Dichte-Rechner für flüssiges Ethylen bei Temperatur & Druck

Berechnen Sie die Dichte von flüssigem Ethylen basierend auf Temperatur (104K-282K) und Druck (1-100 bar). Verwendet die DIPPR-Korrelation mit Druckkorrektur für eine genaue Dichteschätzung in petrochemischen Anwendungen.

Dichte-Schätzer für flüssiges Ethylen

K

Gültiger Bereich: 104K - 282K

bar

Gültiger Bereich: 1 - 100 bar

📚

Dokumentation

Flüssigkeitsäthylen-Dichte-Rechner

Einleitung

Der Flüssigkeitsäthylen-Dichte-Rechner ist ein spezialisiertes Werkzeug, das entwickelt wurde, um die Dichte von Flüssigkeitsäthylen basierend auf Temperatur- und Druckeingaben genau zu bestimmen. Äthylen (C₂H₄) ist eine der wichtigsten organischen Verbindungen in der petrochemischen Industrie und dient als grundlegender Baustein für zahlreiche Produkte, einschließlich Kunststoffen, Frostschutzmitteln und synthetischen Fasern. Das Verständnis der Dichte von Flüssigkeitsäthylen ist entscheidend für ingenieurtechnische Anwendungen, Prozessdesign, Lagerüberlegungen und Transportlogistik in Branchen von der petrochemischen Herstellung bis zu Kühlsystemen.

Dieser Rechner verwendet präzise thermodynamische Modelle, um die Dichte von Flüssigkeitsäthylen über einen Temperaturbereich von 104K bis 282K und Druck von 1 bis 100 bar zu schätzen, und bietet Ingenieuren, Wissenschaftlern und Fachleuten der Industrie zuverlässige Daten für ihre Anwendungen. Die Dichte von Flüssigkeitsäthylen variiert erheblich mit Temperatur und Druck, was genaue Berechnungen für das ordnungsgemäße Systemdesign und den Betrieb unerlässlich macht.

Wie die Dichte von Flüssigkeitsäthylen berechnet wird

Das mathematische Modell

Die Dichte von Flüssigkeitsäthylen wird unter Verwendung einer modifizierten DIPPR (Design Institute for Physical Properties) Korrelation mit Druckkorrektur berechnet. Dieser Ansatz liefert genaue Dichteschätzungen im Bereich der Flüssigkeitsphase von Äthylen.

Die Grundgleichung zur Berechnung der Dichte von Flüssigkeitsäthylen bei Referenzdruck lautet:

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

Wobei:

  • ρ\rho = Dichte von Flüssigkeitsäthylen (kg/m³)
  • AA = Basisdichtekoeffizient (700 für Äthylen)
  • TT = Temperatur (K)
  • TcT_c = Kritische Temperatur von Äthylen (283,18K)
  • nn = Exponent (0,29683 für Äthylen)
  • BB = Temperaturkoeffizient (0,8 für Äthylen)

Um die Druckeffekte zu berücksichtigen, wird ein Druckkorrekturterm angewendet:

ρP=ρ(1+κ(PPref))\rho_P = \rho \cdot (1 + \kappa \cdot (P - P_{ref}))

Wobei:

  • ρP\rho_P = Dichte bei Druck P (kg/m³)
  • ρ\rho = Dichte bei Referenzdruck (kg/m³)
  • κ\kappa = Isotherme Kompressibilität (ca. 0,00125 MPa⁻¹ für Flüssigkeitsäthylen)
  • PP = Druck (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referenzdruck (0,1 MPa oder 1 bar)

Gültige Bereiche und Einschränkungen

Dieses Berechnungsmodell ist innerhalb spezifischer Bereiche gültig:

  • Temperatur: 104K bis 282K (deckt die Flüssigkeitsphase von Äthylen ab)
  • Druck: 1 bis 100 bar

Außerhalb dieser Bereiche kann Äthylen in gasförmigen oder überkritischen Zuständen existieren, was andere Berechnungsmethoden erfordert. Der kritische Punkt von Äthylen liegt bei etwa 283,18K und 50,4 bar, jenseits dessen Äthylen als überkritische Flüssigkeit existiert.

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Verwendung des Rechners

Eingabeparameter

  1. Temperatureingabe:

    • Geben Sie den Temperaturwert in Kelvin (K) ein
    • Gültiger Bereich: 104K bis 282K
    • Wenn Sie die Temperatur in Celsius (°C) haben, konvertieren Sie mit: K = °C + 273,15
    • Wenn Sie die Temperatur in Fahrenheit (°F) haben, konvertieren Sie mit: K = (°F - 32) × 5/9 + 273,15
  2. Druckeingabe:

    • Geben Sie den Druckwert in bar ein
    • Gültiger Bereich: 1 bis 100 bar
    • Wenn Sie den Druck in anderen Einheiten haben:
      • Von psi: bar = psi × 0,0689476
      • Von kPa: bar = kPa × 0,01
      • Von MPa: bar = MPa × 10

Ergebnisse interpretieren

Nachdem Sie gültige Temperatur- und Druckwerte eingegeben haben, zeigt der Rechner automatisch an:

  1. Dichte von Flüssigkeitsäthylen: Der berechnete Dichtewert in kg/m³
  2. Visualisierung: Ein Diagramm, das die Dichtevariation mit der Temperatur bei dem gewählten Druck zeigt

Die Ergebnisse können mit der bereitgestellten Schaltfläche in die Zwischenablage kopiert werden, um sie in Berichten, Simulationen oder anderen Berechnungen zu verwenden.

Dichte von Flüssigkeitsäthylen vs. Temperatur Diagramm, das zeigt, wie die Dichte von Flüssigkeitsäthylen mit der Temperatur bei verschiedenen Drücken variiert

Temperatur (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Druck 10 bar 50 bar 100 bar

Beispielberechnungen

Hier sind einige Beispielberechnungen, um zu demonstrieren, wie die Dichte mit Temperatur und Druck variiert:

Temperatur (K)Druck (bar)Dichte (kg/m³)
15010567,89
20010478,65
25010372,41
20050487,22
200100498,01

Wie in der Tabelle gezeigt, nimmt die Dichte von Flüssigkeitsäthylen mit steigender Temperatur (bei konstantem Druck) ab und nimmt mit steigendem Druck (bei konstanter Temperatur) zu.

Implementierung in verschiedenen Programmiersprachen

Hier sind Codeimplementierungen der Berechnung der Flüssigkeitsäthylen-Dichte in mehreren Programmiersprachen:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Berechnet die Dichte von Flüssigkeitsäthylen basierend auf Temperatur und Druck.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperatur in Kelvin (gültiger Bereich: 104K bis 282K)
7        pressure_bar (float): Druck in bar (gültiger Bereich: 1 bis 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Dichte von Flüssigkeitsäthylen in kg/m³
11    """
12    # Konstanten für Äthylen
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritische Temperatur in K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Isotherme Kompressibilität in MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Referenzdruck in MPa (1 bar)
19    
20    # Druck von bar in MPa umwandeln
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Dichte bei Referenzdruck berechnen
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Druckkorrektur anwenden
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Beispielverwendung
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Dichte von Flüssigkeitsäthylen bei {temp}K und {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Anwendungsfälle und Anwendungen

Industrielle Anwendungen

  1. Petrochemische Verarbeitung:

    • Genaue Dichtewerte sind entscheidend für das Design von Destillationskolonnen, Reaktoren und Trennanlagen für die Äthylenproduktion und -verarbeitung.
    • Durchflussberechnungen in Rohrleitungen und Prozesseinrichtungen erfordern präzise Dichtedaten.
  2. Kryogene Lagerung und Transport:

    • Äthylen wird oft als kryogene Flüssigkeit gelagert und transportiert. Dichteberechnungen helfen, die Kapazitäten von Lagertanks und die Ladegrenzen zu bestimmen.
    • Überlegungen zur thermischen Ausdehnung während des Erwärmens erfordern genaue Dichte-Temperatur-Beziehungen.
  3. Polyethylen-Herstellung:

    • Als primärer Rohstoff für die Polyethylenproduktion beeinflussen die Eigenschaften von Äthylen, einschließlich der Dichte, die Reaktionskinetik und die Produktqualität.
    • Massenbilanzberechnungen in Produktionsanlagen basieren auf genauen Dichtewerten.
  4. Kühlsysteme:

    • Äthylen wird in einigen industriellen Kühlsystemen als Kältemittel verwendet, wobei die Dichte die Systemleistung und -effizienz beeinflusst.
    • Ladeberechnungen für Kühlsysteme erfordern genaue Dichtedaten.
  5. Qualitätskontrolle:

    • Dichtemessungen können als Qualitätsindikatoren für die Reinheit von Äthylen in Produktion und Lagerung dienen.

Forschungsanwendungen

  1. Thermodynamische Studien:

    • Forscher, die das Phasenverhalten und die Zustandsgleichungsmodelle untersuchen, verwenden Dichtedaten zur Validierung theoretischer Modelle.
    • Genaue Dichtemessungen helfen bei der Entwicklung verbesserter Korrelationen für Flüssigkeitseigenschaften.
  2. Materialentwicklung:

    • Die Entwicklung neuer Polymere und Materialien auf Basis von Äthylen erfordert ein Verständnis der physikalischen Eigenschaften des Monomers.
  3. Prozesssimulation:

    • Chemische Prozesssimulatoren benötigen genaue Dichtemodelle für Äthylen, um das Verhalten des Systems vorherzusagen.

Ingenieurdienstleistungen

  1. Ausrüstungsskalierung:

    • Pumpen, Ventile und Rohrleitungssysteme, die Flüssigkeitsäthylen handhaben, müssen basierend auf genauen Flüssigkeitseigenschaften, einschließlich Dichte, entworfen werden.
    • Druckverlustberechnungen in Prozesseinrichtungen hängen von der Flüssigkeitsdichte ab.
  2. Sicherheitssysteme:

    • Die Dimensionierung von Überdruckventilen und das Design von Sicherheitssystemen erfordern genaue Dichtewerte über die Betriebsbereiche hinweg.
    • Leckageerkennungssysteme können Dichtemessungen als Teil ihres Überwachungsansatzes verwenden.

Alternativen zur Berechnung

Obwohl dieser Rechner eine bequeme Möglichkeit bietet, die Dichte von Flüssigkeitsäthylen zu schätzen, gibt es alternative Ansätze:

  1. Experimentelle Messung:

    • Direkte Messungen mit Dichtemessgeräten oder Pyknometern liefern die genauesten Ergebnisse, erfordern jedoch spezielle Geräte.
    • Laboranalysen werden typischerweise für hochpräzise Anforderungen oder Forschungszwecke verwendet.
  2. Zustandsgleichungsmodelle:

    • Komplexere Zustandsgleichungen wie Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong oder SAFT können Dichteschätzungen mit potenziell höherer Genauigkeit liefern, insbesondere in der Nähe kritischer Bedingungen.
    • Diese Modelle erfordern in der Regel spezialisierte Software und mehr Rechenressourcen.
  3. NIST REFPROP-Datenbank:

    • Die NIST-Referenzdatenbank für thermodynamische und Transporteigenschaften von Fluiden (REFPROP) bietet hochgenaue Eigenschaftsdaten, erfordert jedoch eine Lizenz.
  4. Veröffentlichte Datentabellen:

    • Referenzhandbücher und veröffentlichte Datentabellen bieten Dichtewerte an diskreten Temperatur- und Druckpunkten.
    • Interpolation zwischen Tabellenwerten kann für spezifische Bedingungen erforderlich sein.

Historische Entwicklung der Dichteberechnungen für Äthylen

Frühe Studien zu Äthylen-Eigenschaften

Die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Äthylen reicht bis ins frühe 19. Jahrhundert zurück, als Michael Faraday 1834 Äthylen durch eine Kombination aus niedriger Temperatur und hohem Druck verflüssigte. Systematische Studien zur Dichte von Flüssigkeitsäthylen begannen jedoch erst im frühen 20. Jahrhundert, als die industriellen Anwendungen für Äthylen zunahmen.

Entwicklung von Korrelationen

In den 1940er und 1950er Jahren, als die petrochemische Industrie schnell wuchs, wurden genauere Messungen der Äthylen-Eigenschaften notwendig. Frühe Korrelationen für die Flüssigkeitsdichte waren typischerweise einfache polynomiale Funktionen der Temperatur, mit begrenzter Genauigkeit und Reichweite.

Die 1960er Jahre sahen die Entwicklung ausgefeilterer Modelle, die auf dem Prinzip der entsprechenden Zustände basierten, was es ermöglichte, Eigenschaften basierend auf kritischen Parametern zu schätzen. Diese Modelle verbesserten die Genauigkeit, hatten jedoch immer noch Einschränkungen, insbesondere bei hohen Drücken.

Moderne Ansätze

Das Design Institute for Physical Properties (DIPPR) begann in den 1980er Jahren mit der Entwicklung standardisierter Korrelationen für chemische Eigenschaften. Ihre Korrelationen für die Dichte von Flüssigkeitsäthylen stellten eine bedeutende Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit dar.

In den letzten Jahrzehnten haben Fortschritte in den Berechnungsmethoden die Entwicklung komplexerer Zustandsgleichungen ermöglicht, die die Eigenschaften von Äthylen über weite Bereiche von Temperatur und Druck genau vorhersagen können. Moderne molekulare Simulationsmethoden ermöglichen auch die Vorhersage von Eigenschaften aus ersten Prinzipien.

Experimentelle Techniken

Die Messmethoden für die Flüssigkeitsdichte haben sich ebenfalls erheblich weiterentwickelt. Frühe Methoden basierten auf einfachen Verdrängungstechniken, während moderne Methoden umfassen:

  • Vibrationsrohr-Dichtemessgeräte
  • Magnetische Schwebewaagen
  • Pyknometer mit Temperaturregelung
  • Hydrostatische Wiegemethoden

Diese fortschrittlichen Techniken haben die hochwertigen experimentellen Daten bereitgestellt, die benötigt werden, um die Korrelationen zu entwickeln und zu validieren, die in diesem Rechner verwendet werden.

Häufig gestellte Fragen

Was ist Flüssigkeitsäthylen?

Flüssigkeitsäthylen ist der flüssige Zustand von Äthylen (C₂H₄), einem farblosen, brennbaren Gas bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck. Äthylen muss unter seinen Siedepunkt von -103,7°C (169,45K) bei atmosphärischem Druck gekühlt werden, um als Flüssigkeit zu existieren. In diesem Zustand wird es häufig in industriellen Prozessen verwendet, insbesondere als Rohstoff für die Polyethylenproduktion.

Warum ist die Äthylen-Dichte wichtig?

Die Äthylen-Dichte ist entscheidend für das Design von Lagertanks, Transportsystemen und Prozesseinrichtungen. Genaue Dichtewerte ermöglichen die ordnungsgemäße Dimensionierung von Ausrüstungen, gewährleisten die Sicherheit im Umgang und ermöglichen präzise Berechnungen von Massenstromraten, Wärmeübertragung und anderen Prozessparametern. Die Dichte beeinflusst auch die Wirtschaftlichkeit von Lagerung und Transport, da sie bestimmt, wie viel Äthylen in einem bestimmten Volumen enthalten sein kann.

Wie beeinflusst die Temperatur die Dichte von Flüssigkeitsäthylen?

Die Temperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Dichte von Flüssigkeitsäthylen. Mit steigender Temperatur nimmt die Dichte aufgrund der thermischen Ausdehnung der Flüssigkeit ab. In der Nähe der kritischen Temperatur (283,18K) ändern sich die Dichtewerte bei kleinen Temperaturvariationen dramatischer. Diese Beziehung ist besonders wichtig in kryogenen Anwendungen, in denen Temperaturkontrolle entscheidend ist.

Wie beeinflusst der Druck die Dichte von Flüssigkeitsäthylen?

Der Druck hat einen moderaten Einfluss auf die Dichte von Flüssigkeitsäthylen. Höhere Drücke führen zu leicht höheren Dichten aufgrund der Kompression der Flüssigkeit. Der Effekt ist weniger ausgeprägt als der Temperatureffekt, wird jedoch bei Drücken über 50 bar bedeutender. Die Beziehung zwischen Druck und Dichte ist innerhalb des normalen Betriebsbereichs ungefähr linear.

Was passiert mit der Äthylen-Dichte in der Nähe des kritischen Punktes?

In der Nähe des kritischen Punktes (ungefähr 283,18K und 50,4 bar) wird die Dichte von Äthylen äußerst empfindlich gegenüber kleinen Änderungen in Temperatur und Druck. Der Unterschied zwischen Flüssigkeits- und Gasphasen verschwindet am kritischen Punkt, und die Dichte nähert sich der kritischen Dichte von etwa 214 kg/m³. Der Rechner liefert möglicherweise keine genauen Ergebnisse sehr nahe am kritischen Punkt aufgrund des komplexen Verhaltens in diesem Bereich.

Kann dieser Rechner für gasförmiges Äthylen verwendet werden?

Nein, dieser Rechner ist speziell für Flüssigkeitsäthylen innerhalb des Temperaturbereichs von 104K bis 282K und des Druckbereichs von 1 bis 100 bar ausgelegt. Berechnungen der Dichte von gasförmigem Äthylen erfordern andere Zustandsgleichungen, wie das ideale Gasgesetz mit Kompressibilitätskorrekturen oder komplexere Modelle wie Peng-Robinson oder Soave-Redlich-Kwong.

Wie genau ist dieser Rechner?

Der Rechner liefert Dichteschätzungen mit einer Genauigkeit von etwa ±2% innerhalb der angegebenen Temperatur- und Druckbereiche. Die Genauigkeit kann in der Nähe der Grenzen der gültigen Bereiche, insbesondere in der Nähe des kritischen Punktes, abnehmen. Für Anwendungen, die höhere Präzision erfordern, sind Labormessungen oder komplexere thermodynamische Modelle möglicherweise erforderlich.

Welche Einheiten verwendet der Rechner?

Der Rechner verwendet die folgenden Einheiten:

  • Temperatur: Kelvin (K)
  • Druck: bar
  • Dichte: Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³)

Kann ich die Dichte in andere Einheiten umrechnen?

Ja, Sie können die Dichte in andere gängige Einheiten umrechnen, indem Sie diese Umrechnungsfaktoren verwenden:

  • In g/cm³: Durch 1000 teilen
  • In lb/ft³: Mit 0,06243 multiplizieren
  • In lb/gal (US): Mit 0,008345 multiplizieren

Wo finde ich detailliertere Äthylen-Eigenschaftsdaten?

Für umfassendere Äthylen-Eigenschaftsdaten konsultieren Sie Ressourcen wie:

  • NIST REFPROP-Datenbank
  • Perry's Chemical Engineers' Handbook
  • Yaws' Handbook of Thermodynamic Properties
  • AIChE DIPPR Project 801-Datenbank
  • Fachzeitschriften zu Fluidphasen-Gleichgewichten und thermophysikalischen Eigenschaften

Referenzen

  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 (5. Aufl.). 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.

Probieren Sie jetzt unseren Rechner aus

Unser Flüssigkeitsäthylen-Dichte-Rechner bietet sofortige, genaue Dichtewerte basierend auf Ihren spezifischen Temperatur- und Druckanforderungen. Geben Sie einfach Ihre Parameter innerhalb der gültigen Bereiche ein, und der Rechner bestimmt automatisch die Dichte von Flüssigkeitsäthylen für Ihre Anwendung.

Egal, ob Sie Prozesseinrichtungen entwerfen, Lagerstätten planen oder Forschung betreiben, dieses Tool bietet eine schnelle und zuverlässige Möglichkeit, die Dichteinformationen zu erhalten, die Sie benötigen. Die enthaltene Visualisierung hilft Ihnen zu verstehen, wie die Dichte mit der Temperatur bei Ihrem gewählten Druckpunkt variiert.

Für Fragen oder Feedback zu diesem Rechner wenden Sie sich bitte an unser Support-Team.