Ekstrakcja w mieszaninach zawierających polimery

Mateusz Reda

Kierujący pracą: dr hab. inŜ. Tadeusz Hofman Wprowadzenie Wiedza o równowagach fazowych w mieszaninach zawierających polimery jest wykorzy-stywana w przemyśle w procesie usuwania zbędnych substancji po polimeryzacji oraz przy wyborze odpowiedniego rozpuszczalnika polimerów. W celu określenia diagramów fazo-wych równowagi stosuje się podejście eksperymentalne lub obliczeniowe, przy czym to drugie jest znacznie tańsze i umoŜliwia przewidywanie właściwości układów o duŜej róŜnorodności. Wyniki i dyskusja Głównym celem pracy było przygotowanie programu komputerowego zdolnego do prze-widywania równowagi ciecz-ciecz dwuskładnikowych układów zawierających polimery przy pomocy wybranych modeli przewidujących. Wyboru modeli dokonano na podstawie artykułu Kontogeorgisa i in. [1]. Autorzy wykazali, Ŝe prosty model bazujący na metodzie udziałów grupowych UNIFAC [2], posiadający liniową zaleŜność parametrów oddziały-wania od temperatury i łączony udział kombinatoryczny i objętości swobodnej (C+FV) podany przez Elbro i in. [3], jest w stanie przewidywać wszystkie podstawowe rodzaje diagramów fazowych charakterystycznych dla mieszanin zawierających polimery (m. in. typ klepsydry). W poniŜszej pracy zastosowano model „zmodyfikowany UNIFAC” (Modified UNIFAC) [4] z zaleŜnością temperaturową parametrów oddziaływania w pos-taci wielomianu drugiego stopnia i z moŜliwością wymiany udziału kombinatorycznego na łączony udział C+FV. W celu zachowania czysto przewidującego charakteru modelu zastosowano metodę GCVOL-OL-60 [5] do oszacowania objętości czystych składników. Opisano główne etapy implementacji modeli do języka programowania C++. Napisany program został skutecznie wykorzystany w przewidywaniu równowagi ciecz-ciecz. Jedy-nymi wymaganymi danymi wejściowymi jest struktura składników oraz parametry oddzia-ływania. Program umoŜliwia wykonanie obliczeń dla duŜej liczby róŜnorodnych mieszanin, gdyŜ udostępnia ponad 50 głównych grup funkcyjnych i ponad 100 podgrup. Zdolności przewidujące modeli określono przez porównanie z danymi eksperymentalnymi oraz z wynikami uzyskanymi przez Kontogeorgisa i wsp. [1]. Wnioski W przeciwieństwie do oryginalnego modelu UNIFAC, model Modified UNIFAC jest w stanie przewidzieć dolną krytyczną temperaturę mieszalności (LCST). Wymiana udziału kombinatorycznego na łączony udział C+FV powoduje zmniejszenie luki mieszalności (co zazwyczaj skutkuje polepszeniem przewidywania), bądź jej zanik. śaden z badanych modeli w sprawdzonych układach nie przewidział LCST w zakresie charakterystycznym dla układów z polimerami, ani diagramu w kształcie klepsydry. Z tego powodu uznano, Ŝe

model zbadany przez Kontogeorgisa i in. daje lepsze wyniki przewidywania. Praca ta moŜe być traktowana jako wstęp do przeprowadzenia szerszych badań nad znalezieniem właści-wego modelu. Literatura [1] Kontogeorgis, G.M., Saraiva, A., Fredenslund, A., Tassios, D.P., Prediction of Liquid-

Liquid Equilibrium for Binary Polymer Solutions with Simple Activity Coefficient Models, Ind. Eng. Chem. Res. 1995, 34, 1823-1834

[2] Fredenslund, A., Jones, R.L., Prausnitz, J.M., Group-contribution estimation of activity coefficients in nonideal liquid mixtures, AIChE Journal 1975, 21, 1086-1099

[3] Elbro, H.S., Fredenslund, A., Rasmussen, P., A New Simple Equation for the Prediction of Solvent Activities in Polymer Solutions, Macromolecules 1990, 23, 4707-4714

[4] Weidlich, U., Gmehling, J., A modified UNIFAC model. 1. Prediction of VLE, HE, and γ∞, Ind. Eng. Chem. Res. 1987, 26, 1372-1381

[5] Ihmels, E.C., Gmehling, J., Extension and revision of the group contribution method GCVOL for the prediction of pure compound liquid densities, Ind. Eng. Chem. Res. 2003, 42, 408-412