Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sprühtrocknen partikelgenau unter der virtuellen Lupe

06.05.2015

Das Sprühtrocknen ist ein verbreiteter Herstellungsprozess, um Keramikgranulate für technische Bauteile oder Zahnersatz herzustellen, oder um gelöste medizinische Wirkstoffe, Lebensmittelzusätze oder Milch zu Pulver zu verarbeiten. Mit einer am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM entwickelten Simulationsmethode ist nun exakter nachvollziehbar, wie sich die Teilchen im Lösungsmittel während des Sprühtrocknens verhalten. Damit können Pulver- und Granulathersteller gezielter die Eigenschaften ihrer Produkte einstellen und ihren Ausschuss verringern.

Bisher ist es bei Granulat- und Pulverherstellern unüblich, Simulationen auf Granulenebene für Produktverbesserungen zu nutzen. Um neue Produkte zu entwickeln oder Prozesse zu optimieren, waren die Hersteller bisher auf Versuch und Irrtum angewiesen.


Sprühgetrocknete Granulen: Je nach Wahl der Prozess- und Suspensionsparameter kann die Simulation dichte (links), poröse oder hohle (rechts) Granulen erzeugen.

© Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Die Vorgänge beim Sprühtrocknen sind jedoch von vielen Prozessparametern sowie vom Materialverhalten der Flüssigkeit und der darin gelösten Teilchen beeinflusst. Das Fraunhofer IWM hat nun eine neue Simulationsmethode entwickelt: Eine gekoppelte Teilchen- und Strömungssimulation zeigt die Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und der Suspension auf.

»Dabei fließen die verschiedenen Teilchengrößen und ihre Anordnung in der Flüssigkeit mit ein«, erklärt Thomas Breinlinger, Simulationsexperte am Fraunhofer IWM. »Wir können zum Beispiel erfassen, ob sich die kleinen Teilchen vermehrt außen und die größeren eher innen befinden oder wie sie sich in der Flüssigkeit während des Prozesses bewegen.«

Das neue numerische Modell kombiniert die am Fraunhofer IWM langjährig etablierten Partikel- und Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics CFD und Diskrete Element Methode DEM). Die Simulation der Trocknungstechnik »Sprühtrocknen« ist bereits bei Keramikgranulaten erfolgreich im Einsatz, kann aber auch für Pulver und Granulate der Pharma-, Bio- oder Lebensmittelindustrie und der Nanotechnologie eingesetzt werden.

Auch Hersteller von Trocknungsanlagen können von der Simulation profitieren wenn es darum geht, die Entstehung der Granulen und ihrer Struktur besser zu verstehen.

Mit Simulationen die Wirtschaftlichkeit erhöhen

Mit der neuen Methode können Granulathersteller besser verstehen, wie ihr Produkt entsteht und was während der Produktion die Granulatqualität beeinträchtigt. Dabei wird deutlich, welche der modellierten Einflussfaktoren tatsächlich relevant sind, um die Produktqualität zu verbessern oder eventuelle Probleme zu lösen. Die Prozesssimulation kann zudem die Entwicklung neuer Produkte unterstützen und so helfen, Entwicklungskosten zu sparen.

In einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG geförderten Projekt haben die Expertinnen und Experten am Fraunhofer IWM unterschiedliche Keramiksuspensionen simuliert und dabei ihre Unterschiede erfasst. »Wir haben für die Simulation mehrere Primärteilchen, das sind die tatsächlichen Teilchen in der Suspension, zusammengefasst und als ein Partikel betrachtet«, sagt Breinlinger, der die Partikel in der Simulation leicht vergrößert darstellt, um sie besser berechenbar zu machen.

»Je nachdem, ob die Primärteilchen in der Suspension eher agglomeriert oder dispergiert vorliegen, erhalten die Simulationspartikel unterschiedliche Eigenschaften, die die Interaktion der Primärteilchen abbilden«, führt er aus. So könne der Einfluss der Wechselwirkung der mikroskopisch kleinen Primärteilchen auf die Entstehung der Granulen beschrieben werden, ohne diese unmittelbar simulieren zu müssen.

Bei seiner Arbeit greift Breinlinger auf die langjährige Erfahrung in der Werkstoffmodellierung und in der Strömungs- und Partikelsimulation, auf die Kompetenzen in der Entwicklung von Simulationscodes und den entsprechenden Methoden sowie auf das fundierte Materialverständnis zurück, die das Fraunhofer IWM etabliert hat.

Anwendung der Simulation auf technische Prozesse des Sprühtrocknens

Die Werkstoffspezialistinnen und -spezialisten suchen nun Industriepartner, um deren speziellen Sprühtrocknungsprozess nachzustellen. Momentan betrachten sie die energetischen Potenziale zwischen den Partikeln in einer angenäherten Form und berechnen ein »verschmiertes« Suspensionsverhalten. Zukünftig möchten sie diese Parameter in einer weiter detaillierten Simulation am konkreten Anwendungsfall validieren. »Das Werkzeug funktioniert schon sehr gut und wir wollen es natürlich noch weiter verfeinern und vor allem großtechnisch nutzbar machen«, skizziert Breinlinger das Vorhaben.

Weitere Informationen:

http://www.iwm.fraunhofer.de/presse-veranstaltungen-publikationen-preise/details... - Pressemitteilung online mit druckfähigem Bild -
http://www.iwm.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/fertigungsprozesse/pulvertechnolog... - Fraunhofer IWM: Pulvertechnologie, Fluiddynamik -

Thomas Götz | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht 3D-Bilder von Krebszellen im Körper: Medizinphysiker aus Halle stellen neues Verfahren vor
16.05.2018 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Innovatives Verfahren zur umweltschonenden Gülleaufbereitung kommt auf den Markt
03.05.2018 | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics