Morphology Evolution of Particles in Spray Processes

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Hochdisperse Pulversysteme können mittels Sprühverfahren hergestellt werden, wobei die Ausgangssubstanzen in flüssiger einphasiger oder mehrphasiger Form - vielfach als Lösungsmittel-Emulsionen oder -Suspensionen - vorliegen. Nach der Zerstäubung bzw. Zerteilung laufen in den einzelnen Partikeln Strukturbildungsprozesse ab. Die Verdampfung des Lösungsmittels hat dabei so zu erfolgen, dass die entstehenden Pulver eine optimale poröse Struktur erhalten. Das beantragte Vorhaben hat das Ziel, diese Morphologieentwicklung und die daraus resultierenden Eigenschaften mittels einer detaillierten Simulationen der chemischen und physikalischen Prozesse und einer geeigneten Beschreibung der Materialeigenschaften der festen Phase zu erfassen. Etablierte, gitterbasierte Modelle von Einzeltropfen basieren bisher meist auf der Annahme quasihomogener Medien und können daher keine Aussagen zur Strukturbildung liefern. Für die Simulation komplexer Strukturbildungsprozesse sind dagegen die in diesem Projekt zu entwickelnden gitterfreien Berechnungsverfahren vom Typ der Smothed Particle Hydrodynamics, SPH, sehr attraktiv. Da hier die Gitteradaption und die Oberflächenrekonstruktion entfallen, lassen sich morphologische Berechnungen wie Frakturen oder die Vereinigung von Hohlräumen sehr viel einfacher abbilden. Allerdings steht die internationale Entwicklung von SPH-Verfahren für verfahrenstechnische Fragestellungen der Materialentwicklung noch ganz am Anfang. im ersten Teil wurde daher die SPH-Methodik grundsätzlich im Hinblick auf Trocknungsprozesse angepasst. Im zweiten Abschnitt wurde das Modell zunächst hinsichtlich der Trocknung von Suspensionen erweitert. Sodann wurden die etablierten, gitterbasierten Ansätze in Bezug auf den reaktiven Trocknungsprozess der Sprühpolymerisation erweitert. In der abschließenden, dritten Periode sollen die bestehenden Methoden in intensiver Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen zu prädiktiven Modellen weiterentwickelt werden.