Informationen für Planer und Anlagenbetreiber
Erscheint monatlich
ISSN 1613-2513
40. Ausgabe Juli 2007
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Chemische Kinetik, mit Gastautor Dipl.-Chem. Hans Jänichen,
ACOS Food Technology
Sehr geehrte(r) Leser(in),
ich freue mich, Ihnen heute einen neuen Gastbeitrag bieten zu
können: Hans Jänichen hat sich einige OpenSource- oder anderweitig
frei verfügbare Softwaretools zum Thema Chemische Kinetik ange-
sehen und auch die Skripte zur Einführung ausgesucht.
Wer irgend eine Reaktion in irgend einem Behälter ablaufen lassen
möchte, muss sich mit der Kinetik der Reaktion auseinandersetzen.
Vereinfacht gesagt ist die Kinetik eine Beschreibung der Geschwin-
digkeitsgesetze, die auf die Reaktion - und auf alle auftretenden
Nebenreaktionen - Einfluss nehmen.
Ein korrektes kinetisches Modell beantwortet Fragen wie z. B.:
- Wie lange läuft die Reaktion, bis der gewünschte Umsatz erzielt
ist? Und für kontinuierliche Reaktionsapparate: Wie groß müssen
diese ausgelegt werden?
- Wie hoch darf der Überschuss einer Komponente höchstens sein, da-
mit sich nicht mehr als die vertretbare Menge an Nebenprodukten
bildet?
Grundlagentext zur Chemischen Kinetik, Quelle: RWTH Aachen, Insti-
tut für Anorganische Chemie
http://www.ac.rwth-aachen.de/extern/ak-koelle/Reaktionsgeschwindigkeit.pdf
Mathematische Grundlagen der Kinetik, Skript vom Leibnitz-Institut
für Pflanzenbiochemie:
http://www.ipb-halle.de/fileadmin/user_upload/Forschung/nwc/ReactionKinetics.pdf
Diese für Online-Nachschlagewerke bekannte Website bietet viele
wissenschaftliche Kalkulatoren. Im Bereich Kinetik finden sich
Links zu Stoffdatenbanken, aus denen man die Daten für die Be-
rechnungen beziehen kann, Links zu Applets, welche Konzentrati-
onsverläufe darstellen, und speziellere Tools.
http://www.martindalecenter.com/Calculators3B_1_EL.html#CHEM-CHEMK
Diese Freeware modelliert die zeitabhängigen Konzentrationsverläufe
im Rohrreaktor (KinDis), im Batchreaktor (KinBat) und im durchströmten
Rührbehälter (beide). Es sind ziemlich einfache Tools, die sich zur
Veranschaulichung gut eignen. Daten findet man z. B. in den im "Mar-
tindale" genannten Datenbanken (siehe oben).
http://www.chemspy.com/downloads.html
(von Dipl.-Chem. Hans Jänichen, ACOS Food Technology,
acos@quicknet.nl)
Frau Dr. Arnold hat mich gebeten, einen Beitrag über frei erhältliche
Software für den Newsletter zu schreiben. Dafür wurde die chemische
Reaktionkinetik als Hauptthema gewählt. Die Kinetik beschäftigt sich
mit dem zeitlichen Verlauf (das bedeutet in diesem Fall Differential-
gleichungen), der Thermodynamik und den Mechanismen von chemischen
Reaktionen. Es kann sich dabei um einfache Reaktionsabläufe handeln,
häufiger sind jedoch teilweise sehr komplexe Umsetzungen.
Siehe hierzu auch die ausführliche Beilage:
http://www.arnold-chemie.de/downloads/Jaenichen-1.pdf
Die Maillard Reaktion ist eine der wichtigsten Reaktionen in der
Lebensmittelchemie. Ohne es häufig zu wissen, erfährt man die Resul-
tate dieser Reaktion ständig im täglichen Leben. Näheres zur Maillard
Reaktion findet sich u.a. bei:
http://de.wikipedia.org/wiki/Maillard-Reaktion
http://www.quarks.de/kochen/0403.htm
sowie einer Vielzahl an Internet Links.
http://www.arnold-chemie.de/downloads/MaillardJFS.txt
Die Daten stammen aus der folgenden Publikation:
F. JOUSSE, T. JONGEN, W. AGTEROF, S. RUSSELL, and P. BRAAT,
"Simplified Kinetic Scheme of Flavor Formation by the Maillard
Reaction"
Journal of Food Chemistry and Toxicology 67(7), 2534-42 (2002)
Mit den nachfolgend genannten und frei erhältlichen Programmen ist
die Simulation der Kinetik von Reaktionen und die Berechnung von
Aktivierungsenergie, Reaktionskonstanten und Konzentrationen von
Reaktionen auch mit eigenem Datenmaterial möglich.
Für die Bearbeitung einer komplexeren Reaktionskinetik wie z.B.
Modellierung von Mehrkomponentensystemen (Maillard Reaktion, Pyro-
lyse von Biomasse usw.) eignet sich sehr gut die programmierbare
Software Berkeley Madonna.
Auf der Download Seite von Berkeley Madonna können Programm und
Handbuch heruntergeladen werden:
http://www.berkeleymadonna.com/
Ein weiteres Kinetikprogramm eignet sich für die Berechnung von
Geschwindigkeitskonstanten und Aktivierungsenergien, wahlweise
nach Arrhenius oder Eyring. Diese Daten können ebenfalls in die
Berechnung der Reaktionsverläufe eingesetzt werden - wenn auch,
natürlich, mit höherem Unsicherheitsfaktor.
Das Programm kann heruntergeladen werden bei:
http://www.hs-merseburg.de/PhysChem/
Auf der Website gibt es auch noch die Programme:
ZUST - Thermodynamik flüssiger Reinstoffe
VLE - Phasengleichgewichte
Komplex - chemische Reaktionsgleichgewichte
Lab1W - kleines Prg. für Umrechnungen, Molmassen,
Konzentrationsberechnungen
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