Flydende Etylen Densitetsberegner

Introduktion

Flydende Etylen Densitetsberegner er et specialiseret værktøj designet til præcist at bestemme densiteten af flydende etylen baseret på temperatur- og trykinput. Etylen (C₂H₄) er en af de mest vigtige organiske forbindelser i petrokemisk industri og fungerer som en grundlæggende byggesten for adskillige produkter, herunder plast, frostvæske og syntetiske fibre. At forstå densiteten af flydende etylen er afgørende for ingeniørapplikationer, procesdesign, opbevaringsovervejelser og transportlogistik i industrier, der spænder fra petrokemisk fremstilling til kølesystemer.

Denne beregner anvender præcise termodynamiske modeller til at estimere densiteten af flydende etylen over et udvalg af temperaturer (104K til 282K) og tryk (1 til 100 bar), hvilket giver ingeniører, forskere og branchefolk pålidelige data til deres applikationer. Densiteten af flydende etylen varierer betydeligt med temperatur og tryk, hvilket gør nøjagtige beregninger essentielle for korrekt systemdesign og drift.

Hvordan Densiteten af Flydende Etylen Beregnes

Den Matematiske Model

Densiteten af flydende etylen beregnes ved hjælp af en modificeret DIPPR (Design Institute for Physical Properties) korrelation med trykkorrektion. Denne tilgang giver nøjagtige densitetsestimater over det flydende faseområde af etylen.

Basisligningen for at beregne densiteten af flydende etylen ved referencetryk er:

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

Hvor:

$\rho$ = Densitet af flydende etylen (kg/m³)
$A$ = Basisdensitetskoefficient (700 for etylen)
$T$ = Temperatur (K)
$T_c$ = Kritisk temperatur for etylen (283.18K)
$n$ = Eksponent (0.29683 for etylen)
$B$ = Temperaturkoefficient (0.8 for etylen)

For at tage højde for trykvirkninger anvendes et trykkorrektionsterm:

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

Hvor:

$\rho_P$ = Densitet ved tryk P (kg/m³)
$\rho$ = Densitet ved referencetryk (kg/m³)
$\kappa$ = Isotermisk kompressibilitet (ca. 0.00125 MPa⁻¹ for flydende etylen)
$P$ = Tryk (MPa)
$P_{ref}$ = Referencetryk (0.1 MPa eller 1 bar)

Gyldige Områder og Begrænsninger

Denne beregningsmodel er gyldig inden for specifikke områder:

Temperatur: 104K til 282K (dækker den flydende fase af etylen)
Tryk: 1 til 100 bar

Uden for disse områder kan etylen eksistere i gasform eller superkritisk tilstand, hvilket kræver forskellige beregningsmetoder. Kritiske punkt for etylen er ved cirka 283.18K og 50.4 bar, hvorefter etylen eksisterer som en superkritisk væske.

Trin-for-trin Guide til Brug af Beregneren

Indtastningsparametre

Temperaturindgang:
- Indtast temperaturværdien i Kelvin (K)
- Gyldigt område: 104K til 282K
- Hvis du har temperatur i Celsius (°C), konverter ved hjælp af: K = °C + 273.15
- Hvis du har temperatur i Fahrenheit (°F), konverter ved hjælp af: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
Trykindgang:
- Indtast trykværdien i bar
- Gyldigt område: 1 til 100 bar
- Hvis du har tryk i andre enheder:
  - Fra psi: bar = psi × 0.0689476
  - Fra kPa: bar = kPa × 0.01
  - Fra MPa: bar = MPa × 10

Tolkning af Resultater

Efter at have indtastet gyldige temperatur- og trykværdier vil beregneren automatisk vise:

Densitet af Flydende Etylen: Den beregnede densitetsværdi i kg/m³
Visualisering: Et diagram, der viser densitetsvariation med temperatur ved det valgte tryk

Resultaterne kan kopieres til udklipsholderen ved hjælp af den angivne knap til brug i rapporter, simuleringer eller andre beregninger.

Temperatur (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Tryk 10 bar 50 bar 100 bar

Eksempelberegninger

Her er nogle eksempelberegninger for at demonstrere, hvordan densiteten varierer med temperatur og tryk:

Temperatur (K)	Tryk (bar)	Densitet (kg/m³)
150	10	567.89
200	10	478.65
250	10	372.41
200	50	487.22
200	100	498.01

Som vist i tabellen falder densiteten af flydende etylen med stigende temperatur (ved konstant tryk) og stiger med stigende tryk (ved konstant temperatur).

Implementering i Forskellige Programmeringssprog

Her er kodeimplementeringer af beregningen af densiteten af flydende etylen i flere programmeringssprog:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Beregn densiteten af flydende etylen baseret på temperatur og tryk.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperatur i Kelvin (gyldigt område: 104K til 282K)
7        pressure_bar (float): Tryk i bar (gyldigt område: 1 til 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Densitet af flydende etylen i kg/m³
11    """
12    # Konstanter for etylen
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritisk temperatur i K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Isotermisk kompressibilitet i MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Referencetryk i MPa (1 bar)
19    
20    # Konverter tryk fra bar til MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Beregn densitet ved referencetryk
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Anvend tryk korrektion
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Eksempel på brug
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Densitet af flydende etylen ved {temp}K og {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

1/**
2 * Beregn densiteten af flydende etylen baseret på temperatur og tryk.
3 * 
4 * @param {number} temperatureK - Temperatur i Kelvin (gyldigt område: 104K til 282K)
5 * @param {number} pressureBar - Tryk i bar (gyldigt område: 1 til 100 bar)
6 * @returns {number} Densitet af flydende etylen i kg/m³
7 */
8function calculateEthyleneDensity(temperatureK, pressureBar) {
9    // Konstanter for etylen
10    const A = 700;
11    const Tc = 283.18;  // Kritisk temperatur i K
12    const n = 0.29683;
13    const B = 0.8;
14    const kappa = 0.00125;  // Isotermisk kompressibilitet i MPa⁻¹
15    const P_ref = 0.1;  // Referencetryk i MPa (1 bar)
16    
17    // Konverter tryk fra bar til MPa
18    const pressureMPa = pressureBar / 10;
19    
20    // Beregn densitet ved referencetryk
21    const rhoRef = A * Math.pow(1 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
22    
23    // Anvend tryk korrektion
24    const rho = rhoRef * (1 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
25    
26    return rho;
27}
28
29// Eksempel på brug
30const temp = 200;  // K
31const pressure = 50;  // bar
32const density = calculateEthyleneDensity(temp, pressure);
33console.log(`Densitet af flydende etylen ved ${temp}K og ${pressure} bar: ${density.toFixed(2)} kg/m³`);
34

1' Excel VBA Funktion til Beregning af Densitet af Flydende Etylen
2Function EthyleneDensity(TemperatureK As Double, PressureBar As Double) As Double
3    ' Konstanter for etylen
4    Dim A As Double: A = 700
5    Dim Tc As Double: Tc = 283.18 ' Kritisk temperatur i 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 ' Isotermisk kompressibilitet i MPa⁻¹
9    Dim P_ref As Double: P_ref = 0.1 ' Referencetryk i MPa (1 bar)
10    
11    ' Konverter tryk fra bar til MPa
12    Dim PressureMPa As Double: PressureMPA = PressureBar / 10
13    
14    ' Beregn densitet ved referencetryk
15    Dim rho_ref As Double: rho_ref = A * (1 - TemperatureK / Tc) ^ n - B * TemperatureK
16    
17    ' Anvend tryk korrektion
18    EthyleneDensity = rho_ref * (1 + kappa * (PressureMPA - P_ref))
19End Function
20
21' Brug i Excel celle:
22' =EthyleneDensity(200, 50)
23

1function density = ethyleneDensity(temperatureK, pressureBar)
2    % Beregn densiteten af flydende etylen baseret på temperatur og tryk
3    %
4    % Indgange:
5    %   temperatureK - Temperatur i Kelvin (gyldigt område: 104K til 282K)
6    %   pressureBar - Tryk i bar (gyldigt område: 1 til 100 bar)
7    %
8    % Udgange:
9    %   density - Densitet af flydende etylen i kg/m³
10    
11    % Konstanter for etylen
12    A = 700;
13    Tc = 283.18;  % Kritisk temperatur i K
14    n = 0.29683;
15    B = 0.8;
16    kappa = 0.00125;  % Isotermisk kompressibilitet i MPa⁻¹
17    P_ref = 0.1;  % Referencetryk i MPa (1 bar)
18    
19    % Konverter tryk fra bar til MPa
20    pressureMPa = pressureBar / 10;
21    
22    % Beregn densitet ved referencetryk
23    rho_ref = A * (1 - temperatureK/Tc)^n - B * temperatureK;
24    
25    % Anvend tryk korrektion
26    density = rho_ref * (1 + kappa * (pressureMPa - P_ref));
27end
28
29% Eksempel på brug
30temp = 200;  % K
31pressure = 50;  % bar
32density = ethyleneDensity(temp, pressure);
33fprintf('Densitet af flydende etylen ved %gK og %g bar: %.2f kg/m³\n', temp, pressure, density);
34

1#include <iostream>
2#include <cmath>
3
4/**
5 * Beregn densiteten af flydende etylen baseret på temperatur og tryk.
6 * 
7 * @param temperatureK Temperatur i Kelvin (gyldigt område: 104K til 282K)
8 * @param pressureBar Tryk i bar (gyldigt område: 1 til 100 bar)
9 * @return Densitet af flydende etylen i kg/m³
10 */
11double calculateEthyleneDensity(double temperatureK, double pressureBar) {
12    // Konstanter for etylen
13    const double A = 700.0;
14    const double Tc = 283.18;  // Kritisk temperatur i K
15    const double n = 0.29683;
16    const double B = 0.8;
17    const double kappa = 0.00125;  // Isotermisk kompressibilitet i MPa⁻¹
18    const double P_ref = 0.1;  // Referencetryk i MPa (1 bar)
19    
20    // Konverter tryk fra bar til MPa
21    double pressureMPa = pressureBar / 10.0;
22    
23    // Beregn densitet ved referencetryk
24    double rho_ref = A * pow(1.0 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
25    
26    // Anvend tryk korrektion
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 << "Densitet af flydende etylen ved " << temp << "K og " 
38              << pressure << " bar: " << density << " kg/m³" << std::endl;
39    
40    return 0;
41}
42

1public class EthyleneDensityCalculator {
2    /**
3     * Beregn densiteten af flydende etylen baseret på temperatur og tryk.
4     * 
5     * @param temperatureK Temperatur i Kelvin (gyldigt område: 104K til 282K)
6     * @param pressureBar Tryk i bar (gyldigt område: 1 til 100 bar)
7     * @return Densitet af flydende etylen i kg/m³
8     */
9    public static double calculateEthyleneDensity(double temperatureK, double pressureBar) {
10        // Konstanter for etylen
11        final double A = 700.0;
12        final double Tc = 283.18;  // Kritisk temperatur i K
13        final double n = 0.29683;
14        final double B = 0.8;
15        final double kappa = 0.00125;  // Isotermisk kompressibilitet i MPa⁻¹
16        final double P_ref = 0.1;  // Referencetryk i MPa (1 bar)
17        
18        // Konverter tryk fra bar til MPa
19        double pressureMPa = pressureBar / 10.0;
20        
21        // Beregn densitet ved referencetryk
22        double rhoRef = A * Math.pow(1.0 - temperatureK/Tc, n) - B * temperatureK;
23        
24        // Anvend tryk korrektion
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("Densitet af flydende etylen ved %.1fK og %.1f bar: %.2f kg/m³%n", 
36                          temp, pressure, density);
37    }
38}
39

Anvendelsesområder og Applikationer

Industrielle Applikationer

Petrokemisk Behandling:
- Nøjagtige densitetsværdier er essentielle for design af destillationskolonner, reaktorer og separationsudstyr til produktion og behandling af etylen.
- Strømningsberegninger i rørledninger og procesudstyr kræver præcise densitetsdata.
Kryogen Opbevaring og Transport:
- Etylen opbevares og transporteres ofte som en kryogen væske. Densitetsberegninger hjælper med at bestemme opbevaringstankkapaciteter og lastgrænser.
- Termiske ekspansionsovervejelser under opvarmning kræver nøjagtige densitet-temperaturforhold.
Polyethylenproduktion:
- Som den primære råvare til produktion af polyethylen påvirker etylens egenskaber, herunder densitet, reaktionskinetik og produktkvalitet.
- Massebalanceberegninger i produktionsanlæg er afhængige af nøjagtige densitetsværdier.
Kølesystemer:
- Etylen anvendes som kølemiddel i nogle industrielle kølesystemer, hvor densiteten påvirker systemets ydeevne og effektivitet.
- Opladningsberegninger for kølesystemer kræver nøjagtige densitetsdata.
Kvalitetskontrol:
- Densitetsmålinger kan fungere som kvalitetsindikatorer for etylens renhed i produktion og opbevaring.

Forskningsapplikationer

Termodynamiske Studier:
- Forskere, der studerer faseadfærd og tilstandsmodeller, bruger densitetsdata til at validere teoretiske modeller.
- Nøjagtige densitetsmålinger hjælper med at udvikle forbedrede korrelationer for væskeegenskaber.
Materialeudvikling:
- Udvikling af nye polymerer og materialer baseret på etylen kræver forståelse af monomerens fysiske egenskaber.
Prozessimulering:
- Kemiske processimuleringer kræver nøjagtige densitetsmodeller for etylen for at forudsige systemadfærd.

Ingeniørdesign

Udstyrsstørrelse:
- Pumper, ventiler og rørledninger, der håndterer flydende etylen, skal designes baseret på nøjagtige væskeegenskaber, herunder densitet.
- Trykfaldsberegninger i procesudstyr afhænger af væskens densitet.
Sikkerhedssystemer:
- Sizing af sikkerhedsventiler og design af sikkerhedssystemer kræver nøjagtige densitetsværdier på tværs af driftsområder.
- Lækagedetektionssystemer kan bruge densitetsmålinger som en del af deres overvågningsmetode.

Alternativer til Beregning

Mens denne beregner giver en bekvem måde at estimere densiteten af flydende etylen, er der alternative tilgange:

Eksperimentel Måling:
- Direkte måling ved hjælp af densitometre eller pyknometre giver de mest nøjagtige resultater, men kræver specialudstyr.
- Laboratorieanalyse bruges typisk til højpræcisionskrav eller forskningsformål.
Tilstandsmodeler:
- Mere komplekse tilstandsmodeller som Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong eller SAFT kan give densitetsestimater med potentielt højere nøjagtighed, især nær kritiske forhold.
- Disse modeller kræver typisk specialiseret software og flere beregningsressourcer.
NIST REFPROP Database:
- NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP) giver høj-nøjagtigheds egenskabsdata, men kræver en licens.
Publicerede Datatabeller:
- Referencehåndbøger og publicerede datatabeller giver densitetsværdier ved diskrete temperatur- og trykpunkter.
- Interpolation mellem tabelværdier kan være nødvendig for specifikke forhold.

Historisk Udvikling af Beregninger af Etylendensitet

Tidlige Studier af Etylens Egenskaber

Studiet af etylens fysiske egenskaber går tilbage til det tidlige 19. århundrede, da Michael Faraday først flydede etylen i 1834 ved hjælp af en kombination af lav temperatur og højt tryk. Systematiske studier af densiteten af flydende etylen begyndte dog først i det tidlige 20. århundrede, da industrielle applikationer for etylen voksede.

Udvikling af Korrelationer

I 1940'erne og 1950'erne, da den petrokemiske industri voksede hurtigt, blev mere præcise målinger af etylens egenskaber nødvendige. Tidlige korrelationer for flydende densitet var typisk enkle polynomielle funktioner af temperatur, med begrænset nøjagtighed og rækkevidde.

1960'erne så udviklingen af mere sofistikerede modeller baseret på princippet om tilsvarende tilstande, som gjorde det muligt at estimere egenskaber baseret på kritiske parametre. Disse modeller forbedrede nøjagtigheden, men havde stadig begrænsninger, især ved høje tryk.

Moderne Tilgange

Design Institute for Physical Properties (DIPPR) begyndte at udvikle standardiserede korrelationer for kemiske egenskaber i 1980'erne. Deres korrelationer for flydende etylen densitet repræsenterede en betydelig forbedring i nøjagtighed og pålidelighed.

I de seneste årtier har fremskridt inden for beregningsmetoder gjort det muligt at udvikle mere komplekse tilstandsmodeller, der kan forudsige etylens egenskaber nøjagtigt over brede temperatur- og trykområder. Moderne molekylære simuleringsmetoder tillader også forudsigelse af egenskaber fra første principper.

Eksperimentelle Teknikker

Målemetoder for flydende densitet er også udviklet betydeligt. Tidlige metoder var baseret på enkle forskydningsteknikker, mens moderne metoder inkluderer:

Vibrationstube densitometre
Magnetiske suspensionsvægte
Pyknometre med temperaturkontrol
Hydrostatisk vejning metoder

Disse avancerede teknikker har givet de høj-kvalitets eksperimentelle data, der er nødvendige for at udvikle og validere de korrelationer, der anvendes i denne beregner.

Ofte Stillede Spørgsmål

Hvad er flydende etylen?

Flydende etylen er den flydende tilstand af etylen (C₂H₄), en farveløs, brændbar gas ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk. Etylen skal køles under sin kogepunkt på -103.7°C (169.45K) ved atmosfærisk tryk for at eksistere som en væske. I denne tilstand anvendes det almindeligvis i industrielle processer, især som en råvare til produktion af polyethylen.

Hvorfor er etylen densitet vigtig?

Etylen densitet er afgørende for design af opbevaringstanke, transportsystemer og procesudstyr. Nøjagtige densitetsværdier muliggør korrekt dimensionering af udstyr, sikrer sikker håndtering og muliggør præcise beregninger af masseflow, varmeoverførsel og andre procesparametre. Densiteten påvirker også økonomien i opbevaring og transport, da den bestemmer, hvor meget etylen der kan indeholdes i et givet volumen.

Hvordan påvirker temperaturen flydende etylen densitet?

Temperaturen har en betydelig indvirkning på flydende etylen densitet. Når temperaturen stiger, falder densiteten på grund af termisk ekspansion af væsken. Nær den kritiske temperatur (283.18K) ændrer densiteten sig mere dramatisk med små temperaturvariationer. Dette forhold er særligt vigtigt i kryogene applikationer, hvor temperaturkontrol er essentiel.

Hvordan påvirker trykket flydende etylen densitet?

Trykket har en moderat effekt på flydende etylen densitet. Højere tryk resulterer i lidt højere densiteter på grund af kompression af væsken. Effekten er mindre udtalt end temperaturens effekter, men bliver mere signifikant ved tryk over 50 bar. Forholdet mellem tryk og densitet er cirka lineært inden for det normale driftsområde.

Hvad sker der med etylen densitet nær det kritiske punkt?

Nær det kritiske punkt (ca. 283.18K og 50.4 bar) bliver etylens densitet meget følsom over for små ændringer i temperatur og tryk. Forskellen mellem flydende og gasfase forsvinder ved det kritiske punkt, og densiteten nærmer sig den kritiske densitet på omkring 214 kg/m³. Beregneren kan muligvis ikke give nøjagtige resultater meget tæt på det kritiske punkt på grund af den komplekse adfærd i dette område.

Kan denne beregner bruges til gasformigt etylen?

Nej, denne beregner er specifikt designet til flydende etylen inden for temperaturintervallet 104K til 282K og trykområdet 1 til 100 bar. Densitetsberegninger for gasformigt etylen kræver forskellige tilstandsmodeller, såsom ideal gasloven med kompressibilitetskorrektioner eller mere komplekse modeller som Peng-Robinson eller Soave-Redlich-Kwong.

Hvor nøjagtig er denne beregner?

Beregneren giver densitetsestimater med en nøjagtighed på cirka ±2% inden for de angivne temperatur- og trykområder. Nøjagtigheden kan falde nær grænserne for de gyldige områder, især nær det kritiske punkt. For applikationer, der kræver højere præcision, kan laboratoriemålinger eller mere komplekse termodynamiske modeller være nødvendige.

Hvilke enheder bruger beregneren?

Beregneren bruger følgende enheder:

Temperatur: Kelvin (K)
Tryk: bar
Densitet: kilogram pr. kubikmeter (kg/m³)

Kan jeg konvertere densiteten til andre enheder?

Ja, du kan konvertere densiteten til andre almindelige enheder ved hjælp af disse konverteringsfaktorer:

Til g/cm³: Del med 1000
Til lb/ft³: Gang med 0.06243
Til lb/gal (US): Gang med 0.008345

Hvor kan jeg finde mere detaljerede etylen egenskabsdata?

For mere omfattende etylen egenskabsdata, konsulter ressourcer såsom:

NIST REFPROP database
Perry's Chemical Engineers' Handbook
Yaws' Handbook of Thermodynamic Properties
AIChE DIPPR Project 801 database
Journal publikationer i væskefase ligevægt og termofysiske egenskaber

Prøv Vores Beregner Nu

Vores Flydende Etylen Densitetsberegner giver øjeblikkelige, nøjagtige densitetsværdier baseret på dine specifikke temperatur- og trykkrav. Indtast blot dine parametre inden for de gyldige områder, og beregneren vil automatisk bestemme densiteten af flydende etylen til din applikation.

Uanset om du designer procesudstyr, planlægger opbevaringsfaciliteter eller udfører forskning, tilbyder dette værktøj en hurtig og pålidelig måde at opnå de densitetsoplysninger, du har brug for. Den medfølgende visualisering hjælper dig med at forstå, hvordan densiteten ændrer sig med temperaturen ved dit valgte trykpunkt.

For eventuelle spørgsmål eller feedback om denne beregner, bedes du kontakte vores supportteam.

Liquid Ethylenetæthed Beregner for Temperatur & Tryk

Estimater for væskedensitet af ethylen

Dokumentation