Расчеты и прогнозирование свойств 2-Метил-3,3-диэтилпентана, Циклобутана, о-Ксилол, 1,2-диметилбензола, 4-Метилпиридина

«Расчеты и прогнозирование свойств органических соединений» Выполнил: Руководитель: доцент, к. х. н. Самара 2008 г. Задание 1А 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-Метил-3,3-диэтилпентан Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок: Поправки на гош взаимодействие Вводим 8 поправок «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) 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 10 3,35 33,5 вклады в энтропию и теплоемкость для гош-поправок в литературе отсутствуют поправка на симм. σнар=1 σвнутр=729 -54,803 ΔHo -245.23 ΔSo 502,497 ΔСpo 235.9

Циклобутан Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок. Поправки на гош – взаимодействие отсутствуют. Поправка на внутреннюю симметрию отсутствуют. 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 СН2-(2С) 4 -20,64 -82,56 39,43 157,72 23,02 92,08 поправка на цикл 1 94,6 94,6 -116,74 -116,74

вклад в теплоемкость в литературе отсутствует ∑ 4 12,04 40,98 92,08 ΔHo 12,04 ΔSo 40,98 ΔСpo 92,08 о-Ксилол, 1,2-диметилбензол Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок. Поправка на симметрию: . Вводим орто-поправку «метил-метил». Из имеющихся в справочной таблице данных оптимально подходит поправка «неполярный/ 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) 2 -42,19 -84,38 127,29 254,58 13,56 27,12 Cb-C 2 23,06 46,12 -32,19 -64,38 11,18 22,36 Cb-H 4 13,81 55,24 48,26 193,04 17,16 68,64 ∑ 8 16,98 383,24 118,12 поправка на симм. – учитывается только для энтропии Σнар=1 σвнутр=9 -18,268

Поправка орто- (неполярный/ неполярный) 1 3,14 3,14 -6,74 -6,740 4,69 4,69 ΔHo 20.12 So 358.232 Сpo 122.81 4-Метилпиридин Из таблицы Бенсона возьмем парциальные вклады для и , вводим набор поправок. Поправка на симметрию: Поскольку в таблице нет специальных вкладов для атомов углерода пиридинового кольца, используем обычные вклады для атомов углерода бензольного кольца (Сb) 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 Nb pyrid 1 70,16 70,16 46,18 46,18 8,37 8,37 Cb-(C) 1 23,06 23,06 -32,19 -32,19 11,18 11,18 Cb-H 4 13,81 55,24 48,26 193,04 17,16 68,64 ∑ 7 106,27 334,32 101,75 поправка на симм. σнар=1 σвнутр=3 -9.134 ΔHo 106.27

So 325.186 Сpo 101.75 Задание №2 Для первого соединения рассчитать и 2-Метил-3,3-диэтилпентан 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 8,644 11,929 14,627 16,862 18,820 19,874 Н2 11 28,836 29,179 29,259 29,321 29,511 29,614 ∑ 403,636 440,259 468,119 491,151 512,824 , , , , , 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. 2-Метил-3,3-диэтилпентан Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа кол-во ΔT ΔP ΔV СН3- 5 0,1 1,135 275 СН- 1 0,012 0,21 51 С- 1 0 0,21 41

CH2 3 0,06 0,681 165 ∑ 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. ; 4-Метилпиридин Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа к-во СН3- 1 0,02 0,227 55 -CH= (цикл.) 4 0,044 0,616 148 >C= (цикл.) 1 0,011 0,154 36 =N-(ds) 1 0,007 0,13 13 Сумма 7 0,082 1,127 252 Критическая температура. Критическое давление. Критический объем. Ацентрический фактор. Циклобутан Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа кол-во ΔT ΔP ΔV -CH2-(цикл.) 4 0,052 0,736 178 Сумма 4 0,052 0,736 178 Критическая температура. Критическое давление. ; Критический объем. Ацентрический фактор. о-Ксилол, 1,2-диметилбензол Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема:

Группа кол-во ΔT ΔP ΔV CН3 2 0,04 0,454 110 -CH= (цикл.) 4 0,044 0,616 148 >C= (цикл.) 2 0,022 0,308 74 Сумма 8 0,106 1,378 332 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. 2-Метил-3,3-диэтилпентан Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа кол-во ΔT ΔP СН3- 5 0,0705 -0,006 СН- 1 0,0164 0,002 С- 1 0,0067 0,0043 CH2 3 0,0567 0 ∑ 10 0,1503 0,0003 Критическая температура. Критическое давление. ; Циклобутан

Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа к-во ΔT ΔP СН2 (цикл) 4 0,04 -0,0112 Сумма 4 0,04 -0,0112 Критическая температура. Критическое давление. ; о-Ксилол, 1,2-диметилбензол Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа кол-во ΔT ΔP CН3 2 0,0282 -0,0024 -

СН=(цикл) 4 0,0328 0,0044 -С=(цикл) 2 0,0286 0,0016 Сумма 8 0,0896 0,0036 Критическая температура. Критическое давление. ; 4-Метилпиридин Выпишем парциальные вклады для температуры, давления и объема: Группа кол-во ΔT ΔP СН3- 1 0,0141 -0,0012 -СН=(цикл) 4 0,0328 0,0044 -С=(цикл) 1 0,0143 0,0008 =N-(ds) 1 0,0085 0,0076

Сумма 7 0,0697 0,0116 Критическая температура. Критическое давление. ; Задание №4 Для первого соединения рассчитать , и . Определить фазовое состояние компонента. Энтальпия 2-Метил-3,3-диэтилпентан 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. Критические параметры вещества определяем методом

Лидерсена. ; 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. Критические параметры вещества определяем методом

Лидерсена. ; 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 параметры вещества определяем методом Лидерсена. ; R=8,314Дж/моль*К Находим приведенные температуру и давление:

Коэффициент сжимаемости найдем из разложения Питцера: путем интерполяции находим и . =0,6773; =-0,0280; 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. 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-Метил-3,3-диэтилпентан в промежутке температур от 298 до 475 К вычислим по формуле: В промежутке температур от 475 до 600 К вычислим по формуле: В промежутке температур от 298 до 600

К вычислим Г по формуле: Находим масштабирующий параметр: Полученные результаты сведем в таблицу: T, К Tr Vr(0) Vsc Г Vs ρs ,г/см3 187,2738 0,3 0,3252 328,7164 0,2646 95,8685 1.3312 218,4861 0,35 0,3331 328,7164 0,2585 109,5005 1,2994 249,6983 0,4 0,3421 328,7164 0,2521 112,4670 1,2651 280,9106 0,45 0,3520 328,7164 0,2456 115,6993 1,2298 312,1229 0,5 0,3625 328,7164 0,2387 119,1650 1,1940 343,3352 0,55 0,3738 328,7164 0,2317 122,8869 1,1579 374,5475 0,6 0,3862 328,7164 0,2244 126,9426 1,1209 405,7598 0,65 0,3999 328,7164 0,2168 131,4645 1,0823 436,9721 0,7 0,4157 328,7164 0,2090 136,6402 1,0413 468,1844 0,75 0,4341 328,7164 0,2010 142,7120 0,9970 499,3967 0,8 0,4563 328,7164 0,1927 149,9773 0,9487 530,609 0,85 0,4883 328,7164 0,1842 160,4985 0,8865 561,8213 0,9 0,5289 328,7164 0,1754 173,8487 0,8185 580,5486 0,93 0,5627 328,7164 0,1701 184,9601 0,7693 593,0336 0,95 0,5941 328,7164 0,1664 195,2829 0,7286 605,5185 0,97 0,6410 328,7164 0,1628 210,7108 0,6753 611,7609 0,98 0,6771 328,7164 0,1609 222,5759 0,6393 618,0034 0,99 0,7348 328,7164 0,1591 241,5476 0,5891