FWF - Gibbs-Energy - Entwicklung eines gE-Modells

Modelle für die Gibbssche Exzessenthalpie stellen die thermodynamische Grundlage für die Auslegung thermischer Trennprozesse in der verfahrenstechnischen Industrie dar, wie beispielsweise Destillationskolonnen. Vor dem Hintergrund eines Resourcenwandels hin zu biobasierten Wertschöpfungsketten besteht die Herausforderung für solche Modelle in der Beschreibung immer komplexerer beziehungsweise sauerstoffhaltiger Moleküle. Als Beitrag zu dieser Herausforderung untersucht dieses Forschungsprojekt neue Wege zur Charakterisierung von Multikomponentengemischen einschließlich komplexer Moleküle. Das Ziel ist die Weiterentwicklung eines zuvor publizierten Ansatzes für die Gibbssche Exzessenthalpie zu einem Aktivitätskoeffizientenmodell für verfahrenstechnische Anwendungen. Die Neuheit des Ansatzes besteht darin, dass von vornherein Information über die geometrisch realisierbaren Konfigurationen von Molekülen in kondensierten Phasen berücksichtig wird, indem Molekülcluster als Modellierungsgrundlage verwendet werden. Verglichen mit den meisten bestehenden Modellen, die auf quasichemischen Ansätzen beruhen, wird damit eine Entkoppelung der Betrachtung energetisch wechselwirkender Oberflächensegmente von geometrischen Einschränkungen vermieden, wodurch ausschließlich Wechselwirkungen in tatsächlich realisierbaren Konfigurationen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht insbesondere die Unterscheidung zwischen Isomeren. Das im Rahmen dieses Projekts weiterzuentwickelnde Modell für die Gibbssche Exzessenthalpie wurde für Cluster würfelförmiger Moleküle in einem Gittersystem konzipiert. Seine Weiterentwicklung umfasst die Verbesserung des thermodynamischen Ansatzes durch einen modifizierten Cluster-Aufbau, die Kombination dieses Modells mit einem Sampling-Algorithmus zur Bestimmung von Clusterzuständen realer Moleküle als Modellvariablen, sowie die Anwendung des Modells auf Monte-Carlo Simulationsdaten und auf eine Auswahl realer Zweikomponentensysteme einschließlich eines Vergleichs mit bestehenden Ansätzen.