Institute of Mechanical Process Engineering and Mechanics

Modellierung der mehrdimensionalen Fraktionierung in Röhrenzentrifugen

  • Die gezielte Anpassung von Produkteigenschaften durch effiziente und flexible Trennoperationen ist ein wichtiger Aspekt der Feststoffverfahrenstechnik. Die Wahl der Prozessparameter ist dabei für die Qualität des Endproduktes von entscheidender Bedeutung. Besteht die Aufgabe darin, Nanopartikel kontinuierlich und anhand gewünschter Trennmerkmale aus einer Flüssigkeit zu entfernen, kommt beispielsweise eine Röhrenzentrifuge zum Einsatz. Die Modellierung des Trennapparats liefert wichtige Näherungslösungen, die zum einen Prozesswissen aufbauen und zum anderen die Anzahl experimenteller Untersuchungen reduzieren können.Während bei der Klassierung eines feststoffbasierten Produkts lediglich die Partikelgröße als Trennmerkmal zweier oder mehrerer Klassen fungiert, beschreibt die übergeordnete Operation der Fraktionierung das Auftrennen eines Kollektivs anhand mehrerer, distinktiver Eigenschaften. Hierfür können sowohl geometrische (Partikelgröße und -form), als auch stoffliche (Dichte, Grenzflächeneigenschaften) Feststoffmerkmale herangezogen werden. Komplexere Partikelsysteme mit einer Vielzahl an produktrelevanten Eigenschaften erfordern neue und optimierte Verfahren, die eine solche mehrdimensionale Fraktionierung ermöglichen. Bei dieser speziellen Trennaufgabe sind Unterschiede der Sedimentationskoeffizienten, dar Betrag der Sedimentationsgeschwindigkeit eines Feststoffes in einer flüssigen Phase in Bezug auf das wirkende Zentrifugalfeld, entscheidend.

    Im Rahmen der Masterarbeit ist zunächst ein umfassendes Verständnis zu dem Trennmerkmal: Sedimentationskoeffizient auf Basis einer Literaturrecherche aufzubauen. Es sind dabei neben den geometrischen Eigenschaften der Partikel auch Materialparameter zu beachten. Nach der Erstellung definierter Eigenschaftsverteilungen für mehrere fiktive Partikelsysteme sollen diese in einem dynamischen Simulationstool für Röhrenzentrifugen fraktioniert werden. Als Beispiel sei hier die Abscheidung eines dichten Materials (z.B. Zinkoxid) von leichten Polymerpartikeln genannt, während Letztere zeitgleich nach ihrer Partikelgröße klassiert werden. Neben der Untersuchung von speziellen Partikelmischungen ist ebenfalls eine automatisierte Parameterstudie denkbar, welche das Trennergebnis in Abhängigkeit der Prozessparameter Volumenstrom und Zentrifugalkraft approximieren kann.

    Theoretische Untersuchungen bilden den Schwerpunkt der Arbeit. Die Aufgabenstellung kann gerne individuellen Wünschen und Ideen angepasst werden. Falls du Interesse an dem Thema oder Fragen hast, komme gerne bei mir vorbei oder schreibe mir eine Mail.