Mechanismus der Agglomeration bei der Sprühtrocknung mit der Feinpartikelrückführung

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Abdolreza Kharaghani, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465347282

Eine Vielzahl von Produkten, die wir im täglichen Leben verwenden (z. B. Instantkaffee und Waschpulver), wird mit Hilfe der Sprühtrocknungstechnologie hergestellt. Die Attraktivität dieser Produkte für die Kunden wird auf ihre Eigenschaften für den Endverbraucher zurückgeführt, wie z. B. Benetzbarkeit, Dispergierbarkeit und Löslichkeit. Schlüsselparameter, die diese Eigenschaften maßgeblich beeinflussen, sind die Größe und Größenverteilung der Partikel. Sind die Partikel zu klein oder ist die Partikelgrößenverteilung zu eng, können sie Strukturen bilden, die sich nur schwer benetzen und auflösen lassen. Daher ist es notwendig, kleine Partikel zu relativ großen, stabilen Agglomeraten zu verbinden, in denen die Basispartikel noch unterscheidbar sind. Bei der Sprühtrocknung wird dieser Prozess typischerweise durch die Rückführung von trockenem Feingut (Staub) in die Trocknungskammer durchgeführt, was letztlich die Ausbeute erhöht und verhindert, dass sich die Partikelgrößenverteilung auf zu niedrige Werte verschiebt. Dieser Methode der Agglomeration sind jedoch Grenzen gesetzt, da eine erhebliche Größenerweiterung durch aktiv initiierte und kontrollierbare Agglomeration mit dieser Methode nicht erreicht werden kann. Zentrales Forschungsziel dieses Projektes ist es, den Mechanismus der Agglomeration zu untersuchen, der einer der wichtigsten Mechanismen bei der Sprühtrocknung durch Rückführung trockener Unterkornpartikel in den Sprühtrockner ist. Zu diesem Zweck wird ein effizientes Vorhersagewerkzeug im Rahmen eines Computational Fluid Dynamics (CFD) Frameworks neu aufgebaut und mit Hilfe von räumlich und zeitlich aufgelösten Experimenten im Pilotmaßstab bewertet. Insbesondere werden wir die Vorteile der mikroskaligen Einzeltropfen-/Partikelanalyse und der großmaßstäblichen Systemanalyse von Sprühtrocknern kombinieren und so einen komplexen Multiskalenansatz anbieten. Untersuchung der Trocknungsrate mit Hilfe eines akustischen Levitators und Veränderungen der Morphologie auf der Ebene einzelner Tropfen/Partikel mit Hilfe verschiedener bildgebender Verfahren (wie z.B. Röntgenmikrotomographie), für die das deutsche Team bekannt ist. Die Bestimmung der Strömungsdynamik der kontinuierlichen und dispergierten Phase während der Sprühtrocknung mit Hilfe fortschrittlicher Messtechniken (wie der Partikelbeugungsanalyse) ist die Kernkompetenz des polnischen Teams. Als Kernstück des theoretischen Teils dieses Projekts wird von beiden Teams ein innovatives mathematisches Modell der Partikelagglomeration in Verbindung mit kinetischen Modellen der Trocknung und morphologischen Veränderungen entwickelt, um den Mechanismus der Agglomeration während der Gegenstrom-Sprühtrocknung mit der Rückführung kleiner Produktfraktionen zu beschreiben.Im Rahmen eines Multiskalenansatzes soll dieses Projekt einen bedeutenden Fortschritt in Richtung Design und Kontrolle der Agglomeration bei der Sprühtrocknung erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Evangelos Tsotsas
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Maciej Bogusz Jaskulski