Untersuchung des dynamischen Verhaltens der Sprühgranulation in kontinuierlich betriebenen Wirbelschichtrinnen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich; Professor Dr.-Ing. Achim Kienle; Professor Dr.-Ing. Evangelos Tsotsas
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238434279

Ziel des Forschungsprojektes ist eine detaillierte Untersuchung der komplexen Prozessdynamik bei der Sprühgranulation in kontinuierlich betriebenen Wirbelschichtrinnen. Auf Grund der Unterteilung in einzelne Prozessräume, der Ausbildung von Zonen unterschiedlicher Funktionalität in jedem Prozessraum, der fast beliebig gestaltbaren internen Vernetzung der Prozessräume und Zonen durch unterschiedliche klassierende Übergänge, der u.a. über die Trocknung entstehenden Kopplung mit der fluiden Phase, der hinsichtlich Trennfunktion und örtlicher Verteilung gestaltbaren Rückführungen von Feststoffen sowie der multivariaten Natur der Partikeleigenschaften kommt der Granulation in Wirbelschichtrinnen für die dynamische Simulation von Feststoffprozessen ein prototypischer Charakter zu. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wird ein skalenübergreifender Ansatz verfolgt, der experimentelle Untersuchungen mit unterschiedlichen Modellierungsansätzen und einer systemdynamischen Analyse kombiniert.Experimentelle Untersuchungen in der Wirbelschichtrinne sollen in der AG Heinrich durchgeführt werden. Darüber hinaus soll diese AG die Diskrete-Partikel-Modellierung einsetzen, um die Dynamik des Partikeltransports zwischen den Kammern und zwischen den funktionalen Zonen, insb. auch seine Selektivität bzw. Klassierwirkung, systematisch zu ermitteln sowie die Modellierung von Elementen des externen Kreislaufs mit den peripheren Apparaten übernehmen. In der Arbeitsgruppe Tsotsas werden populationsdynamische und Wärme- und Stoffübergangsmodelle zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der Partikeleigenschaften in den unterschiedlichen Anlagenkonfigurationen und unter verschiedenen Prozessbedingungen entwickelt und parametriert. Darüber hinaus finden eine ausführliche Charakterisierung der Partikel aus der Wirbelschichtrinne (Partikelgrößenverteilung, Röntgenmikrotomographie, Rasterelektroenmikroskopie, Festigkeit), sowie neuartige Particle-Tracking-Velocimetry-Experimente für den Partikelübergang an Wehren statt.Die AG Kienle befasst sich mit der Entwicklung neuer Methoden zur System- und Parameteridentifikation und systemtheoretischen Analyse des nichtlinearen dynamischen Verhaltens der Sprühgranulation in der Wirbelschichtrinne. Neben einem vertieften Verständnis der ablaufenden Prozesse sollen die Resultate in Absprache mit den anderen AGs zur weitergehenden Bewertung, Verfeinerung und Diskriminierung der entwickelten populationsdynamischen Modelle verwendet werden. Zur Beschleunigung der zeitaufwändigen Experimente und zum gezielten Anfahren von gewünschten Ruhelagen werden geeignete selbsteinstellende Regelungsstrukturen entwickelt und mit Methoden zur Prädiktion und Detektion möglicher Stabilitätsgrenzen des ungeregelten System kombiniert und an der Versuchsanlage implementiert.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1679: Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Andreas Bück; Professor Dr.-Ing. Stefan Palis