Modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases de sistemas contendo CO2 + ácido levulínico e etil levulinato

Abstract

Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal a modelagem termodinâmica do equilíbrio de fases dos sistemas associativos C02(1) + etanol/levulinato de etila/ácido levulínico(2), com as equações cúbicas de Peng-Robinson com regra de mistura quadrática de van der Waals (PR-vdW2) e Cubicplus Association (CPA), assim como a investigação do comportamento de fases em altas pressões desses sistemas. O ácido levulínico e o levulinato de etila são compostos por estrutura carbônica similar, mas com diferentes funções orgânicas permitindo assim uma análise comparativa do desempenho e comportamento observado para o composto levantado. Neste trabalho, também foram analisadas as funções a de Peng-Robinson (1978), BostonMathias (1980) e Twu (1995). Os parâmetros de mistura foram otimizados utilizando inicialmente o método Simplex (Nelder-Mead). Para os sistemas binários utilizados neste trabalho, foi possível inferir que a utilização da equação de estado de PR-vdW2 foi suficiente e representou um melhor desempenho para os resultados regredidos. Foi observado também que para o sistema binário envolvendo o ácido levulínico, uma alta dependência da temperatura é observada, tornando a regressão dos parâmetros para a PR-vdW2 dependente da temperatura. Espera-se que este trabalho permita o desenvolvimento de pesquisas na produção de biocombustíveis que utilizem o ácido levulínico, assim como a otimização de processos e modelagem de outros sistemas em condições similares. Por fim, espera-se que o breve comparativo e demais explicações sobre a PR-vdW2 e CPA, assim como das funções alpha, desempenhem um papel positivo no entendimento e na aplicação das mesmas. Palavras-chave: Modelagem termodinâmica. Análise dos parâmetros. CPA. Função Alpha. Medidas experimentais.

Abstract: The main goal of this work is the thermodynamic modeling of phase equilibrium for the associative systems C02(1) + ethanol/ethyl levulinate/levulinic acid(2), using the Peng-Robinson cubic equation with the mixture rule of van der Waals (PR-vdW2) and Peng-Robinson plus association (CPA). As well as the investigation of the highpressure phases behavior of these systems. Levulinic acid and ethyl levulinate are compounds with similar carbon structure, but with different organic functions, thus allowing a comparative analysis of the performance and behavior observed for the studied compound. In this work, the alpha functions of Peng-Robinson (1978), BostonMathias (1980) and Twu (1995) were also analyzed. The mixing parameters were initially optimized using the Simplex method (Nelder - Mead). For the binary systems studied in this work, it was possible to infer that the use of PR-vdW2 equation of state was sufficient and represented a better performance for the data regression. It was also observed that for the binary system involving levulinic acid, a high temperature dependence is observed, making the regression of the parameters for PR-vdW2 temperature dependent. It is expected that this work allows the development of research in the production of biofuels that use levulinic acid, as well as process optimization and modeling of other systems under similar conditions. Finally, it is expected that the brief comparison and other explanations about PR-vdW2 and CPA, as well as the alpha functions, play a positive role in the understanding and application of them. Keywords: Thermodynamic modeling. Parameter analysis. CPA. Alpha function. Experimental measures.