Molecular modeling of interfacial properties of industrial relevant fluids

Resumen

En aquesta tesi es presenta la Teoria del Gradient de Densitat (DGT) [van der Waals, 1894] combinada amb una Equació d'Estat (EoS) amb base molecular la soft-SAFT [Blas i Vega, 1997], per predir de forma simultània el comportament de l’equilibri de fases i les propietats interfacials dels fluids industrials més significatius, lluny i prop de la regió crítica. Com qualsevol mètode estadístic ha de ser validat amb les dades de simulació existents en la literatura, ja que se suposa que els mètodes més precisos per descriure el comportament de la matèria en si mateixa són els mètodes de simulació. Una vegada que el model ha estat validat aquest es pot aplicar per calcular simultàniament l’equilibri de fases i les propietats interfacials dels fluids industrials seleccionats. El model ha estat provat amb fluids moleculars com els Lennard-Jones i amb fluids purs: n-alcans, alcohols, líquids iònics, refrigerants, nitrils, aigua, diòxid de carboni i d’altres molècules inorgàniques. Un pas endavant s'ha fet en el càlcul de les propietats interfacials de les mescles binàries d'interès industrial de compostos associants i no associants també d'una manera predictiva, evitant la necessitat d'ajustos addicionals. Les prediccions obtingudes amb la DGT + soft-SAFT s'han comparat amb les dades de simulació molecular i les dades experimentals disponibles, a més s'han obtingut tres correlacions pel paràmetre influència en funció del nombre de carbonis dels compostos. Aquestes s'han proposat pels alcans lleugers, els alcohols i una família de líquids iònics. Quan aquest pas s'aconsegueix, els models estan disponibles mitjançant paràmetres transferibles per predir el comportament d'altres compostos de la mateixa família, sèrie o amb propietats físiques similars. Per obtenir més informació sobre els fenòmens interfacials dels líquids iònics, mitjançant l'acoblament de la soft-SAFT amb la DGT hem predit la temperatura, la densitat i la pressió crítica dels líquids iònics més comuns. Aquesta és la primera vegada que una EoS és acoblada a la DGT per calcular simultàniament la tensió interfacial a temperatures elevades, mentre que captura el comportament asimptòtic prop de la regió crítica. A més, les propietats de la superfície, com l'entropia i l'entalpia de superfície, s'han derivat a partir de la dependència de la tensió superficial amb la temperatura, els resultats trobats estan d'acord qualitativament amb els valors reportats a la literatura tant de dades de simulació com de les contribucions experimentals. Finalment un estudi dels diferents perfils de densitat, incloent fluids purs i diferents tipus de mescles binàries, s'ha dut a terme per completar la revisió dels fenòmens interfacials. Així mateix es presenten perfils de densitat amb fenòmens d'absorció i desorció en la interfase, els quals són de gran importància en els processos de transport i producció. Aquesta tesis ha demostrat que l'acoblament d'una Equació d’Estat amb base molecular, la soft-SAFT [Blas i Vega, 1997] amb la teoria del Gradient de Densitat [van der Waals, 1894], és un mètode elegant per predir les propietats interfacials de compostos associants i no associants, així com de les seves mescles, amb un esforç computacional molt minse.