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Projekt
Prozesstechnische Fraktionierung von feinsten Partikeln anhand geometrischer und stofflicher Trennmerkmale im starken Zentrifugalfeld
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Hermann Nirschl
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380484211
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen“ untersucht das Teilprojekt die Auftrennung nanoskaliger Partikelkollektive anhand geometrischer und stofflicher Trennmerkmale im starken Zentrifugalfeld einer semi-kontinuierlich arbeitenden Röhrenzentrifuge. In der ersten Förderperiode wurde eine Methode entwickelt, die eine Analyse eines Trennexperiments mittels analytischer Zentrifugation und die Berechnung mehrdimensionaler Trenngrade ermöglicht. Die verwendete Bezugsgröße des Sedimentationskoeffizienten eines Partikels ist dabei sowohl von geometrischen als auch stofflichen Faktoren abhängig, was im Gegensatz zu der Betrachtung eines hydrodynamischen Durchmessers mehrere Dimensionen miteinschließt. Die Anwendung der Methode wurde im Falle der überlagerten Größen- und Dichtefraktionierung eines Partikelgemisches aus schweren und leichten Nanopartikeln aufgezeigt. Die Schwierigkeit bei der praktischen Bestimmung eines Trenngrades besteht darin, jeder gemessenen Verteilung eine relative Partikelanzahl oder -masse zuzuordnen. Mit dem Ziel, schnelle und nicht-invasive Messverfahren zu verwenden wurde dieser Teilaspekt mit Hilfe der UV-VIS Spektroskopie umgesetzt. Die Messmethodik ermöglichte die quantitative Bestimmung der Zusammensetzung eines fraktionierten Partikelgemisches.In der zweiten Förderperiode liegt der Fokus auf der Beurteilung der prozesstechnischen Fraktionierung über Trenngradverläufe der Anlage. Dabei sind Einflussparameter wie die Suspensionseigenschaften und die Betriebsparameter der Zentrifuge auf das Trennergebnis entscheidend. Eine Variation dieser Parameter, gekoppelt mit einer multiwellenlängen UV-VIS Messung und einer analytischen Zentrifugation, soll einen umfassenden experimentellen Datensatz für mehrere Produktsysteme und deren Mischungen schaffen. Daraus definiert sich das weitere Ziel, modellgestützte Vorausberechnungen durchzuführen und Vorhersagen über das Trennergebnis mit möglichst geringem Fehler und in Abhängigkeit der mehrdimensionalen Trennmerkmale zu treffen. Gleichzeitig ist dabei die bestmögliche Wahl der Betriebsparameter für ein gewünschtes Trennergebnis ableitbar. Da auch die Prozesszeit Einfluss auf die semi-kontinuierliche Fraktionierung der Suspensionen in einer Röhrenzentrifuge nimmt, ist eine Echtzeit-Überwachung der Trennkinetik mit dem UV-VIS Durchflusssensor geplant. Das Ziel hierbei ist die Aufzeichnung eines stabilen Messsignals, aus welchem Informationen über die relative Partikelkonzentration des Feinguts extrahiert werden können. Potentiell kann so durch eine Anpassung der Betriebsbedingungen auf negative Änderungen der Produktqualität reagiert werden. Letztlich arbeitet das Teilprojekt daran, mehrdimensionale Trennprozesse in Hochleistungszentrifugen experimentell und modellbasiert zu untersuchen, Lösungsstrategien zu entwickeln und mit den Ergebnissen ein besseres Verständnis der physikalischen Abläufe zu erlangen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
