Thermodynamik realer Gemische (TDG)
Die Genauigkeit bei der Berechnung eines thermodynamischen Verfahrens
hängt direkt davon ab, wie genau das jeweils gewählte
thermodynamische Modell das wirkliche Stoffverhalten beschreibt. Die
Lehrveranstaltung TDG gibt dem Studenten das notwendige Rüstzeug
in die Hand, um fundiert die Wahl der "geeigneten" Thermodynamik
durchführen zu können. Hierzu ist die Vorlesung in vier Teile
gegliedert, wobei der ersten beiden Teile als klassische Vorlesung im
Hörsaal stattfinden und die letzten beiden Teile als praktische
PC-Übung im PC-Pool durchgeführt werden.
Im Hörsaal werden die wichtigsten Grundgleichungen,
Fundamentalgleichungen und Kenngrößen der Thermodynamik
abgeleitet (zum Teil ist dies eine Wiederholung des Stoffes aus der
physikalischen Chemie). Es werden die einzelnen thermodynamischen
Modelle und ihre Vor- und Nachteile durchgesprochen. Außerdem
wird behandelt, für welche Stoffgruppen die einzelnen Modelle
optimiert wurden.
Die Anwendung der Modelle auf Mehrphasenberechnungen wird dann im
PC-Pool mit dem Simulationsprogramm DISTIL der Firma Aspentec und mit Excel
durchgeführt. Hier werden wichtige Aspekte der
Gleichgewichtsthermodynamik auf der Basis der verschiedenen Modelle
durchgerechnet und kritisch verglichen. Mehrphasen-Gleichgewichte im
unterkritischen und kritischen Druckbereich ohne und mit Phasentrennung
(Dampf-Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte) werden berechnet,
grafisch dargestellt und diskutiert.
Teil 1: Grundlegende Gleichungen
Hauptsätze; Fundamentalgleichungen
für U, H, A und G; die partiellen Ableitungen der
Energiegrößen; Eulersche Gleichung; Gleichung von
Gibbs-Duhem und Duhem-Margules; Eigenschaften des chemischen
Potenzials; die Gleichgewichtsbeziehungen; Fugazität und
Aktivität; Mischungs- und Zustandsgrößen; das chemische
Gleichgewicht; Reaktionsenergie
Teil 2: Die thermodynamischen Modelle
Modelle mit Zustandsgleichungen:
- Kubische Formulierung (Van der Waals, Redlich-Kwong und
Soave-Redlich-Kwong, Peng-Robinson (PR) als generelle Formulierung und
Abwandlungen der Redlich-Kwong- und Peng-Robinson-Gleichungen)
- HEXAMER, UNIWALLS, Benedict-Webb-Rubin-Starling, Lee-Kesler-Plöcker
Liquid Activity Methode (NRTL, UNIQUAC, UNIFAC, van Laar, Wilson, Margules)
Teil 3: Phasengleichgewicht und Phasenzerfall
Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichte
im unterkritischen und kritischen Druckbereich für 2- und
3-Stoffsysteme; Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte und
Dampf-Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte; Prüfung von
Gleichgewichtsdaten auf thermodynamische Konsistenz
Teil 4: Projektteil
Das gewählte Beispiel variiert von Semester zu Semester.
Das Beispiel muss von den Studenten als Semesterarbeit gründlich
bearbeitet und besprochen werden (schriftlich). Die Semesterarbeit gilt
als Leistungsnachweis und wird benotet.