Estudio experimental del equilibrio líquidovapor isobárico a 1,5 mpa de sustancias de interés en la fotocatálisis y en la industria
- Autores: María Isabel García Montesdeoca
- Directores de la Tesis: Pedro Susial Badajoz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mircea Horia Tierean (presid.), Julia Claudia Mirza Rosca (secret.), Amparo Verdú Vázquez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingenierías Química, Mecánica y de Fabricación por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: acceda
- Resumen
- español
El incremento de la presencia de contaminantes en las aguas residuales ha aumentado el interés por el tratamiento y la eliminación de este tipo de compuestos antes del vertido. Entre los contaminantes más comunes del sector industrial se encuentran diversos compuestos orgánicos como alcoholes, acetonas, compuestos aromáticos o hidrocarburos. Uno de los procesos más estudiados para la eliminación de estos contaminantes es la fotocatálisis, utilizada para inactivar o atacar microorganismos patógenos concretos e incluso eliminar la materia orgánica del agua. Sin embargo, la existencia de puntos azeotrópicos en ciertas mezclas dificulta la separación de determinados compuestos, lo que hace necesaria la obtención de información previa sobre el comportamiento de este tipo de mezclas que forman parte de los residuos habituales en el sector industrial para facilitar el tratamiento por fotocatálisis.
En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el comportamiento de ocho mezclas binarias compuestas por sustancias de interés en la industria química: - n¿Heptano + Etanol - n¿Heptano + 1¿Propanol - n¿Heptano + 2¿Propanol - n¿Heptano + 1¿Butanol - 2,2,4¿Trimetilpentano + Etanol - 2,2,4¿Trimetilpentano + 1¿Propanol - 2,2,4¿Trimetilpentano + 2¿Propanol - 2,2,4¿Trimetilpentano + 1¿Butanol Se ha determinado experimentalmente el equilibrio líquido¿vapor (ELV) isobárico a 1,5 MPa para estas ocho mezclas. Para ello, se prepararon en primer lugar las curvas densidad¿composición de cada una para obtener las composiciones de las fases líquida y vapor en el equilibrio. Se determinaron, por un lado, los volúmenes de exceso de las mezclas a 298,15 K para verificar la calidad de las curvas y, por otro, las presiones de vapor de cada una de las sustancias utilizadas para la obtención del factor acéntrico y los coeficientes de fugacidad y actividad. La comparativa de los resultados obtenidos con los datos bibliográficos permitió contrastar la calidad de la determinación experimental.
Tanto las presiones de vapor como los datos experimentales del ELV se obtuvieron utilizando un ebullómetro de acero inoxidable con control automático de la alimentación. Los datos del ELV fueron verificados termodinámicamente empleando la aproximación ¿¿¿ con el procedimiento de Valderrama y Faúndez (2010) y Faúndez y colab. (2013).
Todos los sistemas presentan un punto azeotrópico a 1,5 MPa, obtenido para cada mezcla binaria por interpolación de los datos del equilibrio líquido¿vapor. Los resultados obtenidos fueron comparados con los hallados en la literatura. Considerando la tendencia de los datos bibliográficos, se ha verificado la calidad de la determinación experimental.
Finalmente, se realizó la modelización de los datos del equilibrio líquido¿vapor obtenidos aplicando la ecuación de estado de Peng¿Robinson¿Stryjek¿Vera con las reglas de mezclado cuadráticas y de Wong¿Sandler, así como el modelo PC¿SAFT (Perturbed Chain¿Statistical Associating Fluid Theory, por sus siglas en inglés). Los resultados han permitido evaluar la reproducibilidad de los datos experimentales a partir de estos modelos. Además, se concluyó que el modelo que proporciona la mejor predicción para los datos, tanto del ELV como del punto azeotrópico, es el PRSVWS.
Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral incorporan información valiosa a la literatura de datos de equilibrio líquido¿vapor, dado que se han estudiado ocho mezclas de sustancias presentes habitualmente en los residuos generados en industrias químicas como refinerías e industrias farmacéuticas o petroquímicas. De esta forma, los datos obtenidos durante la realización de este trabajo de Tesis posibilitaron las siguientes publicaciones en revistas sujetas a revisión por pares e incluidas en JCR: 1.-Susial Badajoz, P., García¿Montesdeoca, I., García-Vera, D., Marrero-Pérez, A., Calvo-Castillo, L. y Herrera-Vega, P. (2022). High Pressure Vapor¿Liquid Equilibria of n-Heptane with Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, and 1-Butanol at 1.5 MPa: Experimental Data of Binary Systems and Perturbed Chain¿Statistical Associating Fluid Theory Model Predictions. Journal of Chemical & Engineering Data, 67(5), 1140¿1156. https://doi.org/10.1021/acs.jced.1c00902 2.-Susial Badajoz, P., García¿Montesdeoca, I., García¿Vera, D., Marrero¿Pérez, A., Herrera¿Vega, P. y Calvo¿Castillo, L. (2022). PC¿SAFT modeling of the high pressure VLE data for 2, 2, 4¿Trimethylpentane with Ethanol, 1¿Propanol, 2¿Propanol and 1¿Butanol. Experimental equipment and binary systems at 1.5 MPa. The Journal of Chemical Thermodynamics, 172, 106816. https://doi.org/10.1016/j.jct.2022.106816 3.-Susial-Badajoz, P.; García¿Montesdeoca, I., García¿Vera, D., Marrero¿Pérez, A., Santiago, D.E. (accepted 2022). Evolution and testing of a metallic ebulliometer for VLE determination. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE).
- English
Abstract The increasing presence of pollutants in wastewater has increased interest in the treatment and removal of such compounds prior to discharge. Among the most common pollutants in the industrial sector are various organic compounds such as alcohols, acetones, aromatic compounds or hydrocarbons. One of the most studied processes for the removal of these pollutants is photocatalysis, which is used to inactivate or attack specific pathogenic micro-organisms and even remove organic matter from water. However, the existence of azeotropic points in certain mixtures makes the separation of certain compounds difficult, which makes it necessary to obtain prior information on the behaviour of this type of mixtures that form part of the usual waste in the industrial sector in order to facilitate treatment by photocatalysis.
In this Doctoral Thesis, the behaviour of eight binary mixtures composed of substances of interest in the chemical industry has been studied: - n¿Heptane + Ethanol - n¿Heptane + 1¿Propanol - n¿Heptane + 2¿Propanol - n¿Heptane + 1¿Butanol - 2,2,4¿Trimethylpentane + Ethanol - 2,2,4¿Trimethylpentane + 1¿Propanol - 2,2,4¿Trimetilpentane + 2¿Propanol - 2,2,4¿Trimethylpentane + 1¿Butanol The isobaric Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) at 1.5 MPa has been experimentally determined for these eight mixtures. For this purpose, density¿composition curves were first prepared for each of them to obtain the compositions of the liquid and vapor phases at equilibrium. The excess molar volumes of the mixtures at 298.15 K were determined to verify the quality of the curves, and the vapor pressures of the substances were also determined to obtain the acentric factor and the fugacity and activity coefficients. Comparison of the results obtained with the bibliographic data made it possible to compare the quality of the experimental determination.
Both vapor pressures and experimental VLE data were obtained using a stainless steel ebulliometer with automatic feed control. The VLE data were thermodynamically verified using the ¿¿¿ approximation with the procedure of Valderrama and Faúndez (2010) and Faúndez et al. (2013).
All systems have an azeotropic point at 1.5 MPa, obtained for each binary mixture by interpolation of the vapor¿liquid equilibrium data. The results obtained were compared with those found in the literature. Considering the trend of the literature data, the quality of the experimental determination has been verified.
Finally, the vapor¿liquid equilibrium data obtained were modelled by applying the Peng¿Robinson¿Stryjek¿Vera equation of state with quadratic and Wong¿Sandler mixing rules, as well as the PC¿SAFT (Perturbed Chain¿Statistical Associating Fluid Theory) model. The results have made it possible to evaluate the reproducibility of the experimental data from these models. Furthermore, it was concluded that the model that provides the best prediction for both ELV and azeotropic point data is PRSVWS.
The results obtained in this Doctoral Thesis add valuable information to the literature on vapor-liquid equilibrium data, since eight mixtures of substances commonly found in wastes generated in chemical industries such as refineries and pharmaceutical or petrochemical industries have been studied. In this way, the data obtained during this thesis work led to the following publications in peer-reviewed journals included in the JCR: 1.-Susial Badajoz, P., García¿Montesdeoca, I., García-Vera, D., Marrero-Pérez, A., Calvo-Castillo, L. y Herrera-Vega, P. (2022). High Pressure Vapor¿Liquid Equilibria of n-Heptane with Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, and 1-Butanol at 1.5 MPa: Experimental Data of Binary Systems and Perturbed Chain¿Statistical Associating Fluid Theory Model Predictions. Journal of Chemical & Engineering Data, 67(5), 1140¿1156. https://doi.org/10.1021/acs.jced.1c00902 2.-Susial Badajoz, P., García¿Montesdeoca, I., García¿Vera, D., Marrero¿Pérez, A., Herrera¿Vega, P. y Calvo¿Castillo, L. (2022). PC¿SAFT modeling of the high pressure VLE data for 2, 2, 4¿Trimethylpentane with Ethanol, 1¿Propanol, 2¿Propanol and 1¿Butanol. Experimental equipment and binary systems at 1.5 MPa. The Journal of Chemical Thermodynamics, 172, 106816. https://doi.org/10.1016/j.jct.2022.106816 3.-Susial-Badajoz, P.; García¿Montesdeoca, I., García¿Vera, D., Marrero¿Pérez, A., Santiago, D.E. (accepted 2022). Evolution and testing of a metallic ebulliometer for VLE determination. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE).
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