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SPP 1679: Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse

Das zentrale Ziel des Schwerpunktprogramms war es, numerische Werkzeuge für eine dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse zu schaffen. Hierzu müssen physikalisch basierte, dynamische Modelle verschiedener Apparate und Prozesse der Feststoffverfahrenstechnik formuliert und implementiert werden. Im Hinblick auf die Simulation vernetzter Feststoffprozesse ergeben sich einige Anforderungen an diese Modelle. Die Modelle sollen einen möglichst weiten Einsatzbereich haben, insbesondere sollten sie nicht auf bestimmte Stoffsysteme beschränkt sein. Hierzu müssen die dispersen Eigenschaften der Feststoffe berücksichtigt werden (Korngrößenverteilung, Verteilung der Zusammensetzung, der Dichte, der Kornform und weitere Eigenschaften). Damit die Modelle für die Simulation komplexer vernetzter Feststoffprozesse genutzt werden können, dürfen sie trotz der vorgenannten Randbedingungen keine zu hohen Anforderungen bzgl. der Rechnerressourcen haben. Zur Formulierung der Modelle wurden experimentelle Untersuchungen und numerische Experimente mit CFD- bzw. DEM-Methoden durchgeführt.

Prozessmodellbildung für dynamische disperse Trenn- und Abscheideprozesse

Module zur Fließschemasimulation (FSS) von Trenn- und Abscheideprozessen in einem Elektroabscheider werden in das Rahmensystem der im SPP 1679 entwickelten Fließschemasimulation implementiert. Die Trenn- und Redispergierfunktionen werden dabei aus numerischen und experimentellen Strömungs- und Partikelanalysen abgeleitet, wobei eine Skalierung des Modells auf Grundlage von Prozessparametern, Geometrievariationen und Materialeigenschaften erfolgt. Die Verwendung unterschiedlicher Modellmaterialien (Ulmer Weiß und Pural NF) zeigte in den Versuchen ein materialabhängiges dynamisches Abscheideverhalten. Proben repräsentativer Wandschichten im Mikroskop wiesen eine zeitliche invariante homogene Oberflächenstruktur für Ulmer Weiß, während die Rauheit der Schicht bei den Versuchen mit Pural stetig anwuchs. Bei den Simulationen ist der Abscheidegrad von Partikeln durch das effektiv durchlaufene elektrische Feld bestimmt. Dieses ändert seine Amplitude und Form mit dem Einsatz unterschiedlicher Elektrodengeometrien. Das makroskopische Modell bildet dieses Verhalten über einen Geometrieparameter ab und erreicht eine gute Übereinstimmung mit den Abscheidekurven der CFD-Simulation. Die Anlagendynamiken und die Skalierung auf industrielle Anlagengrößen, Stoffsysteme und Klimabedingungen stand im Fokus. Das Fließschemaprozessmodell wird auf diese Anwendungsfälle erweitert, wobei insbesondere die Redispersion von bereits abgeschiedenen Partikeln als interne Prozessdynamik betrachtet wird. Die abzuleitenden Prozessmodule werden auf Basis des im SPP entwickelten Rahmensystems implementiert und angewendet. Die Anwendung des Modells konnte zeigen, dass dynamische Abscheideprozesse als Funktion von Anlage, Prozessbedingungen und Material in der FSS abgebildet werden können.

Website des SPP 1679 hier.