Kalkulator Kerapatan Etilena Cair untuk Suhu & Tekanan

Hitung kerapatan etilena cair berdasarkan input suhu (104K-282K) dan tekanan (1-100 bar). Menggunakan korelasi DIPPR dengan koreksi tekanan untuk estimasi kerapatan yang akurat dalam aplikasi petrokimia.

Estimator Kerapatan Etilena Cair

K

Rentang yang valid: 104K - 282K

bar

Rentang yang valid: 1 - 100 bar

📚

Dokumentasi

Kalkulator Kerapatan Etilena Cair

Pendahuluan

Kalkulator Kerapatan Etilena Cair adalah alat khusus yang dirancang untuk menentukan dengan akurat kerapatan etilena cair berdasarkan input suhu dan tekanan. Etilena (C₂H₄) adalah salah satu senyawa organik terpenting di industri petrokimia, berfungsi sebagai blok bangunan dasar untuk berbagai produk termasuk plastik, antifreeze, dan serat sintetis. Memahami kerapatan etilena cair sangat penting untuk aplikasi rekayasa, desain proses, pertimbangan penyimpanan, dan logistik transportasi di industri mulai dari manufaktur petrokimia hingga sistem pendinginan.

Kalkulator ini menggunakan model termodinamika yang tepat untuk memperkirakan kerapatan etilena cair di berbagai suhu (104K hingga 282K) dan tekanan (1 hingga 100 bar), memberikan data yang dapat diandalkan bagi insinyur, ilmuwan, dan profesional industri untuk aplikasi mereka. Kerapatan etilena cair bervariasi secara signifikan dengan suhu dan tekanan, sehingga perhitungan yang akurat sangat penting untuk desain dan operasi sistem yang tepat.

Cara Kerapatan Etilena Cair Dihitung

Model Matematika

Kerapatan etilena cair dihitung menggunakan korelasi DIPPR (Design Institute for Physical Properties) yang dimodifikasi dengan koreksi tekanan. Pendekatan ini memberikan estimasi kerapatan yang akurat di seluruh wilayah fase cair etilena.

Persamaan dasar untuk menghitung kerapatan etilena cair pada tekanan referensi adalah:

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

Di mana:

  • ρ\rho = Kerapatan etilena cair (kg/m³)
  • AA = Koefisien kerapatan dasar (700 untuk etilena)
  • TT = Suhu (K)
  • TcT_c = Suhu kritis etilena (283.18K)
  • nn = Eksponen (0.29683 untuk etilena)
  • BB = Koefisien suhu (0.8 untuk etilena)

Untuk mempertimbangkan efek tekanan, diterapkan istilah koreksi tekanan:

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

Di mana:

  • ρP\rho_P = Kerapatan pada tekanan P (kg/m³)
  • ρ\rho = Kerapatan pada tekanan referensi (kg/m³)
  • κ\kappa = Kompresibilitas isothermal (sekitar 0.00125 MPa⁻¹ untuk etilena cair)
  • PP = Tekanan (MPa)
  • PrefP_{ref} = Tekanan referensi (0.1 MPa atau 1 bar)

Rentang Valid dan Pembatasan

Model perhitungan ini berlaku dalam rentang tertentu:

  • Suhu: 104K hingga 282K (menutupi fase cair etilena)
  • Tekanan: 1 hingga 100 bar

Di luar rentang ini, etilena dapat berada dalam keadaan gas atau superkritis, yang memerlukan metode perhitungan yang berbeda. Titik kritis etilena berada pada sekitar 283.18K dan 50.4 bar, di mana etilena ada sebagai fluida superkritis.

Panduan Langkah-demi-Langkah untuk Menggunakan Kalkulator

Parameter Input

  1. Masukkan Suhu:

    • Masukkan nilai suhu dalam Kelvin (K)
    • Rentang valid: 104K hingga 282K
    • Jika Anda memiliki suhu dalam Celsius (°C), konversi menggunakan: K = °C + 273.15
    • Jika Anda memiliki suhu dalam Fahrenheit (°F), konversi menggunakan: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Masukkan Tekanan:

    • Masukkan nilai tekanan dalam bar
    • Rentang valid: 1 hingga 100 bar
    • Jika Anda memiliki tekanan dalam satuan lain:
      • Dari psi: bar = psi × 0.0689476
      • Dari kPa: bar = kPa × 0.01
      • Dari MPa: bar = MPa × 10

Menginterpretasikan Hasil

Setelah memasukkan nilai suhu dan tekanan yang valid, kalkulator akan secara otomatis menampilkan:

  1. Kerapatan Etilena Cair: Nilai kerapatan yang dihitung dalam kg/m³
  2. Visualisasi: Grafik yang menunjukkan variasi kerapatan dengan suhu pada tekanan yang dipilih

Hasil dapat disalin ke clipboard menggunakan tombol yang disediakan untuk digunakan dalam laporan, simulasi, atau perhitungan lainnya.

Kerapatan Etilena Cair vs Suhu Grafik yang menunjukkan bagaimana kerapatan etilena cair bervariasi dengan suhu pada tekanan yang berbeda

Suhu (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Tekanan 10 bar 50 bar 100 bar

Contoh Perhitungan

Berikut adalah beberapa contoh perhitungan untuk menunjukkan bagaimana kerapatan bervariasi dengan suhu dan tekanan:

Suhu (K)Tekanan (bar)Kerapatan (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Seperti yang ditunjukkan dalam tabel, kerapatan etilena cair menurun dengan meningkatnya suhu (pada tekanan konstan) dan meningkat dengan meningkatnya tekanan (pada suhu konstan).

Implementasi dalam Berbagai Bahasa Pemrograman

Berikut adalah implementasi kode perhitungan kerapatan etilena cair dalam beberapa bahasa pemrograman:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Hitung kerapatan etilena cair berdasarkan suhu dan tekanan.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Suhu dalam Kelvin (rentang valid: 104K hingga 282K)
7        pressure_bar (float): Tekanan dalam bar (rentang valid: 1 hingga 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Kerapatan etilena cair dalam kg/m³
11    """
12    # Konstanta untuk etilena
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Suhu kritis dalam K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Kompresibilitas isothermal dalam MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Tekanan referensi dalam MPa (1 bar)
19    
20    # Konversi tekanan dari bar ke MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Hitung kerapatan pada tekanan referensi
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Terapkan koreksi tekanan
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Contoh penggunaan
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Kerapatan etilena cair pada {temp}K dan {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Kasus Penggunaan dan Aplikasi

Aplikasi Industri

  1. Pengolahan Petrokimia:

    • Nilai kerapatan yang akurat sangat penting untuk merancang kolom distilasi, reaktor, dan peralatan pemisahan untuk produksi dan pengolahan etilena.
    • Perhitungan aliran dalam pipa dan peralatan proses memerlukan data kerapatan yang tepat.
  2. Penyimpanan dan Transportasi Cryogenic:

    • Etilena sering disimpan dan diangkut sebagai cairan cryogenic. Perhitungan kerapatan membantu menentukan kapasitas tangki penyimpanan dan batas pemuatan.
    • Pertimbangan ekspansi termal selama pemanasan memerlukan hubungan kerapatan-suhu yang akurat.
  3. Manufaktur Polietilena:

    • Sebagai umpan utama untuk produksi polietilena, sifat etilena termasuk kerapatan mempengaruhi kinetika reaksi dan kualitas produk.
    • Perhitungan neraca massa di fasilitas produksi bergantung pada nilai kerapatan yang akurat.
  4. Sistem Pendinginan:

    • Etilena digunakan sebagai refrigeran dalam beberapa sistem pendinginan industri, di mana kerapatan mempengaruhi kinerja dan efisiensi sistem.
    • Perhitungan pengisian untuk sistem pendinginan memerlukan data kerapatan yang akurat.
  5. Kontrol Kualitas:

    • Pengukuran kerapatan dapat berfungsi sebagai indikator kualitas untuk kemurnian etilena dalam produksi dan penyimpanan.

Aplikasi Penelitian

  1. Studi Termodinamika:

    • Peneliti yang mempelajari perilaku fase dan model persamaan keadaan menggunakan data kerapatan untuk memvalidasi model teoretis.
    • Pengukuran kerapatan yang akurat membantu dalam mengembangkan korelasi yang lebih baik untuk sifat cair.
  2. Pengembangan Material:

    • Pengembangan polimer dan material baru yang berbasis etilena memerlukan pemahaman tentang sifat fisik monomer.
  3. Simulasi Proses:

    • Simulator proses kimia memerlukan model kerapatan etilena yang akurat untuk memprediksi perilaku sistem.

Desain Rekayasa

  1. Ukuran Peralatan:

    • Pompa, katup, dan sistem perpipaan yang menangani etilena cair harus dirancang berdasarkan sifat fluida yang akurat termasuk kerapatan.
    • Perhitungan penurunan tekanan dalam peralatan proses bergantung pada kerapatan fluida.
  2. Sistem Keamanan:

    • Ukuran katup pelepas dan desain sistem keamanan memerlukan nilai kerapatan yang akurat di seluruh rentang operasi.
    • Sistem deteksi kebocoran dapat menggunakan pengukuran kerapatan sebagai bagian dari pendekatan pemantauan mereka.

Alternatif untuk Perhitungan

Meskipun kalkulator ini menyediakan cara yang nyaman untuk memperkirakan kerapatan etilena cair, ada pendekatan alternatif:

  1. Pengukuran Eksperimental:

    • Pengukuran langsung menggunakan densitometer atau piknometer memberikan hasil yang paling akurat tetapi memerlukan peralatan khusus.
    • Analisis laboratorium biasanya digunakan untuk kebutuhan presisi tinggi atau tujuan penelitian.
  2. Model Persamaan Keadaan:

    • Persamaan keadaan yang lebih kompleks seperti Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong, atau SAFT dapat memberikan estimasi kerapatan dengan akurasi lebih tinggi, terutama di dekat kondisi kritis.
    • Model-model ini biasanya memerlukan perangkat lunak khusus dan lebih banyak sumber daya komputasi.
  3. Basis Data NIST REFPROP:

    • Basis Data Referensi Properti Termodinamika dan Transportasi NIST (REFPROP) menyediakan data properti dengan akurasi tinggi tetapi memerlukan lisensi.
  4. Tabel Data yang Diterbitkan:

    • Buku referensi dan tabel data yang diterbitkan menyediakan nilai kerapatan pada titik suhu dan tekanan diskrit.
    • Interpolasi antara nilai tabel mungkin diperlukan untuk kondisi tertentu.

Perkembangan Sejarah Perhitungan Kerapatan Etilena

Studi Awal tentang Sifat Etilena

Studi tentang sifat fisik etilena dimulai pada awal abad ke-19 ketika Michael Faraday pertama kali mencairkan etilena pada tahun 1834 menggunakan kombinasi suhu rendah dan tekanan tinggi. Namun, studi sistematis tentang kerapatan etilena cair dimulai pada pertengahan abad ke-20 seiring dengan berkembangnya aplikasi industri untuk etilena.

Pengembangan Korelasi

Pada tahun 1940-an dan 1950-an, seiring dengan pertumbuhan pesat industri petrokimia, pengukuran sifat etilena yang lebih tepat menjadi semakin diperlukan. Korelasi awal untuk kerapatan cair biasanya merupakan fungsi polinomial sederhana dari suhu, dengan akurasi dan rentang yang terbatas.

Tahun 1960-an menyaksikan pengembangan model yang lebih canggih berdasarkan prinsip keadaan yang bersesuaian, yang memungkinkan sifat-sifat diperkirakan berdasarkan parameter kritis. Model-model ini meningkatkan akurasi tetapi masih memiliki batasan, terutama pada tekanan tinggi.

Pendekatan Modern

Design Institute for Physical Properties (DIPPR) mulai mengembangkan korelasi standar untuk sifat kimia pada tahun 1980-an. Korelasi mereka untuk kerapatan etilena cair mewakili peningkatan signifikan dalam akurasi dan keandalan.

Dalam beberapa dekade terakhir, kemajuan dalam metode komputasi telah memungkinkan pengembangan persamaan keadaan yang lebih kompleks yang dapat memprediksi sifat etilena dengan akurat di seluruh rentang suhu dan tekanan yang luas. Teknik simulasi molekuler modern juga memungkinkan prediksi sifat dari prinsip-prinsip dasar.

Teknik Eksperimental

Teknik pengukuran untuk kerapatan cair juga telah berkembang secara signifikan. Metode awal bergantung pada teknik penggeseran sederhana, sementara metode modern mencakup:

  • Densitometer tabung bergetar
  • Timbangan suspensi magnetik
  • Piknometer dengan kontrol suhu
  • Metode pengukuran hidrostatik

Teknik-teknik canggih ini telah menyediakan data eksperimental berkualitas tinggi yang diperlukan untuk mengembangkan dan memvalidasi korelasi yang digunakan dalam kalkulator ini.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa itu etilena cair?

Etilena cair adalah keadaan cair dari etilena (C₂H₄), gas tidak berwarna dan mudah terbakar pada suhu kamar dan tekanan atmosfer. Etilena harus didinginkan di bawah titik didihnya -103.7°C (169.45K) pada tekanan atmosfer untuk ada sebagai cairan. Dalam keadaan ini, ia biasanya digunakan dalam proses industri, terutama sebagai umpan untuk produksi polietilena.

Mengapa kerapatan etilena penting?

Kerapatan etilena sangat penting untuk merancang tangki penyimpanan, sistem transportasi, dan peralatan proses. Nilai kerapatan yang akurat memungkinkan ukuran peralatan yang tepat, memastikan keamanan dalam penanganan, dan memungkinkan perhitungan aliran massa, transfer panas, dan parameter proses lainnya yang tepat. Kerapatan juga mempengaruhi ekonomi penyimpanan dan transportasi, karena menentukan seberapa banyak etilena yang dapat terkandung dalam volume tertentu.

Bagaimana suhu mempengaruhi kerapatan etilena cair?

Suhu memiliki dampak signifikan pada kerapatan etilena cair. Saat suhu meningkat, kerapatan menurun karena ekspansi termal cairan. Dekat suhu kritis (283.18K), kerapatan berubah lebih dramatis dengan variasi suhu yang kecil. Hubungan ini sangat penting dalam aplikasi cryogenic di mana kontrol suhu sangat penting.

Bagaimana tekanan mempengaruhi kerapatan etilena cair?

Tekanan memiliki efek moderat pada kerapatan etilena cair. Tekanan yang lebih tinggi menghasilkan kerapatan yang sedikit lebih tinggi karena kompresi cairan. Efeknya kurang mencolok dibandingkan dengan efek suhu tetapi menjadi lebih signifikan pada tekanan di atas 50 bar. Hubungan antara tekanan dan kerapatan kira-kira linier dalam rentang operasi normal.

Apa yang terjadi pada kerapatan etilena dekat titik kritis?

Dekat titik kritis (sekitar 283.18K dan 50.4 bar), kerapatan etilena menjadi sangat sensitif terhadap perubahan kecil dalam suhu dan tekanan. Perbedaan antara fase cair dan gas menghilang pada titik kritis, dan kerapatan mendekati kerapatan kritis sekitar 214 kg/m³. Kalkulator mungkin tidak memberikan hasil yang akurat sangat dekat dengan titik kritis karena perilaku kompleks di wilayah ini.

Dapatkah kalkulator ini digunakan untuk etilena gas?

Tidak, kalkulator ini khusus dirancang untuk etilena cair dalam rentang suhu 104K hingga 282K dan rentang tekanan 1 hingga 100 bar. Perhitungan kerapatan etilena gas memerlukan persamaan keadaan yang berbeda, seperti hukum gas ideal dengan koreksi kompresibilitas atau model yang lebih kompleks seperti Peng-Robinson atau Soave-Redlich-Kwong.

Seberapa akurat kalkulator ini?

Kalkulator ini memberikan estimasi kerapatan dengan akurasi sekitar ±2% dalam rentang suhu dan tekanan yang ditentukan. Akurasi dapat menurun dekat batas-batas rentang yang valid, terutama dekat titik kritis. Untuk aplikasi yang memerlukan presisi lebih tinggi, pengukuran laboratorium atau model termodinamika yang lebih kompleks mungkin diperlukan.

Unit apa yang digunakan kalkulator ini?

Kalkulator ini menggunakan unit berikut:

  • Suhu: Kelvin (K)
  • Tekanan: bar
  • Kerapatan: kilogram per meter kubik (kg/m³)

Dapatkah saya mengonversi kerapatan ke unit lain?

Ya, Anda dapat mengonversi kerapatan ke unit umum lainnya menggunakan faktor konversi ini:

  • Ke g/cm³: Bagi dengan 1000
  • Ke lb/ft³: Kalikan dengan 0.06243
  • Ke lb/gal (AS): Kalikan dengan 0.008345

Di mana saya bisa menemukan data properti etilena yang lebih rinci?

Untuk data properti etilena yang lebih komprehensif, konsultasikan sumber-sumber seperti:

  • Basis Data NIST REFPROP
  • Handbook Insinyur Kimia Perry
  • Handbook Properti Termodinamika Yaws
  • Basis Data Proyek DIPPR AIChE
  • Publikasi jurnal dalam kesetimbangan fase fluida dan sifat termofisika

Referensi

  1. Younglove, B.A. (1982). "Sifat Termofisika Fluida. I. Argon, Etilena, Parahidrogen, Nitrogen, Nitrogen Trifluoride, dan Oksigen." Jurnal Data Referensi Fisika dan Kimia, 11(Supplement 1), 1-11.

  2. Jahangiri, M., Jacobsen, R.T., Stewart, R.B., & McCarty, R.D. (1986). "Sifat termodinamika etilena dari garis pembekuan hingga 450 K pada tekanan hingga 260 MPa." Jurnal Data Referensi Fisika dan Kimia, 15(2), 593-734.

  3. Design Institute for Physical Properties. (2005). Basis Data DIPPR Proyek 801 - Versi Lengkap. Design Institute for Physical Property Research/AIChE.

  4. Span, R., & Wagner, W. (1996). "Persamaan keadaan baru dan tabel sifat termodinamika untuk metana yang mencakup rentang dari suhu titik beku hingga 625 K pada tekanan hingga 1000 MPa." Jurnal Data Referensi Fisika dan Kimia, 25(6), 1509-1596.

  5. Lemmon, E.W., McLinden, M.O., & Friend, D.G. (2018). "Sifat Termofisika Sistem Fluida" dalam NIST Chemistry WebBook, Nomor Basis Data Referensi Standar 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899.

  6. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). Sifat Gas dan Cair (edisi ke-5). McGraw-Hill.

  7. American Institute of Chemical Engineers. (2019). Basis Data DIPPR 801: Kompilasi Data Sifat Senyawa Murni. AIChE.

  8. Setzmann, U., & Wagner, W. (1991). "Persamaan keadaan baru dan tabel sifat termodinamika untuk metana yang mencakup rentang dari suhu titik beku hingga 625 K pada tekanan hingga 1000 MPa." Jurnal Data Referensi Fisika dan Kimia, 20(6), 1061-1155.

Coba Kalkulator Kami Sekarang

Kalkulator Kerapatan Etilena Cair kami memberikan nilai kerapatan instan dan akurat berdasarkan kebutuhan suhu dan tekanan spesifik Anda. Cukup masukkan parameter Anda dalam rentang yang valid, dan kalkulator akan secara otomatis menentukan kerapatan etilena cair untuk aplikasi Anda.

Apakah Anda merancang peralatan proses, merencanakan fasilitas penyimpanan, atau melakukan penelitian, alat ini menawarkan cara cepat dan andal untuk mendapatkan informasi kerapatan yang Anda perlukan. Visualisasi yang disertakan membantu Anda memahami bagaimana kerapatan berubah dengan suhu pada titik tekanan yang dipilih.

Untuk pertanyaan atau umpan balik tentang kalkulator ini, silakan hubungi tim dukungan kami.