Berechnung von Stoffdaten und Phasengleichgewichten mit Excel-VBA. Wolfgang Schmidt

      befinden sich die beiden seitlichen CH₃-Gruppen am 2. und 4. C-Atom, von links gezählt. Deren Abstand ist damit größer als der Abstand bei 2,3-Dimethylhexan. Auch befindet sich zwischen den beiden CH-Gruppen jetzt eine CH₂-Gruppe. Es ist das Ziel weiterer Bemühungen, diese Strukturunterschiede so zu definieren, dass sich daraus bessere Ergebnisse erhalten lassen.

      In der o.g. CHEMCAD-Dokumentation befindet sich eine umfangreiche Beschreibung der Cavett, API, Lee-Kesler, Joback- und der Elliot-Unifac-Methode, sowie Daten für die beiden letztgenannte Methoden. Im neuen VDI-Heat-Atlas ist u.a. die Joback- sowie die Second-Order-Constantinou-/Gani-Methode beschrieben.

1.3 DIPPR-Datenbank

      Die DIPPR-Gesellschaft „Design Institute for Physical Property Research“ hat es sich zum Ziel gesetzt, Stoffdatenfunktionen und deren Parameter von Reinstoffen als Datenbank zu speichern und auf dem Markt anzubieten.

      Die Verwendung der DIPPR-Datenbank soll am Beispiel Ethanol in der Prozesssimulationssoftware CHEMCAD 6.5 dargestellt werden. Alle Screenshots sind der Software CHEMCAD entnommen.

In diesem Screenshot (Abb. 1.27) sind die kritischen Daten, d.h. T_c und P_c sowie der azentrische Faktor ω und die spezifische Dichte, d.h. die auf Wasser bezogene Dichte bei 60 F = 16,666 °C sowie die Parameter der spezifischen Wärmekapazität Cp für das ideale Gas aufgeführt.

      Die Gleichung für die spezifische Wärmekapazität Cp lautet:

      (1.28)

Abb. 1.27. Minimum Required Data

      Bei näherer Betrachtung der Parameter A bis F fällt auf, dass diese in der genannten Reihenfolge in etwa um den Faktor 1/1000 kleiner werden. Wäre dem nicht so, bestünde die Gefahr einer wellenförmigen Funktion. Dies ist bekanntlich der typische Nachteil der ansonsten einfachen Polynomfunktion. So einfach ein Polynom auch ist, es gibt keinen physikalischen Zusammenhang, der einer Polynomfunktion entspricht. Daher ist ein Polynom zur Beschreibung einer physikalischen Größe nicht geeignet. Die Aussage, mit einem Polynom könne man jeden beliebigen Funktionsverlauf darstellen, stimmt eben nur sehr begrenzt.

      Mit diesen minimalen Daten lassen sich notfalls fehlende Stoffdaten durch Korrelationen abschätzen. Natürlich kann man damit nicht die Genauigkeit gemessener Daten ersetzen.

Abb. 1.28. Basic Data

In einem weiteren Sceenshot (Abb. 1.28) findet man die Basic-Daten. Darin sind weitere temperaturunabhängige Stoffdaten enthalten. Zu finden ist das Molgewicht [kg/kmol], die kritischen Daten T_c [C], P_c [bar] und V_c [m³/kmol], der azentrische Faktor ω, der Siedepunkt [°C] (normal boiling point), der Schmelzpunkt [°C] (melting point), Schmelzenthalpie [kJ/kg] (heat of fusion), Solubility-Parameter [(J/m³)^0,5), Dipolmoment [Cm], Streuradius [m] (Radius of Gyration).

      Weiterhin findet man die Standardbildungsenthalpie [kJ/kg] (heat of formation) und die Gibbs-Enthalpie of formation [kJ/kg]. Der Zusammenhang beider Enthalpien geht aus der Gleichung hervor.

      (1.29)

      In diesem Fall sind nur die Daten für die im idealen Zustand bekannt.

Abb. 1.29. Dichte nach DIPPR

Für die Dichte der Flüssigkeiten (Abb. 1.29) gilt die DIPPR-Formel Nr. 105. Diese lautet

      (1.30)

      Diese Funktion benötigt nur die Parameter A bis D. Diese 4 Parameter liegen für Ethanol vor. Der untere Gültigkeitswert bei T_u = 159,05 K beträgt 19,4128 kmol/m³, bei T₀ = 513,92 K beträgt er hingegen 5,96518 kmol/m³.

      Für die Feststoffdichte gilt die DIPPR-Formel Nr. 100. Diese lautet

      (1.31)

      In dieser Funktion genügt im Minimalfall sogar nur 1 Parameter. Und tatsächlich liegt auch nur ein einziger Parameter, nämlich 22,9 kmol/m³, für Ethanol vor. D.h. die Dichte von festem Ethanol ist also nur mit 22,9 kmol/m³ in der Datenbank enthalten. Vermutlich liegen keine weiteren Messungen vor.

Im nächsten Screenshot geht es um den Dampfdruck und die Verdampfungsenthalpie (Abb. 1.30).