In dem bearbeiteten Forschungsprojekt zur Gestaltung partikulärer Produkte in Wirbelschichtrinnen wurde der Zusammenhang der Verteilung von Partikelverweilzeit zur Verteilung von Partikeleigenschaften, wie Feuchte bei der Trocknung oder Größe beim Coating hergestellt. Hierfür wurden zunächst unter Variation systemrelevanter Parameter experimentelle Untersuchungen zur Verweilzeitverteilung in Wirbelschichtrinnen durchgeführt. Anschließend wurden die Bodensteinzahlen der generierten Verweilzeitverteilungen mit Hilfe der numerischen Lösung der Konvektions-Dispersionsgleichung bestimmt. Unter Zuhilfenahme der experimentellen Daten sowie von Daten aus der Literatur wurde eine Korrelation für die Vorhersage der Bodensteinzahl aufgestellt, welche sowohl materialspezifische Größen, die Dimensionen der Anlagentechnik aber auch dimensionslose Kennzahlen und Betriebsparameter berücksichtigt. Um die Dispersion innerhalb des Systems zu beeinflussen, wurden interne Wehre vertikal eingebaut. Hierbei unterscheiden sich der Partikeltransport über die Wehre (Überlauf) vom Partikeltransport unterhalb der Wehre durch einen Spalt zwischen Wehr und Luftverteilerplatte. Für beide Fälle wurden ebenfalls Korrelationen erstellt, wobei als Grundlage die Korrelation ohne interne Wehre dient. Darüber hinaus wurde eine weitere Korrelation für die Bestimmung der Bettmasse erstellt, aus welcher sich die mittlere Verweilzeit der Partikel in der Wirbelschichtrinne errechnen lässt. Aus der Information der Bodensteinzahl sowie der mittleren Verweilzeit eines Prozesses kann nun die durch erneutes numerisches Lösen der Konvektions-Dispersionsgleichung die endgültige Verweilzeitverteilung vorausgesagt werden.
Weitergehend wurde die Verweilzeitverteilung an ein Zweizonen-Trocknungsmodell gekoppelt, um die Verteilung der Partikelfeuchte über die Prozesszeit zu bestimmen. Hierfür wurden zusätzlich experimentelle Untersuchungen, unter Variation von für die Trocknung relevanten Prozessparametern, durchgeführt. Die anschließend gemessene Verteilung der Feuchtebeladung von Einzelpartikeln wurde mit den Ergebnissen des Modells verglichen. Hierbei ergeben sich Abweichungen im Bereich höherer Partikelfeuchten, welche auf Modellannahmen zurückzuführen sind.
Als weitere Partikeleigenschaft sollte die Schichtdicke von im Coatingprozess beschichteten Partikeln betrachtet werden. Hierfür wurde erneut die zuvor bestimmte Verweilzeitverteilung in die Modellierung des Coatingprozesses einbezogen. Wie zuvor bei der Trocknung wurden auch beim Coating Experimente durchgeführt, welche der Validierung des Coatingmodells dienten. Zusätzlich wurden drei Methoden zur Analyse der Partikelschichtdicke und ihrer Verteilung angewandt und die Ergebnisse einander gegenübergestellt. Die auftretenden Abweichungen von Simulations- und Messwerten sind ähnlich wie beim Trocknungsmodell auf Annahmen bei der Modellierung zurückzuführen.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema vom 12/12 bis 11/15 an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, Tel.: 0391/67-18784) unter der Leitung von Prof. Dr. E. Tsotsas (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. E. Tsotsas).
Das IGF-Vorhaben Nr. 17633 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.