तरल एथिलीन घनत्व कैलकुलेटर | इंजीनियरों के लिए मुफ्त उपकरण

द्रव एथिलीन घनत्व कैलकुलेटर क्या है?

द्रव एथिलीन घनत्व कैलकुलेटर द्रव एथिलीन (C₂H₄) का घनत्व उसके तापमान और दाब से अनुमानित करता है। यह DIPPR का सहसंबंध समीकरण उपयोग करता है, जो रासायनिक इंजीनियरिंग उद्योग में द्रवों के व्यवहार का अनुमान लगाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला एक मानक समीकरण है। यह उपकरण 104 K से 282 K तक के तापमान और 1 bar से 100 bar तक के दाब पर काम करता है।

कमरे के तापमान पर एथिलीन एक गैस है। भंडारण और परिवहन के लिए इसे द्रव बनाए रखने हेतु उत्पादक इसे वायुमंडलीय दाब पर लगभग -104 °से॰ (169 K) से कम, अत्यंत ठंडे तापमान तक ठंडा करते हैं। गैस की तुलना में द्रव एथिलीन समान आयतन में कहीं अधिक द्रव्यमान समेटता है, इसलिए संयंत्र इसे द्रव के रूप में भंडारित और भेजते हैं। किसी दिए गए तापमान और दाब पर इसका घनत्व जानना भंडारण टैंकों का आकार निर्धारित करने, पाइपलाइन प्रवाह की जाँच करने और संयंत्र में द्रव्यमान संतुलित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

द्रव एथिलीन घनत्व का सूत्र

कैलकुलेटर DIPPR समीकरण 105 का उपयोग करता है, जो संतृप्त द्रव घनत्व के प्रायोगिक मापों से बनाया गया एक सहसंबंध है। यह पहले चुने गए तापमान पर मोलर घनत्व ज्ञात करता है, फिर उसे द्रव्यमान घनत्व में बदलता है और अंत में दाब के लिए समायोजित करता है।

चरण 1: संदर्भ दाब पर मोलर घनत्व

$\rho_m = \frac{A}{B^{\,1 + \left(1 - \frac{T}{T_c}\right)^{D}}}$

चरण 2: द्रव्यमान घनत्व में बदलना

$\rho_{ref} = \rho_m \times M$

चरण 3: दाब के लिए समायोजन

$\rho = \rho_{ref} \times \left[1 + \kappa \left(P - P_{ref}\right)\right]$

जहाँ:

$A$, $B$, $T_c$ और $D$ एथिलीन के लिए फिट किए गए नियतांक हैं, न कि उपयोगकर्ता द्वारा दर्ज किए जाने वाले भौतिक माप। कैलकुलेटर केवल तापमान और दाब पूछता है।

घनत्व दाब की तुलना में तापमान के प्रति अधिक संवेदनशील होता है। द्रव मुश्किल से संपीडित होते हैं, इसलिए कैलकुलेटर की पूरी 1–100 bar सीमा में भी दाब पद परिणाम को केवल कुछ प्रतिशत तक बदलता है। इसके विपरीत, तापमान घनत्व में होने वाले अधिकांश परिवर्तन का कारण बनता है।

द्रव एथिलीन घनत्व की गणना कैसे करें: उदाहरण सहित

200 K तापमान और 50 bar दाब पर द्रव एथिलीन का घनत्व ज्ञात करें।

चरण 1। तापमान पद की गणना करें:

$1 - \frac{200}{282.34} = 0.2916$

चरण 2। इसे $D = 0.29147$ घात तक बढ़ाएँ:

$0.2916^{0.29147} = 0.6983$

चरण 3। 1 जोड़ें और $B$ को उस घात तक बढ़ाएँ:

$0.27657^{\,1.6983} = 0.11273$

चरण 4। $A$ को उस परिणाम से विभाजित करें, फिर मोलर द्रव्यमान से गुणा करें:

$\rho_{ref} = \frac{2.0961}{0.11273} \times 28.054 = 521.6345 \text{ kg/m}^3$

यह 1 bar (0.1 MPa) के संदर्भ दाब पर घनत्व है। कैलकुलेटर इस मान को पूरी परिशुद्धता के साथ अगले चरण में ले जाता है; प्रदर्शन के लिए पूर्णांकित मान 521.63 kg/m³ है।

चरण 5। अपरिमित संदर्भ घनत्व पर 50 bar (5 MPa) के लिए दाब सुधार लागू करें:

$\rho = 521.6345 \times \left[1 + 0.00125 \times (5 - 0.1)\right] = 524.83 \text{ kg/m}^3$

कैलकुलेटर 200 K और 50 bar के लिए 524.83 kg/m³ देता है।

अन्य उदाहरण

तालिका इस प्रवृत्ति को स्पष्ट रूप से दिखाती है। नियत 10 bar दाब पर तापमान 150 K से 250 K करने पर घनत्व लगभग 175 kg/m³ घटता है, अर्थात 29% की कमी होती है। नियत 200 K तापमान पर दाब 10 bar से 100 bar करने पर घनत्व केवल लगभग 6 kg/m³ बढ़ता है, यानी करीब 1%। इस उपकरण की सीमाओं में दाब परिवर्तन की तुलना में तापमान परिवर्तन का प्रभाव कहीं अधिक है।

मान्य इनपुट सीमाएँ

कैलकुलेटर 104 K से 282 K तक के तापमान और 1 bar से 100 bar तक के दाब स्वीकार करता है।

• 104 K से कम पर एथिलीन अपने हिमांक के निकट पहुँचता है और सहसंबंध का सत्यापन नहीं किया गया है।
• 282 K से अधिक पर तापमान एथिलीन के क्रांतिक तापमान (282.34 K) के निकट पहुँचता है। इस तापमान से ऊपर द्रव और गैस में अंतर नहीं रहता। सहसंबंध इस क्षेत्र का वर्णन नहीं कर सकता।
• 1–100 bar के बाहर दाब सुधार पद का सत्यापन नहीं किया गया है और परिणाम अविश्वसनीय हो सकते हैं।

इन सीमाओं के बाहर मान दर्ज करने पर परिणाम के बजाय सत्यापन त्रुटि उत्पन्न होती है।

द्रव एथिलीन का घनत्व क्यों महत्वपूर्ण है

घनत्व की गणनाएँ रासायनिक संयंत्रों में कई दैनिक कार्यों में सहायक होती हैं:

• भंडारण टैंक का आकार निर्धारण। द्रव एथिलीन गर्म होने पर फैलता है। इस प्रसार को सुरक्षित रूप से सँभालने के लिए टैंकों में पर्याप्त ऊपरी खाली स्थान होना चाहिए।
• पाइपलाइन और पंप का डिजाइन। दाब-पतन और पंप सक्शन की गणनाएँ, दोनों, पाइपलाइन से बहने वाले द्रव के घनत्व पर निर्भर करती हैं।
• द्रव्यमान संतुलन। प्रवाह मीटर अक्सर द्रव्यमान के बजाय आयतन मापते हैं। आयतन को द्रव्यमान में बदलने के लिए घनत्व का सटीक मान आवश्यक है।
• अभिरक्षा हस्तांतरण। जब किसी आपूर्तिकर्ता और खरीदार के बीच एथिलीन का स्वामित्व बदलता है, तो आयतन मापों को घनत्व का उपयोग करके द्रव्यमान में बदला जाता है, जिसका बिल की जाने वाली मात्रा पर सीधा प्रभाव पड़ता है।

सीमाएँ

यह सहसंबंध एक अनुमान है, जो अपनी मान्य सीमा में लगभग 2% तक सटीक है और प्रयोगात्मक आँकड़ों पर आधारित मूल DIPPR फिट से प्राप्त हुआ है। यह क्रांतिक बिंदु के निकट पूर्ण अवस्था समीकरण, अन्य गैसों के साथ एथिलीन के मिश्रणों, या प्रमाणित संदर्भ आँकड़ों की आवश्यकता वाली सुरक्षा-महत्वपूर्ण गणनाओं, जैसे NIST REFPROP डेटाबेस, का विकल्प नहीं है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

द्रव एथिलीन का घनत्व किस इकाई में मापा जाता है? कैलकुलेटर घनत्व को किलोग्राम प्रति घन मीटर (kg/m³) में दर्शाता है, जो रासायनिक इंजीनियरिंग में घनत्व की मानक SI इकाई है।

कैलकुलेटर तापमान और दाब की किन इकाइयों का उपयोग करता है? तापमान केल्विन (K) और दाब bar में। सेल्सियस से बदलने के लिए 273.15 जोड़ें। psi से bar में बदलने के लिए 0.06895 से गुणा करें।

DIPPR समीकरण 105 क्या है? DIPPR समीकरण 105 एक मानक गणितीय रूप है, जिसका उपयोग तापमान के फलन के रूप में प्रयोगात्मक संतृप्त-द्रव घनत्व आँकड़ों को फिट करने के लिए किया जाता है। DIPPR का अर्थ Design Institute for Physical Properties है, जो औद्योगिक रसायनों के गुणधर्मों के आँकड़े संकलित और सत्यापित करने वाला एक अनुसंधान संघ है।

दाब घनत्व को मुश्किल से क्यों बदलता है? द्रव गैसों की तुलना में संपीडन का कहीं अधिक प्रतिरोध करते हैं। इस कैलकुलेटर में 0.00125 प्रति MPa की समतापीय संपीड्यता पर आधारित दाब सुधार, पूरी 1–100 bar सीमा में भी घनत्व को केवल कुछ kg/m³ तक बदलता है।

क्या इस कैलकुलेटर का उपयोग एथिलीन गैस के लिए किया जा सकता है? नहीं। यह केवल द्रव अवस्था का मॉडल बनाता है। गैसीय अवस्था के एथिलीन के लिए समीकरणों का एक अलग समूह चाहिए, जैसे संपीड्यता-गुणक या अवस्था-समीकरण मॉडल।

क्रांतिक तापमान के निकट यह कैलकुलेटर कितना सटीक है? तापमान 282.34 K के निकट पहुँचने पर सटीकता घटती है, जो सहसंबंध में प्रयुक्त क्रांतिक तापमान है। उस बिंदु के निकट तापमान में छोटे परिवर्तन घनत्व में बड़े और कठिनाई से पूर्वानुमेय उतार-चढ़ाव पैदा करते हैं, और सहसंबंध इस क्षेत्र के लिए बनाया नहीं गया है।

संदर्भ

1. भौतिक गुणधर्मों के लिए डिज़ाइन संस्थान (DIPPR), अमेरिकी रासायनिक अभियंता संस्थान (AIChE) द्वारा प्रायोजित। DIPPR परियोजना 801 डेटाबेस।
2. राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (NIST) रसायन विज्ञान वेबबुक, मानक संदर्भ डेटाबेस संख्या 69।
3. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., और O'Connell, J.P. (2001)। The Properties of Gases and Liquids (5वाँ संस्करण)। McGraw-Hill।