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Modellierung der hierarchischen Strukturbildung bei der Sprühtrocknung mittels CFD-DEM-Kopplung und Continuous-Species-Transport

Fördergeber: DFG (Nahostkooperation)

Projektbearbeitung: Silas Wolf

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Partikel- und Aggregatstrukturen im Mikro- und Nanometerbereich sind Grundlage für viele Produkte im analytischen, chemischen, biotechnologischen und pharmazeutischen Bereich. Poröse, aus Partikeln hergestellte Systeme werden in der chromatographischen Reinigung, in katalytischen Prozessen und als Träger für die kontrollierte Freisetzung von pharmazeutischen Wirkstoffen eingesetzt. Die Systemeigenschaften hängen von den Materialeigenschaften und der zugrundeliegenden Partikel- oder Aggregatstruktur ab. Die Verarbeitungsschritte, einschließlich der Formulierung, haben einen erheblichen Einfluss auf die Struktur und die technischen Eigenschaften. Die zentrale Frage ist, wie Aggregatsysteme für verschiedene Anwendungen strukturiert werden können, um den Stofftransport zu optimieren und die mechanische Stabilität zu erhalten. In früheren Projekten wurden Aggregatsysteme mittels Sprühtrocknung aus nanopartikulären Suspensionen untersucht.

Dieses Projekt zielt darauf ab, CFD-DEM-Simulationen durchzuführen, um die Strukturbildung auf Partikelebene zu verstehen, insbesondere hierarchische Strukturen in der ersten Trocknungsphase. Gleichzeitig wird ein Modellierungsansatz der Gruppe von Prof. Avi Levy an der Ben-Gurion-Universität des Negev, Israel, mehrere Partikelgrößen und Interaktionen in beiden Trocknungsphasen berücksichtigen. Die CFD-DEM-Ergebnisse werden die Modellentwicklung effizient unterstützen. Dieser integrierte Ansatz wird es ermöglichen, den Einfluss verschiedener Prozess- und Formulierungsbedingungen auf das Produkt effizient zu untersuchen. Letztendlich sollen die Modelle eine Prozessoptimierung ermöglichen und die Strukturbildung während der Sprühtrocknung vorhersagen.

Ziele und Aufgaben des iPAT

  • Simulation der Trocknung eines einzelnen Suspensionstropfens mittel CFD-DEM-Kopplung
  • Entwicklung verbesserter Methoden zur Darstellung der Verdampfung und der Tropfenform
  • Untersuchung der hierarchischen Strukturbildung bei der Sprühtrocknung
  • Unterstützung des alternativen Modellierungsansatzes (Continuous-Species-Transport)
  • Charakterisierung sprühgetrockneter Aggregate zur Validierung der Modelle

 

Projektpartner: Arbeitsgruppe Prof. Avi Levy (Ben-Gurion Universität des Negev, Israel)

Modellierung der hierarchischen Strukturbildung bei der Sprühtrocknung mittels CFD-DEM-Kopplung und Continuous-Species-Transport

Abb.: Schematische Darstellung des Projektplans

 

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