Kurzbeschreibung

Rührwerksmühlen werden in verschiedenen Feinstzerkleinerungsprozessen eingesetzt. Die gewählten Betriebsparameter in Kombination mit den Suspensionseigenschaften bestimmen die kinetische Energie der Mahlkörper und bei kontinuierlichem Betrieb auch den Transport der Partikel sowie die ungleichmäßige axiale Verteilung der Mahlkörper innerhalb der Mühle. Dies bestimmt das Zerkleinerungsverhalten und die Leistungsaufnahme. Zur Feinstzerkleinerung der Produktpartikel bis in den Nanobereich werden Mühlen häufig im Kreislaufbetrieb mit Rührwerksbehälter betrieben. Dabei ändern sich die Partikelgrößenverteilungen im Rührwerksbehälter und in der Mühle dynamisch. Da die spezifische Oberfläche mit abnehmender Partikelgröße stetig zunimmt, spielen bei der Feinstzerkleinerung Partikelwechselwirkungen und deren Einfluss auf die Suspensionsstabilität und Viskosität eine wesentliche Rolle. Der Anstieg der Suspensionsviskosität hat einen direkten Einfluss auf die relative Mahlkörpergeschwindigkeit und damit auf die auf die Produktpartikel übertragene Energie. Darüber hinaus beeinflusst die Suspensionsviskosität die axiale Verteilung und damit das Bewegungsverhalten der Mahlkörper. Daher müssen neben der Regelung z.B. der Rührwerksdrehzahl oder des Durchflusses auch elektrostatisch oder sterisch stabilisierende Zusätze in der Prozessführung berücksichtigt werden. Darüber hinaus verschiebt sich mit zunehmender Partikelgröße die für einen idealen Partikelbruch erforderliche Beanspruchungsenergie, d.h. der optimale Betriebspunkt der Mühle, in Richtung geringerer Beanspruchungsenergien. Bei der Steuerung eines Feinstmahlprozesses in einer nassbetriebenen Rührwerkskugelmühle muss das Zusammenspiel zwischen der Dämpfung der Mahlkörper durch den Anstieg der Viskosität, der Zunahme der Partikelfestigkeit bei abnehmender Partikelgröße und der Verschiebung des optimalen Betriebspunktes durch die Zunahme der Beanspruchungsintensität berücksichtigt werden. Schließlich stellen spontane Reagglomerations- oder Rekristallisationsprozesse hohe Anforderungen an die Online-Messtechnik und Prozessregelung. Es existieren zwar Modellierungsansätze für Rührwerksmühlen, jedoch gibt es derzeit kein Modell, das eine dynamische Steuerung von sich ändernden Feinzerkleinerungsprozessen hinsichtlich Partikelgrößenverteilung, optimaler Energieausnutzung oder maximaler Produktionsleistung ermöglicht. Eine Möglichkeit der Regelung, die auch in diesem Projekt verfolgt wird, ist die Beschreibung über Populationsbilanzmodelle (PBM) in Kombination mit einer Nonlinear Model Predictive Control (NMPC) Strategie. Dabei wird das PBM durch ein mechanistisches Zerkleinerungsmodell beschrieben.