12. Prozess Modellierung 


12.1. Anzahl der Teilprozesse
12.2. Reinstoff-Einschränken
12.3. Relation der reagierenden Masse
12.4. Aktivitätskoeffizienten
12.5. Ausschließen der Bildung
12.6. Extrapolation der Zustandsgrößen
12.7. Stationärer Zustand
12.8. Parameter Variation

Die Prozessmodellierung mit dem Process Calculator ermöglicht
- Abschätzung der Produkte bei einem konzipierten Prozess 
- Bestimmung des Einflusses der zu ändernden Prozessbedingungen auf einen bereits existierenden Prozess 
- thermodynamische Abstraktion der Prozessführung zur Feststellung des Einflusses von Prozessparametern auf die Bildung bestimmter Stoffe oder auf die Änderung der Zustandsgrößen

Aus welchem Grund auch immer sollten die folgenden Regeln einer Prozessmodellierung berücksichtigt werden. 

12.1. Anzahl der Teilprozesse: In dem Projekt sollten mindestens genau so viele Prozesse erstellt werden, wie die Anzahl der Teilprozesse bzw. Reaktoren im realen System. Es kann erforderlich sein, dass ein zu modellierender Reaktor im Projekt in mehreren Prozessen definiert wird. Dies kann notwendig sein, wenn z.B. in einem Reaktor große Temperatur unterschiede zu erwarten sind. Die Modellierung eines Reaktors in mehreren Teilprozessen hat jedoch die Folge, dass ein stationärer Zustand erst nach mehreren Berechnungszyklen erreicht wird, wenn ein Massenrückfluss zu berücksichtigen ist. 

12.2. Reinstoff-Einschränken: Wenn einige Stoffe nur als Reinstoff entstehen können, kann dies anstelle der Aktivitätskoeffizienten mit der Eingabe  (1) in a.c.-Spalten vorgegeben werden.

12.3. Relation der reagierenden Masse (Rel.-Werte): Wenn die Konzentrations- bzw. Massen-Verläufe nach den ersten Berechnungen  näherungsweise einen stationären Zustand erreichen, können die Konzentration bzw. die Masse der Produkte in Modell-Prozessen mit den Werten im realen System verglichen werden. Wird ein wesentlicher Unterschied festgestellt, so muss bestimmt werden, aus welchen Reaktanden diese Produkte entstehen können. Z.B. CO2 entsteht aus Reaktanden, welche die wesentliche Menge des Kohlenstoffs und Sauerstoffs enthalten. Danach können die Werte in Rel.-Spalten verringert werden: (zwischen eins bis zu null). 

Die Änderung der Rel.-Werte sollte nicht beliebig erfolgen. In der Regel sollten die Rel.-Werte umgekehrt proportional der Aktivitäts-Größen sein. Wenn nach einer Berechnung die Aktivität von Stoff A größer ist, als die Aktivität von Stoff B, sollte der vorgegebene Rel.-Wert für den Stoff B größer sein als der Rel.-Wert für den Stoff A. Diese Vorgehensweise sollte jedoch nicht ein Widerspruch zu Erfahrungswerten stellen. Die Erfahrungswerte haben die Priorität.

Wenn vor der Bildung eines Stoffs eine thermodynamische Hemmung besteht, sollten die Rel.-Werte näherungsweise eins sein. Z.B. Wenn eine Gasmischung bei 800 °C Zn-Dämpfe enthält und die Temperatur der Gasmischung in einem Prozess auf 100°C gesenkt wird, ist zu erwarten, dass in den Produkten kaum Zink-Dämpfe existieren. Daher sollte der Rel.-Wert von Zn (g) näherungsweise 1 sein.

12.4. Aktivitätskoeffizienten: Wenn die Aktivitätskoeffizienten von einzelnen Stoffen bekannt sind, sollten diese auch in den ersten Berechnungen eingegeben werden. Wenn nach den Vorgaben von Reinstoffen und Rel.-Werten wesentliche Unterschiede zwischen den berechneten und gemessenen Werten der Konzentration bzw. Masse der Produkte zu beobachten sind, kann durch die Variation der Aktivitäts-/Fugazitäts- Koeffizienten dieser Produkte eine Anpassung erzielt werden. Die Verringerung des Aktivitätskoeffizienten erhöht die Menge des entsprechenden Stoffs in den Produkten.

12.5. Ausschließen der Bildung: Wenn die Bildung eines Stoffs thermodynamisch möglich jedoch mit den vorhandenen Reaktanden kinetisch nicht möglich ist, kann mit der Vorgabe von null  in den a.c.- bzw. f.c.-Spalten die Bildung durch die Berechnung verhindert werden.

12.6. Extrapolation der Zustandsgrößen: Wenn bei der Definition des thermodynamischen Systems die Extrapolation zugelassen wird, kann diese nicht selten zu fehlerhaften Resultaten führen. Eine Lösung wird in Abs. 15.4 Extrapolationsbedingter Fehler erläutert.

12.7. Stationärer Zustand: Wenn die Produkte eines Pozesses den vorherigen Prozessen zugeführt werden,  können mehreren Berechnungszyklen erforderlich sein, um einen stationären Zustand zu erreichen..

12.8. Parameter-Variation: Um den Einfluss eines Prozessparameters auf die Produkte zu ermitteln, kann im Hauptfenster mit dem Menü Projekt -> Berechnung mit Variation Berechnungen mit der Variation von mehreren Parametern durchgeführt werden.