• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

AktueltArtikler fra Dansk KemiKemiteknik05. 01. 2026 | Heidi Thode

Forstå pulver gennem simuleringer

AktueltArtikler fra Dansk KemiKemiteknik05. 01. 2026 | Heidi Thode

DEM-simulering af en High Shear Mixer. Illustration: DTU Kemiteknik

Pulverbaserede produkter har mange fordele, men pulverets uforudsigelige og komplekse adfærd vanskeliggør at styre de processer, der producerer det. Med avancerede numeriske simuleringer kan vi nu kigge ind i selve procesudstyret og dermed designe forbedrede processer.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)

Af Nikolai Jessen, Oliver Massaad, DTU Kemiteknik, Alexander Findeisen, Pär Tufvesson, Novonesis, og Ulrich Krühne, DTU Kemiteknik

Pulverform er en effektiv måde at formulere produkter på inden for kemi-, fødevare- og farmaceutisk industri. Enzymer, proteiner og mange lægemidler forarbejdes ofte fra opløsning til pulver, da dette kan forlænge holdbarheden eller forbedre håndterbarheden [1]. Pulvere er desuden mere termodynamisk stabile ved højere temperaturer, hvilket eliminerer behovet for køling under opbevaring og transport [2]. Typiske pulverprocesser kunne være spraytørring af mælk til mælkepulver eller granulering af farmaceutiske pulvere før tablettering. Dog er håndtering af pulver kompleks.
Det kan opføre sig som støv i luften, flyde som en væske eller lægge sig på bunden. Partikler kan også agglomerere, fragmentere eller klistre til overflader – afhængigt af deres egenskaber og miljøet [3]. Disse kompleksiteter gør det vanskeligt at designe pulverprocesser, da simple modeller ikke kan beskrive, hvad der sker i procesudstyret. Derfor anvender forskere og virksomheder i stigende grad avancerede computersimuleringer til at beregne, hvordan partikler, væsker og gasser bevæger sig og interagerer i procesudstyret. Denne artikel beskriver to numeriske modelleringskoncepter; Computational Fluid Dynamics (CFD) og Discrete Element Method (DEM), samt hvordan de kan bruges til at simulere pulverprocesser.

Simulering af luftstrømme med Computational Fluid Dynamics
Generelt kan fluiders bevægelser, såsom luftstrømmene inde i en spraytørrer, beskrives ved et sæt styrende ligninger (engelsk: governing equations). Disse ligninger beskriver ikke kun, hvordan luften bevæger sig, men også hvordan andre variable som varme og fugtighed transporteres i luften. Udfordringen er, at ligningerne er for komplekse til at kunne løses analytisk ved brug af simple matematiske beregninger. I stedet anvendes numeriske computeralgoritmer, som kan approksimere en løsning til disse ligninger ved at opdele luftvolumenet inde i procesudstyret i et stort antal små celler. Denne modeltilgang kaldes Computational Fluid Dynamics (CFD).
I praksis kan arbejdet med at anvende CFD på et procesudstyr opdeles i tre trin:
a) Geometri og randbetingelser: Først optegnes det luftvolumen, der findes inde i procesudstyret. Her defineres også de overflader, der fungerer som indløb, udløb og vægge for luftstrømmen (figur 2a).
b) Mesh: Volumenet opdeles i tusindvis af små celler, hvilket er en forudsætning for at kunne løse de styrende ligninger. Her vil antallet af celler have en stor indflydelse på præcision og beregningstid for ens resultater. Flere celler giver typisk højere nøjagtighed, men også længere beregningstid. Denne proces kaldes meshing (figur 2b).
c) Beregning og resultater: Ligningerne løses af computeralgoritmen, og herved opnås resultaterne. I tilfældet med en spraytørrer giver dette en fuld 3D-løsning af luftstrømmen sammen med gradienter i temperatur og fugtighed inde i kammeret. Disse resultater kan anvendes til at opnå en bedre forståelse af tørringsprocessen og af dråbernes og partiklers bevægelse, som begge påvirkes af luftstrømmen (figur 2c).

Simulering af partikler med Discrete Element Method
Hvor CFD er velegnet til at simulere væsker og gasser som et kontinuum, er pulver anderledes, da de enkelte partikler kan opføre sig uafhængigt af hinanden og derfor kræver en anden modelleringsmetode: Discrete Element Method (DEM). DEM simulerer pulver som mange individuelle partikler, der bevæger sig frit i rummet. Fordi de enkelte partiklers bevægelse tages i betragtning, kan DEM også inkludere mikroskopiske partikelinteraktioner såsom kollision og agglomerering og dermed give indsigt i, hvordan pulver opfører sig på bulk-niveau.

BOKS:
Fire trin for Discrete Element Method (DEM) algoritmen
a) Geometri og initialisering af partikler: Den geometri, som partiklerne bevæger sig i, defineres. Derudover defineres der også antallet af partikler (med form og størrelse), deres materialeegenskaber, samt hvilke kræfter der virker (for eksempel tyngdekraft). Hver partikel får en startposition og -hastighed (figur 3a).
b) Positionsbestemmelse: Hele simuleringen bevæger sig et tidsstep frem i tid. Her beregner modellen, hvorhen partiklerne bevæger sig baseret ud fra deres nuværende position, hastighed og retning (figur 3b).
c) Kontaktregistrering: Modellen beregner, om partiklerne (eller partikler og vægge) kolliderer (figur 3c).
d) Kontaktmodellering: Kollisioner beregnes som fjederlignende interaktioner, hvilket ændrer partiklernes hastigheder og baner (figur 3d).
Trin b-d gentages igen og igen, indtil den ønskede simulationstid er nået [4].

Et eksempel på en proces, hvor partikelbevægelse er essentiel, er pulverblanding i High Shear Mixers (HSM), hvor forskellige pulvere blandes for at opnå homogenitet eller granulering for øget størrelse. En udbredt udfordring er opskalering af HSM-processer fra små laboratorieblandere til store industrielle blandere, da de optimale driftsbetingelser, såsom blandingstiden, varierer med processtørrelsen.
I lille skala kan man med enkle opsætninger benytte en trial-and-error tilgang, hvor mange eksperimenter udføres for at finde de optimale driftsbetingelser. Men da pulverbevægelser er komplekse, er de samme betingelser ofte ikke egnede i større skalaer. Her kan man med DEM køre mange simulerede eksperimenter selv i stor skala og dermed beregne optimale driftsbetingelser uden at udføre fysiske forsøg. Et eksempel på en DEM-simulering af en HSM kan ses på figur 4. Særligt har DEM hjulpet forskere med at identificere nøgleparametre for at forudsige pulverblanding ved at fokusere på to centrale faktorer: impellerens hastighed og den mængde pulver, som bladene forskyder ved hver rotation. Ved opskalering, hvor disse parametre holdes konstante, kan man opnå lignende flowkarakteristika i blandere uanset deres form og størrelse [5, 6].

Fremtiden for pulverteknologi
Samlet set rummer CFD- og DEM-modellernes evne til at forudsige pulverprocesser et stort potentiale for at spare både tid og omkostninger. Derudover er der allerede i dag eksempler på simuleringer, der kombinerer både CFD og DEM, hvor man samtidig kan beskrive både luftstrømme og partikelbevægelser. De største udfordringer er i dag, at modellerne kræver store mængder computerkraft. Men i takt med at processorer og regneteknologi bliver stadig kraftigere, vil mulighederne for at anvende CFD og DEM med tiden vokse – og de vil blive et stadig vigtigere og mere effektivt værktøj til at designe fremtidens pulverprocesser.

E-mail:
Nikolai Asbjørn Jessen: nasje@kt.dtu.dk
Oliver Robert Oscar Massaad: oroma@kt.dtu.dk

Referencer
1. Emami, F.; Vatanara, A.; Park, E.J.; Na, D.H. Drying technologies for the stability and bioavailability of biopharmaceuticals. Pharmaceutics 2018, 10(3), 131. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics10030131.
2. Emami, F.; Keihan Shokooh, M.; Mostafavi Yazdi, S.J. Recent progress in drying technologies for improving the stability and delivery efficiency of biopharmaceuticals. J. Pharm. Investig. 2023, 53, 35-57. https://doi.org/10.1007/s40005-022-00610-x.
3. Suhag, R.; Kellil, A.; Razem, M. Factors influencing food powder flowability. Powders 2024, 3, 65-76. https://doi.org/10.3390/powders3010006.
4. Grohn, P.; Lawall, M.; Oesau, T.; Heinrich, S.; Antonyuk, S. CFD-DEM simulation of a coating process in a fluidized bed rotor granulator. Processes 2020, 8, 1090. https://doi.org/10.3390/pr8091090.
5. Nakamura, H.; Fujii, H.; Watano, S. Scale-up of high shear mixer-granulator based on discrete element analysis. Powder Technol. 2013, 236, 149-156. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.03.009.
6. Chan, E.L.; et al. DEM investigation of horizontal high shear mixer flow behaviour and implications for scale-up. Powder Technol. 2015, 270, 561-568. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2014.09.017.

Skrevet i: Aktuelt, Artikler fra Dansk Kemi, Kemiteknik

Seneste nyt fra redaktionen

Ny blodprøveteknologi kan give svar på 10 minutter

BiokemiMedicinalkemiTop26. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har udviklet ny teknologi, der genkender og måler koncentrationen af lægemidler i blodet på under 10 minutter. Den hurtigere svartid kan betyde forskellen på liv og død. Minutterne tæller, når en patient med en blodprop i hjernen ankommer til akutmodtagelsen på

Nu kan langt mere medicinsk udstyr blive svanemærket

AktueltKlima og miljø26. 10. 2026

Svanemærkets krav til medicinsk udstyr og lægemidler i plast og silikone er netop blevet skærpet. Samtidig kan en lang række nye produkttyper som iltmasker og sprøjter nu også opnå det officielle nordiske miljømærke. Fra ilt- og bedøvelsesmasker til blod- og dialyseposer: Svanemærket har

Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi19. 10. 2026

Forskere undersøger, hvordan mælkesyrebakterier fra honningbier kan bruges til at udvikle næste generation af plantebaserede fødevarer. Ved hjælp af avanceret droplet microfluidics kan tusindvis af bakteriestammer hurtigt screenes for deres evne til at fermentere plantebaserede råvarer og producere

Ny metode kan reparere fejl i gener

AktueltBioteknologiMedicinalkemi19. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har vist, at en ny form for genbehandling kan rette fejl i patienters stamceller. På sigt kan metoden måske bruges til behandling af sjældne, arvelige sygdomme, som påvirker vores immunforsvar. Nogle mennesker bliver født med en fejl i deres genetiske

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

AktueltBranchenytMedicinalkemiOrganisk kemi12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Færre vakuumpumper, større processikkerhed: central vakuumforsyning hos Migros Luzern

  • Sponsoreret indhold

    Professionel kemisk bekæmpelse af væggelus

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Effektiv laboratorieopvask starter med den rigtige løsning

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Vakuum reducerer vedligeholdelsesarbejdet og energiforbruget i osteproduktion

  • Holm & Halby

    Autoklave Kørekort i Aarhus – sikker sterilisering i praksis

  • Holm & Halby

    Holm & Halby på Cleanroom EXPO 2026

  • Holm & Halby

    Frysetørringsseminar – få styr på teorien bag den gode proces

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Besøg Busch Vakuumteknik på FoodTech 2026

  • Mikrolab – Frisenette A/S

    Mikrolab – Frisenette overtager aktiviteterne i MD Scientific

  • DENIOS ApS

    Vil du opvarme dine materialer effektivt?

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Ny blodprøveteknologi kan give svar på 10 minutter

    26.10.2026

  • Nu kan langt mere medicinsk udstyr blive svanemærket

    26.10.2026

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    19.10.2026

  • Ny metode kan reparere fejl i gener

    19.10.2026

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}