Equilíbrio de fases a altas pressões e considerações sobre a formação de sistemas contendo dióxido de carbono e deep eutectic solvent (mentol + eucaliptol): estudo experimental e modelagem

Abstract

A combinação do Deep eutectic solvent (DES) à base de mentol e eucaliptol com a tecnologia supercrítica é uma área ainda pouco explorada, sendo de suma importância o conhecimento do equilíbrio de fases e das propriedades termofísicas sob diferentes condições de pressão, temperatura e composição para a determinação das condições operacionais necessárias sob alta pressão. Determinou-se o equilíbrio de fases de misturas envolvendo os sistemas binários contendo dióxido de carbono (CO2) (1) + L-mentol (2), CO2 (1) + eucaliptol (2) e CO2 (1) + DES Men:Eu (2) e o sistema ternário contendo CO2 (1) + eucaliptol (2) + L-mentol (3). Empregou-se o método visual sintético com as razões molares de CO2 variando de 0,60 a 0,99 nas temperaturas de 313,15, 323,15 e 333,15 K. Para o sistema CO2 + L-mentol, o equilíbrio líquido-vapor (ELV), com as transições como o ponto de bolha (PB) e ponto de orvalho (PO), foi observado na faixa de pressão de 6,87 a 17,88 MPa. No sistema CO2 + eucaliptol, as mesmas transições (ELV-PB e ELV-PO) foram observadas entre 5,31 e 11,76 MPa. Considerando o sistema CO2 + DES Men:Eu, visualizou-se o ELV com o PB e PO, além do equilíbrio líquido-líquido (ELL) e equilíbrio líquido-líquido-vapor (ELLV) entre 6,19 e 14,08 MPa. Já para o sistema ternário CO2 + eucaliptol + L-mentol, essas mesmas transições (ELV-PB, ELV-PO, ELL e ELLV) foram visualizadas entre 6,33 e 14,38 MPa. Ambos os sistemas exibiram o comportamento Lower Critical Solution Temperature (LCST), por meio do aumento das pressões de transição com o aumento da temperatura. Por fim, a equação de estado de Peng-Robinson com as regras de mistura de van der Waals (PR_vdW) e Wong-Sandler (PR_WS) foi utilizada para correlacionar os dados obtidos experimentalmente, representando de forma satisfatória os dados de equilíbrio de fases, com os desvios menores que 0,304 MPa. Logo, os resultados obtidos fornecem uma base para futuros estudos sobre o uso do DES de L-mentol e eucaliptol em altas pressões, uma vez que ainda são escassos os dados de equilíbrio de fases disponíveis na literatura científica para os sistemas investigados neste trabalho.

Abstract: The combination of Deep Eutectic Solvent (DES) based on menthol and eucalyptol with supercritical technology is a still little explored area, and knowledge of phase equilibrium and thermophysical properties under different pressure, temperature and composition conditions is of paramount importance for determining the operating conditions under high pressure. The phase equilibrium of mixtures involving binary systems containing carbon dioxide (CO2) (1) + L-menthol (2), CO2 (1) + eucalyptol (2) and CO2 (1) + DES Men:Eu (2) and the ternary system containing CO2 (1) + eucalyptol (2) + L-menthol (3) is determined. The synthetic visual method was employed with CO2 molar ratios varying from 0.60 to 0.99 at temperatures of 313.15, 323.15, and 333.15 K. For the CO2 + L-menthol system, vapor-liquid equilibrium (VLE), with transitions such as the bubble point (BP) and dew point (DP), was observed in the pressure range of 6.87 to 17.88 MPa. In the CO2 + eucalyptol system, the same transitions (VLE-BP and VLE-DP) were observed between 5.31 and 11.76 MPa. Considering the CO2 + DES Men:Eu system, VLE with BP and DP, as well as liquid-liquid equilibrium (LLE) and liquid-liquid-vapor equilibrium (VLLE), were visualized between 6.19 and 14.08 MPa. For the ternary system CO2 + eucalyptol + L-menthol, these same transitions (VLW-BP, VLE-DP, LLE, and VLLE) were observed between 6.33 and 14.38 MPa. Both systems exhibited Lower Critical Solution Temperature (LCST) behavior, with increasing transition pressures and increasing temperature. Finally, Peng-Robinson state finding with van der Waals (PR_vdW) and Wong-Sandler (PR_WS) mixing rules was used to correlate the experimentally obtained data, satisfactorily representing the phase equilibrium data, with deviations smaller than 0.304 MPa. Therefore, the results obtained provide a basis for future studies on the use of L-menthol and eucalyptol DES at high pressures, since phase equilibrium data for the systems investigated in this work are still scarce in the scientific literature.