Taudichten fluider Gemische - Neue Methoden zur Messung und Modellierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Richter
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269357610

Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer experimenteller Methoden zur genauen Messung der Taudichten von fluiden Gemischen. Die Probleme der zurzeit existierenden Verfahren sollen dabei überwunden werden. Dies schließt die Quantifizierung von Sorptionseffekten ein, wodurch die Messunsicherheit ganz erheblich verringert werden kann. Darüber hinaus sollen neue theoretische Ansätze entwickelt werden, die erstmalig die fest etablierten Gebiete der thermodynamischen Stoffdatenmessung und der Soprtionsphänomene vereinen. Weiterhin sollen die Messdaten verwendet werden, um vielparametrige empirische Fundamentalgleichungen anzupassen, wobei auch neue Ideen hinsichtlich der Anpassungsstrategie untersucht werden sollen.Die Untersuchung des Phasenverhaltens von fluiden Gemischen ist eine Hauptaufgabe der thermophysikalischen Stoffdatenforschung. Um die Forschungsergebnisse für die Wissenschaft und Industrie anwendbar zu machen, z.B. bei der Erdgasaufbereitung und der CO2-Abscheidung, werden Zustandsgleichungen benötigt, die die Phasengrenze Gas-Flüssigkeit genau beschreiben können. Wichtigste Voraussetzung zur Entwicklung solcher Gleichungen sind genaue experimentelle Daten. Die derzeit existierenden Datensätze sind jedoch lücken- und mangelhaft. Zur Entwicklung von Zustandsgleichungen, die das Phasengleichgewicht von Gemischen beschreiben können, werden hauptsächlich VLE (vapor-liquid equilibrium) Daten verwendet. Allerdings werden dabei nur sehr selten auch die Siede- und Taudichten berücksichtigt. Genau diese Daten sind es jedoch, die die komplette experimentelle Information über den VLE-Zustand liefern, was unbedingt notwendig wäre, um den aktuellen Stand der Technik von Zustandsgleichungen zu verbessern.Genaue Siededichten für Gemische wurden in den 1980er Jahren am NIST gemessen, und an der Ruhr-Universität steht hierfür seit kurzem eine neue, sehr genaue Apparatur zur Verfügung. Im Gegensatz dazu existieren aber nahezu keine Taudichten fluider Gemische. Verfahren zur Messung vollständiger VLE Datensätze, inkl. der Siede- und Taudichten, sind sehr selten. Wesentliche Ursache für die Messunsicherheit bei sogenannten analytischen Messverfahren ist die Probenahme zur Analyse der Zusammensetzung bei der erhebliche Probleme auftreten (z.B. Änderung der Zusammensetzung und Störung des Gleichgewichtes). Außerdem sind die Dichtemessverfahren für die Gasphase bei weitem nicht genau genug. Deshalb ist ein synthetisches Messverfahren, bei dem die Zusammensetzung des Messfluids genau bekannt ist, in Kombination mit einem genauen Dichtemessverfahren erforderlich. In diesem Zusammenhang haben aktuelle Studien gezeigt, dass die genaue Kenntnis der Zusammensetzung nicht ausreicht, wenn Sorptionseffekte oder Kapillarkondensation unbeachtet bleiben. Diese störenden Effekte verfälschen die zu messende Dichte und müssen deshalb verstanden und berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Magnetic Suspension Balance
• Gerätegruppe: 8930 Spezielle Waagen (ferngesteuert, registrierend)