SPP 1423:  Prozess-Spray: Herstellen funktionaler Feststoffpartikel in Sprühverfahren - Von den Anforderungen an das Pulver und an seine Eigenschaften zum geeigneten Prozess

• Fachliche Zuordnung: Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 73857889

Um maßgeschneiderte Feststoffe in Pulverform zu gewinnen, werden in der Prozessindustrie zunehmend sogenannte "Spray-Verfahren“ eingesetzt. Über die Prinzipien und Mechanismen, die solchen prozessintegrierten Zerstäubungsverfahren zugrunde liegen, ist jedoch bislang nur wenig bekannt, sie sind Gegenstand dieses Schwerpunktprogramms. Die daran beteiligten Forschergruppen kommen aus den ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtungen der Verfahrenstechnik und Strömungsmechanik sowie der physikalischen Chemie oder der pharmazeutischen Technik und der (Metall-)Pulvertechnik. Mit dem angestrebten Erkenntnisgewinn im Grundlagenbereich sollen zugleich auch die Anwendungsmöglichkeiten der Spray-Verfahren deutlich erweitert werden.
Hier setzt der Forschungsansatz des Schwerpunktprogramms an. Neue innovative Methoden und Prozesse im Bereich der Spraytechnik können zielgerichtet zur Entwicklung der Transport- und Austauschvorgänge in den hochkonzentrierten mehrphasigen Systemen zur Feststoffsynthese im Spray eingesetzt werden. Die aktuellen Entwicklungen im Bereich der Prozessmesstechnik zur Untersuchung mehrphasiger Systeme und Prozesse in Kombination mit dem fortgeschrittenen Entwicklungsstand der Simulationsverfahren erlauben es, die im Spray ablaufenden komplexen Elementarprozesse zu beschreiben. Diese Entwicklungen in Verbindung mit den erhöhten Anforderungen von Anwendern an maßgeschneiderte Partikeln aus einer flüssigen Vorlage erfordern eine über Fachgrenzen hinausgehende Zusammenarbeit zur Analyse und Modellierung der Partikelerzeugung im Sprühverfahren.
Gegenstand des Schwerpunktprogramms ist deshalb u.a. die gezielte Entwicklung und Anwendung von prozessintegrierten Zerstäubungsverfahren zur Generierung maßgeschneiderter Feststoffe in Pulverform mit definierten Eigenschaftsfunktionen. Dabei liegt der Ausgangsstoff als Fluid, meist jedoch als komplexes mehrphasiges System z.B. in Form einer Suspension oder Emulsion vor. Diese Ausgangsbedingungen stellen einerseits eine besondere Herausforderung an den für bestimmte Eigenschaften des Endproduktes zu wählenden Prozess dar, andererseits enthalten sie aber zugleich ein wesentliches Potenzial für die Entwicklung neuer Pulvermaterialien. Aus dieser Prozess-System-Konfiguration werden wesentliche Erkenntnisse zur zukünftigen Entwicklung von "maßgeschneiderten“ dispersen Systemen erwartet.
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms soll letztlich in einem rekursiven Designansatz aus den geforderten Partikeleigenschaften das Anforderungsprofil an den Desintegrationsvorgang und den Sprayprozess definiert werden, das in der technischen Anwendung in ein adaptiertes Zerstäubungs- und Anlagenkonzept umzusetzen und zu überprüfen ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Internationaler Bezug: Schweiz

Projekte

• Analyse der Entstehungsmechanismen von PVP-Wirkstoff-Formulierungen im überkritischen Antisolvent Sprühverfahren (Antragsteller Bräuer, Andreas ;  Schlücker, Eberhard )
• Chaotischer Zerfall von Strahlen komplexer Flüssigkeit, mit Anwendung in Airblast-Zerstäubung und Sprühtrocknung (Antragsteller Roisman, Ilia )
• Ein bildgebendes Echtzeit-Prozess-Analyse-System zur simultanen Erfassung von Charakteristika in Sprühprozessen (Antragsteller Simon, Sven )
• Erarbeitung von Korrelationen zwischen Prozessfunktionen, Granulatstruktur und Produkteigenschaften -Einfluss von Sprueh- und Prozessparametern auf Struktur und mechanische Eigenschaften keramischer Granulate (SprayGran III) (Antragsteller Fries, Manfred )
• Erzeugung von Kompositpartikel durch in situ-Injektion von Feststoffpartikeln während des Lamellenzerfalls (Antragsteller Uhlenwinkel, Volker )
• Experimentelle Untersuchung und Modellierung von Koaleszenz und Agglomeration für die Sprühtrocknung von Suspensionen (Antragsteller Sommerfeld, Martin )
• Experimentelle Untersuchungen der Morphologie und der Morphologiebildung schwebender Einzelpartikel als Modellsystem für reaktive und nicht-reaktive Sprühprozesse (Antragsteller Moritz, Hans-Ulrich )
• Gemisch- und Partikelbildung im überkritischen Antisolvent-Sprühverfahren (Antragsteller Kronenburg, Andreas )
• Gezielte Grenzflächenstrukturierung zur Mikroverkapselung von lipophilen Wirkstoffen mittels Sprühtrocknung (Antragsteller Drusch, Stephan )
• Herstellen eng verteilter Partikel mit Rotationszerstäubern durch experimentelle Erfassung und Steuerung der Wechselwirkungen mit dem Umgebungsgas (Antragsteller Walzel, Peter )
• Herstellen funktionaler Feststoffpartikeln in Sprühverfahren - Von den Anforderungen an das Pulver und an seine Eigenschaften zum geeigneten Prozess (Antragsteller Lamprecht, Alf ;  Sommerfeld, Martin )
• Herstellung von mikrostrukturierten Feststoffpartikeln auf Basis einfacher und multipler Emulsionen mittels Prilling Prozess - unter Berücksichtigung deren funktionserhaltender Strukturierung für die Verkapselung funktioneller Komponenten und deren kontrollierte Freisetzung (Controled Release) (Antragsteller Windhab, Erich J. )
• Hochparallele Erzeugung monodisperser Partikel mit mikrostrukturierten Multikanaldüsen (Antragsteller Ziegler, Christoph )
• Integrale Prozessmodellbildung und -simulation für feststoffpartikelbildende Sprayprozesse im SPP "Prozess-Spray" (Antragsteller Fritsching, Udo )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Fritsching, Udo )
• Modellierung der Partikelverteilung und -interaktion in Spray- und Trocknungsprozessen (Antragstellerin Gutheil, Eva )
• Monitoring von Sprühverfahren zur Herstellung funktionaler Feststoffpartikeln mit einem Inline-Sensor (Antragsteller Ripperger, Siegfried )
• Numerische Simulation zur Herstellung monodisperser Tropfen in pneumatischen Ziehdüsen (Antragsteller Turek, Stefan )
• Optimierung der Qualitätsmerkmale von Pulverinhalaten mit beliebigem inhalativem Wirkstoff durch Einsatz sprühgetrockneter Mannitolträgerpartikel mit maßgeschneiderter Oberflächenrauheit (Antragstellerin Scherließ, Regina )
• Partikelbildung bei der Verdüsung von gashaltigen Polymerschmelzen und Polymerlösungen (Antragsteller Petermann, Marcus )
• Process design of ultrasonic spray pyrolysis synthesis of RuO2/TiO2 nanoparticles for catalytic applications (Antragsteller Friedrich, Bernd ;  Schroeder, Michael )
• Prozesstechnik der Heißgaszerstäubung rheologisch komplexer Feedmaterialien zur Erzeugung von Pulvern mit vorgegebenen Eigenschaften (Antragsteller Fritsching, Udo )
• Pulverisierung von Emulsionen mit überkritischem CO2 (Antragsteller Weidner, Eckhard )
• Sprühpolymerisation (Antragsteller Peuker, Urs )
• Strahlzerfall und Tropfenbildung im Zentrifugalfeld bei aufgeprägter Gasströmung unter Variation geometrischer Randbedingungen (Antragsteller Piesche, Manfred )
• Strukturausbildung bei der Herstellung von pulverförmigen Feststoffen (Antragsteller Nieken, Ulrich )
• Untersuchung des Einflusses der Geschwindigkeitsverteilung und der turbulenten Schwankungsgrößen am Düsenaustritt auf das Zerstäubungsverhalten mit Hilfe der Direkten Numerischen Simulation von Mehrphasenströmungen (Antragsteller Weigand, Bernhard )
• Untersuchung von im Prozessspray auftretenden Elementarprozessen an nicht-newtonschen Tropfen mittels Direkter Numerischer Simulation (Antragsteller Bothe, Dieter )
• Untersuchungen zum Einsatz der "effervescent atomization" zur Zerstäubung und Sprühtrocknung von Lebensmittelfluiden mit komplexem rheologischen Verhalten und resultierender Partikel- und Produkteigenschaften (Antragstellerin Karbstein, Heike )
• Zerstäubung überhitzter Fluide (Antragsteller Wirth, Karl-Ernst )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Udo Fritsching