Equilíbrio líquido vapor em sistemas contendo líquidos iônicos: um estudo comparativo utilizando PC-SAFT

Abstract

RESUMO A modelagem e determinação de propriedades termodinâmica envolvendo equilíbrio de fases em sistemas que contém macromoléculas e apresentam associação tem se tornando um grande desafio para a indústria química. Principalmente, quando envolve os Líquidos Iônicos (LI). Os LI geralmente são associados a processos de separação sendo usados como solventes menos tóxicos e sustentáveis, inerentes as suas características intrínsecas. Então, diversas aplicações em larga escala desses compostos surgem a cada dia. Utilizando a Equação de Estado PC-SAFT (Perturbed Chain – Statistical Associating Fluid Theory), o presente trabalho objetiva demonstrar e avaliar a viabilidade técnica de uso do modelo PC-SAFT na simulação termodinâmica de sistemas binários compostos por CO2 e LI em condições de altas pressões. Serão avaliados seis (06) sistemas binários que envolvem diferentes LIs e Dióxido de Carbono (CO2) em estado de equilíbrio Líquido-Vapor, em condições variáveis de temperatura e pressão. Será ainda realizada uma comparação de desempenho entre a equação PC-SAFT e a equação de estado cúbica de PENG-ROBINSON combinada com a regra de mistura de Stryjek-Vera. Por se tratar de um estudo computacional, os dados experimentais foram retirados de outros trabalhos encontrados na literatura, assim como os parâmetros dos componentes puros, necessários para representação termodinâmica dos sistemas. Os parâmetros ótimos de interação binária foram estimados pelo ajuste baseados em dados experimentais, por meio da minimização de uma função objetivo, baseada na composição da fase líquida, utilizando o software livre PE-2000. Através da comparação dos dados experimentais e dos resultados obtidos das Equações de Estado Cúbicas com os resultados oriundos da equação PC-SAFT, pode-se analisar o desempenho desta última, bem como sua viabilidade em estudos futuros. Em termos gerais, os desvios médios totais para a PC-SAFT e EoS PR+STV foram, respectivamente, de 8,0882 % e 8,3264 % para todo o estudo, demostrando que a PC-SAFT apresentou, embora de modo sutil, menores desvios em comparação à equação cúbica PR+STV.___ABSTRACT Nowadays, the modeling and determination of thermodynamic properties involving phase equilibrium for systems containing macromolecules becomes a major challenge for chemical industry. Especially, when it involves Ionic Liquids (IL). ILs are generally associated with separation processes and are used as less toxic and sustainable solvents, inherent to their intrinsic characteristics. The present work aims to demonstrate and evaluate the technical feasibility of using the PC-SAFT model in the thermodynamic simulation of binary systems composed of CO2 and LI under high pressure conditions. Six (06) binary systems involving different LIs and Carbon Dioxide (CO2) in a liquid-vapor equilibrium state will be evaluated, under varying conditions of temperature and pressure. For this we used the PC-SAFT (Perturbed Chain – Statistical Associating Fluid Theory) Equation of state (EoS), and conventional cubic equations of state (EoS) to make a comparisson. This work has a computational characteristic and the experimental data were taken from other works found in the literature and these data was used to perform the calculations for IL+CO2 systems using PC SAFT and the cubic EoS. The optimum parameters of binary interaction parameters were estimated by the adjustment based on experimental data minimizing an objective function in molar compositions of liquid and vapor phase, through the use of free software Phase Equilibrium 2000 (PE-2000). By comparing the experimental data and the results obtained from the Cubic Equations of State with the results from the PC-SAFT equation, one can analyze the performance of the latter, as well as its feasibility in future studies. In general terms, the total average deviations for PC-SAFT and EoS PR + STV were, respectively, 8.0882% and 8.3264% for the entire study, demonstrating that PC-SAFT presented, although in a subtle way, smaller deviations compared to the cubic equation PR + STV.