Detaillierte Untersuchung des Mischverhaltens feuchter Pulver

Fachgebiet
Allgemeine Verfahrenstechnik; Beschichtungstechnik

Stichwörter
Mischen; feuchte Pulver; Simulation

Beteiligte Personen
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Johannes Khinast 
Ass.Prof. Dr.techn. Dipl.-Ing. Stefan Radl
MSc Bhageshvar Mohan
MSc Mingqiu Wu

Dauer
01. Mai 2012 - 30. April 2015

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Verteilung der Flüssigkeitsmenge auf der Oberfläche von Partikel für zwei verschiedene dimensionslose Scherraten.

Beschreibung

Die Fließeigenschaften von feuchten Schüttgütern sind für viele Bereiche interessant, z.B. in der Verfahrenstechnik, der pharmazeutischen Industrie, dem Maschinenbau oder der Erdölindustrie. Trotz der enormen technischen Relevanz dieser Strömungen gibt es noch immer signifikante grundlegende wissenschaftliche Herausforderungen beim Verständnis, bei der Modellierung und bei der Simulation der Strömung feuchter Schüttgüter und des Flüssigkeitstransportes im granularen Medium. In dem vorgelegten Antrag ist es unser Ziel, eine neue, detaillierte Methode für die Untersuchung und Modellierung der Strömung feuchter Schüttgütern zu etablieren. Im Speziellen sind unsere Ziele die (i) Entwicklung einer numerischen Berechnungsstrategie zur direkten Simulation von feuchten Agglomeraten auch bei hohen Sättigungsgraden, (ii) die Etablierung einer innovativen experimentellen Methode zur Validierung der Simulationen, (iii) die Anwendung der Methode, sowie (iv) die Kopplung der Simulationsresultate mit einer relativ neuen Methode, der Discrete Element Method (DEM). Im ersten Teil unserer vorgeschlagenen Arbeit werden wir eine state-of-the-art Berechnungsmethode für gas-flüssig Systeme adaptieren. Unsere Arbeit wird dabei die Modellierung der Partikel, eine genaue Behandlung des dynamischen Kontaktwinkels zwischen den Phasen, einen detaillierten Kontaktdetektions-Algorithmus, sowie eine möglichst exakte Berechnung der Kontaktkräfte zwischen den Partikeln beinhalten. Mit dieser adaptierten numerischen Methode werden wir erstmalig in der Lage sein, auch die Strömung der Flüssig- und Gasphase in den sich bewegenden, komplexen Zwischenräumen einer feuchten Schüttung zu berechnen. Dieses Wissen werden wir weiter nutzen, um die Flüssigkeitsverteilung in gescherten Schüttgütern zu analysieren, was beispielsweise essentiell für die rationale Auslegung von Granulationsvorgängen ist. Im zweiten Teil unserer Arbeit werden wir ein innovatives experimentelles Setup zur Untersuchung von statischen und dynamischen Kräften in einem Partikelbett aufbauen. Eine exakte Kontrolle der Distanz und der Relativbewegung zwischen einzelnen Partikeln werden wir durch den Einsatz von ultra-präzisen Mikromanipulatoren erreichen. Die Neuheit bei diesem Setup ist, dass wir Kräfte zwischen ganzen Partikelhaufen auch bei hohen Sättigungsgraden und unter einer definierten Relativgeschwindigkeit messen können. Weiters werden wir eine Scherzelle einsetzen, um unsere Simulationsresultate zu validieren. Ein weiterer Punkt unserer Arbeit ist der Einsatz der Simulationsmethode für die Mikroskalensimulation von Agglomeraten, die Simulation von Konsolidierungs- und Verflüssigungs-effekten, die Analyse von Mischvorgängen und des Tablettenzerfalls. Abschließend wollen wir unser Wissen in andere, bereits bekannte Simulationsmethoden einfließen lassen. So ist es eines unserer Ziele, Modelle für die Discrete Element Method zu entwickeln. Die erwarteten Resultate aus dem vorgeschlagenen Projekt werden eine signifikante Auswirkung auf den verstärkten Einsatz von Simulationsmethoden in vielen Bereichen, wie z.B. dem pharmazeutischen Engineering, der Geomechanik, der Erdölwissenschaften oder aber in der Erforschung von modernen Drug-Delivery Technologien haben. Dies ist ein entscheidender Schritt zur rationellen (und nicht mehr empirischen) Entwicklung von Verfahren und Produkten. FWF Project Number: P23617.

 

Gefördert von
Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung, (FWF, www.fwf.ac.at)

Projektleiter
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Johannes Khinast
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn.

Institut für Prozess- und Partikeltechnik
Inffeldgasse 13/III
8010 Graz

Tel.
+43 (316) 873 - 30400
Fax
+43 (316) 873 - 1030400
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