Simulación de monoetanolamina en el equilibrio líquido-vapor Público Deposited
Uno de los grupos más importantes de las alcanolaminas son las etanolaminas, a las que se les ha encontrado uso principalmente en la industria del petróleo. La monoetanolamina es la etanolamina de menor peso molecular y una de las sustancias más utilizadas en los procesos de refinación y purificación de gas natural. Se utiliza en solución acuosa para remover gases ácidos en corrientes de gas natural. A pesar de su importancia industrial, la información experimental y teórica para la monoetanolamina y sus mezclas acuosas es escasa. El manejo de la monoetanolamina, es sumamente delicado por ser un material viscoso y altamente tóxico (destruye el tejido de las membranas mucosas, vías respiratorias, ojos y piel). Esto hace difícil su estudio para la obtención de propiedades experimentales e incluso su empleo en los procesos industriales. Los métodos experimentales para la obtención de propiedades termodinámicas ó de transporte en general tienden a ser costosos y requieren de tiempos largos. Los métodos de simulación molecular pueden ser una alternativa para estudiar las alcanolaminas y sus mezclas con agua. Estos métodos nos permiten obtener propiedades de estructura, termodinámicas y de transporte a partir del conocimiento de las interacciones moleculares en el sistema. Con estos estudios podemos lograr un mejor conocimiento de las propiedades del sistema en condiciones controladas y auxiliar en el diseño de nuevas soluciones acuosas útiles en la industria de separación de gases. Debidoa la escasa información sobre las interacciones moleculares que existe en las etanotarninas, en este trabajo iniciamos un estudio sistemático para obtener los parámetros del potencial de interacción y su aplicación para determinar propiedades termodinámicas en fase líquida y en el equilibrio líquido-vapor. El estudio lo iniciamos con la monoetanolamina, que es la molécula más pequeña de esta serie y debido a que existe información experimental con la cual podemos comparar las predicciones hechas con los métodos de simulación molecular, como la densidad en el líquido a 298K, el momento dipolar y la tensión superficial a diferentes temperaturas. Para obtener los potenciales de interacción, existen varios métodos de los cuales podemos hacer uso. En este trabajo usamos métodos de la química cuántica para obtener la geometría molecular, los parámetros de los potenciales intramoleculares y las cargas en los sitios de la molécula. Los resultados obtenidos reproducen la geometría experimental, la conformación más estable y el momento dipolar en fase gaseosa de la molécula. Las interacciones de corto alcance entre átomos de diferentes moléculas son representadas por medio de potenciales tipo Lennard Jones, cuyos parámetros fueron tomados de la literatura. Estos parámetros son los mismos que se usan en los alcoholes y las aminas puras. Una vez obtenido el potencial de interacción para la monoetanolamina, se hicieron estudios de dinámica molecular en el conjunto canónico en fase líquida y en el equilibrio líquido - vapor. En fase líquida se obtuvieron las funciones de distribución radial de los grupos amino e hidroxilo para obtener información sobre la formación de los puentes de hidrógeno. En este caso para los puentes de hidrógeno no hicimos comparaciones directas con resultados experimentales debido a que no fue posible encontrar alguno. Es interesante observar que el grupo hidroxilo de la monoetanolamina tiene un comportamiento similar en cuanto a las funciones de distribución radial observado en el agua líquida. También realizamos simulaciones de Dinámica Molecular canónica (número de moléculas, volumen y temperatura constantes) en la interface líquido-vapor. Obtuvimos las densidades de coexistencia y la tensión superficial a temperaturas que van desde 298 hasta 530 K. Este intervalo de temperaturas va desde el punto triple hasta cerca del punto crítico. A la temperatura de 298K, la densidad del líquido obtenida con dinámica molecular es 0.5% menor a la experimental. La densidad y la temperatura crítica fue estimada utilizando la ley de diámetros rectilíneos. La densidad y temperatura crítica obtenida fue de 0.3200 g/cm3 y 580 K respectivamente. El punto crítico experimental es de 0.3116 g/cm3 y 614 K. Para la tensión superficial se obtiene un excelente acuerdo entre los datos experimentales existentes y los obtenidos con dinámica molecular. A la temperatura de 323 K el resultado de DM es 43.2 mN/m contra el dato experimental de 44.81 mN/m.
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