Berechnung und Simulation von Feststoffförderprozessen in Einschneckenextrudern bis in den Hochgeschwindigkeitsbereich
Johann-Sebastian Leßmann
Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zur Berechnung und Simulation von Feststoffförderprozessen in Einschneckenextrudern mit Befüllungsproblemen. Am Beispiel von PET-Flakes wird gezeigt, dass, analog zu regelmäßig geformten Granulaten, auch für sehr unregelmäßige Rezyklate die Schüttdichte des Materials der durchsatzbestimmende Parameter ist. Für den Ausrieseldurchsatz aus runden Trichteröffnungen wird eine Berechnungsvorschrift ermittelt. Zur näheren Untersuchung von Befüllungsproblemen in der Hochgeschwindigkeitsextrusion wird die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) genutzt. Basierend auf Simulationsdaten wird ein Modell zur Beschreibung des Einriesel-durchsatzes hergeleitet und validiert. Darüber hinaus werden Maßnahmen zur Steigerung des Feststoffdurchsatzes im Hochgeschwindigkeitsbereich erarbeitet. Weiterhin wird die genutzte DEM-Software EDEM für die Simulation von Feststoffförderprozessen mit Druckaufbau nutzbar gemacht. Dazu werden Reibwerte, Stoßzahlen und ein geeignetes Kontaktmodell ermittelt. In Kompressionsuntersuchungen wird deren Eignung für eine realitätsnahe Simulation anhand des Druck-Verformungsverhaltens und der bleibenden Verformung gezeigt. In den Feststoffförderuntersuchungen mit Druckaufbau wird dies anhand der Gegendruckabhängigkeit des Durchsatzes sowie des Radialdruckverlaufs über der Schneckenlänge bestätigt. Schließlich wird gezeigt, dass die Genauigkeit von Schüttdichtesimulationen verbessert werden kann, wenn Granulate durch mehr als eine Sphäre in der Simulation abgebildet werden. In Fördersimulationen kann dieser Effekt nicht bestätigt werden.
