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Projekt
Experimentelle und numerische Untersuchung der Sprayflammen-synthese im Technikumsmaßstab
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Nikolaus Andreas Adams; Professor Dr.-Ing. Christian Oliver Paschereit; Dr.-Ing. Sophie Marie Schnurre
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 375875269
Die Sprayflammensynthese von Nanopartikeln ist für den industriellen Einsatz von großem Interesse, da bei geeigneter Prozessführung kostengünstige Ausgangsmaterialien eingesetzt werden können und ein wirtschaftlicher Syntheseweg erschlossen wird. Derzeit wird jedoch im industriellen Maßstab die gezielte Einstellung größenabhängiger Eigenschaften durch die breite Größenverteilung der erzeugten Materialien verhindert. Ein wichtiger Schritt, um die Lücke zwischen Forschung und Industrialisierung zu schließen, sind Pilotanlagen im Technikumsmaßstab. Hier besteht die Möglichkeit, mit Unterstützung von Simulation, Messung und Laborversuch, Prozessparameter gezielt zu verändern und damit Partikeleigenschaften zu modifizieren. Die Skalierung in diesen vorindustriellen Maßstab scheitert aber bisher am mangelnden Einblick in die grundlegenden physikalisch-chemischen Prozesse, denn eine direkte "proportionale" Skalierung der Prozesse aus dem Labormaßstab ist im allgemeinen nicht möglich, da prozessbestimmende Ähnlichkeitsparameter in aller Regel nicht eingehalten werden können. Neben den experimentellen und verfahrenstechnischen Fragestellungen ist auch die Entwicklung geeigneter Simulationsmethoden zur prädiktiven Bestimmung der Partikeleigenschaften wie Größe, Größenverteilung und Agglomerationsgrad essenziell für die erfolgreiche Skalierung der bestehenden Verfahren vom Labor- in den Industriemaßstab. Im SPP1980 SpraySyn wird ein Standardprozess zur Sprayflammensynthese im Labormaßstab definiert. Parallel zu den vorgesehenen physikalischen Untersuchungen am Standardbrenner "SpraySyn" (Labormaßstab) sind physikalische und verfahrenstechnische Fragestellungen zur Aufwärtsskalierung vorgesehen. Die erfolgreiche Aufwärtsskalierung ist sowohl wissenschaftlich als auch wirtschaftlich bedeutsam und stellt daher das übergeordnete Ziel dieses Gemeinschaftsantrags dar. Zwei Projektpartner (ISTA und AER) bringen ihre Erfahrungen aus der ersten Förderperiode ein, während die Einbindung des IUTA (bisher als assoziierter Partner eingebunden) in die aktive Forschung die logische Anknüpfung zur Umsetzung der Partikelsynthese im Technikumsmaßstab darstellt. Die Kernkompetenzen des IUTA liegen in der Nanopartikel-Synthese und dem Betrieb und der Vermessung großer Partikelreaktoren. Das ISTA steuert fundiertes Wissen über berührungslose Messtechniken zur Charakterisierung von Gasströmungen, der Spraybildung sowie der Brennerentwicklung bei. Die Expertise des AER auf dem Gebiet der numerischen Beschreibung reaktiver Strömungen verbindet experimentelle Erkenntnisse mit theoretischen Grundlagen und trägt somit maßgeblich zum Verständnis der Partikelbildung im skalierten Sprayflammen-Prozess bei. Verschiedene Ansätze zur Skalierung der Nanopartikelsynthese werde im Laufe des Projektes experimentell und numerisch evaluiert und durch die Herstellung hochspezifischer Nanopartikel im Reaktorbetrieb final bewertet.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
