Predição da solubilidade de sólidos em CO2 supercrítico utilizando o modelo COSMO-SAC-Phi

Abstract

A solubilidade de sólidos em dióxido de carbono supercrítico é uma informação importante para o projeto e otimização de processos nas indústrias alimentícia, farmacêutica e têxtil. O objetivo deste trabalho é investigar sistematicamente a precisão do modelo COSMO-SAC-Phi (CSP) em prever a solubilidade de sólidos em dióxido de carbono supercrítico. Os resultados obtidos através dos modelos PR + COSMOSAC EOS (PRCS), PSRK e Soave Redlich Kwong com a função alfa de Mathias Copeman com a clássica regra de mistura de Van der Waals (SRK-MC + vdW) foram comparados com o obtido através do modelo CSP. A solubilidade de 99 sólidos foi examinada. Uma grande variedade de compostos são considerados: ácidos alifáticos, álcoois alifáticos, hidrocarbonetos aromáticos, ácidos aromáticos, álcoois aromáticos, esteroides, estatinas e compostos aromáticos contendo átomos de nitrogênio, halogênio e/ou enxofre. A maioria destes compostos possuem moléculas semelhantes a fármacos. Um total de 2.450 pontos experimentais, cobrindo uma faixa de pressão de 45-500 bar e uma faixa de temperatura de 298-473 K, foram coletados para comparação com os resultados calculados. O banco de dados preditos para compostos puros Mol-Instincts foi usado para obter a pressão de saturação e o volume do líquido à pressão atmosfé- rica dos compostos estudados. A equação de estado CSP foi capaz de correlacionar os dados de pressão de saturação e volume do líquido com desvios médios de 5,32 % e 1,40 %, respectivamente. Com apenas dados de compostos puros, o CSP pôde predizer o equilíbrio sólido–fluido supercrítico das misturas. Quando a solubilidade calculada é comparada com dados experimentais, o desvio logarítmico médio da fração molar (ALDy) foi de 0,46 e 0,51 para as versões CSP (2021) e CSP (2019), respectivamente. Comparado aos modelos PSRK, PRCS e SRK-MC+vdW, a equação CSP (2021) teve um desempenho 27 %, 48 % e 64 % melhor, respectivamente, em termos de ALDy médio. Boas predições do ponto de cruzamento das isotermas de solubilidade foram também observadas. Isso indica que o modelo CSP pode fornecer uma primeira estimativa útil para a solubilidade, especialmente quando não há dados experimentais disponíveis.

The solubility of solids in supercritical carbon dioxide is an important information for the design and optimization of processes in food, pharmaceutical and textile industries. The aim of this work is to systematically investigate the accuracy of COSMOSAC-Phi (CSP) model in predicting the solubility of solids in supercritical carbon dioxide. The results obtained through the PR + COSMOSAC EOS (PRCS), PSRK and Soave Redlich Kwong models with Mathias Copeman alpha function using the classic Van der Waals mixing rule (SRK-MC + vdW) were compared with those obtained from CSP model. The solubility of 99 solids was examined. A wide variety of compounds are considered, such as aliphatic acids, aliphatic alcohols, aromatic hydrocarbons, aromatic acids, aromatic alcohols, steroids, statins and aromatic compounds containing nitrogen, halogen and/or sulfur atoms, most of them are drug-like molecules. A total of 2450 experimental points covering a pressure range of 45-500 bar and a temperature range of 298-473 K obtained from the literature were compared with the calculated results. The Mol-Instincts database of predicted data from pure compounds was used to obtain the saturation pressure and the liquid volume at atmospheric pressure of the solids. The CSP equation of state was able to correlate the saturation pressure and the liquid volume at atmospheric pressure of the pure substances with average deviations of 5.32 % and 1.40 %, respectively. With only pure compound data, CSP could predict the behavior in mixture. When the calculated solubility is compared with experimental data, the average logarithmic deviation in molar fraction (ALDy) was 0.46 and 0.51 for the CSP (2021) and CSP (2019) versions, respectively. Compared to PSRK, PRCS and SRK-MC+vdW, the CSP (2021) model performed 27 %, 48 % and 64 % better, respectively, in terms of average ALDy. Good predictions of the crossover point of solubility isotherms were also observed. This indicates that the CSP model can provide a useful first estimate for solubility, especially when experimental data are not available.