Bereitstellung thermodynamischer Daten für die Auswahl des Arbeitspaares bei Absorptionskältemaschinen

Die Bereitstellung von Kälte, z.B. für die Haltbarmachung von Lebensmitteln oder die Klimatisierung von Räumen, benötigt Energie und ist für unser Leben essenziell und weit verbreitet. So können bereits kleine Optimierungen große Energieeinsparungen zur Folge haben. Bei der Benutzung von Absorptionskältemaschinen liegt ein Einsparungspotential in der Auswahl des sogenannten Arbeitspaares. Eine vielversprechende Gruppe für das Absorbenz ist dabei die der ionischen Flüssigkeiten. Die Kombinationsmöglichkeiten von Anion und Kation ermöglichen eine Maßschneiderung der Flüssigkeit an die gewünschten Eigenschaften. ... mehrGemeinsam mit einem Alkohol als Kühlmittel kann so eine Kältemaschine ermöglicht werden, die Effizient auf Temperaturen unter 0°C kühlt. Da die Voraussage von Eigenschaften der Ionischen Flüssigkeiten problematisch ist kommt man um ein ausführliches Screening nicht herum. In dieser Arbeit wird aufgezeigt, wie bereits am Anfang des Auswahlprozesses schnell erste wichtige Erkenntnisse zu einem Arbeitspaar gewonnen werden können. Dazu werden PC-SAFT Parameter an Dichtemesswerte, welche schnell und verlässlich ermittelt werden können, angepasst. Zusammen mit etablierten PC-SAFT Parametern für die Alkohole lassen sich sowohl das VLE Verhalten, und daraus maximal mögliche Kühltemperaturen, vorhersagen, als auch die eventuelle Existenz von Flüssig-Flüssig-Gleichgewichten, welche den Einsatz eines Arbeitspaares bereits ausschließen können. Mit zusätzlichen Messwerten der Wärmekapazität der ionischen Flüssigkeiten lassen sich weiterhin Aussagen über die Effizienz der Kältemaschinen machen. Die Untersuchung des Einflusses der Nichtidealitäten auf die Effizienz zeigt, dass eine wirkliche Beurteilung nur mit experimentellen Daten zum Mischungsverhalten möglich ist. Für eine spätere Simulation eines Absorptionsprozesses inklusive der Transportprozesse wird eine neue, verbesserte Möglichkeit der Berechnung der Selbst- und binären Diffusionskoeffizienten mittels Chapman-Enskog-Theorie aufgezeigt welche bisher aber nur auf nicht assoziierende Stoffe angewendet werden kann.
Zusammengefasst zeigt diese Arbeit eine neue Methode schnell und effizient erste Informationen über ein Arbeitspaar für Absorptionskälteprozesse bestehend aus einer ionischen Flüssigkeit und einem Alkohol zu bestimmen. Dabei können Aussagen zu Kühltemperaturen und Effizienz mit wenigen Messwerten gemacht und somit ein aufwendiges Screening umgangen werden.

Since the cooling of e.g. produced goods or rooms is common and essential to modern life, the potential in energy savings even from minor optimizations is a given. One field of potential optimization for absorption chillers is the choice of an efficient working pair. A promising group for the absorbents are the so-called ionic liquids. By smartly choosing the cation and anion, it is possible to tailor-make the ionic liquid to the desired specifications, combined with an alcohol as cooling agent, even to cooling temperature lower than 0°C. Since these specifications are hard to predict, an extensive screening process is usually needed. ... mehrIn this work, a method is established to quickly gain first information about the performance of a working pair. To achieve this, PC-SAFT parameters are fitted to experimental results of the density which can be gathered reliably in a timely manner. Together with already established parameters for the alcohols, the VLE-behaviour and from that the possible cooling temperature can be determined. Also the possibility of a liquid-liquid-equilibrium can be evaluated which is of course a knock out criterion for a working pair. With additional experimental results for the heat capacity of the ionic liquids, the efficiency of the absorption process can be predicted. The evaluation of the influence of the non-idealities shows, that for a better prediction of the efficiency and cooling temperatures, these can’t be neglected. For a possible simulation of the absorption process which includes the transport processes, an improved method for the calculation of self- and binary diffusion coefficients based on the Chapman-Enskogtheory is presented. This method is only applicable for non-associating molecules, yet.
In summary, this work presents a new method to quickly and efficiently gain first information in the selection process for a working pair consisting of an ionic liquid and an alcohol. The possible cooling temperature and the efficiency can be predicted by relying only on a few quickly accessible experimental results and therefore avoiding a huge and time-consuming screening process.