Forschungsbericht 2025

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

• Combining plant and dairy proteins to enhance the oxidative stability of microencapsulated lipids in spray-dried powders - Journal Article
  Kurtz, Teresa Charlotte; Glabasnia, Arne; Haas, Klara; Giuffrida, Francesca; Meunier, Vincent D. M.; Heinrich, Stefan
  Food Chemistry 504: 147754 (2026)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• DEM informed surrogate modelling for PBM in fluidized beds - Journal Article
  Stöckl, Gero; Stefan Bellinghausen; Heinrich, Stefan
  Chemical Engineering Journal 527: 171940 (2026)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• An improved meshfree approach for solving nonlinear multivariate models involving aggregation, breakage, growth and source - Journal Article
  Paswan, Amit; Saha, Jitraj; Heinrich, Stefan
  Advanced Powder Technology 37 (1): 105145 (2026)
  Publisher DOI
  
  
• Engineering catalysts at the multiscale: past, present, and future of catalyst manufacturing and shaping processes - Review Article
  Alkadhem, Ali M.; Perez-Botella, Eduardo; Pietsch-Braune, Swantje; Mohamed, Hend Omar; Grande, Carlos; Heinrich, Stefan; Castaño, Pedro
  Chemcatchem (in Press): (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Storage-induced solubility loss in plant-based emulsion powders - Journal Article
  Kurtz, T.; Haas, K.; Schmitt, C.; Morgenegg, C.; Meunier, V.; Heinrich, S.
  Powder Technology 469: 121826 (2026)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• The role of pea protein content and carbohydrate molecular weight in the structure and stability of spray-dried emulsions - Journal Article
  Kurtz, Teresa Charlotte; Haas, Klara; Busom Descarrega, Josep; Meunier, Vincent D. M.; Schafer, O.; Heinrich, Stefan
  Food Hydrocolloids 166: 111320 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Novel hybrid ANN-interpolation techniques for predicting mean residence time in wet twin screw granulation application: a critical review - Journal Article
  Rae, Mitchell; Ranade, Vivek; Walker, Gavin; Heinrich, Stefan; Ramachandran, Rohit; Singh, Mehakpreet
  Archives of computational methods in engineering (in Press): (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Optimizing mechanical pretreatment of cotton textile waste to enhance enzymatic hydrolysis - Journal Article
  Schaake, Miriam; Pikhard, Oliver; Bross, Moritz; May, Tobias; Hua, Zhi Cheng; Schmidt, Luca; Kleine Jäger, Frank; Liese, Andreas; Heinrich, Stefan
  Waste Management 204: 114967 (2025)
  Publisher DOI
  
  
• Comparison of oxygen carrier aided devolatilization behavior of wood pellets in a bubbling and spouted bed setup - Journal Article
  Schmitt, Marian; Lindmüller, Lennard; Fritzler, Alexander; Heinrich, Stefan
  Applied thermal engineering 279: 127640 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Optimization of efficiency of lactose drying process in an industrial continuous fluidized bed dryer using dynamic flowsheet simulation - Journal Article
  Zhou, Xiye; Skorych, Vasyl; Milkreiter, Katja; Leister, Ricarda; Heinrich, Stefan
  Advanced Powder Technology 36 (6): 104864 (2025)
  Publisher DOI
  
  
• Novel nanoparticle mixing approach for the production of solid-state battery hetero-agglomerates in vibrated fluidized beds - Journal Article
  Hua, Zhi Cheng; Frankenberg, Finn; Kissel, Maximilian; Janek, Jürgen; Kwade, Arno; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 458: 120906 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Particle size segregation in bi and penta-disperse gas–solid fluidized beds: CFD-DEM and recurrence CFD simulations - Journal Article
  Pirker, Stefan; Atzori, Marco; Heinrich, Stefan; Lichtenegger, Thomas
  Chemical Engineering Science 309: 121469 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Simulation-based characterization of alginate aerogel packed bed compaction via DEM-BPM - Journal Article
  Lourenco Alves, Carine; Gibowsky, Lara; Schröter, Baldur; Smirnova, Irina; Heinrich, Stefan
  Powder Technology 460: 121048 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Cutting-edge insect processing: unlocking the potential for bacterial reduction in black soldier fly (Hermetia illucens) protein - Journal Article
  Sudwischer, Patrick; Böschen, Verena; Sitzmann, Werner; Hellwig, Michael
  Journal of Food Safety 45 (2): e70012 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Chitin analysis in insect-based feed ingredients and mixed feed: development of a cost-effective and practical method - Journal Article
  Sudwischer, Patrick; Krüger, Björn; Sitzmann, Werner; Hellwig, Michael
  Journal of animal physiology and animal nutrition 109 (3): 854-866 (2025)
  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
  
  
• Structuration of plant-based milk powder for improved reconstitution - Doctoral Thesis
  Kramm, Kathrin
  SPE-Schriftenreihe 32: (2025)
  
  
• Dynamic flowsheet simulation of interconnected solids processes - Doctoral Thesis
  Skorych, Vasyl
  SPE-Schriftenreihe 30: (2025)
  
  
• Modelling the breakage of coated particles using discrete element and bonded particle method - Journal Article
  Safdar, Wasif; Rotter, Sonja; Orth, Maike; Heinrich, Stefan; Düster, Alexander
  Computational particle mechanics 12: 4367–4383 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Untersuchung des kapillaren Kollapses teilgesättigter granularer Materialien mittels Computertomografie - Doctoral Thesis
  Hüsener, Nicole
  SPE-Schriftenreihe 29: (2025)
  
  
• Challenges and opportunities for increase sustainability and energy efficiency in ceramic tile industry - Review Article
  Lourenco Alves, Carine; de Oliveira Martins Müller, Julia; Noni, Agenor de; Heinrich, Stefan
  International Journal of Applied Ceramic Technology 22 (4): e15097 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Enhancing experimentation and modeling of the impact of coffee particle size on the dynamic process of espresso extraction - Doctoral Thesis
  Vaca Guerra, Mauricio
  SPE-Schriftenreihe 31: (2025)
  
  
• 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 (2025)
  Open Access | Publisher DOI
  
  

Forschungsdaten

• DEM informed surrogate modelling for PBM in fluidized beds - Experimental Data
  Stöckl, Gero
  Open Access
  
  
• MRI-Validated CFD-DEM Simulation of Bubbling Fluidized Beds: Drag Model Selection and Computational Speedup via Recurrence-Based CFD - Experimental Data
  Asif, Shaik
  Open Access
  
  

Projekte

• IronPowerCycle - NWO-DFG, Wirbelschichttechnologie zur Regeneration von wasserstoffbasiertem Eisenbrennstoff
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2026-2029
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Externe beteiligte Einrichtungen: Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO)
  
  
• Graduiertenkolleg 3068 - Climate-informed Engineering
  Laufzeit 2025-2030
  Projektleitung: Rutner, Marcus; Smirnova, Irina; Liese, Andreas; Heinrich, Stefan; Huber, Patrick; Shokri, Nima; Fröhle, Peter; Schlüter, Michael; Rung, Thomas; Smarsly, Kay; Hohenegger, Cathy; Stevens, Bjorn
  
  
• SustainTile - Verbesserung der Nachhaltigkeit in der Keramikfliesenherstellung durch Prozesssimulation und -optimierung
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2025-2027
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Externe beteiligte Einrichtungen: Universidade Federal de Santa Catarina; Federal Institute of Santa Catarina
  
  
• I³-Junior-Project – Investigation of gas-solid fluidized bed hydrodynamics using Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Electrical Capacitance Volume Tomography (ECVT)
  Technische Universität Hamburg; Laufzeit 2025-2026
  Projektleitung: Özdemir, Melis; Lindmüller, Lennard
  
  
• 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 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
  
  
• 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; Kumar, Anupam Hari
  
  
• 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
  
  
• HeatBulk - GRK 2462: A8 Untersuchung des Wärmetransports in trockenen und feuchten Partikelpackungen
  Laufzeit 2022-2025
  Projektleitung: Smirnova, Irina; Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Lourenco Alves, Carine
  
  
• 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
  
  
• MaMoHy - Magnetresonanztomographie und numerische Modellierung der Hydrodynamik in vibrierten blasenbildenden Wirbelschichten
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2022-2026
  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 2021-2025
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  Mitarbeitende: Kräuter, Robert; Zhou, Xiye
  
  
• Hetero-Batterieaggregate - SPP 2289: Strahlschichtprozessierung zur Strukturierung von leitfähigen Hetero-Batterieaggregaten
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2028
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• TUSAIL - Training in Upscaling particle Systems: Advancing Industry across Length-scales
  European Commission; Laufzeit 2021-2025
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  
• MikroKoll - Micro scale study of solid and fluid phenomena in interparticle collisions under dry and wet conditions
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2020-2028
  Projektleitung: Heinrich, Stefan
  
  

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