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Title: Extension of COSMO-RS for the prediction of the salt effect on liquid-liquid equilibria
Language: English
Authors: Gerlach, Thomas 
Müller, Simon  
Smirnova, Irina 
Issue Date: 2016
Conference: Computational Chemistry Symposium 2016 
Abstract (german): In vielen Prozessen, insbesondere im Bereich der Biotechnologie, stellen Salze einen natürlichen Bestandteil der Medien dar. Darüber hinaus kann durch die Hinzugabe von Salzen eine Extraktion aus wässrigen Medien auch für polare Komponenten ermöglicht werden. Die Modellierung von Phasengleichgewichten salzhaltiger Systeme ist dabei mit verschiedenen Modellen beschrieben worden. Für die meisten Modelle ist dabei eine Anpassung komponentenspezifischer Wechselwirkungsparameter an experimentelle Daten des Systems notwendig, allerdings liegen diese in vielen Fällen nicht vor. COSMO-RS erlaubt als prädiktives gE-Modell die Vorhersage des Verteilungsverhaltens von Komponenten in verschiedensten Systemen, eine Bestimmung komponentenspezifischer Wechselwirkungsparameter ist dabei nicht erforderlich. In unserer Gruppe wurde bereits eine Erweiterung von COSMO-RS für Elektrolytsysteme entwickelt. Anhand einzelner Systeme wurde demonstriert, dass der Salzeffekt auf Flüssig-Flüssig-Phasengleichgewichte vorhergesagt werden kann [1]. Hierzu wurden, neben anderen Anpassungen, ionenspezifische Wechselwirkungsparameter in das Modell integriert. Diese wurden auf Grundlage von mittleren ionischen Aktivitätskoeffizienten in wässrigen Systemen parametrisiert. In dieser Arbeit wurde dieser Modellierungsansatz auf Grundlage einer in unserer Gruppe durchgeführten Re-Implementierung des Modells COSMO-RS weiterentwickelt, so dass ein deutlich größeres Spektrum verschiedener Ionen erfolgreich in die Parametrisierung integriert werden konnte. Anschließend wurde das neue Modell auf Grundlage einer großen Datenbank von Flüssig-Flüssig Phasengleichgewichten salzhaltiger Systeme systematisch quantitativ bewertet. Die erstellte Datenbank enthielt Systeme mit verschiedenen Lösungsmitteln, wie Alkohole, Ester und Ketone. Auf Grundlage dieses Bewertungsschrittes wurden neue Ansätze zur verbesserten Beschreibung der Wechselwirkungen von Ionen entwickelt und auf Basis der Flüssig-Flüssig Phasengleichgewichte parametrisiert. Hierdurch konnte eine quantitativ deutlich genauere Berechnung der Phasengleichgewichte in Elektrolytsystemen erreicht werden. Insbesondere wurden Verbesserungen für Systeme erzielt, welche Alkohole enthielten. Das Modell erzielte dabei zufriedenstellende Vorhersagen auch für verschiedene quaternäre LLE Systeme.
Abstract (english): In many processes, especially in the field of biotechnology, salts are a natural component of the media. Furthermore, the addition of salts allows extraction from aqueous media also for polar components. The modeling of phase equilibria of electrolyte systems has been described with different models. For most models a fitting of component-specific interaction parameters to experimental data of the system is necessary, but in many cases they are not available. COSMO-RS, as a predictive gE-model, allows the prediction of the distribution behavior of components in different systems, a determination of component-specific interaction parameters is not necessary. An extension of COSMO-RS for electrolyte systems has already been developed in our group. Single systems have been used to demonstrate that the salt effect can be predicted on liquid-liquid phase equilibria [1]. In addition to other adjustments, ion-specific interaction parameters were integrated into the model. These were parameterized based on average ionic activity coefficients in aqueous systems. In this work, this modeling approach was further developed based on a re-implementation of the COSMO-RS model in our group, so that a significantly larger spectrum of different ions could be successfully integrated into the parameterization. Subsequently, the new model was systematically assessed based on a large database of liquid-liquid phase equilibria of saline systems. The created database contained systems with various solvents, such as alcohols, esters and ketones. Based on this evaluation step, new approaches to improve the description of the interactions of ions have been developed and parametrized on the basis of liquid-liquid phase equilibria. This allowed a quantitatively much more accurate calculation of the phase equilibria in electrolyte systems. In particular, improvements have been achieved for systems containing alcohols. The model achieved good predictions for various quaternary LLE systems.
URI: http://hdl.handle.net/11420/3011
DOI: 10.15480/882.2347
Institute: Thermische Verfahrenstechnik V-8 
Type: Poster
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