Home | english  | Impressum | KIT

Numerisch gestützte Untersuchung der Strömungsbedin-gungen im SEM-Prozess Numerical investigation of the flow conditions of the SEM-process

Numerisch gestützte Untersuchung der Strömungsbedin-gungen im SEM-Prozess Numerical investigation of the flow conditions of the SEM-process
Typ:MA
Datum:ab sofort
Betreuer:

M.sc. Vanessa Gall (LVT), Dipl.-Ing. Michael Kespe (MVM), Dr.-Ing. H. P. Schuchmann, Prof. Dr.-Ing. habil. H. Nirschl

Die Hochdruckhomogenisation ist ein in der Industrie weit verbreitetes Verfahren zur Herstellung von feindispersen Emulsionen. Hierfür wird eine Rohemulsion mittels einer Hochdruckpumpe verdichtet und in einer Homogenisiereinheit zerkleinert. Die zerkleinerungswirksamen Spannungen werden dabei maßgeblich durch die Strömungsform bestimmt, welche sich durch die Geometrie der Homogenisiereinheit, Eigenschaften der Emulsion und Prozessparameter beeinflussen lässt. Eine Modifikation dieses Prozesses stellt das Simultane Emulgieren und Mischen (SEM) dar (Köhler und Schuchmann 2012). Hierbei wird ein zusätzlicher Mischstrom in die Homogenisiereinheit eingebracht, sodass Synergien zwischen den beiden Grundoperationen Mischen und Emulgieren entstehen. In der Vergangenheit konnte der Prozess zum Beispiel dafür genutzt werden, Milch bei deutlich höheren Dispersphasenanteilen (42 statt 17 vol-%) zu homogenisieren. Auf diese Weise werden Energieeinsparungen von ca. 60 – 80 % erreicht.

Bisher ist allerdings nicht bekannt, wie genau sich die Zumischung des Mischstroms auf die Strömung hinter der Zerkleinerungseinheit und damit auch auf den Tropfenaufbruch auswirkt. Darüber hinaus ist die Mischkinetik im SEM-Prozess noch nicht ausreichend untersucht. SEM-Blenden werden daher heute nach einem erfahrungsbasierten Trial-and-Error-Prinzip ausgelegt. Ein Scale-up ist daher schwierig. Ein tieferes Verständnis des Prozesses könnte zur gezielten Prozessauslegung und –verbesserung genutzt werden.

Das Ziel der Masterarbeit besteht darin, mithilfe der numerischen Strömungssimulation (CFD) die Strömungsbedingungen beim Simultanem Emulgieren und Mischen (SEM) mit einer Lochblende als Dispergiereinheit zu untersuchen. Grundlage für die numerische Simulation bildet das Open-Source Paket OpenFOAM.

Die ausgeschriebene Arbeit wird in Kooperation zwischen dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) und dem Institut für Lebensmittelverfahrenstechnik (LVT) betreut.

Vorkenntnisse im Bereich der numerischen Simulation, der Programmierung bzw. im Umgang mit OpenFOAM sind von Vorteil, aber keine Voraussetzung.

 

Prof. Dr.-Ing. H. P. Schuchmann, Prof. Dr.-Ing. habil. H. Nirschl

Beginn: ab sofort

Betreuer/in: M.sc. Vanessa Gall (LVT), Dipl.-Ing. Michael Kespe (MVM)

 

 

Literaturverzeichnis

Köhler, Karsten; Schuchmann, Heike Petra (2012): Simultanes Emulgieren und Mischen. In: Chemie Ingenieur Technik 84 (9), S. 1538–1544.