8. Dateneingabe und Berechnung
8.1. Berechnung eines Zyklus
Ein Berechnungszyklus wird mit dem Start-Button (Pfeil nach rechts)
oder mit dem Menu Menü Projekt -> Berechnung durchgeführt.
Die Eingaben der Stoffmengen (inputs),die die den Prozessen zugeführtwerden, erfolgt ausschließlich in Input Tabellen. Das Fenster für Inputs (Eingänge) wird mit I. gekennzeichnet. (I.ID: Inputname)
Die Eingaben für Druck und Temperatur kann auch in den jeweiligen Prozess-Fenstern erfolgen. Ein Prozesses-Fenster wird mit P. gekennzeichnet. (P.ID: Prozessname)
Wenn Produkte eines Prozesses den vorhergehenden Prozessen oder dem selben Prozess zurückgeführt werden, entsteht möglicherweise ein instationärer Zustand. Bei solchen Prozessen sollten Berechnungen mit den entstehenden Produkten wiederholt werden, um einen stationären Zustand zu erreichen.
Im folgenden Beispiel sollen Berechnungen 20 mal durchgeführt werden
Wenn die Berechnung erfolgreich durchgeführt wird, wird das Resultat in den Prozess-Tabellen in der Out-Spalte dargestellt.
Die in den Info-Spalten dargestellten Angaben sollten berücksichtigt werden
0: Entstehung des Stoffs thermodynamisch nicht möglich
(ext): Daten wurden durch Extrapolation ermittelt.
1: Thermodynamisch möglich.
-1: Thermodynamisch nicht begünstigt. Der Stoff kann in der Regel nur noch in einer Mischphase entstehen. Wenn sich eine Mischphase mit solchen Stoffen nicht bilden kann, sollten Sie die mit -1 gezeichneten Stoffe ausschließen. Um solchen Stoffe aus einem Prozess auszuschließen, geben Sie in der Spalte für Aktivität- bzw. Fugazitätskoeffizienten (a.c. bzw. f.c. ) den Wert null ein. In der oben dargestellten Berechnung kann im System C (s) nur entstehen, wenn ein anderer Stoff mit C (s) eine Mischphase bildet.
Weitere Details werden in Abs. 12. Interpretation der Ergebnisse erläutert.
Wenn ein Fehler auftritt, wird der Grund im Meldungsfenster mitgeteilt.
8.2. Berechnungen mit der Variation der Parameter
Sie können mehrere Berechnung durch die Variation der Menge einer Input-Substanz hintereinander durchführen
Das Menü Projekt -> Berechnung mit Variation führt zur Dialogbox für die Variable Parameter.
In der folgenden Dialogbox können die variablen Parameter definiert werden
Im obigen Beispiel wird die Menge von Koks von 5 bis 155 in 15 Schritten variiert: Beginn, Step, Limit.
Die Menge der Luft ist abhängig von Koks , wobei die Relation 8.9 ist: Abhängig von, Faktor:
Wenn in der Limit-Spalte für Luft eine Zahl von größer als null eingegeben wird, so wird die Menge der Luft nur bis zu diesem Wert entsprechend der Erdgasmenge variiert.
Mit dem Button OK werden die Eingaben gespeichert. Eine Berechnung mit diesen Parameter gestartet.
Alle anderen Input-Daten der Berechnung entsprechen den in den Inputstabellen gegebenen Werten.
8.3. Relation der reagierenden Masse
Die bei Berechnungen des Gleichgewichts zu berücksichtigende Relation der Eingaben kann in der Rel.-Spalten vorgegeben werden.
Bei fehlender Eingabe gilt 1. D.h: alle Inputs reagieren bis zum Gleichgewichtszustand.
Die Relations-Werte können einzeln für jeden Stoff unterschiedlich eingegeben werden.
Der Button mit vergabeltem Pfeil
überträgt den im Rel.-Feld
eingegebenen Wert zu den Rel.-Spalten aller Stoffe im Prozess.
Die Daten in den Out- und
x-Spalten beziehen sich auf die Gesamtmasse, wenn die Relation einen anderen Wert als 1
hat.
Die Daten in den a-
bzw, f -Spalten (Aktivität bzw. Fugazität), in den ac- bzw. fc-Spalten
(Aktivitäts- bzw. Fugazitäts-Koeffizient) und in den Info-Spalten
beziehen sich nur auf die
reagierende Masse, wie im folgenden schematisch dargestellt wird.
Unter bestimmten Umständen kann die Vorgabe der Relations der regierenden Masse zu fehlerhaften Ergebnissen führen.
Wenn z.B. in einem Prozess bei 800 °C Wasser als liquid zugeführt wird, und die Relation der Reagierenden Anteil geringer als 1 ist, existiert in Produkten liquid Wasser. Solche Fehler können als Warnhinweis dargestellt werden.
8.4. Info-Spalte in Prozesstabellen
enthalten Informationen über die Bildung des Stoffs im System in Zahlen.
-1: Die Wahrscheinlichkeit zur Bildung des Stoffs ist sehr gering.
0: Bildung nur in Mischphasen möglich
1: Bildung ist wahrscheinlich.
Die Wahrscheinlichkeiten sind abhängig von den anderen Stoffen im System.
z.B. wenn in einem System bestehend aus CO2(g), CO(g), H2(g), O2(g) und C(s) unter 1 bar und bei 300 K ein Überschuss von O2(g) vorhanden ist, ist die Wahrscheinlichkeit zur Bildung von C(s) (Fester Kohlenstoff) vernachlässigbar gering. Daher wird in der Kommentarspalte -1 bzw. null gesetzt. Falls im selben System auch CH4(g) existiert, wird die Bildungswahrscheinlichkeit von C(s) höher, und wird in der Kommentarspalte 1 gesetzt.
8.5. Bei fehlender Eingabe sind alle Stoffe in Mischungen
Da alle Phasen als Mischphase behandelt werden, führt dies zu unterschiedlichen Ergebnissen in Abhängigkeit von den ausgewählten Stoffen.
Beispiele bei 1500 K und unter 1 bar :
Im System bestehend aus FeO(s), Fe(l), Ca(l), CaO(s), Ca(OH)2(s) hat die Molzahl von Fe(l) einen Wert von größer als Null und
ist in der Kommentarspalte -1 gesetzt.
Im System FeO(s), Fe(l), CaO(s), Ca(OH)2(s) ( ohne Ca(l) )hat die Molzahl von Fe(l) einen Wert von null, weil keine Liquidmischung möglich ist. Auch
in der Kommentarzeile wird Null gesetzt.
Im ersten Fall müssen Sie entscheiden, ob eine Mischung von Fe(l) und Ca(l) möglich
ist.
Wenn in der Infospalte eines Stoffs Null oder -1 gesetzt ist, und Ihre Koexistenz in
einer Mischung nicht möglich ist, sollte der Stoff in dieser Phase
deselektiert werden. Diese Mischung kann auch in einem Stoff oder
einer Phase sein, welche in die Berechnung nicht einbezogen wird. Z.B. weil sich
diese an
keiner Reaktion beteiligen kann.
Das Programm trifft keine Entscheidung, ob die Koexistenz einer Komponente in Mischungen bzw. die Existenz von Mischungen möglich ist.
8.6. Vorgabe von Aktivitätskoeffizienten: In den Spalten f.c. (bei Gasen) oder a.c. (bei Liquid- oder Solid-Phasen) können die Aktivitätskoeffizienten vorgegeben werden. Beim Speichern des Projekts in einer Datei werden diese Daten gespeichert.
8.7. Wenn eine Substanz mit den anderen Stoffen keine Mischung bildet,so muss Anstelle des Aktivitätskoeffizienten (1) eingegeben werden. In einem solchen Fall wird nicht immer gewährleistet, dass diesem Stoff eine Aktivität von eins zugewiesen wird. Insbesondere in Berechnungen in komplexen Systemen entscheiden auch andere thermodynamische Faktoren, ob die Entstehung des Stoffs als Reinstoff mit einer Aktivität von eins möglich ist.
Falls eine Berechnung trotz Ihrer Vorgabe (1) in der Spalte für die Aktivitätskoeffizienten ein Resultat liefert, in der die Aktivität einen anderen Wert enthält als eins, so können Sie mit der Vorgabe eines Aktivitätskoeffizienten das System zwingen, dass die Aktivität des Stoffs zu eins wird. So erzeugen Sie ein Ergebnis, in dem sich die Substanz so verhält, als wäre sie ein Reinstoff. In den meisten Fällen lässt eine Berechnung keinen solchen Pseudoreinstoff zu. Mit der Option Auto Korrektur werden unzulässige Vorgaben für die Reinstoffbildung korrigiert.
Die Eingabe (1) in der Spalte für den Fugazitätskoeffizienten bei Gasen hat keine Wirkung.
Im folgenden werden die Ergebnisse einer Berechnung bei Unterschiedlichen Eingaben zum Mischverhalten von C (s) und S(s) dargestellt. Vergleichen Sie die Berechnungsergebnisse unter Berücksichtigung der Vorgaben in den Spalten für den Aktivitätskoeffizienten für C (s), S(s) und S (l)
Fig.12.1.: C (s) uns S (s) befinden sich in einer Mischung, wobei die Bulkphase der Mischung nicht im System definiert sein kann. Mit anderen Worten, es muss nicht eine Mischung zwischen S(s) und C(s) sein. Es kann also auch eine Lösung von C(s) und S(s) in einem anderen Feststoff sein, die hier in der Festsstoffphase für das Reaktionssystem bei Berechnungen nicht berücksichtigt sind. Es kann aber auch eine Mischung bestehend aus C(s) und S(s) sein.
Wenn Sie entscheiden, dass zwischen C (s) und S (s) keine Mischung möglich ist, und wenn im System kein anderer Feststoff befindet, so können sich C (s) und S (s) nur als Reinstoffe in zwei getrennten Phasen bilden. In dem Fall muss in der a.c.-Spalte (1) eingegeben werden. Wenn sich im System kein anderer Stoff befindet, so dass auch S (l) sich als Reinstoff bilden kann, so muss in der a.c. Spalte für S(l) auch (1) eingegeben werden. Das Resultat der Berechnung entsprechend dieser Einschränkungen wird in der folgenden Abbildung dargestellt.
Fig. 12.2. C(s), S(s) und S(l) bilden sich als Reinstoffe
Entsprechend der Reaktion
C (s) + SO2 (g) = S (l) + CO2 (g)
Wenn C(s) und S(l) in Lösungen sind
K=aS(l).PCO2/(aC(s).PSO2)=0.281461 .0.999569/(0.499828 .1.26.10-9)=4.44.108
Wenn C(s) und S(l) Reinstoffe sind
K=PCO2/PSO2=0.999/2,237.10-9=4.46.108