Comportamiento interfacial en mezclas polifásicas

Abstract

El conocimiento del equilibrio de fases en mezclas azeotrópicas es de gran importancia en la industria de los combustibles. La separación de estas mezclas en sus componentes puros se lleva a cabo mediante una destilación azeotrópica; técnica que consiste en el agregado de un componente adicional conocido como entrainer (agente de arrrastre). El estudio de la mezcla multicomponente resultante una vez añadido el agente de arrastre, requiere conocer adecuadamente los equilibrios de fases líquido - vapor (VLE), líquido - líquido (LLE), y líquido - líquido - vapor (VLLE). Cuando las fases homogéneas (condición isotrópica) están definidas correctamente, tiene sentido describir el comportamiento anisotrópico de la región interfacial. Las propiedades interfaciales como la tensi on interfacial 1 juegan un rol de gran importancia en una amplia variedad de procesos industriales, tales como destilación, extracción líquido - líquido y otros. Debido a que la interfase esá acotada por fases homogéneas en equilibrio, es necesario contar con un modelo capacitado para representar las condiciones homogéneas (límites de la interfase) e inhomogénea (interfase). Para llevar a cabo la representación del comportamiento interfacial en mezclas multicomponentes, se usó la teoría del gradiente (GT) acoplada a la ecuación de estado de Peng - Robinson (PR-EOS) y a las reglas de mezclado, de van der Waals (QMR) o a la regla modificada de Huron - Vidal (MHV). El computo de la tensión y de las propiedades interfaciales se desarroló mediante la solución de una ecuación diferencial ordinaria (ODE) de segundo orden no lineal (para mezclas binarias) y de un sistema de dos ODEs de segundo orden no lineales (para mezclas ternarias). En los cálculos realizados se utilizó GT de manera predictiva y de ajuste, con el fin de reducir las desviaciones de la tensión con respecto a la información experimental. Se analizaron las siguientes mezclas acuoso - alcohólicas: etanol + agua en VLE, mezclas alcanol (C4 a C8) + agua en LLE, y butanol + agua en VLLE. También se estudiaron las mezclas binarias en VLE: CO2 con hidrocarburo (butano, decano), y la mezcla ternaria CO2 + butano + decano. Respecto a sistemas en VLLE, adicional a la mezcla butanol + agua, se analió la mezcla heptano + dimetilformamida, decano + dimetilformamida, y la mezcla ternaria agua + butanol + ciclohexano. Además de la mezclas anteriores, se estudiaron otros sistemas con la finalidad de ver el impacto del parámetro simétrico en la tensión interfacial, los cuales fueron: hexano + 2,5-dimetilfurano, metanol + butanol, y ciclohexano + tolueno. El ajuste del parámetro sim etrico de GT permitió disminuir la desviación en la tensión interfacial. De las mezclas en VLE, el sistema agua + etanol presenta una diferencia significativa en la desviación cuando se empleó un parámetro simétrico ajustado; se obtuvo una desviación del 1.84% comparado con el 5.57% calculado con un valor nulo del parámetro simétrico. Para los sistemas alcanol (C5 a C8) + agua se obtuvieron desviaciones estadísticas promedios del 39 %, 3.47% y 0.81% usando GT como enfoque predictivo, como enfoque de ajuste, y usando una correlación del parámetro simétrico, respectivamente; el ajuste del parámetro simétrico (constante o correlación) disminuye considerablemente la desviación en la tensión. Finalmente, para la interfase V-L de la mezcla heptano + dimetilformamida se obtuvo una desviación en tensión del 3.62% con un parámetro simétrico, significativamente menor al 11.86% obtenido con GT de manera predictiva.