d.h. 20 mol% Ethanol und 80 mol% Wasser (vgl. Abb. 1.42).
Abb. 1.42. Zusammensetzung des Gemisches
Als Ergebnis erhält man in D10:D11 (Abb. 1.43)
Abb. 1.43. Ergebnis
In der Dampfphase befinden sich also 54 mol% Ethanol und 46 mol% Wasser im Phasengleichgewicht mit der o.g. Flüssigzusammensetzung bei dem o.g. Druck.
Diese Einzelberechnung kann auch als Tabelle durchgeführt werden, wie in I7:J27 zu sehen (vgl. Abb. 1.44).
Abb. 1.44. Einzelberechnungen
Die Grafik dazu (Abb. 1.45)
Abb. 1.45. Phasengleichgewicht Ethanol und Wasser mit DWSIM Flash
Die Stoffe Ethanol und Wasser lassen sich leicht gegen andere Stoffe austauschen. Entweder schriebt man einfach einen anderen Stoffnamen in A10:A11 oder wählt den Stoff aus einer DWSIM-Stofftabelle in der Tabelle Daten aus (vgl. Abb. 1.47). Die in DWSIM gespeicherten Stoffe sind in Spalte B aufgeführt, hier ein Ausschnitt. Die Funktion dazu lautet (Abb. 1.46):
Abb. 1.46. Aufruf vorhandener Komponenten
Abb. 1.47. Ausschnitt aus Liste der Komponenten
In Spalte A befindet sich eine Liste der thermodynamischen Modelle in DWSIM (Abb. 1.49). Die Funktion dazu lautet (Abb. 1.48):
Abb. 1.48. Aufruf vorhandener thermodynamischer Modelle
Abb. 1.49. Ausschnitt aus Liste der verfügbaren thermodynamischen Modelle
Von D bis H findet man Stoffdaten von Ethanol und Wasser. Die Funktion dazu lautet wie in (Abb. 1.50):
Abb. 1.50. Aufruf der Stoffdaten von Ethanol und Wasser
in Spalten D und G. Hier ein Ausschnitt zu Spalte D und E. In E10 muss der Stoffname stehen.
Weitere Informationen zu den DWSIM-Funktionen sind durch die Betreiber der Internetseiten zu erfahren.
2
Methoden zur Berechnung von Stoffdaten der Gemische
2.1 Mischungsregeln
Die Stoffdaten von Gemischen lassen sich nur für ideale Gemische berechnen. Das reale Gemischverhalten ist nur in wenigen Fällen untersucht und durch einen Funktionsansatz beschrieben. Aber selbst dann fehlen die im Funktionsansatz enthaltenen Wechselwirkungsparameter. Möglicherweise können diese aus dem zwischenmolekularen Potenzial z.B. nach Lennard-Jones gewonnen werden.
2.2 Ideale Mischungsregeln
Die Stoffdatenberechnung hat einen hohen Stellenwert bei der Planung von chemischen Prozessen. Bekannte Anbieter von einschlägigen Stoffdatensammlungen für Reinstoffe sind z.B. VDI Wärmeatlas, D´Ans Lax, CRC, Perry, Detherm, DIPPR, um nur einige zu nennen. Zur Abschätzung von Stoffdaten stehen Inkrementmethoden (Gruppenbeitragsmethoden) wie z.B. die Joback-Methode zur Verfügung. Diese und andere gibt es auch als Software.
Für die Berechnung der Stoffdaten von Gemischen werden Mischungsregeln angewendet. Dabei unterscheidet man zwischen idealen und realen Mischungsregeln. Reale Mischungsregeln berücksichtigen die Wechselwirkungen zwischen Molekülen. Diese basieren auf Dipolkräften, Polarisierbarkeitskräften und Dispersionskräften. Dieses Thema wird in diesem Buch in Kapitel 3 behandelt. Wir betrachten hier nur ideale Mischungsregeln wie sie z.B. weitestgehend in CHEMCAD verwendet und in der Praxis angewendet werden.
Gasmischungen verhalten sich so, dass man ideale Mischungsregeln anwenden kann. Diese bestehen aus einfachen linearen Funktionen, in denn die Reinstoffdaten als Molanteile addiert werden. Ideale Flüssigmischungen sind solche, bei denen die idealen Mischungsregeln gelten.
In CHEMCAD werden meistens DIPPR-Formeln zur Berechnung von Stoffdaten verwendet. Für die Energiebilanz wird die Enthalpie mithilfe der spezifischen Wärmekapazität berechnet. Es gilt
(2.1)
Darin ist H0 in der Regel die Standardbildungsenthalpie für ein ideales Gas.
Für die Berechnung der gasförmigen und flüssigen spezifischen Wärmekapazität stehen zwei Formeln zur Verfügung. Der früher häufig verwendete Ansatz besteht aus einem Polynom.
(2.2)
Für gasförmiges Oktan gelten z.B. die folgenden Daten (vgl. Abb.
