Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil ...¤sentationen/Folien_FO_MVT_5_2011.pdf · Rasterelektronenmikroskopie (REM) - Aufnahme der SiO 2 - Nanopartikel T. Günther,

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 1/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Prolog: Von „Makro zu Mikro“ durch Zerkleinerung

DEM-Simu-lation eines Prallbrechers

Rotorumfangs-geschwindigkeit

vU = 25 m/s

Jeschke, H., Poppy, W. und W. Schubert, Betonzerkleinerung im Prallbrecher - Experiment und Simulation, Aufbereitungs-Technik 47 (2006)6, 4-21

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 2/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg Übersicht 5/2011 Magdeburg

Verknüpfung von Apparate- und Anlagentechnik mit modernen Stoffwissenschaften (Physik, Biologie, Chemie) + mathematische Methoden der Mechanik und Systemtechnik

Partikeltechnologie Verfahrenstechnik komplexer

Stoffkreisläufe 1. Energetisch effiziente Erzeugung ultrafeiner bis nanoskaliger Partikel-systeme

• Physikal. Produkteigenschaften, -erzeu-gung, Produktgestaltung, -formulierung, Partikelmechanik und Schüttguttechnik

• Physikalische Grundlagen, Mikroprozesse & Prozessauslegung der Zerkleinerung, Fällung, Partikel-Trennung (Sortierung, Klassierung), Pressfiltration

• Funktionelle Auslegung der Apparate, Maschinen und deren Verschaltungen in Prozessgruppen

2. Umwelttechnik und Recycling-technologien

• Aufbereitungsprozesse fester Abfälle (Aufschlusszerkleinerung und Wertstoffabtrennung)

• Abwasserreinigung (Schlamm-entwässerung & Klärschlamm-verwertung)

• Baustoffrecycling • Stoffrecyclingverfahren, Produkt- gestaltung & -formulierung

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 3/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Mitarbeiter des Lehrstuhles für Mechanische Verfahrenstechnik Nicolle Degen

Sekretärin Prof. Dr.-Ing. habil.

Jürgen Tomas Lehrstuhlleiter

Dr.-Ing. Andreas Schlinkert

Laboringenieur

Dipl.-Ing. Bernd Ebenau

Konsultant

Dipl.-Ing. Sebastian Kleinschmidt

Wiss. Mitarbeiter

Mikro - Makroprozesse Verfahrenstechnik komplexer Stoffkreisläufe

Dr. rer. nat. Werner Hintz

Wiss. Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Katja Mader

Wiss. Mitarbeiterin

Dr. rer. nat. Sergej Aman

Wiss. Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Hendrik Mainka Wiss. Mitarbeiter

Nanopartikeltechnik

Dipl.-Ing. Sören Stein

Wiss. Mitabeiter

MSc. Salman

Grad. Stipendiat

Dr.-Ing. Peter Müller

Wiss. Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Martin Pieper

Wiss. Mitarbeiter

Dr. Azamat Omarov Wiss. Mitarbeiter

MSc. Olakunle Olatunji Grad. Stipendiat

Dipl.-Ing. (FH) Antje Keitel Laborantin

Andrea Tausch Fo.-Sekretärin

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 4/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg Übersicht 5/2011 Magdeburg

Partikeltechnologie Verfahrenstechnik komplexer Stoffkreisläufe

Nanopartikeltechnik

Herstellung von Nanopartikeln durch Kristallisation und Fällung, Prozess-dynamik, Populations- bilanzen

Physikalische Charakterisierung von Nanopartikelsystemen

Herstellung ultrafeiner Partikel durch Kombination von Fällung und Intensivmahlung

Mikromechanik der Partikelhaftung, Pulvermechanik, Mikroprozesse der Partikelhaftung

Mikro – Makroprozesse

Verbesserung der Fließfähigkeit kohäsiver Pulver durch nanoskalige Fließhilfsmittel

Vibrationen, Trichteraustrag & Fließei-genschaften kohäsiver ultrafeiner Pulver

Radiowellen- & Lichtemission bei Kontaktdef. & Partikelbruch

Deformation & Bruch von Granulaten, Kristallen & Weizenkörnern bei Druck- & Stoßbeanspruchungen

Modellierung und DEM-Simulation des Bruchverhaltens von Partikelver-bundstoffen

Recycling of EAF dust by an inno-vative leach-grinding process*

Kryogene Aufschlußzerkleinerung von nachwachsenden biologischen Rohstoffen zur Gewinnung von Wertstoffen* Pressfiltration flüss.gesättigter, verdich-

teter, ultrafeiner Partikelpackungen

Sebastian Kleinschmidt

Sergej Aman

Sören Stein Olakunle Olatunji

Werner Hintz Martin Pieper Hendrik Mainka

Martin Pieper

Bernd Ebenau Andreas Schlinkert

Jürgen Tomas Katja Mader

N.N.

* 2006 - 2010

Mehrstufige Aerosortierung und Recycling von PET-Flaschen, Hanffasern u.ä.

Verknüpfung der Apparate- und Anlagentechnik mit modernen Stoffwissenschaften (Physik, Chemie, Biologie) + Mathematische Methoden der Mechanik und Systemtechnik

Peter Müller

Peter Müller Sergej Aman Azamat Omarov Salman

Antje Keitel

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 5/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Hierarchie in der Feststoffverfahrenstechnik Ordnung

Unabhängig von Stoffsystemen!

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 6/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Partikeltechnologie

Verfahrenstechnik komplexer Stoffkreisläufe

Partikelmeßtechnik: Kastensiebmaschine, Laser-beugungs- & Streulichtgeräte, Röntgen-Sedi-mentationszentrifuge, Mikroskop mit Bildaus-wertung, BET- & Blaine-Gerät, Zetapotential-Messgeräte, Ultraschallspektrometer, Queck-silberporosimeter, Gassorptionsgeräte, Permea-bilitätstestgerät, Helium- & Pulverpyknometer

Reaktoren & Zerkleinerungsmaschinen: Rührreaktoren, Prallkanone, Backenbrecher, Hammer-, Stift-, Turborotor-, Kugel-, Prall-, Schneid-, Reib-, Walzen-, Kolloid- & Rühr-werksmühlen, Strahlmühle-Sichter-Kreislauf, Photo- & Mechanolumineszenz-Meßtechnik

Schüttgutmeßtechnik: Translationsschergeräte, schwingende TSZ, Ringschergerät, Preß-Scher-zelle, Zeitverfestigungsbänke mit Trocken-schränken, Heizofen & Klimaschrank, Feuchte-meßtechnik, Wirbelpunkttestgerät, Klopfdichte

Probenaufbereitung: Probenteiler und Mischer (Zwangs- & Trommelmischer, Laborrührwerke, Dispergierrührwerk)

Mechanische Flüssigkeitsabtrennung: Sedimentierzylinder, Zentrifuge, Ultra-zentrifuge, Kuchenfiltrationsapparatur, Druckfilter, Druck-Scherfilter, Platten-membranfilter, Filtermitteltestgerät

Fest-Fest-Trennprozesse: Klassiermaschi-nen (Kreisschwingsieb, Zentrifugalrad-sichter), Sortiermaschinen (Zick-Zack-Sichter-Kreislauf, Luftherd, Flotations-zelle)

Ausrüstungen d. Mechanischen Verfahrenstechnik

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 7/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

DFG-SPP 1486 „Partikel im Kontakt - Mikromechanik, Mikroprozessdynamik und Partikelkollektive (PiKo)“

- Ziel: Kontakt- und Strukturprobleme mit interdisziplinären Methoden und multiskaligen Ansätzen lösen

- Projektbereiche:

A Physikalisch-chemische Grundvorgänge innerhalb der Kontaktzone (3 TP)

B Partikel-Partikel- und Partikel-Wand-Kontakte (16 TP)

C Partikelstöße und deren Dynamik (1 TP)

D Konstitutive Stoffgesetze für Partikelkollektive auf der Makroebene (4 TP)

- Fördermittel (seit 5/2010): 2,37 Mill. €/a www.piko.ovgu.de/

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 8/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Vielen Dank für ... die Diskussionen, experimentellen Beiträge und konstruktiven Hinweise bei seinen Mitarbeitern: S. Aman, S. Antoniuk, T. Gröger, B. Ebenau, L. Grossmann, T. Günther, A. Haack, W. Hintz, G. Kache, M. Khanal, T. Kollmann, C. Mendel, T. Mladenchev, P. Müller, T. Nikolov, B. Reichmann, W. Schubert, R. Tykhoniuk, … fruchtbare Zusammenarbeit (Mechanik, Physik, Werkstofftechnik, Mathematik, VT) mit H. Altenbach, A. Bertram, U. Gabbert, K. Kassner, D. Regener, P. Streitenberger, L. Tobiska, E. Tsotsas, G. Warnecke … im DFG-Graduiertenkolleg 828 und 1554 “Mikro-Makro-Wechselwirkungen in Strukturierten Medien und Partikelsystemen“ (2002 - 2008 und 2010 - 2014). die intensiven und kritischen Diskussionen der physikalischen Grundlagen mit S. Luding (TU Twente), H.-J. Butt und M. Kappl (MPI Mainz) im Rahmen des gemeinsamen Projektes “Scherdynamik“ im DFG-Sonderprogramm “Verhalten Granularer Medien“ (2000 - 2006) sowie „Kontaktmodelle“, „Sinterkinetik“ und „Sintern“ im aktuellen DFG-Schwerpunkt 1486 „PiKo“ (2010 - 2016).

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 9/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Folien zur Diskussion …

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 10/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Synthese von SiO2-Partikeln im Stöber-Prozess, Partikelerzeugung und Charakterisierung der Produkteigenschaften

Versuchsaufbau:

TEOS

Isopropanol, Wasser, Ammoniumhydroxid SiO2-Partikel, pH: 10-11, T: 20-60 °C

Charakterisierung der Partikel: Photonenkorrelationspektroskopie Laser Doppler Elektrophorese Rasterelektronenmikroskop

M

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 11/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Synthese von SiO2-Partikeln im Stöber-Prozess, Partikelerzeugung und Charakterisierung der Produkteigenschaften

Reaktionen in ethanolischer Suspension (Cosolvent) bei pH 11-12 : • 1. Hydrolyse : Si(OC2H5)4 + 4 H2O 4 C2H5OH + Si(OH)4 Tetraethylorthosilikat Orthokieselsäure

• 2. Kondensation: Si(OH)4 2 H2O + SiO2 Orthokieselsäure Siliziumdioxid

Si O - C2H5

O - C2H5

H5C2 - O

H5C2 - O

Si OH

OH HO

HO

Si - O - Si - O - Si -

O - l l

O -

O l l

O

- Si - l l

- Si -

- Si - l l

- Si -

- O l

l - O

Grundlagen der SiO2-Synthese, Struktur von SiO2-Partikeln (W. Stöber, A. Fink, E. Bohn, Journal of Colloid and Interface Science, 1968, 26, 62) Ausgangsstoff: • Tetraethylorthosilikat (TEOS)

NH3

NH3

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 12/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Temperatur : 50 °C

Übersättigung : 135

Partikelgrößenverteilung Q0 (d): Keimbildung und Wachstum des SiO2

Stöber - Prozess zur Herstellung monodisperser Siliziumdioxid-Partikel

Rasterelektronenmikroskopie (REM) - Aufnahme der SiO2 - Nanopartikel

T. Günther, J. Jupesta, W. Hintz, J. Tomas, Untersuchung der Einflußgrößen auf das Wachstum von Siliziumdioxidpartikeln, Vortrag, GVC-Fachausschußtagung Kristallisation, Boppard, 17.-18.03.2005

0 50 100 150 200 250 3000

20

40

60

80

100

Reaktionszeit

2 min 4 min 15 min

Parti

kelgr

ößen

verte

ilung

Q0 in

%

Partikeldurchmesser d in nm

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 13/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Herstellung der Nanopartikel aus Titan (IV) - oxid

Prozeß: Sol - Gel - Synthese - Redispergierung Chemische Reaktionen: Hydrolyse - Polykondensation - Redispergierung

Hydrolyse :

Ti(OC3H7)4 + 4 H2O Ti(OH)4 + 4 C3H7OH

Tetra isopropyl orthotitanat Titan (IV) - hydroxid Isopropanol

Polykondensation :

Ti(OH)4 TiO2 + 2 H2O

Titan (IV) - hydroxid Titan (IV) - oxid

Redispergierung :

TiO2 (Gel) nano - TiO2 (Sol)

Titan (IV) - oxid Titan (IV) - oxid

pH 1,3 (0,1 M HNO3)

pH 1,3 (0,1 M HNO3)

wässrige Suspension, 50 °C

pH 1,3 (0,1 M HNO3)

wässrige Suspension, 50 °C

wässrige Suspension, 50 °C

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 14/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Partikelgrößenverteilungen während der Redispergierung

0 10 20 30 40 50 60 70 800

20

40

60

80

100

Reaktionszeit - Redispergierung nach

6 Stunden 7 Stunden 8 Stunden 9 Stunden 10 Stunden

Agglo

mera

tgröß

enve

rteilu

ng Q

0 in %

Agglomeratdurchmesser in nm

Agglomeratgrößenverteilungen Q0(d) (charakt. Schergeschwindigkeit γ = 437 s-1) Übersicht 10/2009 Magdeburg

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 15/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg Promotionskolloquium Petrova, 26.09.2008

af

d

c

be

i

g

h

d – Thermostatierung e – Zahnradpumpe f – Eduktzufuhr g – Thermoelement h – Temperaturanzeige

i – Probenahme

Untersuchung der Fällung von Bariumsulfat

Versuchsapparatur Versuchsdurchführung a – Rührer

b – regulierbarer Rührerantrieb

c – Reaktor

• BaCl2 + K2SO4 BaSO4 + 2 KCl

• diskontinuierliche Versuche

• BaCl2 – Lösung wird im Reaktor vorlegt

• K2SO4 – Lösung wird mit der

Zahnradpumpe hinzugegeben

• Dispergiermittel wird vor der Dosierung

der BaCl2 – Lösung zugefügt

• Die Partikelgrößenverteilungen werden

direkt nach der Fällung mit dynamischer

Lichtstreuung gemessen

→

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 16/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Agglomeratstruktur der gefällten Partikel aus Bariumsulfat

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der ohne Dispergiermittel gefällten Agglomerate aus Bariumsulfat

Methode: Rasterelektronenmikroskopie (REM), Edukte: 0,5 mol/l, R= 1, Sc = 25.000, T = 25 °C Zugabe von Bariumchlorid zu Kaliumsulfat, 80 ml/min, ohne Zusatz von Dispergiermittel

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 17/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg Promotionskolloquium Petrova, 26.09.2008

Zerkleinerung und mechanische Desintegration in einer Ringspaltmühle

• diskontinuierliche Versuche

• Mahlgut – gefälltes Bariumsulfat, bzw. Bariumsulfat-Agglomerate

• Messung des Zerkleinerungs- fortschrittes mit Laserbeugung

• Messung des Leistungseintrages

• Messung der spezifischen Partikeloberfläche

• Dispergiermittelzugabe um Reagglomerationserscheinungen zu verhindern

Stator

Rotor

MahlkörperWelle

Eintritt Kühlflüssigkeit

Austritt

Mahlguteintritt

Mahlgutaustritt

Spaltsieb

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 18/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg Promotionskolloquium Petrova, 26.09.2008

Untersuchung der Zerkleinerung Einfluss des Dispergiermittels MelPers (theoretischer Bedeckungsgrad θ)

0

2

4

6

1 10 100theoretischer Bedeckungsgrad θ in %

60

50

40

30

∆AS,

MG

/EM

G in

m2 /k

J

u = 9,5 m/s φ = 70 %d MK = 1,0 – 1,2 mm

Mahlgutkonzentration c MG in Ma-%

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,1 1 10 100theoretischer Bedeckungsgrad θ in %

spez

. Lei

stun

gsei

ntra

g P M

G in

W/g

keine/geringeStabilisierung

ausreichendeStabilisierung

Flockung c MG = 30 Ma-%u = 9,5 m/s φ = 70 %d MK = 1,0 – 1,2 mm

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 19/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Synthese von BaSO4-Partikeln, Partikelerzeugung und Charakterisierung der Produkteigenschaften

Bild 19

10 100 1000 100000

20

40

60

80

100

Parti

kelgr

ößen

verte

ilung

Q0(

d) in

%

Partikeldurchmesser d in nm

mit 0,02 g Disp.-mittel /g BaSO4 (DLS) ohne Dispergiermittel (DLS) : Agglomerat ohne Dispergiermittel (REM): Primärpartikel

Methode: dynamische Lichtstreuung

Rasterelektronenmikroskopie

Edukte: 0,5 mol/l, R=1, Sc =25.000

25 °C, 80 ml/min

mit / ohne Dispergiermittel (0,02 g/g)

mittlere Agglomeratdurchmesser:

mit Dispergiermittel :

d50,0 = 82,0 nm

ohne Dispergiermittel:

d50,0 = 1.498,2 nm (DLS)

d50,0 = 79,0 nm (REM)

Partikelgrößenverteilungen während des Fällungsprozesses von BaSO4

Vergleich der Partikelgrößenverteilungen Q0(d) des gefällten BaSO4 mit und ohne Dispergiermittel, Partikelgrößen bestimmt mittels dynamischer Lichtstreuung und Rasterelektronenmikroskopie

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 20/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Erzeugung ultrafeiner Partikel durch Feinstmahlung 2. Mahlung

Antrieb 8 kW

Drehmomenten- messung

Rotor-Stator System

Kühlmantel

stat. Momentenmessung

Rutschkupplung Abb 10: Neuer leistungsfähiger multifunktionaler

Ringspaltreaktor zur Fällung, Mahlung und

Desintegration ultrafeiner bis

nanoskaliger Partikel

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 21/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Herstellung magnetischer Nanopartikel

• Folgende Reaktion wird durchgeführt:

Fe2+ + 2Fe3+ +8OH- 2β-FeOOH + Fe2+ + 2H2O + 2OH- Fe3O4+4H2O

• Prozessparameter - Eingangsstoffe (Edukte): FeCl2, FeCl3, NaOH, NH4OH - Stabilisierungsmittel: Natriumazetat, Natriumzitrat - Temperatur von 60° C - Umrühren bei 500 U/min mit Glasrührer - Reaktionszeitraum: 3 Stunden

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 22/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Ergebnisse der Herstellung magnetischer Nanopartikel

• Die Rolle des Stabilisierungsmittels

mit Zitrat mit Azetat

Fe (OH)3 Fe (OH+2)3 Fe (O-)3

3 H+

H+

Experiment Exp. 3 Exp. 5 Exp. 6 Exp 7 Exp. 8 Exp. 9 Exp. 10 Zeta- Potential -33.8 23.2 -44.5 9.02 -33.3 -35 -11.4 in mV

Natriumzitrat

Natriumazetat

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 23/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Synthese magnetischer Nanopartikel

Partikelgrössenverteilung der magnetite-Nanopartikel in NH4OH (exp 9 und 10)

0

20

40

60

80

100

10 100 1000Partikeldurchmesser d in nm

Parti

kelg

röss

enve

rteilu

ng Q

o (d

) in

%

Magnetite-Nanopartikel inNH4OH und citrat (exp 9)

Magnetite-Nanopartikel inNH4OH und citrat (exp 10)

• Vergleich Exp. 9 (molares Verhältnis Fe2+/Fe3+ 1:1) zu Exp. 10 (molares Verhältnis Fe2+/Fe3+ 1:3)

• Wirkung der molaren Verhältnisse der Eingangsstoffe

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 24/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

• Annahme:

Kinetik chemischer Reaktionen

•

• Bezüglich der Partikelanzahl-

konzentration ist die Desintegration

ein kinetischer Prozess erster Ordnung:

• Bezüglich der Partikelanzahlkonzentration ist die Agglomeration

ein kinetischer Prozess zweiter Ordnung:

Modellierung der Agglomeration und Desintegration - Übersicht

W. Hintz, T. Nikolov, J. Tomas Partikelagglomeration und –desintegration zur Produktgestaltung von nanoskaligem Titan(IV)-oxid, 3. Symposium “Produktgestaltung in der Partikeltechnologie” 21.-23. Juni 2006, Pfinztal

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 25/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg B. Dobiáš Coagulation and Flocculation – Theory and Applications, Surfactant Science Series Vol. 47, Marcel Dekker, New York, 1993

Modellierung der Agglomeration und Desintegration – Bilanzgleichungen

• Populationsbilanz für die reversible Agglomeration und Desintegration: ma x1

, , ,1 1

1(1 ) (1 )

2

kk

i k i i k i i k i k i k i k ii i

dCk C C C k C

dtδ δ

−

− − −= =

= + − +∑ ∑ Agglomeration

Desintegration

• Lösungsansatz für die Gleichgewichtskonstante:

kdC0

dt= ⇒

( )( ) ( )( )

( ) ( )

ma x3 3

, ,

ma x13 3

, ,1 1

11 1

21

1 12

k 1

i k i i k i i k i k i k i k ii 1 i 1

G k

k i k i k i k i k i ki i

r r C C C r r CK

C r r C

δ δ

δ δ

−

− − −= =

−

− + += =

+ + − + +=

+ − +

∑ ∑

∑ ∑

• kinetische Konstanten der Aggl. & Desint.: ( )3

i j D i jk k r r= + 3i j D i jb b r+=

ma x

, , ,1

1(1 ) (1 )

2

k 1

k i k i i k i i k i k i ki 1 i

C b b Cδ δ−

− − += =

− + + +∑ ∑

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 26/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Modellierung der Agglomeration und Desintegration – Kinetikkonstanten für TiO2

0

25

50

75

100

10 100 1000 10000

Partikelgröße d in nm

Part

ikel

größ

enve

rtei

lung

SimulationMessdatenSimulationMessdatenSimulationMessdaten

Part

ikel

größ

enve

rtei

lung

Q0(d

) in

%

t = 0 min

Part

ikel

größ

enve

rtei

lung

Q0(d

) in

%

t = 1 min

Part

ikel

größ

enve

rtei

lung

Q0(d

) in

%

t = 60 min

c M = 10 Ma% = 13 %u = 9,5 m/s = 70 %d MK = 0,8 – 1,0 mm

k D in s-1 7,9546∙10-21

b D in cm3/s 1,7746∙10-8

K G in cm3 6,7549∙10-13

Promotionskolloquium Petrova, 26.09.2008

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 27/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Partikelhaftung, Mikroprozesse der Partikelbindung 3. Grundlagen

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 28/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Partikelkontaktkräfte, Drehmomente, Kraft-Weg und Drehmoment-Winkel-Beziehungen

3. Kontakt-mechanik

„Übersicht der Forschungsthemen des Lehrstuhles MVT“ Mechanische Verfahrenstechnik - Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Tomas

Bild 29/8 Übersicht 6/2011 Magdeburg

Kontakt-Beanspruchungsarten für Druck, Gleiten, Rollen & Torsion mit lastabhängiger Haftung

3. Kontakt-mechanik