液体エチレン密度計算ツール | エンジニア向け無料ツール
液体エチレン（C2H4）の密度を、温度と圧力からDIPPR相関式を用いて計算します。結果はkg/m³単位で表示され、密度曲線をグラフで確認できます。極低温での貯蔵タンクの設計、プロセス設計、物質収支の計算など、石油化学プラントに携わる技術者向けの計算ツールです。
液体エチレン密度推定器
有効範囲: 104K - 282K
有効範囲: 1 - 100 bar
計算結果
計算式
密度は圧力補正を用いたDIPPR相関式で計算されます：
ρ = A·(1 - T/Tc)^n - B·T
ρ_P = ρ·(1 + κ·(P - P_ref))
ここで、ρは密度、Tは温度、Tcは臨界温度、Pは圧力、P_refは基準圧力、κは等温圧縮率です。
密度 vs 温度 グラフ
ドキュメンテーション
液体エチレン密度計算機とは何ですか？
液体エチレン密度計算機は、温度と圧力から液体エチレン（C₂H₄）の密度を推定します。化学工学分野で広く使われ、液体の挙動を予測する標準的な式であるDIPPR相関式を使用します。このツールは、104 Kから282 Kまでの温度と、1 barから100 barまでの圧力に対応しています。
エチレンは室温では気体です。貯蔵や輸送の際に液体として保つため、生産者は大気圧下で約-104 °C（169 K）未満の極低温まで冷却します。液体エチレンは、気体よりも同じ体積に多くの質量を詰め込めるため、プラントでは液体として貯蔵・輸送されます。所定の温度と圧力における密度を知ることは、貯蔵タンクの寸法決定、パイプライン流量の確認、プラント内の質量収支に関係します。
液体エチレンの密度の式
この計算機は、飽和液体密度の実験測定値に基づく相関式であるDIPPR式105を使用します。まず選択した温度でのモル密度を求め、次に質量密度へ変換し、その後、圧力を補正します。
ステップ1：基準圧力におけるモル密度
ステップ2：質量密度への変換
ステップ3：圧力の補正
ここで、
| 記号 | 意味 | エチレンの値 |
|---|---|---|
| 温度 | ケルビン（K） | |
| 相関式で使用する臨界温度定数 | 282.34 K | |
| フィッティングされた相関定数 | 2.0961 | |
| フィッティングされた相関定数 | 0.27657 | |
| フィッティングされた相関指数 | 0.29147 | |
| エチレンのモル質量 | 28.054 g/mol | |
| 等温圧縮率（圧力によって液体がどの程度圧縮されるか） | 0.00125 MPa⁻¹ | |
| 圧力。メガパスカルに変換した値（MPa = bar ÷ 10） | MPa | |
| 基準圧力 | 0.1 MPa（1 bar） |
、、、はエチレンについてフィッティングされた定数であり、ユーザーが入力する物理測定値ではありません。計算機で入力するのは温度と圧力だけです。
密度は圧力よりも温度の影響を受けやすくなっています。液体はほとんど圧縮されないため、計算機の全1–100 bar範囲にわたっても、圧力項による結果の変化は数パーセントにすぎません。一方、密度の変化の大部分は温度によって生じます。
液体エチレンの密度の計算方法：計算例
200 K、50 barにおける液体エチレンの密度を求めます。
ステップ1。 温度項を計算します。
ステップ2。 それを乗します。
ステップ3。 1を加え、をその指数に累乗します。
ステップ4。 をその結果で割り、モル質量を掛けます。
これは、1 bar（0.1 MPa）の基準圧力における密度です。計算機はこの値を完全な精度のまま次のステップに引き継ぎます。表示用に丸めると、521.63 kg/m³です。
ステップ5。 丸める前の基準密度に、50 bar（5 MPa）の圧力補正を適用します。
計算機は、200 Kおよび50 barに対して524.83 kg/m³を返します。
その他の計算例
| 温度（K） | 圧力（bar） | 密度（kg/m³） |
|---|---|---|
| 150 | 10 | 596.58 |
| 200 | 10 | 522.22 |
| 250 | 10 | 421.62 |
| 200 | 50 | 524.83 |
| 200 | 100 | 528.09 |
この表から傾向が明確に分かります。圧力を10 barに固定して温度を150 Kから250 Kへ上げると、密度は約175 kg/m³、つまり29%低下します。温度を200 Kに固定して圧力を10 barから100 barへ上げても、密度の上昇は約6 kg/m³、およそ1%にすぎません。このツールの対象範囲では、圧力変化よりも温度変化のほうが密度に大きな影響を与えます。
入力可能な範囲
この計算機は、104 Kから282 Kまでの温度と、1 barから100 barまでの圧力を受け付けます。
- 104 K未満では、エチレンが凝固点に近づき、相関式の妥当性が検証されていません。
- 282 Kを超えると、温度がエチレンの臨界温度（282.34 K）に近づきます。臨界温度を超えると液体と気体の区別がなくなります。この相関式ではこの領域を記述できません。
- 1–100 barの範囲外では、圧力補正項の妥当性が検証されておらず、結果が信頼できない場合があります。
これらの範囲外の値を入力すると、結果ではなく検証エラーが表示されます。
液体エチレンの密度が重要な理由
密度の計算は、化学プラントで日常的に行われる複数の作業を支えます。
- 貯蔵タンクの寸法決定。 液体エチレンは温まると膨張します。タンクには、その膨張を安全に受け入れるのに十分な気相空間が必要です。
- パイプラインとポンプの設計。 圧力損失とポンプの吸込計算はいずれも、配管内を流れる液体の密度に依存します。
- 質量収支。 流量計は質量ではなく体積を測定することがよくあります。体積を質量に変換するには、正確な密度値が必要です。
- 受渡し。 供給者と購入者の間でエチレンの所有権が移転するとき、体積測定値は密度を使って質量に変換されます。これは請求量に直接影響します。
制限事項
この相関式は、実験データに対して行われたDIPPRのフィッティングに基づく推定値であり、有効範囲内での誤差はおよそ2%です。臨界点付近、他の気体とのエチレン混合物、またはNIST REFPROPデータベースのような認証済みの基準データを必要とする安全上重要な計算では、完全な状態方程式の代用にはなりません。
よくある質問
液体エチレンの密度は何で測定しますか？ 計算機は、化学工学における密度の標準SI単位であるキログラム毎立方メートル（kg/m³）で密度を報告します。
計算機では温度と圧力にどの単位を使いますか？ 温度はケルビン（K）、圧力はbarで表します。摂氏から変換するには、273.15を加えます。psiからbarへ変換するには、0.06895を掛けます。
DIPPR式105とは何ですか？ DIPPR式105は、実験による飽和液体密度データを温度の関数としてフィッティングするために使われる標準的な数学形式です。DIPPRはDesign Institute for Physical Propertiesの略称で、工業用化学物質の物性データを収集・検証する研究コンソーシアムです。
なぜ圧力による密度の変化は小さいのですか？ 液体は気体よりもはるかに圧縮されにくい性質があります。この計算機の圧力補正は、MPaあたり0.00125の等温圧縮率に基づいており、全1–100 bar範囲にわたっても密度を数kg/m³しか変化させません。
この計算機はエチレンガスに使用できますか？ いいえ。液相のみをモデル化します。気相のエチレンには、圧縮係数モデルや状態方程式モデルなど、別の方程式群が必要です。
臨界温度付近でのこの計算機の精度はどの程度ですか？ 相関式で使用する臨界温度である282.34 Kに近づくほど、精度は低下します。その付近では、温度の小さな変化によって密度が大きく予測困難な変動を示すため、この相関式はその領域向けに設計されていません。
参考文献
- 米国化学工学会（AIChE）が後援する物性デザイン研究所（DIPPR）。DIPPRプロジェクト801データベース。
- 米国国立標準技術研究所（NIST）化学WebBook、標準参照データベース番号69。
- Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P.（2001）。The Properties of Gases and Liquids（5版）。McGraw-Hill。