Термодинамические свойства 3,3,5-Триметилгептана, 1,7,7-Триметилбицикло-[2,2,1] гептана, 2-Метил-2-бутанола и изобутилбутаната - реферат
Федеральное агентство по образованию.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.
Самарский государственный технический университет.
Кафедра: «Технология органического и нефтехимического синтеза»
Курсовой проект по дисциплине:
«Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений»
Выполнил:
Руководитель: доцент, к. х. н. Нестеров И.А.
Самара
2008 г.
Задание 21А
на курсовую работу по дисциплине "Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений"
1) Для четырех соединений, приведенных в таблице, вычислить
,
,
методом Бенсона по атомам с учетом первого окружения.
2) Для первого соединения рассчитать
и
.
3) Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить критическую (жидкость-пар) температуру, критическое давление, критический объем, ацентрический фактор.
4) Для первого соединения рассчитать
,
,
. Определить фазовое состояние компонента.
5) Для первого соединения рассчитать плотность вещества при температуре 730 К и давлении 100 бар. Определить фазовое состояние компонента.
6) Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить плотность насыщенной жидкости. Привести графические зависимости "плотность-температура" для области сосуществования жидкой и паровой фаз. Выполнить их анализ.
7) Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить давление насыщенного пара. Привести графические Р-Т зависимости для области сосуществования жидкой и паровой фаз. Выполнить их проверку и анализ.
8) Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить
и
. Привести графические зависимости указанных энтальпий испарения от температуры для области сосуществования жидкой и паровой фаз. Выполнить их анализ.
9) Для первого соединения рассчитать рекомендованными методами вязкость вещества при температуре 730 К и низком давлении.
10) Для первого соединения рассчитать рекомендованными методами вязкость вещества при температуре 730 К и давлении 100 атм.
11) Для первого соединения рассчитать рекомендованными методами теплопроводность вещества при температуре 730 К и низком давлении.
12) Для первого соединения рассчитать рекомендованными методами теплопроводность вещества при температуре 730 К и давлении 100 атм.
Задание №1
Для четырех соединений, приведенных в таблице, рассчитать
и
методом Бенсона с учетом первого окружения.
3,3,5-Триметилгептан
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок: Поправки на гош-взаимодействие:
Вводим 5 поправок «алкил-алкил». Поправка на симметрию (только для энтропии):
,
Поправка на смешение конформеров (только для энтропии):
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок:
Поправки на гош – взаимодействие отсутствуют.
Вводим поправку на бицикло[2,2,1]гептановый фрагмент.
Поправка на внутреннюю симметрию:
Таблица 2
Кол-во вкладов
Вклад
Вклад в энтальпию, кДж/моль
Вклад
Вклад в энтропию Дж/К*моль
Вклад
Вклад в т/емкость Дж/К*моль
СН3
-(С)
3
-42,19
-126,57
127,29
381,87
25,91
77,73
СН2
-(2С)
4
-20,64
-82,56
39,43
157,72
23,02
92,08
СН-(3С)
2
-7,95
-15,9
-50,52
-101,04
19,000
38
С-(4С)
1
2,09
2,09
-146,92
-146,92
18,29
18,29
поправка на цикл
1
67,48
67,48
0
0
∑
10
-155,46
291,63
226,1
поправка на симм.
σнар
=
1
σвнутр
=
27
-27,402
ΔHo
-155,46
ΔSo
264,228
ΔСpo
226,1
2-Метил-2-бутанол
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок.
Поправка на симметрию:
Таблица 4
Кол-во вкла-дов
Вклад
Вклад в энтальпию, кДж/моль
Вклад
Вклад в энтропию Дж/К*моль
Вклад
Вклад в т/емкость Дж/К*моль
СН3
-(С)
3
-42,19
-126,57
127,29
381,87
25,91
77,73
СН2
-(2С)
1
-20,64
-20,64
39,43
39,43
23,02
23,02
C-(3C,О)
1
-27,63
-27,63
-140,48
-140,48
18,12
18,12
ОН-(С)
1
-151,56
-151,56
121,68
121,68
18,12
18,12
∑
6
-326,4
402,5
136,99
поправка на симм.
σнар
=
1
σвнутр
=
27
-27,402
ΔHo
-326,4
So
375,098
Сpo
136,99
Изобутилбутаноат
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок.
Поправки на гош – взаимодействие:
Вводим 1 поправку «алкил-алкил».
Поправка на внутреннюю симметрию:
Таблица 3
Кол-во вкла-дов
Вклад
Вклад в энтальпию, кДж/моль
Вклад
Вклад в энтропию Дж/К*моль
Вклад
Вклад в т/емкость Дж/К*моль
СН3
-(С)
3
-42.19
-126.57
127.29
381.87
25.91
77.73
О-(С,С0)
1
-180.41
-180.41
35.12
35.12
11.64
11.64
СН-(3С)
1
-7.95
-7.95
-50.52
-50.52
19.00
19.00
СН2
-(С,О)
1
-33.91
-33.91
41.02
41.02
20.89
20.89
СО-(С,О)
1
-146.86
-146.86
20
20
24.98
24.98
СН2
-(2С)
1
-20.64
-20.64
39.43
39.43
23.02
23.02
СН2
-(С,СО)
1
-21.77
-21.77
40.18
40.18
25.95
25.95
∑
9
-538.11
507.1
203.21
гош-поправка
1
3.35
3.35
поправка на симм.
σнар
=
1
σвнутр
=
27
-27.402
ΔHo
-534.76
ΔSo
479,698
ΔСpo
203.210
Задание №2
Для первого соединения рассчитать
и
3,3,5-Триметилгептан
Энтальпия.
где
-энтальпия образования вещества при 730К;
-энтальпия образования вещества при 298К;
-средняя теплоемкость.
;
Для расчета из таблицы Бенсона выпишем парциальные вклады
соответственно для 298К, 400К, 500К, 600К, 800К и путем интерполяции найдем
для 730К., и
для элементов составляющих соединение.
Таблица 5
Кол-во вкладов
Сpi
, 298K,
Сpi
, 400K,
Сpi
, 500K,
Сpi
, 600K,
Сpi
, 730K,
Сpi
, 800K,
СН3
-(С)
25.910
32.820
39.950
45.170
51.235
54.5
25.910
СН-(3С)
19.000
25.120
30.010
33.700
37.126
38.97
19.000
С-(4С)
18.29
25.66
30.81
33.99
35.758
36.71
18.29
СН2
-(2С)
23.02
29.09
34.53
39.14
43.820
46.34
23.02
∑
235.900
302.150
364.160
410.960
460.516
235.900
С
8.644
11.929
14.627
16.862
18.820
19.874
8.644
Н2
28.836
29.179
29.259
29.321
29.511
29.614
28.836
∑
403.636
440.259
468.119
491.151
512.824
403.636
Энтропия.
Для расчета из таблицы Бенсона выпишем парциальные вклады
соответственно для 298К, 400К, 500К, 600К, 800К и путем интерполяции найдем
для 730К.
Таблица 5
Кол-во вкладов
Сpi
, 298K,
Сpi
, 400K,
Сpi
, 500K,
Сpi
, 600K,
Сpi
, 730K,
Сpi
, 800K,
СН3
-(С)
5
25.910
32.820
39.950
45.170
51.235
54.5
СН-(3С)
1
19.000
25.120
30.010
33.700
37.126
38.97
С-(4С)
1
18.29
25.66
30.81
33.99
35.758
36.71
СН2
-(2С)
3
23.02
29.09
34.53
39.14
43.820
46.34
∑
10
235.900
302.150
364.160
410.960
460.516
Задание №3
Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить (жидкость-пар) температуру, критическое давление, критический объем, ацентрический фактор.
Метод Лидерсена.
Критическую температуру находим по формуле:
где
-критическая температура;
-температура кипения (берем из таблицы данных);
-сумма парциальных вкладов в критическую температуру.
Критическое давление находится по формуле:
где
-критическое давление;
-молярная масса вещества;
-сумма парциальных вкладов в критическое давление.
Критический объем находим по формуле:
где
-критический объем;
-сумма парциальных вкладов в критический объем.
Ацентрический фактор рассчитывается по формуле:
;
где
-ацентрический фактор;
-критическое давление, выраженное в физических атмосферах;
-приведенная нормальная температура кипения вещества;
-нормальная температура кипения вещества в градусах Кельвина;
-критическая температура в градусах Кельвина.
Для расчета, выбираем парциальные вклады для каждого вещества из таблицы составляющих для определения критических свойств по методу Лидерсена.
3,3,5-Триметилгептан
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Критическая температура.
Критическое давление.
Критический объем.
Ацентрический фактор.
2-Метил-2-бутанол
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
ΔV
СН3
-
3
0,06
0,681
165
ОН-
1
0,031
-0,02
18
СН2
-(2С)
1
0,02
0,227
55
С-(4С)
1
0
0,21
41
Сумма
6
0,111
1,098
279
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Изобутилбутаноат
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
ΔV
СН3
3
0.06
0.681
165
СН2
3
0.06
0.681
165
СН
1
0.012
0.21
51
СОО
1
0.047
0.47
80
Сумма
8
0.179
2.042
461
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Метод Джобака.
Критическую температуру находим по уравнению;
где
-критическая температура;
-температура кипения (берем из таблицы данных);
-количество структурных фрагментов в молекуле;
-парциальный вклад в свойство.
Критическое давление находим по формуле:
где
-критическое давление в барах;
-общее количество атомов в молекуле;
-количество структурных фрагментов;
-парциальный вклад в свойство.
Критический объем находим по формуле:
где
-критический объем в
;
-количество структурных фрагментов;
-парциальный вклад в свойство.
Для расчета, выбираем парциальные вклады в различные свойства для каждого вещества из таблицы составляющих для определения критических свойств по методу Джобака.
3,3,5-Триметилгептан
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
к-во
ΔT
ΔP
ΔV
CН3
3
0,0423
-0,0036
CН3
(C)цикл
2
0,0084
0,0122
(C)цикл
(CH2
)цикл
4
0,04
0,01
(CH2
)цикл
(CH)цикл
1
0,0122
0,0004
(CH)цикл
Сумма
10
0,1029
0,019
Сумма
Критическая температура.
Критическое давление.
;
2-Метил-2-бутанол
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
СН3
-
3
0,0423
-0,0036
ОН-
1
0,0741
0,0112
,-СН2
-
1
0,0189
0
>С<
1
0,0067
0,0043
Сумма
6
0,142
0,0119
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Изобутилбутаноат
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
СН3
3
0.0423
-0.0036
СН2
3
0.0567
0
СН
1
0.0164
0.002
СОО
1
0.0481
0.0005
Сумма
8
0.1635
-0.0011
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Задание №4
Для первого соединения рассчитать
,
и
. Определить фазовое состояние компонента.
Энтальпия
3,3,5-Триметилгептан
Для расчета
,
и
воспользуемся таблицами Ли-Кеслера и разложением Питцера.
где
- энтальпия образования вещества в стандартном состоянии;
-энтальпия образования вещества в заданных условиях;
и
-изотермические изменения энтальпии.
Находим приведенные температуру и давление:
по этим значениям с помощью таблицы Ли-Кеслера и разложения Питцера интерполяцией находим изотермическое изменение энтальпии.
Из правой части выражаем:
Энтропия
где
энтропия вещества в стандартном состоянии;
- энтропия вещества в заданных условиях;
- ацентрический фактор.
; R=8,314Дж/моль*К
Находим приведенные температуру и давление:
по этим значениям с помощью таблицы Ли-Кесслера и разложения Питцера интерполяцией находим изотермическое изменение энтропии.
Из правой части выражаем:
Теплоемкость
где
- теплоемкость соединения при стандартных условиях;
- теплоемкость соединения при заданных условиях;
-ацентрический фактор.
; R=8,314Дж/моль*К
Находим приведенные температуру и давление:
по этим значениям с помощью таблицы Ли-Кесслера и разложения Питцера интерполяцией находим изотермическое изменение теплоемкости.
Дж/моль*К
Из правой части выражаем:
Задание №5
Для первого соединения рассчитать плотность вещества при температуре 730 К и давлении 100 бар. Определить фазовое состояние компонента.
Для определения плотности вещества воспользуемся методом прогнозирования плотности индивидуальных веществ с использованием коэффициента сжимаемости.
где
-плотность вещества; М- молярная масса; V-объем.
Для данного вещества найдем коэффициент сжимаемости с использованием таблицы Ли-Кесслера по приведенным температуре и давлении.
Коэффициент сжимаемости находится по разложению Питцера:
где Z-коэффициент сжимаемости;
-ацентрический фактор.
Приведенную температуру найдем по формуле
где
-приведенная температура в К ; Т-температура вещества в К;
-критическая температура в К.
Приведенное давление найдем по формуле
; где
- приведенное; Р и
давление и критическое давление в атм. соответственно.
Критические температуру и давление а так же ацентрический фактор возьмем экспериментальные.
; R=8,314Дж/моль*К
Находим приведенные температуру и давление:
Коэффициент сжимаемости найдем из разложения Питцера:
Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить плотность насыщенной жидкости. Привести графические зависимости «плотность-температура» для области существования жидкой и паровой фаз. Выполнить анализ.
Для вычисления плотности насыщенной жидкости воспользуемся методом Ганна-Ямады.
где
-плотность насыщенной жидкости; М -молярная масса вещества;
-молярный объем насыщенной жидкости.
где
- масштабирующий параметр;
-ацентрический фактор;
и Г-функции приведенной температуры.
3,3,5-Триметилгептан
в промежутке температур от 298 до 475 К вычислим по формуле:
В промежутке температур от 475 до 588 К вычислим по формуле:
В промежутке температур от 298 до 480 К вычислим Г по формуле:
Для четырех соединений, приведенных в таблице, рекомендованными методами вычислить давление насыщенного пара. Привести графические P-T зависимости для области существования жидкой и паровой фаз. Выполнить анализ.
Для вычисления давления насыщенного пара воспользуемся корреляциями
Ли-Кесслера, Риделя и Амброуза-Уолтона.
3,3,5-Триметилгептан
Корреляция Ли-Кеслера.
Она основана на использовании принципа соответственных состояний.