Расчеты и прогнозирование свойств 2,4 диметилбутана, триметилциклогексана, пропилизобутаноата, 2-метил-2-пентанола
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. Нестерова Т.Н.
Самара 2005 г.
Задание 24А
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.
2,4-Диметилбутан.
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок:
Поправки на гош взаимодействие
Вводим 2 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) |
4 |
-42, 19 |
-168,76 |
127,29 |
509,16 |
25,91 |
103,64 |
|
|
СН-(3С) |
2 |
-7,95 |
-15,9 |
-50,52 |
-101,04 |
19,00 |
38 |
|
|
СН2-(2С) |
1 |
-20,64 |
-20,64 |
39,43 |
39,43 |
23,02 |
23,02 |
|
|
? |
7 |
|
-205,3 |
|
447,55 |
|
164,66 |
|
|
гош-поправка |
2 |
3,35 |
6,7 |
|
|
|||
|
поправка на симм. |
?нар= |
2 |
?внутр= |
81 |
-42,298 |
|
|
|
|
-198,6 |
405,252 |
164,660 |
||||||
1-транс-3,5-триметилциклогексан.
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок:
Поправки на гош - взаимодействие отсутствуют.
Вводим поправку на циклогексановый цикл для энтропии и теплоемкости.
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 |
|
|
СН-(3С) |
3 |
-7,95 |
-23,85 |
-50,52 |
-151,56 |
19,00 |
57 |
|
|
СН2-(2С) |
3 |
-20,64 |
-61,92 |
39,43 |
118,29 |
23,02 |
69,06 |
|
|
? |
9 |
|
-212,34 |
|
348,6 |
|
179,51 |
|
|
поправка на цикл |
1 |
0 |
0 |
78,69 |
78,69 |
-24,28 |
-24,28 |
|
|
поправка на симм. |
?нар= |
1 |
?внутр= |
27 |
-27,402 |
|
|
|
|
-212,34 |
399,888 |
179,510 |
||||||
Пропилизобутаноат
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок.
Поправки на гош - взаимодействие отсутствуют.
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 |
|
|
СН2-(С, СО) |
1 |
-21,77 |
-21,77 |
40,18 |
40,18 |
25,95 |
25,95 |
|
|
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 |
|
|
СН-(2С, СО) |
1 |
-7,12 |
-7,12 |
-50,23 |
-50,23 |
18,960 |
37,92 |
|
|
? |
8 |
-516,64 |
467,96 |
199,11 |
||||
|
поправка на симм. |
?нар= |
1 |
?внутр= |
27 |
-27,402 |
|||
|
-516,64 |
440,558 |
199,110 |
||||||
2-метил-2-пентанол
Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок.
Поправки на гош - взаимодействие:
Введем 2 поправки "алкил-алкил".
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) |
2 |
-20,64 |
-41,28 |
39,43 |
78,86 |
23,02 |
46,04 |
|
|
С-(3С, О) |
1 |
-27,63 |
-27,63 |
-140,48 |
-140,48 |
18,12 |
18,12 |
|
|
ОН-(С) |
1 |
-158,56 |
-158,56 |
121,68 |
121,68 |
18,12 |
18,12 |
|
|
? |
7 |
-354,04 |
441,93 |
160,01 |
||||
|
гош-поправка |
2 |
3,35 |
6,7 |
|||||
|
поправка на симм. |
?нар= |
1 |
?внутр= |
27 |
-27,402 |
|||
|
-347,34 |
414,528 |
160,010 |
||||||
Задание №2
Для первого соединения рассчитать и
2,4-Диметилбутан
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) |
4 |
25,910 |
32,820 |
39,950 |
45,170 |
51,235 |
54,5 |
|
|
СН-(3С) |
2 |
19,000 |
25,120 |
30,010 |
33,700 |
37,126 |
38,97 |
|
|
СН2-(2С) |
1 |
23,02 |
29,09 |
34,53 |
39,14 |
43,820 |
46,34 |
|
|
? |
7 |
164,660 |
210,610 |
254,350 |
287,220 |
323,009 |
|
|
|
С |
7 |
8,644 |
11,929 |
14,627 |
16,862 |
18,820 |
19,874 |
|
|
Н2 |
8 |
28,836 |
29,179 |
29,259 |
29,321 |
29,511 |
29,614 |
|
|
? |
291, 196 |
316,935 |
336,461 |
352,602 |
367,830 |
|||
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) |
4 |
25,910 |
32,820 |
39,950 |
45,170 |
51,235 |
54,5 |
|
|
СН-(3С) |
2 |
19,000 |
25,120 |
30,010 |
33,700 |
37,126 |
38,97 |
|
|
СН2-(2С) |
1 |
23,02 |
29,09 |
34,53 |
39,14 |
43,820 |
46,34 |
|
|
? |
7 |
164,660 |
210,610 |
254,350 |
287,220 |
323,009 |
|
|
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.
2,4-Диметилбутан
Для 2,4-диметилбутана выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
Группа |
кол-во |
?T |
?P |
?V |
|
|
CН3 |
4 |
0,08 |
0,908 |
220 |
|
|
Cp |
1 |
0,02 |
0,227 |
55 |
|
|
CH |
2 |
0,024 |
0,42 |
102 |
|
|
Сумма |
0,124 |
1,555 |
377 |
||
Критическая температура.
Для 2,4-диметилбутана
Критическое давление.
Для 2,4-диметилбутана .
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Для 2,4-диметилбутана:
;
1-транс-3,5-триметилциклогексан
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
Группа |
к-во |
||||
|
-СH3 |
3 |
0,06 |
0,681 |
165 |
|
|
(Cp) цикл |
3 |
0,026 |
0,184*3 |
44,5*3 |
|
|
(CH) цикл |
3 |
0,024 |
0, 192*3 |
46*3 |
|
|
Сумма |
9 |
0,11 |
1,809 |
436,5 |
|
Критическая температура.
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана
Критическое давление.
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана:
Пропилизобутаноат
Для пропилизобутаноата выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
Группа |
к-во |
||||
|
-СH3 |
3 |
0,06 |
0,681 |
165 |
|
|
-C00-(сл. эфиры) |
1 |
0,047 |
0,47 |
80 |
|
|
-CН< |
1 |
0,012 |
0,21 |
51 |
|
|
- СН2 - |
2 |
0,04 |
0,454 |
110 |
|
|
Сумма |
6 |
0,159 |
1,815 |
406 |
|
Критическая температура.
Для пропилизобутаноата
Критическое давление.
Для пропилизобутаноата ;
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Для пропилизобутаноата:
2-метил-2-пентанол.
Для 2-метил-2-пентанола выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
Группа |
к-во |
||||
|
- |
3 |
0,06 |
0,681 |
165 |
|
|
-- |
2 |
0,04 |
0,454 |
110 |
|
|
1 |
0 |
0,21 |
41 |
||
|
(спирты) |
1 |
0,082 |
0,06 |
18 |
|
|
9 |
0,182 |
1,405 |
334 |
||
Критическая температура.
Для 2-метил-2-пентанола
Критическое давление.
Для 2-метил-2-пентанола
Критический объем.
Ацентрический фактор.
Для 2-метил-2-пентанола:
.
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.
2,4-Диметилбутан
Для 2,4-диметилбутана выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
Группа |
кол-во |
tck |
pck |
|
|
CН3 |
4 |
0,0141*4 |
-0,0012*4 |
|
|
Cp |
1 |
0,0189 |
0 |
|
|
CH |
2 |
0,0164*2 |
0,002*2 |
|
|
Сумма |
7 |
0,1081 |
-0,0008 |
|
Критическая температура.
Для 2,4-диметилбутана
Критическое давление.
Для 2,4-диметилбутана ;
1-транс-3,5-триметилциклогексан
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
Группа |
к-во |
tck |
pck |
|
|
-СH3 |
3 |
0,0141*3 |
-0,0012*3 |
|
|
(Cp) цикл |
3 |
0,01*3 |
0,0025 |
|
Продолжение.
|
(CH) цикл |
3 |
0,0122*3 |
0,0004*3 |
|
|
Сумма |
9 |
0,1089 |
0,0001 |
|
Критическая температура.
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана
Критическое давление.
Для 1-транс-3,5-триметилциклогексана ;
Пропилизобутаноат
Для пропилизобутаноата выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
-СH3 |
3 |
0,0141*3 |
-0,0012*3 |
|
|
-C00-(сл. эфиры) |
1 |
0,0481 |
0,0005 |
|
|
-CН< |
1 |
0,0164 |
0,002 |
|
|
- СН2 - |
2 |
0,0189*2 |
0 |
|
|
Сумма |
6 |
0,1446 |
-0,0011 |
|
Критическая температура.
Для пропилизобутаноата
Критическое давление.
Для пропилизобутаноата ;
2-метил-2-пентанол
Для 2-метил-2-пентанола выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
|
- |
3 |
0,0423 |
-0,0036 |
|
|
-- |
2 |
0,0189*2 |
0 |
|
|
1 |
0,0067 |
0,0043 |
||
|
(спирты) |
1 |
0,0741 |
0,0112 |
|
|
1 |
0,1609 |
0,0119 |
||
Критическая температура.
Для 2-метил-2-пентанола
Критическое давление.
Для 2-метил-2-пентанола ;
Задание №4
Для первого соединения рассчитать , и . Определить фазовое состояние компонента.
Энтальпия
2,2,3-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-Кеслера и разложения Питцера интерполяцией находим изотермическое изменение энтальпии.
Для 2,4-диметилбутана
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-Кеслера и разложения Питцера интерполяцией находим изотермическое изменение энтропии.
для 2,4-диметилбутана
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.
для 2,4-диметилбутана 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 2,4-диметилбутана 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.
Коэффициент сжимаемости найдем из разложения Питцера:
путем интерполяции находим и.
=0,7364;
=0,2206;
Из уравнения Менделеева-Клайперона ,
где P-давление; V-объем; Z - коэффициент сжимаемости; R-универсальная газовая постоянная (R=82.04); T-температура;
выразим объем:
для 2,4-диметилбутана М=100,21 г/моль.
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.
2,2,3-Триметилпентан.
Для 2,2,3-Триметилпентана в промежутке температур от 298 до 448 К
вычислим по формуле:
Для 298К
Для 323К
Для остального промежутка
|
T |
||
|
298 |
0,369276 |
|
|
323 |
0,379811 |
|
|
348 |
0,391288 |
|
|
373 |
0,404046 |
|
|
398 |
0,418523 |
|
|
423 |
0,435265 |
|
|
448 |
0,454923 |
|
Для 2,2,3-Триметилпентана в промежутке температур от 473 до 561,8 К
вычислим по формуле:
для 473К
Для остального промежутка:
|
T |
Tr |
|
|
473 |
0,84173746 |
|
|
498 |
0,88622676 |
|
|
523 |
0,93071605 |
|
|
548 |
0,97520535 |
|
|
561,8 |
0,99976344 |
|
В промежутке температур от 298 до 561,8 К вычислимь Г по формуле:
Для 298К
Для остального промежутка:
|
T |
Г |
|
|
298 |
0,234486 |
|
|
323 |
0,2280814 |
|
|
348 |
0,221485 |
|
|
373 |
0,214697 |
|
|
398 |
0, 2077173 |
|
|
423 |
0, 200546 |
|
|
448 |
0, 1931829 |
|
|
473 |
0,1856282 |
|
|
498 |
0,1778818 |
|
|
523 |
0,1699438 |
|
|
548 |
0,161814 |
|
|
561,8 |
0,1572443 |
|
Находим масштабирующий параметр:
Для 298К
для остального интервала:
|
Vs |
?s |
|
|
16,830963 |
6,77323086 |
|
|
17,344784 |
6,57258103 |
|
|
17,904674 |
6,36705251 |
|
|
18,526386 |
6,15338566 |
|
|
19,230633 |
5,92804191 |
|
|
20,043147 |
5,68772969 |
|
|
20,994743 |
5,42993083 |
|
|
22,121391 |
5,15338292 |
|
|
23,46429 |
4,85844658 |
|
|
25,069941 |
4,5472783 |
|
|
26,990234 |
4,22375001 |
|
|
28, 205688 |
4,04173795 |
|
н-Пропилциклогексан.
|
T |
Tr |
Г |
Vr(o) |
Vsc |
Vs |
?s |
|
|
298 |
0,4917561 |
0,2398815 |
0,360743 |
56,32059 |
18,281687 |
6,89214287 |
|
|
323 |
0,5330109 |
0,234103 |
0,369909 |
18,796486 |
6,70338066 |
||
|
348 |
0,5742656 |
0,2281597 |
0,379696 |
19,346878 |
6,51267878 |
||
|
373 |
0,6155203 |
0,2220515 |
0,39029 |
19,94276 |
6,31808245 |
||
|
398 |
0,656775 |
0,2157786 |
0,401955 |
20,598123 |
6,11706232 |
||
|
423 |
0,6980297 |
0, 2093408 |
0,415032 |
21,331117 |
5,90686362 |
||
|
448 |
0,7392844 |
0, 2027382 |
0,429941 |
22,164124 |
5,68486264 |
||
|
473 |
0,7805391 |
0, 1959708 |
0,447176 |
23,123829 |
5,44892465 |
||
|
498 |
0,8217938 |
0,1890385 |
0,467312 |
24,241301 |
5, 19774075 |
||
|
523 |
0,8630485 |
0,1819415 |
0,491001 |
25,552081 |
4,93110531 |
||
|
548 |
0,9043033 |
0,1746796 |
0,51897 |
27,096261 |
4,65008805 |
||
|
573 |
0,945558 |
0,1672529 |
0,552026 |
28,918588 |
4,35705924 |
Не сдавайте скачанную работу преподавателю!