Untersuchung, Modellierung und Simulation der quasistatischen Druckbeanspruchung gebundener Modellpellets
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Zielstellung des vorliegenden Projektes bestand in der experimentellen Untersuchung und nummerischen Simulation des Einflusses von Prozessparametern beim Pelletieren auf das Bruchverhalten von Modellpellets unterschiedlicher Strukturen, Größen und Formen. Pelletieren wird in vielen Industrien zur Verbesserung des Flies- und Dosierverhaltens und zur Regulierung der Schuttdichte verschiedener Materialien eingesetzt. Seine breite Verwendung macht es nötig, die Pellets und ihre Eigenschaften im Detail zu untersuchen. Um bessere Kenntnisse über die Eigenschaften und das Verhalten von Pellets beim Belasten zu gewinnen, wurden Modellpellets in einem Labor-Pelletierteller hergestellt. Die Primarpartikel waren Granulate verschiedener Größe aus Aluminiumoxid (gamma-Al2Ol3) und Zeolith 4A. Ihre Eigenschaften sind bekannt und können als Referenz genommen werden. Als Bindemittel wurden wässrige Lösungen von hydroxypropyl-methylcellulose (HPMC) mit verschiedenen Konzentrationen verwendet. Bei der Herstellung wurden die Prozessparameter Rotationsgeschwindigkeit, Prozesszeit und Bindemittelanteil variiert, um ihren Einfluss auf die Eigenschaften der erzeugten Pellets zu analysieren. Nach der Herstellung wurden die Modellpellets bei atmosphärischen Bedingungen getrocknet. Die Pellets wurden in zwei Fraktionen geteilt – Tetraeder (regulärformig) und brombeerformig (irregulär). Die beiden Fraktionen wurden separat untersucht, um den Einfluss der Pelletform zu erschließen. Eigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Dichte und Porosität, innere räumliche Struktur und das Verhalten unter Belastung wurden eingehend untersucht. Charakterisierungsergebnisse wurden für die Durchführung von DEM-Simulationen des Bruchprozesses der Pellets verwendet. Tomographische Daten zur Anzahl und zu den räumlichen Koordinaten der Primarpartikel ermöglichen eine sehr genaue Nachbildung der Pellets in der Simulationssoftware. Mit den simulierten Pellets wurden Kompressionstests durchgeführt, und die Ergebnisse wurden mit den experimentellen Daten verglichen. Die Charakterisierung hat gezeigt, dass die Prozessparameter bei Herstellung von entscheidender Bedeutung für die Formgebung und die Eigenschaften der Pellets sind. Die detaillierte tomographische Analyse hat aber deutlich gemacht, dass der Prozessparametereinfluss sich nur auf die Bindemittelverteilung bezieht, nicht jedoch auf Anordnung und Aufbau eines Pellets. Die experimentellen Kompressionstests konnten mittels DEM nachgebildet und die Ergebnisse verglichen werden. Allerdings fuhrt die fehlende Möglichkeit, die Feststoffbrücken mit ihren Defekten und Mikro-Porosität in der DEM realistisch darzustellen, zu Abweichungen vom Experiment. Die Nachstellung der Druckversuche mittels DEM ist in solchen Fällen nicht möglich.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Influence of the pelletizing process parameters on the mechanical properties of the received alumina oxide pellets, 7th International Granulation Workshop, Sheffield, UK, 01.-03.07.2015
Z. Radeva, J. Tomas
- Influence of the pelletizing process parameters on the mechanical properties of zeolite pellets, 10th European Congress of Chemical Engineering, Nice, France 27.09–1.10.2015
Z. Radeva, P. Müller, J. Tomas
- Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter auf die Bruchfestigkeit von Zeolith 4A Pellets, 7. Symposium „Produktgestaltung in der Partikeltechnologie“, Berlin, Germany, 23.-24.04.2015
Z. Radeva, P. Müller, J. Tomas
- Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter auf die Bruchfestigkeit von Zeolith 4A Pellets, in: Produktgestaltung in der Partikeltechnologie, Band 7, Hrsg. Ulrich Teipel, Fraunhofer Verlag 2015, Congress: 7. Symposium „Produktgestaltung in der Partikeltechnologie“, Berlin, Germany, 23.- 24.04.2015, p. 299-311, ISBN: 978-3-8396-0877-7
Z. Radeva, P. Müller, J. Tomas
- Untersuchung des Einflusses der Prozessparameter auf die Bruchwahrscheinlichkeit von Zeolith Pellets, Jahrestreffen der Fachgruppen Agglomerationsund Schüttguttechnik, Magdeburg, Germany, 16.-18.03.2015
Z. Radeva, P. Müller, J. Tomas
- Influence of the pelletizing process parameter on the fracture strength of zeolite 4a pellets, Partec 2016, International Congress on Particle Technology, Nürnberg, Germany, 19.–21.04.2016
Z. Radeva, P. Müller, J. Tomas
