Detailseite
Projekt
Mehrdimensionale Fraktionierung feindisperser Partikeln unter Nutzung der Querstromfiltration mit überlagertem elektrischem Feld
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Sergiy Antonyuk
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382065508
Die Abtrennung von Partikelfraktionen mit hochspezifischen physikalischen Eigenschaften aus Suspensionen ist bei einer Reihe von verfahrenstechnischen Prozessen für den Prozesserfolg von großer Bedeutung. In vielen Anwendungen, bei denen feindisperse Mehrkomponentengemische von Partikeln mit Größen < 10 µm mit unterschiedlichen Eigenschaften in industriell relevanten Mengen getrennt werden sollen, reicht die Fraktionierung nach einem Trennmerkmal nicht mehr aus. Im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 2045 „Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen“ wurde in der ersten Förderperiode im bearbeiteten Teilprojekt ein neuartiges Querstromfiltrationsverfahren mit überlagertem elektrischen Feld entwickelt. Dieses Verfahren stellt eine Methode zur hochspezifischen Trennung von Suspensionen im Mikro- und Submikrometerbereich (< 10 μm) dar. Dabei werden konkurrierende hydrodynamische und elektrophoretische Kräfte zur Fraktionierung genutzt. Während die Liftkräfte und elektrophoretischen Kräfte im Verfahren eine Vorklassierung der Partikel im Strömungskanal vor dem Filterbereich bewirken, erfolgt die eigentliche Fraktionierung erst an dem offenporigen Filtermedium durch die filtratstrombedingten Schleppkräfte. Ziel des Forschungsprojektes ist die Weiterentwicklung und das Upscaling des in der ersten Förderperiode untersuchten neuen Verfahrens. Im Fokus der Untersuchungen stehen die Einflüsse der Betriebsparameter (Strömungsgeschwindigkeit, Druckdifferenz und elektrische Feldstärke) und des Stoffsystems (Partikelform, Zusammensetzung, potentialregulierende Additive) auf den hydrodynamischen und den elektrophoretischen Äquivalenzdurchmesser der Fraktionierung. Durch experimentelle Untersuchungen und unterstützende Simulationen der Partikelbewegung in der Strömung werden die Partikeltrennung bei der Querstromfiltration nach Größe, Form und elektrophoretischer Mobilität beschrieben und damit die optimalen Parameterbereiche ermittelt. Zur Ermittlung weiterer Parameter des Trennprozesses wird ein multiskaliger Modellierungsansatz verwendet. Dabei werden gekoppelte CFD-DEM-Simulationen auf der Mikroskala durchgeführt, die Aufschluss auf die lokale Partikel- und Hydrodynamik geben und die Parameter für die Simulation des Gesamtprozesses auf der Makroebene liefern. Mit dem Upscaling des in der ersten Förderperiode entwickelten Prozesses sollen technisch relevante Mengen an hochspezifischen Feinstpartikel-suspensionen bereitgestellt werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
