Autonome Strukturbildungsprozesse in der Sprühwirbelschichtagglomeration (SPP 2364)

Dieses Verbundprojekt soll Modelle, Methoden und Implementierungen für die Realisierung von autonomen Strukturbildungsprozessen in Sprühwirbelschichten liefern. Dies wird durch eine Kombination neuartiger Multiraten-Soft-Sensoren zur Online-Beurteilung der Entwicklung der Agglomeratstruktur und fortschrittlicher Prozesssteuerungsschemata erreicht, die eine Anpassung der definierten Agglomeratstrukturen ermöglichen. Strukturelle und morphologische Modelle sind ein Schlüsselelement auf dem Weg zu diesem Ziel, da sie die erforderlichen Verbindungen zwischen Prozessinputs, messbaren Größen und Agglomeratstruktur herstellen. In der ersten Projektphase (drei Jahre) liegt der Schwerpunkt auf der Strukturbildung von Homo-Agglomeraten, d.h. Agglomeraten, die aus einstofflichen Primärpartikeln bestehen. Die Hauptziele in der ersten Projektphase sind: 1) Entwicklung neuartiger Modelle zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung von Struktur und Morphologie von Homo-Agglomeraten in der kontinuierlich betriebenen Wirbelschicht-Sprühagglomeration (mit und ohne Rückführung); 2) Untersuchung der Dynamik der Strukturbildung, experimentell und in Prozesssimulationen; 3) Aufklärung der Prozess-Struktur- und Material-Struktur-Beziehungen durch umfassende Charakterisierung der Agglomeratstruktur; 4) Entwicklung und Implementierung eines neuartigen modellbasierten Soft-Sensors zur Bewertung der Strukturentwicklung bei der EBS-Agglomeration; 5) Entwicklung echtzeitfähiger und regelungsorientierter Prozessmodelle unter Anwendung von Hybrid- und Surrogatmodellen; 6) Entwicklung, Implementierung und Evaluierung verschiedener Prozesssteuerungsschemata zur autonomen Strukturbildung von Homo-Agglomeraten in EBS-Agglomerationsprozessen.Die Zusammenarbeit der Partner des Schwerpunktprogramms wird insbesondere in den Bereichen Prozessmodellierung, Online-Messmethoden, Modellordnungsreduktion, Optimierung und Prozesssteuerung angestrebt. In der zweiten Projektphase sollen Modelle, Methoden und Implementierung auf Hetero-Aggregate erweitert werden, d.h. zusätzliche Komplexität und Gestaltungsmöglichkeiten durch die Möglichkeit, dass Primärpartikel aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

Autonomous structure formation processes in spray fluidized bed agglomeration (SPP 2364)

This joint project shall provide models, methods and implementations for realization of autonomous structure formation processes in spray fluidized beds. This will be achieved by a combination of novel multi-rate soft-sensors to assess the development of agglomerate structure online and advanced process control schemes that allow adjustment of defined agglomerate structures. Structural and morphological models are a key part towards this goal, providing the required links between process inputs, measurable quantities and agglomerate structure. By this approach, the project addresses all central research areas of the priority program.In the first period of the project (three years), the focus will be on structure formation of homo-agglomerates; i.e. agglomerates consisting of single-material primary particles. The major objectives in the first period of the project are: 1) Development of novel models to describe the temporal evolution of structure and morphology of homo-agglomerates in continuously-operated fluidized bed spray agglomeration (with and without recycle); 2) Investigation of structure formation dynamics, experimentally and in process simulations; 3) Elucidation of process-structure and material-structure relationships by comprehensive characterization of agglomerate structure; 4) Development and implementation of a novel multi-rate model-based soft-sensor for assessment of structure development during SFB agglomeration; 5) Development of real-time capable and control-oriented process models, applying hybrid and surrogate modelling; 6) Development, implementation and evaluation of different process control schemes for autonomous structure formation of homo-agglomerates in SFB agglomeration processes.Cooperation is sought throughout the partners of the priority program, especially in the areas of process modelling, online measurement methods, model order reduction, optimization and process control.The second project period sees the extension of models, methods and implementation to hetero-aggregates; i.e. adding additional complexity and design opportunity by allowing primary particles to consist of different materials.