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Erstellung von Stoffdatenmodellen

Für die Modellierung und Simulation von Prozessen mit Phasenumwandlung werden thermodynamische Modelle zur Beschreibung des Verdampfungs- bzw. Kondensationsverhaltens der beteiligten Stoffe benötigt. Die Verwendung idealer Mischungsgrößen führt dabei oft zu fehlerhaften Simulationsergebnissen, da das Verhalten von Stoffgemischen stark vom idealen Gemischverhalten abweichen kann.

Abbildung 1 zeigt beispielhaft das binäre Phasendiagramm eines Wasser-Schwefelsäure-Gemisches bei einem Gesamtdruck von 1 bar. Sowohl der steile Anstieg der Taulinie im Bereich kleinster Schwefelsäurekonzentrationen als auch das Azeotrop sind mit idealen Modellen nicht darstellbar.

Abb. 1: Phasendiagramm des binären Gemisches Wasser-Schwefelsäure bei p = 1 bar

Aus diesem Grund bietet die FVTR GmbH die Erstellung von realen Stoffdatenmodellen für verschiedene Stoffgemische an. Dabei werden anhand von Messdaten des betreffenden Systems sogenannte Aktivitätskoeffizientenmodelle (bspw. NRTL, UNIQUAC) parametriert. Die Aktivitätskoeffizienten γ beschreiben dabei die Abweichung vom idealen Gemischverhalten (γ = 1). Abbildung 2 zeigt den Verlauf der Aktivitätskoeffizienten des Systems Wasser-Schwefelsäure bei 400 K. Hier wird erneut die starke Nicht-Idealität des Stoffgemisches deutlich.

Abb. 2: Aktivitätskoeffizienten von Schwefelsäure und Wasser bei T = 400 K

Die zur Modellparametrierung benötigten Messdaten können im hauseigenen Labor aufgenommen werden. Die erstellten Modelle können als Funktion oder als Lookup-Tabelle in nahezu jede Software eingearbeitet werden.