2026-07-262026-07-26https://hdl.handle.net/11420/64060Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der Auswirkungen mechanischer Belastungen auf weiche, poröse Partikel während ihrer Herstellung in Festbetten. Als repräsentative poröse Systeme werden Aerogele verwendet, die sich durch hohe Porosität, geringe Dichte und große spezifische Oberfläche auszeichnen. Ihre Herstellung umfasst mehrere Extraktionsschritte, bei denen die poröse Matrix unterschiedlichen Lösungsmittelgemischen mit variierenden Konzentrationsgradienten ausgesetzt wird. Dies führt zu signifikanten Änderungen in den mechanischen und strukturellen Eigenschaften der experimentell analysierten Partikel. Neben experimentellen Untersuchungen werden coarse-grained Diskrete Elemente Methode (DEM) Simulationen eingesetzt, um mechanische Deformationen während der Aerogel Herstellung zu analysieren, insbesondere unter Bedingungen, die experimentell schwer zugänglich sind, wie z. B. bei erhöhtem Druck. Darüber hinaus werden die DEM-Simulationen weiterentwickelt, um den Einfluss der Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Matrix auf das mechanische Verhalten der Gele sowie deren Reaktion auf mechanische Belastungen zu implementieren. Dieses Projekt beginnt mit der detaillierten Analyse einzelner Partikel und wird schrittweise auf Festbetten unterschiedlicher Größenordnungen ausgeweitet. Der Fokus verlagert sich dann auf dynamische Prozesse während des Lösungsmitteltauschs und der überkritischen Trocknung, wobei DEM-Simulationen mit Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationen kombiniert werden. Das übergeordnete Ziel besteht darin, das mechanische Verhalten der Partikel präzise vorherzusagen und Prozessbedingungen zu definieren, die die strukturelle Integrität und die gewünschten Eigenschaften der Partikel während der großtechnischen Produktion sicherstellen.This project aims to investigate the impact of mechanical stresses on soft, porous particles during their production in packed beds. Aerogels, known for their high porosity, low density, and large surface area, are used as representative porous systems. Their production involves several extraction steps, during which the porous matrix is exposed to different solvent mixtures with varying concentration gradients. Consequently, the mechanical and structural properties of the particles undergo significant changes, which will be experimentally investigated. In addition to experimental studies, coarse-grained Discrete Element Method (DEM) simulations will be used to explore mechanical deformations during aerogel formation, particularly under conditions that cannot be easily accessed through experiments, such as those involving elevated pressure. DEM simulations will also be further developed to include the influence of solvent-matrix interactions on the mechanical behavior of gels and their response to mechanical stress. The research will begin by analyzing individual particles and gradually scale up to packed beds of varying sizes. The focus will then shift to dynamic processes during solvent exchange and supercritical drying, where DEM simulations will be integrated with Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. The ultimate goal is to predict the mechanical behavior of the particles and define process conditions that maintain the structural integrity and desired properties of the particles during large-scale production