Molecular modeling of interfacial properties of industrial relevant fluids

Resumen

En esta tesis doctoral se presenta la Teoría del Gradiente de Densidad (DGT) [van der Waals, 1894] combinada con una Ecuación de Estado (EoS) con base molecular la soft-SAFT [Blas y Vega, 1997], para predecir de forma simultánea el comportamiento del equilibrio de fases y las propiedades interfaciales de los fluidos industriales más representativos. Como todo método estadístico tiene que ser validado con los datos de simulación existentes en la literatura, ya que se supone que los métodos más precisos para describir el comportamiento de la materia en sí misma son los métodos de simulación. Una vez que el modelo ha sido validado, se ha aplicado para calcular simultáneamente los equilibrios de fases y las propiedades interfaciales de los fluidos industriales más representativos, tanto lejos como cerca de la región crítica. El modelo ha sido probado con fluidos moleculares como Lennard-Jones y con fluidos puros: n-alcanos, alcoholes, líquidos iónicos, refrigerantes, nitrilos, agua, dióxido de carbono y otras moléculas inorgánicas. Un paso adelante se ha hecho el cálculo de las propiedades interfaciales de las mezclas binarias de interés industrial de compuestos asociantes y no asociantes también de una manera predictiva, evitando la necesidad de ajustes adicionales. Las predicciones obtenidas con la DGT + soft-SAFT se han comparado con los datos de simulación molecular y los datos experimentales disponibles, además se han obtenido tres correlaciones del parámetro influencia como una función del número de carbono de los compuestos. Estas se han propuesto para los alcanos ligeros, los alcoholes de cadena corta y una familia de líquidos iónicos. Una vez que este paso se logra, los modelos se pueden utilizar con parámetros transferibles para predecir el comportamiento de otros compuestos de la misma familia, serie o con propiedades físicas similares. Para obtener más información sobre los fenómenos interfaciales de los líquidos iónicos, mediante el acoplamiento de la soft-SAFT con la DGT hemos predicho la temperatura, la densidad y la presión crítica de los líquidos iónicos más comunes. Esta es la primera vez que una EoS es acoplada a la DGT para calcular simultáneamente la tensión interfacial a temperaturas elevadas, mientras que captura el comportamiento asintótico cerca de la región crítica. Además, las propiedades de la superficie, como la entropía y la entalpía de superficie, se han derivado a partir de la dependencia de la tensión superficial con la temperatura, los resultados encontrados están de acuerdo cualitativamente con los valores reportados en la literatura tanto de datos de simulación como de las contribuciones experimentales. Finalmente un estudio de los distintos perfiles de densidad, incluyendo fluidos puros y diferentes tipos de mezclas binarias, se ha llevado a cabo para completar la revisión de los fenómenos interfaciales. Asimismo se presentan algunos perfiles de densidad con fenómenos de absorción y desorción en la interfase, dado que estos son de gran relevancia tanto para el control de procesos como para el transporte de gases y fluidos. En esta tesis se demuestra que el acoplamiento de una Ecuación de Estado con base molecular, la soft-SAFT [Blas y Vega, 1997] con la teoría del Gradiente de Densidad [van der Waals, 1894], se presenta como un método elegante para predecir las propiedades interfaciales de compuestos asociantes y no asociantes, así como de sus mezclas, con un mínimo esfuerzo computacional.

Fecha de lectura	23 jul 2012
Idioma original	Inglés
Supervisor	Félix Luis Llovell Ferret (Director/a), Lourdes Vega Fernández (Director/a) & Javier Rodriguez Viejo (Tutor/a)