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
|
|
|
|
CН3
|
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
|
NН2
-
|
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
|
CН3
|
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
|
NН2
-
|
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
|
|