Experimentelle Untersuchung und Modellierung von Koaleszenz und Agglomeration für die Sprühtrocknung von Suspensionen

Bei der Sprühtrocknung von Suspensionen oder Lösungen spielen die Elementarprozesse Zerstäubung, Tropfenkollision bzw. Koaleszenz, Trocknung und Agglomeration von hochviskosen Tropfen eine entscheidende Rolle für die Eigenschaften des resultierenden Produktes. Für eine zuverlässige numerische Berechnung und Optimierung (auf der Basis der Produkteigenschaften) des gesamten Prozesses gilt es, diese Elementarprozesse korrekt nachzubilden. In den Arbeiten von Blei & Sommerfeld (2007) wurden insbesondere Modelle für die Tropfenkollision, Koaleszenz und Agglomeration entwickelt. Eine detaillierte Validierung dieser Modelle steht allerdings noch aus. Daher soll zunächst die Kollision und Koaleszenz von Suspensionströpfchen und das Resultat dieser Wechselwirkung für unterschiedliche Stoffsysteme und Feststoffgehalte experimentell untersucht werden. Dazu werden mit Hilfe von zwei Tropfengeneratoren Tropfenketten erzeugt und zur Wechselwirkung gebracht. Das Ergebnis der Kollision wird mit bildgebenden Messverfahren aufgezeichnet und ausgewertet. Die erhaltenen Kollisionsfelder (Auftreffparameter als Funktion der Kollisions-Weberzahl) bilden die Grundlage für das Modell, um zu entscheiden, welches Ergebnis die Kollision liefert. Anhand der experimentell ermittelten Datenbasis wird das vorhandene Kollisions- und Koaleszenzmodell überprüft und entsprechend verallgemeinert, z.B. für verschiedene Feststoffgehalte. Zur weitergehenden Validierung des überarbeiteten Kollisionsmodells wird dann die Wechselwirkung von zwei sich überlappenden Sprühnebeln experimentell untersucht. Die Änderung der Tröpfchengrößenverteilung im Spray wird mit bildgebenden Messverfahren sowie der Phasen-Doppler-Anemometrie erfasst.