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Assoziierende Fluide


Simultan optimierte“, kurze Fundamentalgleichungen sind bisher für typische unpolare Stoffe und typische (nicht oder nur schwach assoziierende!) polare Stoffe entwickelt worden. Die in der reduzierten Helmholtz-Energie formulierten Gleichungstypen bestehen jeweils aus einer festen Kombination von mathematischen Termen. Im Gegensatz zu anderen Zustandsgleichungen mit optimierter Struktur unterscheiden sich nur die Koeffizienten der Terme von Stoff zu Stoff. Damit eignen sich die neuen Gleichungsformen gut für die Beschreibung von breiten Stofffamilien. Der Gleichungstyp für unpolare Stoffe ist schon an Daten für mehr als 30 Fluide angepasst worden; verfügbar sind Gleichungen für Argon, Krypton, Xenon, Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenmonoxid, Schwefel-Hexafluorid, COS, Schwefelwasserstoff, Methan, Ethan, Ethylen, Propan, n-Butan, Isobutan, 1-Buten, n-Pentan, Isopentan, Neopentan, Cyclopentan, n-Hexan, Isohexan, Cyclohexan, Di-methylbutan, n-Oktan, Nonan, Dekan, Benzol, Toluol und Ethylbenzol. Der Gleichungstyp für polare Stoffe ist schon an Daten für mehr als 20 Fluide angepasst worden; verfügbar sind Gleichungen für R-11, R-12, R-22, R-32, R-41, R-113, R-123, R-125, R-134a R-141b, R-142b, R-143a, R-152, R-218, R-227ea, Kohlendioxid, Ammoniak, N2O, SO2, Aceton. Auf diesen Gleichungen basierende Software zur Berechnungen von thermodynamischen Stoffdaten ist über den Lehrstuhl für Thermodynamik der Ruhr-Universität Bochum erhältlich. Mit diesen Programmen können alle relevanten Zustandsgrößen, wie z.B. Dichte, Enthalpie, Entropie, Wärmekapazität und Virialkoeffizienten, in hoher Genauigkeit berechnet werden. Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten ist die Entwicklung eines neuen Gleichungstyps für assozierende Stoffe. Betrachtet werden dabei zunächst die thermodynamischen Eigenschaften von Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff, Wasser, Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol, 1-Pentanol, 2-Pentanol, Ameisensäure, Essigsäure, Propiolsäure, Butiolsäure, Methylamin, Diethylamin, Diehylether und Dipropylether. Diese und andere assoziierende Stoffe besitzen eine herausragende Bedeutung für Stoffdatenprobleme in der Verfahrenstechnik. Die Bildung von Clustern aus verschiedenen Molekülen, z.B. durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken, führt im Vergleich zu unpolaren Stoffen zu gravierenden Unterschieden im thermodynamischen Verhalten.

Untersucht wird im Rahmen eines DFG-Projektes sowohl der Einbau von physikalisch begründeten Termen in eine empirische Zustandsgleichung, als auch die rein empirische Beschreibung assoziierender Stoffe durch simultan optimierte Zustandsgleichungen.