Forschungsbericht 2024

Feststoffverfahrenstechnik und Partikeltechnologie V-3

Leitung: Heinrich, Stefan
Oberingenieurin: Pietsch-Braune, Swantje

Institut auf TORE
Institutswebsite

Research focus of the SPE is the field of fluidized bed technology and its industrial applications. We investigate physical processes like drying and particle production by granulation and agglomeration as well as chemical processes and applications in energy technology. Experimental investigations with novel measurement methods are supported by hierarchically structured theoretical approaches. The model development includes particle based methods (DEM, population balances), continuous models (FEM, CFD) as well as steady-state and dynamic flow sheet simulations of complex solids processes whereas simulations consider individual particles, bulk solids and particles containing flows of multiples phases.

Publikationen

• Expectations vs. reality in nacre-like composites: dominating role of particle packing and polymer confinement in mechanical performance - Journal Article
  Semeykina, Viktoriya; Appiah, Clement; Rothberg, Hannah Sophia; Heinrich, Stefan; Giuntini, Diletta; Schneider, Gerold A.
  Advanced Composites and Hybrid Materials 8 (1): 65 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Integration of oleaginous yeast-produced lipids into plant-based milk alternatives - Journal Article
  Kramm, Kathrin; Heuer, Jonas; Meunier, Vincent D. M.; Arbter, Philipp; Heinrich, Stefan; Haas, Klara
  Journal of Food Engineering 383: 112228 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Design and optimization of stirrer and mixer design for the correct mixing of pharmaceutical powders through DEM - Journal Article
  Salloum, Nizar; Brinz, Thomas; Achutegui Narbona, Aitor; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 449: 120413 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• DEM-based analysis of fatigue-induced damage using a cycle-jump technique - Conference Paper
  Rybczynski, Sebastian; Schaan, Gunnar; Skorych, Vasyl; Ritter, Martin; Schmidt-Döhl, Frank
  20th fib Symposium on ReConStruct: Resilient Concrete Structures, 2024
  
  
• Impact of press channel diameter-to-length ratio on the mechanical properties of biomass pellets during storage - Journal Article
  Sadeq, Abdullah; Pietsch-Braune, Swantje; Heinrich, Stefan
  Fuel Processing Technology 265: 108149 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Influence of spray parameters on injected droplets and product properties in fluidized bed spray granulation - Journal Article
  Orth, Maike; Börner, Matthias; Pietsch-Braune, Swantje; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 448: 120274 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Employing a multi-resonance microwave sensor for in-line moisture monitoring of fluidized bed agglomeration - Journal Article
  Stöckl, Gero; Achutegui Narbona, Aitor; Stefan Bellinghausen; Heinrich, Stefan
  Chemical Engineering Journal 499: 156053 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• CFD-DEM modeling for optimized liquid distribution in fluidized bed spray granulation - Journal Article
  Orth, Maike; Achutegui Narbona, Aitor; Börner, Matthias; Pietsch-Braune, Swantje; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 448: 120299 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Explicit and approximate solutions for a classical hyperbolic fragmentation equation using a hybrid projected differential transform method - Journal Article
  Yadav, Nisha; Ansari, Zeeshan; Singh, Randhir; Das, Ashok; Singh, Sukhjit; Heinrich, Stefan; Singh, Mehakpreet
  Physics of Fluids 36 (9): 093343 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Phenomenological model of moisture redistribution in porcelain stoneware spray-dried powder stored in silo - Journal Article
  Santos, Rossane Mailde; Lourenco Alves, Carine; Noni, Agenor de; Quadri, Marintho Bastos; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 444: 120079 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Influence of material characteristics on plant-based milk alternative properties - Journal Article
  Kramm, Kathrin; Roucher, Armand; Busom Descarrega, Josep; Ambühl, Mark E.; Kammerhofer, Jana; Meunier, Vincent; Heinrich, Stefan
  Journal of Food Engineering 373: 112019 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Three-dimensional measurement method of binary particle collisions under dry and wet conditions - Journal Article
  Bunke, Falk; Pietsch-Braune, Swantje; Heinrich, Stefan
  Chemical Engineering Journal 489: 151016 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Dynamic bubble tracking in fluidized beds via electrical capacitance volume tomography - Journal Article
  Watson, Brigham; Lindmüller, Lennard; Heinrich, Stefan; Theuerkauf, Jörg; Yao, Yuan; Fan, Yi
  Chemical Engineering Journal 487: 150461 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Modeling the extraction of espresso components as dispersed flow through a packed bed - Journal Article
  Vaca Guerra, Mauricio; Harshe, Yogesh M.; Fries, Lennart; Payan Lozada, James; Achutegui Narbona, Aitor; Palzer, Stefan; Heinrich, Stefan
  Journal of Food Engineering 368: (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Modified variational iteration method and its convergence analysis for solving nonlinear aggregation population balance equation - Journal Article
  Yadav, Sonia; Singh, Mehakpreet; Singh, Sukhjit; Heinrich, Stefan; Kumar, Jitendra
  Computers & Fluids 274: 106233 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Data-driven multiscale modeling of self-assembly and hierarchical structural formation in biological macro-molecular systems: pyruvate dehydrogenase complex - Book part
  Depta, Philipp Nicolas; Dosta, Maksym; Heinrich, Stefan
  High Performance Computing in Science and Engineering ’22: Transactions of the High Performance Computing Center, Stuttgart (HLRS) 2022: 355-370 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Optimizing raw material composition to increase sustainability in porcelain tile production: A simulation-based approach - Journal Article
  Lourenco Alves, Carine; Skorych, Vasyl; Noni, Agenor de; Hotza, Dachamir; Gómez González, Sergio Yesid; Heinrich, Stefan
  Journal of the American Ceramic Society 107 (4): 2110-2127 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Simulation of coated particles breakage using a low fidelity DEM–BPM model - Conference Paper
  Safdar, Wasif; Heinrich, Stefan; Düster, Alexander
  94th Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics, GAMM 2024
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Improving the analysis of heat transfer in packed beds : a comparative study between DEM simulations and existing literature models - Journal Article
  Lourenco Alves, Carine; Heinrich, Stefan
  Chemical Engineering Research and Design 203: 357-367 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• An efficient approach to obtain analytical solution of nonlinear particle aggregation equation for longer time domains - Journal Article
  Yadav, Nisha; Singh, Mehakpreet; Singh, Sukhjit; Singh, Randhir; Kumar, Jitendra; Heinrich, Stefan
  Advanced Powder Technology 35 (3): 104370 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Describing the drying and solidification behavior of single suspension droplets using a novel unresolved CFD-DEM simulation approach - Journal Article
  Buchholz, Moritz; Weis, Dominik; Togni, Riccardo; Goniva, Christoph; Heinrich, Stefan
  Processes 12 (3): 480 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Control of segregation by non-uniform aeration in a fluidized bed spray granulator - Journal Article
  Atxutegi, A.; Atzori, M.; Bettien, Jan-Malte; Lichtenegger, Thomas; Puttinger, Stefan; Pirker, Stefan; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 435: 119348 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Integrated process simulation applied to the optimization of porcelain tile manufacturing - Doctoral Thesis
  Lourenco Alves, Carine
  SPE-Schriftenreihe 28: (2024)
  
  
• Influence of liquid on particle dynamics in a rotary fluidized bed - Doctoral Thesis
  Oesau, Tobias
  Cuvillier Verlag 978-3-7369-7971-0: (2024)
  
  
• Diskrete-Elemente-Modellierung der pyrolytischen Zersetzung und Fragmentierung von Holzpellets im Chemical-Looping Vergasungsprozess - Doctoral Thesis
  Jarolin, Kolja
  Technische Universität Hamburg (2024)
  Open Access
  
  
• Herstellung und Modifikation von Partikel-Polymer-Kompositen durch Wirbelschichtsprühgranulation und Sprühtrocknung - Doctoral Thesis
  Rothberg, Hannah Sophia
  Cuvillier Verlag 978-3-7369-7996-3: (2024)
  
  
• Physics-based and data-driven multiscale modeling of the structural formation in macromolecular systems - Doctoral Thesis
  Depta, Philipp Nicolas
  Cuvillier Verlag (ISSN 2943-8500, Bd. 25, 2024)
  Open Access
  
  

Forschungsdaten

• Employing a multi-resonance microwave sensor for in-line moisture monitoring of fluidized bed agglomeration - Experimental Data
  Stöckl, Gero
  Open Access
  
  

Projekte

• Frozen PFS - Identifikation des mechanischen Verhaltens und Kopplung mit verbesserter interner Strukturanalyse von gefrorenen Partikel-Fluid-Systemen
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2024-2027
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• I³-Junior-Project – A new measurement concept for high valorization of renewable fuels
  Technische Universität Hamburg; Laufzeit 2024-2025
  Projektleitung: Schmitt, Marian
  
  
• SFB 1615 - Teilprojekt A07: Hochintegrierte Sensoren für die Inline-Erfassung des Granulationsfortschrittes in Wirbelschichtreaktoren
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2023-2027
  Projektleitung: Heinrich, Stefan; Kern, Thorsten Alexander; Kuhl, Mathias
  Co-Projektleitung: Kähler, Dennis
  Mitarbeitende: Orth, Maike; Becker, Maximilian
  
  
• SFB 1615 - Teilprojekt C04: SMARTe kontinuierlich betriebene Wirbelschicht zur Sprühgranulation mit selbstregulierender Verweilzeitverteilung
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2023-2027
  Projektleitung: Pietsch-Braune, Swantje
  Co-Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Asif, Shaik
  
  
• Identifikation des mechanischen Verhaltens und Kopplung mit verbesserter interner Strukturanalyse von gefrorenen Partikel-Fluid-Systemen
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2023-2026
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• CO2 Abscheidung - Analyse eines Chemical Looping Combustion-Prozesses mit einem neuartigen, zweistufigen Brennstoffreaktor zur Reduktion der CO2-Emissionen
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2022-2025
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Schmitt, Marian
  
  
• Liquid Penetration - GRK 2462: A6 Untersuchung der dynamischen Kapillarität und Flüssigkeitspenetration in porösen Feststoffsystemen
  Laufzeit 2022-2025
  Projektleitung: Grabe, Jürgen; Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Sadeq, Abdullah
  
  
• HeatBulk - GRK 2462: A8 Untersuchung des Wärmetransports in trockenen und feuchten Partikelpackungen
  Laufzeit 2022-2025
  Projektleitung: Smirnova, Irina; Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Lourenco Alves, Carine
  
  
• MaMoHy - Magnetresonanztomographie und numerische Modellierung der Hydrodynamik in vibrierten blasenbildenden Wirbelschichten
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2022-2025
  Projektleitung: Heinrich, Stefan; Penn, Alexander
  
  
• TwinGuide - DFG-Fraunhofer-Kooperation 2020: Entwicklung eines intelligenten Digitalen Zwillings zur Vorhersage und Steuerung des Prozessverlaufs mittels transienter Fließschemasimulation am Beispiel der Wirbelschichtsprühgranulation
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2024
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Kräuter, Robert; Zhou, Xiye
  
  
• Hetero-Batterieaggregate - SPP 2289: Strahlschichtprozessierung zur Strukturierung von leitfähigen Hetero-Batterieaggregaten
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2024
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• DynFloSim - Dynamisches Fließschemasimulationssystem für Feststoffprozesse
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2024
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Skorych, Vasyl
  
  
• rCFDcontrol - Monitoring and control of continuous multi-compartment fluidized bed spray granulation: Real-time predictions and flow-topology based process actuation
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2024
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• TUSAIL - Training in Upscaling particle Systems: Advancing Industry across Length-scales
  European Commission; Laufzeit 2021-2025
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• Laborwirbelschichtanlage
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2020-2024
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• Composites - SFB 986: Teilprojekt A03 - Herstellung höherer hierarchischer Ebenen von Materialsystemen mit der Wirbelschichtgranulation und Diskrete-Elemente-Modellierung der Materialien
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2012-2024
  Projektleitung: Dosta, Maksym; Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Rothberg, Hannah Sophia
  
  

Kooperationspartner

• Nestlé S.A.
• Alexanderwerk GmbH
• TOTAL Refining - Chemicals
• BASF
• Glatt Ingenieurtechnik GmbH
• Tetrapak
• DOW Chemicals

Großgeräte

• Chemical-Looping-Wirbelschichtanlage
  Hersteller: Eigenbau
  DOI: 10.15480/882.14647
  DFG-Geräteklassifikation: 1990 -- Sonstige Geräte der chemischen Betriebstechnik
  
  
• DVS Adventure 1 - Water Sorption Analyzer
  Hersteller: Surface Measurement Systems
  DOI: 10.15480/882.14657
  DFG-Geräteklassifikation: 8690 -- Gasadsorptions- und Desorptions-Isothermen, Messgeräte (außer 1640)
  
  
• Hochgeschwindigkeitskamerasystem MotionXtra NX-4-S2 Mono
  Hersteller: IS-Imaging Solutions GmbH
  DOI: 10.15480/882.14649
  DFG-Geräteklassifikation: 5430 -- Hochgeschwindigkeits-Kameras (ab 100 Bilder/Sek)
  
  
• Inline Partikelgrößenmesssystem
  Hersteller: Parsum GmbH
  DOI: 10.15480/882.14645
  DFG-Geräteklassifikation: 1950 -- Partikelzählgeräte und -klassiergeräte (optisch, elektronisch, außer 3500)
  
  
• Laserscanning Mikroskop VK X160K
  Hersteller: Keyence Deutschland GmbH
  DOI: 10.15480/882.14644
  DFG-Geräteklassifikation: 5000 -- Labormikroskope
  
  
• Magnetic particle tracking (MPT)
  Hersteller: Matesy GmbH
  DOI: 10.15480/882.14652
  DFG-Geräteklassifikation: 0190 -- Spezielle magnetische Mess- und Versuchseinrichtungen
  
  
• Multiprozessanlage ZPS 50
  Hersteller: Hosokawa Alpine
  DOI: 10.15480/882.14658
  DFG-Geräteklassifikation: 9090 -- Anlagevermögen, sonstiges (außer 9000-9080)
  
  
• Partikelgrößenanalysegerät CamSizerXT
  Hersteller: Retsch GmbH
  DOI: 10.15480/882.14648
  DFG-Geräteklassifikation: 1950 -- Partikelzählgeräte und -klassiergeräte (optisch, elektronisch, außer 3500)
  
  
• Partikelgrößenanalysegerät MasterSizer3000
  Hersteller: Malvern Panalytical GmbH
  DOI: 10.15480/882.14650
  DFG-Geräteklassifikation: 1950 -- Partikelzählgeräte und -klassiergeräte (optisch, elektronisch, außer 3500)
  
  
• Pulverrheometer FT4
  Hersteller: Micromeritics GmbH
  DOI: 10.15480/882.14651
  DFG-Geräteklassifikation: 1610 -- Viskosimeter, Rheometer
  
  
• Wirbelschichtgranulator GF25
  Hersteller: Glatt Ingenieurtechnik GmbH
  DOI: 10.15480/882.14656
  DFG-Geräteklassifikation: 1980 -- Granuliermaschinen
  
  
• Wirbelschichtgranulator GF3
  Hersteller: Glatt Ingenieurtechnik GmbH
  DOI: 10.15480/882.14646
  DFG-Geräteklassifikation: 1980 -- Granuliermaschinen