Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений 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: Самара 2008 г. Задание 19А 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. 3,4,4-Триметилгептан Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок: поправки на гош взаимодействие R = C 6 H 13 R 1 = C 2 H 5 , R 2 = C 3 H 7 Вводим 7 поправок «алкил-алкил» Поправка на симметрию: , Поправка на смешение конформеров: 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-поправка 7 3.35 23.45 для вкладов в энтропию и теплоемкость для данной поправки в справочке не приведены значения поправка на симм. σнар =1 σвнутр =243 -45.669 попр. на смешение N= 1 5.76 ΔHo -255.28 ΔSo 517.391 ΔСpo 235.9 Рассчитаем для этого соединения энтальпию и энтропию образования методом Татевского по связям по первому уровню приближения. Кол-во вкладов Парц. вклад, кДж/моль Вклад в энтальпию кДж/моль Парц. вклад, Дж/К*моль Вклад в энтропию Дж/К*моль (С1 -С2 )1 2 -52,581 -105,162 147,74 295,48 (С1 -С3 )1 1 -45,286 -45,286 111,08 111,08 (С1 -С4 )1 2 -41,286 -82,572 92,46 184,92 (С2 -С3 )1 2 -10,686 -21,372 0,41 0,82 (С3 -С4 )1 2 13,362 26,724 -63,04 -126,08 ∑ 9 -227,668 466,22 ΔHo -227,668 ΔSo 466,220 Циклогексан Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок: Поправки на гош – взаимодействие отсутствуют. Вводим поправку на циклогексановый цикл. 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 СН2 -(2С) 6 -20.64 -123.84 39.43 236.58 23.02 138.12 поправка на цикл 1 78.69 78.69 -24.28 -24.28 ∑ 6 -123.84 315.27 113.84 ΔHo -123.84 So 315.270 Сpo 113.840 Рассчитаем для этого соединения энтальпию и энтропию образования методом Татевского по связям по первому уровню приближения. Кол-во вкладов Парц. вклад, кДж/моль Вклад в энтальпиюкДж/моль Парц. вклад, Дж/К*моль Вклад в энтропию Дж/К*моль (С2 -С2 )1 6 -20,628 -123,768 39,03 234,18 ∑ 6 -123,768 234,18 поправка на цикл 76,89 ΔHo -123,768 ΔSo 311,070 Этилнонаноат Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок. Поправки на гош – взаимодействие: Вводим 1 поправку «алкил-алкил». 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) 2 -42.19 -84.38 127.29 254.58 25.91 51.82 О-(С,С0) 1 -180.41 -180.41 35.12 35.12 11.64 11.64 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 СН2 -(2С) 6 -20.64 -123.84 39.43 236.58 23.02 138.12 СН2 -(С,СО) 1 -21.77 -21.77 40.18 40.18 25.95 25.95 ∑ 12 -591.17 627.48 273.4 поправка на симм. σнар =1 σвнутр =9 -18.268 ΔHo -591.17 So 609.212 Сpo 273.400 орто-Толуидин Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок. Поправка на симметрию: Введем поправку на орто-взаимодействие типа «полярный/неполярный» 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 NН2 -(Сb ) 1 20.09 20.09 124.36 124.36 15.03 15.03 Cb -C 1 23.06 23.06 -32.19 -32.19 11.18 11.18 Cb -N 1 -2.09 -2.09 40.56 40.56 18.42 18.42 Cb -H 4 13.81 55.24 48.26 193.04 17.16 68.64 ∑ 8 54.11 453.06 126.83 орто-поправка 1 1.42 поправка на симм. σнар =1 σвнутр =3 -9.134 ΔHo 55.53 So 443.926 Сpo 126.830 Рассчитаем для этого соединения энтальпию и энтропию образования методом Татевского по связям по второму уровню приближения. Кол-во вкладов Парц. вклад, кДж/моль Вклад в энтальпию кДж/моль (Cb-H)1 4 13,877 55,508 Cb-NH2 1 18,42 18,42 (Cb-C1 )1 1 -19,121 -19,121 ∑ 6 54,807 ΔHo 54,807 Задание №2 Для первого соединения рассчитать и 3,4,4-Триметилгептан 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) 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 С 10 28.836 29.179 29.259 29.321 29.511 29.614 Н2 11 403.636 440.259 468.119 491.151 512.824 ∑ 28.836 29.179 29.259 29.321 29.511 29.614 , 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. 3,4,4-Триметилгептан Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа кол-во ΔT ΔP ΔV СН3 -(С) 5 0.1 1.135 275 СН2 -(2С) 3 0.06 0.681 165 СН-(3С) 1 0.012 0.21 51 С-(4С) 1 0 0.21 41 ∑ 10 0.172 2.236 532 Критическая температура. Критическое давление. . Критический объем. Ацентрический фактор. Поскольку для вещества отсутствуют экспериментальные значения критических параметров, используем параметры, полученные методом Лидерсена. ; Циклогексан Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа к-во (CH2 )цикл 6 0.078 1.104 267 Сумма 6 0.078 1.104 267 Критическая температура. Критическое давление. Критический объем. Ацентрический фактор. Этилнонаноат Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:       Группа кол-во Δ T Δ P Δ V CН3 2 0.04 0.454 110 CH2 8 0.16 1.816 440