Medición de los Equilibrios Líquido - Líquido y Densidades en la Saturación y en Fase Homogénea del Sistema Etano + 1-Propanol Mediante la Técnica de Densimetría de Tubo Vibrante

Abstract

RESUMEN: En la presente tesis, se exploró experimentalmente la posibilidad de llevar a cabo la detección de transiciones líquido – líquido, mediante la técnica de densimetría por tubo vibrante usando un solo densímetro, a través de mediciones P – ρ – T del sistema binario etano + 1-propanol. Se detallan los procedimientos de mediciones y el análisis de los resultados obtenidos. El sistema elegido pertenece al tipo V de los diagramas de fases globales, según van Konynenburg y Scott, y presenta equilibrios líquido – vapor, líquido – líquido y líquido – líquido – vapor. Se determinaron experimentalmente los comportamientos P – ρ – T – z isopléticos, P – T – xy isotérmicos y P|T ρ – xy, en regiones donde coexisten dos fases liquidas principalmente, una fase líquida rica en alcohol (pesada) y una fase gas, así como una fase líquida rica en etano (ligera) y una fase gas. Se determinaron experimentalmente las densidades de la mezcla etano + 1- propanol de 40 isotermas en un intervalo de temperatura de 313 a 320 K, a diversas composiciones. El intervalo de medición en presión cubre desde 400 bar hasta el punto de saturación en fase líquida, detectando ´este con una discontinuidad que presenta cada isoterma en la transición de la fase homogénea a una fase no homogénea. Para esto, fueron medidos datos de densidades en la parte incipiente de la zona no homogénea, las cuales no son analizadas por no contar con la información de la composición que les corresponde. Sin embargo, estas mediciones y el análisis correspondiente de la transición, son la clave para tener acceso a la información simultánea de la presión y de la densidad en un punto de saturación a cada temperatura y composición global. El intervalo de composición explorado es de xetano =0.718 hasta xetano =0.936, el cual se definió de tal manera que incluyera la región de inmiscibilidad de la mezcla considerada a todas las temperaturas. Con base a una modelación previa, usando la ecuación de estado (EdE) de Patel– Teja y reglas de tipo Wong–Sandler, se estimaron las presiones de saturación antes de la exploración experimental, así como presiones en fase homogénea mayores a la presión de saturación, para establecer un criterio de inicio a la fase de mediciones en flujo continuo que permite tener acceso a la región de saturación. Los datos experimentales P − ρ − T y P − T − xy se tabularon y se modelaron usando la EdE de Patel–Teja mencionada, mediante cálculos de presión de burbuja, acompañados por una comprobación sistemática de la estabilidad de las fases, mediante el denominado criterio del plano tangente de Gibbs, aplicado al tipo de cálculos de equilibrio efectuados.

ABSTRACT: In this work, the possibility to detect liquid – liquid transitions is explored experimentally by means of the vibrating tube densitometry technique using a single vibrating tube. This is done through P – ρ – T measurements on the binary system ethane + 1-propan-ol. The measurement procedures and data analysis are detailed. The selected system belongs to the type V in the global phase diagram classification of van Konynenburg y Scott. It displays liquid – vapor, liquid – liquid and liquid – liquid – vapor equilibria. The experimental behavior P – ρ – T – z along isopleths, P – T – xy along isotherms and P or T, ρ – xy, were obtained experimentally in regions where mainly coexist two liquid phases, one alcohol-rich (heavy) liquid phase and a gas phase, and one ethane-rich (light) liquid phase and a gas phase. The densities of ethane + 1-propanol mixtures were measured experimentally along 40 isotherms, within a temperature range from 313 to 320 K at various compositions. The measured pressures span a range of 400 bar down to the liquid phase saturation pressure. The saturation point is detected by observing the discontinuity displayed by each isotherm in the transition from the homogeneous phase to an inhomogeneous one. To reach this, densities were measured in the incipient part of the inhomogeneous region. These densities cannot be analyzed for the information of their corresponding composition is not available. However, these measurements and the corresponding analysis of the transition locus are the key points to get the simultaneous information of the saturation pressure and saturated densities at each studied temperature and global composition. The explored composition range is from xethane =0.718 to xethane =0.936, which was defined so that it included the immiscibility window of the considered mixture at every temperature. Based on a previous modeling by means of the Patel – Teja EoS and Wong – Sandler type mixing rules, the saturation pressures were estimated before the experimental exploration so as reasonable pressures to set an initialization vii Abstract criterion to the continuous flow rate measurement step that allows to reach the saturation locus and the mentioned detection. The P − ρ − T and P − T − xy experimental data are tabulated and modeled by means of the mentioned Patel–Teja EoS, through isothermal bubble pressure calculations along with a systematic check of the phase stability based on the so called Gibb’s tangent plane criterion adapted to the current kind of calculus.