Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений - 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:
Самара 2008 г.
Задание 19А
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.
3,4,4-Триметилгептан
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок:
поправки на гош взаимодействие
R=C6H13
R1=C2H5, R2=C3H7
Вводим 7 поправок «алкил-алкил»
Поправка на симметрию:
,
Поправка на смешение конформеров:
Таблица 1
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)
5
-42.19
-210.95
127.29
636.45
25.910
129.55
СН-(3С)
1
-7.95
-7.95
-50.52
-50.52
19.000
19
С-(4С)
1
2.09
2.09
-146.92
-146.92
18.29
18.29
СН2
-(2С)
3
-20.64
-61.92
39.43
118.29
23.02
69.06
∑
10
-278.73
557.3
235.9
гош-поправка
7
3.35
23.45
для вкладов в энтропию и теплоемкость для данной поправки в справочке не приведены значения
поправка на симм.
σнар
=1
σвнутр
=243
-45.669
попр. на смешение
N=
1
5.76
ΔHo
-255.28
ΔSo
517.391
ΔСpo
235.9
Рассчитаем для этого соединения энтальпию и энтропию образования методом Татевского по связям по первому уровню приближения.
Кол-во вкладов
Парц. вклад, кДж/моль
Вклад в энтальпию
кДж/моль
Парц. вклад, Дж/К*моль
Вклад в энтропию Дж/К*моль
(С1
-С2
)1
2
-52,581
-105,162
147,74
295,48
(С1
-С3
)1
1
-45,286
-45,286
111,08
111,08
(С1
-С4
)1
2
-41,286
-82,572
92,46
184,92
(С2
-С3
)1
2
-10,686
-21,372
0,41
0,82
(С3
-С4
)1
2
13,362
26,724
-63,04
-126,08
∑
9
-227,668
466,22
ΔHo
-227,668
ΔSo
466,220
Циклогексан
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок: Поправки на гош – взаимодействие отсутствуют.
Вводим поправку на циклогексановый цикл.
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
СН2
-(2С)
6
-20.64
-123.84
39.43
236.58
23.02
138.12
поправка на цикл
1
78.69
78.69
-24.28
-24.28
∑
6
-123.84
315.27
113.84
ΔHo
-123.84
So
315.270
Сpo
113.840
Рассчитаем для этого соединения энтальпию и энтропию образования методом Татевского по связям по первому уровню приближения.
Кол-во вкладов
Парц. вклад, кДж/моль
Вклад в энтальпиюкДж/моль
Парц. вклад, Дж/К*моль
Вклад в энтропию Дж/К*моль
(С2
-С2
)1
6
-20,628
-123,768
39,03
234,18
∑
6
-123,768
234,18
поправка на цикл
76,89
ΔHo
-123,768
ΔSo
311,070
Этилнонаноат
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)
2
-42.19
-84.38
127.29
254.58
25.91
51.82
О-(С,С0)
1
-180.41
-180.41
35.12
35.12
11.64
11.64
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)
6
-20.64
-123.84
39.43
236.58
23.02
138.12
СН2
-(С,СО)
1
-21.77
-21.77
40.18
40.18
25.95
25.95
∑
12
-591.17
627.48
273.4
поправка на симм.
σнар
=1
σвнутр
=9
-18.268
ΔHo
-591.17
So
609.212
Сpo
273.400
орто-Толуидин
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для
и
, вводим набор поправок. Поправка на симметрию:
Введем поправку на орто-взаимодействие типа «полярный/неполярный»
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
-(Сb
)
1
-42.19
-42.19
127.29
127.29
13.56
13.56
NН2
-(Сb
)
1
20.09
20.09
124.36
124.36
15.03
15.03
Cb
-C
1
23.06
23.06
-32.19
-32.19
11.18
11.18
Cb
-N
1
-2.09
-2.09
40.56
40.56
18.42
18.42
Cb
-H
4
13.81
55.24
48.26
193.04
17.16
68.64
∑
8
54.11
453.06
126.83
орто-поправка
1
1.42
поправка на симм.
σнар
=1
σвнутр
=3
-9.134
ΔHo
55.53
So
443.926
Сpo
126.830
Рассчитаем для этого соединения энтальпию и энтропию образования методом Татевского по связям по второму уровню приближения.
Кол-во вкладов
Парц. вклад, кДж/моль
Вклад в энтальпию кДж/моль
(Cb-H)1
4
13,877
55,508
Cb-NH2
1
18,42
18,42
(Cb-C1
)1
1
-19,121
-19,121
∑
6
54,807
ΔHo
54,807
Задание №2
Для первого соединения рассчитать
и
3,4,4-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)
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
С
10
28.836
29.179
29.259
29.321
29.511
29.614
Н2
11
403.636
440.259
468.119
491.151
512.824
∑
28.836
29.179
29.259
29.321
29.511
29.614
,
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.
3,4,4-Триметилгептан
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
ΔV
СН3
-(С)
5
0.1
1.135
275
СН2
-(2С)
3
0.06
0.681
165
СН-(3С)
1
0.012
0.21
51
С-(4С)
1
0
0.21
41
∑
10
0.172
2.236
532
Критическая температура.
Критическое давление.
.
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Поскольку для вещества отсутствуют экспериментальные значения критических параметров, используем параметры, полученные методом Лидерсена.
;
Циклогексан
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
к-во
(CH2
)цикл
6
0.078
1.104
267
Сумма
6
0.078
1.104
267
Критическая температура.
Критическое давление.
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Этилнонаноат
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
ΔV
CН3
2
0.04
0.454
110
CH2
8
0.16
1.816
440
-CОО-
1
0.047
0.47
80
Сумма
11
0.247
2.74
630
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Критический объем.
Ацентрический фактор.
орто-Толуидин
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
ΔV
СН3
-
1
0.02
0.227
55
-CH= (цикл.)
4
0.044
0.616
148
>C= (цикл.)
2
0.022
0.308
72
NH2
-
1
0.031
0.095
28
Сумма
8
0.117
1.246
303
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.
3,4,4-Триметилгептан
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
ΔV
СН3
-
5
0.0705
-0.006
325
,-СН2
-
3
0.0567
0
168
>СН-
1
0.0164
0.002
41
>С<
1
0.0067
0.0043
27
∑
10
0.1503
0.0003
561
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Циклогексан
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
к-во
ΔT
ΔP
ΔV
(CH2
)цикл
6
0.06
0.015
288
Сумма
6
0.06
0.015
288
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Этилнонаноат
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
CН3
2
0.0282
-0.0024
CH2
8
0.1512
0
-CОО-
1
0.0481
0.0005
Сумма
11
0.2275
-0.0019
Критическая температура.
Критическое давление.
;
орто-Толуидин
Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа
кол-во
ΔT
ΔP
СН3
-
3
0.0423
-0.0036
(=CH)(ds)
3
0.0246
0.0033
(=C)(ds)
2
0.0286
0.0016
NH2
1
0.0243
0.0109
Сумма
9
0.1198
0.0122
Критическая температура.
Критическое давление.
;
Задание №4
Для первого соединения рассчитать
,
и
. Определить фазовое состояние компонента.
Энтальпия
3,4,4-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.
Критические параметры вещества определяем методом Лидерсена.
; 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.
Теплоемкость.
где
- теплоемкость соединения при стандартных условиях;
- теплоемкость соединения при заданных условиях;
-ацентрический фактор.
Критические параметры вещества определяем методом Лидерсена.
; 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.
Критические параметры вещества определяем методом Лидерсена.
; R=8,314Дж/моль*К
Находим приведенные температуру и давление:
Коэффициент сжимаемости найдем из разложения Питцера:
путем интерполяции находим
и
.
=0,8190;
=0,2356;
Из уравнения Менделеева-Клайперона
,
где P-давление; V-объем; Z-коэффициент сжимаемости; R-универсальная газовая постоянная (R=82.04); T-температура;
выразим объем:
М=142,29 г/моль.
Фазовое состояние вещества определяем по таблицам Ли-Кесслера, по приведенным параметрам температуры и давления. Ячейка, соответствующая данным приведенным параметрам находится под линией бинодаля, следовательно данное вещество при 730К и 100 бар – газ.
Задание №6
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.
3,4,4-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: