Entwicklung einer universellen Gruppenbeitragszustandsgleichung Buchkatalog

Für die Entwicklung, Auslegung und Optimierung der verschiedensten Prozesse der chemischen, erdöl· und erdgasverarbeitenden Industrie benötigt man zuverlässige thermophysikalische Rein· stoff· und Gemischdaten. Für die Auslegung der verschiedenen Prozesse ist die Vermessung aller benötigten thermophysikalischen Daten aus Kosten· und Zeitgründen schlicht unmöglich, so dass der Verfahrensingenieur auf Modelle angewiesen ist, die ihm diese Eigenschaften zuverlässig vorausberechnen. Die bestehenden Modelle sind aber in ihren Anwendungsbereichen beschränkt und neben verschiedenen Stärken leider auch mit Unzulänglichkeiten behaftet. Um alle benötigten Eigenschaften verlässlich zu berechnen, muss der Verfahrensingenieur daher in der Regel mehrere Modelle verwenden und deren Stärken und Schwächen genau kennen. Ziel war es daher, ein Modell zu entwickeln, dass universell zur Vorausberechnung thermodynamischer Eigenschaften eingesetzt werden kann. Mit dem PSRK (Predictive·Soave-Redlich-Kwong)-Modell, das auch in verschiedenen Prozess simulatoren wie z.B. "Aspen Plus" implementiert wurde, wurden bereits die Vorteile von Zustandsgleichungen und Gruppenbeitragsmethoden vereint. Jedoch weist dieses Modell noch einige Schwächen auf, u.a. eine unbefriedigende Beschreibung der Flüssigkeitsdichten, Dampf­ Flüssig-Gleichgewichte asymmetrischer Systeme, Grenzaktivitätskoeffizienten und Exzessenthalpien. Das in dieser Arbeit entwickelte VTPR (volume-translated Peng-Robinson)-Modell stellt eine Weiterentwicklung der PSRK-Methode dar. Die volumentranslatierte Peng-Robinson­ Zustandsgleichung liefert eine verbesserte Beschreibung des PvT-Verhaltens im unter- und überkritischen Zustand. Durch die Verwendung einer modifizierten Huron-Vidal-gE-Mischungsregel (als gE-Information dient der Restanteil der original UNIFAC-Methode), in Kombination mit einer nichtlinearen b-Mischungsregel konnte die Vorhersage des Phasengleichgewichtsverhaltens stark asymmetrischer Systeme (z.B. CO2 mit langkettigen n-Alkanen) deutlich verbessert werden. Dieses VTPR-Modell wurde anhand einer 5x5-Matrix (Alkane, Aromaten, Ketone, CH4 und CO2) eingehend getestet. Die Anpassung temperaturabhängiger Wechselwirkungsparameter führte dabei zu einer verbesserten Beschreibung der Exzessenthalpien, der Grenzaktivitätskoeffizienten und Fest-Flüssig-Gleichgewichte im Vergleich zum PSRK-Modell. Weiterhin wurde das chemische Gleichgewicht der Ammoniak-Synthese mit Hilfe der Modelle PSRK und VTPR über einen großen Druckbereich berechnet. Diese Modelle liefern eine deutlich bessere Beschreibung der Gasphasenrealität im Vergleich zu einer normalen SRK-Zustandsgleichung mit binären Wechselwirkungsparametern. Darüber hinaus konnte der Anwendungsbereich des VTPR-Modells auch auf das Gebiet der Polymerlösungen erfolgreich erweitert werden.