Experimental determination and modeling liquid-liquid equilibria of multicomponent systems of green solvents

Abstract

In this disertation, experimentally are determined solubilities for binary and pseudo-binary systems, as for thermodynamic liquid-liquid equilibria, and effects of adding different co-solvents on phase equilibria shifting, at atmospheric pressure and temperatures from 293.15 K to 393.15 K. All obtained results are represented graphically, on temperature-mole fraction phase diagrams. For experimental data modelling, program based on NRTL, UNIFAC and UNIQUAC models is developed, with several temperature dependant and independant forms. Program is tested on large number of literature data, and also applied on experimental data for two binary systems. Systems containing industry important components: nicotine, N,N-dimethylaniline, and ecologically important components and their water solutions as poly (ethylene glycol), ionic liquids, glycerol, etil-lactate and different inorganic salts are choosen for thermodynamic analysis. It is determined that adding ionic liquid ECOENG in group of pseudo-binary systems containing nicotine in combination with etil-lactate or poly (ethylene glycol), lead to increasing insolubility regions, i.e. ionic liquid shows very good anti-solvent properties. Addition of salts in nicotine + water systems have large impact on thermodinamic liquid-liquid equilibrium, as can be seen in increased insolubility regions comparing to binary system nicotine + water. All salts showed salting-out effects, and only ionic liquid ECOENG showed salting-in effect first, and then with mole fraction increasing, salting-out effects. In last group of systems containing N,Ndimethylaniline it was determined that N,N-dimethylaniline is less soluble in water then aniline, because of hydrophobic dimetilamino group attached to phenil group. Addition of poly (ethylene glycol) as co-solvent lead to incresed solubility both aniline and N,N-dimethylaniline. Obtained results with NRTL model application on large number of literature data, and also on two binary systems experimentally determined in this disertation, shows possibility of successful

U ovom radu eksperimentalno su određene rastvorljivosti binarnih i pseudo-binarnih smeša, odnosno termodinamičke ravnoteže tečno-tečno, kao i uticaj dodavanja različitih ko-rastvarača na pomeranje fazne ravnoteže, na atmosferskom pritisku i u temperaturnom intervalu od 293.15 K do 393.15 K. Svi dobijeni rezultati prikazani su grafički, formiranjem faznih dijagrama temperaturasastav. Pored toga, za obradu eksperimentalnih podataka, razvijen je program na bazi NRTL, UNIFAC i UNIQUAC modela, sa više temeraturno nezavisnih i zavisnih formi. Program je testiran na velikom broju literaturnih podataka, a zatim i na eksperimentalnim podacima za dva binarna sistema. Za termodinamičku analizu u ovoj doktorskoj disertaciji odabrani su sistemi koji sadrže industrijski važne komponente: nikotin, anilin i N,N-dimetilanilin, kao i ekološki značajne komponente i njihove vodene rastvore kao što su poli (etilen glikoli), jonske tečnosti, glicerol, etillaktat i različite neorganske soli. Kod grupe pseudo-binarnih sistema koje sadrže nikotin u kombinaciji sa etil-laktatom ili poli (etilen glikolom) utvrđeno je da dodatak EKOENG-a povećava oblast nerastvorljivosti, tj. da jonska tečnost pokazuje veoma dobre efekte kao anti-rastvarač. Kod grupe sistema koje sadrže nikotin u kombinaciji sa vodenim rastvorima soli utvrđeno je da dodatak tih soli ima veliki uticaj na termodinamičku ravnotežu tečno-tečno što se vidi povećanjem oblasti nerastvorljivosti u odnosu na binarnu smešu nikotin + voda. Sve soli pokazale su određene “salting-out” efekte, a jedino jonska tečnost, EKOENG, pri malim udelima “salting-in”, a sa povećanjem udela i “salting-out” efekte. Kod poslednje grupe sistema koje sadrže anilin i N,N-dimetilanilin utvrđeno je da je N,Ndimetilanilin manje rastvoran u vodi u odnosu na anilin, zbog hidrofobne dimetilamino grupe vezane za fenil grupu. Dodatak poli (etilen glikola) kao ko-rastvarača dovodi povećanja rastvorljivosti i anilina i N,N-dimetilanilina. Rezultati koji su dobijeni primenom NRTL modela na velikom broju literaturnih podataka, kao i na dva binarna sistema eksperimentalno određena u ovom radu, ukazuju na mogućnost veoma