Sıvı Etilen Yoğunluk Hesaplayıcı - Sıcaklık ve Basınç için

Sıvı etilen yoğunluğunu sıcaklık (104K-282K) ve basınç (1-100 bar) girdilerine dayanarak hesaplayın. Petro-kimyasal uygulamalarda doğru yoğunluk tahmini için basınç düzeltmesi ile DIPPR korelasyonunu kullanır.

Sıvı Etilen Yoğunluk Tahmin Aracı

K

Geçerli aralık: 104K - 282K

bar

Geçerli aralık: 1 - 100 bar

📚

Belgeler

Sıvı Etilen Yoğunluğu Hesaplayıcı

Giriş

Sıvı Etilen Yoğunluğu Hesaplayıcı, sıcaklık ve basınç girdilerine dayanarak sıvı etilenin yoğunluğunu doğru bir şekilde belirlemek için tasarlanmış özel bir araçtır. Etilen (C₂H₄), petrokimya endüstrisinde en önemli organik bileşenlerden biridir ve plastikler, antifriz ve sentetik lifler gibi birçok ürünün temel yapı taşını oluşturur. Sıvı etilenin yoğunluğunu anlamak, mühendislik uygulamaları, süreç tasarımı, depolama dikkate alımları ve taşımacılık lojistiği için kritik öneme sahiptir; bu durum petrokimya üretiminden soğutma sistemlerine kadar birçok endüstride geçerlidir.

Bu hesaplayıcı, mühendisler, bilim insanları ve endüstri profesyonellerine uygulamaları için güvenilir veriler sağlamak amacıyla sıcaklık (104K ile 282K) ve basınç (1 ile 100 bar) aralığında sıvı etilen yoğunluğunu tahmin etmek için hassas termodinamik modeller kullanmaktadır. Sıvı etilenin yoğunluğu, sıcaklık ve basınca bağlı olarak önemli ölçüde değişmektedir; bu nedenle doğru hesaplamalar, sistem tasarımı ve işletimi için esastır.

Sıvı Etilen Yoğunluğu Nasıl Hesaplanır

Matematiksel Model

Sıvı etilenin yoğunluğu, basınç düzeltmesi ile birlikte değiştirilmiş DIPPR (Fiziksel Özellikler Tasarım Enstitüsü) korelasyonu kullanılarak hesaplanmaktadır. Bu yaklaşım, etilenin sıvı faz bölgesinde doğru yoğunluk tahminleri sağlamaktadır.

Referans basınçta sıvı etilen yoğunluğunu hesaplamak için temel denklem:

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

Burada:

  • ρ\rho = Sıvı etilenin yoğunluğu (kg/m³)
  • AA = Temel yoğunluk katsayısı (etilen için 700)
  • TT = Sıcaklık (K)
  • TcT_c = Etilenin kritik sıcaklığı (283.18K)
  • nn = Üs (etilen için 0.29683)
  • BB = Sıcaklık katsayısı (etilen için 0.8)

Basınç etkilerini dikkate almak için bir basınç düzeltme terimi uygulanmaktadır:

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

Burada:

  • ρP\rho_P = Basınç P'deki yoğunluk (kg/m³)
  • ρ\rho = Referans basınçtaki yoğunluk (kg/m³)
  • κ\kappa = İzotermal sıkıştırılabilirlik (sıvı etilen için yaklaşık 0.00125 MPa⁻¹)
  • PP = Basınç (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referans basınç (0.1 MPa veya 1 bar)

Geçerli Aralıklar ve Sınırlamalar

Bu hesaplama modeli belirli aralıklar içinde geçerlidir:

  • Sıcaklık: 104K ile 282K (etilenin sıvı fazını kapsar)
  • Basınç: 1 ile 100 bar

Bu aralıkların dışında, etilen gaz veya süperkritik durumlarda bulunabilir ve farklı hesaplama yöntemleri gerektirir. Etilenin kritik noktası yaklaşık 283.18K ve 50.4 bar'dadır; bu noktadan sonra etilen süperkritik bir akışkan olarak var olur.

Hesaplayıcının Kullanımına Yönelik Adım Adım Kılavuz

Girdi Parametreleri

  1. Sıcaklık Girişi:

    • Sıcaklık değerini Kelvin (K) cinsinden girin
    • Geçerli aralık: 104K ile 282K
    • Eğer sıcaklığınız Celsius (°C) cinsindense, dönüştürmek için: K = °C + 273.15
    • Eğer sıcaklığınız Fahrenheit (°F) cinsindense, dönüştürmek için: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Basınç Girişi:

    • Basınç değerini bar cinsinden girin
    • Geçerli aralık: 1 ile 100 bar
    • Eğer basıncınız diğer birimlerdeyse:
      • psi'den: bar = psi × 0.0689476
      • kPa'dan: bar = kPa × 0.01
      • MPa'dan: bar = MPa × 10

Sonuçların Yorumlanması

Geçerli sıcaklık ve basınç değerlerini girdikten sonra, hesaplayıcı otomatik olarak aşağıdakileri gösterecektir:

  1. Sıvı Etilen Yoğunluğu: kg/m³ cinsinden hesaplanan yoğunluk değeri
  2. Görselleştirme: Seçilen basınçta sıcaklıkla yoğunluk değişimini gösteren bir grafik

Sonuçlar, raporlar, simülasyonlar veya diğer hesaplamalar için kullanılmak üzere sağlanan düğme ile panoya kopyalanabilir.

Sıvı Etilen Yoğunluğu ile Sıcaklık Arasındaki İlişki Sıvı etilen yoğunluğunun sıcaklıkla değişimini gösteren grafik

Sıcaklık (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Basınç 10 bar 50 bar 100 bar

Örnek Hesaplamalar

İşte yoğunluğun sıcaklık ve basınca göre nasıl değiştiğini göstermek için bazı örnek hesaplamalar:

Sıcaklık (K)Basınç (bar)Yoğunluk (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Tabloda gösterildiği gibi, sıvı etilen yoğunluğu sıcaklık arttıkça (sabit basınçta) azalmakta ve basınç arttıkça (sabit sıcaklıkta) artmaktadır.

Çeşitli Programlama Dillerinde Uygulama

Sıvı etilen yoğunluğu hesaplamasının birkaç programlama dilinde kod uygulamaları:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Sıvı etilenin yoğunluğunu sıcaklık ve basınca göre hesaplayın.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Kelvin cinsinden sıcaklık (geçerli aralık: 104K ile 282K)
7        pressure_bar (float): Bar cinsinden basınç (geçerli aralık: 1 ile 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Sıvı etilenin yoğunluğu kg/m³ cinsinden
11    """
12    # Etilen için sabitler
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritik sıcaklık K cinsinden
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # MPa⁻¹ cinsinden izotermal sıkıştırılabilirlik
18    P_ref = 0.1  # MPa cinsinden referans basınç (1 bar)
19    
20    # Basıncı bar'dan MPa'ya dönüştür
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Referans basınçtaki yoğunluğu hesapla
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Basınç düzeltmesini uygula
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Örnek kullanım
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Sıvı etilen yoğunluğu {temp}K ve {pressure} bar'da: {density:.2f} kg/m³")
36

Endüstriyel Uygulamalar

  1. Petrokimyasal İşleme:

    • Doğru yoğunluk değerleri, etilen üretimi ve işlenmesi için damıtma kuleleri, reaktörler ve ayırma ekipmanlarının tasarımında gereklidir.
    • Boru hatları ve proses ekipmanlarındaki akış hesaplamaları, hassas yoğunluk verilerine ihtiyaç duyar.
  2. Kriyojenik Depolama ve Taşıma:

    • Etilen genellikle kriyojenik sıvı olarak depolanır ve taşınır. Yoğunluk hesaplamaları, depolama tankı kapasitelerini ve yükleme sınırlarını belirlemeye yardımcı olur.
    • Isınma sırasında termal genleşme dikkate alındığında, doğru yoğunluk-sıcaklık ilişkileri önemlidir.
  3. Polietilen Üretimi:

    • Polietilen üretimi için birincil hammadde olarak etilenin özellikleri, reaksiyon kinetiğini ve ürün kalitesini etkiler.
    • Üretim tesislerinde kütle dengesi hesaplamaları, doğru yoğunluk değerlerine dayanır.
  4. Soğutma Sistemleri:

    • Etilen, bazı endüstriyel soğutma sistemlerinde soğutucu olarak kullanılır; burada yoğunluk, sistem performansını ve verimliliğini etkiler.
    • Soğutma sistemleri için şarj hesaplamaları, doğru yoğunluk verilerine ihtiyaç duyar.
  5. Kalite Kontrol:

    • Yoğunluk ölçümleri, etilenin saflığını göstermek için üretim ve depolama aşamalarında kalite göstergeleri olarak kullanılabilir.

Araştırma Uygulamaları

  1. Termodinamik Çalışmalar:

    • Faz davranışını ve durum denklemi modellerini inceleyen araştırmacılar, teorik modelleri doğrulamak için yoğunluk verilerini kullanır.
    • Doğru yoğunluk ölçümleri, sıvı özellikleri için geliştirilmiş korelasyonların geliştirilmesine yardımcı olur.
  2. Malzeme Geliştirme:

    • Etilene dayalı yeni polimerlerin ve malzemelerin geliştirilmesi, monomerin fiziksel özelliklerinin anlaşılmasını gerektirir.
  3. Proses Simülasyonu:

    • Kimyasal proses simülatörleri, etilenin doğru yoğunluk modellerine ihtiyaç duyarak sistem davranışını tahmin eder.

Mühendislik Tasarımı

  1. Ekipman Boyutlandırma:

    • Sıvı etilen taşıyan pompalar, vanalar ve borulama sistemleri, doğru akışkan özelliklerine dayanarak tasarlanmalıdır.
    • Proses ekipmanlarındaki basınç düşüşü hesaplamaları, akışkan yoğunluğuna dayanır.
  2. Güvenlik Sistemleri:

    • Boşaltma valfi boyutlandırması ve güvenlik sistemi tasarımı, doğru yoğunluk değerlerine dayanır.
    • Kaçak tespit sistemleri, izleme yaklaşımının bir parçası olarak yoğunluk ölçümlerini kullanabilir.

Hesaplama Alternatifleri

Bu hesaplayıcı, sıvı etilen yoğunluğunu tahmin etmek için uygun bir yol sağlasa da, alternatif yaklaşımlar da mevcuttur:

  1. Deneysel Ölçüm:

    • Doğrudan ölçüm, densitometreler veya piknometreler kullanarak en doğru sonuçları sağlar, ancak özel ekipman gerektirir.
    • Laboratuvar analizi, genellikle yüksek hassasiyet gereksinimleri için veya araştırma amaçları için kullanılır.
  2. Durum Denklemi Modelleri:

    • Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong veya SAFT gibi daha karmaşık durum denklemleri, özellikle kritik koşullara yakın yoğunluk tahminleri sağlayabilir.
    • Bu modeller genellikle özel yazılım ve daha fazla hesaplama kaynağı gerektirir.
  3. NIST REFPROP Veritabanı:

    • NIST Referans Akışkan Termodinamik ve Taşıma Özellikleri Veritabanı (REFPROP), yüksek hassasiyetli özellik verileri sağlar, ancak bir lisans gerektirir.
  4. Yayınlanmış Veri Tabloları:

    • Referans el kitapları ve yayınlanmış veri tabloları, belirli sıcaklık ve basınç noktalarında yoğunluk değerleri sağlar.
    • Belirli koşullar için tablo değerleri arasında interpolasyon gerekebilir.

Etilen Yoğunluğu Hesaplamalarının Tarihsel Gelişimi

Etilen Özelliklerinin Erken Çalışmaları

Etilenin fiziksel özelliklerinin incelenmesi, Michael Faraday'ın 1834 yılında düşük sıcaklık ve yüksek basınç kullanarak etileni sıvı hale getirmesiyle 19. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Ancak, sistematik sıvı etilen yoğunluğu çalışmaları, endüstriyel etilen uygulamaları genişledikçe 20. yüzyılın başlarında başlamıştır.

Korelasyonların Gelişimi

1940'lar ve 1950'lerde, petrokimya endüstrisi hızla büyürken, etilen özelliklerinin daha hassas ölçümleri gerekli hale geldi. Erken korelasyonlar genellikle sıcaklığın basit polinomik fonksiyonlarıydı ve sınırlı doğruluk ve aralığa sahipti.

1960'lar, karşılaştırmalı durumlar ilkesine dayanan daha sofistike modellerin geliştirilmesiyle birlikte, yoğunlukların kritik parametreler temelinde tahmin edilmesine olanak tanıdı. Bu modeller doğruluğu artırdı ancak hala yüksek basınçlarda sınırlamalar vardı.

Modern Yaklaşımlar

Fiziksel Özellikler Tasarım Enstitüsü (DIPPR), kimyasal özellikler için standartlaştırılmış korelasyonlar geliştirmeye 1980'lerde başladı. Sıvı etilen yoğunluğu için geliştirdikleri korelasyonlar, doğruluk ve güvenilirlik açısından önemli bir iyileşme sağladı.

Son on yıllarda, hesaplama yöntemlerindeki ilerlemeler, etilen özelliklerini geniş sıcaklık ve basınç aralıklarında doğru bir şekilde tahmin edebilen daha karmaşık durum denklemlerinin geliştirilmesine olanak tanımıştır. Modern moleküler simülasyon teknikleri de ilk prensiplerden özelliklerin tahmin edilmesine olanak sağlamaktadır.

Deneysel Teknikler

Sıvı yoğunluk ölçüm teknikleri de önemli ölçüde gelişmiştir. Erken yöntemler, basit yer değiştirme tekniklerine dayanırken, modern yöntemler şunları içermektedir:

  • Titreşim tüp densitometreleri
  • Manyetik askı denge sistemleri
  • Sıcaklık kontrolü ile piknometreler
  • Hidrostatik tartım yöntemleri

Bu ileri teknikler, bu hesaplayıcının geliştirilmesi ve doğrulanması için gerekli yüksek kaliteli deneysel verilerin sağlanmasına olanak tanımıştır.

Sıkça Sorulan Sorular

Sıvı etilen nedir?

Sıvı etilen, etilenin (C₂H₄) sıvı halidir; oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında renksiz, yanıcı bir gazdır. Etilenin sıvı halde bulunması için -103.7°C (169.45K) kaynama noktasının altında soğutulması gerekir. Bu durumda, sıvı etilen endüstriyel işlemlerde yaygın olarak kullanılmaktadır; özellikle polietilen üretimi için bir hammadde olarak.

Etilen yoğunluğu neden önemlidir?

Etilen yoğunluğu, depolama tanklarının, taşınma sistemlerinin ve proses ekipmanlarının tasarımı için kritik öneme sahiptir. Doğru yoğunluk değerleri, ekipmanın doğru boyutlandırılmasını sağlar, elleçlemede güvenliği garanti eder ve kütle akış hızlarının, ısı transferinin ve diğer proses parametrelerinin doğru hesaplanmasına olanak tanır. Yoğunluk, depolama ve taşımanın ekonomisini de etkiler; çünkü belirli bir hacimde ne kadar etilenin depolanabileceğini belirler.

Sıcaklık sıvı etilen yoğunluğunu nasıl etkiler?

Sıcaklık, sıvı etilen yoğunluğunu önemli ölçüde etkiler. Sıcaklık arttıkça, yoğunluk termal genleşme nedeniyle azalır. Kritik sıcaklığa (283.18K) yakın, sıcaklık değişimleriyle yoğunluk daha dramatik bir şekilde değişir. Bu ilişki, sıcaklık kontrolünün önemli olduğu kriyojenik uygulamalarda özellikle önemlidir.

Basınç sıvı etilen yoğunluğunu nasıl etkiler?

Basınç, sıvı etilen yoğunluğunu ılımlı bir şekilde etkiler. Daha yüksek basınçlar, sıvının sıkıştırılması nedeniyle yoğunluğun biraz artmasına neden olur. Etki, sıcaklık etkilerinden daha az belirgindir, ancak 50 bar'ın üzerindeki basınçlarda daha önemli hale gelir. Basınç ve yoğunluk arasındaki ilişki, normal çalışma aralığında yaklaşık olarak lineerdir.

Kritik noktaya yakın etilen yoğunluğu ne olur?

Kritik noktaya (yaklaşık 283.18K ve 50.4 bar) yakın, etilenin yoğunluğu sıcaklık ve basınçtaki küçük değişikliklere karşı oldukça hassas hale gelir. Kritik noktada sıvı ve gaz fazları arasındaki ayrım kaybolur ve yoğunluk kritik yoğunluğa yaklaşık 214 kg/m³ yaklaşır. Hesaplayıcı, bu bölgede karmaşık davranış nedeniyle çok yakın kritik noktalarda doğru sonuçlar veremeyebilir.

Bu hesaplayıcı gaz halindeki etilen için kullanılabilir mi?

Hayır, bu hesaplayıcı yalnızca sıvı etilen için 104K ile 282K arasındaki sıcaklık ve 1 ile 100 bar arasındaki basınçta tasarlanmıştır. Gaz halindeki etilen yoğunluğu hesaplamaları, ideal gaz yasası ile sıkıştırılabilirlik düzeltmeleri veya Peng-Robinson veya Soave-Redlich-Kwong gibi daha karmaşık modeller gerektirir.

Bu hesaplayıcının doğruluğu nedir?

Hesaplayıcı, belirtilen sıcaklık ve basınç aralıklarında yaklaşık ±%2 doğrulukla yoğunluk tahminleri sağlar. Doğruluk, geçerli aralıkların sınırlarında, özellikle kritik noktaya yakın bölgelerde azalabilir. Daha yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalar için laboratuvar ölçümleri veya daha karmaşık termodinamik modeller gerekebilir.

Hesaplayıcı hangi birimleri kullanır?

Hesaplayıcı aşağıdaki birimleri kullanır:

  • Sıcaklık: Kelvin (K)
  • Basınç: bar
  • Yoğunluk: kilogram/metreküp (kg/m³)

Yoğunluğu diğer birimlere dönüştürebilir miyim?

Evet, yoğunluğu diğer yaygın birimlere dönüştürebilirsiniz; bu dönüşüm faktörlerini kullanarak:

  • g/cm³'e: 1000'e bölün
  • lb/ft³'e: 0.06243 ile çarpın
  • lb/gal (ABD) cinsine: 0.008345 ile çarpın

Daha ayrıntılı etilen özellik verilerini nerede bulabilirim?

Daha kapsamlı etilen özellik verileri için aşağıdaki kaynakları inceleyebilirsiniz:

  • NIST REFPROP veritabanı
  • Perry'nin Kimyasal Mühendisler El Kitabı
  • Yaws'ın Termodinamik Özellikler El Kitabı
  • AIChE DIPPR Projesi 801 veritabanı
  • Akışkan faz denge ve termofiziksel özellikler üzerine dergi yayınları

Hesaplayıcımızı Şimdi Deneyin

Sıvı Etilen Yoğunluğu Hesaplayıcımız, belirli sıcaklık ve basınç gereksinimlerinize dayanarak anında doğru yoğunluk değerleri sağlar. Geçerli aralıklar içinde parametrelerinizi girin ve hesaplayıcı, uygulamanız için sıvı etilen yoğunluğunu otomatik olarak belirleyecektir.

İster proses ekipmanı tasarlıyor, ister depolama tesisleri planlıyor, ister araştırma yapıyor olun, bu araç, ihtiyaç duyduğunuz yoğunluk bilgilerini elde etmenin hızlı ve güvenilir bir yolunu sunar. Dahil edilen görselleştirme, yoğunluğun seçilen basınçta sıcaklıkla nasıl değiştiğini anlamanıza yardımcı olur.

Bu hesaplayıcı hakkında herhangi bir sorunuz veya geri bildiriminiz varsa, lütfen destek ekibimizle iletişime geçin.