Thermophysikalische Eigenschaften von langkettigen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und deren Gemischen mit gelösten Gasen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Paul Fröba
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392447067

Derzeit besteht zunehmendes Interesse an chemischen und energietechnischen Prozessen, in welche Flüssigkeiten mit gelösten Gasen involviert sind. Hierzu gehören die Abgasauftrennung mit Hilfe geeigneter Absorptionsmittel, die Herstellung wertvoller Kraftstoffe und Erdölprodukte aus Synthesegas sowie die Lagerung und der Transport von Wasserstoff mit flüssigen Trägerstoffen. Für die Entwicklung und Optimierung entsprechender Prozesse ist die genaue Kenntnis von Stoffdaten der beteiligten Fluide notwendig, wobei die aktuelle Datenlage für Flüssigkeiten mit darin gelösten Gasen über einen weiten Zustandsbereich spärlich ist. Dies ist mit den Limitierungen experimenteller Methoden sowie dem Fehlen einschlägiger theoretischer Methoden und Vorhersagemodellen zu begründen. Im beantragten Sino-German Research Project ist die systematische Untersuchung von Stoffdaten langkettiger Kohlenwasserstoffe und Alkohole sowie deren Gemische mit gelösten Gasen bis zu Temperaturen von 600 K vorgesehen. Die Studien sollen zum grundlegenden Verständnis beitragen, wie die Variation der Molekülstruktur der Flüssigkeiten sowie der gelösten Gase die Dichte, Löslichkeit, Viskosität und Oberflächenspannung der betrachteten Systeme beeinflusst. Das deutsche Forschungsteam an der Universität Erlangen-Nürnberg konzentriert sich hierbei auf die Charakterisierung der Systeme mittels molekulardynamischer (MD) Simulationen sowie der Oberflächenlichtstreuung (SLS). Neben der Dichte und Viskosität sollen die MD-Simulationen auch Zugang zu Löslichkeiten und Oberflächenspannungen bieten. Während für letztere Größen das methodische Vorgehen bei den MD-Simulationen zu optimieren ist, wurde die SLS bereits hinsichtlich der zuverlässigen Bestimmung von Oberflächenspannung und Viskosität bei hohen Temperaturen weiterentwickelt. Für diese Stoffeigenschaften wendet das chinesische Forschungsteam an der Xi'an Jiaotong-Universität theoretische Methoden auf Grundlage des Modells harter Kugeln und der Theorie korrespondierender Zustände sowie auf experimenteller Seite die Methode des hängenden Tropfens bzw. ein Schwingdrahtviskosimeter an. Die von beiden Teams für ausgewählte Systeme bestimmten Viskositäten und Oberflächenspannungen dienen als gegenseitige Referenzdaten. Auch die individuellen Aktivitäten in Form der Dichtebestimmung mit Hilfe eines Biegeschwingers auf deutscher sowie der gravimetrischen Löslichkeitsbestimmung auf chinesischer Seite ergänzen sich gegenseitig und sind von gemeinsamem Interesse, was die bereits bestehende Kooperation beider Gruppen weiter vertieft. Die zu erwartende verlässliche, umfassende Datenbasis für die ausgewählten Systeme soll zu einem grundlegenden Verständnis entsprechender Struktur-Eigenschafts-Beziehungen beitragen. Hierdurch wird auch die angestrebte Entwicklung von theoretischen und empirischen Modellen zur Beschreibung der Stoffdaten von willkürlichen Systemen aus Kohlenwasserstoffen und Alkoholen mit gelösten Gasen unterstützt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jiangtao Wu, Ph.D.