und Transportkoeffizienten möglich. Diese Koeffizienten bieten wiederum geeignete Kenngrößen zur Übertragbarkeit auf technisch relevante Materialsysteme mit hohen Partikelanzahlen, die nicht numerisch simuliert werden können. Schlussendlich steht ein Simulationswerkzeug zur Verfügung, um segregierende, feuchte Schüttgüter in Mischprozessen numerisch untersuchen und deren Ergebnisse auf technische Mischprozesse anhand geeigneter Kenngrößen übertragen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen