Orientadores: Antonio José de Almeida Meirelles, Jürgen Gmehling

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos

Resumo: Propriedades termodinâmicas são úteis para a realização de projetos confiáveis, otimização e modelagem de processos que envolvam separação térmica e para a seleção de solventes usados em processos de extração. Tais propriedades são também necessárias no desenvolvimento de novos modelos...

Resumo: Propriedades termodinâmicas são úteis para a realização de projetos confiáveis, otimização e modelagem de processos que envolvam separação térmica e para a seleção de solventes usados em processos de extração. Tais propriedades são também necessárias no desenvolvimento de novos modelos termodinâmicos e no ajuste de parâmetros de modelos preditivos. Este trabalho de tese teve como objetivo principal ampliar o banco de dados de propriedades termodinâmicas para compostos graxos através da determinação sistemática do coeficiente de atividade à diluição infinita ( ), entalpia de excesso ( ) e dados de equilíbrio líquido-vapor (ELV) de sistemas contendo ácidos graxos e óleos vegetais. A primeira parte deste trabalho apresenta os dados de para vários solutos orgânicos diluídos em ácidos graxos saturados e insaturados, medidos pelo método de cromatografia gás-líquido na faixa de temperatura entre 303,13 K e 368,19 K. Através dos resultados obtidos, puderam ser identificadas diferentes tendências para compostos polares e não polares, tanto na série de ácidos graxos como também em relação à temperatura. Foi verificado que tanto a presença quanto o número de insaturações na cadeia carbônica do ácido graxo têm influência nas interações solvente-soluto e, consequentemente, nos valores de . A segunda parte deste trabalho tratou de medidas realizadas em sistemas contendo óleos vegetais refinados. Os óleos de soja, girassol e canola foram submetidos a determinações de , e ELV. As medidas de para n-hexano, metanol e etanol diluídos nos óleos vegetais foram determinadas pela técnica do Dilutor na faixa de temperatura entre 313,15 K e 353,15 K. Os dados experimentais obtidos foram comparados com os resultados gerados pelos métodos UNIFAC original e modificado (Dortmund) e para este último modelo, foi proposta uma extensão para os triacilgliceróis. Os dados de foram medidos para 11 misturas contendo solventes e os óleos vegetais relacionados anteriormente na faixa de temperatura de 298,15 K a 383,15 K. Todos os sistemas investigados apresentaram desvio em relação ao comportamento ideal e os valores de apresentaram-se, na maioria, positivos. Dados isotérmicos de ELV foram medidos para misturas entre os mesmos óleos vegetais e metanol, etanol e n-hexano a 348,15 K e 373,15 K através de um método estático. Para misturas com n-hexano, foi observado desvio negativo da lei de Raoult e um comportamento homogêneo, enquanto que as misturas com álcool apresentaram desvio positivo da idealidade e imiscibilidade. Os dados experimentais de ELV foram representados satisfatoriamente pelo modelo UNIQUAC, enquanto que os modelos UNIFAC modificado (Dortmund) e sua extensão proposta para triacilgliceróis foram capazes de predizer os sistemas apenas de forma qualitativa. Finalmente, dados isobáricos de ELV foram medidos para misturas com etanol + óleo de soja a 101,3 kPa e n-hexano + óleo de algodão a 41,3 kPa utilizando o ebuliômetro de Othmer modificado. Os resultados da correlação UNIQUAC também apresentaram boa concordância com os dados experimentais. Este trabalho resultou em um total de 1829 novos dados que irão expandir o banco de dados disponível para compostos graxos, permitindo uma descrição mais precisa do comportamento real de sistemas contendo tais substâncias

Abstract: Thermodynamic properties are useful for the reliable design, optimization and modelling of thermal separation processes as well as for the selection of solvents used in extraction processes. They are also required for the development of new thermodynamic models and for the adjustment of...

Abstract: Thermodynamic properties are useful for the reliable design, optimization and modelling of thermal separation processes as well as for the selection of solvents used in extraction processes. They are also required for the development of new thermodynamic models and for the adjustment of reliable model parameters. In order to improve the thermodynamic properties data bank of fatty compounds, the systematic determination of activity Coefficients at infinite dilution ( ), excess enthalpies ( ) and vapor-liquid equilibria (VLE) data of systems containing fatty acids and vegetable oils was performed. The first part of this work presents data for several organic solutes dissolved in saturated and unsaturated fatty acids measured by gas-liquid chromatography at temperatures from 303.13 K to 368.19 K and the comparison to available literature data. Different trends for polar and non-polar compounds could be identified both in the series of fatty acids and as function of temperature. It appears that both the presence and the number of cis double bonds in the fatty acid alkyl chain have influence on the solvent-solute interactions and hence on the values of . The second part of this work deals with measurements performed on systems with refined vegetable oils. Soybean, sunflower and rapeseed oils were submitted to measures of , , and VLE. The measurements of for n-hexane, methanol and ethanol dissolved in these vegetable oils were determined by gas stripping method (dilutor technique) in the temperature range of 313.15 K to 353.15 K. The experimental data were compared with the results of the group contribution methods original UNIFAC and modified UNIFAC (Dortmund) and an extension of the latter method to triacylglycerols was proposed. The data were measured for eleven mixtures containing solvents (organic and water) and the prior mentioned vegetable oils in the temperature range from 298.15 K to 383.15 K. All systems investigated showed deviation from the ideal behavior and their experimental data are mostly positive. Isothermal VLE data have been measured for methanol, ethanol, and n-hexane with the same vegetable oils at 348.15 K and 373.15 K using a computer-driven static apparatus. For mixtures with n-hexane it was observed a negative deviation from Raoult¿s law and a homogeneous behavior, while mixtures with alcohols had a positive deviation from ideal behavior and, in some cases, with miscibility gap. The experimental VLE data were satisfactorily represented by the UNIQUAC model, while the mod. UNIFAC (Dortmund) method and its proposed extension for triacylglicerols were capable of predicting the experimental data only in a qualitative way. Finally, isobaric VLE data were measured for mixtures of ethanol with refined soybean oil at 101.3 kPa and for n-hexane and cottonseed oil at 41.3 kPa using a modified Othmer-type ebulliometer. The results of the UNIQUAC correlation also showed good agreement with the experimental results. This work resulted in a total of 1829 new data that will expand the available fatty compounds data base, allowing a more accurate description of the real behavior of fatty systems