Berechnung von Stoffdaten und Phasengleichgewichten mit Excel-VBA

Anwendungen bei Verdampfung, Kristallisation, Rektifikation und Reaktion

Shichang Wang, Wolfgang Schmidt

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2021
• ISBN:
  9783527699421
• Auflage: 1
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Gesundheit & Sicherheit in der Industrie

Das Buch zeigt Möglichkeiten und Grenzen der Berechnung von Stoffdaten und Phasengleichgewichten mit Excel-VBA. Diese Größen sind Grundlage für die bedeutenden verfahrenstechnischen Operationen Kristallisation und Rektifikation. Zahlreiche Anwendungsbeispiele und Berechnungen auf Grundlage unterschiedlicher Methoden und Modelle ermöglichen dem Leser das schrittweise Mitverfolgen der einzelnen Rechenschritte - und sind gleichzeitig Grundlage für die Anwendung auf eigene verfahrenstechnische Probleme. Vergleiche mit Methoden der Prozesssimulation mit der Software CHEMCAD zeigen Vorteile, aber auch Grenzen von Excel-VBA auf und erhöhen den Praxiswert.

1
Stoff- und p,v-T-Daten der Reinstoffe

Die Berechnungsmethoden in der Verfahrenstechnik sind in den letzten Jahren, insbesondere durch die Einführung der Prozesssimulation wie z.B. CHEMCAD, immer leistungsfähiger geworden. Damit haben viele Lehrinhalte nicht immer mithalten können. Daher soll dieses Buch Berechnungsmethoden der Verfahrenstechnik an ausgewählten Beispielen vorstellen.

1.1 Wasserdampftafel nach IAPWS-IF97

Die Stoffdaten von Wasser und Wasserdampf sind für viele Anwendungen in der Verfahrenstechnik die wichtigsten Daten überhaupt. Seit vielen Jahren diente dazu das bekannte Tabellenwerk VDI-Wasserdampftafel von Dr. Koch und Prof. Dr. E. Schmidt, 1956, 4. Auflage, Springer Verlag. Die darin verwendeten Berechnungsmethoden wurden oft in programmierbaren Taschenrechnern wie HP41 oder TI99 programmiert und für den täglichen Bedarf angewandt. Sie lassen sich auch heute noch leicht in Excel und VBA verwenden.

In 2000 gab es eine CD unter dem Titel Wasser und Wasserdampf von Wagner, Span und Bonsen der Ruhr-Universität Bochum, Springer Verlag. Darin wurden die Berechnungen nach IAPS– IF97 durchgeführt. Die Programmsprache war Fortran. Diese CD wird nicht mehr vertrieben. Auf der Website der Ruhr-Universität Bochm findet man das Angebot von Prof. Dr. Wagner, Dateien für Excel erwerben zu können.

Nachstehend werden mehrere Methoden miteinander in der Excel-Datei Wasser-Dampf2017.xlsm verglichen, und zwar die Methoden von Prof. Dr. Kümmel, FH Lübeck, 2006, IAPS 1984, Prof. Dr. Wagner, Ruhr-Universität Bochum, Wasser und Wasserdampf, IAPS–IF97 und CHEMCAD, American Steam Table.

IAPS steht für International Association for the Properties of Water and Steam. IF97 bedeutet Industrieformulierung für Wasser und Wasserdampf 1997 (vgl. Abb. 1.1).

Abb. 1.1. Wasser und Wasserdampf nach IAPS, IF97 und CHEMCAD – hier eine Übersichtdarstellung. Für genaue Darstellung siehe bitte entsprechende Excel-Datei.

In Spalte A befindet sich die Temperatur in °C. In B-F befinden sich die Berechnungen nach Prof. Kümmel IAPS 1984, in Spalte B befindet sich die Wasserdichte in kg/m³ nach IAPS–1984,

In C die Sattdampfdichte in kg/m³, in D der Sättigungsdampfdruck in Pa, in E die kinematische Viskosität von Wasser in m²/s, in F die kinematische Viskosität des Sattdampfes in m²/s. Diese VBA-Funktionen sind aktiv und können mit der Schaltfläche „Berechnen“ ausgeführt werden.

In G-J befinden sich die Ergebnisse aus der o.g. CD, in G befindet sich die Wasserdichte in kg/m³ nach IF97-DBPT, H die Enthalpie des Wassers in kJ/kg•K nach IF97-HBPT, in I die Entrop...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Titelblatt
• Urheberrechte
• Widmung
• Vorwort
• Farbtafeln
• 1 Stoff- und p,v-T-Daten der Reinstoffe
• 2 Methoden zur Berechnung von Stoffdaten der Gemische
• 3 Molekulare Potenziale und Kräfte
• 4 Phasengleichgewichte
• 5 Einführung in die vorwärts-sequenzielle Prozesssimulation in Excel
• 6 Ausgewählte Beispiele der Rektifikation
• 7 Chemische Reaktion
• Anhang
• Literaturverzeichnis
• Online Literaturverzeichnis
• Stichwortregister
• Endbenutzer-Lizenzvereinbarung