Главная      Учебники - Разные     Лекции (разные) - часть 31

 

Поиск            

 

Расчеты и прогнозирование свойств 2,4 диметилбутана, триметилциклогексана, пропилизобутаноата, 2-метил-2-пентанола

 

             

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.

σнар=

2

σвнутр=

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.

σнар=

1

σвнутр=

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.

σнар=

1

σвнутр=

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.

σнар=

1

σвнутр=

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

ΔT

ΔP

ΔV

CН3

4

0,08

0,908

220

CH2

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

(CH2) 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

CH2

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

(CH2) 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

ρs

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