Vloeibare Ethyleen Dichtheid Calculator voor Temperatuur & Druk

Bereken de dichtheid van vloeibare ethyleen op basis van temperatuur (104K-282K) en druk (1-100 bar) invoer. Gebruikt DIPPR-correlatie met drukcorrectie voor een nauwkeurige dichtheidsschatting in petrochemische toepassingen.

Schatting van de Dichtheid van Vloeibaar Etheen

K

Geldig bereik: 104K - 282K

bar

Geldig bereik: 1 - 100 bar

📚

Documentatie

Vloeibaar Ethyleen Dichtheid Calculator

Inleiding

De Vloeibaar Ethyleen Dichtheid Calculator is een gespecialiseerde tool die is ontworpen om de dichtheid van vloeibaar ethyleen nauwkeurig te bepalen op basis van temperatuur- en drukinvoer. Ethyleen (C₂H₄) is een van de belangrijkste organische verbindingen in de petrochemische industrie en dient als een fundamenteel bouwsteen voor tal van producten, waaronder kunststoffen, antivries en synthetische vezels. Het begrijpen van de dichtheid van vloeibaar ethyleen is cruciaal voor engineeringtoepassingen, procesontwerp, opslagoverwegingen en transportlogistiek in sectoren variërend van petrochemische productie tot koelsystemen.

Deze calculator maakt gebruik van nauwkeurige thermodynamische modellen om de dichtheid van vloeibaar ethyleen te schatten over een scala van temperaturen (104K tot 282K) en drukken (1 tot 100 bar), en biedt ingenieurs, wetenschappers en industrieprofessionals betrouwbare gegevens voor hun toepassingen. De dichtheid van vloeibaar ethyleen varieert aanzienlijk met temperatuur en druk, waardoor nauwkeurige berekeningen essentieel zijn voor een goed systeemontwerp en -operatie.

Hoe de Dichtheid van Vloeibaar Ethyleen Wordt Berekend

Het Wiskundige Model

De dichtheid van vloeibaar ethyleen wordt berekend met behulp van een gewijzigde DIPPR (Design Institute for Physical Properties) correlatie met drukcorrectie. Deze aanpak biedt nauwkeurige dichtheidschattings over het vloeibare fasegebied van ethyleen.

De basisvergelijking voor het berekenen van de dichtheid van vloeibaar ethyleen bij referentiedruk is:

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

Waarbij:

  • ρ\rho = Dichtheid van vloeibaar ethyleen (kg/m³)
  • AA = Basisdichtheidscoëfficiënt (700 voor ethyleen)
  • TT = Temperatuur (K)
  • TcT_c = Kritische temperatuur van ethyleen (283.18K)
  • nn = Exponent (0.29683 voor ethyleen)
  • BB = Temperatuurcoëfficiënt (0.8 voor ethyleen)

Om rekening te houden met de drukeffecten, wordt een drukcorrectieterm toegepast:

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

Waarbij:

  • ρP\rho_P = Dichtheid bij druk P (kg/m³)
  • ρ\rho = Dichtheid bij referentiedruk (kg/m³)
  • κ\kappa = Isothermische samendrukbaarheid (ongeveer 0.00125 MPa⁻¹ voor vloeibaar ethyleen)
  • PP = Druk (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referentiedruk (0.1 MPa of 1 bar)

Geldige Bereik en Beperkingen

Dit berekeningsmodel is geldig binnen specifieke bereiken:

  • Temperatuur: 104K tot 282K (de vloeibare fase van ethyleen dekkend)
  • Druk: 1 tot 100 bar

Buiten deze bereiken kan ethyleen zich in gasvormige of superkritische toestanden bevinden, waarvoor andere berekeningsmethoden nodig zijn. Het kritische punt van ethyleen ligt op ongeveer 283.18K en 50.4 bar, waarboven ethyleen als een superkritische vloeistof bestaat.

Stapsgewijze Gids voor het Gebruik van de Calculator

Invoergegevens

  1. Temperatuurinvoer:

    • Voer de temperatuurwaarde in Kelvin (K) in
    • Geldig bereik: 104K tot 282K
    • Als u temperatuur in Celsius (°C) heeft, converteer dan met: K = °C + 273.15
    • Als u temperatuur in Fahrenheit (°F) heeft, converteer dan met: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Drukinvoer:

    • Voer de drukwaarde in bar in
    • Geldig bereik: 1 tot 100 bar
    • Als u druk in andere eenheden heeft:
      • Van psi: bar = psi × 0.0689476
      • Van kPa: bar = kPa × 0.01
      • Van MPa: bar = MPa × 10

Resultaten Interpreteren

Na het invoeren van geldige temperatuur- en drukwaarden, zal de calculator automatisch weergeven:

  1. Dichtheid van Vloeibaar Ethyleen: De berekende dichtheidswaarde in kg/m³
  2. Visualisatie: Een grafiek die de dichtheidsvariatie met temperatuur bij de geselecteerde druk toont

De resultaten kunnen met de bijbehorende knop naar het klembord worden gekopieerd voor gebruik in rapporten, simulaties of andere berekeningen.

Dichtheid Vloeibaar Ethyleen vs Temperatuur Grafiek die laat zien hoe de dichtheid van vloeibaar ethyleen varieert met temperatuur bij verschillende drukken

Temperatuur (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Druk 10 bar 50 bar 100 bar

Voorbeeldberekeningen

Hier zijn enkele voorbeeldberekeningen om te demonstreren hoe de dichtheid varieert met temperatuur en druk:

Temperatuur (K)Druk (bar)Dichtheid (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Zoals in de tabel te zien is, neemt de dichtheid van vloeibaar ethyleen af met toenemende temperatuur (bij constante druk) en neemt toe met toenemende druk (bij constante temperatuur).

Implementatie in Verschillende Programmeertalen

Hier zijn code-implementaties van de berekening van de dichtheid van vloeibaar ethyleen in verschillende programmeertalen:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Bereken de dichtheid van vloeibaar ethyleen op basis van temperatuur en druk.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Temperatuur in Kelvin (geldig bereik: 104K tot 282K)
7        pressure_bar (float): Druk in bar (geldig bereik: 1 tot 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Dichtheid van vloeibaar ethyleen in kg/m³
11    """
12    # Constanten voor ethyleen
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritische temperatuur in K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Isothermische samendrukbaarheid in MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Referentiedruk in MPa (1 bar)
19    
20    # Converteer druk van bar naar MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Bereken dichtheid bij referentiedruk
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Pas drukcorrectie toe
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Voorbeeld gebruik
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Dichtheid van vloeibaar ethyleen bij {temp}K en {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Toepassingen en Gebruik

Industriële Toepassingen

  1. Petrochemische Verwerking:

    • Nauwkeurige dichtheidswaarden zijn essentieel voor het ontwerpen van destillatiekolommen, reactoren en scheidingsapparatuur voor ethyleenproductie en -verwerking.
    • Flowberekeningen in pijpleidingen en procesapparatuur vereisen precieze dichtheidsgegevens.
  2. Cryogene Opslag en Transport:

    • Ethyleen wordt vaak opgeslagen en vervoerd als een cryogene vloeistof. Dichtheidsberekeningen helpen bij het bepalen van de capaciteit van opslagtanks en laadlimieten.
    • Thermische uitzettingsoverwegingen tijdens het opwarmen vereisen nauwkeurige dichtheid-temperatuurrelaties.
  3. Polyethyleen Productie:

    • Als primaire grondstof voor de productie van polyethyleen beïnvloeden de eigenschappen van ethyleen, waaronder dichtheid, de reactiesnelheid en productkwaliteit.
    • Massabalansberekeningen in productie-installaties zijn afhankelijk van nauwkeurige dichtheidswaarden.
  4. Koelsystemen:

    • Ethyleen wordt in sommige industriële koelsystemen als koelmiddel gebruikt, waarbij de dichtheid de systeemprestaties en efficiëntie beïnvloedt.
    • Laadberekeningen voor koelsystemen vereisen nauwkeurige dichtheidsgegevens.
  5. Kwaliteitscontrole:

    • Dichtheidsmetingen kunnen dienen als kwaliteitsindicatoren voor de zuiverheid van ethyleen in productie en opslag.

Onderzoeksapplicaties

  1. Thermodynamische Studies:

    • Onderzoekers die de fasen van gedrag en toestandvergelijkingen bestuderen, gebruiken dichtheidsgegevens om theoretische modellen te valideren.
    • Nauwkeurige dichtheidsmetingen helpen bij het ontwikkelen van verbeterde correlaties voor vloeibare eigenschappen.
  2. Materiaalontwikkeling:

    • De ontwikkeling van nieuwe polymeren en materialen op basis van ethyleen vereist inzicht in de fysische eigenschappen van de monomeer.
  3. Processimulatie:

    • Chemische processimulaties vereisen nauwkeurige dichtheidsmodellen voor ethyleen om het systeemgedrag te voorspellen.

Engineering Ontwerp

  1. Apparatuursizing:

    • Pompen, kleppen en leidingsystemen die vloeibaar ethyleen verwerken, moeten worden ontworpen op basis van nauwkeurige vloeistofeigenschappen, waaronder dichtheid.
    • Drukvalberekeningen in procesapparatuur zijn afhankelijk van vloeistofdichtheid.
  2. Veiligheidssystemen:

    • Ontwerpen van ontlastkleppen en veiligheidssystemen vereisen nauwkeurige dichtheidswaarden over de bedrijfsbereiken.
    • Lekdetectiesystemen kunnen dichtheidsmetingen gebruiken als onderdeel van hun monitoringaanpak.

Alternatieven voor Berekening

Hoewel deze calculator een handige manier biedt om de dichtheid van vloeibaar ethyleen te schatten, zijn er alternatieve benaderingen:

  1. Experimentele Meting:

    • Directe metingen met behulp van densitometers of pycnometers bieden de meest nauwkeurige resultaten, maar vereisen gespecialiseerde apparatuur.
    • Laboratoriumanalyses worden meestal gebruikt voor hoge precisie-eisen of onderzoeksdoeleinden.
  2. Toestandvergelijkingsmodellen:

    • Complexere toestandvergelijkingen zoals Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong of SAFT kunnen dichtheidschattings bieden met mogelijk hogere nauwkeurigheid, vooral nabij kritische omstandigheden.
    • Deze modellen vereisen doorgaans gespecialiseerde software en meer rekenkracht.
  3. NIST REFPROP Database:

    • De NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP) biedt gegevens van hoge nauwkeurigheid, maar vereist een licentie.
  4. Gepubliceerde Gegevens Tabellen:

    • Referentiehandboeken en gepubliceerde gegevens tabellen bieden dichtheidswaarden bij discrete temperatuur- en drukpunten.
    • Interpolatie tussen tabelwaarden kan nodig zijn voor specifieke omstandigheden.

Historische Ontwikkeling van Dichtheid Berekeningen voor Ethyleen

Vroege Studies van Ethyleen Eigenschappen

De studie van de fysische eigenschappen van ethyleen dateert uit het begin van de 19e eeuw, toen Michael Faraday ethyleen voor het eerst vloeibaar maakte in 1834 met behulp van een combinatie van lage temperatuur en hoge druk. Systematische studies van de dichtheid van vloeibaar ethyleen begonnen echter pas in de vroege 20e eeuw, toen de industriële toepassingen voor ethyleen zich uitbreidden.

Ontwikkeling van Correlaties

In de jaren '40 en '50, naarmate de petrochemische industrie snel groeide, werd het noodzakelijk om nauwkeurigere metingen van ethyleeneigenschappen te verkrijgen. Vroege correlaties voor vloeibare dichtheid waren doorgaans eenvoudige polynomiale functies van temperatuur, met beperkte nauwkeurigheid en bereik.

De jaren '60 zagen de ontwikkeling van meer geavanceerde modellen op basis van het principe van overeenkomstige toestanden, waarmee eigenschappen konden worden geschat op basis van kritische parameters. Deze modellen verbeterden de nauwkeurigheid, maar hadden nog steeds beperkingen, vooral bij hoge drukken.

Moderne Benaderingen

Het Design Institute for Physical Properties (DIPPR) begon in de jaren '80 met het ontwikkelen van gestandaardiseerde correlaties voor chemische eigenschappen. Hun correlaties voor de dichtheid van vloeibaar ethyleen vertegenwoordigden een significante verbetering in nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.

In de afgelopen decennia hebben vooruitgangen in computationele methoden de ontwikkeling van complexere toestandvergelijkingen mogelijk gemaakt die ethyleen eigenschappen nauwkeurig kunnen voorspellen over brede bereiken van temperatuur en druk. Moderne moleculaire simulatie technieken stellen ook in staat om eigenschappen uit de eerste principes te voorspellen.

Experimentele Technieken

Meetmethoden voor vloeibare dichtheid zijn ook aanzienlijk geëvolueerd. Vroege methoden vertrouwden op eenvoudige vervangingsmethoden, terwijl moderne methoden omvatten:

  • Vibrerende buis densitometers
  • Magnetische ophangbalansen
  • Pycnometers met temperatuurregeling
  • Hydrostatische weegmethoden

Deze geavanceerde technieken hebben de hoogwaardige experimentele gegevens geleverd die nodig zijn om de correlaties te ontwikkelen en te valideren die in deze calculator worden gebruikt.

Veelgestelde Vragen

Wat is vloeibaar ethyleen?

Vloeibaar ethyleen is de vloeibare toestand van ethyleen (C₂H₄), een kleurloos, brandbaar gas bij kamertemperatuur en atmosferische druk. Ethyleen moet worden gekoeld onder zijn kookpunt van -103,7°C (169,45K) bij atmosferische druk om als vloeistof te bestaan. In deze toestand wordt het vaak gebruikt in industriële processen, met name als grondstof voor de productie van polyethyleen.

Waarom is ethyleen dichtheid belangrijk?

De dichtheid van ethyleen is cruciaal voor het ontwerpen van opslagtanks, transportsystemen en procesapparatuur. Nauwkeurige dichtheidswaarden stellen een goed dimensioneren van apparatuur in staat, zorgen voor veiligheid bij de behandeling en stellen precieze berekeningen van massastromen, warmtetransport en andere procesparameters mogelijk. Dichtheid beïnvloedt ook de economie van opslag en transport, omdat het bepaalt hoeveel ethyleen in een bepaald volume kan worden opgeslagen.

Hoe beïnvloedt temperatuur de dichtheid van vloeibaar ethyleen?

Temperatuur heeft een aanzienlijke impact op de dichtheid van vloeibaar ethyleen. Naarmate de temperatuur toeneemt, neemt de dichtheid af door thermische uitzetting van de vloeistof. Dichtheid verandert dichter bij het kritische temperatuur (283.18K) met kleine temperatuurvariaties. Deze relatie is bijzonder belangrijk in cryogene toepassingen waar temperatuurcontrole essentieel is.

Hoe beïnvloedt druk de dichtheid van vloeibaar ethyleen?

Druk heeft een gematigd effect op de dichtheid van vloeibaar ethyleen. Hogere drukken resulteren in iets hogere dichtheden door compressie van de vloeistof. Het effect is minder uitgesproken dan temperatuur effecten, maar wordt significanter bij drukken boven de 50 bar. De relatie tussen druk en dichtheid is ongeveer lineair binnen het normale bedrijfsbereik.

Wat gebeurt er met de dichtheid van ethyleen nabij het kritische punt?

Dichtbij het kritische punt (ongeveer 283.18K en 50.4 bar) wordt de dichtheid van ethyleen zeer gevoelig voor kleine veranderingen in temperatuur en druk. Het onderscheid tussen vloeibare en gasvormige fasen verdwijnt bij het kritische punt, en de dichtheid benadert de kritische dichtheid van ongeveer 214 kg/m³. De calculator kan mogelijk geen nauwkeurige resultaten geven heel dicht bij het kritische punt vanwege het complexe gedrag in dit gebied.

Kan deze calculator worden gebruikt voor gasvormig ethyleen?

Nee, deze calculator is specifiek ontworpen voor vloeibaar ethyleen binnen het temperatuur bereik van 104K tot 282K en druk bereik van 1 tot 100 bar. Berekeningen voor gasvormige ethyleen dichtheid vereisen andere toestandvergelijkingen, zoals de ideale gaswet met compressibiliteitscorrecties of complexere modellen zoals Peng-Robinson of Soave-Redlich-Kwong.

Hoe nauwkeurig is deze calculator?

De calculator biedt dichtheidschattings met een nauwkeurigheid van ongeveer ±2% binnen de gespecificeerde temperatuur- en drukbereiken. De nauwkeurigheid kan afnemen nabij de grenzen van de geldige bereiken, vooral nabij het kritische punt. Voor toepassingen die hogere precisie vereisen, kunnen laboratoriummetingen of complexere thermodynamische modellen nodig zijn.

Welke eenheden gebruikt de calculator?

De calculator gebruikt de volgende eenheden:

  • Temperatuur: Kelvin (K)
  • Druk: bar
  • Dichtheid: kilogram per kubieke meter (kg/m³)

Kan ik de dichtheid naar andere eenheden omrekenen?

Ja, u kunt de dichtheid naar andere gangbare eenheden omrekenen met behulp van deze conversiefactoren:

  • Naar g/cm³: Deel door 1000
  • Naar lb/ft³: Vermenigvuldig met 0.06243
  • Naar lb/gal (VS): Vermenigvuldig met 0.008345

Waar kan ik meer gedetailleerde ethyleen eigenschapsgegevens vinden?

Voor meer uitgebreide ethyleen eigenschapsgegevens, raadpleeg bronnen zoals:

  • NIST REFPROP database
  • Perry's Chemical Engineers' Handbook
  • Yaws' Handbook of Thermodynamic Properties
  • AIChE DIPPR Project 801 database
  • Tijdschriftpublicaties in vloeistoffase-evenwichten en thermofysische eigenschappen

Referenties

  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 (5e 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.

Probeer Onze Calculator Nu

Onze Vloeibaar Ethyleen Dichtheid Calculator biedt directe, nauwkeurige dichtheidswaarden op basis van uw specifieke temperatuur- en drukvereisten. Voer eenvoudig uw parameters in binnen de geldige bereiken, en de calculator zal automatisch de dichtheid van vloeibaar ethyleen voor uw toepassing bepalen.

Of u nu procesapparatuur ontwerpt, opslagfaciliteiten plant of onderzoek doet, deze tool biedt een snelle en betrouwbare manier om de dichtheidsinformatie te verkrijgen die u nodig heeft. De bijgevoegde visualisatie helpt u te begrijpen hoe de dichtheid verandert met temperatuur bij uw geselecteerde drukpunt.

Voor vragen of feedback over deze calculator, neem contact op met ons ondersteuningsteam.