Fachübersicht
Das Modul NaOH liefert die Stoffwerte wässriger Natriumhydroxid-Lösungen (Natronlauge) als Funktion von Temperatur und Konzentration. Der Gültigkeitsbereich umfasst 20 °C bis 100 °C und 0 bis 50 Massen-% NaOH – damit ist der Bereich abgedeckt, in dem Natronlauge in der Chemie-, Zellstoff-, Lebensmittel- und Wasseraufbereitungsindustrie üblicherweise gehandhabt, gelagert und aufkonzentriert wird.
Berechnet werden Dichte, Sättigungsdruck, spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, dynamische und kinematische Viskosität sowie die abgeleiteten Größen Prandtl-Zahl, thermischer Ausdehnungskoeffizient und Temperaturleitfähigkeit. Wer die Dichte von Natronlauge berechnen, die Viskosität einer 50-%-Lauge für die Pumpenauslegung bestimmen oder den Wärmeübergang in einem Laugenkühler auslegen will, findet hier alle benötigten Eingangsgrößen konsistent aus einem Datensatz.
Die starke Konzentrationsabhängigkeit ist dabei entscheidend: Konzentrierte Natronlauge ist erheblich dichter und zäher als Wasser, ihr Dampfdruck ist deutlich abgesenkt (Siedepunkterhöhung) und die Wärmekapazität reduziert. Rechnungen mit Wasser-Stoffwerten führen bei Lauge deshalb zu groben Fehlern in Druckverlust, Wärmeübergang und Verdampferauslegung.
Anwendungsbereich
- Stoffwerte von Natronlauge
Typischer Arbeitsablauf
Zustand festlegen
Eingegeben werden Temperatur (20 °C bis 100 °C) und NaOH-Konzentration (0 bis 50 Ma-%). Das Modul prüft, ob der Zustand im Gültigkeitsbereich der hinterlegten Korrelationen liegt.
Basisstoffwerte auswerten
Aus den Korrelationen werden Dichte, spezifische Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und dynamische Viskosität der Lösung als Funktion beider Zustandsgrößen berechnet; zusätzlich wird der Sättigungsdruck der Lösung bestimmt, der gegenüber reinem Wasser konzentrationsabhängig abgesenkt ist.
Abgeleitete Größen bilden
Aus den Basiswerten folgen kinematische Viskosität (η/ρ), Prandtl-Zahl (η·cp/λ), Temperaturleitfähigkeit (λ/(ρ·cp)) und der thermische Ausdehnungskoeffizient aus der Temperaturabhängigkeit der Dichte.
Werte in die Prozessrechnung übernehmen
Die Stoffwerte gehen in nachgelagerte Auslegungen ein: Reynolds-Zahl und Druckverlust von Rohrleitungen und Pumpen, Nusselt-Korrelationen für Wärmeübertrager sowie Siede- und Verdampfungsrechnungen über den Sättigungsdruck.
Häufige Fragen
Warum ist der Sättigungsdruck der Lauge niedriger als der von reinem Wasser?
Gelöstes NaOH senkt die Wasseraktivität der Lösung; der Dampfdruck sinkt mit steigender Konzentration deutlich unter den Reinwasserwert. Praktisch bedeutet das eine Siedepunkterhöhung: Eine 50-%-Lauge siedet bei Atmosphärendruck erst weit oberhalb von 100 °C. Für Verdampfer heißt das, dass die nutzbare Temperaturdifferenz um die Siedepunkterhöhung schrumpft.
Wie stark ändert sich die Viskosität mit der Konzentration?
Sehr stark und nichtlinear: Während verdünnte Lauge nahezu wasserähnlich fließt, ist konzentrierte Natronlauge bei Raumtemperatur um ein Vielfaches zäher als Wasser. Da die Viskosität zugleich stark mit der Temperatur fällt, müssen Pumpen- und Wärmeübergangs-Rechnungen zwingend mit den Stoffwerten bei tatsächlicher Betriebstemperatur und -konzentration geführt werden.
Was ist außerhalb des Gültigkeitsbereichs zu beachten?
Unterhalb von 20 °C nähert man sich bei hohen Konzentrationen der Kristallisationsgrenze: Konzentrierte Natronlauge kann bereits bei Temperaturen deutlich über 0 °C auskristallisieren und Leitungen zusetzen – Lagertanks und Leitungen für 50-%-Lauge werden deshalb beheizt. Oberhalb von 100 °C und über 50 Ma-% sind die Korrelationen des Moduls nicht validiert; hier sind gesonderte Daten erforderlich.
Auf welche Konzentrationsangabe beziehen sich die Stoffwerte?
Auf den Massenanteil NaOH in der Lösung (Ma-%). Verwechslungen mit Molarität (mol/l) oder Massenkonzentration (g/l) sind eine typische Fehlerquelle, da bei Lauge wegen der hohen Dichte große Unterschiede entstehen: Eine 50-Ma-%-Lauge enthält rund 763 g NaOH pro Liter Lösung.
Technische Inhaltsbasis: LV-Solved-Problems-Content 628d313247e7