Главная              Рефераты - Химия

Прогнозирование термодинамических свойств 234-Триметилпентана 2-Изопропил-5-метилфенола 1-Метилэтилметаноата - курсовая работа

Федеральное агентство по образованию.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования.

Самарский государственный технический университет.

Кафедра : «Технология органического и нефтехимического синтеза»

Курсовой проект

«Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений»

Самара

2008 г.


Задание 52А

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.

2,3,4-Триметилпентан

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок:

Поправки на гош взаимодействие

Вводим 4 поправки «алкил-алкил»

Поправка на симметрию:

,


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)

3

-7,95

-23,85

-50,52

-151,56

19,000

57

8

-225,94

486,98

187,68

гош-поправка

4

3,35

13,4

поправка на симм.

σнар =2

σвнутр =81

-51,432

ΔHo

-221,4

So

433,458

Сpo

186,55

2-Изопропил-5-метилфенол

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок.

Поправка на симметрию:

Поправка на орто-взаимодействие заместителей: OH(цис-) -C3 = 6,9 кДж/моль

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

СН-(2C,Сb )

1

-4,1

-4,1

-50,86

-50,86

20,43

20,43

СН3 -(С)

2

-42,19

-84,38

127,29

254,58

25,91

51,82

ОН-(Сb )

1

-158,64

-158,64

121,81

121,81

18

18

Cb -C

2

23,06

46,12

-32,19

-64,38

11,18

22,36

Cb –(O)

1

-3,77

-3,77

-42,7

-42,7

16,32

16,32

Cb -H

3

13,81

41,43

48,26

144,78

17,16

51,48

11

-205,53

490,52

193,97

Попр. на орто вз-вие

6,9

поправка на симм.

σнар =1

σвнутр =27

-27,402

ΔHo

-198,63

So

463,118

Сpo

193,97

1-Метилэтилметаноат

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок. Поправки на гош – взаимодействие отсутствуют.

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)

2

-42,19

-84,38

127,29

254,58

25,910

51,82

(CO)H–(O)

1

-134,37

-134,37

146,21

146,21

17,41

29,43

О-(СО,С)

1

-180,41

-180,41

35,12

35,12

11,64

11,64

CH–(2C,O)

1

-30,14

-30,14

-46,04

-46,04

20,09

20,09

поправка на симм.

σнар =1

σвнутр =9

-18,27

ΔHo

-429,3

So

371,602

Сpo

112,98


1,4-Диаминобутан

Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок.

Поправка на симметрию отсутствует.

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

СН2 -(2С)

2

-20,64

-41,28

39,43

78,86

23,02

46,04

CH2 –(С,N)

2

-27,63

-55,26

41,02

82,04

21,77

43,54

NH2 –(C)

2

20,09

40,18

124,36

248,72

23,94

47,88

6

-56,36

409,62

137,46

ΔHo

-56,34

So

409,62

Сpo

137,46

Задание №2

Для первого соединения рассчитать и

2,3,4-Триметилпентан

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)

3

19

25,12

30,01

33,7

37,126

38,97

8

186,550

239,460

289,780

326,950

367,549

С

8

8,644

11,929

14,627

16,862

18,820

19,874

Н2

9

28,836

29,179

29,259

29,321

29,511

29,614

328,676

358,043

380,347

398,785

416,161

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)

3

19

25,12

30,01

33,7

37,126

38,97

8

186,550

239,460

289,780

326,950

367,549

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.

2,3,4-Триметилпентан

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

кол-во

ΔT

ΔP

ΔV

СН3 -

5

0,1

1,135

275

СН-

3

0,036

0,63

153

8

0,136

1,765

428

Критическая температура.

Критическое давление.

.

Критический объем.

Ацентрический фактор.

Поскольку для вещества отсутствуют экспериментальные значения критических параметров, используем параметры, полученные методом Лидерсена.

;

2-Изопропил-5-метилфенол

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

к-во

3

3

0,06

0,681

165

=СН (цикл)

3

0,033

0,462

111

=С< (цикл)

3

0,033

0,462

108

СН-

1

0,012

0,21

51

СН2 -

1

0,02

0,227

55

ОН-(фенол)

1

0,031

-0,02

18

Сумма

12

0,189

2,022

508

Критическая температура.

Критическое давление.

Критический объем.

Ацентрический фактор.

Поскольку для вещества отсутствуют экспериментальные значения критических параметров, используем параметры, полученные методом Лидерсена.

1-Метилэтилметаноат

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

кол-во

ΔT

ΔP

ΔV

СН3

2

0,04

0,454

110

,-СОО-

1

0,047

0,47

80

СН-

1

0,012

0,21

51

Сумма

4

0,099

1,134

241

Критическая температура.

Критическое давление.

;

Критический объем.

Ацентрический фактор.

Поскольку для вещества отсутствуют экспериментальные значения критических параметров, используем параметры, полученные методом Лидерсена.

1,4-Диаминобутан

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

кол-во

ΔT

ΔP

ΔV

СН2 -

4

0,08

0,908

220

2 -

2

0,062

0,19

56

Сумма

6

0,142

1,098

276

Критическая температура.

Критическое давление.

Критический объем.

Ацентрический фактор.

Поскольку для вещества отсутствуют экспериментальные значения критических параметров, используем параметры, полученные методом Лидерсена.

.

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.

2,3,4-Триметилпентан

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

кол-во

ΔT

ΔP

ΔV

СН3 -

5

0,0705

-0,006

325

СН-

3

0,0492

0,006

123

8

0,1197

0

448

Критическая температура.

Критическое давление.

;

2-Изопропил-5-метилфенол

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

к-во

ΔT

ΔP

3

3

0,0423

-0,0036

=СН (цикл)

3

0,0246

0,0033

=С< (цикл)

3

0,0429

0,0024

СН-

1

0,0164

0,002

СН2 -

1

0,0189

0

ОН

1

0,0741

0,0112

Критическая температура.

Критическое давление.

;

1-Метилэтилметаноат

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

кол-во

ΔT

ΔP

СН3

3

0,0423

-0,0036

СОО

1

0,0481

0,0005

СН-

1

0,0164

0,002

Сумма

5

0,1068

-0,0011

Критическая температура.

Критическое давление.

;

1,4-Диаминобутан

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа

кол-во

ΔT

ΔP

СН2 -

10

0,189

0

2 -

4

0,0972

0,0436

Сумма

14

0,2862

0,0436

Критическая температура.

Критическое давление.

;

Задание №4

Для первого соединения рассчитать , и . Определить фазовое состояние компонента.

Энтальпия

2,3,4-Триметилпентан

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-Кесслера 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.

; R =8,314Дж/моль*К

Находим приведенные температуру и давление:

Коэффициент сжимаемости найдем из разложения Питцера:

путем интерполяции находим и .

=0,6790;

=0,1549;

Из уравнения Менделеева-Клайперона ,

где P - давление; V - объем; Z - коэффициент сжимаемости; R - универсальная газовая постоянная ( R =82.04); T - температура;

выразим объем:

М=114,23 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.

2,3,4-Триметилпентан

в промежутке температур от 298 до 450К вычислим по формуле:

В промежутке температур от 450 до 560 К вычислим по формуле:

В промежутке температур от 298 до 560 К вычислим Г по формуле:

Находим масштабирующий параметр:

Полученные результаты сведем в таблицу:

T, К

Tr

Vr(0)

Vsc

Г

Vs

ρs ,г/см3

169.45

0.3

0.3252

382.6102

0.2646

124.4114

0.9182

197.69

0.35

0.3331

0.2585

127.4534

0.8963

225.93

0.4

0.3421

0.2521

130.9062

0.8726

254.17

0.45

0.3520

0.2456

134.6684

0.8483

282.41

0.5

0.3625

0.2387

138.7024

0.8236

310.65

0.55

0.3738

0.2317

143.0345

0.7986

338.89

0.6

0.3862

0.2244

147.7551

0.7731

367.14

0.65

0.3999

0.2168

153.0184

0.7465

395.38

0.7

0.4157

0.2090

159.0426

0.7183

423.62

0.75

0.4341

0.2010

166.1099

0.6877

451.86

0.8

0.4563

0.1927

174.5664

0.6544

480.10

0.85

0.4883

0.1842

186.8126

0.6115

508.34

0.9

0.5289

0.1754

202.3516

0.5645

525.29

0.93

0.5627

0.1701

215.2847

0.5306

536.58

0.95

0.5941

0.1664

227.3000

0.5026

547.88

0.97

0.6410

0.1628

245.2573

0.4658

553.53

0.98

0.6771

0.1609

259.0677

0.4409

559.18

0.99

0.7348

0.1591

281.1498

0.4063

2-Изопропил-5-метилфенол

T, К

Tr

Vr(0)

Vsc

Г

Vs

ρs ,г/см3

211,0432

0,3

0,3252

365,2665

0,2646

100,5086

1,4946

246,2171

0,35

0,3331

0,2585

103,3972

1,4529

281,391

0,4

0,3421

0,2521

106,6587

1,4084

316,5648

0,45

0,352

0,2456

110,2157

1,363

351,7387

0,5

0,3625

0,2387

114,0423

1,3173

386,9126

0,55

0,3738

0,2317

118,1648

1,2713

422,0864

0,6

0,3862

0,2244

122,6636

1,2247

457,2603

0,65

0,3999

0,2168

127,674

1,1766

492,4342

0,7

0,4157

0,209

133,3879

1,1262

527,6081

0,75

0,4341

0,201

140,0556

1,0726

562,7819

0,8

0,4563

0,1927

147,9872

1,0151

597,9558

0,85

0,4883

0,1842

159,2515

0,9433

633,1297

0,9

0,5289

0,1754

173,4815

0,8659

654,234

0,93

0,5627

0,1701

185,211

0,8111

668,3035

0,95

0,5941

0,1664

196,0056

0,7664

682,3731

0,97

0,641

0,1628

211,9897

0,7086

689,4079

0,98

0,6771

0,1609

224,1926

0,6701

696,4426

0,99

0,7348

0,1591

243,5919

0,6167

1-Метилэтилметаноат

T, К

Tr

Vr(0)

Vsc

Г

Vs

ρs ,г/см3

155,9893

0,3

0,3252

276,6765

0,2646

82,8321

1,0637

181,9875

0,35

0,3331

276,6765

0,2585

85,0258

1,0362

207,9857

0,4

0,3421

276,6765

0,2521

87,5090

1,0068

233,9839

0,45

0,3520

276,6765

0,2456

90,2161

0,9766

259,9821

0,5

0,3625

276,6765

0,2387

93,1236

0,9461

285,9803

0,55

0,3738

276,6765

0,2317

96,2511

0,9154

311,9785

0,6

0,3862

276,6765

0,2244

99,6616

0,8841

337,9767

0,65

0,3999

276,6765

0,2168

103,4621

0,8516

363,975

0,7

0,4157

276,6765

0,2090

107,8038

0,8173

389,9732

0,75

0,4341

276,6765

0,2010

112,8834

0,7805

415,9714

0,8

0,4563

276,6765

0,1927

118,9433

0,7407

441,9696

0,85

0,4883

276,6765

0,1842

127,6322

0,6903

467,9678

0,9

0,5289

276,6765

0,1754

138,6327

0,6355

483,5667

0,93

0,5627