A priori-Vorhersage von Phasengleichgewichten mit dem Segment-Beitragsmodell COSMO-RS

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Arlt
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5380411

Im vorliegenden Projekt soll eine quantenchemische Vorhersagemethode für die thermische Verfahrenstechnik weiterentwickelt werden. Die Anwendung von quantenchemischen Methoden in der Ingenieurthermodynamik ist wegen mangelnder Genauigkeit und fehlender Validierung unzureichend. Ein vielversprechender neuer Ansatz ist das Kontinuumssolvensmodell COSMO-RS (Conductor-like Screening Model for Real Solvents), welches in ersten Anwendungsrechnungen für die thermische Trenntechnik hoffnungsvolle Ergebnisse erzielte und in der Anwendung für Ingenieure weniger komplex ist. Die Genauigkeit bei der Berechnung von Stoffeigenschaften insbesondere von Reinstoffen liegt jedoch noch unter akzeptablen Werten. An dieser Stelle setzt das vorliegende Projekt an und soll die vorhandenen energetischen Terme in COSMO-RS um Terme aus der statistischen Mechanik erweitern, die darauf abzielen, die Reinstoffeigenschaften expliziter zu erfassen. Im einzelnen ist beabsichtigt, Energieterme für die Beschreibung der repulsiven Eigenschaften von Molekülen unter Verwendung der Scaled-Particle-Theorie und der Boublik-Mansoori-Camahan-Starling-Leland-Zustandsgleichung zu ersetzen. Die Leistungsfähigkeit der neuen Energieterme wird an der Vorhersage von Reinstoffeigenschaften und hier insbesondere des Dampfdrucks einer Komponente mit dem weiterentwickelten Modell getestet. Begonnen wird mit der Modellierung von Reinstoffeigenschaften organischer Substanzen einfacher Struktur, die die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Ein Übergang auf komplexe Moleküle - wie z. B. verzweigte und mehrwertige Alkohole - soll die Vorhersagefähigkeit des Modells bei gleichzeitiger Beibehaltung der Genauigkeit demonstrieren. Die Vorhersage thermodynamischer Eigenschaften von Mischungen und der in ihnen enthaltenen Stoffe bildet den Abschluss dieses Projektes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen