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Projekt
Herstellen eng verteilter Partikel mit Rotationszerstäubern durch experimentelle Erfassung und Steuerung der Wechselwirkungen mit dem Umgebungsgas
Antragsteller
Professor Dr. Peter Walzel
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2009 bis 2014
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 122183535
Im vorgestellten Vorhaben soll ein Verfahren erarbeitet werden, das in der Lage ist deutlich enger verteilte Feststoff-Produkte im halbtechnischen Maßstab herzustellen, als dies bisher möglich ist. Bei der Sprühtrocknung ist eine enge Tropfengrößenverteilung des Zerstäubers notwendig, um ein Feststoffprodukt mit enger Korngrößenverteilung zu erzielen. Enge Tropfen- bzw. Korngrößenverteilungen sind in Sprühtrocknungsverfahren Voraussetzung für gleichmäßige Strukturbildung einzelner Partikel und für ein homogenes, hochwertiges Produkt. Ein Ziel war die quantitative Charakterisierung des Einflusses der Gas/Flüssigkeits-Wechselwirkung beim Fadenzerfall. Mit der Ähnlichkeitstheorie übertragene Modellversuche zum Zerfall angeströmter Flüssigkeitsfäden im Schwerefeld zeigten, dass niedrigste Gas-Relativgeschwindigkeiten der Flüssigkeitsfäden, auch im Sprühtrockner, zu einem optimalen Zerstäubungsergebnis führen. Aus den Anforderungen an den Zerstäubungsvorgang konnte eine Optimierungsstrategie rekursiv hergeleitet werden, die eine besonders geringe Störung des Fadenzerfalls durch die Gas-Flüssigkeits-Wechselwirkung im Sprühtrockner vorsieht. Dazu wurden neue Luftverteiler für den vorhandenen Sprühtrockner entwickelt, die über definierte Strömungsführung für mittlere Tropfengrößen d50,3 > 80 μm ein vergleichsweise homogenes Spray bewirken. Dies wurde auch mit den im Schwerpunktprogramm empfohlenen Modellsystemen erreicht. Das Ziel im beantragten Förderungszeitraum ist die Übertragung des Zerstäubungs- und Trocknungsverfahrens auf anspruchsvollere Einsatzfälle. Geplant sind insbesondere kleinere mittlere Partikelgrößen d50,3 < 80 μm, mit dennoch enger Verteilungsbreite. Kleine Partikel können nur bei hohen Zerstäuberdrehzahlen hergestellt werden, wobei der Fadenzerfall dann besonders intensiven aerodynamischen Wechselwirkungen unterliegt und die Sedimentationsneigung von Suspensionen im Zerstäuber wegen der höheren Zentrifugalbeschleunigung zunimmt. Dies erfordert weitere Entwicklungen am Zerstäuber und Veränderungen am Luftverteiler, vor allem dann, wenn mehrreihige Zerstäuber für höhere Durchsätze zum Einsatz kommen sollen. Der Übergang der Gerinneströmungen aus dem Rotationszerstäuber zu achsensymmetrischen Freistrahlen führt in der Nähe der Abströmstellen zu stehenden Wellen auf den Fäden. Dieser bislang nicht untersuchte Einfluss auf die Tropfenbildung soll in Grundlagenuntersuchungen gemeinsam mit Projektpartnern genauer analysiert werden. Ferner ist durch das Design des neu entwickelten Heißgasverteilers, der Eintrag und die Einbindung eines sekundären pulverförmigen Feststoffs in das Spray grundsätzlich möglich. Der Wunsch nach Pulverbeschichtungen hat sich aus Industriekontakten ergeben. Das zusätzlich eingebrachte Material soll zur Beflockung bzw. zum Coating der Tropfen und schließlich zur Veränderung der Oberflächeneigenschaften des getrockneten Pulvers führen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
