Charakterisierung von Fluiddynamik und Diskret-Element-Modellierung eines neuartigen Strahlschichtapparates

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 162490600

Das Ziel des beantragten Projektes ist die experimentelle und theoretische Untersuchung derFluiddynamik eines neuartigen, spaltförmigen Strahlschichtapparates mit zwei horizontalen Gaseingängen und regelbarer Gaszufuhr.Strahlschichten bieten sehr effektive Möglichkeiten zur intensiven Kontaktierung von Fluid-Feststoff- Systemen, was bei der Herstellung, Behandlung und Weiterverarbeitung von fein- und polydispersen Feststoffen von enormer Bedeutung ist. Dabei können in Strahlschichten Partikel fluidisiert werden, die in klassischen Wirbelschichten nicht behandelt werden können, insbesondere dann, wenn Partikelkollektive eine breite Größenverteilung aufweisen, sehr klein und leicht oder sehr groß sind, stark von der Kugelform abweichen oder aus verklebenden Materialien bestehen. Außerdem erreicht in einer Strahlschicht der intensive Impuls-, Stoff- und Wärmetransport ein Maximum, was zu kleinen Apparateabmessungen und damit niedrigen Anlagenkosten bei hoher Ausnutzung der eingesetzten Energie führt. Diese regelbare Anströmung der neuartigen Strahlschichtapparatur verhindert zudem das Durchfallen von Partikeln beim Abschalten und lässt eine Reinigung während des Betriebes zu. Anhand von gemessenen Druckpulsationsspektren der Schicht und anschließender Fourieranalysen dieser Spektren sowie einer nicht-invasiven optischen PIV/DIA-Analyse soll bei Variation der Prozessparameter und des Stoffsystems sowie der Apparategeometrie der stabile Arbeitsbereich der Strahlschicht ermittelt und in geeigneter Form grafisch dargestellt werden. Anschließend wird mit den stabilen Arbeitsbereichen anderer Wirbelschicht- oder Strahlschichtapparate verglichen. Dazu wird erstmalig eine diskrete Partikel-Modellierung (DPM) eingesetzt, die mit der Fluidphase gekoppelt ist. Der Vorteil der Nutzung der DPM-Methode wäre die Möglichkeit der a priori-Berechnung der idealen Apparategeometrie und die Validierung der Simulationen anhand weniger ausgewählter Experimente. Zusätzlich zur Untersuchung unter trockenen Bedingungen ist geplant, in die Strahlschicht mittels einer Düse Wasser einzudüsen, um die Fluiddynamik sowie den Wärme- und Stoffübergang einer feuchten Strahlschicht zu untersuchen, wie sie für die Granulation und Beschichtung von Partikeln eingesetzt werden kann. Auch hierbei soll wieder die DPM-Methode Anwendung finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Beteiligte Institution: Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek NWO ; Technology Foundation STW
• Beteiligte Personen: Professor Dr.-Ing. Sergiy Antonyuk; Dr.-Ing. Niels G. Deen; Professor Dr. J.A.M. Hans Kuipers