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Projekt
Modellbasierte Steuerung der Dynamik bei der Feinstmahlung in nass betriebenen Rührwerksmühlen
Fachliche Zuordnung
Mechanische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504930816
Rührwerkskugelmühlen spielen eine zentrale Rolle bei der Feinstvermahlung in verschiedenen Industriezweigen. In solchen Mühlen wirken Betriebsparameter, insbesondere Rührerdrehzahl, Perlengröße, Feststoffgehalt und Durchsatz, mit den sich entwickelnden Suspensionseigenschaften zusammen, um sowohl die kinetische Energie der Mahlkörper als auch die gesamte Transportdynamik zu steuern. Insbesondere im kontinuierlichen Betrieb führen diese Faktoren zu komplexen, ungleichmäßigen axialen Verteilungen der Mahlkörper in der Mühle, die die Mahlleistung, den Leistungseintrag und die Energienutzung erheblich beeinflussen. Werden jedoch Partikelgrößen im Submikrometerbereich angestrebt, führt dies auch zu einer erheblichen zeitlichen Dynamik in der Partikelgrößenverteilung, der Viskosität und der kolloidalen Stabilität der Suspension, wodurch ein gekoppeltes System entsteht, das sich über mehrere Zeitskalen entwickelt. Wenn die Partikel feiner werden, verändert die zunehmende Viskosität die effektiven Mahlbedingungen, indem sie die Bewegung der Mahlkörper dämpft und damit die Beanspruchungsbedingungen des Produktes verändern. Sie beeinflusst auch die axiale Verteilung der Mahlkörper, eine Schlüsselvariable für die gleichmäßige Energieeinbringung. Diese Veränderungen werden nicht von außen auferlegt, sondern ergeben sich aus der Entwicklung des Systems selbst, was bedeutet, dass die Prozesssteuerung dynamisch auf interne Rückkopplungssignale reagieren muss. Konventionelle Regelungsstrategien, die von einer konstanten Rheologie oder einer homogenen Mahlkörperverteilung ausgehen, greifen daher zu kurz. Erschwerend kommt hinzu, dass mit abnehmender Partikelgröße die für einen Bruch erforderliche Beanspruchungsenergie abnimmt und sich der optimale Betriebspunkt der Mühle in Richtung geringerer Energien verschiebt. Dies erfordert eine adaptive Regelungsstrategie, die Energieeffizienz, Produktqualität und Durchsatz in Einklang bringt. Trotz der Verfügbarkeit empirischer Modelle und vereinfachter mechanistischer Ansätze existiert derzeit kein umfassendes Konzept, das in der Lage ist, Rührwerksmühlen dynamisch zu steuern und die gekoppelten Effekte von Partikelgröße, Rheologie, Energieeintrag und Prozessdynamik in Echtzeit zu erfassen. Die Integration eines Tellerseparators führt zu einer zusätzlichen Komplexität durch die Kopplung einer schnellen Klassierdynamik mit dem langsameren Mahlprozess. Der Separator verändert die Partikelgrößenverteilung in viel kürzerer Zeit, was zu abrupten Änderungen der Suspensionseigenschaften führt. Diese Effekte bilden eine hochgradig nichtlineare, zeitkritische Rückkopplungsschleife, in der kleine Änderungen der Klassierungsbedingungen die Mahlumgebung erheblich beeinflussen können und in der Partikelgrößenverteilung, Rheologie, Energieeintrag und Trenndynamik gemeinsam in Echtzeit optimiert werden müssen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
