Study of the liquid-liquid equilibrium of binary mixtures containing triacylglycerol and solvent at different temperatures

Orientador: Roberta CerianiDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: Devido aos inconvenientes causados pelos métodos comumente empregados na desacidificação de óleos vegetais na indústria, a aplicação da extração líquido¿líquido para esta finalidade vem ganhando espaço na literatura. Esta técnica oferece diversas vantagens em comparação aos processos tradicionais de refino de óleos, por poder ser aplicada em condições ambientes de temperatura e pressão. Porém, apesar da literatura reportar diversos estudos do uso do etanol como solvente para desacidificação e desodorização de óleos vegetais, há ainda diversas lacunas, como o estudo de diferentes solventes e também do efeito do tamanho da cadeia carbônica lateral dos triacilgliceróis no equilíbrio líquido¿líquido de sistemas graxos. Além disso, o uso de simulação e ferramentas computacionais ainda é pouco empregado para o melhoramento e otimização de processos e dimensionamento de equipamentos na indústria de óleos, especialmente para as tecnologias de extração líquido¿líquido, devido à baixa precisão dos métodos de estimativa dos coeficientes de atividade atualmente existentes. Assim, neste trabalho foram obtidos dados experimentais de equilíbrio líquido¿líquido de sistemas contendo triacilgliceróis de diferentes cadeias carbônicas: triacetina, tributirina e tricaprilina com solventes polares (água e ácidos carboxílicos) em função da temperatura (15 a 50 ºC). Os resultados indicaram que o aumento do tamanho da cadeia carbônica do triacilglicerol diminuiu a solubilidade entre as fases. Os dados experimentais foram bem ajustados pelo modelo UNIQUAC, com desvios globais entre 0,49 a 0,70%. Além disso, avaliou-se a capacidade preditiva de diferentes versões do método de contribuição de grupos UNIFAC: UNIFAC¿LL, UNIFAC¿Hirata, UNIFAC¿Lyngby, UNIFAC¿Dortmund e NIST¿UNIFAC. De uma forma geral, os resultados indicaram que todos os métodos avaliados falharam parcialmente na descrição dos sistemas estudados, tanto na exatidão da composição predita quanto nos efeitos da temperatura sobre os dados de equilíbrio líquido¿líquido, especialmente para as fases rica em solvente. Os desvios globais dos métodos preditivos para os sistemas estudados ficaram na faixa de 0,91 a 10,05%. A avaliação dos coeficientes de atividade indica uma especial dificuldade dos métodos UNIFAC em calcular com maior exatidão a contribuição residual dos coeficientes de atividade para os triacilgliceróis na região de baixa concentração, superestimando-os em diversas ordens de grandeza. Assim, sugere-se que o aprimoramento dos métodos UNIFAC, para descrição da interação dos grupos ésteres de componentes graxos, deve levar em conta dados de equilíbrio destes componentes em baixas concentrações, como dados de coeficiente de atividade à diluição infinitaAbstract: Methods commonly used in industry for the deacidification of vegetable oils have major drawbacks, increasing the interest in the liquid¿liquid extraction for this purpose. This technique provides several advantages when compared to traditional processes applied in oil refining because it is usually carried out at room temperature and pressure. Although ethanol has been extensively studied for deacidification and deodorization of vegetable oils, gaps in literature include the study of different solvents, and the effect of triacylglycerol carbon chain length on the liquid¿liquid equilibrium of fatty systems. Moreover, there is little use of simulation and computational tools for the development and optimization of processes and design of equipment in the oil industry, especially for liquid¿liquid extraction technologies, due to low accuracy for estimating activity coefficients of existing models. Therefore, we obtained experimental liquid¿liquid data for systems containing triacylglycerols of different carbon chain sizes: triacetin, tributyrin, and tricaprylin with polar solvents containing water and carboxylic acids as a function of temperature (15 to 50 ºC). It was observed that the increase in carbon chain length on triacylglycerols decreased the solubility between phases. Experimental data were correlated by the UNIQUAC model, with global deviations of 0.49 to 0.70%. Furthermore, we evaluated the predictive capacity of different versions of the UNIFAC model: UNIFAC¿LL, UNIFAC¿Hirata, UNIFAC¿Lyngby, UNIFAC¿Dortmund, and NIST¿UNIFAC. In general, all models partially failed to predict the experimental data of the systems studied on both composition and temperature¿s effect on the liquid¿liquid equilibrium, especially for extract phases (rich in solvent). Global deviations reported for the predictive models were between 0.91 and 10.05%. The activity coefficients calculated using the UNIFAC models indicated especial difficulty in calculating the residual contribution of the activity coefficients for the triacylglycerols in the extract phase (low concentration region), overestimating in several orders of magnitude. Therefore, we suggest that the improvement of the UNIFAC could be carried out adjusting binary parameters for the interaction of ester groups of triacylglycerols, taking into account experimental data of lower compositions for the triacylglycerols, as infinite dilution activity coefficient dataMestradoEngenharia QuímicaMestre em Engenharia Química132994/2018-616/18253-0, 14/21252-0CNPQFAPES