Incorporação de modelos termodinâmicos na modelagem matemática de processos de extração supercrítica

Abstract

Clove (Syzygium aromaticum) essential oil is widely cultivated on eastern countries and has antifungal, antibacterial, insecticidal, and antioxidant properties. Given its vegetal structure, Clove essential oil can be extracted by supercritical fluid. The aim of this work is to model the solubility and the mass transfer process of clove essential oil in supercritical carbon dioxide. For the thermodynamic modeling, the Peng Robinson equation of state was coupled with four mixing rules: van der Waals 1 (vdW1), van der Waals 2 (vdW2), Mathias-Klotz-Prausnitz (MKP) and LCVM. Isothermal vapor-liquid equilibria calculation of CO2/clove essential oil were conducted as a binary system and CO2/eugenol/β-caryophyllene as a ternary system, where the oil composition is defined from major oil compounds, i. e., eugenol and β– caryophyllene. A Matlab mathematical procedure was developed to obtain the adjustable parameters of the mixing rules for both the binary and ternary mixture at the following temperatures: 313. 2 K, 318. 2 K and 328. 2 K. Results show that the mixing rule that best fit the experimental data for the binary system CO2/clove oil is vdw2 with a %ΔP of 3. 07%.For the ternary mixture, the mixing rule that best represent the experimental data is MKP with a %ΔP of 2. 18%. The coupling among solubility calculation and mass transfer model described quantitatively very well the extraction experimental data. The coefficient of determination (R2) showed the minimum value of 0. 9946 for conditions investigated.

Óleo essencial de cravo da Índia (Syzygium aromaticum), amplamente cultivado nos países do leste, apresenta propriedades antibacteriana, anti-fúngica, inseticida e antioxidante. Devido às características da estrutura vegetal do cravo da Índia seu óleo essencial pode ser obtido através da extração por fluido supercrítico. O objetivo deste trabalho é modelar a solubilidade do óleo essencial de cravo em dióxido de carbono supercrítico e o processo de transferência de massa de sua extração. Para a modelagem termodinâmica, a equação de estado de Peng Robinson foi acoplada com quatro regras de mistura: van der Waals 1 (vdW1), van der Waals 2 (vdW2), Mathias-Klotz-Prausnitz (MKP) e LCVM. Foram realizados cálculos isotérmicos do equilíbrio líquido-vapor de CO2/óleo essencial de cravo, considerado como um sistema binário e CO2/eugenol/β-cariofileno como um sistema ternário, onde a composição do óleo é definida a partir dos seus compostos majoritários, isto é, eugenol e β-cariofileno. Foi desenvolvida uma rotina matemática no software Matlab para obter os parâmetros ajustáveis das regras de mistura, tanto para a mistura binária quanto para a mistura ternária, nas seguintes temperaturas: 313,2 K, 318,2 K, 328,2 K. Os resultados mostraram que a regra de mistura que melhor ajustou os dados experimentais para o sistema binário CO2/óleo essencial de cravo foi vdW2, com um %ΔP de 3,07%. Para a mistura ternária, a regra de mistura que melhor representou os dados experimentais foi MKP com %ΔP igual a 2,18%. Ao acoplar os dados de solubilidade calculados ao modelo de transferência de massa, observou-se uma grande capacidade de representação dos dados experimentais de extração. O coeficiente de determinação (R2) apresentou o valor mínimo de 0,9946 para as condições investigadas.