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Projekt
Heteroaggregation von Nanopartikeln in konvektiven Strömungen
Antragsteller
Professor Dr. Andreas Kronenburg
Fachliche Zuordnung
Energieverfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462463789
Mischen und Aggregation sind wesentliche Prozesse in der Verfahrenstechnik für die Herstellung pharmazeutischer und chemischer Produkte und die Art der Prozessführung kann die Produkteigenschaften wesentlich beeinflussen. Falls Mehrkomponentensysteme betrachtet werden, ist die Anzahl der Heterokontakte, also die Anzahl der Kontakte zwischen Partikeln zweier unterschiedlicher Stoffe, eine wesentliche Charakteristik, die die Produkteigenschaften beeinflussen kann. Es ist wahrscheinlich, dass die Anzahl der Heterokontakte über die Steuerung der Mischungsvorgänge beeinflusst werden kann, und das Zusammenspiel des Mischens auf der Makroskala (welches die verschiedenen Produktkomponenten zusammenbringt) und der Mikroskala (welches die Anzahl der Kollisionen und die Kontaktbildung zusätzlich stark beeinflusst) werden die Produktqualität entscheidend mitbestimmen. Während die Partikeldynamik für sehr kleine sphärische Partikel, deren Relativbewegung nicht von einer konvektiven Strömung beeinflusst wird, mit bestehenden Modellen sehr gut angenähert werden kann, gibt es keine validierte Modellierung für eine statistische Beschreibung einer Hetero-Aggregation, bei der Primärpartikelgrößen stark unterschiedlich sein können und bei der anfängliche Inhomogenitäten in der Partikelverteilung einen großen Einfluss auf die Aggregatstruktur und -qualität haben werden. Das hier beantragte Projekt untersucht nun die Aggregation in Zweikomponentensystemen mit variablen Primärpartikeldurchmessern von 5 bis 200 nm. Langevin Dynamik (LD) Simulationen sollen für eine Reihe von Prozessbedingungen durchgeführt werden, um Aggregate und ihre Größenverteilung zu berechnen. LD Simulationen können alle Kräfte abbilden, die von der Gasphase auf die Aggregate einwirken, und eine neue Implementierung wird ein Umstrukturieren der Primärpartikel innerhalb der Aggregate aufgrund von Sintervorgängen ermöglichen. Kollisionsfrequenzen sollen mit Hilfe der LD als Funktionen der Eigenschaften der Aggregate und der Umgebungsströmung abgeleitet und mit Hilfe artifizieller neuronaler Netze analysiert und vereinfacht werden, um eine Schließung in Modellen zu ermöglichen, die die Erhaltungsgleichung für die Größenverteilungsfunktionen (engl. population balance equation - PBE) berechnen. Die Modelle sollen in einem nächsten Schritt mit einem Löser für turbulente, reaktive Strömungen gekoppelt werden, um Simulationen des Gesamtprozesses für die Herstellung von Heteroaggregaten zu ermöglichen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
