Orientador: Luís Fernando Mercier Franco

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Os fluidos confinados representam uma área de estudo ampla e que tem chamado muita atenção por ser um sistema muito comum nas atividades práticas da engenharia. Apesar de sua aplicabilidade, ainda é considerado um campo de estudo complexo e incipiente. Isto está relacionado a fatores que...

Resumo: Os fluidos confinados representam uma área de estudo ampla e que tem chamado muita atenção por ser um sistema muito comum nas atividades práticas da engenharia. Apesar de sua aplicabilidade, ainda é considerado um campo de estudo complexo e incipiente. Isto está relacionado a fatores que podem modificar as propriedades dos fluidos confinados, dentre eles: a geometria, tamanho do poro, e as interações entre a parede e o fluido. No que diz respeito às ferramentas utilizadas para descrição destes sistemas, simulação molecular, teoria do funcional da densidade e equações de estados são as mais exploradas. Porém, as equações de estado ainda permanecem como a abordagem mais versátil e menos custosa em termos computacionais. Neste trabalho, a equação de estado \textit{Statistical Associating Fluid Theory} (SAFT-VR Mie) foi adaptada para calcular isotermas de adsorção de misturas. Um termo que descreve a energia de Helmholtz devido aos efeitos de confinamento foi acoplado à equação de estado SAFT-VR Mie. O desenvolvimento teórico deste termo é baseado na teoria generalizada de van der Waals, e a interação fluido parede é modelada pelo potencial de poço quadrado. A estrutura do fluido consequente das interações entre a superfície e o fluido foi derivada utilizando o teorema do valor médio. O modelo resultante leva em conta a geometria, tamanho do poro e depende apenas dos parâmetros de interação entre o fluido e a parede. Estes parâmetros foram calculados através de regras de combinação dos parâmetros de interação dos fluidos puros, o que faz o modelo totalmente preditivo. Para resolver o critério de equilíbrio de fases, o método da secante multidimensional foi utilizado, e isotermas de adsorção de multicomponentes foram obtidas para diferentes sistemas. Para verificar a consistência do modelo, as isotermas de misturas calculadas foram comparadas com dados experimentais retirados da literatura, e bons resultados foram obtidos

Abstract: Confined fluid systems consist of a broad subject that draws remarkable attention being so common in engineering. Despite its applicability, it is still considered an incipient and complex field of study. This is related to the many factors that can modify the properties of confined...

Abstract: Confined fluid systems consist of a broad subject that draws remarkable attention being so common in engineering. Despite its applicability, it is still considered an incipient and complex field of study. This is related to the many factors that can modify the properties of confined fluids, for example: pore size and geometry distribution of the confining material, and the interactions between the wall and fluid. Regarding the tools used to describe these systems, molecular simulation, Density Functional Theory (DFT) and Equations of State (EoS) are the most explored ones. However, equations of state remains as the most versatile and the least computational demanding approach. In this work, we extend the Statistical Associating Fluid Theory (SAFT-VR Mie) equation of state for the calculation of multicomponent adsorption isotherms. A term that describes the Helmholtz free energy due to confinement effect is coupled with the SAFT-VR Mie equation of state. The theoretical development of this term is based on the generalized van der Waals framework, and the fluid-wall interactions are modeled by using a square-well potential. The fluid structure resulting from the interactions between surface and fluid are derived by applying the mean value theorem. The resulting model takes into account the geometry and size of the pore, and depends solely on the wall-fluid interaction parameters. The required mixture wall-fluid interaction parameters were calculated by applying combining rules to the pure component interaction parameters, bringing to the model a predictive feature. To solve the phase equilibrium criteria, the multidimensional secant method was employed, and multiconponent adsorption isotherms were predicted for different systems. To verify the consistency of the model, the calculated multicomponent isotherms were compared to experimental data reported in the literature and reasonably accurate results were obtained

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