Folyékony etilén sűrűség kalkulátor hőmérséklet és nyomás alapján

Számítsa ki a folyékony etilén sűrűségét a hőmérséklet (104K-282K) és a nyomás (1-100 bar) bemenetek alapján. DIPPR korrelációt használ nyomáskorrekcióval a pontos sűrűségbecslés érdekében a petrolkémiai alkalmazásokban.

Folyékony Etilén Sűrűség Kiszámító

K

Érvényes tartomány: 104K - 282K

bar

Érvényes tartomány: 1 - 100 bar

📚

Dokumentáció

Folyékony Etilén Sűrűség Kalkulátor

Bevezetés

A Folyékony Etilén Sűrűség Kalkulátor egy speciális eszköz, amely pontosan meghatározza a folyékony etilén sűrűségét a hőmérséklet és nyomás bemenetek alapján. Az etilén (C₂H₄) az egyik legfontosabb szerves vegyület a petrolkémiai iparban, amely számos termék, például műanyagok, fagyállók és szintetikus szálak alapvető építőköveként szolgál. A folyékony etilén sűrűségének megértése kulcsfontosságú mérnöki alkalmazások, folyamattervezés, tárolási megfontolások és szállítási logisztika szempontjából az iparágak széles spektrumában, a petrolkémiai gyártástól a hűtési rendszerekig.

Ez a kalkulátor pontos termodinamikai modelleket alkalmaz a folyékony etilén sűrűségének becslésére a hőmérsékletek (104K-tól 282K-ig) és nyomások (1-től 100 bar-ig) széles skáláján, megbízható adatokat biztosítva mérnökök, tudósok és ipari szakemberek számára alkalmazásaikhoz. A folyékony etilén sűrűsége jelentősen változik a hőmérséklet és a nyomás függvényében, így a pontos számítások elengedhetetlenek a megfelelő rendszertervezéshez és működéshez.

Hogyan számítják ki a folyékony etilén sűrűségét

A Matematikai Modell

A folyékony etilén sűrűségét egy módosított DIPPR (Design Institute for Physical Properties) korrelációval számítják ki, nyomáskorrekcióval. Ez a megközelítés pontos sűrűségbecsléseket biztosít az etilén folyékony fázisának területén.

A folyékony etilén sűrűségének számításához használt alapegyenlet a referencia nyomáson:

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

Ahol:

  • ρ\rho = Folyékony etilén sűrűsége (kg/m³)
  • AA = Alapsűrűség együttható (700 etilén esetén)
  • TT = Hőmérséklet (K)
  • TcT_c = Etilén kritikus hőmérséklete (283.18K)
  • nn = Exponens (0.29683 etilén esetén)
  • BB = Hőmérséklet együttható (0.8 etilén esetén)

A nyomás hatásainak figyelembevételéhez egy nyomáskorrekciós tagot alkalmazunk:

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

Ahol:

  • ρP\rho_P = Sűrűség P nyomáson (kg/m³)
  • ρ\rho = Sűrűség referencia nyomáson (kg/m³)
  • κ\kappa = Izotermális kompresszibilitás (kb. 0.00125 MPa⁻¹ folyékony etilén esetén)
  • PP = Nyomás (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referencia nyomás (0.1 MPa vagy 1 bar)

Érvényes Tartományok és Korlátozások

Ez a számítási modell meghatározott tartományokban érvényes:

  • Hőmérséklet: 104K-tól 282K-ig (az etilén folyékony fázisának lefedése)
  • Nyomás: 1-től 100 bar-ig

Ezeken a tartományokon kívül az etilén gázos vagy szuperkritikus állapotban létezhet, ami más számítási módszereket igényel. Az etilén kritikus pontja körülbelül 283.18K és 50.4 bar, amelyen túl az etilén szuperkritikus folyadékként létezik.

Lépésről Lépésre Útmutató a Kalkulátor Használatához

Bemeneti Paraméterek

  1. Hőmérséklet Beírása:

    • Írja be a hőmérséklet értékét Kelvinben (K)
    • Érvényes tartomány: 104K-tól 282K-ig
    • Ha Celsiusban (°C) van hőmérséklete, konvertálja: K = °C + 273.15
    • Ha Fahrenheitben (°F) van hőmérséklete, konvertálja: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Nyomás Beírása:

    • Írja be a nyomás értékét barban
    • Érvényes tartomány: 1-től 100 bar-ig
    • Ha más egységekben van nyomása:
      • Psi-ból: bar = psi × 0.0689476
      • kPa-ból: bar = kPa × 0.01
      • MPa-ból: bar = MPa × 10

Eredmények Értelmezése

Miután érvényes hőmérséklet- és nyomásértékeket adott meg, a kalkulátor automatikusan megjeleníti:

  1. Folyékony Etilén Sűrűség: A számított sűrűség érték kg/m³-ben
  2. Vizualizáció: Egy grafikon, amely a sűrűség változását mutatja a hőmérséklet függvényében a kiválasztott nyomáson

Az eredmények a megadott gomb segítségével a vágólapra másolhatók, hogy felhasználhassák őket jelentésekben, szimulációkban vagy más számításokban.

Folyékony Etilén Sűrűség vs Hőmérséklet A grafikon megmutatja, hogyan változik a folyékony etilén sűrűsége a hőmérséklet függvényében különböző nyomásoknál

Hőmérséklet (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Nyomás 10 bar 50 bar 100 bar

Példa Számítások

Itt van néhány példa számítás, hogy bemutassuk, hogyan változik a sűrűség a hőmérséklet és nyomás függvényében:

Hőmérséklet (K)Nyomás (bar)Sűrűség (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Ahogy a táblázatban is látható, a folyékony etilén sűrűsége csökken a hőmérséklet növekedésével (állandó nyomáson) és nő a nyomás növekedésével (állandó hőmérsékleten).

Megvalósítás Különböző Programozási Nyelvekben

Itt van a folyékony etilén sűrűség számításának kódmegvalósítása több programozási nyelven:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Calculate the density of liquid ethylene based on temperature and pressure.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperature in Kelvin (valid range: 104K to 282K)
7        pressure_bar (float): Pressure in bar (valid range: 1 to 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Density of liquid ethylene in kg/m³
11    """
12    # Constants for ethylene
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Critical temperature in K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Isothermal compressibility in MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Reference pressure in MPa (1 bar)
19    
20    # Convert pressure from bar to MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Calculate density at reference pressure
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Apply pressure correction
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Example usage
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Folyékony etilén sűrűsége {temp}K és {pressure} bar nyomáson: {density:.2f} kg/m³")
36

Ipari Alkalmazások

  1. Petrokémiai Feldolgozás:

    • A pontos sűrűségértékek elengedhetetlenek a desztilláló oszlopok, reaktorok és elválasztó berendezések tervezéséhez az etilén gyártás és feldolgozás során.
    • A csővezetékekben és folyamatberendezésekben végzett áramlási számításokhoz megbízható sűrűségadatokra van szükség.
  2. Kriogén Tárolás és Szállítás:

    • Az etilént gyakran kriogén folyadékként tárolják és szállítják. A sűrűségszámítások segítenek meghatározni a tárolótartályok kapacitását és a betöltési határokat.
    • A felmelegedés során bekövetkező hőtágulás figyelembevételénél fontos a pontos hőmérséklet-sűrűség kapcsolatok ismerete.
  3. Polietilén Gyártás:

    • Mivel az etilén a polietilén gyártásának fő nyersanyaga, a sűrűség és egyéb tulajdonságok befolyásolják a reakciókinetikát és a termék minőségét.
    • A termelési létesítmények tömegbalansz számításai a pontos sűrűségértékekre támaszkodnak.
  4. Hűtési Rendszerek:

    • Az etilén néhány ipari hűtőrendszerben hűtőanyagként használatos, ahol a sűrűség befolyásolja a rendszer teljesítményét és hatékonyságát.
    • A hűtési rendszerek töltési számításaihoz pontos sűrűségadatokra van szükség.
  5. Minőségellenőrzés:

    • A sűrűségmérések minőségi mutatókként szolgálhatnak az etilén tisztaságának ellenőrzésére a gyártás és tárolás során.

Kutatási Alkalmazások

  1. Termodinamikai Tanulmányok:

    • A fázisviselkedés és az állapotegyenletek modellezésével foglalkozó kutatók sűrűségadatokat használnak a elméleti modellek érvényesítésére.
    • A pontos sűrűségmérések segítenek a folyadékok tulajdonságainak javított korrelációinak kidolgozásában.
  2. Anyagfejlesztés:

    • Az etilén alapú új polimerek és anyagok fejlesztéséhez elengedhetetlen a monomer fizikai tulajdonságainak ismerete.
  3. Folyamat Szimuláció:

    • A kémiai folyamat szimulátorok pontos etilén sűrűség modelleket igényelnek a rendszer viselkedésének előrejelzéséhez.

Mérnöki Tervezés

  1. Berendezések Méretezése:

    • A folyékony etilént kezelő szivattyúk, szelepek és csővezetékek tervezése a pontos folyadékjellemzők, beleértve a sűrűséget, alapján történik.
    • A nyomásesés számításai a folyamatberendezésekben a folyadék sűrűségétől függenek.
  2. Biztonsági Rendszerek:

    • A biztonsági szelepek méretezése és a biztonsági rendszerek tervezése pontos sűrűségértékek alapján történik a működési tartományokban.
    • A szivárgás-észlelési rendszerek a sűrűségméréseket is felhasználhatják a monitorozási megközelítésük részeként.

Alternatívák a Számításhoz

Bár ez a kalkulátor kényelmes módot biztosít a folyékony etilén sűrűségének becslésére, léteznek alternatív megközelítések:

  1. Kísérleti Mérés:

    • Közvetlen mérés densitométerek vagy piknometerek segítségével a legpontosabb eredményeket nyújtja, de speciális felszerelést igényel.
    • A laboratóriumi elemzés általában nagyobb precizitást igénylő követelményekhez vagy kutatási célokra használatos.
  2. Állapotegyenletek Modellek:

    • Összetettebb állapotegyenletek, mint a Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong vagy SAFT, sűrűségbecsléseket nyújthatnak potenciálisan magasabb pontossággal, különösen a kritikus körülmények közelében.
    • Ezek a modellek általában speciális szoftvert és több számítási erőforrást igényelnek.
  3. NIST REFPROP Adatbázis:

    • A NIST Referencia Folyadék Termodinamikai és Transzport Tulajdonságok Adatbázisa (REFPROP) magas pontosságú tulajdonsági adatokat biztosít, de licencet igényel.
  4. Közzétett Adattáblák:

    • Referenciakönyvek és közzétett adattáblák sűrűségértékeket biztosítanak diszkrét hőmérséklet- és nyomáspontokon.
    • Az adott körülmények közötti interpolációra lehet szükség a táblázatértékek között.

Történelmi Fejlődés az Etilén Sűrűség Számításában

Korai Tanulmányok az Etilén Tulajdonságairól

Az etilén fizikai tulajdonságainak tanulmányozása a 19. század elejére nyúlik vissza, amikor Michael Faraday 1834-ben először folyósította az etilént alacsony hőmérséklet és magas nyomás kombinációjával. Azonban a folyékony etilén sűrűségének rendszerszintű tanulmányozása a 20. század elején kezdődött, ahogy az etilén ipari alkalmazásai bővültek.

Korrelációk Fejlesztése

Az 1940-es és 1950-es években, ahogy a petrolkémiai ipar gyorsan növekedett, egyre pontosabb mérések váltak szükségessé az etilén tulajdonságairól. A korai korrelációk a folyékony sűrűségre általában egyszerű polinomiális függvények voltak a hőmérséklet függvényében, korlátozott pontossággal és tartománnyal.

Az 1960-as években fejlettebb modellek jelentek meg, amelyek a megfelelő állapot elvén alapultak, lehetővé téve a tulajdonságok becslését a kritikus paraméterek alapján. Ezek a modellek javították a pontosságot, de még mindig voltak korlátozásaik, különösen magas nyomások esetén.

Modern Megközelítések

A Design Institute for Physical Properties (DIPPR) elkezdte a szabványosított korrelációk kidolgozását a kémiai tulajdonságok számára az 1980-as években. Az ő korrelációik a folyékony etilén sűrűségére jelentős javulást jelentettek a pontosság és megbízhatóság terén.

Az utóbbi évtizedekben a számítástechnikai módszerek fejlődése lehetővé tette a bonyolultabb állapotegyenletek kidolgozását, amelyek képesek pontosan előrejelezni az etilén tulajdonságait széles hőmérséklet- és nyomástartományokban. A modern molekuláris szimulációs technikák szintén lehetővé teszik a tulajdonságok előrejelzését első elvekből.

Kísérleti Technikák

A folyékony sűrűség mérési technikái is jelentősen fejlődtek. A korai módszerek egyszerű elmozdulási technikákra támaszkodtak, míg a modern módszerek közé tartoznak:

  • Vibráló cső densitométerek
  • Mágneses felfüggesztési egyensúlyok
  • Piknometerek hőmérséklet-vezérléssel
  • Hidrosztatikai mérési módszerek

Ezek a fejlett technikák biztosították a magas színvonalú kísérleti adatokat, amelyek szükségesek a korrelációk kidolgozásához és érvényesítéséhez, amelyeket ez a kalkulátor használ.

Gyakran Ismételt Kérdések

Mi az a folyékony etilén?

A folyékony etilén az etilén (C₂H₄) folyékony állapota, egy színtelen, gyúlékony gáz szobahőmérsékleten és légköri nyomáson. Az etilént -103,7 °C-ra (169,45K) kell hűteni légköri nyomáson, hogy folyékony állapotban létezzen. Ebben az állapotban gyakran használják ipari folyamatokban, különösen polietilén gyártásához.

Miért fontos az etilén sűrűsége?

Az etilén sűrűsége kulcsfontosságú a tárolótartályok, szállító rendszerek és folyamatberendezések tervezéséhez. A pontos sűrűségértékek lehetővé teszik a berendezések megfelelő méretezését, biztosítják a kezelés biztonságát, és lehetővé teszik a tömegáramlási sebességek, hőátadás és egyéb folyamatparaméterek pontos számítását. A sűrűség befolyásolja a tárolás és szállítás gazdaságosságát is, mivel meghatározza, hogy mennyi etilén tárolható egy adott térfogatban.

Hogyan befolyásolja a hőmérséklet a folyékony etilén sűrűségét?

A hőmérséklet jelentős hatással van a folyékony etilén sűrűségére. A hőmérséklet növekedésével a sűrűség csökken a folyadék hőtágulása miatt. A kritikus hőmérséklet (283.18K) közelében a sűrűség a kis hőmérsékletváltozásokra is drámaian reagál. Ez a kapcsolat különösen fontos a kriogén alkalmazásokban, ahol a hőmérséklet-ellenőrzés elengedhetetlen.

Hogyan befolyásolja a nyomás a folyékony etilén sűrűségét?

A nyomás mérsékelt hatással van a folyékony etilén sűrűségére. A magasabb nyomások kissé magasabb sűrűséget eredményeznek a folyadék összenyomása miatt. A hatás kevésbé hangsúlyos, mint a hőmérséklet hatása, de 50 bar feletti nyomásoknál jelentősebbé válik. A nyomás és a sűrűség közötti kapcsolat körülbelül lineáris a normál működési tartományban.

Mi történik az etilén sűrűségével a kritikus pont közelében?

A kritikus pont közelében (körülbelül 283.18K és 50.4 bar) az etilén sűrűsége rendkívül érzékeny a kis hőmérséklet- és nyomásváltozásokra. A kritikus pontnál eltűnik a folyadék és gáz fázis közötti megkülönböztetés, és a sűrűség megközelíti a kritikus sűrűséget, amely körülbelül 214 kg/m³. A kalkulátor nem biztos, hogy pontos eredményeket ad a kritikus ponthoz nagyon közeli értékek esetén, mivel ebben a régióban a viselkedés összetett.

Használható ez a kalkulátor gáz halmazállapotú etilénre?

Nem, ez a kalkulátor kifejezetten a folyékony etilén számára készült, a 104K-tól 282K-ig terjedő hőmérséklet- és 1-től 100 bar-ig terjedő nyomástartományban. A gáz halmazállapotú etilén sűrűség számításához más állapotegyenletek, például az ideális gáz törvény és a kompresszibilitási korrekciók, vagy bonyolultabb modellek, mint a Peng-Robinson vagy Soave-Redlich-Kwong szükségesek.

Mennyire pontos ez a kalkulátor?

A kalkulátor körülbelül ±2% pontossággal biztosít sűrűségbecsléseket a megadott hőmérséklet- és nyomástartományokon belül. A pontosság csökkenhet a határok közelében, különösen a kritikus pont közelében. A nagyobb precizitást igénylő alkalmazásokhoz laboratóriumi mérések vagy bonyolultabb termodinamikai modellek szükségesek.

Milyen egységeket használ a kalkulátor?

A kalkulátor a következő egységeket használja:

  • Hőmérséklet: Kelvin (K)
  • Nyomás: bar
  • Sűrűség: kilogramm köbméterenként (kg/m³)

Átkonvertálhatom a sűrűséget más egységekbe?

Igen, a sűrűséget más gyakori egységekbe konvertálhatja a következő átváltási tényezők segítségével:

  • g/cm³-re: Ossza el 1000-rel
  • lb/ft³-re: Szorozza meg 0.06243-mal
  • lb/gal (US)-re: Szorozza meg 0.008345-tel

Hol találhatok részletesebb etilén tulajdonsági adatokat?

A folyékony etilén tulajdonságainak részletesebb adatainak megismeréséhez konzultáljon az alábbi forrásokkal:

  • NIST REFPROP adatbázis
  • Perry Kémiai Mérnökök Kézikönyve
  • Yaws' Kézikönyv a Termodinamikai Tulajdonságokról
  • AIChE DIPPR Projekt 801 adatbázis
  • Folyóirat publikációk a folyadékfázis egyensúlyairól és a termofizikai tulajdonságokról

Hivatkozások

  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.

Próbálja Ki Kalkulátorunkat Most

Folyékony Etilén Sűrűség Kalkulátorunk azonnali, pontos sűrűségértékeket biztosít a specifikus hőmérséklet- és nyomásigényei alapján. Egyszerűen adja meg paramétereit az érvényes tartományokon belül, és a kalkulátor automatikusan meghatározza a folyékony etilén sűrűségét az Ön alkalmazásához.

Legyen szó folyamatberendezések tervezéséről, tárolási létesítmények tervezéséről vagy kutatásról, ez az eszköz gyors és megbízható módot kínál a szükséges sűrűséginformációk beszerzésére. A mellékelt vizualizáció segít megérteni, hogyan változik a sűrűség a hőmérséklet függvényében a kiválasztott nyomáson.

Ha bármilyen kérdése vagy észrevétele van ezzel a kalkulátorral kapcsolatban, kérjük, lépjen kapcsolatba ügyfélszolgálatunkkal.