TRR 287:  BULK-REACTION - Gasdurchströmte, bewegte Schüttungen mit chemischer Reaktion

Fachliche Zuordnung Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Informatik, System- und Elektrotechnik
Medizin
Physik
Förderung Förderung seit 2020
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422037413
 

Projektbeschreibung

Der SFB/TRR BULK-REACTION erforscht das Zusammenspiel physikalischer und chemischer Prozesse in gasdurchströmten, bewegten, reaktiven, dichten Packungen thermisch dicker Partikel. Die Bewegung des Schüttguts wird durch Schwerkraft oder mechanische Anregung angetrieben. Solche reaktiven dichten Partikelsysteme bilden die Grundlage für eine Vielzahl von Prozessen, etwa bei der thermochemischen Behandlung oder Umwandlung von Schüttgütern in der Energie-, Prozess-, Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Diese Prozesse sind unverzichtbar für die Sicherstellung der Versorgung mit vielen granularen Produkten oder die Bereitstellung von Wärme und elektrischer Energie in Industriegesellschaften. BULK-REACTION verbindet die Methoden und das Wissen aus der reaktiven Strömungsmechanik mit der Partikeltechnologie in einem neuen multiskaligen Ansatz, der von mikroskopischen Poren im Inneren von Partikeln über die Hohlräume zwischen Partikeln bis hin zu kompletten Systemen im industriellen Maßstab reicht. Dies erfordert eine Verknüpfung von dreidimensionalen Simulations- und Messtechniken auf allen relevanten Skalen durch den Einsatz innovativer Modelle und Methoden. Auf diese Weise wird es möglich, Prozesse mit chemisch reagierenden Schüttgütern in einer noch nie dagewesenen Auflösung in Raum und Zeit zu analysieren, zu verstehen und letztendlich prädiktiv zu steuern. BULK-REACTION wird eine starke gesellschaftliche und technologische Wirkung erzielen. Es wird die wissenschaftliche Grundlage für neue Produkte, Reaktorkonzepte und Verfahrensabläufe bilden. So wird es möglich sein, die Produktqualität genau vorherzusagen, die Energieeffizienz zu verbessern und die CO2-Emissionen in diesen wichtigen Prozessoperationen zu verringern. Die Ziele von BULK-REACTION lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1) Entwicklung neuer oder Verbesserung bestehender Messtechniken zur Erzeugung von Daten aus dem Inneren gasdurchströmter, reagierender, dichter Schüttungen; 2) Bereitstellung von Messdaten zur Erklärung der Phänomene in reagierenden Schüttungen und zur Validierung entsprechender Modelle; 3) Ableitung von Modellen, die eine quantitative Beschreibung der zugrundeliegenden physikalischen und chemischen Prozesse von der Mikroskala (z.B. turbulente Wirbel, lokale Prozesse innerhalb von Partikeln) bis zur Systemskala (z.B. Produktqualität) ermöglichen; 4) Entwicklung einer quelloffenen Diskrete-Elemente-Methode (DEM) Programms zur räumlich und zeitlich aufgelösten Beschreibung chemisch reaktiver Prozesse im Schüttgut. Bahnbrechende Neuentwicklungen sind erforderlich, um chemisch reagierende Prozesse mit der DEM beschreiben zu können. Das interdisziplinäre Team von BULK-REACTION setzt auf die Zusammenarbeit von führenden Forschungsgruppen auf dem Gebiet der DEM für reaktive Systeme in Bochum, mit Experten für die Simulation und experimentelle Analyse von energieintensiven Partikelprozessen in Magdeburg.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Mitantragstellende Institution Ruhr-Universität Bochum
Beteiligte Hochschule Christian-Albrechts-Universität zu Kiel; Technische Universität Dortmund
Sprecher Professor Dr.-Ing. Viktor Scherer, bis 6/2024; Professor Dr. Dominique Thévenin, seit 7/2024