Determinação experimental do equilíbrio líquido-vapor em misturas com relevância na indústria das biorrefinarias

• Author(s): Casimiro, Filipa M.
• Date: 2014
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10198/11594
• Origin: Biblioteca Digital do IPB
• Subject(s): ELV; Modelos termodinâmicos; Testes de consistência termodinâmica; Biorrefinarias
• Document Type: Master thesis
• Language: Portuguese
• Advisor(s): Ferreira, Olga; Pinho, Simão; Pereira, Carla
• Contributor(s): Biblioteca Digital do IPB

Description

As biorrefinarias de segunda geração incluem o tratamento de diversos compostos orgânicos oxigenados tais como álcoois, ésteres, açúcares e ácidos carboxílicos, cujas misturas apresentam um equilíbrio de fases altamente não-ideal. Neste contexto, são fundamentais novos dados experimentais para o desenvolvimento de modelos termodinâmicos mais robustos que explicitamente levam em consideração os efeitos associativos. Com a finalidade de obter informação para aperfeiçoar estes métodos, neste trabalho utilizou-se uma célula de recirculação dinâmica para a medição experimental do equilíbrio líquido-vapor (ELV) de misturas binárias de acetato de isopropilo e um álcool (1-propanol, 2-propanol, 1-butanol ou 2-butanol), à pressão constante de 101,32 kPa. Na literatura, existem apenas alguns conjuntos de dados disponíveis relativos ao sistema acetato de isopropilo + 2-propanol. As misturas de acetato de isopropilo + 2-propanol e acetato de isopropilo + 1-propanol apresentam comportamento azeotrópico, enquanto as restantes são misturas zeotrópicas. A aplicação de vários testes de consistência termodinâmica (teste de Herington, teste de Van Ness, teste da diluição infinita e teste dos componentes puros) mostrou a elevada qualidade dos dados. Para todas as misturas binárias, obteve-se o fator global de qualidade máximo (igual a um), com exceção do sistema binário acetato de isopropilo + 1-butanol, com um fator global de qualidade de 0,92. Tanto os modelos NRTL e UNIQUAC são capazes de representar adequadamente os dados experimentais, com desvios médios absolutos na composição da fase vapor e na temperatura de δy = 0,019 e δT = 0,15 K, respetivamente. O modelo UNIFAC modificado (Dortmund) é capaz de prever o ELV, com δy = 0,009 e δT = 0,34 K. Neste modelo, os maiores desvios são observados no sistema acetato de isopropilo + 2-propanol, apresentando um desvio médio em relação à composição de vapor e à temperatura de δy = 0,014 e δT = 0,59 K, respetivamente. Os dados de ELV isobáricos obtidos neste estudo, e os parâmetros de interação binária estimados, são informação fundamental para o projeto e otimização de processos de separação, como a destilação, no intuito de obter de forma eficiente os compostos puros.

Second generation biorrefineries include the processing of many oxygenated organic compounds such as alcohols, esters, sugars and carboxylic acids, whose mixtures present a highly non-ideal phase behavior. In this context, new experimental data are fundamental to the development of more robust thermodynamic models that explicitly take into account association effects. Aiming at obtaining information to improve and extend these methods, in this work, a dynamic recirculating still was used for the experimental measurement of the vapour-liquid equilibrium of binary mixtures of isopropyl acetate plus an alkanol (1-propanol, 2-propanol, 1-butanol or 2-butanol), at a constant pressure of 101.32 kPa. Within these mixtures, only a few sets of data are already available in the open literature for the binary isopropyl acetate + 2-propanol. An azeotropic behavior was observed in the mixtures of isopropyl acetate + 2-propanol and isopropyl acetate + 1-propanol, while the remaining mixtures are zeotropic. The application of several thermodynamic consistency tests (Herington test, Van Ness Test, Infinite Dilution Test and Pure Components Test) showed the high quality of the data. For all the binary mixtures, the maximum overall quality factor was obtained (equal to one), except for the binary isopropyl acetate+ 1-butanol with an overall quality factor of 0.92. Both the NRTL and the UNIQUAC models are able to adequately correlate the experimental data, with average absolute deviations in the vapor phase composition and temperature of δy = 0.019 and δT = 0.15 K, respectively. Good VLE predictions are also obtained using the modified UNIFAC (Dortmund) model, with δy = 0.009 and δT = 0.34 K. Using this model, the deviation is mainly due for the system isopropyl acetate + 2-propanol, presenting an average deviation for the vapor phase composition and temperature of δy = 0.014 and δT = 0.59 K, respectively. The isobaric VLE data obtained in this study and the estimated binary interaction parameters are fundamental information for the design and optimization of separation processes, such as distillation, to efficiently obtain the pure compounds.