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 Entropie des Wassers in kJ/kg.K nach IF97-SBPT, in J die spezifische Wärmekapazität des Wassers in kJ/kg.K nach IF97-CPBPT.
In K befindet sich die Berechnung das Dampfdrucks mit dem Fortran-Programm Dampfdruck aus der o.g. CD, in VBA konvertiert.
Des Weiteren werden in 5 Tabellen Grafiken erstellt, und zwar aus den in den Spalten B-F dargestellten Daten.
In den Spalten P–S werden die Dampfdruckergebnisse von CHEMCAD 6.5 wiedergegeben.
Ein Vergleich der Dampfdruckdaten bei 120 °C aus D13, M13 und nach Koch mit K13 erfolgt in den Zeilen 25–27 (für ausführliche Darstellung siehe bitte entsprechende Excel-Datei).
In K13 befindet sich der Dampfdruck nach IF97. Die Differenz mit IAPS 1984 beträgt 0,092% (D27), der mit Koch 0,065% (J27) und der mit CHEMCAD erwartungsgemäß 0,0020% (M27). Letzterer ist deshalb so klein, weil in CHEMCAD IF97 verwendet wird. Die Abweichungen von IF97 zu IAPWS 1984 und Koch sind so gering, dass sie in den meisten Fällen für verfahrenstechnische Anwendungen zu vernachlässigen sein dürften.
Die Dampfdruckdaten in CHEMCAD nach DIPPR (N) weichen um 0,0023 % und die nach Antoine (O) um 0,023 % von den IF97-Daten ab. Die DIPPR-Methode bietet in CHEMCAD weitere Stoffeigenschaften für Wasser und Wasserdampf. Damit lässt sich leicht ein Vergleich mit den oben erwähnten Berechnungsmethoden durchführen.
Die Berechnungen in B-F (IAPWS 1984) und in K (CD) werden in VBA durchgeführt. Um zu dieser VBA-Berechnung zu gelangen, muss man Alt + F11 eingeben. Unter Module findet man
Dies sind einzelne Berechnungsfunktionen. Wält man „Berechnen“ gelangt man zu
Dies ist das Programm, welches ausgeführt wird, wenn man auf „Berechnen“ klickt. Darin werden mehrere Unterprogramme wie z.B. Dampfdruck ausgeführt. Jedes Unterpogramm füllt die Tabelle auf und stellt Daten für die Grafik zur Verfügung.
Am Beispiel Dampfdruck soll dies näher erläuert werden.
In dem nachstehenden Programm Dampfdruck werden die Temperaturen in A gelesen und daraus der Dampfdruck mit der Funktion pD(T) berechnet. Dies geht im Detail aus den Kommentaren hervor. Die Ergebnisse werden sowohl in die Tabelle nach D als auch in die Grafik geschrieben.
Natürlich kann man die Funktion pD in Excel wie üblich direkt benutzen. Dies befindet sich in D31.
Die in K dargestellten Ergebnisse wurden aus der o.g. CD entnommen und von Fortran in VBA konvertiert.
Die Funktion psattn kann ebenfalls direkt in Excel verwendet werden, wie in K21 gezeigt. Wenn man Wasser- und Wasserdampfdaten in Excel berechnen will, kann man entweder die in dem 2000 erschienenen o.g. CD-Fortran-Programm nach VBA konvertieren oder die komplette Exceldatei auf den neuesten Stand bei Prof. Wagner (Webseite Ruhr-Universität Bochum) erwerben.
1.2 Inkrementenmethode von Joback
Die Joback-Inkrementmethode (siehe Datei „jobackmod, ex-03_07_group_contribution„) ist eine von vielen Inkrementmethoden, auch Gruppenbeitragsmethoden genannt, deren Ziel darin besteht, Stoffdaten aus der Struktur eines Moleküls auf einfache Weise zu berechnen. Dabei steht im Vordergrund die Erfahrung, dass sich Stoffdaten von Molekülen einfacher homologer Reihen mit guter Näherung linear berechnen lassen. Eine solche homologe Reihe stellen die linearen Alkanen in Bezug auf die CH2-Gruppe dar. Die allgemeine Formel der Alkane lautet.
Am Beispiel des kritischen Volumens Vc der Alkane lässt sich das Joback-Prinzip leicht erklären. Wir entnehmen dem VDI-Wärmeatlas das kritische Volumen von Alkanen und stellen dieses in Abhängigkeit der C-Atome dar. Dazu verwenden wir die Exceldatei jobackmod.xlsm und darin die Tabelle VDI-WA (vgl. Abb. 1.2).
Abb. 1.2. Alkane in Tabelle VDI-WA in jobackmod.xlsm
Als Ergebnis erhalten wir die nachstehende Grafik (vgl. Abb. 1.3).
Abb. 1.3. Kritisches Volumen von Alkanen als Funktion der C-Atome
Auf der Horizontalen ist die Anzahl der C-Atome und auf der Vertikalen das kritische Volumen Vc dargestellt. Die Trendlinie ist mit Anklicken der Grafik mit der rechten Maustaste wie folgt auszuwählen (vgl. Abb. 1.4 und Abb. 1.5).
Abb. 1.4. Auswahl der Trendlinie
Abb. 1.5. Auswahl der Parameter der Trendlinie
Die Kurve VC6 stellt alle 6 Alkane dar, während die Kurve Vc4 nur die 4 Alkane ab Propan darstellt. Letztere ist auffällig linear, während die erstere bei Methan und Ethan Abweichungen zeigt. Die homologe Reihe beginnt mit n = 1 (Anzahl der CH2-Gruppen) erst bei Propan. Daher betrachten wir nur diese Alkane und stellen das kritischen Volumen Vc ab Propan in Abhängigkeit von n, also der Anzahl CH2-Gruppen, dar und erhalten die nachstehende Grafik (vgl. Abb.