Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Das Modul KOKU erstellt die Kondensationskurve eines Stoffgemisches: Ausgehend von einer hinterlegten Gemischdefinition (Dateiname des Stoffgemisches) wird der Zusammenhang zwischen Temperatur, Druck und kondensiertem Anteil zwischen Eintritts- und Austrittszustand berechnet und als Kurvendatei abgelegt. Eingegeben werden Eintritts- und Austrittstemperatur, Eintritts- und Austrittsdruck sowie die Schrittweiten, mit denen der Temperatur- und Druckbereich in Intervalle unterteilt wird.
Gebraucht wird eine solche Kondensationskurve immer dann, wenn ein Mehrstoffgemisch kondensiert werden soll, etwa Brüden mit Inertgasanteil, Kohlenwasserstoffgemische oder Lösungsmitteldämpfe: Anders als ein Reinstoff kondensiert ein Gemisch nicht bei einer festen Temperatur, sondern gleitend zwischen Tau- und Siedepunkt. Für die Auslegung eines Kondensators muss deshalb bekannt sein, wie viel Wärme in welchem Temperaturintervall frei wird.
Die erzeugte Kurve dient als Stoffdaten-Grundlage für nachgeschaltete Wärmeübertrager-Berechnungen, insbesondere für die inkrementalen Kondensationsmodule für waagerechte und senkrechte Rohre (KON1, KON2), die den Kondensator abschnittsweise entlang dieser Kurve durchrechnen.
So läuft die Berechnung ab
- Stoffgemisch laden: Über den Dateinamen des Stoffgemisches wird die Zusammensetzung mit den Stoffdaten der Komponenten eingelesen; sie bestimmt das Phasengleichgewicht und damit den Verlauf der Kondensation.
- Zustandsbereich festlegen: Eintrittstemperatur und Austrittstemperatur sowie Eintrittsdruck und Austrittsdruck spannen den Bereich auf, über den die Kondensation verfolgt wird, vom überhitzten beziehungsweise taupunktnahen Eintritt bis zum gewünschten Austrittszustand.
- Intervallteilung wählen: Mit der Temperaturintervallbreite und der Druckintervallbreite wird der Bereich in Stützstellen unterteilt. Eine feinere Teilung bildet stark gekrümmte Kurvenabschnitte, etwa nahe dem Taupunkt, genauer ab, erhöht aber die Zahl der Rechenpunkte.
- Phasengleichgewicht je Stützstelle auswerten: Für jede Stützstelle wird das Dampf-Flüssig-Gleichgewicht des Gemisches ausgewertet und daraus der kondensierte Massenanteil sowie die zugehörige Wärmeabgabe bestimmt; so entsteht der Kondensationsverlauf über der Temperatur.
- Kurve speichern: Auf Wunsch (Abspeichern der Daten) wird das Ergebnis unter dem angegebenen Dateinamen der Kondensationskurve abgelegt und steht damit den inkrementalen Kondensator-Berechnungen als Eingangsgröße zur Verfügung.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Dateiname der Kondensationskurve: | ('.tab') | - |
| Eintrittstemperatur Austrittstemperatur | ϑE ϑA | °C |
| Eintrittstemperatur Austrittstemperatur | ϑE ϑA | °C |
| Eintrittsdruck Austrittsdruck | pE pA | Pa |
| Eintrittsdruck Austrittsdruck | pE pA | Pa |
| ⇒ Temperaturintervallbreite | Δϑ | K (diff) |
| ⇒ Druckintervallbreite | Δp | Pa |
| Textfeld für Bemerkung - | - | - |
| Abspeichern der Daten: (Ja = J / Nein = -) | <J> | - |
| Dateiname des Stoffgemisches: | ('.str') | - |
| Temperatur 1 T1 | T1 | °C |
| Temperatur 2 T2 | T2 | °C |
| Temperatur 3 T3 | T3 | °C |
| Temperatur 4 T4 | T4 | °C |
| Temperatur 5 T5 | T5 | °C |
| Temperatur 6 T6 | T6 | °C |
| Temperatur 7 T7 | T7 | °C |
| Temperatur 8 T8 | T8 | °C |
| Temperatur 9 T9 | T9 | °C |
| Temperatur 10 T10 | T10 | °C |
| Temperatur 11 T11 | T11 | °C |
| Temperatur 12 T12 | T12 | °C |
| Temperatur 13 T13 | T13 | °C |
| Temperatur 14 T14 | T14 | °C |
Häufige Fragen
Warum genügt bei einem Gemisch keine einzelne Kondensationstemperatur?
Ein Reinstoff kondensiert bei gegebenem Druck isotherm bei seiner Sattdampftemperatur. Ein Gemisch kondensiert dagegen gleitend: Am Taupunkt fallen zuerst die schwerer siedenden Komponenten aus, die Dampfzusammensetzung verschiebt sich, und die Kondensationstemperatur sinkt kontinuierlich bis zum Siedepunkt des Gemisches. Für die Kondensatorauslegung ist deshalb der gesamte Kurvenverlauf von Wärmeabgabe über Temperatur nötig, nicht ein Einzelwert.
Wie fein sollten Temperatur- und Druckintervall gewählt werden?
Die Teilung muss so fein sein, dass die Kondensationskurve zwischen den Stützstellen näherungsweise linear verläuft. Kritisch ist vor allem der Bereich unmittelbar unterhalb des Taupunkts, wo bei engsiedenden oder inertgashaltigen Gemischen viel Kondensat auf kleinem Temperaturintervall anfällt. Eine sinnvolle Kontrolle ist, die Rechnung mit halbierter Intervallbreite zu wiederholen und zu prüfen, ob sich das Ergebnis noch merklich ändert.
Wozu dient der Druckverlauf zwischen Ein- und Austritt?
In realen Kondensatoren fällt der Druck durch Reibung und Umlenkung zwischen Eintritt und Austritt ab. Da die Gleichgewichtstemperaturen druckabhängig sind, verschiebt der Druckverlust die Kondensationskurve. Durch Vorgabe von Eintritts- und Austrittsdruck mit zugehöriger Intervallbreite wird dieser Effekt näherungsweise mit abgebildet, statt die Kurve nur für einen konstanten Druck zu erzeugen.