The knowledge of phase equilibrium is essential for the planning and realisation of separation processes in chemical engineering. In this work an equipment for measurement of precise isothermal vapour–liquid equilibria (VLE) using the dynamic method was developed. The pool of experimental data for cyclohexylamine was extended significantly. Isothermal VLE were measured in 3 binary and 4 ternary systems, liquid-liquid equilibria (LLE) were measured in 4 ternary systems and in one quarternary system, in each case for two temperatures, whereas in 2 ternary systems and in the quarternary system even liquid-liquid-liquid equilibria (LLLE) occur. Furthermore, activity coefficients at infinite dilution in 4 binary systems and excess molar volumes in 7 binary systems have been estimated. Binary VLE and LLE data of the components water, octane, cyclohexylamine and aniline of this work and data from literature were fitted with the activity coefficient models NRTL and UNIQUAC, as well as with the equations of state Elliott-Suresh-Donohue (ESD) and Perturbed-Chain-Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) which contain both a term to consider explicit hydrogen bonds. In addition, the predictive capabilities of the equations of state (EoS) were investigated. With parameters obtained by simultaneous fitting of VLE and, if available, LLE data similar results with the models NRTL and UNIQUAC could be obtained. Each time the deviations for the vapour pressure were lower than 3 % and lower than 2 % in vapour phase composition. The deviations, in three out of the six systems for vapour pressure and vapour phase composition, were larger with the ESD-EoS than with the activity coefficient models. NRTL, UNIQUAC and ESD delivered similar results with the simultaneously fitted parameters for the LLE, whereas the deviations were lower than 5 %. Comparable results were delivered by the ESD-EoS and PC-SAFT for the fitting and the prediction in the investigated binary systems. Also a fitting for NRTL, UNIQUAC and ESD was carried out, but only to one data set. The intention was to show the effect of parameterization on prediction in ternary systems. Predictions were made for VLE and LLE in ternary systems of the above mentioned components, solely with interaction parameters fitted to binary data. For the models NRTL, UNIQUAC und ESD predictions of simultaneously and separately fitted parameters are presented. It is shown that with parameters simultaneously fitted to several data sets significantly better results could be obtained compared to the parameters separately fitted to a single data set. Additionally, for the equations of state ESD and PC-SAFT predictions for the LL(L)E in ternary systems are compared, but here only with separately fitted parameters. For three out of the four investigated ternary systems a too large miscibility gap is calculated with the models NRTL, UNIQUAC and ESD. In the system water+octane+aniline good results could be obtained for the prediction of the LLLE. In summary the equations of state deliver similar results. In the systems water+octane+CHA and octane+CHA+aniline also too large two phase regions were delivered. Better predictions could be obtained in the systems water+octane+aniline and water+CHA+aniline. The forecasts of the VLE in the ternary systems are good with the simultaneously fitted parameters. The deviations for the vapour phase compositions are as for the vapour pressures under 6 %. Larger deviations occur for the system water+octane+aniline only. As evaluation result for the thermodynamic models can be mentioned that the activity coefficient models NRTL and UNIQUAC deliver somewhat better results for the fitting of the binary data than the equations of state ESD and PC-SAFT however, with a larger number of adjustable parameters. The prediction of the VLE is satisfactorily in the ternary systems and with similar quality of all considered models. Larger deviations occur for the prediction of the LL(L)E in the ternary systems. The results of the ESD-EoS were, with one exception, each time better than those of the activity coefficient models. There is no significant difference between the prediction of the ternary systems for the ESD-EoS and the PC-SAFT.

Die Phasengleichgewichte (Flüssigkeit-Dampf und Flüssigkeit-Flüssigkeit) der binären, ternären und quaternären Mischungen bestehend aus Wasser, Toluen, Anilin und Cyclohexylamin wurden experimentell bestimmt und modelliert bzw. vorausberechnet. Die Bestimmung der Flüssigkeit-Dampf-Gleichgewichte erfolgte mit Hilfe der dynamischen Methode, die dafür notwendige Mess- und Regeltechnik wurde erweitert und modernisiert. Die Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gleichgewichte wurden durch Trübungstitration und Analyse der koexistierenden Phasen bestimmt. Die Beschreibung der binären Systeme und die Vorausberechnung der Mehrkomponentensysteme erfolgte mit den Aktivitätskoeffizientenmodellen UNIQUAC und NRTL und der Zustandsgleichung, entwickelt von Elliott, Suresh und Donohue (ESD). Die ESD-Zustandsgleichung enthält neben einem Attraktions- und einem Repulsionsterm auch einen Term, der assoziative Wechselwirkungen explizit berücksichtigt. Die Beschreibung der binären Systeme gelingt mit den getesteten Modellen sehr gut. Dabei werden mit den Aktivitätskoeffizientenmodellen bessere Ergebnisse erreicht als mit der ESD-Zustandsgleichung. Diese Bild kehrt sich bei der Vorausberechnung der Mehrkomponentensysteme um. Bei Verwendung der NRTL-Gleichung treten deutlich höhere Abweichungen auf als bei Berechnungen mit der ESD-Zustandsgleichung bzw. der UNIQUAC-Gleichung. Die Erwartung durch explizite Berücksichtigung der Assoziation mit der ESD-Zustandsgleichung einen deutlichen Vorteil in der Vorhersage von Phasengleichgewichten in Systemen mit assoziierenden Komponenten zu erhalten konnte in den untersuchten Mischungen nicht eindeutig bestätigt werden. / Phase equilibria (vapor-liquid and liquid-liquid) of binary, ternary and quaternary systems consisting of water, toluene, aniline and cyclohexylamine were determined experimentally and modeled resp. predicted. Vapor-liquid equilibria were determined by the dynamic method, the necessary measuring and control systems were extended and modernized. Liquid-liquid equilibria were investigated by turbidity titration and analyses of coexisting phases. The calculation of the binary systems and the prediction of the multicomponent systems were performed with the activity coefficient models UNIQUAC and NRTL and the equation of state developed by Elliott, Suresh and Donohue (ESD). The ESD equation of state includes beside an attractive and a repulsive term a term for explicit consideration of associative interaction. The description of the binary systems succeeded very well with the tested models. Better results were achieved with the activity coefficient models than with the ESD equation of state. These findings are inversed in the case of prediction of multicomponent phase equilibria. On application of the NRTL equation the deviations are notable greater than with the ESD equation of state or the UNIQUAC equation. The expectation to get a significant advantage in prediction of phase equilibria in systems with associating components with the ESD equation of state could not be answered definitely.

The knowledge of phase equilibrium is essential for the planning and realisation of separation processes in chemical engineering. In this work an equipment for measurement of precise isothermal vapour–liquid equilibria (VLE) using the dynamic method was developed. The pool of experimental data for cyclohexylamine was extended significantly. Isothermal VLE were measured in 3 binary and 4 ternary systems, liquid-liquid equilibria (LLE) were measured in 4 ternary systems and in one quarternary system, in each case for two temperatures, whereas in 2 ternary systems and in the quarternary system even liquid-liquid-liquid equilibria (LLLE) occur. Furthermore, activity coefficients at infinite dilution in 4 binary systems and excess molar volumes in 7 binary systems have been estimated. Binary VLE and LLE data of the components water, octane, cyclohexylamine and aniline of this work and data from literature were fitted with the activity coefficient models NRTL and UNIQUAC, as well as with the equations of state Elliott-Suresh-Donohue (ESD) and Perturbed-Chain-Statistical Associating Fluid Theory (PC-SAFT) which contain both a term to consider explicit hydrogen bonds. In addition, the predictive capabilities of the equations of state (EoS) were investigated. With parameters obtained by simultaneous fitting of VLE and, if available, LLE data similar results with the models NRTL and UNIQUAC could be obtained. Each time the deviations for the vapour pressure were lower than 3 % and lower than 2 % in vapour phase composition. The deviations, in three out of the six systems for vapour pressure and vapour phase composition, were larger with the ESD-EoS than with the activity coefficient models. NRTL, UNIQUAC and ESD delivered similar results with the simultaneously fitted parameters for the LLE, whereas the deviations were lower than 5 %. Comparable results were delivered by the ESD-EoS and PC-SAFT for the fitting and the prediction in the investigated binary systems. Also a fitting for NRTL, UNIQUAC and ESD was carried out, but only to one data set. The intention was to show the effect of parameterization on prediction in ternary systems. Predictions were made for VLE and LLE in ternary systems of the above mentioned components, solely with interaction parameters fitted to binary data. For the models NRTL, UNIQUAC und ESD predictions of simultaneously and separately fitted parameters are presented. It is shown that with parameters simultaneously fitted to several data sets significantly better results could be obtained compared to the parameters separately fitted to a single data set. Additionally, for the equations of state ESD and PC-SAFT predictions for the LL(L)E in ternary systems are compared, but here only with separately fitted parameters. For three out of the four investigated ternary systems a too large miscibility gap is calculated with the models NRTL, UNIQUAC and ESD. In the system water+octane+aniline good results could be obtained for the prediction of the LLLE. In summary the equations of state deliver similar results. In the systems water+octane+CHA and octane+CHA+aniline also too large two phase regions were delivered. Better predictions could be obtained in the systems water+octane+aniline and water+CHA+aniline. The forecasts of the VLE in the ternary systems are good with the simultaneously fitted parameters. The deviations for the vapour phase compositions are as for the vapour pressures under 6 %. Larger deviations occur for the system water+octane+aniline only. As evaluation result for the thermodynamic models can be mentioned that the activity coefficient models NRTL and UNIQUAC deliver somewhat better results for the fitting of the binary data than the equations of state ESD and PC-SAFT however, with a larger number of adjustable parameters. The prediction of the VLE is satisfactorily in the ternary systems and with similar quality of all considered models. Larger deviations occur for the prediction of the LL(L)E in the ternary systems. The results of the ESD-EoS were, with one exception, each time better than those of the activity coefficient models. There is no significant difference between the prediction of the ternary systems for the ESD-EoS and the PC-SAFT.

Die experimentelle Charakterisierung von Phasengleichgewichten (Flüssigkeit-Dampf und Flüssigkeit-Flüssigkeit) erfolgte in binären und ternären Systemen aus aromatischen bzw. aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Phenolen und Wasser. Die Trübungstitration diente der Bestimmung von Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gleichgewichten, auftretende koexistierende flüssige Phasen wurden analytisch charakterisiert. Mit Hilfe der dynamischen Methode erfolgte die Bestimmung der Flüssigkeit-Dampf-Gleichgewichte. Die Modellierung der binären Systeme und die Vorausberechnung der ternären Systeme erfolgten mit den Aktivitätskoeffizientenmodellen NRTL und UNIQUAC. Weiterhin wurden die Berechnungen mit der von Elliott, Suresh und Donohue entwickelten Zustandsgleichung (ESD) durchgeführt, welche einen die assoziierenden Wechselwirkungen berücksichtigenden Term beinhaltet. Ferner wurden mit der Gruppenbeitragsmethode UNIFAC die untersuchten binären und ternären Systeme vorausberechnet. Beide Aktivitätskoeffizientenmodelle können bei der simultanen Modellierung der verfügbaren Phasengleichgewichtsdaten für nahezu alle betrachteten binären Systeme mit sehr guten Ergebnissen überzeugen. Bei der Modellierung mit der Zustandsgleichung ESD müssen deutlich höhere Abweichungen akzeptiert werden. Die Ergebnisse der Modellierung der binären Systeme lassen sich nicht adäquat auf die Vorausberechnung der ternären Systeme übertragen. UNIQUAC Modell und Zustandsgleichung ESD zeigen im Mittel die geringsten Unterschiede zwischen vorausberechneten und experimentellen Phasengleichgewichten. Deutlich höhere Abweichungen treten im Mittel bei Verwendung des NRTL Modells bzw. der Gruppenbeitragsmethode UNIFAC auf. Die Annahme, mit Hilfe der expliziten Berücksichtigung der Assoziation mit Zustandsgleichung ESD eine deutliche Verbesserung bei der Vorausberechnung entsprechender Phasengleichgewichten zu erzielen, konnte lediglich für Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gleichgewichte in Systemen mit aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestätigt werden. / The experimental characterizations of phase equilibria (vapor-liquid and liquid-liquid) were determined in binary and ternary systems containing aliphatic and aromatic hydrocarbons, phenols and water. Liquid-liquid equilibria were measured by turbidity titration. The compositions of coexisting phases were determined with analytic methods. The vapor-liquid equilibria were determined by the dynamic method. The correlation of the binary systems and the prediction of the ternary systems were performed with the activity coefficient models NRTL and UNIQUAC. Furthermore the calculations were realized with an equation of state (ESD) developed by Elliott, Suresh and Donohue, which contain a term for association. Additional predictions of investigated binary and ternary systems were performed with the group contribution method UNIFAC. Both activity coefficient models convinced with satisfactory results by the simultaneously correlation of the available equilibria data for almost all investigated binary systems. The correlations with the ESD equation of state were performed with higher deviations. A transfer of the results of the binary correlations into the ternary predictions is not possible. The UNIQUAC model and the ESD equation of state performed on average with minor deviations between predicted and experimental phase equilibria. Higher deviations were calculated using the NRTL model respectively the group contribution method UNIFAC. Only liquid-liquid equilibria in systems contain aliphatic hydrocarbons indicates improved prediction results based on the consideration of the association.

Die experimentelle Charakterisierung von Phasengleichgewichten (Flüssigkeit-Dampf und Flüssigkeit-Flüssigkeit) erfolgte in binären und ternären Systemen aus aromatischen bzw. aliphatischen Kohlenwasserstoffen, Phenolen und Wasser. Die Trübungstitration diente der Bestimmung von Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gleichgewichten, auftretende koexistierende flüssige Phasen wurden analytisch charakterisiert. Mit Hilfe der dynamischen Methode erfolgte die Bestimmung der Flüssigkeit-Dampf-Gleichgewichte. Die Modellierung der binären Systeme und die Vorausberechnung der ternären Systeme erfolgten mit den Aktivitätskoeffizientenmodellen NRTL und UNIQUAC. Weiterhin wurden die Berechnungen mit der von Elliott, Suresh und Donohue entwickelten Zustandsgleichung (ESD) durchgeführt, welche einen die assoziierenden Wechselwirkungen berücksichtigenden Term beinhaltet. Ferner wurden mit der Gruppenbeitragsmethode UNIFAC die untersuchten binären und ternären Systeme vorausberechnet. Beide Aktivitätskoeffizientenmodelle können bei der simultanen Modellierung der verfügbaren Phasengleichgewichtsdaten für nahezu alle betrachteten binären Systeme mit sehr guten Ergebnissen überzeugen. Bei der Modellierung mit der Zustandsgleichung ESD müssen deutlich höhere Abweichungen akzeptiert werden. Die Ergebnisse der Modellierung der binären Systeme lassen sich nicht adäquat auf die Vorausberechnung der ternären Systeme übertragen. UNIQUAC Modell und Zustandsgleichung ESD zeigen im Mittel die geringsten Unterschiede zwischen vorausberechneten und experimentellen Phasengleichgewichten. Deutlich höhere Abweichungen treten im Mittel bei Verwendung des NRTL Modells bzw. der Gruppenbeitragsmethode UNIFAC auf. Die Annahme, mit Hilfe der expliziten Berücksichtigung der Assoziation mit Zustandsgleichung ESD eine deutliche Verbesserung bei der Vorausberechnung entsprechender Phasengleichgewichten zu erzielen, konnte lediglich für Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gleichgewichte in Systemen mit aliphatischen Kohlenwasserstoffen bestätigt werden. / The experimental characterizations of phase equilibria (vapor-liquid and liquid-liquid) were determined in binary and ternary systems containing aliphatic and aromatic hydrocarbons, phenols and water. Liquid-liquid equilibria were measured by turbidity titration. The compositions of coexisting phases were determined with analytic methods. The vapor-liquid equilibria were determined by the dynamic method. The correlation of the binary systems and the prediction of the ternary systems were performed with the activity coefficient models NRTL and UNIQUAC. Furthermore the calculations were realized with an equation of state (ESD) developed by Elliott, Suresh and Donohue, which contain a term for association. Additional predictions of investigated binary and ternary systems were performed with the group contribution method UNIFAC. Both activity coefficient models convinced with satisfactory results by the simultaneously correlation of the available equilibria data for almost all investigated binary systems. The correlations with the ESD equation of state were performed with higher deviations. A transfer of the results of the binary correlations into the ternary predictions is not possible. The UNIQUAC model and the ESD equation of state performed on average with minor deviations between predicted and experimental phase equilibria. Higher deviations were calculated using the NRTL model respectively the group contribution method UNIFAC. Only liquid-liquid equilibria in systems contain aliphatic hydrocarbons indicates improved prediction results based on the consideration of the association.

Die Phasengleichgewichte (Flüssigkeit-Dampf und Flüssigkeit-Flüssigkeit) der binären, ternären und quaternären Mischungen bestehend aus Wasser, Toluen, Anilin und Cyclohexylamin wurden experimentell bestimmt und modelliert bzw. vorausberechnet. Die Bestimmung der Flüssigkeit-Dampf-Gleichgewichte erfolgte mit Hilfe der dynamischen Methode, die dafür notwendige Mess- und Regeltechnik wurde erweitert und modernisiert. Die Flüssigkeit-Flüssigkeit-Gleichgewichte wurden durch Trübungstitration und Analyse der koexistierenden Phasen bestimmt. Die Beschreibung der binären Systeme und die Vorausberechnung der Mehrkomponentensysteme erfolgte mit den Aktivitätskoeffizientenmodellen UNIQUAC und NRTL und der Zustandsgleichung, entwickelt von Elliott, Suresh und Donohue (ESD). Die ESD-Zustandsgleichung enthält neben einem Attraktions- und einem Repulsionsterm auch einen Term, der assoziative Wechselwirkungen explizit berücksichtigt. Die Beschreibung der binären Systeme gelingt mit den getesteten Modellen sehr gut. Dabei werden mit den Aktivitätskoeffizientenmodellen bessere Ergebnisse erreicht als mit der ESD-Zustandsgleichung. Diese Bild kehrt sich bei der Vorausberechnung der Mehrkomponentensysteme um. Bei Verwendung der NRTL-Gleichung treten deutlich höhere Abweichungen auf als bei Berechnungen mit der ESD-Zustandsgleichung bzw. der UNIQUAC-Gleichung. Die Erwartung durch explizite Berücksichtigung der Assoziation mit der ESD-Zustandsgleichung einen deutlichen Vorteil in der Vorhersage von Phasengleichgewichten in Systemen mit assoziierenden Komponenten zu erhalten konnte in den untersuchten Mischungen nicht eindeutig bestätigt werden. / Phase equilibria (vapor-liquid and liquid-liquid) of binary, ternary and quaternary systems consisting of water, toluene, aniline and cyclohexylamine were determined experimentally and modeled resp. predicted. Vapor-liquid equilibria were determined by the dynamic method, the necessary measuring and control systems were extended and modernized. Liquid-liquid equilibria were investigated by turbidity titration and analyses of coexisting phases. The calculation of the binary systems and the prediction of the multicomponent systems were performed with the activity coefficient models UNIQUAC and NRTL and the equation of state developed by Elliott, Suresh and Donohue (ESD). The ESD equation of state includes beside an attractive and a repulsive term a term for explicit consideration of associative interaction. The description of the binary systems succeeded very well with the tested models. Better results were achieved with the activity coefficient models than with the ESD equation of state. These findings are inversed in the case of prediction of multicomponent phase equilibria. On application of the NRTL equation the deviations are notable greater than with the ESD equation of state or the UNIQUAC equation. The expectation to get a significant advantage in prediction of phase equilibria in systems with associating components with the ESD equation of state could not be answered definitely.