Kalkulator gostote tekočega etilena za temperaturo in tlak

Izračunajte gostoto tekočega etilena na podlagi vhodnih temperatur (104K-282K) in tlakov (1-100 bar). Uporablja DIPPR korelacijo s korekcijo tlaka za natančno oceno gostote v petrokemijskih aplikacijah.

Ocenjevalnik gostote tekočega etilena

K

Veljavna vrednost: 104K - 282K

bar

Veljavna vrednost: 1 - 100 bar

📚

Dokumentacija

Kalkulator gostote tekočega etilena

Uvod

Kalkulator gostote tekočega etilena je specializirano orodje, zasnovano za natančno določanje gostote tekočega etilena na podlagi vhodnih temperatur in tlakov. Etilen (C₂H₄) je ena najpomembnejših organskih spojin v petrohemijski industriji, ki služi kot temeljna gradbena enota za številne izdelke, vključno s plastiko, antifrizom in sintetičnimi vlakni. Razumevanje gostote tekočega etilena je ključno za inženirske aplikacije, načrtovanje procesov, razmisleke o skladiščenju in logistiko prevoza v industrijah, ki segajo od proizvodnje petrohemikalij do hladilnih sistemov.

Ta kalkulator uporablja natančne termodinamične modele za oceno gostote tekočega etilena v širokem razponu temperatur (104K do 282K) in tlakov (1 do 100 bar), kar inženirjem, znanstvenikom in strokovnjakom v industriji zagotavlja zanesljive podatke za njihove aplikacije. Gostota tekočega etilena se znatno spreminja s temperaturo in tlakom, kar naredi natančne izračune nujne za pravilno zasnovo in delovanje sistemov.

Kako se izračuna gostota tekočega etilena

Matematični model

Gostota tekočega etilena se izračuna z uporabo modificirane DIPPR (Inštitut za oblikovanje fizikalnih lastnosti) korelacije s popravkom tlaka. Ta pristop zagotavlja natančne ocene gostote v tekoči fazi etilena.

Osnovna enačba za izračun gostote tekočega etilena pri referenčnem tlaku je:

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

Kjer:

  • ρ\rho = Gostota tekočega etilena (kg/m³)
  • AA = Osnovni koeficient gostote (700 za etilen)
  • TT = Temperatura (K)
  • TcT_c = Kritična temperatura etilena (283.18K)
  • nn = Eksponent (0.29683 za etilen)
  • BB = Koeficient temperature (0.8 za etilen)

Za upoštevanje učinkov tlaka se uporabi popravek tlaka:

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

Kjer:

  • ρP\rho_P = Gostota pri tlaku P (kg/m³)
  • ρ\rho = Gostota pri referenčnem tlaku (kg/m³)
  • κ\kappa = Izotermična stisljivost (približno 0.00125 MPa⁻¹ za tekoči etilen)
  • PP = Tlak (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referenčni tlak (0.1 MPa ali 1 bar)

Veljavni razponi in omejitve

Ta model izračuna je veljaven znotraj specifičnih razponov:

  • Temperatura: 104K do 282K (pokritje tekoče faze etilena)
  • Tlak: 1 do 100 bar

Izven teh razponov lahko etilen obstaja v plinastem ali superkritičnem stanju, kar zahteva različne metode izračuna. Kritična točka etilena je pri približno 283.18K in 50.4 bar, preko katerega etilen obstaja kot superkritična tekočina.

Korak za korakom vodič za uporabo kalkulatorja

Vhodni parametri

  1. Vnos temperature:

    • Vnesite vrednost temperature v Kelvinih (K)
    • Veljavna območja: 104K do 282K
    • Če imate temperaturo v Celziju (°C), pretvorite z: K = °C + 273.15
    • Če imate temperaturo v Fahrenheitu (°F), pretvorite z: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Vnos tlaka:

    • Vnesite vrednost tlaka v barih
    • Veljavna območja: 1 do 100 bar
    • Če imate tlak v drugih enotah:
      • Iz psi: bar = psi × 0.0689476
      • Iz kPa: bar = kPa × 0.01
      • Iz MPa: bar = MPa × 10

Razumevanje rezultatov

Po vnosu veljavnih vrednosti temperature in tlaka bo kalkulator samodejno prikazal:

  1. Gostota tekočega etilena: Izračunana vrednost gostote v kg/m³
  2. Vizualizacija: Graf, ki prikazuje variacijo gostote s temperaturo pri izbranem tlaku

Rezultate lahko kopirate v odložišče z uporabo priloženega gumba za uporabo v poročilih, simulacijah ali drugih izračunih.

Gostota tekočega etilena proti temperaturi Graf, ki prikazuje, kako se gostota tekočega etilena spreminja s temperaturo pri različnih tlakih

Temperatura (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Tlak 10 bar 50 bar 100 bar

Primeri izračunov

Tukaj je nekaj primerov izračunov, ki prikazujejo, kako se gostota spreminja s temperaturo in tlakom:

Temperatura (K)Tlak (bar)Gostota (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Kot je prikazano v tabeli, gostota tekočega etilena pada z naraščajočo temperaturo (pri konstantnem tlaku) in narašča z naraščajočim tlakom (pri konstantni temperaturi).

Izvedba v različnih programskih jezikih

Tukaj so implementacije izračuna gostote tekočega etilena v več programskih jezikih:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Izračunajte gostoto tekočega etilena na podlagi temperature in tlaka.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperatura v Kelvinih (veljavna območja: 104K do 282K)
7        pressure_bar (float): Tlak v barih (veljavna območja: 1 do 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Gostota tekočega etilena v kg/m³
11    """
12    # Konstantni za etilen
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritična temperatura v K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Izotermična stisljivost v MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Referenčni tlak v MPa (1 bar)
19    
20    # Pretvorite tlak iz barov v MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Izračunajte gostoto pri referenčnem tlaku
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Uporabite popravek tlaka
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Primer uporabe
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Gostota tekočega etilena pri {temp}K in {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Uporabniški primeri in aplikacije

Industrijske aplikacije

  1. Petrohemijska obdelava:

    • Natančne vrednosti gostote so bistvene za načrtovanje destilacijskih stolpcev, reaktorjev in ločevalne opreme za proizvodnjo in obdelavo etilena.
    • Izračuni pretoka v cevovodih in procesni opremi zahtevajo natančne podatke o gostoti.
  2. Kriogeno skladiščenje in prevoz:

    • Etilen se pogosto skladišči in prevaža kot kriogena tekočina. Izračuni gostote pomagajo določiti kapacitete skladiščnih rezervoarjev in omejitve nalaganja.
    • Upoštevanje toplotne ekspanzije med segrevanjem zahteva natančne odnose med gostoto in temperaturo.
  3. Proizvodnja polietilena:

    • Kot primarna surovina za proizvodnjo polietilena lastnosti etilena, vključno z gostoto, vplivajo na kinetiko reakcij in kakovost izdelkov.
    • Izračuni mase v proizvodnih obratih temeljijo na natančnih vrednostih gostote.
  4. Hladilni sistemi:

    • Etilen se v nekaterih industrijskih hladilnih sistemih uporablja kot hladilno sredstvo, kjer gostota vpliva na delovanje in učinkovitost sistema.
    • Izračuni polnjenja hladilnih sistemov zahtevajo natančne podatke o gostoti.
  5. Nadzor kakovosti:

    • Meritve gostote lahko služijo kot kazalniki kakovosti čistoče etilena v proizvodnji in skladiščenju.

Raziskovalne aplikacije

  1. Termodinamične študije:

    • Raziskovalci, ki preučujejo fazno obnašanje in modele stanja, uporabljajo podatke o gostoti za preverjanje teoretičnih modelov.
    • Natančne meritve gostote pomagajo pri razvoju izboljšanih korelacij za fizikalne lastnosti tekočin.
  2. Razvoj materialov:

    • Razvoj novih polimerov in materialov na osnovi etilena zahteva razumevanje fizikalnih lastnosti monomera.
  3. Simulacija procesov:

    • Kemijski procesni simulatorji zahtevajo natančne modele gostote etilena za napovedovanje obnašanja sistemov.

Inženirsko načrtovanje

  1. Dimenzioniranje opreme:

    • Črpalke, ventili in cevovodi, ki obravnavajo tekoči etilen, morajo biti zasnovani na osnovi natančnih lastnosti tekočin, vključno z gostoto.
    • Izračuni padca tlaka v procesni opremi so odvisni od gostote tekočine.
  2. Varnostni sistemi:

    • Dimenzioniranje varnostnih ventilov in zasnova varnostnih sistemov zahtevajo natančne vrednosti gostote v celotnem obratovalnem razponu.
    • Sistemi za odkrivanje puščanja lahko uporabljajo meritve gostote kot del svojega nadzornega pristopa.

Alternativne metode izračuna

Medtem ko ta kalkulator zagotavlja priročen način za oceno gostote tekočega etilena, obstajajo alternativni pristopi:

  1. Eksperimentalno merjenje:

    • Neposredno merjenje z uporabo densitometrov ali piknometrskih naprav zagotavlja najbolj natančne rezultate, vendar zahteva specializirano opremo.
    • Laboratorijske analize se običajno uporabljajo za visoke zahteve po natančnosti ali raziskovalne namene.
  2. Modeli stanja:

    • Kompleksnejše enačnice stanja, kot so Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong ali SAFT, lahko zagotavljajo ocene gostote z morebitno višjo natančnostjo, zlasti v bližini kritičnih pogojev.
    • Ti modeli običajno zahtevajo specializirano programsko opremo in več računalniških virov.
  3. NIST REFPROP baza podatkov:

    • NIST Referenčna baza podatkov termodinamičnih in transportnih lastnosti fluidov (REFPROP) zagotavlja visoko natančne podatkovne lastnosti, vendar zahteva licenco.
  4. Objavljene tabele podatkov:

    • Referenčni priročniki in objavljene tabele podatkov zagotavljajo vrednosti gostote pri diskretnih temperaturah in tlakih.
    • Morda bo potrebno interpolirati med tabelarnimi vrednostmi za specifične pogoje.

Zgodovinski razvoj izračunov gostote etilena

Zgodnje študije lastnosti etilena

Študija fizikalnih lastnosti etilena sega v zgodnje 19. stoletje, ko je Michael Faraday prvič utekočini etilen leta 1834 z uporabo kombinacije nizkih temperatur in visokih tlakov. Vendar so sistematične študije gostote tekočega etilena začele v zgodnjem 20. stoletju, ko se je industrijska uporaba etilena razširila.

Razvoj korelacij

V 40. in 50. letih prejšnjega stoletja, ko je petrohemijska industrija hitro rasla, je postalo potrebno natančnejše merjenje lastnosti etilena. Zgodnje korelacije za tekočo gostoto so bile običajno preproste polinomne funkcije temperature, z omejeno natančnostjo in razponom.

V 60. letih prejšnjega stoletja so se razvile bolj sofisticirane modele, ki temeljijo na načelu ustreznih stanj, ki so omogočila oceno lastnosti na podlagi kritičnih parametrov. Ti modeli so izboljšali natančnost, vendar so še vedno imeli omejitve, zlasti pri visokih tlakih.

Sodobni pristopi

Inštitut za oblikovanje fizikalnih lastnosti (DIPPR) je začel razvijati standardizirane korelacije za kemijske lastnosti v 80. letih prejšnjega stoletja. Njihove korelacije za gostoto tekočega etilena so predstavljale pomembno izboljšanje natančnosti in zanesljivosti.

V zadnjih desetletjih so napredki v računalniških metodah omogočili razvoj kompleksnejših enačnic stanja, ki lahko natančno napovedujejo lastnosti etilena v širokih razponih temperatur in tlakov. Sodobne molekularne simulacijske tehnike prav tako omogočajo napovedovanje lastnosti iz prvih načel.

Eksperimentalne tehnike

Tehnike merjenja tekoče gostote so se prav tako znatno razvile. Zgodnje metode so se zanašale na preproste tehnike premikanja, medtem ko sodobne metode vključujejo:

  • Densitometri z vibracijami
  • Magnetne uravnotežene tehtnice
  • Piknometre s temperaturnim nadzorom
  • Hidrostatične metode tehtanja

Te napredne tehnike so zagotovile visokokakovostne eksperimentalne podatke, potrebne za razvoj in preverjanje korelacij, uporabljenih v tem kalkulatorju.

Pogosta vprašanja

Kaj je tekoči etilen?

Tekoči etilen je tekoče stanje etilena (C₂H₄), brezbarvnega, vnetljivega plina pri sobni temperaturi in atmosferskem tlaku. Etilen je treba ohladiti pod svojo vreliščem -103.7°C (169.45K) pri atmosferskem tlaku, da obstaja kot tekočina. V tem stanju se pogosto uporablja v industrijskih procesih, zlasti kot surovina za proizvodnjo polietilena.

Zakaj je gostota etilena pomembna?

Gostota etilena je ključna za načrtovanje skladiščnih rezervoarjev, transportnih sistemov in procesne opreme. Natančne vrednosti gostote omogočajo pravilno dimenzioniranje opreme, zagotavljajo varnost pri ravnanju in omogočajo natančne izračune masnih pretokov, prenosa toplote in drugih procesnih parametrov. Gostota prav tako vpliva na ekonomiko skladiščenja in prevoza, saj določa, koliko etilena lahko vsebuje določena prostornina.

Kako temperatura vpliva na gostoto tekočega etilena?

Temperatura ima pomemben vpliv na gostoto tekočega etilena. Z naraščanjem temperature gostota pada zaradi toplotne ekspanzije tekočine. V bližini kritične temperature (283.18K) se gostota z manjšimi variacijami temperature spreminja bolj dramatično. Ta odnos je še posebej pomemben v kriogenih aplikacijah, kjer je nadzor temperature bistven.

Kako tlak vpliva na gostoto tekočega etilena?

Tlak ima zmeren vpliv na gostoto tekočega etilena. Višji tlaki povzročajo nekoliko višje gostote zaradi stiskanja tekočine. Učinek je manj izrazit kot učinki temperature, vendar postane bolj pomemben pri tlakih nad 50 bar. Odnos med tlakom in gostoto je približno linearen znotraj normalnega obratovalnega razpona.

Kaj se zgodi z gostoto etilena v bližini kritične točke?

V bližini kritične točke (približno 283.18K in 50.4 bar) postane gostota etilena zelo občutljiva na majhne spremembe temperature in tlaka. Razlikovanje med tekočo in plinasto fazo izgine pri kritični točki, gostota pa se približa kritični gostoti, ki je približno 214 kg/m³. Kalkulator morda ne bo zagotovil natančnih rezultatov zelo blizu kritične točke zaradi kompleksnega obnašanja v tem območju.

Ali se lahko ta kalkulator uporablja za plinasti etilen?

Ne, ta kalkulator je posebej zasnovan za tekoči etilen znotraj temperaturnega razpona 104K do 282K in tlaka 1 do 100 bar. Izračuni gostote plinastega etilena zahtevajo različne enačnice stanja, kot je idealni plin z popravki stisljivosti ali bolj kompleksni modeli, kot so Peng-Robinson ali Soave-Redlich-Kwong.

Kako natančen je ta kalkulator?

Kalkulator zagotavlja ocene gostote z natančnostjo približno ±2% znotraj določenih temperaturnih in tlak razponov. Natančnost se lahko zmanjša blizu meja veljavnih razponov, zlasti v bližini kritične točke. Za aplikacije, ki zahtevajo višjo natančnost, so morda potrebne laboratorijske meritve ali bolj kompleksni termodinamični modeli.

Katere enote uporablja kalkulator?

Kalkulator uporablja naslednje enote:

  • Temperatura: Kelvin (K)
  • Tlak: bar
  • Gostota: kilograme na kubični meter (kg/m³)

Ali lahko gostoto pretvorim v druge enote?

Da, gostoto lahko pretvorite v druge pogoste enote z uporabo teh pretvornikov:

  • V g/cm³: delite z 1000
  • V lb/ft³: pomnožite z 0.06243
  • V lb/gal (ZDA): pomnožite z 0.008345

Kje lahko najdem bolj podrobne podatke o lastnostih etilena?

Za bolj obsežne podatke o lastnostih etilena se posvetujte z viri, kot so:

  • NIST REFPROP baza podatkov
  • Perry's Chemical Engineers' Handbook
  • Yaws' Handbook of Thermodynamic Properties
  • AIChE DIPPR Project 801 baza podatkov
  • Publikacije v revijah o ravnotežjih faz in termofizikalnih lastnostih

Reference

  1. Younglove, B.A. (1982). "Termofizikalne lastnosti fluidov. I. Argon, etilen, parahidrogen, dušik, trifluorid dušika in kisik." Revija fizikalnih in kemijskih podatkov, 11 (Dopolnilo 1), 1-11.

  2. Jahangiri, M., Jacobsen, R.T., Stewart, R.B., & McCarty, R.D. (1986). "Termodinamične lastnosti etilena od zamrzovalne črte do 450 K pri tlakih do 260 MPa." Revija fizikalnih in kemijskih podatkov, 15(2), 593-734.

  3. Inštitut za oblikovanje fizikalnih lastnosti. (2005). DIPPR Projekt 801 - Polna različica. Inštitut za oblikovanje fizikalnih lastnosti/AIChE.

  4. Span, R., & Wagner, W. (1996). "Nova enačba stanja in tabele termodinamičnih lastnosti za metan, ki pokrivajo območje od zamrzovalne črte do 625 K pri tlakih do 1000 MPa." Revija fizikalnih in kemijskih podatkov, 25(6), 1509-1596.

  5. Lemmon, E.W., McLinden, M.O., & Friend, D.G. (2018). "Termofizikalne lastnosti sistemov fluidov" v NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. Nacionalni inštitut za standarde in tehnologijo, Gaithersburg MD, 20899.

  6. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). Lastnosti plinov in tekočin (5. izdaja). McGraw-Hill.

  7. Ameriški inštitut za kemijske inženirje. (2019). DIPPR 801 Baza podatkov: Zbirka podatkov o lastnostih čiste spojine. AIChE.

  8. Setzmann, U., & Wagner, W. (1991). "Nova enačba stanja in tabele termodinamičnih lastnosti za metan, ki pokrivajo območje od zamrzovalne črte do 625 K pri tlakih do 1000 MPa." Revija fizikalnih in kemijskih podatkov, 20(6), 1061-1155.

Preizkusite naš kalkulator zdaj

Naš kalkulator gostote tekočega etilena zagotavlja takojšnje, natančne vrednosti gostote na podlagi vaših specifičnih zahtev po temperaturi in tlaku. Preprosto vnesite svoje parametre znotraj veljavnih razponov in kalkulator bo samodejno določil gostoto tekočega etilena za vašo aplikacijo.

Ne glede na to, ali načrtujete procesno opremo, načrtujete skladiščne objekte ali izvajate raziskave, to orodje ponuja hiter in zanesljiv način za pridobitev informacij o gostoti, ki jih potrebujete. Vključena vizualizacija vam pomaga razumeti, kako se gostota spreminja s temperaturo pri vaši izbrani točki tlaka.

Za morebitna vprašanja ali povratne informacije o tem kalkulatorju se obrnite na našo podporo.