PROP-Modul

Ein weiteres Modul zur  Berechnung der Stoffwerte von Reinstoffen und Gemischen ist das PROP-Modul.

Das PROP-Modul nutzt das Programm PROPER zur Stoffwertberechnung, sofern dies vorhanden ist.

Basierend auf der Datenbank aus Prausnitz, The Properties of Gases and Liquids [1] berechnet PROPER nach einschlägigen Methoden Stoffwerte und Gleichgewichte für Reinstoffe und Mischungen mit bis zu 15 Komponenten.

Das PROP-Modul ermöglicht die Berechnung

·         von wahlweise bis zu 14 Stoffwerten bei einer Temperatur

·         oder über einen Temperaturbereich

·         von Gleichgewichtszuständen, von Reinstoffen oder von Stoffgemischen.

Das Laden bzw. die Einbindung des PROP-Modules erfolgt wie bei allen Stoffwertmodulen.

Nach dem Start des PROP-Moduls erscheint die Ein- und Ausgabemaske.

Zuerst wird die Eingabe eines Stoffnamens (Stoffstromdatei, Standardextension *.str) gefordert. Ein gespeicherter Stoffstrom, bestehend aus den Komponenten, den Konzentrationen, den Methoden, dem Druck und der Temperatur kann von Ihrer Festplatte in das PROP-Modul geladen werden.

Bei  „Modul“ / "Stoffdatei wählen" wird eine Auswahlbox geöffnet, in der die gespeicherten Stoffströme angezeigt und ausgewählt werden. Alle Dateien können durch Anwählen des Buttons "*.*" angezeigt werden. Stoffstromdateien können nur mit dem Programm PROPER erstellt und gesichert werden.

Nach Auswahl der Stoffstromdatei können Sie im PROP-Modul ein Phasengleichgewichtsmodell wählen:

0 - Keine Berechnung des Phasengleichgewichts

Es wird keine Stoffwertberechnung bei Phasengleichgewichten benötigt

1 - Sättigung mit Dampfdruckkurve (nur für Reinstoffe)

Stoffwerte bei Sättigung (siedende Flüssigkeit und Sattdampf)

2 - DDB-Flash (nur für Mehrstoffsysteme)

Sofern Sie den DDB-Flash erworben haben (optional zu PROPER) und damit die Stoffwerte für ein Stoffgemisch ermitteln wollen.

3 - RKS-Flash

Um das Phasengleichgewicht mit der RKS-Zustandsgleichung zu berechnen

Entsprechend der getroffenen Auswahl kann nun für das Phasengleichgewichtmodell 1 (Reinstoffe) festgelegt werden, ob die Siedetemperatur (bei Vorgabe des Druckes) oder der Siededruck (bei Vorgabe der Temperatur) berechnet werden soll.

Für die Phasengleichgewichtsmodelle 2 (DDB-Flash) und 3 (RKS) kann festgelegt werden, ob die Stoffwerte für den Taupunkt oder Siedepunkt errechnet werden sollen. Bei Vorgabe des Druckes wird je nach Wahl die Tau- ("4") oder die Siedetemperatur ("2") ermittelt. Bei Vorgabe der Temperatur kann der Taudruck ("3") oder der Siededruck ("1") ermittelt werden.

Literatur:

[1] Poling B.E., Prausnitz J.M., O’Connell J.P. /The Properties of Gases and Liquids/MacGraw-Hill, 5. Auflage

Aus: Walter Bierwerth, Tabellenbuch Chemietechnik, 11. Auflage, Verlag EUROPA-LEHRMITTEL, Europa Nr. 70717, S439 ff

Aufgabenstellung:

In einem Gemisch aus Benzol und Toluol soll durch kontinuierliche Rektifikation der Massenanteil an Benzol angereichert werden.

Die Anlage ist im Fließbild (Fließschema) dargestellt.

Das Gemisch (reines Zweistoffgemisch, ϑ_V = 20 °C) fällt mit folgender Zusammensetzung zur Trennung an:

Betriebsvorgaben:

Gewünschte Anreicherung: w₁ = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w₁ = 0,05 Benzol enthalten.

Zulauf zur Kolonne: siedend flüssig

Ablauf aus dem Kopfkondensator: siedend flüssig

Abkühlung des Destillats im Destillatkühler auf ϑ = 40 °C

Kühlwasser steht mit einer relative konstante Zulauftemperatur von ϑ = 20 °C zur Verfügung und soll beim Austritt aus der Anlage nicht wärmer als ϑ = 30 °C sein.

Die Kolonne wird bei Normaldruck betrieben.

Auszulegende Bauteile:

Kreiselpumpe (Feedpumpe): Erforderliche Pumpenleistung über Druckverlust in der Zuleitung

Gemischvorwärmer (elektrische Rohrbeheizung, induktiv): erforderliche Heizleistung?

Trennkolonne (Füllkörperkolonne): erforderliche Anzahl der theoretischen Stufen nach McCabe-Thiele

Kopfkondensator (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche

Destillatkühler (Rohrbündel-Wärmeaustauscher): erforderliche Austauschfläche

Destillatvorlage (liegender zylindrischer Pufferbehälter mit Klöpperböden): Füllstandsdiagramm q_V = f(h)

Erforderliche Armaturen und sonstige Rohrleitungsteile in der Feedleitung:

2 Bögen (Krümmer) 90°, R/d = 4

1 Durchgangsventil (DIN-Ventil)

1 Absperrhahn (Kugelhahn), 50 % geöffnet

1 Rückschlagventil

1 Wirbelzähler

Bestimmung der Siedetemperatur des Feedgemisches mit Hilfe der Antoine-Konstanten

Mit Hilfe der Antoine-Konstanten auf Seite 250 kann die Siedetemperatur des Gemisches bestimmt werden.

Nach Dalton (Seite 256) gilt bei Siedetemperatur des Gemisches: p = x_B · p_B + x_T · p_T

Berechnung der Stoffmengenanteile aus den Massenanteilen (S. 52) und den molare Massen

(Seiten 110/111 oder 131 u. 143):

M_B = 78,11 g/mol

M_T = 92,14 g/mol

x_T = 1 – x_B = 0,718

Berechnung der Dampfdrücke nach Antoine (S. 250):

Antoinekonstanten für Benzol:              A_B = 6,01762   B_B = 1203,331   C_B = 219,888

                                                                   Siedetemperatur: ϑ_B = 80,1 °C

Antoinekonstanten für Toluol:               A_T = 6,07577   B_T = 1342,31   C_T = 219,187

                                                                   Siedetemperatur: ϑ_T = 111 °C

Mit p = x_B · p_B + x_T · p_T und

und

folgt für einen Umgebungsdruck von p = 1 bar = 100 kPa:

Aufgelöst ergibt das eine Siedetemperatur von ϑ_bZ = 98,6 °C

Bestimmung der Dichte des Feedgemisches S. 121

Dichte der Reinstoffe bei 20 °C:

ϱ_B = 878,9 kg/m³ 

ϱ_T = 866,9 kg/m³ (S. 110/111 oder 131 u. 143)

Dichte der Mischung:

ϱ_M = ϱ_B · w_B + ϱ_T · w_T = 878,9 kg/m³ · 0,25 + 866,9 kg/m³ · 0,75

ϱ_M = 869,9 kg/m³

Bestimmung der Viskosität des Feedgemisches S. 110/111 und S. 75

Viskositäten der Reinstoffe (Seiten 110/111 und 131 u. 143)

η_B = 0,64 mPa · s

η_T = 0,59 mPa · s

Viskosität des Gemisches:

η_M = e ^{xB · ln ηB + xT · ln ηT} = e ^{0,282 · ln 0,64 + 0,718 · ln 0,59} = 0,604 mPa · s

η_M = 0,604 · 10^–3 Pa · s