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Mehrdimensionale Fraktionierung von Feinstpartikelsystemen in Mikrosystemen

Fördergeber: DFG

Ansprechpartner : Maike Wullenweber

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Dieses Teilprojekt des DFG-Schwerpunktprogramms „MehrDimPart“ wird in Zusammenarbeit mit dem Institut für Mikrotechnik (IMT) bearbeitet. Bei der industriellen Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen, Keramiken und partikelbeladenen Tinten steigen die Anforderungen an die Partikeleigenschaften stetig an, wobei vermehrt Partikel im Größenbereich unterhalb von 10 µm mit definierten Eigenschaften gefordert werden. Die mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Suspensionen mit Partikeln dieses Größenbereichs ist mit aktuellen Trennmethoden jedoch nicht zufriedenstellend möglich. Deshalb sollen in diesem Projekt kombinierte passive und aktive Mikroelemente zur mehrdimensionalen Fraktionierung entwickelt und untersucht werden. Als passives Wirkprinzip wird die Deterministic Lateral Displacement Methode (DLD) verwendet, bei der durch leicht versetzte Pfostenarrays die Strömung aufgespalten und die Partikel basierend auf ihrer Größe getrennt werden. Diese Mikroelemente sollen anschließend um eine weitere Fraktionierungsdimension erweitert werden, indem zusätzlich elektrische Felder zur Trennung genutzt werden. Die aktiven Mikroelemente sollen sequentiell oder integrativ mit den passiven Mikroelementen kombiniert werden. Durch die Überlagerung der DLD mit elektrischen Feldern soll mithilfe (di-)elektrophoretischer Kräfte eine Trennung nach Größe und Ladung bzw. Permittivität erfolgen. Kernstücke für das Verständnis der Trennung sind intensive µPIV-Untersuchungen sowie gekoppelte CFD-DEM-Simulationen. Das übergeordnete Ziel ist die gezielte Gestaltung der Strukturen hinsichtlich technischer Suspensionen mit hohem Feststoffanteil und hohem Durchsatz. Auf Basis der experimentellen und simulativen Ergebnisse sowie des vertieften Verständnisses der Wirkprinzipien sollen entsprechende Gestaltungsmodelle und -richtlinien für die technische Nutzung dieser Mikrosysteme entwickelt werden.

Ziele und Aufgaben des iPAT

  • Gestaltung und strömungs- und partikeltechnische Charakterisierung der (kombinierten) passiven/aktiven Mikrosysteme
  • Simulation des Fraktionierungsverhaltens der Mikroelemente für Suspensionen mit sphärischen und nicht-sphärischen Partikeln unterschiedlicher Feststoffkonzentrationen auf Basis einer CFD-DEM-Kopplung
  • Entwicklung verbesserter Mikrostrukturen hinsichtlich Trennleistung, Durchsatz und Feststoffkonzentration auf Grundlage der Simulations- und Messergebnisse
  • Verfahrenstechnische Untersuchung und Bewertung der Mikrosysteme mit technischen Partikelsuspensionen
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    Projektpartner:Institut für Mikrotechnik, TU Braunschweig


     
     
     
     
     
     
     
     
    Abbildung 1: CFD-DEM-Simulation eines DLD-Mikrosystems bei Re=50 mit Wirbelbildung (links), CFD-DEM-Simulation der mikrofluidischen Größenfraktionierung größerer Partikelzahlen im DLD-Mikrosystem (rechts)


    Mitarbeiter

    Aktuelle Projekte
    Simulation von verteilten Produktstrukturen in kombinierten diskreten und kontinuierlichen Produktionsprozessen für feste, partikuläre Produkte mehr

    Vertieftes Verständnis der Mehrkomponentenkompaktierung mehr

    Identifizierung und Quantifizierung einflussnehmender Materialparameter im Kompaktierungsprozess von festen Lebensmittelprodukten mehr

    Untersuchung und Modellierung der mechanischen und Oberflächen-induzierten Beanspruchung von Pellets filamentöser Mikroorganismen am Beispiel von Lechevalieria aerocolonigenes mehr

    Untersuchung der zellmechanischen Eigenschaften einzelner Mikroorganismen mehr

    Zellaufschluss als Werkzeug zur Validierung von mechanistischen Modellen zur Bruchrate in Rührwerkskugelmühlen mehr

    Abgeschlossene Projekte

    T-MAPPP – Simulation des Bruchs und Abriebs von Granulaten und Tabletten mehr

    Mikromechanische Eigenschaften filamentöser Pilze mehr

    Verhalten von UV-absorbierenden Metalloxid-Nanopartikeln in porösen Medien und deren Einfluss auf Bodenbakterien mehr

    Biofilmmechanik mehr

    Minimierung des Umwelteintrages von Tierarzneimitteln und antibiotikaresistenten Mikroorganismen durch neue Technologien mehr

    Einfluss der Zellaufschlussmethode auf die Expanded Bed Chromatographie mehr