Equilibrio entre fases sólidas y fluídas en mezclas asimétricas

El conocimiento del equilibrio entre fases considerando la precipitación de sólidos para sistemas de gran asimetría en tamaño molecular o en interacciones moleculares, es fundamental para identificar condiciones factibles u óptimas para el procesamiento de estas mezclas complejas. En la presente t...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Rodríguez Reartes, Sabrina Belén
Otros Autores: Zabaloy, Marcelo Santiago
Formato: tesis doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2010
Materias:
equilibrio sólido fluido
mezclas asimétricas
métodos numéricos de continuación
Acceso en línea:http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/2063
Aporte de:
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) de Universidad Nacional del Sur
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description El conocimiento del equilibrio entre fases considerando la precipitación de sólidos para sistemas de gran asimetría en tamaño molecular o en interacciones moleculares, es fundamental para identificar condiciones factibles u óptimas para el procesamiento de estas mezclas complejas. En la presente tesis se estudia el comportamiento de fases en mezclas binarias asimétricas considerando la presencia de fases sólidas, en amplios rangos de temperatura, presión y composición desde tres perspectivas fundamentales: 1) el estudio y desarrollo de enfoques de modelado que permiten describir el comportamiento de fases; 2) el desarrollo de herramientas para el cálculo del equilibrio entre fases; y 3) el estudio experimental de este tipo de mezclas. Diferentes enfoques de modelado para describir el comportamiento de las fases sólidas son considerados, y sus ventajas y desventajas son analizadas. En todos los casos se acopla una ecuación de estado, de la familia de van der Waals, para la descripción del comportamiento de las fases fluidas del sistema. En esta tesis, la característica distintiva del modelado de fases sólidas es la reproducción del equilibrio sólido-fluido del compuesto pesado precipitante (límite del compuesto puro), a lo cual no se le había dado la debida importancia en la literatura. Algunos de los enfoques propuestos permiten, en principio, una representación satisfactoria del comportamiento de fases sólido-fluido en mezclas asimétricas en un amplio rango de condiciones de temperatura, presión y composición. De este modo, posibilitan en principio la determinación, bastante confiable, de las regiones de miscibilidad completa e inmiscibilidad de las mezclas estudiadas. Para el cálculo del equilibrio entre fases en las mezclas binarias estudiadas se emplean algoritmos basados en métodos de continuación numérica que permiten computar curvas (o hipercurvas) de equilibrio bifásicas (sólido-fluido) y trifásicas (sólido-fluido-fluido) altamente no lineales, así como también la obtención de puntos de coexistencia de cuatro fases (puntos cuádruples - Q); y de puntos críticos terminales donde se encuentran en equilibrio una fase fluida crítica con una fase sólida. Los resultados obtenidos se presentan en forma de proyecciones (PT, Txy, Pxy) de las líneas de equilibrio univariantes y de los puntos invariantes del sistema binario (este tipo de diagramas se denomina diagrama global de fases en esta tesis). Además, en la presente tesis se extiende al caso sólido-fluido un método sistemático de generación de cortes (isopléticos, isobáricos e isotérmicos) de las superficies de equilibrio entre fases que existen en el espacio presión-temperatura-composición. Considerando la importancia de determinar la estabilidad de los equilibrios sólido-fluido calculados, en esta tesis se implementó por primera vez un test de estabilidad robusto y computacionalmente económico aplicable al cálculo de isopletas binarias sólido-fluido para identificar sus tramos estables. La estrategia propuesta puede extenderse sistemáticamente a otros equilibrios bifásicos y trifásicos. Esta tesis aporta además nuevos datos de equilibrio bifásico (fluido-fluido y sólido-fluido) y trifásico (líquido-líquido-vapor y sólido-fluido-fluido) para los sistemas: dióxido de carbono + n-eicosano y propano + n-eicosano. Los datos de equilibrio se obtuvieron por la técnica de First Freezing Point, utilizando una celda de volumen variable (método sintético no analítico). Para el sistema CO2 + n-eicosano se obtuvieron datos de equilibrio: [a] líquido-líquido (LL) en el rango de temperaturas desde 303.15 K hasta 333.45 K (rango de presión: desde 71.6 hasta 169.2 bar, rango de fracción molar de n-eicosano (xn-C20H42) en fase líquida saturada desde 0.001571 hasta 0.004777), [b] sólido-líquido (SL) en el rango de temperaturas desde 299.45 hasta 301.55 K (rango de presión de 81.1 a 140.9 bar, rango de xn-C20H42 en fase líquida: de 0.003142 a 0.004777), y [c] sólido-líquido-líquido (SLL) en el rango de temperatura de 300.05 K a 302.95 K, y de presión de 71.2 a 250 bar. También se obtuvieron algunos datos de equilibrio líquidolíquido-vapor (LLV) para este sistema en el rango de temperatura entre 300.85 K y 305.25 K, y de presión de 67.4 a 76 bar. En tanto que para el sistema propano + neicosano, se midieron: [a] isopletas líquido-vapor (LV) en el rango de temperaturas entre 288.55 K y 333.45 K (rango de presión: desde 8.4 a 21.9 bar, rango xn-C20H42 en fase líquida: desde 0.009816 a 0.747668), y [b] transiciones sólido-líquido (SL) a composición constante (isopletas SL) en el rango de temperaturas entre 287.05 K y 307.25 K (rango de presión: desde 10.3 a 22.5 bar, rango de xn-C20H42 en fase líquida: desde 0.113130 a 0.747668). Por último, se presentan los resultados del modelado y cálculo del comportamiento de fases de las mezclas estudiadas experimentalmente y de otros sistemas binarios asimétricos (cuyos datos experimentales se encuentran disponibles en la literatura); los cuales ponen en evidencia la importancia de combinar modelos apropiados, técnicas convenientes de parametrización, y algoritmos robustos de cálculo para la obtención de información del equilibrio entre fases fluidas y sólidas en estos sistemas en amplios rangos de condiciones.

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