Elektrolytmodelle:

Elektrolyte dissoziieren in Wasser in Kation und Anion.
1. Beispiel: NaCl = Na⁺ + Cl^-, H₂O = H⁺ + OH^-

Man unterscheidet zwischen schwachen Elektrolyten (H₂O, CO₂, H₂S), die schwach dissoziieren (Modell: Pitzer) und starken Elektrolyten (HCl, NaCl, H₂SO₄), die stark dissoziieren (Modell NRTL). CHEMCAD bietet beide Modelle. Von vielen Elektrolyten sind Daten bekannt und in CHEMCAD enthalten, brauchen also nicht eingegeben zu werden. Auch die Dissoziationsglkeichungen sind für eine große Menge von Elektrolyten in CHEMCAD gesoeichert udn werden automatisch verwendet. Es genügt in vielen Fällen die Components einzugeben (NaCl, H2O) und OK zu drücken. CHEMCAD erkennt automatisch, dass es sich um Elektrolyte handelt und führt in das entsprechende Menü.

Anwendungen:

2. Beispiel: Gaswäsche Luft + HCl + H₂O

3. Beispiel: Aminwäsche Luft +H₂S + CO₂ + MDEA, s. Job MDEA

4. Beispiel: Neutralisation: H₂O+ HCl + NaOH

5. Beispiel: Löslichkeit von NaCl in Wasser, s. Job Salz aus dem Einführungsseminar. Hier wird dargestellt, wie man mit der True Species Methode leicht die Sättigungslöslichkeit von NaCl auf thermodynamischer Basis in Wasser abschätzen kann. Für genauere Ergebnisse ist die Eingabe von Dissoziationsparametern erforderlich. Dazu dient optimal die "Electrolyte Regression" unter Verwendung temperaturabhängiger Löslichkeitsdaten .

In der Regel ist die Dissoziation in der Praxis schneller als Diffusions- und Mischvorgänge beim Lösen und Mischen. Daher gibt es auch keine Kinetik der Dissoziation. Wenn in der Praxis jedoch eine langsame "Dissoziation" beobachtet wird, handelt es sich meist um langsame Stoffaustauschvorgänge an Grenzflächen, z.B. Gaslöslichkeiten.

CHEMCAD vermag die komplexen Dissoziationen mehrerer Reaktionen zu berechnen und ermittelt das simultane Gleichgewicht einschließlich pH -Wert.

In CHEMCAD gibt es die Apparent und die True-Species Methode einer Bilanzierung.

Bei der Apparent-Bilanzierung erfolgt die Elektrolytberechnung parallel zur Massenbilanz der Ströme, bei der True-Species Bilanzierung erfolgt die Elektrolytberechnung direkt in den Strömen selbst. Bei Gaswäschen genügt die schnellere und einfache Apparent-Methode. Bei der Bildung, Ausfällung und Weiterverarbeitung von Salzen ist die True-Species Methode erforderlich.

Datenregression:

Mit der CHEMCAD Funktion "Electrolyte Regression" ist es möglich, Meßdaten anzupassen und Elektrolytdaten zu gewinnen. Leider ist die Literatur nicht allzu reich an Elektrolytdaten. Messungen kann man an Hochschulen (z.B. Uni Duisburg. Dr. Luckas) oder bei Chemieunternehmen (z.B. Bayer Lev.) durchführen lassen, sofern diese sich mit Elektrolyten befassen. Über die thermodynamischen Grundfunktionen lassen sich in vielen Fällen Daten berechnen, s. Literatur. Für Hinweise aus der Praxis sind wir sehr dankbar. Wir verfügen über eine begrenzte Mengen von Daten aus der Literatur, die wir gerne zur Verfügung stellen.

Eigene Elektrolyte:

Auch wenn die Elektrolytdatenbank in CHEMCAD für viele Anwendungen ausreichend Daten liefert, kann es vorkommen, dass die Datenbank mit eigenen Elektrolyten ergänzt werden muß. Dazu stehen die notwendigen Funktion bereit.

Schritt 1 Kopieren:
a) ein nichtionisches Elektrolyt erhält man durch Kopieren (Clonen) eines nicht ionischen Elektrolyten wie z.B. NaCl und anschließender Dateneingabe.
b) ein Kation erhält man durch Kopieren (Clonen) eines Kations wie z.B. Na+ und anschließender Dateneingabe.
c) ein Anion erhält man durch Kopieren (Clonen) eines Anions wie z.B. Cl- und anschließender Dateneingabe.

Schritt2 Job erstellen: Man erstellt einen Job, in dem alle diese neuen Elektrolyte vorkommen.

Schritt3: Eintragen der Daten: Man wählt die neuen Elektrolyte in der Datenbank aus und trägt die Elektrolytdaten ein. Elektrolytdaten beschafft man sich aus der Literatur (s. Anhang) oder durch thermodynamische Gleichungen.

Schritt4: Dissoziationsgleichung: Zu den Elektrolyten gehört immer auch eine Dissoziationsgleichung wie z.B. NaCl = Na+ + Cl-. Um diese einzugeben wählt man den Job unter Schritt3 und wählt dann: "Add Electrolyte Reaction".

Hinweis: Bei der Simulation von pH-Werten von Pufferlösungen aus "Küster-Thiel" konnte eine gute Übereinstimmung mit CHEMCAD Ergebnissen festgestellt werden: Abweichung ca. -1%.

Literatur, Auszug:

1. G. Kortüm: Lehrbuch der Elektrolchemie, Verlag Chemie, 1970

2. M. Luckas: Thermodynamik der Elektrolytlösungen, Springer 2001. Kalorische Standarddaten (Sehr empfehlenswert)

3. R. Brdicka: Grundlagen der physikalischen Chemie, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1952: S. Dissoziationskonstanten organischer Stoffe, Löslichkeitsprodukte anorganischer Stoffe.

4. H.R. Christen: Grundlagen der allgemeinen und anorgansichen Chemie, Sauerländer Aarau, 1969. pK Werte Säure-Basen-Paare, Dossoziation von Halogenwasserstoffverbindungen, Tabellen.

5. K.H. Näser: Physikalisch-chemische Rechenaufgaben, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1965. Tabellen zu Dissoziationskonstanten

6. Kisselewa: Beispiele und Aufgaben zur physikalischen Chemie, Akademische Verlagsgesellschaft, 1964. Enthalpieen von Ionen.

7. Engel: Physikalische Chemie, Pearson Studium 2006. Thermodynamische Standarddaten, Löslichkeitsprodukt 

8. P.W. Atkins: Physikalische Chemie, VCH 1996. Thermodynamische Standarddaten

9. Edwards, Maurer, Newman, Prausnitz: Vapor-Liquid Equilibria in Multicomponent Aqueous Solutions of Volatile Weak Elctrolytes", AIChE Journal (Vol. 24, No 6) 1978

10. Zemaitis et. al.: Handbook of aqueous electrolyte thermodynamics, 1986 DIPPR publication (Sehr empfehlenswert)