Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitung

Weiterentwicklung von Staubfreisetzungsfunktionen zur Beschreibung des Staubaustrags aus Schüttgütern mittels eines numerisch/experimentellen Ansatzes

(AiF IGF - Projekt)

Die Staubungsneigung ist die Eigenschaft eines Stoffes, bei Beanspruchung eine Staubfraktion freizusetzen. Der Staub ist dabei oft Teil gröberen Schüttguts, der erst beim Umschlag oder dem Transport freigesetzt wird. Hierbei sind die Höhe und die Dauer des Energieeintrages in das Gut entscheidend. Die Beschreibung der Staubfreisetzung geschieht in der industriellen Praxis insbesondere bei kleineren und mittleren Unternehmen(KMU) bisher empirisch; für wichtige Anwendungsfälle sind Rechenvorschriften verfügbar. Diese bieten die Möglichkeit Staubemissionen abzuschätzen. Die Rechenvorschriften erfordern schüttgutspezifisch die Staubungsneigung vorzugeben, was fehlerträchtig sein kann. Außerdem sind Anwendungsfälle, die von den gelisteten abweichen, nicht abgedeckt. Aktuell sind numerische Ansätze, wie die Diskrete Elemente Methode (DEM), in der Lage, Partikelsysteme mit einer großen Anzahl an Partikeln abzubilden. Durch die Anbindung der DEM an die numerische Strömungssimulation (CFD) kann auch die Partikel-/Fluidinteraktion berücksichtigt werden. Auch die Anwendung der DEM/CFD auf die Beschreibung der Staubausbreitung ist möglich, wobei die Staubentstehung mittels eines Energieansatzes abgebildet wird. Damit hat die DEM/CFD das Potential auch dazu genutzt zu werden, für die industrielle Praxis Rechenvorschriften abzuleiten, die sonst nur durch experimentelle Untersuchungen für eine spezielle Schüttgutkonstellation zugänglich wären. Der Aufbau einer solchen Methodik, um die DEM/CFD zur Ableitung/Weiterentwicklung von Rechenvorschriften für bisher unzureichend abgedeckte Anwendungsfälle oder Materialien heranzuziehen ist Ziel des hiesigen Vorhabens. Eng verzahnt erfolgen experimentelle (AG Schmidt, Bergische Universität Wuppertal) und numerische Untersuchungen (AG Kruggel-Emden, TU Berlin). Abgeleitete Rechenvorschriften werden es insbesondere KMUs erleichtern, die immer strenger werdenden Vorschriften zum Gesundheits- und Umweltschutz einzuhalten und maßgeschneiderte Konzepte zum Umgang mit Staubfreisetzung zu entwickeln.