Optimierung und Bewertung von Anlagen zur Erzeugung von ...

Anhang 1 – Modellierung 125
Tabelle A.5 Vektorbelegung der Verbinder zur Weitergabe von Wärmeströmen im
Simulationsprogramm
Vektorzeile Größe Einheit
1 Mittlere Wärmekapazität c p,
m
J/(mol K)
2 Wärmestrom Q � W
3 Untere Temperatur des Wärmeübergangs T u
K
4 Obere Temperatur des Wärmeübergangs T o
K
Anhang 1.2 Stoffdatenmodelle
Um Stoff- und Energieströme bilanzieren zu können, sind Zustandsgleichungen
erforderlich, die das Verhalten der Stoffe und die Abhängigkeiten ihrer Zustandsgrößen in
dem für die Prozesssimulation relevanten Druck- und Temperaturbereich hinreichend
genau abbilden [Schuler 1995]. Für die Prozessmodellierung werden Stoffe, deren
Zustände und Eigenschaften mit den gleichen Zustandsgleichungen berechnet werden
können, zu so genannten Stoffklassen zusammengefasst. Das alle Zustandsgleichungen
einer Stoffklasse umfassende Berechnungsmodell wird Stoffdatenmodell genannt. Im
Rahmen dieser Arbeit wird in Anlehnung an die in Anhang 1.1 vorgestellten Verbinder zur
Weitergabe von Stoffströmen ebenfalls zwischen folgenden Stoffdatenmodellen
unterschieden:
� Stoffdatenmodell für ideale Gase
� Stoffdatenmodell für ideale Gasgemische
� Stoffdatenmodell für Feststoffe
� Stoffdatenmodell für Feststoffgemische
� Stoffdatenmodell für organische Verbindungen
Diese Stoffdatenmodelle erlauben die Berechnung der Zustandsgrößen der jeweiligen
Stoffe für einen definierten Aggregatzustand. Da jedoch bei der Abbildung bestimmter
Prozesse (z. B. Dampferzeugung, ORC-Modul) die Arbeitsmedien Phasenwechsel
durchlaufen, müssen weitere Stoffdatenmodelle zu Hilfe gezogen werden, mit denen die
Berechnung der Zustandsgrößen der Stoffe für unterschiedliche Aggregatzustände und
Phasenwechsel möglich ist:
� Stoffdatenmodell für Wasser und Wasserdampf
� Stoffdatenmodell für reale Fluide
Zur Beschreibung der thermodynamischen Eigenschaften eines Stoffes wird der
Bezugszustand mit der Bezugstemperatur T0 = 298,15 K und dem Bezugsdruck p0 = 1 bar
gewählt. Durch die Definition des Bezugszustandes lassen sich die berechneten Enthalpie-
und Entropiewerte einer Stoffklasse mit den berechneten Enthalpie- und Entropiewerten
einer anderen Stoffklasse vergleichen, da sowohl die absolute Enthalpie H als auch die
absolute Entropie S bei der Temperatur T und dem Druck p auf die entsprechende Größe im
Bezugszustand mit der Temperatur T 0 und dem Druck p 0 bezogen werden. Die auf den
Bezugszustand bezogene Enthalpie H ˆ bzw. Entropie S ˆ ergibt sich aus der Differenz des
Absolutwertes und des Bezugswertes der jeweiligen Größe (Gleichung (A-1) und
Gleichung (A-2)).
� � � �
, T p H T
) , ( Hˆ T p � H � p
(A-1)
0 ,
0