Kalkulator gęstości ciekłego etylenu dla temperatury i ciśnienia

Oblicz gęstość ciekłego etylenu na podstawie temperatury (104K-282K) i ciśnienia (1-100 bar). Używa korelacji DIPPR z korekcją ciśnienia dla dokładnego oszacowania gęstości w zastosowaniach petrochemicznych.

Estimator gęstości etylenu ciekłego

K

Dopuszczalny zakres: 104K - 282K

bar

Dopuszczalny zakres: 1 - 100 bar

📚

Dokumentacja

Kalkulator Gęstości Cieczy Etylenowej

Wprowadzenie

Kalkulator Gęstości Cieczy Etylenowej to specjalistyczne narzędzie zaprojektowane w celu dokładnego określenia gęstości cieczy etylenowej na podstawie danych wejściowych dotyczących temperatury i ciśnienia. Etylen (C₂H₄) jest jednym z najważniejszych związków organicznych w przemyśle petrochemicznym, stanowiąc fundamentalny element dla wielu produktów, w tym tworzyw sztucznych, płynów chłodzących i włókien syntetycznych. Zrozumienie gęstości cieczy etylenowej jest kluczowe dla zastosowań inżynieryjnych, projektowania procesów, rozważań dotyczących przechowywania oraz logistyki transportu w branżach od produkcji petrochemicznej po systemy chłodnicze.

Ten kalkulator wykorzystuje precyzyjne modele termodynamiczne do oszacowania gęstości cieczy etylenowej w szerokim zakresie temperatur (104K do 282K) i ciśnień (1 do 100 bar), dostarczając inżynierom, naukowcom i profesjonalistom z branży wiarygodnych danych do ich zastosowań. Gęstość cieczy etylenowej znacznie różni się w zależności od temperatury i ciśnienia, co czyni dokładne obliczenia niezbędnymi do prawidłowego projektowania i działania systemów.

Jak Obliczana Jest Gęstość Cieczy Etylenowej

Model Matematyczny

Gęstość cieczy etylenowej jest obliczana przy użyciu zmodyfikowanej korelacji DIPPR (Design Institute for Physical Properties) z poprawką ciśnienia. Podejście to zapewnia dokładne oszacowania gęstości w zakresie fazy cieczy etylenowej.

Podstawowe równanie do obliczania gęstości cieczy etylenowej przy ciśnieniu odniesienia to:

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

Gdzie:

  • ρ\rho = Gęstość cieczy etylenowej (kg/m³)
  • AA = Współczynnik gęstości podstawowej (700 dla etylenu)
  • TT = Temperatura (K)
  • TcT_c = Temperatura krytyczna etylenu (283.18K)
  • nn = Wykładnik (0.29683 dla etylenu)
  • BB = Współczynnik temperatury (0.8 dla etylenu)

Aby uwzględnić efekty ciśnienia, stosuje się poprawkę ciśnienia:

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

Gdzie:

  • ρP\rho_P = Gęstość przy ciśnieniu P (kg/m³)
  • ρ\rho = Gęstość przy ciśnieniu odniesienia (kg/m³)
  • κ\kappa = Kompresyjność izotermiczna (około 0.00125 MPa⁻¹ dla cieczy etylenowej)
  • PP = Ciśnienie (MPa)
  • PrefP_{ref} = Ciśnienie odniesienia (0.1 MPa lub 1 bar)

Zakresy Ważności i Ograniczenia

Ten model obliczeń jest ważny w określonych zakresach:

  • Temperatura: 104K do 282K (obejmująca fazę cieczy etylenowej)
  • Ciśnienie: 1 do 100 bar

Poza tymi zakresami etylen może występować w stanach gazowych lub nadkrytycznych, wymagających innych metod obliczeniowych. Punkt krytyczny etylenu znajduje się w przybliżeniu przy 283.18K i 50.4 bar, powyżej którego etylen występuje jako ciecz nadkrytyczna.

Przewodnik Krok Po Kroku do Użycia Kalkulatora

Parametry Wejściowe

  1. Wprowadzenie Temperatury:

    • Wprowadź wartość temperatury w Kelvinach (K)
    • Ważny zakres: 104K do 282K
    • Jeśli masz temperaturę w Celsjuszach (°C), przelicz używając: K = °C + 273.15
    • Jeśli masz temperaturę w Fahrenheitach (°F), przelicz używając: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Wprowadzenie Ciśnienia:

    • Wprowadź wartość ciśnienia w barach
    • Ważny zakres: 1 do 100 bar
    • Jeśli masz ciśnienie w innych jednostkach:
      • Z psi: bar = psi × 0.0689476
      • Z kPa: bar = kPa × 0.01
      • Z MPa: bar = MPa × 10

Interpretacja Wyników

Po wprowadzeniu ważnych wartości temperatury i ciśnienia, kalkulator automatycznie wyświetli:

  1. Gęstość Cieczy Etylenowej: Obliczona wartość gęstości w kg/m³
  2. Wizualizacja: Wykres pokazujący zmiany gęstości w zależności od temperatury przy wybranym ciśnieniu

Wyniki można skopiować do schowka za pomocą podanego przycisku do wykorzystania w raportach, symulacjach lub innych obliczeniach.

Gęstość Cieczy Etylenowej w Zależności od Temperatury Wykres pokazujący, jak gęstość cieczy etylenowej zmienia się w zależności od temperatury przy różnych ciśnieniach

Temperatura (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Ciśnienie 10 bar 50 bar 100 bar

Przykładowe Obliczenia

Oto kilka przykładowych obliczeń, aby pokazać, jak gęstość zmienia się w zależności od temperatury i ciśnienia:

Temperatura (K)Ciśnienie (bar)Gęstość (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Jak pokazano w tabeli, gęstość cieczy etylenowej maleje wraz ze wzrostem temperatury (przy stałym ciśnieniu) i wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia (przy stałej temperaturze).

Implementacja w Różnych Językach Programowania

Oto implementacje obliczeń gęstości cieczy etylenowej w kilku językach programowania:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Oblicz gęstość cieczy etylenowej na podstawie temperatury i ciśnienia.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperatura w Kelvinach (ważny zakres: 104K do 282K)
7        pressure_bar (float): Ciśnienie w barach (ważny zakres: 1 do 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Gęstość cieczy etylenowej w kg/m³
11    """
12    # Stałe dla etylenu
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Temperatura krytyczna w K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Kompresyjność izotermiczna w MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Ciśnienie odniesienia w MPa (1 bar)
19    
20    # Konwersja ciśnienia z barów na MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Oblicz gęstość przy ciśnieniu odniesienia
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Zastosuj poprawkę ciśnienia
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Przykładowe użycie
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Gęstość cieczy etylenowej przy {temp}K i {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Zastosowania i Aplikacje

Zastosowania Przemysłowe

  1. Przetwarzanie Petrochemiczne:

    • Dokładne wartości gęstości są niezbędne do projektowania kolumn destylacyjnych, reaktorów i urządzeń separacyjnych do produkcji i przetwarzania etylenu.
    • Obliczenia przepływu w rurociągach i urządzeniach procesowych wymagają precyzyjnych danych o gęstości.
  2. Przechowywanie i Transport w Warunkach Kryogenicznych:

    • Etylen jest często przechowywany i transportowany jako ciecz kryogeniczna. Obliczenia gęstości pomagają określić pojemności zbiorników magazynowych i limity załadunku.
    • Rozważania dotyczące rozszerzalności cieplnej podczas ocieplania wymagają dokładnych zależności gęstości i temperatury.
  3. Produkcja Polietylenu:

    • Jako główny surowiec do produkcji polietylenu, właściwości etylenu, w tym gęstość, wpływają na kinetykę reakcji i jakość produktu.
    • Obliczenia bilansu masy w zakładach produkcyjnych opierają się na dokładnych wartościach gęstości.
  4. Systemy Chłodnicze:

    • Etylen jest używany jako czynnik chłodniczy w niektórych przemysłowych systemach chłodzenia, gdzie gęstość wpływa na wydajność i efektywność systemu.
    • Obliczenia ładunku dla systemów chłodniczych wymagają dokładnych danych o gęstości.
  5. Kontrola Jakości:

    • Pomiar gęstości może służyć jako wskaźnik jakości czystości etylenu w produkcji i przechowywaniu.

Zastosowania Badawcze

  1. Badania Termodynamiczne:

    • Naukowcy badający zachowanie faz i modele równań stanu używają danych o gęstości do walidacji modeli teoretycznych.
    • Dokładne pomiary gęstości pomagają w opracowywaniu ulepszonych korelacji dla właściwości cieczy.
  2. Rozwój Materiałów:

    • Opracowanie nowych polimerów i materiałów na bazie etylenu wymaga zrozumienia właściwości monomeru.
  3. Symulacja Procesów:

    • Symulatory procesów chemicznych wymagają dokładnych modeli gęstości etylenu do przewidywania zachowania systemu.

Projektowanie Inżynieryjne

  1. Wielkości Urządzeń:

    • Pompy, zawory i systemy rurociągowe obsługujące ciecz etylenową muszą być projektowane na podstawie dokładnych właściwości płynów, w tym gęstości.
    • Obliczenia spadku ciśnienia w urządzeniach procesowych zależą od gęstości płynów.
  2. Systemy Bezpieczeństwa:

    • Wymiary zaworów bezpieczeństwa i projektowanie systemów bezpieczeństwa wymagają dokładnych wartości gęstości w całym zakresie pracy.
    • Systemy wykrywania wycieków mogą wykorzystywać pomiary gęstości jako część swojego podejścia monitorującego.

Alternatywy dla Obliczeń

Chociaż ten kalkulator zapewnia wygodny sposób oszacowania gęstości cieczy etylenowej, istnieją alternatywne podejścia:

  1. Pomiar Eksperymentalny:

    • Bezpośredni pomiar za pomocą densymetrów lub piknometrów zapewnia najbardziej dokładne wyniki, ale wymaga specjalistycznego sprzętu.
    • Analiza laboratoryjna jest zazwyczaj stosowana do wymagań o wysokiej precyzji lub celów badawczych.
  2. Modele Równań Stanu:

    • Bardziej złożone równania stanu, takie jak Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong lub SAFT, mogą zapewnić oszacowania gęstości z potencjalnie wyższą dokładnością, szczególnie w pobliżu warunków krytycznych.
    • Modele te zazwyczaj wymagają specjalistycznego oprogramowania i większych zasobów obliczeniowych.
  3. Baza Danych NIST REFPROP:

    • Baza danych NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties (REFPROP) zapewnia dane o właściwościach o wysokiej dokładności, ale wymaga licencji.
  4. Opublikowane Tabele Danych:

    • Podręczniki referencyjne i opublikowane tabele danych dostarczają wartości gęstości w dyskretnych punktach temperatury i ciśnienia.
    • Może być konieczne interpolowanie między wartościami tabeli dla konkretnych warunków.

Historyczny Rozwój Obliczeń Gęstości Etylenowej

Wczesne Badania Właściwości Etylenu

Badania fizycznych właściwości etylenu sięgają początków XIX wieku, kiedy to Michael Faraday po raz pierwszy skroplił etylen w 1834 roku, używając kombinacji niskiej temperatury i wysokiego ciśnienia. Jednak systematyczne badania gęstości cieczy etylenowej rozpoczęły się na początku XX wieku, gdy przemysł etylenowy zaczął się rozwijać.

Rozwój Korelacji

W latach 40. i 50. XX wieku, w miarę jak przemysł petrochemiczny szybko rósł, stało się konieczne dokładniejsze pomiary właściwości etylenu. Wczesne korelacje dla gęstości cieczy były zazwyczaj prostymi funkcjami wielomianowymi temperatury, z ograniczoną dokładnością i zakresem.

Lata 60. przyniosły rozwój bardziej wyrafinowanych modeli opartych na zasadzie odpowiadających stanów, które umożliwiły oszacowanie właściwości na podstawie parametrów krytycznych. Modele te poprawiły dokładność, ale nadal miały ograniczenia, szczególnie przy wysokich ciśnieniach.

Nowoczesne Podejścia

Instytut Projektowania Właściwości Fizycznych (DIPPR) rozpoczął opracowywanie standardowych korelacji dla właściwości chemicznych w latach 80. XX wieku. Ich korelacje dla gęstości cieczy etylenowej stanowiły znaczną poprawę w dokładności i niezawodności.

W ostatnich dziesięcioleciach postępy w metodach obliczeniowych umożliwiły rozwój bardziej złożonych równań stanu, które mogą dokładnie przewidywać właściwości etylenu w szerokim zakresie temperatury i ciśnienia. Nowoczesne techniki symulacji molekularnej również pozwalają na przewidywanie właściwości z pierwszych zasad.

Techniki Eksperymentalne

Techniki pomiarowe dla gęstości cieczy również znacząco się rozwinęły. Wczesne metody opierały się na prostych technikach wypierania, podczas gdy nowoczesne metody obejmują:

  • Densymetry z drgającą rurką
  • Wagi zawieszone magnetycznie
  • Piknometry z kontrolą temperatury
  • Metody ważenia hydrostatycznego

Te zaawansowane techniki dostarczyły wysokiej jakości danych eksperymentalnych potrzebnych do opracowania i walidacji korelacji używanych w tym kalkulatorze.

Najczęściej Zadawane Pytania

Czym jest ciecz etylenowa?

Ciecz etylenowa to stan ciekły etylenu (C₂H₄), bezbarwnego, łatwopalnego gazu w temperaturze pokojowej i ciśnieniu atmosferycznym. Etylen musi być schłodzony poniżej swojej temperatury wrzenia -103.7°C (169.45K) przy ciśnieniu atmosferycznym, aby występować jako ciecz. W tym stanie jest powszechnie stosowany w procesach przemysłowych, szczególnie jako surowiec do produkcji polietylenu.

Dlaczego gęstość etylenu jest ważna?

Gęstość etylenu jest kluczowa dla projektowania zbiorników magazynowych, systemów transportowych i urządzeń procesowych. Dokładne wartości gęstości umożliwiają prawidłowe wymiarowanie sprzętu, zapewniają bezpieczeństwo w obsłudze oraz pozwalają na precyzyjne obliczenia przepływów masowych, wymiany ciepła i innych parametrów procesowych. Gęstość wpływa również na ekonomię przechowywania i transportu, ponieważ określa, ile etylenu można pomieścić w danej objętości.

Jak temperatura wpływa na gęstość cieczy etylenowej?

Temperatura ma znaczący wpływ na gęstość cieczy etylenowej. Wraz ze wzrostem temperatury gęstość maleje z powodu rozszerzalności cieplnej cieczy. W pobliżu temperatury krytycznej (283.18K) gęstość zmienia się bardziej dramatycznie przy niewielkich zmianach temperatury. Ta zależność jest szczególnie ważna w zastosowaniach kriogenicznych, gdzie kontrola temperatury jest niezbędna.

Jak ciśnienie wpływa na gęstość cieczy etylenowej?

Ciśnienie ma umiarkowany wpływ na gęstość cieczy etylenowej. Wyższe ciśnienia prowadzą do nieznacznego wzrostu gęstości z powodu kompresji cieczy. Efekt ten jest mniej wyraźny niż wpływ temperatury, ale staje się bardziej znaczący przy ciśnieniach powyżej 50 bar. Związek między ciśnieniem a gęstością jest w przybliżeniu liniowy w normalnym zakresie pracy.

Co się dzieje z gęstością etylenu w pobliżu punktu krytycznego?

W pobliżu punktu krytycznego (w przybliżeniu 283.18K i 50.4 bar) gęstość etylenu staje się bardzo wrażliwa na niewielkie zmiany temperatury i ciśnienia. Różnica między fazami cieczy a gazu znika w punkcie krytycznym, a gęstość zbliża się do gęstości krytycznej wynoszącej około 214 kg/m³. Kalkulator może nie dostarczać dokładnych wyników bardzo blisko punktu krytycznego z powodu złożonego zachowania w tym obszarze.

Czy ten kalkulator można używać do gazowego etylenu?

Nie, ten kalkulator jest specjalnie zaprojektowany do cieczy etylenowej w zakresie temperatury 104K do 282K i ciśnienia 1 do 100 bar. Obliczenia gęstości gazowego etylenu wymagają innych równań stanu, takich jak prawo gazu idealnego z poprawkami kompresyjności lub bardziej złożonymi modelami, takimi jak Peng-Robinson lub Soave-Redlich-Kwong.

Jak dokładny jest ten kalkulator?

Kalkulator dostarcza oszacowania gęstości z dokładnością około ±2% w określonych zakresach temperatury i ciśnienia. Dokładność może maleć w pobliżu granic ważności, szczególnie blisko punktu krytycznego. W przypadku zastosowań wymagających wyższej precyzji mogą być konieczne pomiary laboratoryjne lub bardziej złożone modele termodynamiczne.

Jakie jednostki używa kalkulator?

Kalkulator używa następujących jednostek:

  • Temperatura: Kelvin (K)
  • Ciśnienie: bar
  • Gęstość: kilogramy na metr sześcienny (kg/m³)

Czy mogę przeliczyć gęstość na inne jednostki?

Tak, możesz przeliczyć gęstość na inne powszechnie stosowane jednostki, używając tych współczynników konwersji:

  • Na g/cm³: podziel przez 1000
  • Na lb/ft³: pomnóż przez 0.06243
  • Na lb/gal (US): pomnóż przez 0.008345

Gdzie mogę znaleźć bardziej szczegółowe dane o właściwościach etylenu?

Aby uzyskać bardziej kompleksowe dane o właściwościach etylenu, zapoznaj się z zasobami takimi jak:

  • Baza danych NIST REFPROP
  • Podręcznik inżynierów chemicznych Perry'ego
  • Podręcznik właściwości termodynamicznych Yawsa
  • Baza danych DIPPR projektu AIChE
  • Publikacje w czasopismach dotyczących równowag fazowych i właściwości termofizycznych

Wypróbuj Nasz Kalkulator Teraz

Nasz Kalkulator Gęstości Cieczy Etylenowej zapewnia natychmiastowe, dokładne wartości gęstości na podstawie Twoich specyficznych wymagań dotyczących temperatury i ciśnienia. Po prostu wprowadź swoje parametry w ramach ważnych zakresów, a kalkulator automatycznie określi gęstość cieczy etylenowej dla Twojej aplikacji.

Niezależnie od tego, czy projektujesz urządzenia procesowe, planujesz obiekty magazynowe, czy prowadzisz badania, to narzędzie oferuje szybki i niezawodny sposób uzyskania potrzebnych informacji o gęstości. Dołączona wizualizacja pomoże Ci zrozumieć, jak gęstość zmienia się w zależności od temperatury w wybranym punkcie ciśnienia.

W przypadku jakichkolwiek pytań lub opinii na temat tego kalkulatora, skontaktuj się z naszym zespołem wsparcia.