Υπολογιστής Πυκνότητας Υγρού Αιθυλενίου

Εισαγωγή

Ο Υπολογιστής Πυκνότητας Υγρού Αιθυλενίου είναι ένα εξειδικευμένο εργαλείο που έχει σχεδιαστεί για να προσδιορίζει με ακρίβεια την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου με βάση τις εισροές θερμοκρασίας και πίεσης. Η αιθυλένιο (C₂H₄) είναι μία από τις πιο σημαντικές οργανικές ενώσεις στη βιομηχανία πετροχημικών, λειτουργώντας ως θεμελιώδης δομικό στοιχείο για πολλά προϊόντα, συμπεριλαμβανομένων των πλαστικών, του αντιψυκτικού και των συνθετικών ινών. Η κατανόηση της πυκνότητας του υγρού αιθυλενίου είναι κρίσιμη για μηχανικές εφαρμογές, σχεδίαση διαδικασιών, εξετάσεις αποθήκευσης και λογιστική μεταφοράς σε βιομηχανίες που κυμαίνονται από την παραγωγή πετροχημικών έως τα συστήματα ψύξης.

Αυτός ο υπολογιστής χρησιμοποιεί ακριβή θερμοδυναμικά μοντέλα για να εκτιμήσει την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου σε ένα εύρος θερμοκρασιών (104K έως 282K) και πιέσεων (1 έως 100 bar), παρέχοντας στους μηχανικούς, επιστήμονες και επαγγελματίες της βιομηχανίας αξιόπιστα δεδομένα για τις εφαρμογές τους. Η πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου ποικίλλει σημαντικά με τη θερμοκρασία και την πίεση, καθιστώντας τις ακριβείς υπολογισμούς απαραίτητους για την κατάλληλη σχεδίαση και λειτουργία του συστήματος.

Πώς Υπολογίζεται η Πυκνότητα του Υγρού Αιθυλενίου

Το Μαθηματικό Μοντέλο

Η πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας μια τροποποιημένη συσχέτιση DIPPR (Institute for Physical Properties) με διόρθωση πίεσης. Αυτή η προσέγγιση παρέχει ακριβείς εκτιμήσεις πυκνότητας σε όλη την περιοχή της υγρής φάσης του αιθυλενίου.

Η βασική εξίσωση για τον υπολογισμό της πυκνότητας του υγρού αιθυλενίου σε αναφορά πίεσης είναι:

$\rho = A \cdot (1 - \frac{T}{T_c})^n - B \cdot T$

Όπου:

• $\rho$ = Πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου (kg/m³)
• $A$ = Βασικός συντελεστής πυκνότητας (700 για αιθυλένιο)
• $T$ = Θερμοκρασία (K)
• $T_c$ = Κρίσιμη θερμοκρασία του αιθυλενίου (283.18K)
• $n$ = Εκθέτης (0.29683 για αιθυλένιο)
• $B$ = Συντελεστής θερμοκρασίας (0.8 για αιθυλένιο)

Για να ληφθούν υπόψη τα αποτελέσματα της πίεσης, εφαρμόζεται ένας όρος διόρθωσης πίεσης:

$\rho_P = \rho \cdot (1 + \kappa \cdot (P - P_{ref}))$

Όπου:

• $\rho_P$ = Πυκνότητα σε πίεση P (kg/m³)
• $\rho$ = Πυκνότητα σε αναφορά πίεσης (kg/m³)
• $\kappa$ = Ισοθερμική συμπιεστότητα (περίπου 0.00125 MPa⁻¹ για υγρό αιθυλένιο)
• $P$ = Πίεση (MPa)
• $P_{ref}$ = Αναφορά πίεσης (0.1 MPa ή 1 bar)

Έγκυρες Εύρος και Περιορισμοί

Αυτό το μοντέλο υπολογισμού είναι έγκυρο εντός συγκεκριμένων εύρων:

• Θερμοκρασία: 104K έως 282K (καλύπτοντας την υγρή φάση του αιθυλενίου)
• Πίεση: 1 έως 100 bar

Εκτός αυτών των εύρων, το αιθυλένιο μπορεί να υπάρχει σε αέρια ή υπερκρίσιμη κατάσταση, απαιτώντας διαφορετικές μεθόδους υπολογισμού. Το κρίσιμο σημείο του αιθυλενίου είναι περίπου 283.18K και 50.4 bar, πέρα από το οποίο το αιθυλένιο υπάρχει ως υπερκρίσιμο υγρό.

Οδηγός Βήμα προς Βήμα για τη Χρήση του Υπολογιστή

Είσοδοι Παραμέτρων

1. Είσοδος Θερμοκρασίας:

   • Εισάγετε την τιμή θερμοκρασίας σε Κέλβιν (K)
   • Έγκυρο εύρος: 104K έως 282K
   • Εάν έχετε θερμοκρασία σε Κελσίου (°C), μετατρέψτε χρησιμοποιώντας: K = °C + 273.15
   • Εάν έχετε θερμοκρασία σε Φαρενάιτ (°F), μετατρέψτε χρησιμοποιώντας: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15

2. Είσοδος Πίεσης:

   • Εισάγετε την τιμή πίεσης σε bar
   • Έγκυρο εύρος: 1 έως 100 bar
   • Εάν έχετε πίεση σε άλλες μονάδες:
     • Από psi: bar = psi × 0.0689476
     • Από kPa: bar = kPa × 0.01
     • Από MPa: bar = MPa × 10

Ερμηνεία Αποτελεσμάτων

Αφού εισάγετε έγκυρες τιμές θερμοκρασίας και πίεσης, ο υπολογιστής θα εμφανίσει αυτόματα:

1. Πυκνότητα Υγρού Αιθυλενίου: Η υπολογισμένη τιμή πυκνότητας σε kg/m³
2. Οπτικοποίηση: Ένα γράφημα που δείχνει την παραλλαγή της πυκνότητας με τη θερμοκρασία στην επιλεγμένη πίεση

Τα αποτελέσματα μπορούν να αντιγραφούν στο πρόχειρο χρησιμοποιώντας το παρεχόμενο κουμπί για χρήση σε αναφορές, προσομοιώσεις ή άλλους υπολογισμούς.

Θερμοκρασία (K) 100 150 200 250 300

Πυκνότητα (kg/m³) 200 300 400 500 600 700 800

10 bar 50 bar 100 bar Πίεση 10 bar 50 bar 100 bar

Παράδειγμα Υπολογισμών

Ακολουθούν μερικοί υπολογισμοί παραδείγματος για να δείξουν πώς η πυκνότητα ποικίλλει με τη θερμοκρασία και την πίεση:

Θερμοκρασία (K)	Πίεση (bar)	Πυκνότητα (kg/m³)
150	10	567.89
200	10	478.65
250	10	372.41
200	50	487.22
200	100	498.01

Όπως φαίνεται στον πίνακα, η πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας (σε σταθερή πίεση) και αυξάνεται με την αύξηση της πίεσης (σε σταθερή θερμοκρασία).

Υλοποίηση σε Διάφορες Γλώσσες Προγραμματισμού

Ακολουθούν οι κωδικοί υλοποίησης του υπολογισμού πυκνότητας υγρού αιθυλενίου σε πολλές γλώσσες προγραμματισμού:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Υπολογίστε την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου με βάση τη θερμοκρασία και την πίεση.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Θερμοκρασία σε Κέλβιν (έγκυρο εύρος: 104K έως 282K)
7        pressure_bar (float): Πίεση σε bar (έγκυρο εύρος: 1 έως 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου σε kg/m³
11    """
12    # Σταθερές για αιθυλένιο
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Κρίσιμη θερμοκρασία σε K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Ισοθερμική συμπιεστότητα σε MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Αναφορά πίεσης σε MPa (1 bar)
19    
20    # Μετατροπή πίεσης από bar σε MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Υπολογισμός πυκνότητας σε αναφορά πίεσης
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Εφαρμογή διόρθωσης πίεσης
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Παράδειγμα χρήσης
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Πυκνότητα υγρού αιθυλενίου σε {temp}K και {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

1/**
2 * Υπολογίστε την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου με βάση τη θερμοκρασία και την πίεση.
3 * 
4 * @param {number} temperatureK - Θερμοκρασία σε Κέλβιν (έγκυρο εύρος: 104K έως 282K)
5 * @param {number} pressureBar - Πίεση σε bar (έγκυρο εύρος: 1 έως 100 bar)
6 * @returns {number} Πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου σε kg/m³
7 */
8function calculateEthyleneDensity(temperatureK, pressureBar) {
9    // Σταθερές για αιθυλένιο
10    const A = 700;
11    const Tc = 283.18;  // Κρίσιμη θερμοκρασία σε K
12    const n = 0.29683;
13    const B = 0.8;
14    const kappa = 0.00125;  // Ισοθερμική συμπιεστότητα σε MPa⁻¹
15    const P_ref = 0.1;  // Αναφορά πίεσης σε MPa (1 bar)
16    
17    // Μετατροπή πίεσης από bar σε MPa
18    const pressureMPa = pressureBar / 10;
19    
20    // Υπολογισμός πυκνότητας σε αναφορά πίεσης
21    const rhoRef = A * Math.pow(1 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
22    
23    // Εφαρμογή διόρθωσης πίεσης
24    const rho = rhoRef * (1 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
25    
26    return rho;
27}
28
29// Παράδειγμα χρήσης
30const temp = 200;  // K
31const pressure = 50;  // bar
32const density = calculateEthyleneDensity(temp, pressure);
33console.log(`Πυκνότητα υγρού αιθυλενίου σε ${temp}K και ${pressure} bar: ${density.toFixed(2)} kg/m³`);
34

1' Συνάρτηση Excel VBA για Υπολογισμό Πυκνότητας Υγρού Αιθυλενίου
2Function EthyleneDensity(TemperatureK As Double, PressureBar As Double) As Double
3    ' Σταθερές για αιθυλένιο
4    Dim A As Double: A = 700
5    Dim Tc As Double: Tc = 283.18 ' Κρίσιμη θερμοκρασία σε 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 ' Ισοθερμική συμπιεστότητα σε MPa⁻¹
9    Dim P_ref As Double: P_ref = 0.1 ' Αναφορά πίεσης σε MPa (1 bar)
10    
11    ' Μετατροπή πίεσης από bar σε MPa
12    Dim PressureMPa As Double: PressureMPA = PressureBar / 10
13    
14    ' Υπολογισμός πυκνότητας σε αναφορά πίεσης
15    Dim rho_ref As Double: rho_ref = A * (1 - TemperatureK / Tc) ^ n - B * TemperatureK
16    
17    ' Εφαρμογή διόρθωσης πίεσης
18    EthyleneDensity = rho_ref * (1 + kappa * (PressureMPA - P_ref))
19End Function
20
21' Χρήση στο κελί Excel:
22' =EthyleneDensity(200, 50)
23

1function density = ethyleneDensity(temperatureK, pressureBar)
2    % Υπολογίστε την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου με βάση τη θερμοκρασία και την πίεση
3    %
4    % Είσοδοι:
5    %   temperatureK - Θερμοκρασία σε Κέλβιν (έγκυρο εύρος: 104K έως 282K)
6    %   pressureBar - Πίεση σε bar (έγκυρο εύρος: 1 έως 100 bar)
7    %
8    % Έξοδος:
9    %   density - Πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου σε kg/m³
10    
11    % Σταθερές για αιθυλένιο
12    A = 700;
13    Tc = 283.18;  % Κρίσιμη θερμοκρασία σε K
14    n = 0.29683;
15    B = 0.8;
16    kappa = 0.00125;  % Ισοθερμική συμπιεστότητα σε MPa⁻¹
17    P_ref = 0.1;  % Αναφορά πίεσης σε MPa (1 bar)
18    
19    % Μετατροπή πίεσης από bar σε MPa
20    pressureMPa = pressureBar / 10;
21    
22    % Υπολογισμός πυκνότητας σε αναφορά πίεσης
23    rho_ref = A * (1 - temperatureK/Tc)^n - B * temperatureK;
24    
25    % Εφαρμογή διόρθωσης πίεσης
26    density = rho_ref * (1 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
27end
28
29% Παράδειγμα χρήσης
30temp = 200;  % K
31pressure = 50;  % bar
32density = ethyleneDensity(temp, pressure);
33fprintf('Πυκνότητα υγρού αιθυλενίου σε %gK και %g bar: %.2f kg/m³\n', temp, pressure, density);
34

1#include <iostream>
2#include <cmath>
3
4/**
5 * Υπολογίστε την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου με βάση τη θερμοκρασία και την πίεση.
6 * 
7 * @param temperatureK Θερμοκρασία σε Κέλβιν (έγκυρο εύρος: 104K έως 282K)
8 * @param pressureBar Πίεση σε bar (έγκυρο εύρος: 1 έως 100 bar)
9 * @return Πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου σε kg/m³
10 */
11double calculateEthyleneDensity(double temperatureK, double pressureBar) {
12    // Σταθερές για αιθυλένιο
13    const double A = 700.0;
14    const double Tc = 283.18;  // Κρίσιμη θερμοκρασία σε K
15    const double n = 0.29683;
16    const double B = 0.8;
17    const double kappa = 0.00125;  // Ισοθερμική συμπιεστότητα σε MPa⁻¹
18    const double P_ref = 0.1;  // Αναφορά πίεσης σε MPa (1 bar)
19    
20    // Μετατροπή πίεσης από bar σε MPa
21    double pressureMPA = pressureBar / 10.0;
22    
23    // Υπολογισμός πυκνότητας σε αναφορά πίεσης
24    double rho_ref = A * pow(1.0 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
25    
26    // Εφαρμογή διόρθωσης πίεσης
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 << "Πυκνότητα υγρού αιθυλενίου σε " << temp << "K και " 
38              << pressure << " bar: " << density << " kg/m³" << std::endl;
39    
40    return 0;
41}
42

1public class EthyleneDensityCalculator {
2    /**
3     * Υπολογίστε την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου με βάση τη θερμοκρασία και την πίεση.
4     * 
5     * @param temperatureK Θερμοκρασία σε Κέλβιν (έγκυρο εύρος: 104K έως 282K)
6     * @param pressureBar Πίεση σε bar (έγκυρο εύρος: 1 έως 100 bar)
7     * @return Πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου σε kg/m³
8     */
9    public static double calculateEthyleneDensity(double temperatureK, double pressureBar) {
10        // Σταθερές για αιθυλένιο
11        final double A = 700.0;
12        final double Tc = 283.18;  // Κρίσιμη θερμοκρασία σε K
13        final double n = 0.29683;
14        final double B = 0.8;
15        final double kappa = 0.00125;  // Ισοθερμική συμπιεστότητα σε MPa⁻¹
16        final double P_ref = 0.1;  // Αναφορά πίεσης σε MPa (1 bar)
17        
18        // Μετατροπή πίεσης από bar σε MPa
19        double pressureMPA = pressureBar / 10.0;
20        
21        // Υπολογισμός πυκνότητας σε αναφορά πίεσης
22        double rhoRef = A * Math.pow(1.0 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
23        
24        // Εφαρμογή διόρθωσης πίεσης
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("Πυκνότητα υγρού αιθυλενίου σε %.1fK και %.1f bar: %.2f kg/m³%n", 
36                          temp, pressure, density);
37    }
38}
39

Χρήσεις και Εφαρμογές

Βιομηχανικές Εφαρμογές

1. Διαδικασία Πετροχημικών:

   • Ακριβείς τιμές πυκνότητας είναι απαραίτητες για το σχεδιασμό κολώνων απόσταξης, αντιδραστήρων και εξοπλισμού διαχωρισμού για την παραγωγή και επεξεργασία αιθυλενίου.
   • Οι υπολογισμοί ροής σε αγωγούς και εξοπλισμό διαδικασιών απαιτούν ακριβή δεδομένα πυκνότητας.

2. Κρυογενής Αποθήκευση και Μεταφορά:

   • Το αιθυλένιο αποθηκεύεται και μεταφέρεται συχνά ως κρυογενές υγρό. Οι υπολογισμοί πυκνότητας βοηθούν στον προσδιορισμό της χωρητικότητας των δεξαμενών αποθήκευσης και των ορίων φόρτωσης.
   • Οι εξετάσεις θερμικής διαστολής κατά τη διάρκεια της θέρμανσης απαιτούν ακριβείς σχέσεις πυκνότητας-θερμοκρασίας.

3. Παραγωγή Πολυαιθυλενίου:

   • Ως κύρια πρώτη ύλη για την παραγωγή πολυαιθυλενίου, οι ιδιότητες του αιθυλενίου, συμπεριλαμβανομένης της πυκνότητας, επηρεάζουν την κινητική των αντιδράσεων και την ποιότητα του προϊόντος.
   • Οι υπολογισμοί μαζικής ισορροπίας σε εγκαταστάσεις παραγωγής βασίζονται σε ακριβείς τιμές πυκνότητας.

4. Συστήματα Ψύξης:

   • Το αιθυλένιο χρησιμοποιείται ως ψυκτικό σε ορισμένα βιομηχανικά συστήματα ψύξης, όπου η πυκνότητα επηρεάζει την απόδοση και την αποδοτικότητα του συστήματος.
   • Οι υπολογισμοί φόρτισης για τα συστήματα ψύξης απαιτούν ακριβή δεδομένα πυκνότητας.

5. Ποιοτικός Έλεγχος:

   • Οι μετρήσεις πυκνότητας μπορούν να χρησιμεύσουν ως δείκτες ποιότητας για την καθαρότητα του αιθυλενίου στην παραγωγή και αποθήκευση.

Ερευνητικές Εφαρμογές

1. Θερμοδυναμικές Μελέτες:

   • Οι ερευνητές που μελετούν τη φάση συμπεριφοράς και τα μοντέλα εξίσωσης κατάστασης χρησιμοποιούν δεδομένα πυκνότητας για να επικυρώσουν θεωρητικά μοντέλα.
   • Οι ακριβείς μετρήσεις πυκνότητας βοηθούν στην ανάπτυξη βελτιωμένων συσχετίσεων για τις φυσικές ιδιότητες των υγρών.

2. Ανάπτυξη Υλικών:

   • Η ανάπτυξη νέων πολυμερών και υλικών που βασίζονται στο αιθυλένιο απαιτεί κατανόηση των φυσικών ιδιοτήτων του μονομερούς.

3. Προσομοίωση Διαδικασιών:

   • Οι χημικές προσομοιωτές απαιτούν ακριβή μοντέλα πυκνότητας για το αιθυλένιο για να προβλέψουν τη συμπεριφορά του συστήματος.

Σχεδίαση Μηχανικών

1. Διαστάσεις Εξοπλισμού:

   • Οι αντλίες, οι βαλβίδες και τα συστήματα σωληνώσεων που χειρίζονται το υγρό αιθυλένιο πρέπει να σχεδιάζονται με βάση τις ακριβείς ιδιότητες του υγρού, συμπεριλαμβανομένης της πυκνότητας.
   • Οι υπολογισμοί πτώσης πίεσης σε εξοπλισμό διαδικασιών εξαρτώνται από την πυκνότητα του υγρού.

2. Συστήματα Ασφαλείας:

   • Οι διαστάσεις των βαλβίδων ανακούφισης και ο σχεδιασμός συστημάτων ασφαλείας απαιτούν ακριβείς τιμές πυκνότητας σε όλη τη διάρκεια λειτουργίας.
   • Τα συστήματα ανίχνευσης διαρροών μπορεί να χρησιμοποιούν μετρήσεις πυκνότητας ως μέρος της προσέγγισης παρακολούθησης.

Εναλλακτικές Μέθοδοι Υπολογισμού

Ενώ αυτός ο υπολογιστής παρέχει έναν βολικό τρόπο εκτίμησης της πυκνότητας του υγρού αιθυλενίου, υπάρχουν εναλλακτικές προσεγγίσεις:

1. Πειραματική Μέτρηση:

   • Άμεσες μετρήσεις χρησιμοποιώντας πυκνόμετρα ή πυκνομέτρους παρέχουν τα πιο ακριβή αποτελέσματα, αλλά απαιτούν εξειδικευμένο εξοπλισμό.
   • Η εργαστηριακή ανάλυση χρησιμοποιείται συνήθως για απαιτήσεις υψηλής ακρίβειας ή ερευνητικούς σκοπούς.

2. Μοντέλα Εξίσωσης Κατάστασης:

   • Πιο σύνθετες εξισώσεις κατάστασης, όπως οι Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong ή SAFT, μπορούν να παρέχουν εκτιμήσεις πυκνότητας με πιθανώς υψηλότερη ακρίβεια, ειδικά κοντά σε κρίσιμες συνθήκες.
   • Αυτά τα μοντέλα απαιτούν συνήθως εξειδικευμένο λογισμικό και περισσότερους υπολογιστικούς πόρους.

3. Βάση Δεδομένων NIST REFPROP:

   • Η Βάση Δεδομένων Αναφοράς Θερμοδυναμικών και Μεταφορικών Ιδιοτήτων NIST (REFPROP) παρέχει δεδομένα ιδιοτήτων υψηλής ακρίβειας αλλά απαιτεί άδεια.

4. Δημοσιευμένα Πίνακες Δεδομένων:

   • Αναφορές και δημοσιευμένοι πίνακες δεδομένων παρέχουν τιμές πυκνότητας σε διακριτά σημεία θερμοκρασίας και πίεσης.
   • Η παρεμβολή μεταξύ των τιμών του πίνακα μπορεί να απαιτείται για συγκεκριμένες συνθήκες.

Ιστορική Ανάπτυξη Υπολογισμών Πυκνότητας Αιθυλενίου

Πρώιμες Μελέτες Ιδιοτήτων Αιθυλενίου

Η μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων του αιθυλενίου χρονολογείται από τον 19ο αιώνα, όταν ο Μάικλ Φαραντέι πρώτος υγροποίησε το αιθυλένιο το 1834 χρησιμοποιώντας συνδυασμό χαμηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Ωστόσο, οι συστηματικές μελέτες της πυκνότητας του υγρού αιθυλενίου ξεκίνησαν τον 20ο αιώνα καθώς οι βιομηχανικές εφαρμογές για το αιθυλένιο επεκτάθηκαν.

Ανάπτυξη Συσχετίσεων

Στη δεκαετία του 1940 και του 1950, καθώς η βιομηχανία πετροχημικών αναπτυσσόταν ραγδαία, οι πιο ακριβείς μετρήσεις των ιδιοτήτων του αιθυλενίου έγιναν απαραίτητες. Οι πρώιμες συσχετίσεις για την πυκνότητα του υγρού ήταν συνήθως απλές πολυωνυμικές συναρτήσεις θερμοκρασίας, με περιορισμένη ακρίβεια και εύρος.

Η δεκαετία του 1960 είδε την ανάπτυξη πιο εξελιγμένων μοντέλων βασισμένων στην αρχή των αντίστοιχων καταστάσεων, που επέτρεπαν την εκτίμηση των ιδιοτήτων με βάση τις κρίσιμες παραμέτρους. Αυτά τα μοντέλα βελτίωσαν την ακρίβεια αλλά είχαν ακόμα περιορισμούς, ειδικά σε υψηλές πιέσεις.

Σύγχρονες Προσεγγίσεις

Το Ινστιτούτο Σχεδίασης για Φυσικές Ιδιότητες (DIPPR) άρχισε να αναπτύσσει τυποποιημένες συσχετίσεις για τις χημικές ιδιότητες τη δεκαετία του 1980. Οι συσχετίσεις τους για την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου αντιπροσώπευαν μια σημαντική βελτίωση στην ακρίβεια και την αξιοπιστία.

Τα τελευταία χρόνια, οι εξελίξεις στις υπολογιστικές μεθόδους έχουν επιτρέψει την ανάπτυξη πιο σύνθετων εξισώσεων κατάστασης που μπορούν να προβλέψουν με ακρίβεια τις ιδιότητες του αιθυλενίου σε ευρύ φάσμα θερμοκρασίας και πίεσης. Σύγχρονες τεχνικές μοριακής προσομοίωσης επιτρέπουν επίσης την πρόβλεψη ιδιοτήτων από πρώτες αρχές.

Πειραματικές Τεχνικές

Οι τεχνικές μέτρησης της πυκνότητας έχουν επίσης εξελιχθεί σημαντικά. Οι πρώιμες μέθοδοι βασίζονταν σε απλές τεχνικές μετατόπισης, ενώ οι σύγχρονες μέθοδοι περιλαμβάνουν:

• Πυκνόμετρα δονήσεων
• Μαγνητικούς ισορροπιστές
• Πυκνομέτρες με έλεγχο θερμοκρασίας
• Υδροστατικές μεθόδους ζύγισης

Αυτές οι προηγμένες τεχνικές έχουν παρέχει τα υψηλής ποιότητας πειραματικά δεδομένα που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη και επικύρωση των συσχετίσεων που χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον υπολογιστή.

Συχνές Ερωτήσεις

Τι είναι το υγρό αιθυλένιο;

Το υγρό αιθυλένιο είναι η υγρή κατάσταση του αιθυλενίου (C₂H₄), ενός άχρωμου, εύφλεκτου αερίου σε θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση. Το αιθυλένιο πρέπει να ψυχθεί κάτω από το σημείο βρασμού του -103.7°C (169.45K) σε ατμοσφαιρική πίεση για να υπάρξει ως υγρό. Σε αυτή την κατάσταση, χρησιμοποιείται συνήθως σε βιομηχανικές διαδικασίες, ιδιαίτερα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή πολυαιθυλενίου.

Γιατί είναι σημαντική η πυκνότητα του αιθυλενίου;

Η πυκνότητα του αιθυλενίου είναι κρίσιμη για το σχεδιασμό δεξαμενών αποθήκευσης, συστημάτων μεταφοράς και εξοπλισμού διαδικασιών. Οι ακριβείς τιμές πυκνότητας επιτρέπουν την κατάλληλη διάσταση του εξοπλισμού, εξασφαλίζουν ασφάλεια στη χειρισμό και επιτρέπουν τον ακριβή υπολογισμό των ρυθμών ροής μάζας, μεταφοράς θερμότητας και άλλων παραμέτρων διαδικασίας. Η πυκνότητα επηρεάζει επίσης την οικονομία της αποθήκευσης και της μεταφοράς, καθώς καθορίζει πόσο αιθυλένιο μπορεί να περιέχεται σε έναν δεδομένο όγκο.

Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου;

Η θερμοκρασία έχει σημαντική επίδραση στην πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η πυκνότητα μειώνεται λόγω της θερμικής διαστολής του υγρού. Κοντά στην κρίσιμη θερμοκρασία (283.18K), η πυκνότητα αλλάζει πιο δραματικά με μικρές μεταβολές θερμοκρασίας. Αυτή η σχέση είναι ιδιαίτερα σημαντική σε κρυογενείς εφαρμογές όπου ο έλεγχος θερμοκρασίας είναι απαραίτητος.

Πώς επηρεάζει η πίεση την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου;

Η πίεση έχει μέτρια επίδραση στην πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου. Υψηλότερες πιέσεις οδηγούν σε ελαφρώς υψηλότερες πυκνότητες λόγω της συμπίεσης του υγρού. Η επίδραση είναι λιγότερο έντονη από τις επιδράσεις της θερμοκρασίας, αλλά γίνεται πιο σημαντική σε πιέσεις άνω των 50 bar. Η σχέση μεταξύ πίεσης και πυκνότητας είναι περίπου γραμμική εντός του κανονικού εύρους λειτουργίας.

Τι συμβαίνει με την πυκνότητα του αιθυλενίου κοντά στο κρίσιμο σημείο;

Κοντά στο κρίσιμο σημείο (περίπου 283.18K και 50.4 bar), η πυκνότητα του αιθυλενίου γίνεται πολύ ευαίσθητη σε μικρές αλλαγές θερμοκρασίας και πίεσης. Η διάκριση μεταξύ υγρών και αερίων φάσεων εξαφανίζεται στο κρίσιμο σημείο, και η πυκνότητα πλησιάζει την κρίσιμη πυκνότητα περίπου 214 kg/m³. Ο υπολογιστής μπορεί να μην παρέχει ακριβή αποτελέσματα πολύ κοντά στο κρίσιμο σημείο λόγω της σύνθετης συμπεριφοράς σε αυτή την περιοχή.

Μπορεί αυτός ο υπολογιστής να χρησιμοποιηθεί για αέριο αιθυλένιο;

Όχι, αυτός ο υπολογιστής είναι ειδικά σχεδιασμένος για υγρό αιθυλένιο εντός του εύρους θερμοκρασίας 104K έως 282K και πίεσης 1 έως 100 bar. Οι υπολογισμοί πυκνότητας αερίου αιθυλενίου απαιτούν διαφορετικές εξισώσεις κατάστασης, όπως ο νόμος του ιδανικού αερίου με διορθώσεις συμπιεστότητας ή πιο σύνθετα μοντέλα όπως οι Peng-Robinson ή Soave-Redlich-Kwong.

Πόσο ακριβής είναι αυτός ο υπολογιστής;

Ο υπολογιστής παρέχει εκτιμήσεις πυκνότητας με ακρίβεια περίπου ±2% εντός των καθορισμένων εύρων θερμοκρασίας και πίεσης. Η ακρίβεια μπορεί να μειωθεί κοντά στα όρια των έγκυρων εύρων, ιδιαίτερα κοντά στο κρίσιμο σημείο. Για εφαρμογές που απαιτούν υψηλότερη ακρίβεια, μπορεί να είναι απαραίτητες εργαστηριακές μετρήσεις ή πιο σύνθετα θερμοδυναμικά μοντέλα.

Ποιες μονάδες χρησιμοποιεί ο υπολογιστής;

Ο υπολογιστής χρησιμοποιεί τις εξής μονάδες:

• Θερμοκρασία: Κέλβιν (K)
• Πίεση: bar
• Πυκνότητα: χιλιόγραμμα ανά κυβικό μέτρο (kg/m³)

Μπορώ να μετατρέψω την πυκνότητα σε άλλες μονάδες;

Ναι, μπορείτε να μετατρέψετε την πυκνότητα σε άλλες κοινές μονάδες χρησιμοποιώντας αυτούς τους παράγοντες μετατροπής:

• Σε g/cm³: Διαιρέστε με 1000
• Σε lb/ft³: Πολλαπλασιάστε με 0.06243
• Σε lb/gal (ΗΠΑ): Πολλαπλασιάστε με 0.008345

Πού μπορώ να βρω περισσότερα λεπτομερή δεδομένα ιδιοτήτων αιθυλενίου;

Για πιο ολοκληρωμένα δεδομένα ιδιοτήτων αιθυλενίου, συμβουλευτείτε πόρους όπως:

• Βάση Δεδομένων NIST REFPROP
• Χειρόγραφο Χημικών Μηχανικών του Perry
• Χειρόγραφο Θερμοδυναμικών Ιδιοτήτων του Yaws
• Βάση Δεδομένων DIPPR του AIChE
• Δημοσιεύσεις περιοδικών σχετικά με τις ισορροπίες φάσης και τις θερμοφυσικές ιδιότητες

Αναφορές

1. Younglove, B.A. (1982). "Thermophysical Properties of Fluids. I. Argon, Ethylene, Parahydrogen, Nitrogen, Nitrogen Trifluoride, and Oxygen." Journal of Physical and Chemical Reference Data, 11(Supplement 1), 1-11.

2. Jahangiri, M., Jacobsen, R.T., Stewart, R.B., & McCarty, R.D. (1986). "Thermodynamic properties of ethylene from the freezing line to 450 K at pressures to 260 MPa." Journal of Physical and Chemical Reference Data, 15(2), 593-734.

3. Design Institute for Physical Properties. (2005). DIPPR Project 801 - Full Version. Design Institute for Physical Property Research/AIChE.

4. Span, R., & Wagner, W. (1996). "A new equation of state for carbon dioxide covering the fluid region from the triple‐point temperature to 1100 K at pressures up to 800 MPa." Journal of Physical and Chemical Reference Data, 25(6), 1509-1596.

5. Lemmon, E.W., McLinden, M.O., & Friend, D.G. (2018). "Thermophysical Properties of Fluid Systems" in NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899.

6. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). The Properties of Gases and Liquids (5th ed.). McGraw-Hill.

7. American Institute of Chemical Engineers. (2019). DIPPR 801 Database: Data Compilation of Pure Compound Properties. AIChE.

8. Setzmann, U., & Wagner, W. (1991). "A new equation of state and tables of thermodynamic properties for methane covering the range from the melting line to 625 K at pressures up to 1000 MPa." Journal of Physical and Chemical Reference Data, 20(6), 1061-1155.

Δοκιμάστε τον Υπολογιστή μας Τώρα

Ο Υπολογιστής Πυκνότητας Υγρού Αιθυλενίου παρέχει άμεσα, ακριβή δεδομένα πυκνότητας με βάση τις συγκεκριμένες απαιτήσεις θερμοκρασίας και πίεσης σας. Απλά εισάγετε τις παραμέτρους σας εντός των έγκυρων εύρων, και ο υπολογιστής θα προσδιορίσει αυτόματα την πυκνότητα του υγρού αιθυλενίου για την εφαρμογή σας.

Είτε σχεδιάζετε εξοπλισμό διαδικασίας, είτε προγραμματίζετε εγκαταστάσεις αποθήκευσης, είτε διεξάγετε έρευνα, αυτό το εργαλείο προσφέρει έναν γρήγορο και αξιόπιστο τρόπο για να αποκτήσετε τις πληροφορίες πυκνότητας που χρειάζεστε. Η συμπεριλαμβανόμενη οπτικοποίηση σας βοηθά να κατανοήσετε πώς αλλάζει η πυκνότητα με τη θερμοκρασία στο επιλεγμένο σημείο πίεσης σας.

Για οποιαδήποτε ερώτηση ή σχόλιο σχετικά με αυτόν τον υπολογιστή, παρακαλούμε επικοινωνήστε με την ομάδα υποστήριξής μας.