Implementación del modelo termodinámico Cosmo-Sac para la predicción de propiedades equilibrio líquido-vapor de sistemas binarios y multicomponente

Abstract

Predice, reduciendo así el tiempo y costos asociados a la medición experimental, propiedades termodinámicas de equilibrio liquido-vapor de sistemas isotérmicos P-x-y (100– 500 K) e Isobáricos T-x-y (3.33 a 345 kPa) para diferentes sistemas binarios y multicomponente mediante el modelo termodinámico COSMO-SAC-dsp implementado en Scilab y validar los resultados con datos experimentales de literatura, el modelo de contribución de grupo UNIFAC y la consistencia termodinámica del Test de dos puntos de McDermott and Ellis, basado en la ecuación de Gibbs – Duhem. Se desarrolla la metodología para el cálculo del perfil sigma utilizando programas de Química Cuántica (QM, de las siglas en inglés Quantum Mechanics) computacional, empezando por la obtención de la estructura de la molécula con el software AVOGADRO y pre-optimizando la estructura molecular utilizando el campo universal de fuerza UFF, luego en GAMESS se utiliza el método de QM de Hartree-Fock y la base TZVP para el cálculo de los parámetros COSMO y el Perfil Sigma, MacMolPlt construye una imagen con una vista del perfil sigma en 3D, adicionalmente se utiliza el perfil sigma de la base de datos de Virginia Tech para la base DMol3. Para sistemas binarios isotérmicos la desviación absoluta promedio para la presión (ADDP-P %) es de 3.3 para COSMO-SAC-DSP (DMOL3), 5.4 para COSMO-SAC-DSP (GAMESS) y 3.0 para UNIFAC; la desviación absoluta para la fase vapor (ADD-y %) es de 1.4 para COSMO-SAC-DSP (DMOL3), 1.8 para COSMO-SACDSP (GAMESS) y 1.2 para UNIFAC. Para sistemas binarios isobáricos la desviación absoluta para la temperatura (ADD-T K) es de 1.8 para COSMO-SAC-DSP (DMOL3), 1.9 para COSMO-SAC-DSP (GAMESS) y 1.3 para UNIFAC; la ADD-y es de 2.8 para COSMO-SACDSP (DMOL3), 3.0 para COSMO-SAC-(GAMESS) y 2.3 para UNIFAC. Las predicciones del modelo para sistemas ELV con el software GAMESS da resultados similares a DMOL3 en sistemas binarios, la desviación se extiende a sistemas multicomponente, requiriendo realizar la optimización de parámetros para reducir esa desviación. El modelo COSMO-SAC-DSP predice mejores resultados de coeficiente de actividad a dilución infinita para alcanos, alcoholes y cetonas en agua, respecto al modelo UNIFAC. Se logró implementar en Scilab el modelo COSMO-SAC-2002 y COSMO-SAC-DSP con un entorno amigable y fácil de usar. Los resultados de ELV obtenidos a partir del modelo COSMO-SAC-2002 indican alta fiabilidad para sistemas que no incluyen interacciones puente hidrogeno y que solo están compuestos por átomos de C, H y O. Los resultados predichos con el modelo mejorado COSMO-SAC-dsp son indican que son más confiables para sistemas con interacciones puente hidrogeno de varios grupos funcionales, excepto en sistemas que incluyen grupos carboxílicos, agua y compuestos nitrogenados (amidas).