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, ϑV = 20 °C) fällt mit folgender Zusammensetzung zur Trennung an:
|
Benzol: Massenanteil |
w1 = 25 % |
|
Toluol: |
w2 = 75 % |
Betriebsvorgaben:
Gewünschte Anreicherung: w1 = 0,95 (Kolonnenkopf), der Sumpfablauf soll noch maximal w1 = 0,05 Benzol enthalten.
|
Volumenstrom Zulauf (Feed): |
qV = 80 L/min |
|
Länge der Zuleitung (gerade Rohrleitungsstücke): |
L = 15 m |
|
Höhendifferenz Feedpumpe/Kolonneneinspeisung (geodätische Höhe): |
z = 4 m |
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 qV = 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 = xB · pB + xT · pT
Berechnung der Stoffmengenanteile aus den Massenanteilen (S. 52) und den molare Massen
(Seiten 110/111 oder 131 u. 143):
MB = 78,11 g/mol
MT = 92,14 g/mol
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xT = 1 – xB = 0,718
Berechnung der Dampfdrücke nach Antoine (S. 250):
Antoinekonstanten für Benzol: AB = 6,01762 BB = 1203,331 CB = 219,888
Siedetemperatur: ϑB = 80,1 °C
Antoinekonstanten für Toluol: AT = 6,07577 BT = 1342,31 CT = 219,187
Siedetemperatur: ϑT = 111 °C
Mit p = xB · pB + xT · pT und
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und
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folgt für einen Umgebungsdruck von p = 1 bar = 100 kPa:

Aufgelöst ergibt das eine Siedetemperatur von ϑbZ = 98,6 °C
Bestimmung der Dichte des Feedgemisches S. 121
Dichte der Reinstoffe bei 20 °C:
ϱB = 878,9 kg/m³
ϱT = 866,9 kg/m³ (S. 110/111 oder 131 u. 143)
Dichte der Mischung:
ϱM = ϱB · wB + ϱT · wT = 878,9 kg/m³ · 0,25 + 866,9 kg/m³ · 0,75
ϱM = 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)
ηB = 0,64 mPa · s
ηT = 0,59 mPa · s
Viskosität des Gemisches:
ηM = e xB · ln ηB + xT · ln ηT = e 0,282 · ln 0,64 + 0,718 · ln 0,59 = 0,604 mPa · s
ηM = 0,604 · 10–3 Pa · s