Heteroaggregation von Nanopartikeln in konvektiven Str?mungen

Projektleitung:

Prof. Dr. Andreas Kronenburg
Universit?t Stuttgart

Mischen und Aggregation sind wesentliche Prozesse in der Verfahrenstechnik für die Herstellung pharmazeutischer und chemischer Produkte und die Art der Prozessführung kann die Produkteigenschaften wesentlich beeinflussen. Falls Mehrkomponentensysteme betrachtet werden, ist die Anzahl der Heterokontakte, also die Anzahl der Kontakte zwischen Partikeln zweier unterschiedlicher Stoffe, eine wesentliche Charakteristik, die die Produkteigenschaften beeinflussen kann. Es ist wahrscheinlich, dass die Anzahl der Heterokontakte über die Steuerung der Mischungsvorg?nge beeinflusst werden kann, und das Zusammenspiel des Mischens auf der Makroskala (welches die verschiedenen Produktkomponenten zusammenbringt) und der Mikroskala (welches die Anzahl der Kollisionen und die Kontaktbildung zus?tzlich stark beeinflusst) werden die Produktqualit?t entscheidend mitbestimmen.

W?hrend die Partikeldynamik für sehr kleine sph?rische Partikel, deren Relativbewegung nicht von einer konvektiven Str?mung beeinflusst wird, mit bestehenden Modellen sehr gut angen?hert werden kann, gibt es keine validierte Modellierung für eine statistische Beschreibung einer Hetero-Aggregation, bei der Prim?rpartikelgr??en stark unterschiedlich sein k?nnen und bei der anf?ngliche Inhomogenit?ten in der Partikelverteilung einen gro?en Einfluss auf die Aggregatstruktur und -qualit?t haben werden. Das hier beantragte Projekt untersucht nun die Aggregation in Zweikomponentensystemen mit variablen Prim?rpartikeldurchmessern von 5 bis 200 nm. Langevin Dynamik (LD) Simulationen sollen für eine Reihe von Prozessbedingungen durchgeführt werden, um Aggregate und ihre Gr??enverteilung zu berechnen.

LD Simulationen sind für diese Studien besonders geeignet, da die Trajektorien der einzelnen Prim?rpartikel nachverfolgt werden k?nnen und keine Annahmen über die Struktur der Aggregate getroffen werden müssen. Die mit der LD Simulation generierten Aggregate erlauben nun eine detaillierte Charakterisierung der Aggregate inklusive ihrer Qualit?t (Anzahl der Heterokontakte). Sie erlauben auch eine Berechnung der Kollisionsfrequenzen als Funktion der Eigenschaften der Aggregate und der Umgebungsstr?mung. Konventionelle Modellans?tze werden aller Wahrscheinlichkeit nach nicht dafür geeignet sein, die Kollisionsfrequenzen für den gesamten Parameterbereich anzun?hern, weshalb eine Modellierung mit Hilfe künstlicher, neuronaler Netze für die Schlie?ung der Erhaltungsgleichung für die Populationsbilanzen genutzt werden soll.