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Berechnung von Phasengleichgewichten mit DISQUAC
In der Praxis wird heutzutage zunehmend versucht, die realen Mischungseigenschaften, insbe-
sondere bei Phasengleichgewichten, mit Hilfe von Gruppenbeitragstheorien vorauszuberechnen.
Allen bestehenden Gruppenbeitragstheorien ist gemeinsam, dass die Flüssigkeitsmoleküle als ein
Ensemble einzelner chemischen Gruppen (Strukturgruppen) dargestellt werden, deren Wechsel-
wirkung untereinander durch Wechselwirkungsparameter beschrieben wird. Auf diese Weise
wird es möglich, aus relativ wenigen chemischen Gruppen die ganze Vielfalt von Molekülen
zusammenzusetzen und deren Mischungsverhalten mit einiger Sicherheit vorauszusagen, ohne es
vermessen zu müssen.
Die folgenden Gruppenbeitragstheorien sind zur Zeit am weitesten verbreitet: ASOG (Analytical
Solutions Of Groups), das vor allem in Japan Verwendung findet, UNIFAC (UNIquac Functio-
nal group Activity Coefficient method), und eine allgemeine quasi-chemische Gruppenbeitrags-
theorie TOM / DISQUAC (Theorie Organischer Mischungen / DISpersiv-QUAsi-Chemische-
Theorie). Alle drei Modelle beruhen auf der Gittertheorie von Guggenheim (1952), die Grund-
gleichungen stammen von Barker (1952, 1953, 1954). Von diesen drei Verfahren hat sich der
UNIFAC Ansatz, trotz mancher Mängel, am meisten in der Verfahrenstechnik durchgesetzt. Für
stark reale Mischungen liefert DISQUAC allerdings bessere Ergebnisse, wie es von Fornefeld-
Schwarz (1998) gezeigt wurde. Sie untersuchte die Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte und stellte
fest, dass UNIFAC (Gmehling et al., 1993) die Mischungslücken von Mischungen mit Laktonen
nicht vorhersagen kann. Außerdem übertrifft DISQUAC den UNIFAC Ansatz nicht nur an Qua-
lität, sondern erlaubt durch die Aufteilung der attraktiven Wechselwirkungen in Flüssigkeiten in
zwei verschiedene Anteile (dispersiv und quasi-chemisch) auch einen Einblick in die physikali-
sche Struktur der Mischungen. Der Nachteil von DISQUAC gegenüber UNIFAC liegt in einem
viel kleineren Satz von Gruppenwechselwirkungsparametern, was unter dem Gesichtspunkt ei-
nes möglichst allgemeinen Einsatzes, z. B. bei Prozesssimulation, von Bedeutung ist.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anwendbarkeit der DISQUAC Theorie für die binären so-
wie ternären Mischungen mit den Laktonen untersucht und die neuen Wechselwirkungsparame-
ter zwischen der zyklischen Ester-Gruppe (c-COO) und Alkan-Gruppe (CH2, CH3) sowie Ben-
zol-Gruppe (C6H6) bestimmt. Die Strukturformel der untersuchten Stoffe, d.h. der vier Laktone
g-Butyrolakton mit einem fünfgliedrigen Ring, g-Valerolakton, ebenfalls mit einem fünfgliedri-
gen Ring, jedoch mit einer zusätzlichen inerten CH3-Gruppe, d-Valerolakton mit einem sechs-
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