Taudichten fluider Gemische – Verknüpfung von Experiment und molekularer Simulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Richter
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459051105

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die genaue Bestimmung von Taudichten fluider Gemische. Da Präzisionsdichtemessungen in der Nähe der Taulinie durch Sorptionseffekte und Kapillarkondensation beeinträchtigt werden, wird eine Methodik entwickelt, die hochgenaue gravimetrische Dichtemessungen mit Molekulardynamik-Simulationen (MDS) verknüpft. Diese Methodik wird einen Beitrag zur vollständigen und genauen Beschreibung der Taulinie von Gemischen (inkl. Druck, Temperatur, Zusammensetzung und Dichte) in bislang unerreichter Güte liefern. Darauf basierend kann der Stand der Wissenschaft von existierenden Zustandsgleichungen, die das Phasengleichgewicht von Gemischen beschreiben können, vorangetrieben werden. Die genaue Kenntnis des Phasenverhaltens von Gemischen ist für viele wissenschaftliche und technische Aufgabenstellungen von grundlegender Bedeutung, z.B. im Bereich des Erdgastransportes und der CO2-Abscheidung und -Verwendung. Darum werden entsprechende Zustandsgleichungen benötigt, für deren Entwicklung als wichtigste Grundlage genaue experimentelle Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) Daten dienen. Diese Daten schließen jedoch nur selten auch Siede- und Taudichten ein, obwohl genau diese Dichten benötigt werden, um das Phasengleichgewicht vollständig zu beschreiben. Während genaue Messungen der Siededichte von fluiden Gemischen möglich sind, müssen störende Oberflächenphänomene (Adsorption und Kapillarkondensation) bei der genauen Messung von Taudichten verstanden und berücksichtigt werden. Deshalb wurde in der Emmy Noether-Gruppe des Antragsstellers entsprechende gravimetrische Präzisionsdichtemesstechnik entwickelt und aufgebaut. Trotz dieser Messtechnik ist eine direkte Messung der Taudichte nicht möglich und selbst die derzeit genauesten Messungen geben keinen exakten Aufschluss über die Lage des „wahren“ Taupunktes. Hierbei kann MDS ein besseres Verständnis auf atomistischer Ebene liefern und damit einen wesentlichen Beitrag zur Interpretation der Messergebnisse leisten. Darüber hinaus wird MDS bei der Entwicklung von Korrekturmodellen für die Dichtemessung in der Nähe der Taulinie voraussichtlich helfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Dr. Mark O. McLinden