Dynamische Prozessmodelle für die Feinstzerkleinerung und -dispergierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Arno Kwade; Professor Dr.-Ing. Carsten Schilde
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238919350

Zentrales Ziel des Schwerpunktprogrammes 1679 DynSim-FP ist es numerische Werkzeuge für eine dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse mit unterschiedlichen Apparate und Maschinen der Feststoffverfahrenstechnik zu schaffen. Für die Feinstzerkleinerung und -dispergierung werden insbesondere Rührwerkskugelmühlen eingesetzt, für deren Prozessmodellierung teilweise empirische aber auch physikalisch begründete Modelle zur Beschreibung des Transportverhaltens, des Leistungseintrages und des Zerkleinerungsverhaltens existieren. Im Bereich der Feinstzerkleinerung sind diese Modelle bislang auf einen stationären Mühlenbetrieb beschränkt, d.h. es existieren für Rührwerkskugelmühlen keine Modelle, die eine prädiktive dynamische Simulation der Partikelgrößenverteilungen oder Partikelformänderung unter Veränderung der Material- und Betriebsparameter erlauben. Für eine dynamische Simulation muss das Prozessmodell die Änderung von Betriebsparametern auf die Produktpartikelgrößenverteilung genauso abbilden können wie das Betriebsverhalten der Mühle. Dieses Ziel soll im Rahmen dieses Projektes durch eine Kopplung der Populationsbilanzen mit einem Beanspruchungs- und einem Materialmodell für den kontinuierlichen Mühlenbetrieb erreicht werden. Während in der ersten Förderperiode die Aufstellung und Kopplung der Modelle zur Beschreibung von Zerkleinerung, Viskosität und Leistungsaufnahme für den Batch-Betrieb im Vordergrund stand, wurde in der zweiten Förderperiode das Modell über ein Materialtransport- und Materialverteilungsmodell auf den kontinuierlichen Betrieb erweitert. Darüber hinaus wird in der zweiten Förderperiode eine Methode zur Kalibrierung der Modellparameter, insbesondere Bruchrate und Bruchfunktion, für verwendete Modellmaterialien und definiert hergestellte Siliziumdioxid-Modellaggregatsysteme etabliert. Die Bruchfunktion weicht dabei besonders bei Dispergierprozessen deutlich ab und muss gesondert betrachtet werden. Die Materialfunktion für die verwendeten Aggregatsysteme sowie eine Übertragung auf ein kommerzielles Aggregatsystem soll in der dritten Förderperiode aufgestellt werden. Darüber hinaus soll die Integration des kontinuierlichen Prozessmodells in die SPP-Simulationsumgebung und Modellerweiterung um die Einfangwahrscheinlichkeit von Produktpartikeln, eine Mehrfachbeanspruchungen und Partikelformänderung erfolgen. Für die Abbildung des dynamischen Verhaltens wird die kontinuierlich betriebene Mühe zudem mit einem Rührbehälter und einem Klassierer verschaltet.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1679: Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse