Calculator Densitate Etilenă Lichidă | Instrument Gratuit pentru Ingineri

Ce este calculatorul densității etilenei lichide?

Calculatorul densității etilenei lichide estimează densitatea etilenei lichide (C₂H₄) pe baza temperaturii și presiunii. Acesta utilizează o corelație DIPPR, o ecuație standard folosită în industria ingineriei chimice pentru a prezice comportamentul lichidelor. Instrumentul funcționează pentru temperaturi între 104 K și 282 K și presiuni între 1 bar și 100 bar.

Etilena este un gaz la temperatura camerei. Producătorii o răcesc la temperaturi criogenice, sub aproximativ -104 °C (169 K) la presiune atmosferică, pentru a o menține în stare lichidă în timpul depozitării și transportului. Etilena lichidă concentrează mult mai multă masă în același volum decât gazul, motiv pentru care instalațiile o depozitează și o transportă sub formă lichidă. Cunoașterea densității la o anumită temperatură și presiune este importantă pentru dimensionarea rezervoarelor de stocare, verificarea debitului prin conducte și bilanțul de masă într-o instalație.

Formula densității etilenei lichide

Calculatorul utilizează Ecuația DIPPR 105, o corelație construită pe baza măsurătorilor experimentale ale densității lichidului saturat. Mai întâi determină densitatea molară la temperatura aleasă, apoi o convertește în densitate masică și, în final, aplică o corecție pentru presiune.

Pasul 1: Densitatea molară la presiunea de referință

$\rho_m = \frac{A}{B^{\,1 + \left(1 - \frac{T}{T_c}\right)^{D}}}$

Pasul 2: Conversia în densitate masică

$\rho_{ref} = \rho_m \times M$

Pasul 3: Corecția pentru presiune

$\rho = \rho_{ref} \times \left[1 + \kappa \left(P - P_{ref}\right)\right]$

Unde:

$A$, $B$, $T_c$ și $D$ sunt constante ajustate pentru etilenă, nu măsurători fizice introduse de utilizator. Calculatorul solicită doar temperatura și presiunea.

Densitatea este mai sensibilă la temperatură decât la presiune. Lichidele se comprimă foarte puțin, astfel că termenul de presiune modifică rezultatul cu doar câteva procente chiar pe întregul interval de 1–100 bar al calculatorului. În schimb, temperatura determină cea mai mare parte a variației densității.

Cum se calculează densitatea etilenei lichide: exemplu rezolvat

Determinați densitatea etilenei lichide la 200 K și 50 bar.

Pasul 1. Calculați termenul de temperatură:

$1 - \frac{200}{282.34} = 0.2916$

Pasul 2. Ridicați-l la puterea $D = 0.29147$:

$0.2916^{0.29147} = 0.6983$

Pasul 3. Adunați 1 și ridicați $B$ la acea putere:

$0.27657^{\,1.6983} = 0.11273$

Pasul 4. Împărțiți $A$ la rezultatul obținut, apoi înmulțiți cu masa molară:

$\rho_{ref} = \frac{2.0961}{0.11273} \times 28.054 = 521.6345 \text{ kg/m}^3$

Aceasta este densitatea la presiunea de referință de 1 bar (0,1 MPa). Calculatorul folosește valoarea cu precizie completă în pasul următor; rotunjită pentru afișare, aceasta este 521,63 kg/m³.

Pasul 5. Aplicați corecția de presiune pentru 50 bar (5 MPa) densității de referință nerotunjite:

$\rho = 521.6345 \times \left[1 + 0.00125 \times (5 - 0.1)\right] = 524.83 \text{ kg/m}^3$

Calculatorul returnează 524,83 kg/m³ pentru 200 K și 50 bar.

Mai multe exemple

Tabelul evidențiază clar tendința. Trecerea de la 150 K la 250 K la o presiune constantă de 10 bar reduce densitatea cu aproximativ 175 kg/m³, adică o scădere de 29 %. Trecerea de la 10 bar la 100 bar la o temperatură constantă de 200 K crește densitatea cu doar aproximativ 6 kg/m³, adică aproximativ 1 %. Variația temperaturii are un efect mult mai mare decât variația presiunii în intervalele acoperite de acest instrument.

Intervalele de introducere validate

Calculatorul acceptă temperaturi între 104 K și 282 K și presiuni între 1 bar și 100 bar.

• Sub 104 K, etilena se apropie de punctul de îngheț, iar corelația nu este validată.
• Peste 282 K, temperatura se apropie de temperatura critică a etilenei (282,34 K), punctul deasupra căruia fazele lichidă și gazoasă nu mai pot fi distinse. Corelația nu poate descrie această regiune.
• În afara intervalului 1–100 bar, termenul de corecție pentru presiune nu a fost validat, iar rezultatele pot fi nesigure.

Introducerea unor valori din afara acestor intervale generează o eroare de validare, nu un rezultat.

De ce este importantă densitatea etilenei lichide

Calculele de densitate sprijină mai multe activități curente din instalațiile chimice:

• Dimensionarea rezervoarelor de stocare. Etilena lichidă se dilată pe măsură ce se încălzește. Rezervoarele trebuie să aibă suficient spațiu liber pentru a prelua în siguranță această dilatare.
• Proiectarea conductelor și pompelor. Atât calculele pierderii de presiune, cât și cele ale aspirației pompei depind de densitatea lichidului care circulă prin conductă.
• Bilanțul de masă. Debitmetrele măsoară adesea volumul, nu masa. Conversia volumului în masă necesită o valoare precisă a densității.
• Transferul comercial. Atunci când etilena este transferată între un furnizor și un cumpărător, măsurătorile de volum sunt convertite în masă folosind densitatea, ceea ce afectează direct cantitatea facturată.

Limitări

Această corelație este o estimare, cu o acuratețe de aproximativ 2 % în intervalul său valid, pe baza ajustării DIPPR realizate pe date experimentale. Ea nu înlocuiește o ecuație completă de stare în apropierea punctului critic, pentru amestecuri de etilenă cu alte gaze sau pentru calcule critice din punct de vedere al siguranței care necesită date de referință certificate, cum sunt cele din baza de date NIST REFPROP.

Întrebări frecvente

În ce unitate se măsoară densitatea etilenei lichide? Calculatorul raportează densitatea în kilograme pe metru cub (kg/m³), unitatea SI standard pentru densitate în ingineria chimică.

Ce unități de temperatură și presiune utilizează calculatorul? Temperatura este exprimată în kelvini (K), iar presiunea în bari. Pentru conversia din grade Celsius, adăugați 273,15. Pentru conversia din psi în bari, înmulțiți cu 0,06895.

Ce este Ecuația DIPPR 105? Ecuația DIPPR 105 este o formă matematică standard utilizată pentru ajustarea datelor experimentale privind densitatea lichidului saturat în funcție de temperatură. DIPPR este abrevierea pentru Design Institute for Physical Properties, un consorțiu de cercetare care colectează și validează date despre proprietățile substanțelor chimice industriale.

De ce modifică presiunea atât de puțin densitatea? Lichidele se opun comprimării într-o măsură mult mai mare decât gazele. Corecția de presiune din acest calculator, bazată pe o compresibilitate izotermă de 0,00125 per MPa, modifică densitatea cu doar câteva kg/m³ chiar pe întregul interval de 1–100 bar.

Poate fi utilizat acest calculator pentru etilena gazoasă? Nu. Acesta modelează doar faza lichidă. Pentru etilena în fază gazoasă este necesar un alt set de ecuații, precum un model bazat pe factorul de compresibilitate sau pe ecuația de stare.

Cât de precis este acest calculator în apropierea temperaturii critice? Precizia scade pe măsură ce temperatura se apropie de 282,34 K, temperatura critică utilizată în corelație. În apropierea acestui punct, variații mici ale temperaturii provoacă modificări mari și dificil de anticipat ale densității, iar corelația nu este concepută pentru această regiune.

Referințe

1. Design Institute for Physical Properties (DIPPR), cu sprijinul American Institute of Chemical Engineers (AIChE). Baza de date DIPPR Project 801.
2. Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST), WebBook-ul de chimie, numărul bazei de date standard de referință 69.
3. Poling, B.E., Prausnitz, J.M. și O'Connell, J.P. (2001). The Properties of Gases and Liquids (ediția a 5-a). McGraw-Hill.