Modelagem termodinâmica de equilíbrio de fases de sistemas CO2 + alcoois

Abstract

Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal a modelagem termodinâmica de equilíbrio de fases dos sistemas associativos CO2(1) + metanol/etanol/pentanol/hexanol(2) com as equações de estado cúbicas de Peng-Robinson com regra de mistura quadrática de van der Waals (PR-vdW2), Peng-Robinson com regra de mistura de Wong-Sandler (PRWS) e Soave-Redlich-Kwong Preditivo (PSRK). Para o cálculo do equilíbrio de fases dos sistemas de interesse foi desenvolvido um algoritmo estocástico baseado na teoria da distância ao plano tangente, o qual fornece uma estimativa inicial consistente e de alta convergência para o cálculo dos pontos de saturação. Este trabalho apresenta também dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV), equilíbrio líquido-líquido (ELL) e equilíbrio líquido-líquido-vapor (ELLV) medidos para os sistemas CO2(1) + pentanol(2) e CO2(1) + hexanol(2). Os experimentos foram realizados em uma célula de equilíbrio de fases de volume variável em uma faixa de temperaturas de 303,15 K e 373,15K e pressão até 26MPa. Para os sistemas medidos, foram observadas transições líquidovapor (LV), líquido-líquido (LL) e líquido-líquido-vapor (LLV) para o sistemas CO2(1) + hexanol(2) e somente transições LV para o sistema CO2(1) + pentanol(2). De acordo com os resultados obtidos, pode-se observar que os dados experimentais foram modelados com sucesso quando utilizada a estimativa inicial prevista pelo algoritmo de inicialização desenvolvido. A utilização deste algoritmo auxiliou os modelos a preverem a região de equilíbrio líquido-líquido (ELL) existente a baixas temperaturas (298,15K e 303,15K) do sistema CO2(1) + hexanol(2). Os dados experimentais dos sistemas CO2 + álcoois foram satisfatoriamente modelados usando PR-vdW2, PR-WS e PSRK, sendo que o modelo termodinâmico PR-WS foi o que melhor correlacionou os dados experimentais dos sistemas.

Abstract: The main objective of this work is the thermodynamic modeling of phase equilibrium for the associative systems CO2(1) + methanol/ethanol/pentanol/hexanol (2) using the cubic equation of state of Peng-Robinson with van der Waals mixing rule (PR-vdW2), Peng-Robinson with Wong-Sandler mixing rule (PR-WS) and Predictive Soave- Redlich-Kwong (PSRK). In order to obtain an efficient procedure for phase equilibrium calculations, a stochastic algorithm based on the Gibbs tangent plane distance was developed and proposed as initial guess for the saturation point calculations. Furthermore vapor-liquid equilibrium (VLE), liquid-liquid equilibrium (LLE) and vapor-liquid-liquid equilibrium were measured for CO2(1) + pentanol(2) and CO2(1) + hexanol(2) systems. The experiments were carried out in a high pressure variablevolume view cell in temperatures from 303.15K to 373.15 K for both binary systems and pressures up to 26 MPa. For the CO2(1) + hexanol(2) system vapor-liquid (VL), liquid-liquid (LL) and vapor-liquid-liquid (VLL) phase transitions were observed, whereas for the system CO2(1) + pentanol(2) just vapor-liquid (VL) phase transitions were observed. According to the results the experimental data were satisfactorily modeled when an adequate initial guess was used in the phase equilibrium calculations. The initialization algorithm proposed in this work was efficient mainly in the liquidliquid predictions at low temperatures (298.15K e 303.15K) for the system CO2(1) + hexanol(2). Experimental data were satisfactorily modeled using the PR-vdW2, PR-WS and PSRK models, where PR-WS provide the best fitting of the experimental data.