Comportamento de fases de sistemas envolvendo dióxido de carbono supercrítico, ácido levulínico e solventes orgânicos

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Autor(es): dc.contributorCorazza, Marcos Lúcio, 1977--
Autor(es): dc.contributorVoll, Fernando Augusto Pedersen, 1983--
Autor(es): dc.contributorUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química-
Autor(es): dc.creatorKloc, Amábille Petza, 1994--
Data de aceite: dc.date.accessioned2020-09-24T17:24:43Z-
Data de disponibilização: dc.date.available2020-09-24T17:24:43Z-
Data de envio: dc.date.issued2020-06-22-
Data de envio: dc.date.issued2020-06-22-
Data de envio: dc.date.issued2019-
Fonte completa do material: dc.identifierhttps://hdl.handle.net/1884/67259-
Fonte: dc.identifier.urihttp://educapes.capes.gov.br/handle/1884/67259-
Descrição: dc.descriptionOrientador: Prof. Dr. Marcos Lúcio Corazza-
Descrição: dc.descriptionCoorientador: Prof. Dr. Fernando Augusto Pedersen Voll-
Descrição: dc.descriptionDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa : Curitiba, 06/03/2020-
Descrição: dc.descriptionInclui referências: p. 81-86-
Descrição: dc.descriptionResumo: O objetivo deste trabalho é investigar o comportamento de fases em altas pressões de sistemas envolvendo CO2, acetato de etila, succinato de dietila, levulinato de etila, água, etanol e ácido levulínico. O ácido levulínico é um composto de grande interesse para a indústria, e pode ser obtido como subproduto da fermentação de biomassa lignocelulósica. Diversos métodos de extração de ácidos carboxílicos do caldo de fermentação são reportados na literatura, sendo a extração reativa com aminas solubilizadas em 1-octanol, hexano ou querosene alguns dos mais estudados. Porém, devido às desvantagens associadas a utilização desses solventes e aminas, outras alternativas vêm sendo investigadas. A aplicação de CO2 supercrítico e solventes mais limpos, como etanol e ésteres, são uma alternativa aos solventes convencionais. Dados de equilíbrio de fases de sistemas ternários e quaternários envolvendo CO2, ácido levulínico, etanol, levulinato de etila e água são escassos ou inexistentes na literatura. Neste trabalho foram analisados os sistemas binários {CO2 + acetato de etila} e {CO2 + succinato de dietila}, os sistemas ternários {CO2 + ácido levulínico + etanol} e {CO2 + levulinato de etila + etanol} e os sistemas quaternários {CO2 + ácido levulínico + etanol + água} e {CO2 + levulinato de etila + etanol + água} em diferentes razões molares, em uma faixa de temperatura de 303,15 a 358,15 K. Considerando os sistemas estudados, foi observada apenas transição de fase do tipo líquido-vapor (LV) com presença de ponto de bolha (PB) e ponto de orvalho (PO). Para os sistemas ternários observou-se uma diminuição na pressão de transição com a adição de etanol, principalmente para o sistema contendo ácido levulínico. A adição de água aos sistemas ternários levou à um aumento da pressão de transição devido ao efeito hidrofóbico e à interação hidrofóbica. A adição de etanol como co-solvente foi capaz de minimizar a imiscibilidade entre CO2 e água. As pressões de transição para os sistemas ternários e quaternários foram menores para as misturas contendo levulinato de etila. Para os sistemas binários os dados foram modelados utilizando a equação de estado de Peng-Robinson com a regra de mistura quadrática de van der Waals (PR-vdW2). Para os demais sistemas a modelagem foi realizada utilizando a equação de estado Peng Robinson com a função alfa de Boston-Matias (PR-BM) e a regra de mistura quadrática de van der Waals. A equação cúbica com regra de mistura clássica não foi capaz de prever satisfatoriamente o comportamento de fases dos sistemas ternários e quaternários, devido à alta polaridade e presença de pontes de hidrogênio. Equações de estado mais robustas são necessárias para modelar sistemas altamente polares. Palavras-chave: Equilíbrio de fases, Ácido levulínico, CO2 supercrítico, Métodos de extração.-
Descrição: dc.descriptionAbstract: The main goal of this work is to investigate the phase behavior at high pressures of systems involving CO2, ethyl acetate, diethyl succinate, ethyl levulinate, water and levulinic acid. Levunic acid is a compound of great interest to the industry and can be obtained as a byproduct of lignocellulosic biomass fermentation. Several methods of carboxylic acid extraction from the fermentation broth are reported in literature, being the reactive extraction with amines solubilized in 1-octanol, hexane or kerosene some of the most studied ones. However, due to the disadvantages associated with the use of these solvents and amines, other alternatives are being investigated. The application of supercritical carbon dioxide and cleaner solvents, such as ethanol and esters, are an alternative to the conventional solvents. Phase equilibrium data from ternary and quaternary systems involving CO2, levulinic acid, ethanol, ethyl levulinate and water are scarce or nonexistent in literature. In this work the binary systems {CO2 + diethyl succinate} and {CO2 + ethyl acetate}, the ternary systems {CO2 + levulinic acid + ethanol} and {CO2 + ethyl levulinate + ethanol}, and the quaternary systems {CO2 + levulinic acid + ethanol + water} and {CO2 + ethyl levulinate + ethanol + water} in different molar ratios, in a temperature range of 303.15 - 358.15 K, are investigated. Regarding the studied systems, only vaporliquid (VL) phase transition was observed with presence of bubble point (BP) and dew point (DP). For ternary systems, a decrease in transition pressure was observed with the addition of ethanol, especially for the systems containing levulinic acid. The addition of water to the ternary system led to an increase in the transition pressure due to the hydrophobic effect and hydrophobic interaction. The addition of ethanol as co-solvent was able to minimize the immiscibility between CO2 and water. The transition pressures for the ternary and quaternary systems were lower for mixtures containing ethyl levulinate. For the binary systems the data were modeled using the Peng-Robinson equation of state with the van der Waals quadratic mixing rule (PRvdW2). For the other systems, modeling was performed using the Peng-Robinson equation of state with the Boston-Mathias alpha function (PR-BM) and the van der Waals quadratic mixing rule. The cubic equation with classical mixing rule was not able to satisfactorily predict the phase behavior of the ternary and quaternary systems, due to the high polarity and the presence of hydrogen bonds. More complex state equations are needed to model high polar systems. Keywords: Phase equilibrium, Levulinic acid, Supercritical CO2, Extraction methods.-
Formato: dc.format86 p. : il. (algumas color.).-
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Palavras-chave: dc.subjectEngenharia Química-
Título: dc.titleComportamento de fases de sistemas envolvendo dióxido de carbono supercrítico, ácido levulínico e solventes orgânicos-
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