Der Standard ist phasenabhängig: Ein angegebener Anteil oder Prozentsatz in einem Gasstrom wird im Allgemeinen als Molenbruch oder Molprozent interpretiert. In einem Flüssigkeits- oder Feststoffstrom wird er im Allgemeinen als Massenbruch oder Massenprozent interpretiert, sofern die Daten nicht ausdrücklich eine andere Basis angeben.
Verwenden Sie standardmäßig die Molbasis für Gase und die Massenbasis für Flüssigkeiten und Feststoffe. Bestätigen Sie die Basis, bevor Sie Stoffbilanzen durchführen, da die Behandlung eines Massenprozentsatzes als Molprozentsatz (oder umgekehrt) zu falschen Durchflussraten und Zusammensetzungen führen kann.
Die Standardkonvention nach Phase
Gasströme: Molenbruch oder Molprozent
Bei Gasströmen bedeutet ein nicht spezifizierter Zusammensetzungsprozentsatz normalerweise Molprozent.
Zum Beispiel wird ein Gas, das mit 20 % Komponente A und 80 % Komponente B angegeben ist, normalerweise wie folgt interpretiert:
[ y_A = 0,20,\qquad y_B = 0,80 ]
Die entsprechenden Mengen basieren auf Mol, nicht auf Masse.
Flüssigkeitsströme: Massenbruch oder Massenprozent
Bei Flüssigkeitsströmen bedeutet ein nicht spezifizierter Zusammensetzungsprozentsatz normalerweise Gewichtsprozent, auch Massenprozent genannt.
Eine Flüssigkeit, die 30 % Komponente A enthält, wird daher so interpretiert, dass sie Folgendes aufweist:
[ w_A = 0,30 ]
Dies bedeutet 30 Masseneinheiten von A pro 100 Gesamteinheiten der Flüssigkeitsmasse.
Feststoffströme: Massenbruch oder Massenprozent
Bei Feststoffströmen ist der Standard ebenfalls Massenprozent oder Massenbruch.
Ein Feststoffstrom, der als 12 % Feuchtigkeit beschrieben wird, bedeutet im Allgemeinen, dass 12 % der gesamten Strommasse Wasser sind, es sei denn, die Quelle definiert das Ergebnis ausdrücklich auf Trockenbasis, Feuchtbasis oder einer anderen Basis.
Warum die Basis wichtig ist
Stoffbilanzen hängen von konsistenten Mengen ab
Eine Stoffbilanz muss Mengen auf einer kompatiblen Basis vergleichen. Molenbrüche sollten mit molaren Durchflussraten gepaart werden, während Massenbrüche mit Massendurchflussraten gepaart werden sollten.
Für eine Komponente in einem Gasstrom:
[ \dot n_i = y_i \dot n_{\text{gesamt}} ]
Für eine Komponente in einem Flüssigkeits- oder Feststoffstrom:
[ \dot m_i = w_i \dot m_{\text{gesamt}} ]
Die Verwendung des falschen Bruchs mit der falschen Gesamtdurchflussrate ergibt eine falsche Komponentenbilanz.
Das Molekulargewicht beeinflusst die Umrechnung
Molprozente und Massenprozente sind nicht austauschbar, da Komponenten im Allgemeinen unterschiedliche Molekulargewichte haben.
Um Gas-Molenbrüche in Massenbrüche umzurechnen:
[ w_i = \frac{y_i M_i}{\sum_j y_j M_j} ]
Um Massenbrüche in Molenbrüche umzurechnen:
[ x_i = \frac{w_i/M_i}{\sum_j w_j/M_j} ]
Hier ist (M_i) das Molekulargewicht der Komponente (i). Das gleiche Umrechnungsprinzip gilt für Flüssigkeits- oder Feststoffzusammensetzungen, wenn eine Molbasis benötigt wird.
Verfahrenstechnik verwendet unterschiedliche Zusammensetzungsbasen
Destillations- und Gasabsorptionsberechnungen verwenden üblicherweise molbasierte Zusammensetzungen, während Flüssig-Flüssig-Extraktion und viele Feststoffverarbeitungsberechnungen üblicherweise massenbasierte Zusammensetzungen verwenden.
Die Standard-Berichtskonvention gilt weiterhin, es sei denn, die Aufgabenstellung oder Datenquelle definiert eine andere Basis. Der verfahrenstechnische Vorgang überschreibt für sich genommen keine explizit angegebene Zusammensetzungsbasis.
Wie man mehrdeutige Daten interpretiert
Überprüfen Sie die umgebenden Durchflusseinheiten
Durchflusseinheiten offenbaren oft die beabsichtigte Basis. Eine Gaszusammensetzung, die mit einer molaren Durchflussrate gepaart ist, ist normalerweise molbasiert, während eine Flüssigkeits- oder Feststoffzusammensetzung, die mit einer Massendurchflussrate gepaart ist, normalerweise massenbasiert ist.
Dies ist eine nützliche Bestätigung, sollte aber keine explizite Angabe ersetzen, wenn eine solche verfügbar ist.
Achten Sie auf Notation und Terminologie
Häufige Indikatoren sind:
- Molenbruch: (y_i) für Gase und (x_i) für Flüssigkeiten
- Massenbruch: (w_i)
- Molprozent: mol%
- Massenprozent: wt%, Gew.%, oder Masse%
- Trockenbasis: Zusammensetzung schließt Feuchtigkeit aus der Referenzsumme aus
- Feuchtbasis: Zusammensetzung schließt Feuchtigkeit in die Referenzsumme ein
Begriffe wie „Konzentration“, „Feststoffprozent“ oder „Reinheit“ erfordern möglicherweise eine zusätzliche Interpretation, da ihre Basis nicht immer in der Formulierung inhärent ist.
Geben Sie die Annahme explizit an
Wenn die Quelle keine Angaben macht, dokumentieren Sie die Konvention in der Berechnung:
Gaszusammensetzungen werden als Molprozente interpretiert; Flüssigkeits- und Feststoffzusammensetzungen werden als Massenprozente interpretiert.
Dies macht die Berechnung nachvollziehbar und verhindert spätere Verwirrung, wenn Ergebnisse mit einem anderen Datensatz verglichen werden.
Verständnis der Kompromisse
Standardkonventionen sind praktisch, nicht universell
Die Konvention Gas-Mol und Flüssigkeit-oder-Feststoff-Masse ist ein Standard für Prozessberechnungen, aber kein physikalisches Gesetz. Eine Spezifikation, eine Labormethode, ein Gerätedatenblatt oder ein Anlagenberichtssystem kann eine andere Basis definieren.
Eine explizite Basis hat immer Vorrang vor dem Standard.
„Prozent“ kann eine Referenzbasis verbergen
Ein Prozentsatz kann auf Feuchtbasis, Trockenbasis, lösungsmittelfreier Basis, aschefreier Basis oder einer anderen normalisierten Basis angegeben werden. Zwei Werte mit derselben Zahl können unterschiedliche Zusammensetzungen darstellen, wenn ihre Referenzsummen unterschiedlich sind.
Dies ist besonders wichtig für feuchte Feststoffe, konzentrierte Lösungen und analytische Ergebnisse, die nach dem Entfernen eines Trägers oder Lösungsmittels gemeldet werden.
Das Mischen von Basen kann versteckte Fehler erzeugen
Ein häufiger Fehler ist die direkte Verwendung eines Gas-Molprozentsatzes mit einer Massendurchflussrate oder eines Flüssigkeits-Massenprozentsatzes direkt mit einer molaren Durchflussrate. Ein weiterer Fehler ist die Kombination von Zulauf- und Produktzusammensetzungen, die auf unterschiedlichen Basen gemeldet werden, ohne sie vorher umzurechnen.
Diese Fehler können immer noch scheinbar vernünftige Zahlen liefern, was die Basisprüfung zu einem wesentlichen Bestandteil der Berechnung macht.
Rundungen können die Bilanzierung beeinflussen
Angegebene Prozentsätze werden oft gerundet, sodass ihre Summe geringfügig von 100 % abweichen kann. Kleine Diskrepanzen können für vorläufige Analysen akzeptabel sein, aber signifikante Abweichungen sollten untersucht werden, bevor die Daten in einer detaillierten Bilanz verwendet werden.
Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen
Verwenden Sie die Berichtsbasis, die sowohl zur Stromphase als auch zum Berechnungsziel passt:
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Erstellung einer Gasstrom-Stoffbilanz liegt: Interpretieren Sie nicht spezifizierte Gaszusammensetzungen als Molenbrüche oder Molprozente und paaren Sie sie dann mit molaren Durchflussraten oder rechnen Sie sie in Massenbrüche um.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Analyse von Flüssigkeits- oder Feststoffströmen liegt: Interpretieren Sie nicht spezifizierte Zusammensetzungen als Massenbrüche oder Massenprozente und paaren Sie sie dann mit Massendurchflussraten, es sei denn, eine Molbasis ist erforderlich.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Abstimmung von Anlagen- oder Labordaten liegt: Überprüfen Sie, ob jeder Wert feucht, trocken, lösungsmittelfrei oder anderweitig normalisiert ist, bevor Sie die Daten kombinieren.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Meldung eines technischen Ergebnisses liegt: Geben Sie die Zusammensetzungsbasis explizit an, anstatt sich auf die Standardkonvention zu verlassen.
Eine zuverlässige Prozessberechnung beginnt damit, die Basis des Anteils zu identifizieren, bevor eine Zusammensetzung in einer Bilanz verwendet wird.
Zusammenfassungstabelle:
| Stromphase | Standardbasis | Gängige Notation | Wichtiger Hinweis |
|---|---|---|---|
| Gas | Molenbruch oder Molprozent | y_i, mol% | Mit molaren Durchflussraten paaren oder in Massenbasis umrechnen |
| Flüssigkeit | Massenbruch oder Massenprozent | w_i, wt%, Masse% | Bestätigen, ob die Basis feucht, trocken oder lösungsmittelfrei ist |
| Feststoff | Massenbruch oder Massenprozent | w_i, wt%, Masse% | Feuchtigkeit, Trockenbasis und aschefreie Definitionen prüfen |
| Jeder Strom | Explizit angegebene Basis hat Vorrang | x_i, y_i, w_i | Annahmen vor der Durchführung von Stoffbilanzen angeben |
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