Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse

Untersuchung des dynamischen Verhaltens der Sprühgranulation in kontinuierlich betriebenen Wirbelschichtrinnen

Verfahrenstechnische Prozesse der Stoff- und Energiewandlung bestehen oft aus vielen einzelnen Teilschritten, die durch Stoff-, Energie- und Informationsflüsse miteinander vernetzt sind. Die Vernetzung der einzelnen Komponenten hat erhebliche Auswirkungen auf das dynamische Verhalten und die Stabilität derartiger Prozesse. Zur Auslegung und Optimierung, insbesondere im Hinblick auf die Schonung der Energie- und Rohstoffressourcen, sollte das dynamische Verhalten des Gesamtprozesses simuliert werden.
In diesem Projekt wird die Sprühgranulation (ein Partikelbildungsprozess) in einer Wirbelschichtrinne untersucht und simuliert. In dieser ist der Prozessraum durch Trennbleche (Wehre) in mehrere Kammern unterteilt (siehe Abb.). Diese können als Unterlauf- und Überlauf genutzt werden. Deren Einfluss auf die Partikelverweilzeit in jeder Kammer sowie deren Trenneffekt unter Nutzung verschiedener Partikelkollektive ist bisher unbekannt. Der freie Fluss über bzw. unter den Wehren ist hauptsächlich beeinflusst  durch sogenannte Rückströme, der vorgeschalteten Prozesskammer. Hierzu werden experimentelle Untersuchungen an einer 2-D Wirbelschicht genutzt um erste Korrelationen über den Anteil des Rückstromes zu erfahren und in das erstellte Modell zu implementieren. Eine Übertragbarkeit auf  3-D Wirbelschichten ist geplant. Ein Partikel Tracking Algorithmus für Farbpartikel wird verwendet um den klassierenden Effekt näher zu analysieren.

           

Neben der Aufenthaltszeit der Granulate ist der vorherrschende Prozesszustand in den einzelnen Kammern (z.B. Heizen oder Kühlen) verantwortlich für deren Qualität. Auf Grund dessen wird eine Modellierung des Wärme- und Stoffüberganges, unter Berücksichtigung der Trocknung, angestrebt. Eine Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der Granulatgröße ist mit Hilfe der Populationsdynamik geschehen und soll für andere Produktkenngrößen (z.B. der Schüttdichte oder Porosität) erweitert werden. Das zentrale Ziel des Schwerpunktes ist es, numerische Werkzeuge für eine dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse zu schaffen. Hierzu sollen dynamische Modelle formuliert und implementiert werden. Benötigt werden physikalisch begründete, prädiktive Modelle, die eine ausreichend genaue Simulation des Prozesses erlauben und den Einfluss aller relevanten Parameter berücksichtigen. Einen möglichst weiten Einsatzbereich und keine Beschränkung auf bestimmte Stoff- oder Stoffsysteme wird von diesen Modellen gefordert.
 
             

Das Programm ist für weitere zwei Jahre geplant und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.

Kontakt

Jun.-Prof. Dr.-Ing. Andreas Bück (Andreas.Bueck@ovgu.de)
M.Sc. Katja Meyer (Katja.Meyer@ovgu.de)
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