온도 및 압력에 따른 액체 에틸렌 밀도 계산기

온도(104K-282K)와 압력(1-100 bar) 입력을 기반으로 액체 에틸렌 밀도를 계산합니다. 석유 화학 응용을 위한 정확한 밀도 추정을 위해 압력 보정이 포함된 DIPPR 상관관계를 사용합니다.

액체 에틸렌 밀도 추정기

K

유효 범위: 104K - 282K

bar

유효 범위: 1 - 100 bar

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문서화

액체 에틸렌 밀도 계산기

소개

액체 에틸렌 밀도 계산기는 온도 및 압력 입력에 따라 액체 에틸렌의 밀도를 정확하게 결정하기 위해 설계된 전문 도구입니다. 에틸렌(C₂H₄)은 석유화학 산업에서 가장 중요한 유기 화합물 중 하나로, 플라스틱, 부동액 및 합성 섬유를 포함한 수많은 제품의 기본 빌딩 블록 역할을 합니다. 액체 에틸렌의 밀도를 이해하는 것은 공학 응용, 공정 설계, 저장 고려 사항 및 수송 물류에서 매우 중요합니다. 석유화학 제조에서 냉각 시스템에 이르기까지 다양한 산업에서 사용됩니다.

이 계산기는 온도(104K ~ 282K) 및 압력(1 ~ 100 bar) 범위에서 액체 에틸렌 밀도를 추정하기 위해 정밀한 열역학 모델을 사용하여 엔지니어, 과학자 및 산업 전문가에게 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다. 액체 에틸렌의 밀도는 온도와 압력에 따라 크게 달라지므로 정확한 계산이 시스템 설계 및 운영에 필수적입니다.

액체 에틸렌 밀도 계산 방법

수학적 모델

액체 에틸렌의 밀도는 압력 보정을 포함한 수정된 DIPPR(물리적 성질 설계 연구소) 상관관계를 사용하여 계산됩니다. 이 접근 방식은 에틸렌의 액체 상태 영역에서 정확한 밀도 추정을 제공합니다.

기준 압력에서 액체 에틸렌 밀도를 계산하기 위한 기본 방정식은 다음과 같습니다:

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

여기서:

  • ρ\rho = 액체 에틸렌 밀도 (kg/m³)
  • AA = 기본 밀도 계수 (에틸렌의 경우 700)
  • TT = 온도 (K)
  • TcT_c = 에틸렌의 임계 온도 (283.18K)
  • nn = 지수 (에틸렌의 경우 0.29683)
  • BB = 온도 계수 (에틸렌의 경우 0.8)

압력 효과를 고려하기 위해 압력 보정 항이 적용됩니다:

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

여기서:

  • ρP\rho_P = 압력 P에서의 밀도 (kg/m³)
  • ρ\rho = 기준 압력에서의 밀도 (kg/m³)
  • κ\kappa = 등온 압축성 (액체 에틸렌의 경우 약 0.00125 MPa⁻¹)
  • PP = 압력 (MPa)
  • PrefP_{ref} = 기준 압력 (0.1 MPa 또는 1 bar)

유효 범위 및 제한 사항

이 계산 모델은 특정 범위 내에서 유효합니다:

  • 온도: 104K ~ 282K (에틸렌의 액체 상태 포함)
  • 압력: 1 ~ 100 bar

이 범위를 벗어나면 에틸렌은 기체 또는 초임계 상태로 존재할 수 있으며, 다른 계산 방법이 필요합니다. 에틸렌의 임계점은 약 283.18K 및 50.4 bar에서 발생하며, 이 지점을 넘어서는 에틸렌은 초임계 유체로 존재합니다.

계산기 사용을 위한 단계별 가이드

입력 매개변수

  1. 온도 입력:

    • 온도 값을 켈빈(K)으로 입력합니다.
    • 유효 범위: 104K ~ 282K
    • 섭씨(°C)로 온도가 있는 경우, 변환: K = °C + 273.15
    • 화씨(°F)로 온도가 있는 경우, 변환: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. 압력 입력:

    • 압력 값을 바(bar)로 입력합니다.
    • 유효 범위: 1 ~ 100 bar
    • 다른 단위에서 압력이 있는 경우:
      • psi에서: bar = psi × 0.0689476
      • kPa에서: bar = kPa × 0.01
      • MPa에서: bar = MPa × 10

결과 해석

유효한 온도 및 압력 값을 입력한 후, 계산기는 자동으로 다음을 표시합니다:

  1. 액체 에틸렌 밀도: kg/m³로 계산된 밀도 값
  2. 시각화: 선택한 압력에서 온도에 따른 밀도 변화를 보여주는 그래프

결과는 제공된 버튼을 사용하여 클립보드에 복사할 수 있어 보고서, 시뮬레이션 또는 기타 계산에 사용할 수 있습니다.

액체 에틸렌 밀도 대 온도 선택한 압력에서 온도에 따른 액체 에틸렌 밀도 변화를 보여주는 그래프

온도 (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar 압력 10 bar 50 bar 100 bar

예제 계산

다음은 온도 및 압력에 따라 밀도가 어떻게 변하는지를 보여주는 몇 가지 예제 계산입니다:

온도 (K)압력 (bar)밀도 (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

표에서 볼 수 있듯이, 액체 에틸렌 밀도는 온도가 증가함에 따라 감소하고(상수 압력에서), 압력이 증가함에 따라 증가합니다(상수 온도에서).

다양한 프로그래밍 언어에서의 구현

다음은 여러 프로그래밍 언어에서 액체 에틸렌 밀도 계산의 코드 구현입니다:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    액체 에틸렌의 밀도를 온도와 압력에 따라 계산합니다.
4    
5    인수:
6        temperature_k (float): 켈빈 단위의 온도 (유효 범위: 104K ~ 282K)
7        pressure_bar (float): 바 단위의 압력 (유효 범위: 1 ~ 100 bar)
8        
9    반환값:
10        float: kg/m³ 단위의 액체 에틸렌 밀도
11    """
12    # 에틸렌의 상수
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # K 단위의 임계 온도
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # MPa⁻¹ 단위의 등온 압축성
18    P_ref = 0.1  # MPa 단위의 기준 압력 (1 bar)
19    
20    # 압력을 바에서 MPa로 변환
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # 기준 압력에서의 밀도 계산
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # 압력 보정 적용
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# 예제 사용
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"{temp}K 및 {pressure} bar에서의 액체 에틸렌 밀도: {density:.2f} kg/m³")
36

사용 사례 및 응용

산업 응용

  1. 석유화학 처리:

    • 정확한 밀도 값은 에틸렌 생산 및 처리용 증류탑, 반응기 및 분리 장비 설계를 위해 필수적입니다.
    • 파이프라인 및 공정 장비의 유량 계산에는 정밀한 밀도 데이터가 필요합니다.
  2. 저온 저장 및 운송:

    • 에틸렌은 종종 저온 액체로 저장 및 운송됩니다. 밀도 계산은 저장 탱크 용량 및 적재 한계를 결정하는 데 도움이 됩니다.
    • 가열 중 열 팽창 고려 사항은 정확한 밀도-온도 관계를 필요로 합니다.
  3. 폴리에틸렌 제조:

    • 폴리에틸렌 생산의 주요 원료로서 에틸렌의 물리적 특성은 반응 동역학 및 제품 품질에 영향을 미칩니다.
    • 생산 시설의 물질 수지 계산은 정확한 밀도 값을 필요로 합니다.
  4. 냉각 시스템:

    • 에틸렌은 일부 산업 냉각 시스템에서 냉매로 사용되며, 밀도는 시스템 성능 및 효율성에 영향을 미칩니다.
    • 냉각 시스템의 충전 계산은 정확한 밀도 데이터를 필요로 합니다.
  5. 품질 관리:

    • 밀도 측정은 생산 및 저장에서 에틸렌 순도의 품질 지표로 사용될 수 있습니다.

연구 응용

  1. 열역학 연구:

    • 상 행동 및 상태 방정식 모델을 연구하는 연구자들은 이론 모델을 검증하기 위해 밀도 데이터를 사용합니다.
    • 정확한 밀도 측정은 액체 특성을 위한 개선된 상관관계를 개발하는 데 도움이 됩니다.
  2. 재료 개발:

    • 에틸렌을 기반으로 한 새로운 폴리머 및 재료의 개발은 모노머의 물리적 특성을 이해하는 것을 필요로 합니다.
  3. 공정 시뮬레이션:

    • 화학 공정 시뮬레이터는 시스템 동작을 예측하기 위해 에틸렌의 정확한 밀도 모델을 필요로 합니다.

엔지니어링 설계

  1. 장비 크기 조정:

    • 액체 에틸렌을 처리하는 펌프, 밸브 및 배관 시스템은 정확한 유체 특성을 기반으로 설계되어야 합니다.
    • 공정 장비의 압력 강하 계산은 유체 밀도에 의존합니다.
  2. 안전 시스템:

    • 릴리프 밸브 크기 조정 및 안전 시스템 설계는 정확한 밀도 값을 필요로 합니다.
    • 누출 감지 시스템은 모니터링 접근 방식의 일환으로 밀도 측정을 사용할 수 있습니다.

계산 대안

이 계산기는 액체 에틸렌 밀도를 추정하는 편리한 방법을 제공하지만, 대안 접근 방식도 있습니다:

  1. 실험적 측정:

    • 밀도계나 피크노미터를 사용한 직접 측정은 가장 정확한 결과를 제공하지만 전문 장비가 필요합니다.
    • 실험실 분석은 일반적으로 높은 정밀도가 요구되는 경우 또는 연구 목적으로 사용됩니다.
  2. 상태 방정식 모델:

    • 펭-로빈슨, 소바-레드리히-콴크 또는 SAFT와 같은 더 복잡한 상태 방정식은 밀도 추정을 제공할 수 있으며, 특히 임계 조건 근처에서 더 높은 정확성을 가질 수 있습니다.
    • 이러한 모델은 일반적으로 전문 소프트웨어와 더 많은 계산 자원을 필요로 합니다.
  3. NIST REFPROP 데이터베이스:

    • NIST 참조 유체 열역학 및 전송 특성 데이터베이스(REFPROP)는 고정밀 속성 데이터를 제공하지만 라이센스가 필요합니다.
  4. 출판된 데이터 테이블:

    • 참고서 및 출판된 데이터 테이블은 이산 온도 및 압력 지점에서 밀도 값을 제공합니다.
    • 특정 조건에 대한 값을 보간해야 할 수 있습니다.

에틸렌 밀도 계산의 역사적 발전

에틸렌 특성에 대한 초기 연구

에틸렌의 물리적 특성 연구는 19세기 초로 거슬러 올라가며, 마이클 패러데이가 1834년에 저온 및 고압을 사용하여 에틸렌을 액화한 것이 시작입니다. 그러나 액체 에틸렌 밀도에 대한 체계적인 연구는 20세기 초반 석유화학 산업의 확장과 함께 시작되었습니다.

상관관계 개발

1940년대와 1950년대에 석유화학 산업이 급속히 성장함에 따라 에틸렌 특성의 보다 정밀한 측정이 필요해졌습니다. 초기 밀도에 대한 상관관계는 일반적으로 온도의 간단한 다항식 함수였으며, 정확성과 범위가 제한적이었습니다.

1960년대에는 상응 상태의 원리를 기반으로 한 보다 정교한 모델이 개발되어 특성을 임계 매개변수를 기반으로 추정할 수 있게 되었습니다. 이러한 모델은 정확성을 개선했지만, 여전히 높은 압력에서 제한이 있었습니다.

현대적 접근

물리적 성질 설계 연구소(DIPPR)는 1980년대에 화학적 특성에 대한 표준화된 상관관계를 개발하기 시작했습니다. 액체 에틸렌 밀도에 대한 그들의 상관관계는 정확성과 신뢰성에서 상당한 개선을 나타냈습니다.

최근 몇 년 동안 계산 방법의 발전으로 인해 보다 복잡한 상태 방정식이 개발되어 광범위한 온도 및 압력 범위에서 에틸렌 특성을 정확하게 예측할 수 있게 되었습니다. 현대 분자 시뮬레이션 기술은 원리로부터 특성을 예측할 수 있도록 합니다.

실험 기술

액체 밀도 측정 기술도 크게 발전했습니다. 초기 방법은 간단한 배치 기술에 의존했으며, 현대 방법에는 다음이 포함됩니다:

  • 진동 튜브 밀도계
  • 자기 부상 저울
  • 온도 제어가 가능한 피크노미터
  • 수압 측정 방법

이러한 고급 기술은 이 계산기에 사용되는 상관관계를 개발하고 검증하는 데 필요한 고품질 실험 데이터를 제공했습니다.

자주 묻는 질문

액체 에틸렌이란 무엇인가요?

액체 에틸렌은 에틸렌(C₂H₄)의 액체 상태로, 상온 및 대기압에서 무색의 인화성 가스입니다. 에틸렌은 대기압에서 끓는점인 -103.7°C(169.45K) 이하로 냉각해야 액체 상태로 존재할 수 있습니다. 이 상태에서 에틸렌은 산업 공정에서 일반적으로 사용되며, 특히 폴리에틸렌 생산의 원료로 사용됩니다.

에틸렌 밀도가 중요한 이유는 무엇인가요?

에틸렌 밀도는 저장 탱크, 운송 시스템 및 공정 장비 설계를 위해 필수적입니다. 정확한 밀도 값은 장비의 적절한 크기를 보장하고, 취급 시 안전성을 확보하며, 질량 유량, 열 전달 및 기타 공정 매개변수의 계산을 정확하게 수행할 수 있게 합니다. 밀도는 저장 및 운송의 경제성에도 영향을 미치며, 주어진 부피에 얼마나 많은 에틸렌을 포함할 수 있는지를 결정합니다.

온도가 액체 에틸렌 밀도에 미치는 영향은 무엇인가요?

온도는 액체 에틸렌 밀도에 상당한 영향을 미칩니다. 온도가 증가하면 액체의 열 팽창으로 인해 밀도가 감소합니다. 임계 온도(283.18K) 근처에서는 작은 온도 변화에 대해 밀도가 더 극적으로 변합니다. 이 관계는 저온 응용에서 온도 제어가 필수적인 경우 특히 중요합니다.

압력이 액체 에틸렌 밀도에 미치는 영향은 무엇인가요?

압력은 액체 에틸렌 밀도에 중간 정도의 영향을 미칩니다. 높은 압력은 액체의 압축으로 인해 밀도를 약간 증가시킵니다. 이 효과는 온도가 일정할 때 압력이 증가함에 따라 밀도가 증가하는 경향이 있습니다. 압력과 밀도 간의 관계는 정상 작동 범위 내에서 대략 선형적입니다.

임계점 근처에서 에틸렌 밀도는 어떻게 되나요?

임계점(약 283.18K 및 50.4 bar) 근처에서 에틸렌의 밀도는 온도와 압력의 작은 변화에 매우 민감해집니다. 임계점에서 액체와 기체 상태의 구분이 사라지며, 밀도는 약 214 kg/m³의 임계 밀도에 접근합니다. 이 계산기는 이 영역 근처에서는 정확한 결과를 제공하지 않을 수 있습니다.

이 계산기를 기체 에틸렌에 사용할 수 있나요?

아니요, 이 계산기는 104K ~ 282K의 온도 범위와 1 ~ 100 bar의 압력 범위에서 액체 에틸렌에 대해 특별히 설계되었습니다. 기체 에틸렌 밀도 계산에는 이상 기체 법칙과 압축성 보정 또는 펭-로빈슨 또는 소바-레드리히-콴크와 같은 더 복잡한 모델이 필요합니다.

이 계산기의 정확도는 얼마나 되나요?

이 계산기는 지정된 온도 및 압력 범위 내에서 약 ±2%의 정확도로 밀도 추정값을 제공합니다. 정확도는 유효 범위의 경계 근처에서 감소할 수 있으며, 특히 임계점 근처에서는 더욱 그렇습니다. 더 높은 정밀도가 필요한 응용의 경우 실험실 측정이나 더 복잡한 열역학 모델이 필요할 수 있습니다.

이 계산기는 어떤 단위를 사용하나요?

이 계산기는 다음 단위를 사용합니다:

  • 온도: 켈빈 (K)
  • 압력: 바
  • 밀도: 킬로그램/세제곱미터 (kg/m³)

밀도를 다른 단위로 변환할 수 있나요?

예, 다음 변환 계수를 사용하여 밀도를 다른 일반 단위로 변환할 수 있습니다:

  • g/cm³로: 1000으로 나눕니다.
  • lb/ft³로: 0.06243을 곱합니다.
  • lb/gal(미국)로: 0.008345을 곱합니다.

더 자세한 에틸렌 속성 데이터는 어디에서 찾을 수 있나요?

보다 포괄적인 에틸렌 속성 데이터는 다음과 같은 리소스를 참조하십시오:

  • NIST REFPROP 데이터베이스
  • 페리의 화학 공학자 핸드북
  • 야우스의 열역학적 성질 핸드북
  • AIChE DIPPR 프로젝트 801 데이터베이스
  • 유체 상 평형 및 열물리적 특성에 관한 저널 출판물

지금 계산기를 사용해 보세요

우리의 액체 에틸렌 밀도 계산기는 귀하의 특정 온도 및 압력 요구 사항에 따라 즉각적이고 정확한 밀도 값을 제공합니다. 유효 범위 내에서 매개변수를 입력하기만 하면 계산기가 자동으로 귀하의 응용을 위한 액체 에틸렌 밀도를 결정합니다.

공정 장비 설계, 저장 시설 계획 또는 연구를 수행하든, 이 도구는 귀하가 필요한 밀도 정보를 신속하고 신뢰할 수 있는 방법으로 제공합니다. 포함된 시각화는 선택한 압력 지점에서 온도에 따른 밀도 변화가 어떻게 변하는지를 이해하는 데 도움이 됩니다.

이 계산기에 대한 질문이나 피드백이 있으면 지원 팀에 문의해 주십시오.