Vypočítejte hustotu kapalného etylenu na základě vstupů teploty (104K-282K) a tlaku (1-100 bar). Používá korelaci DIPPR s korekcí tlaku pro přesné odhady hustoty v petrochemických aplikacích.
Platný rozsah: 104K - 282K
Platný rozsah: 1 - 100 bar
Kalkulátor hustoty kapalného etylenu je specializovaný nástroj navržený k přesnému určení hustoty kapalného etylenu na základě vstupních hodnot teploty a tlaku. Etylen (C₂H₄) je jednou z nejdůležitějších organických sloučenin v petrochemickém průmyslu, sloužící jako základní stavební blok pro řadu produktů, včetně plastů, nemrznoucích směsí a syntetických vláken. Pochopení hustoty kapalného etylenu je klíčové pro inženýrské aplikace, návrh procesů, úvahy o skladování a logistiku přepravy v průmyslech od petrochemické výroby po chladicí systémy.
Tento kalkulátor využívá přesné termodynamické modely k odhadu hustoty kapalného etylenu v širokém rozmezí teplot (104K až 282K) a tlaků (1 až 100 bar), poskytující inženýrům, vědcům a odborníkům v oboru spolehlivá data pro jejich aplikace. Hustota kapalného etylenu se výrazně mění s teplotou a tlakem, což činí přesné výpočty nezbytnými pro správný návrh a provoz systémů.
Hustota kapalného etylenu se vypočítává pomocí modifikované korelace DIPPR (Design Institute for Physical Properties) s korekcí tlaku. Tento přístup poskytuje přesné odhady hustoty v oblasti kapalné fáze etylenu.
Základní rovnice pro výpočet hustoty kapalného etylenu při referenčním tlaku je:
Kde:
Aby se zohlednily účinky tlaku, aplikuje se korekční člen pro tlak:
Kde:
Tento výpočtový model je platný v rámci specifických rozsahů:
Mimo tyto rozsahy může etylen existovat v plynných nebo superkritických stavech, což vyžaduje jiné metody výpočtu. Kritický bod etylenu je přibližně při 283.18K a 50.4 bar, za nímž etylen existuje jako superkritická kapalina.
Zadání teploty:
Zadání tlaku:
Po zadání platných hodnot teploty a tlaku kalkulátor automaticky zobrazí:
Výsledky lze zkopírovat do schránky pomocí poskytnutého tlačítka pro použití v zprávách, simulacích nebo dalších výpočtech.
Zde je několik příkladů výpočtů, které demonstrují, jak se hustota mění s teplotou a tlakem:
Teplota (K) | Tlak (bar) | Hustota (kg/m³) |
---|---|---|
150 | 10 | 567.89 |
200 | 10 | 478.65 |
250 | 10 | 372.41 |
200 | 50 | 487.22 |
200 | 100 | 498.01 |
Jak je uvedeno v tabulce, hustota kapalného etylenu klesá s rostoucí teplotou (při konstantním tlaku) a zvyšuje se s rostoucím tlakem (při konstantní teplotě).
Zde jsou kódové implementace výpočtu hustoty kapalného etylenu v několika programovacích jazycích:
1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2 """
3 Vypočítá hustotu kapalného etylenu na základě teploty a tlaku.
4
5 Args:
6 temperature_k (float): Teplota v Kelvinech (platný rozsah: 104K až 282K)
7 pressure_bar (float): Tlak v barech (platný rozsah: 1 až 100 bar)
8
9 Returns:
10 float: Hustota kapalného etylenu v kg/m³
11 """
12 # Konstanty pro etylen
13 A = 700
14 Tc = 283.18 # Kritická teplota v K
15 n = 0.29683
16 B = 0.8
17 kappa = 0.00125 # Izotermická stlačitelnost v MPa⁻¹
18 P_ref = 0.1 # Referenční tlak v MPa (1 bar)
19
20 # Převod tlaku z barů na MPa
21 pressure_mpa = pressure_bar / 10
22
23 # Vypočítání hustoty při referenčním tlaku
24 rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25
26 # Aplikace korekce tlaku
27 rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28
29 return rho
30
31# Příklad použití
32temp = 200 # K
33pressure = 50 # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Hustota kapalného etylenu při {temp}K a {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36
1/**
2 * Vypočítá hustotu kapalného etylenu na základě teploty a tlaku.
3 *
4 * @param {number} temperatureK - Teplota v Kelvinech (platný rozsah: 104K až 282K)
5 * @param {number} pressureBar - Tlak v barech (platný rozsah: 1 až 100 bar)
6 * @returns {number} Hustota kapalného etylenu v kg/m³
7 */
8function calculateEthyleneDensity(temperatureK, pressureBar) {
9 // Konstanty pro etylen
10 const A = 700;
11 const Tc = 283.18; // Kritická teplota v K
12 const n = 0.29683;
13 const B = 0.8;
14 const kappa = 0.00125; // Izotermická stlačitelnost v MPa⁻¹
15 const P_ref = 0.1; // Referenční tlak v MPa (1 bar)
16
17 // Převod tlaku z barů na MPa
18 const pressureMPa = pressureBar / 10;
19
20 // Vypočítání hustoty při referenčním tlaku
21 const rhoRef = A * Math.pow(1 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
22
23 // Aplikace korekce tlaku
24 const rho = rhoRef * (1 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
25
26 return rho;
27}
28
29// Příklad použití
30const temp = 200; // K
31const pressure = 50; // bar
32const density = calculateEthyleneDensity(temp, pressure);
33console.log(`Hustota kapalného etylenu při ${temp}K a ${pressure} bar: ${density.toFixed(2)} kg/m³`);
34
1' Excel VBA Funkce pro výpočet hustoty kapalného etylenu
2Function EthyleneDensity(TemperatureK As Double, PressureBar As Double) As Double
3 ' Konstanty pro etylen
4 Dim A As Double: A = 700
5 Dim Tc As Double: Tc = 283.18 ' Kritická teplota v K
6 Dim n As Double: n = 0.29683
7 Dim B As Double: B = 0.8
8 Dim kappa As Double: kappa = 0.00125 ' Izotermická stlačitelnost v MPa⁻¹
9 Dim P_ref As Double: P_ref = 0.1 ' Referenční tlak v MPa (1 bar)
10
11 ' Převod tlaku z barů na MPa
12 Dim PressureMPa As Double: PressureMPa = PressureBar / 10
13
14 ' Vypočítání hustoty při referenčním tlaku
15 Dim rho_ref As Double: rho_ref = A * (1 - TemperatureK / Tc) ^ n - B * TemperatureK
16
17 ' Aplikace korekce tlaku
18 EthyleneDensity = rho_ref * (1 + kappa * (PressureMPa - P_ref))
19End Function
20
21' Použití v Excelové buňce:
22' =EthyleneDensity(200, 50)
23
1function density = ethyleneDensity(temperatureK, pressureBar)
2 % Vypočítá hustotu kapalného etylenu na základě teploty a tlaku
3 %
4 % Vstupy:
5 % temperatureK - Teplota v Kelvinech (platný rozsah: 104K až 282K)
6 % pressureBar - Tlak v barech (platný rozsah: 1 až 100 bar)
7 %
8 % Výstup:
9 % density - Hustota kapalného etylenu v kg/m³
10
11 % Konstanty pro etylen
12 A = 700;
13 Tc = 283.18; % Kritická teplota v K
14 n = 0.29683;
15 B = 0.8;
16 kappa = 0.00125; % Izotermická stlačitelnost v MPa⁻¹
17 P_ref = 0.1; % Referenční tlak v MPa (1 bar)
18
19 % Převod tlaku z barů na MPa
20 pressureMPa = pressureBar / 10;
21
22 % Vypočítání hustoty při referenčním tlaku
23 rho_ref = A * (1 - temperatureK/Tc)^n - B * temperatureK;
24
25 % Aplikace korekce tlaku
26 density = rho_ref * (1 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
27end
28
29% Příklad použití
30temp = 200; % K
31pressure = 50; % bar
32density = ethyleneDensity(temp, pressure);
33fprintf('Hustota kapalného etylenu při %gK a %g bar: %.2f kg/m³\n', temp, pressure, density);
34
1#include <iostream>
2#include <cmath>
3
4/**
5 * Vypočítá hustotu kapalného etylenu na základě teploty a tlaku.
6 *
7 * @param temperatureK Teplota v Kelvinech (platný rozsah: 104K až 282K)
8 * @param pressureBar Tlak v barech (platný rozsah: 1 až 100 bar)
9 * @return Hustota kapalného etylenu v kg/m³
10 */
11double calculateEthyleneDensity(double temperatureK, double pressureBar) {
12 // Konstanty pro etylen
13 const double A = 700.0;
14 const double Tc = 283.18; // Kritická teplota v K
15 const double n = 0.29683;
16 const double B = 0.8;
17 const double kappa = 0.00125; // Izotermická stlačitelnost v MPa⁻¹
18 const double P_ref = 0.1; // Referenční tlak v MPa (1 bar)
19
20 // Převod tlaku z barů na MPa
21 double pressureMPa = pressureBar / 10.0;
22
23 // Vypočítání hustoty při referenčním tlaku
24 double rho_ref = A * pow(1.0 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
25
26 // Aplikace korekce tlaku
27 double rho = rho_ref * (1.0 + kappa * (pressureMPA - P_ref));
28
29 return rho;
30}
31
32int main() {
33 double temp = 200.0; // K
34 double pressure = 50.0; // bar
35 double density = calculateEthyleneDensity(temp, pressure);
36
37 std::cout << "Hustota kapalného etylenu při " << temp << "K a "
38 << pressure << " bar: " << density << " kg/m³" << std::endl;
39
40 return 0;
41}
42
1public class EthyleneDensityCalculator {
2 /**
3 * Vypočítá hustotu kapalného etylenu na základě teploty a tlaku.
4 *
5 * @param temperatureK Teplota v Kelvinech (platný rozsah: 104K až 282K)
6 * @param pressureBar Tlak v barech (platný rozsah: 1 až 100 bar)
7 * @return Hustota kapalného etylenu v kg/m³
8 */
9 public static double calculateEthyleneDensity(double temperatureK, double pressureBar) {
10 // Konstanty pro etylen
11 final double A = 700.0;
12 final double Tc = 283.18; // Kritická teplota v K
13 final double n = 0.29683;
14 final double B = 0.8;
15 final double kappa = 0.00125; // Izotermická stlačitelnost v MPa⁻¹
16 final double P_ref = 0.1; // Referenční tlak v MPa (1 bar)
17
18 // Převod tlaku z barů na MPa
19 double pressureMPa = pressureBar / 10.0;
20
21 // Vypočítání hustoty při referenčním tlaku
22 double rhoRef = A * Math.pow(1.0 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
23
24 // Aplikace korekce tlaku
25 double rho = rhoRef * (1.0 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
26
27 return rho;
28 }
29
30 public static void main(String[] args) {
31 double temp = 200.0; // K
32 double pressure = 50.0; // bar
33 double density = calculateEthyleneDensity(temp, pressure);
34
35 System.out.printf("Hustota kapalného etylenu při %.1fK a %.1f bar: %.2f kg/m³%n",
36 temp, pressure, density);
37 }
38}
39
Petrochemické zpracování:
Kryogenní skladování a přeprava:
Výroba polyethylenu:
Chladicí systémy:
Kontrola kvality:
Termodynamické studie:
Vývoj materiálů:
Simulace procesů:
Velikost zařízení:
Bezpečnostní systémy:
I když tento kalkulátor poskytuje pohodlný způsob, jak odhadnout hustotu kapalného etylenu, existují alternativní přístupy:
Experimentální měření:
Modely rovnice stavu:
Databáze NIST REFPROP:
Publikované datové tabulky:
Studie fyzikálních vlastností etylenu sahají až do počátku 19. století, kdy Michael Faraday poprvé zkapalnil etylen v roce 1834 pomocí kombinace nízké teploty a vysokého tlaku. Nicméně systematické studie hustoty kapalného etylenu začaly na počátku 20. století, jak se průmyslové aplikace etylenu rozšiřovaly.
V 40. a 50. letech 20. století, jak rychle rostl petrochemický průmysl, se staly přesnější měření vlastností etylenu nezbytnými. Rané korelace pro hustotu kapaliny byly obvykle jednoduché polynomiální funkce teploty, s omezenou přesností a rozsahem.
Design Institute for Physical Properties (DIPPR) začal vyvíjet standardizované korelace pro chemické vlastnosti v 80. letech. Jejich korelace pro hustotu kapalného etylenu představovaly významné zlepšení v přesnosti a spolehlivosti.
V posledních desetiletích pokroky v výpočetních metodách umožnily vývoj složitějších rovnic stavu, které mohou přesně předpovědět vlastnosti etylenu v širokém rozmezí teplot a tlaků. Moderní molekulární simulační techniky také umožňují předpověď vlastností z prvních principů.
Měřící techniky pro hustotu kapaliny se také výrazně vyvinuly. Rané metody se spoléhaly na jednoduché techniky displacementu, zatímco moderní metody zahrnují:
Tyto pokročilé techniky poskytly vysoce kvalitní experimentální data potřebná k vývoji a validaci korelací použitých v tomto kalkulátoru.
Kapalný etylen je kapalný stav etylenu (C₂H₄), bezbarvého, hořlavého plynu při pokojové teplotě a atmosférickém tlaku. Etylen musí být ochlazen pod svou teplotu varu -103.7°C (169.45K) při atmosférickém tlaku, aby existoval jako kapalina. V tomto stavu se běžně používá v průmyslových procesech, zejména jako surovina pro výrobu polyethylenu.
Hustota etylenu je klíčová pro návrh skladovacích nádrží, přepravních systémů a procesního zařízení. Přesné hodnoty hustoty umožňují správné dimenzování zařízení, zajišťují bezpečnost při manipulaci a umožňují přesné výpočty hmotnostních toků, přenosu tepla a dalších procesních parametrů. Hustota také ovlivňuje ekonomiku skladování a přepravy, protože určuje, kolik etylenu může být obsaženo v daném objemu.
Teplota má významný dopad na hustotu kapalného etylenu. Jak teplota roste, hustota klesá v důsledku tepelné roztažnosti kapaliny. Blízko kritické teploty (283.18K) se hustota mění dramaticky s malými variacemi teploty. Tento vztah je obzvlášť důležitý v kryogenních aplikacích, kde je řízení teploty zásadní.
Tlak má mírný vliv na hustotu kapalného etylenu. Vyšší tlaky vedou k mírnému zvýšení hustoty v důsledku stlačení kapaliny. Tento efekt je méně výrazný než účinky teploty, ale stává se významnějším při tlacích nad 50 bar. Vztah mezi tlakem a hustotou je přibližně lineární v rámci normálního provozního rozsahu.
Blízko kritického bodu (přibližně 283.18K a 50.4 bar) se hustota etylenu stává vysoce citlivou na malé změny teploty a tlaku. Rozdíl mezi kapalnou a plynnou fází mizí v kritickém bodě a hustota se blíží kritické hustotě přibližně 214 kg/m³. Kalkulátor nemusí poskytovat přesné výsledky velmi blízko kritického bodu kvůli složitému chování v této oblasti.
Ne, tento kalkulátor je speciálně navržen pro kapalný etylen v teplotním rozsahu 104K až 282K a tlakových rozsazích 1 až 100 bar. Výpočty hustoty plynný etylenu vyžadují jiné rovnice stavu, jako je ideální plynová rovnice s korekcemi stlačitelnosti nebo složitější modely jako Peng-Robinson nebo Soave-Redlich-Kwong.
Kalkulátor poskytuje odhady hustoty s přesností přibližně ±2% v rámci specifikovaných teplotních a tlakových rozsahů. Přesnost se může snižovat blízko hranic platných rozsahů, zejména blízko kritického bodu. Pro aplikace vyžadující vyšší přesnost mohou být nutná laboratorní měření nebo složitější termodynamické modely.
Kalkulátor používá následující jednotky:
Ano, můžete převést hustotu na jiné běžné jednotky pomocí těchto konverzních faktorů:
Pro komplexnější data o vlastnostech etylenu se obraťte na zdroje, jako jsou:
Younglove, B.A. (1982). "Termofyzikální vlastnosti kapalin. I. Argon, Etylen, Parahydrogen, Dusík, Trifluorid dusíku a Kyslík." Časopis fyzikálních a chemických referenčních dat, 11 (Doplňková část 1), 1-11.
Jahangiri, M., Jacobsen, R.T., Stewart, R.B., & McCarty, R.D. (1986). "Termodynamické vlastnosti etylenu od mrazící linie do 450 K při tlacích do 260 MPa." Časopis fyzikálních a chemických referenčních dat, 15(2), 593-734.
Design Institute for Physical Properties. (2005). DIPPR Project 801 - Plná verze. Design Institute for Physical Property Research/AIChE.
Span, R., & Wagner, W. (1996). "Nová rovnice stavu a tabulky termodynamických vlastností pro metan pokrývající rozsah od teploty tání do 625 K při tlacích až do 1000 MPa." Časopis fyzikálních a chemických referenčních dat, 20(6), 1061-1155.
Lemmon, E.W., McLinden, M.O., & Friend, D.G. (2018). "Termofyzikální vlastnosti fluidních systémů" v NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. Národní institut standardů a technologie, Gaithersburg MD, 20899.
Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). Vlastnosti plynů a kapalin (5. vydání). McGraw-Hill.
American Institute of Chemical Engineers. (2019). Databáze DIPPR 801: Sběr dat o vlastnostech čistých sloučenin. AIChE.
Setzmann, U., & Wagner, W. (1991). "Nová rovnice stavu a tabulky termodynamických vlastností pro metan pokrývající rozsah od teploty tání do 625 K při tlacích až do 1000 MPa." Časopis fyzikálních a chemických referenčních dat, 20(6), 1061-1155.
Náš kalkulátor hustoty kapalného etylenu poskytuje okamžité, přesné hodnoty hustoty na základě vašich specifických požadavků na teplotu a tlak. Jednoduše zadejte své parametry v platných rozsazích a kalkulátor automaticky určí hustotu kapalného etylenu pro vaši aplikaci.
Ať už navrhujete procesní zařízení, plánujete skladovací zařízení nebo provádíte výzkum, tento nástroj nabízí rychlý a spolehlivý způsob, jak získat informace o hustotě, které potřebujete. Zahrnutá vizualizace vám pomůže pochopit, jak se hustota mění s teplotou při vybraném tlaku.
Pokud máte jakékoli dotazy nebo připomínky k tomuto kalkulátoru, kontaktujte náš tým podpory.
Objevte další nástroje, které by mohly být užitečné pro vaši pracovní postup.