Evaluation of a molecular dynamic based method for the direct simulation of a distillation column on atomistic scale

Pereira Neto, Artur; Jupke, Andreas; Pfennig, Andreas

doi:34613

Evaluation of a molecular dynamic based method for the direct simulation of a distillation column on atomistic scale = Evaluierung einer auf Molekular-Dynamik basierenden Methode zur direkten Simulation einer Destillationskolonne auf atomistischer Ebene

Pereira Neto, Artur

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Artur Pereira Neto

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

UmfangXII, 156 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Pfennig, Andreas (Thesis advisor) ; Jupke, Andreas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-03-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-016274
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/465264/files/465264.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/465264/files/465264.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (N.N.) (416310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Molecular Dynamics (frei) ; Distillation (frei) ; Process Simulation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Zusammen mit empirischen und halbempirischen Korrelationen bilden Massen- und Energiebilanzen üblicherweise das Rückgrat von etablierter Software, die von Verfahrenstechnikern zur Simulation von Grundoperationen angewendet werden. Trotz robuster Methodologie kann es gelegentlich dazu kommen, dass die direkte Anwendung solcher Annährungen aufgrund ihrer Abhängigkeit von system-spezifischen experimentellen Informationen nicht realisierbar ist. Eine Alternative, solche Engpässe zu überwinden, bietet zum Beispiel MDSTAGE – eine von Pfennig (2004) und Babic (2011) vorgeschlagene molekular-dynamisch basierende Annährung zur Simulation von Grundoperationen auf molekularer Ebene. In diese Annährung wird eine finite Anzahl von Molekülen unter spezifischen Randbedingungen simuliert, die den makroskopischen Zustand einer Anlage auf molekularer Ebene nachbilden. Mittels spezifischer molekularer Modelle, die die untersuchten Komponenten beschreiben, und durch präzises Nachahmen von makroskopischen Bedingungen auf molekularer Ebene werden thermodynamische Eigenschaften sowie Transporteigenschaften des untersuchten Systems letztendlich anhand seiner eigenen dynamischen Entwicklung abgeleitet. In dieser Arbeit wird die Anwendung von MDSTAGE bei der Simulation von thermischen Trennverfahren untersucht. MDSTAGE wird als deskriptives Werkzeug zur Simulation des stationären Betriebs einer NORMAG-Destillationskolonne evaluiert. Experimentelle Daten der untersuchten Anlage werden als Information zur Validierung der Simulationsergebnisse verwendet.

Mass and energy balances, as well system-specific empirical and semi-empirical correlations, usually build the backbone of any established software used by chemical engineers in the simulation of unit operations. Such approaches, though relying on a robust methodology, are sometimes hindered by their own strong dependence on the availability of system-specific experimental information. An alternative to overcome such drawbacks is offered for instance by MDSTAGE, a molecular-dynamic-based approach for the description of unit operations in atomistic scale, as proposed by Pfennig (2004) and Babic (2011). In this approach, a finite number of molecules is simulated in atomistic scale under constraints resembling the macroscopic state of the investigated unit operation. Using specific molecular potentials in the description of the species involved in the investigation and mimicking macroscopic conditions directly in the atomistic scale, thermodynamic and transport properties of the system are eventually obtained in MDSTAGE, from the system itself, by means of its dynamical evolution in time. In the present work, the application of MDSTAGE to the simulation of thermal separation processes will be investigated. MDSTAGE is evaluated as a tool for the description of the stationary operation of a NORMAG distillation column. Experimental data obtained with the investigated equipment is used to validate the predicted results of the simulation tool.

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