Regio Zuid | Modellering en simulatie van extrusieprocessen in de farmaceutische en biobrandstofindustrie

Extrusie is een productieproces dat gewoonlijk wordt gedefinieerd als een continu thermo-mechanisch proces dat is gebaseerd op een combinatie van verschillende verwerkingsstappen zoals transport, mengen, afschuiven, plastificeren, smelten, koken en polymeriseren. Extrusie wordt in een grote diversiteit aan industriële toepassingen gebruikt, onder andere in de voedingsindustrie, farmaceutische industrie, plastic- en materiaalindustrie en bij het produceren van biobrandstoffen. Bij experimenteel onderzoek naar simulaties van extruders, worden deze benaderd als een soort black-box. Hierbij worden de input variabelen door middel van statistiek in verband gebracht met de output, de eigenschappen van het eindproduct. Het is op dit moment niet mogelijk om de fysische mechanismen die zich binnenin de extruder afspelen te voorspellen die verantwoordelijk zijn voor de output. Modellerings- en simulatiemethoden op basis van natuurkundige formules op het gebied van vloeistofmechanica kunnen meer inzicht bieden in de complexe interacties tussen de input- en outputparameters van een extruder. Computersimulaties op basis van nauwkeurige modellering bieden de mogelijkheid een volledige toegang te verschaffen tot moeilijk te bepalen, maar kritische parameters, zoals vullingsgraad, drukverdeling en lokale materiaaltemperatuur. Deze inzichten zouden voor de industrie kunnen leiden tot een hogere productie output met behoud van kwaliteit en een veel nauwkeurigere benadering van het extrusieproces. Het doel van het project is om de haalbaarheid te toetsen van het inzetten van op natuurkunde gebaseerde vloeistofmechanica-simulaties voor dubbelschroefsextruders, binnen de “hot-melt” extrusie methode in farmaceutische en biobrandstof toepassingen. Hiervoor wordt de technische haalbaarheid gevalideerd middels literatuuronderzoek, het testen van simulatiemodellen op testdata uit deze sector en wordt er een marktverkenning gedaan bij verschillende producenten van extrusiemachines en eindgebruikers. Dit haalbaarheidsonderzoek wordt uitgevoerd door FLOW Matters, een startup die is gevestigd op de faculteit toegepaste natuurkunde van de Technische Universiteit Eindhoven, opgericht in 2018. Het bedrijf richt zich op het verkopen van software en bijbehorend advies op het gebied van op natuurkunde gebaseerde simulaties van gas- en vloeistofmechanica. Wanneer de uitkomsten van dit haalbaarheidsonderzoek positief blijken te zijn wordt overgegaan op de technische ontwikkeling van de simulatiemodellen middels een industrieel onderzoeksproject. Dit project draagt bij aan de optimalisatie van de productie van biobrandstoffen en farmaceutische producten in Nederland doordat de simulatiemodellen op het gebied van vloeistofmechanica bijdragen aan een accuratere, betere en goedkopere voorspelling van de extrusieprocessen en zo de output kan worden geoptimaliseerd op zowel kwantiteit als kwaliteit. Daarnaast draagt dit project ook bij aan de ontwikkeling van de sleuteltechnologieën voor de toekomst op het gebied van digitale en industriële technologie en de verdere ontwikkeling van het hightechcluster in Zuid-Nederland..