«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): 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-попр. 5 3.35 16.75 Попр. на симм. σнар=1 σвнутр=243 -45,669
Попр. на см. конф. 1 5,76 ΔHo -261,98 ΔSo 517,391 ΔСpo 235,900 Камфан, борнан, 1,7,7-Триметилбицикло-[2,2,1]гептан 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,
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: Группа кол-во ΔT ΔP ΔV
CН3 5 0.1 1.135 275 CH2 3 0.06 0.681 165 CH 1 0.012 0.21 51 C 1 0 0.21 41 Сумма 10 0.172 2.236 532 Критическая температура. Критическое давление. Критический объем. Ацентрический фактор. ; Камфан, борнан, 1,7,7-Триметилбицикло-[2,2,1]гептан Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:
Группа к-во CН3 3 0,06 0,681 165 (C)цикл 2 -0,014 0,308 62 (CH2)цикл 4 0,052 0,736 178 (CH)цикл 1 0,012 0,192 46 Сумма 10 0,11 1,917 451 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: 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
1,7,7-Триметилбицикло-[2,2,1]гептан 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
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: путем интерполяции находим и . =0,6884; =0,0127; 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.