2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15933Die Partikelformulierung in Wirbelschichten umfasst die Mikroprozesse Agglomeration, Granulation und Beschichtung und findet Anwendung für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie. Das wesentliche Ziel dabei ist, ursprünglich flüssige Materialien (Lösungen, Suspensionen oder Schmelzen) durch das Einsprühen in die Wirbelschicht in partikuläre Materialien zu überführen. Durch gezielte Einstellung der Prozessparameter lassen sich dadurch körnige, freifließende, staubarme, haltbare, hochwertige Feststoffe mit definierten Produkt- und Anwendungseigenschaften erzeugen. Das Institut für Feststoffverfahrenstechnik und Partikeltechnologie erforscht seit vielen Jahren die Anwendung und multiskalige Modellierung von Wirbelschichten zur Partikelformulierung durch Agglomeration, Granulation und Beschichtung, weiterhin zur thermischen Behandlung von partikulären Feststoffen und zur Trocknung. Dennoch ist der experimentelle Forschungsbereich limitiert, da die bestehende Laborwirbelschichtanlage keinen Staubexplosionsschutz, keine Zuluftentfeuchtung und keine ortsgebundene Reinigungsmöglichkeit bietet. Mit der beantragten Laborwirbelschichtanlage sollen diese Limitierungen überwunden und somit die Erforschung weiterer Materialsysteme ermöglicht werden. Die Anlage soll unter anderem in Forschungsvorhaben zur Beschichtung von hochporösen Aerogelpartikeln, für die Erzeugung von Partikeln mit hohen Energiedissipationsdichten und zur Herstellung von Kompositmaterialien und weiteren funktionalen Partikeln eingesetzt werden. Zudem soll die prinzipielle Anwendbarkeit der Wirbelschichtgranulation für zusätzliche Materialsysteme untersucht werden. Zu diesen Stoffsystemen zählen unter anderem stark staubende Pulver, wie sie häufig in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zu finden sind. Die Kornvergrößerung oder Beschichtung dieser Pulver stellt insbesondere in Zeiten erhöhten Umweltbewusstseins einen interessanten Forschungsbereich dar, da durch die Partikelformulierung die Stabilität der Pulver selbst verbessert und somit Verpackungsmaterial eingespart werden kann. Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt des Instituts ist die Erforschung des Zusammenhangs zwischen Prozess- und Apparateparametern sowie Produkt- und Anwendungseigenschaften. Dieser Zusammenhang wird für verschiedene Materialsysteme untersucht werden, um zukünftig Wirbelschichtprozesse in Industrie und Forschung besser vorhersagbar zu machen. Hier soll insbesondere eine enge Verknüpfung zu den multiskaligen Modellierungsansätzen geschaffen werden, um die Simulationen zu kalibrieren bzw. Prozesskinetiken für die Fließschemasimulation zu generieren. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt wird die Herausarbeitung von Skalierungsgesetzen sein. Durch die Installation einer Anlage mit zwei verschieden großen Prozesseinsätzen mit gleicher Geometrie können der Einfluss der Anlagengröße quantifiziert und neuartige Übertragungsgesetze etabliert werden.Particle formulation in fluidized beds includes the micro processes agglomeration, granulation and coating and is applied for the production of a lot of different products from chemical, pharmaceutical and food industry. The main aim is the production of particulate products out of the liquid phase by spraying liquid droplets (from solutions, suspensions or melts) into the fluidized bed. By directed adjustment of the process parameters granular, free-flowing, dust-free, stable and high-value particles with defined product and application properties can be produced.The Institute of Solids Process Engineering and Particle Technology has a long-term experience in the application and multi-scale simulation of fluidized beds for particle formulation by agglomeration, granulation and coating as well as for thermal treatment of particulate materials and for drying. Nevertheless, the experimental research area is limited as the existing lab-scale fluidized bed does not include a dust-explosion protection system, an inlet air dehumidification or a washing-in-place possibility. The requested lab-scale fluidized bed will overcome these limitations and will allow the investigation of additional material systems.The plant will be used in research projects focused on coating of highly-porous aerogel particles, generation of particles with high energy dissipation density as well as production of composite materials and additional functional particles. In addition, the general applicability of the fluidized bed spray granulation process for further material systems will be investigated. These systems include dusty powders, which can often be found in pharmaceutical and food industry. The size enlargement or coating or these powders presents an interesting research area in times of increased ecological awareness as the stability of the powders themselves can be increased by particle formulation while the amount of packaging material can be reduced. A major research focus of the institute is the investigation of the connection between process and apparatus specific parameters and the resulting product and application properties. The interaction of these pillars will be investigated for different material systems in order to improve the predictability of fluidized bed processes in industry and academia. In this context, a strong link to the multiscale simulation approaches will be created in order to calibrate the simulations and to create process kinetics for flowsheet simulations, respectively. Another research focus will be the development of scaling laws. By installation of a plant with two process chambers with same geometry but different size, the influence of the plant size can be quantified and novel scaling approaches will be developed.