Skysčio etileno tankio skaičiuoklė temperatūrai ir slėgiui

Apskaičiuokite skysčio etileno tankį remiantis temperatūros (104K-282K) ir slėgio (1-100 bar) įvestimis. Naudoja DIPPR koreliaciją su slėgio korekcija, siekiant tiksliai įvertinti tankį naftos chemijos taikymuose.

Skysčio etileno tankio vertinimo priemonė

K

Galiojantis diapazonas: 104K - 282K

bar

Galiojantis diapazonas: 1 - 100 bar

📚

Dokumentacija

Skysčio Etileno Tankio Skaičiuoklė

Įvadas

Skysčio Etileno Tankio Skaičiuoklė yra specializuotas įrankis, sukurtas tiksliai nustatyti skysčio etileno tankį, remiantis temperatūros ir slėgio įvestimis. Etilenas (C₂H₄) yra viena svarbiausių organinių junginių naftos chemijos pramonėje, tarnaujanti kaip pagrindinė statybinė medžiaga daugeliui produktų, įskaitant plastiką, antifrizą ir sintetinius pluoštus. Supratimas apie skysčio etileno tankį yra labai svarbus inžinerijos taikymams, procesų projektavimui, saugojimo klausimams ir transportavimo logistikai pramonėse, pradedant naftos chemijos gamyba ir baigiant šaldymo sistemomis.

Ši skaičiuoklė naudoja tikslius termodinamikos modelius, kad įvertintų skysčio etileno tankį per įvairius temperatūros (104K iki 282K) ir slėgio (1 iki 100 bar) intervalus, teikdama inžinieriams, mokslininkams ir pramonės specialistams patikimus duomenis jų taikymams. Skysčio etileno tankis žymiai kinta priklausomai nuo temperatūros ir slėgio, todėl tikslūs skaičiavimai yra būtini tinkamam sistemos projektavimui ir veikimui.

Kaip Apskaičiuojamas Skysčio Etileno Tankis

Matematinis Modelis

Skysčio etileno tankis apskaičiuojamas naudojant modifikuotą DIPPR (Fizinių Savybių Dizaino Instituto) koreliaciją su slėgio korekcija. Šis metodas suteikia tikslius tankio įvertinimus etileno skysčio fazės regione.

Pagrindinė lygtis skysčio etileno tankiui apskaičiuoti esant referenciniam slėgiui yra:

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

Kur:

  • ρ\rho = Skysčio etileno tankis (kg/m³)
  • AA = Pagrindinis tankio koeficientas (700 etilenui)
  • TT = Temperatūra (K)
  • TcT_c = Kritinė etileno temperatūra (283.18K)
  • nn = Eksponentas (0.29683 etilenui)
  • BB = Temperatūros koeficientas (0.8 etilenui)

Norint atsižvelgti į slėgio poveikį, taikomas slėgio korekcijos terminas:

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

Kur:

  • ρP\rho_P = Tankis esant slėgiui P (kg/m³)
  • ρ\rho = Tankis esant referenciniam slėgiui (kg/m³)
  • κ\kappa = Izoterminė suspaudžiamumo koeficientas (maždaug 0.00125 MPa⁻¹ skystam etilenui)
  • PP = Slėgis (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referencinis slėgis (0.1 MPa arba 1 bar)

Galiojančios Ribos ir Apribojimai

Šis skaičiavimo modelis galioja tam tikruose ribose:

  • Temperatūra: 104K iki 282K (apimantis skysčio etileno fazę)
  • Slėgis: 1 iki 100 bar

Už šių ribų etilenas gali egzistuoti dujinėje arba superkritinėje būsenoje, reikalaujančioje kitų skaičiavimo metodų. Etileno kritinė taškas yra maždaug 283.18K ir 50.4 bar, už kurios etilenas egzistuoja kaip superkritinis skystis.

Žingsnis po Žingsnio Gidas, Kaip Naudotis Skaičiuokle

Įvesties Parametrai

  1. Temperatūros Įvedimas:

    • Įveskite temperatūros vertę Kelvinais (K)
    • Galiojantis intervalas: 104K iki 282K
    • Jei turite temperatūrą Celsijumi (°C), konvertuokite naudodami: K = °C + 273.15
    • Jei turite temperatūrą Farenheitu (°F), konvertuokite naudodami: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Slėgio Įvedimas:

    • Įveskite slėgio vertę baru
    • Galiojantis intervalas: 1 iki 100 bar
    • Jei turite slėgį kitose vienetų sistemose:
      • Iš psi: bar = psi × 0.0689476
      • Iš kPa: bar = kPa × 0.01
      • Iš MPa: bar = MPa × 10

Rezultatų Interpretavimas

Įvedus galiojančias temperatūros ir slėgio vertes, skaičiuoklė automatiškai parodys:

  1. Skysčio Etileno Tankis: Apskaičiuota tankio vertė kg/m³
  2. Vizualizacija: Grafikas, rodantis tankio pokyčius su temperatūra pasirinktu slėgiu

Rezultatus galima kopijuoti į iškarpinę naudojant pateiktą mygtuką, kad būtų galima naudoti ataskaitose, simuliacijose ar kituose skaičiavimuose.

Skysčio Etileno Tankis vs Temperatūra Grafikas, rodantis, kaip skysčio etileno tankis kinta su temperatūra skirtingais slėgiais

Temperatūra (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Slėgis 10 bar 50 bar 100 bar

Pavyzdiniai Apskaičiavimai

Štai keletas pavyzdinių skaičiavimų, kad parodytume, kaip tankis kinta su temperatūra ir slėgiu:

Temperatūra (K)Slėgis (bar)Tankis (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Kaip matyti lentelėje, skysčio etileno tankis mažėja didėjant temperatūrai (pastoviu slėgiu) ir didėja didėjant slėgiui (pastoviu temperatūru).

Įgyvendinimas Įvairiose Programavimo Kalbose

Štai skysčio etileno tankio skaičiavimo kodo įgyvendinimai keliose programavimo kalbose:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Apskaičiuoti skysčio etileno tankį, remiantis temperatūra ir slėgiu.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperatūra Kelvinais (galiojantis intervalas: 104K iki 282K)
7        pressure_bar (float): Slėgis baru (galiojantis intervalas: 1 iki 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Skysčio etileno tankis kg/m³
11    """
12    # Etileno konstantos
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritinė temperatūra K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Izoterminė suspaudžiamumo koeficientas MPa⁻¹ skystam etilenui
18    P_ref = 0.1  # Referencinis slėgis MPa (1 bar)
19    
20    # Konvertuoti slėgį iš barų į MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Apskaičiuoti tankį esant referenciniam slėgiui
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Taikyti slėgio korekciją
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Pavyzdinė naudojimo
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Skysčio etileno tankis esant {temp}K ir {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Naudojimo Atvejai ir Taikymas

Pramoniniai Taikymai

  1. Naftos Chemijos Apdorojimas:

    • Tikslios tankio vertės yra būtinos distiliacijos kolonų, reaktorių ir atskyrimo įrangos projektavimui etileno gamybai ir apdorojimui.
    • Srauto skaičiavimai vamzdynuose ir proceso įrangoje reikalauja tikslių tankio duomenų.
  2. Kriogeninis Saugojimas ir Transportavimas:

    • Etilenas dažnai saugomas ir transportuojamas kaip kriogeninis skystis. Tankio skaičiavimai padeda nustatyti saugojimo talpą ir pakrovimo ribas.
    • Šilumos plėtimosi apsvarstymai šildymo metu reikalauja tikslių tankio-temperatūros santykių.
  3. Polietileno Gamyba:

    • Kaip pagrindinė žaliava polietileno gamybai, etileno savybės, įskaitant tankį, veikia reakcijų kinetiką ir produkto kokybę.
    • Masės balanso skaičiavimai gamybos įmonėse priklauso nuo tikslių tankio vertių.
  4. Šaldymo Sistemose:

    • Etilenas naudojamas kaip šaldiklis kai kuriose pramoninėse aušinimo sistemose, kur tankis veikia sistemos efektyvumą.
    • Įkrovimo skaičiavimai šaldymo sistemose reikalauja tikslių tankio duomenų.
  5. Kokybės Kontrolė:

    • Tankio matavimai gali būti naudojami kaip kokybės rodikliai etileno grynumui gamyboje ir saugojime.

Tyrimų Taikymai

  1. Termodinaminiai Tyrimai:

    • Tyrėjai, nagrinėjantys fazių elgseną ir būsenos lygtis, naudoja tankio duomenis teoriniams modeliams patvirtinti.
    • Tikslių tankio matavimų pagalba padedama plėtoti patobulintas koreliacijas skysčių savybėms.
  2. Medžiagų Plėtra:

    • Naujų polimerų ir medžiagų, pagrįstų etilenu, plėtra reikalauja supratimo apie monomero fizines savybes.
  3. Procesų Simuliacija:

    • Cheminiai procesų simuliatoriai reikalauja tikslių etileno tankio modelių, kad prognozuotų sistemos elgseną.

Inžinerijos Projektavimas

  1. Įrangos Dydžio Nustatymas:

    • Siurbliai, vožtuvai ir vamzdynų sistemos, tvarkančios skystą etileną, turi būti projektuojamos remiantis tiksliomis skysčių savybėmis, įskaitant tankį.
    • Slėgio kritimo skaičiavimai proceso įrangoje priklauso nuo skysčio tankio.
  2. Saugos Sistemos:

    • Atleidimo vožtuvų dydžio nustatymas ir saugos sistemos projektavimas reikalauja tikslių tankio vertių visame veikimo diapazone.
    • Nuotėkio aptikimo sistemos gali naudoti tankio matavimus kaip dalį savo stebėjimo požiūrio.

Alternatyvos Apskaičiavimui

Nors ši skaičiuoklė suteikia patogų būdą įvertinti skysčio etileno tankį, yra ir alternatyvių požiūrių:

  1. Eksperimentinis Matavimas:

    • Tiesioginis matavimas naudojant densitometrus arba piknometrus suteikia tiksliausius rezultatus, tačiau reikalauja specializuotos įrangos.
    • Laboratoriniai tyrimai paprastai naudojami aukštos tikslumo reikalavimams arba tyrimų tikslais.
  2. Būsenos Lygties Modeliai:

    • Sudėtingesnės būsenos lygties, tokios kaip Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong arba SAFT, gali suteikti tankio įvertinimus su galbūt didesne tikslumu, ypač arti kritinių sąlygų.
    • Šie modeliai paprastai reikalauja specializuotos programinės įrangos ir daugiau skaičiavimo išteklių.
  3. NIST REFPROP Duomenų Bazė:

    • NIST Referencinių Skysčių Termodinamikos ir Transporto Savybių Duomenų Bazė (REFPROP) suteikia aukšto tikslumo savybių duomenis, tačiau reikalauja licencijos.
  4. Paskelbtos Duomenų Lentelės:

    • Nuorodų vadovai ir paskelbtos duomenų lentelės suteikia tankio vertes esant atskiroms temperatūros ir slėgio taškams.
    • Interpolacija tarp lentelės verčių gali būti reikalinga specifinėms sąlygoms.

Istorinė Etileno Tankio Apskaičiavimų Raida

Ankstyvieji Etileno Savybių Tyrimai

Etileno fizinių savybių tyrimai prasidėjo XIX amžiaus pradžioje, kai Michael Faraday pirmą kartą skystino etileną 1834 metais, naudodamas žemos temperatūros ir aukšto slėgio derinį. Tačiau sistemingas skysčio etileno tankio tyrimas prasidėjo XX amžiaus pradžioje, kai etileno pramoniniai taikymai išaugo.

Koreliacijų Plėtra

1940-aisiais ir 1950-aisiais, kai naftos chemijos pramonė sparčiai augo, tapo būtina tiksliau matuoti etileno savybes. Ankstyvosios tankio koreliacijos paprastai buvo paprastos polinomų funkcijos temperatūrai, turinčios ribotą tikslumą ir diapazoną.

1960-aisiais buvo sukurti sudėtingesni modeliai, pagrįsti atitinkamų būsenų principu, leidžiančiu savybes įvertinti remiantis kritiniais parametrais. Šie modeliai pagerino tikslumą, tačiau vis dar turėjo apribojimų, ypač esant aukštiems slėgiams.

Šiuolaikiniai Požiūriai

Fizinių Savybių Dizaino Institutas (DIPPR) pradėjo kurti standartizuotas koreliacijas cheminėms savybėms 1980-aisiais. Jų koreliacijos skysčio etileno tankiui atstovavo reikšmingą tikslumo ir patikimumo patobulinimą.

Pastaraisiais dešimtmečiais skaičiavimo metodų pažanga leido sukurti sudėtingesnes būsenos lygtis, kurios gali tiksliai prognozuoti etileno savybes per platų temperatūros ir slėgio diapazoną. Šiuolaikinės molekulinės simuliacijos technikos taip pat leidžia prognozuoti savybes iš pirmųjų principų.

Eksperimentinės Technikos

Skysčio tankio matavimo technikos taip pat žymiai išsivystė. Ankstyvosios metodikos priklausė nuo paprastų išstūmimo metodų, o modernios metodikos apima:

  • Vibracinius vamzdinius densitometrus
  • Magnetinius pakabos balansus
  • Piknometrus su temperatūros kontrole
  • Hidrostatinius svėrimo metodus

Šios pažangios technikos suteikė aukštos kokybės eksperimentinius duomenis, reikalingus kurti ir patvirtinti koreliacijas, naudojamas šioje skaičiuoklėje.

Dažniausiai Užduodami Klausimai

Kas yra skystas etilenas?

Skystas etilenas yra etileno (C₂H₄) skystoji būsena, bespalvis, degus dujas esant kambario temperatūrai ir atmosferiniam slėgiui. Etilenas turi būti atšaldytas žemiau savo virimo taško -103.7°C (169.45K) esant atmosferiniam slėgiui, kad egzistuotų kaip skystis. Šioje būsenoje jis dažnai naudojamas pramoninėse procesuose, ypač kaip žaliava polietileno gamybai.

Kodėl etileno tankis yra svarbus?

Etileno tankis yra labai svarbus projektuojant saugojimo talpas, transportavimo sistemas ir proceso įrangą. Tikslios tankio vertės leidžia tinkamai nustatyti įrangos dydį, užtikrinti saugumą tvarkant ir leisti tiksliai apskaičiuoti masės srauto greičius, šilumos perdavimą ir kitus proceso parametrus. Tankis taip pat veikia saugojimo ir transportavimo ekonomiką, nes jis nustato, kiek etileno gali būti talpinama tam tikrame tūryje.

Kaip temperatūra veikia skysčio etileno tankį?

Temperatūra turi didelę įtaką skysčio etileno tankiui. Didėjant temperatūrai, tankis mažėja dėl skysčio šiluminio išsiplėtimo. Artėjant prie kritinės temperatūros (283.18K), tankis kinta dramatiškiau su mažais temperatūros svyravimais. Šis santykis yra ypač svarbus kriogeninėse taikymuose, kur temperatūros kontrolė yra būtina.

Kaip slėgis veikia skysčio etileno tankį?

Slėgis turi vidutinį poveikį skysčio etileno tankiui. Didėjant slėgiui, tankis šiek tiek padidėja dėl skysčio suspaudimo. Poveikis yra mažiau ryškus nei temperatūros poveikis, tačiau tampa reikšmingesnis slėgiams virš 50 bar. Santykis tarp slėgio ir tankio yra maždaug linijinis normaliame veikimo diapazone.

Ką daryti su etileno tankiu arti kritinio taško?

Arti kritinio taško (maždaug 283.18K ir 50.4 bar) etileno tankis tampa labai jautrus mažiems temperatūros ir slėgio pokyčiams. Kritiniame taške dingsta skysčio ir dujų fazių atskirtis, o tankis artėja prie kritinio tankio, maždaug 214 kg/m³. Skaičiuoklė gali nesuteikti tikslių rezultatų labai arti kritinio taško dėl sudėtingo elgesio šioje srityje.

Ar šią skaičiuoklę galima naudoti dujiniam etilenui?

Ne, ši skaičiuoklė yra specialiai sukurta skysčio etilenui per temperatūros intervalą nuo 104K iki 282K ir slėgio intervalą nuo 1 iki 100 bar. Dujinio etileno tankio skaičiavimams reikalingos kitos būsenos lygties, tokios kaip idealių dujų dėsnis su suspaudžiamumo korekcijomis arba sudėtingesni modeliai, tokie kaip Peng-Robinson arba Soave-Redlich-Kwong.

Kiek tiksli yra ši skaičiuoklė?

Skaičiuoklė teikia tankio įvertinimus su maždaug ±2% tikslumu nurodytuose temperatūros ir slėgio ribose. Tikslumas gali sumažėti artėjant prie galiojimo ribų, ypač arti kritinio taško. Taikymams, reikalaujantiems didesnio tikslumo, gali prireikti laboratorinių matavimų arba sudėtingesnių termodinamikos modelių.

Kokius vienetus naudoja skaičiuoklė?

Skaičiuoklė naudoja šiuos vienetus:

  • Temperatūra: Kelvinais (K)
  • Slėgis: bar
  • Tankis: kilogramai kubiniame metre (kg/m³)

Ar galiu konvertuoti tankį į kitus vienetus?

Taip, galite konvertuoti tankį į kitus dažnai naudojamus vienetus, naudodami šiuos konversijos koeficientus:

  • Į g/cm³: Padalinkite iš 1000
  • Į lb/ft³: Padauginkite iš 0.06243
  • Į lb/gal (JAV): Padauginkite iš 0.008345

Kur galiu rasti išsamesnius etileno savybių duomenis?

Daugiau išsamių etileno savybių duomenų galite rasti tokiuose šaltiniuose kaip:

  • NIST REFPROP duomenų bazė
  • Perry's Chemical Engineers' Handbook
  • Yaws' Handbook of Thermodynamic Properties
  • AIChE DIPPR Project 801 duomenų bazė
  • Žurnalų publikacijos apie skysčių fazių pusiausvyrą ir termofizines savybes

Nuorodos

  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.

Išbandykite Mūsų Skaičiuoklę Dabar

Mūsų Skysčio Etileno Tankio Skaičiuoklė suteikia momentinius, tikslius tankio vertes, remiantis jūsų specifiniais temperatūros ir slėgio reikalavimais. Tiesiog įveskite savo parametrus galiojančiuose ribose, ir skaičiuoklė automatiškai nustatys skysčio etileno tankį jūsų taikymui.

Nesvarbu, ar projektuojate proceso įrangą, planuojate saugojimo įrenginius, ar atliekate tyrimus, šis įrankis siūlo greitą ir patikimą būdą gauti jums reikalingą tankio informaciją. Įtraukta vizualizacija padeda suprasti, kaip tankis kinta su temperatūra pasirinktu slėgiu.

Jei turite klausimų ar atsiliepimų apie šią skaičiuoklę, prašome susisiekti su mūsų palaikymo komanda.