Kalkulator gustine tečnog etilena za temperaturu i pritisak

Izračunajte gustinu tečnog etilena na osnovu ulaza temperature (104K-282K) i pritiska (1-100 bar). Koristi DIPPR korelaciju sa korekcijom pritiska za tačnu procenu gustine u petrohemijskim aplikacijama.

Procena gustine tečnog etilena

K

Važeći opseg: 104K - 282K

bar

Važeći opseg: 1 - 100 bar

📚

Dokumentacija

Kalkulator Gustine Tečnog Etilena

Uvod

Kalkulator Gustine Tečnog Etilena je specijalizovani alat dizajniran za precizno određivanje gustine tečnog etilena na osnovu unosa temperature i pritiska. Etilen (C₂H₄) je jedan od najvažnijih organskih jedinjenja u petrohemijskoj industriji, služeći kao osnovni građevinski blok za brojne proizvode uključujući plastiku, antifriz i sintetičke vlakne. Razumevanje gustine tečnog etilena je ključno za inženjerske primene, dizajn procesa, razmatranja skladištenja i logistiku transporta u industrijama koje se kreću od petrohemijske proizvodnje do sistema hlađenja.

Ovaj kalkulator koristi precizne termodinamičke modele za procenu gustine tečnog etilena u opsegu temperatura (104K do 282K) i pritisaka (1 do 100 bara), pružajući inženjerima, naučnicima i profesionalcima u industriji pouzdane podatke za njihove primene. Gustina tečnog etilena značajno varira sa temperaturom i pritiskom, čineći tačne proračune esencijalnim za pravilno projektovanje i rad sistema.

Kako se izračunava gustina tečnog etilena

Matematički Model

Gustina tečnog etilena se izračunava koristeći modifikovanu DIPPR (Design Institute for Physical Properties) korelaciju sa korekcijom pritiska. Ovaj pristup pruža tačne procene gustine u tečnom faznom regionu etilena.

Osnovna jednačina za izračunavanje gustine tečnog etilena pri referentnom pritisku je:

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

Gde:

  • ρ\rho = Gustina tečnog etilena (kg/m³)
  • AA = Osnovni koeficijent gustine (700 za etilen)
  • TT = Temperatura (K)
  • TcT_c = Kritična temperatura etilena (283.18K)
  • nn = Eksponent (0.29683 za etilen)
  • BB = Koeficijent temperature (0.8 za etilen)

Da bi se uzeli u obzir efekti pritiska, primenjuje se termin korekcije pritiska:

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

Gde:

  • ρP\rho_P = Gustina pri pritisku P (kg/m³)
  • ρ\rho = Gustina pri referentnom pritisku (kg/m³)
  • κ\kappa = Izotermalna kompresibilnost (približno 0.00125 MPa⁻¹ za tečni etilen)
  • PP = Pritisak (MPa)
  • PrefP_{ref} = Referentni pritisak (0.1 MPa ili 1 bar)

Važeći Opsezi i Ograničenja

Ovaj model proračuna važi unutar specifičnih opsega:

  • Temperatura: 104K do 282K (pokrivajući tečnu fazu etilena)
  • Pritisak: 1 do 100 bara

Van ovih opsega, etilen može postojati u gasovitom ili superkritičnom stanju, što zahteva različite metode proračuna. Kritična tačka etilena je na približno 283.18K i 50.4 bara, nakon čega etilen postoji kao superkritična tečnost.

Korak po Korak Vodič za Korišćenje Kalkulatora

Ulazni Parametri

  1. Unos Temperature:

    • Unesite vrednost temperature u Kelvinima (K)
    • Važeći opseg: 104K do 282K
    • Ako imate temperaturu u Celzijusima (°C), konvertujte koristeći: K = °C + 273.15
    • Ako imate temperaturu u Farenhajtima (°F), konvertujte koristeći: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Unos Pritiska:

    • Unesite vrednost pritiska u barima
    • Važeći opseg: 1 do 100 bara
    • Ako imate pritisak u drugim jedinicama:
      • Iz psi: bar = psi × 0.0689476
      • Iz kPa: bar = kPa × 0.01
      • Iz MPa: bar = MPa × 10

Tumačenje Rezultata

Nakon unosa validnih vrednosti temperature i pritiska, kalkulator će automatski prikazati:

  1. Gustina Tečnog Etilena: Izračunata gustina u kg/m³
  2. Vizualizacija: Grafikon koji prikazuje varijaciju gustine sa temperaturom pri odabranom pritisku

Rezultate možete kopirati u međuspremnik koristeći ponuđeni dugme za korišćenje u izveštajima, simulacijama ili drugim proračunima.

Gustina Tečnog Etilena vs Temperatura Grafikon koji pokazuje kako gustina tečnog etilena varira sa temperaturom pri različitim pritiscima

Temperatura (K) 100 150 200 250 300

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

10 bara 50 bara 100 bara Pritisak 10 bara 50 bara 100 bara

Primeri Proračuna

Evo nekoliko primera proračuna koji demonstriraju kako gustina varira sa temperaturom i pritiskom:

Temperatura (K)Pritisak (bar)Gustina (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Kao što je prikazano u tabeli, gustina tečnog etilena opada sa povećanjem temperature (pri konstantnom pritisku) i raste sa povećanjem pritiska (pri konstantnoj temperaturi).

Implementacija u Različitim Programskim Jezicima

Evo kodnih implementacija proračuna gustine tečnog etilena u nekoliko programskih jezika:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Izračunava gustinu tečnog etilena na osnovu temperature i pritiska.
4    
5    Argumenti:
6        temperature_k (float): Temperatura u Kelvinima (važeći opseg: 104K do 282K)
7        pressure_bar (float): Pritisak u barima (važeći opseg: 1 do 100 bar)
8        
9    Vraća:
10        float: Gustina tečnog etilena u kg/m³
11    """
12    # Konstantne vrednosti za etilen
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Kritična temperatura u K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Izotermalna kompresibilnost u MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Referentni pritisak u MPa (1 bar)
19    
20    # Konvertovanje pritiska iz bara u MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Izračunavanje gustine pri referentnom pritisku
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Primena korekcije pritiska
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Primer korišćenja
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Gustina tečnog etilena pri {temp}K i {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Upotreba i Primenjivost

Industrijske Primenjivosti

  1. Petrohemijska Obrada:

    • Tačne vrednosti gustine su esencijalne za dizajniranje destilacionih kolona, reaktora i opreme za separaciju u proizvodnji i obradi etilena.
    • Proračuni protoka u cevovodima i procesnoj opremi zahtevaju precizne podatke o gustini.
  2. Kriogeno Skladištenje i Transport:

    • Etilen se često skladišti i transportuje kao kriogena tečnost. Proračuni gustine pomažu u određivanju kapaciteta skladišnih rezervoara i ograničenja punjenja.
    • Razmatranja termalne ekspanzije tokom zagrevanja zahtevaju tačne odnose gustine i temperature.
  3. Proizvodnja Polietilena:

    • Kao primarni sirovinski materijal za proizvodnju polietilena, svojstva etilena uključujući gustinu utiču na kinetiku reakcije i kvalitet proizvoda.
    • Proračuni mase u proizvodnim postrojenjima oslanjaju se na tačne vrednosti gustine.
  4. Sistemi Hlađenja:

    • Etilen se koristi kao rashladno sredstvo u nekim industrijskim sistemima hlađenja, gde gustina utiče na performanse i efikasnost sistema.
    • Proračuni punjenja za rashladne sisteme zahtevaju tačne podatke o gustini.
  5. Kontrola Kvaliteta:

    • Merenja gustine mogu poslužiti kao indikatori kvaliteta čistoće etilena u proizvodnji i skladištenju.

Istraživačke Primenjivosti

  1. Termodinamičke Studije:

    • Istraživači koji proučavaju fazno ponašanje i modele stanja koriste podatke o gustini za validaciju teorijskih modela.
    • Tačna merenja gustine pomažu u razvoju poboljšanih korelacija za fizička svojstva tečnosti.
  2. Razvoj Materijala:

    • Razvoj novih polimera i materijala na bazi etilena zahteva razumevanje fizičkih svojstava monomera.
  3. Simulacija Procesa:

    • Hemijski procesni simulatori zahtevaju tačne modele gustine etilena kako bi predvideli ponašanje sistema.

Inženjerski Dizajn

  1. Dimenzionisanje Opreme:

    • Pumpi, ventila i cevovodnih sistema koji obrađuju tečni etilen moraju biti dizajnirani na osnovu tačnih svojstava fluida uključujući gustinu.
    • Proračuni gubitka pritiska u procesnoj opremi zavise od gustine fluida.
  2. Sistemi Bezbednosti:

    • Dimenzionisanje sigurnosnih ventila i dizajn sigurnosnih sistema zahtevaju tačne vrednosti gustine u svim radnim opsezima.
    • Sistemi za detekciju curenja mogu koristiti merenja gustine kao deo svog pristupa praćenju.

Alternativne Metode Proračuna

Iako ovaj kalkulator pruža zgodan način za procenu gustine tečnog etilena, postoje alternativni pristupi:

  1. Eksperimentalno Merenje:

    • Direktno merenje korišćenjem densitometara ili piknometara pruža najtačnije rezultate, ali zahteva specijalizovanu opremu.
    • Laboratorijska analiza se obično koristi za visoko precizne zahteve ili istraživačke svrhe.
  2. Modeli Stanja:

    • Složenije jednačine stanja kao što su Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong ili SAFT mogu pružiti procene gustine sa potencijalno višom tačnošću, posebno blizu kritičnih uslova.
    • Ovi modeli obično zahtevaju specijalizovani softver i više računarskih resursa.
  3. NIST REFPROP Baza Podataka:

    • NIST Reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties Database (REFPROP) pruža visoko precizne podatke o svojstvima, ali zahteva licencu.
  4. Objavljeni Podatkovni Tabeli:

    • Referentni priručnici i objavljeni podatkovni tabeli pružaju vrednosti gustine na diskretnim tačkama temperature i pritiska.
    • Može biti potrebno interpolirati između tabelarnih vrednosti za specifične uslove.

Istorijski Razvoj Proračuna Gustine Etilena

Rani Studiji Svojstava Etilena

Studija fizičkih svojstava etilena datira još iz ranog 19. veka kada je Majkl Faradej prvi put ukapljio etilen 1834. godine koristeći kombinaciju niske temperature i visokog pritiska. Međutim, sistematske studije gustine tečnog etilena započele su u prvoj polovini 20. veka kako su se industrijske primene etilena širile.

Razvoj Korelacija

Tokom 1940-ih i 1950-ih, kako je petrohemijska industrija brzo rasla, postalo je neophodno preciznije merenje svojstava etilena. Rane korelacije za gustinu tečnosti obično su bile jednostavne polinomne funkcije temperature, sa ograničenom tačnošću i opsegom.

1960-ih godina razvijeni su sofisticiraniji modeli zasnovani na principu odgovarajućih stanja, koji su omogućili procene svojstava na osnovu kritičnih parametara. Ovi modeli su poboljšali tačnost, ali su i dalje imali ograničenja, posebno pri visokim pritiscima.

Moderni Pristupi

Design Institute for Physical Properties (DIPPR) započeo je razvoj standardizovanih korelacija za hemijska svojstva 1980-ih godina. Njihove korelacije za gustinu tečnog etilena predstavljale su značajno poboljšanje u tačnosti i pouzdanosti.

U poslednjim decenijama, napredak u računarskim metodama omogućio je razvoj složenijih jednačina stanja koje mogu precizno predvideti svojstva etilena u širokim opsezima temperature i pritiska. Moderni molekularni simulacijski tehnike takođe omogućavaju predikciju svojstava iz prvih principa.

Eksperimentalne Tehnike

Tehnike merenja gustine takođe su značajno evoluirale. Rane metode oslanjale su se na jednostavne tehnike pomeranja, dok moderne metode uključuju:

  • Densitometre sa vibracijskom cevi
  • Balansne uređaje sa magnetnom suspenzijom
  • Piknometre sa kontrolom temperature
  • Metode hidrostatskog merenja

Ove napredne tehnike pružile su visokokvalitetne eksperimentalne podatke potrebne za razvoj i validaciju korelacija korišćenih u ovom kalkulatoru.

Često Postavljana Pitanja

Šta je tečni etilen?

Tečni etilen je tečno stanje etilena (C₂H₄), bezbojni, zapaljivi gas na sobnoj temperaturi i atmosferskom pritisku. Etilen mora biti ohlađen ispod tačke ključanja od -103.7°C (169.45K) pri atmosferskom pritisku da bi postojalo kao tečnost. U ovom stanju, često se koristi u industrijskim procesima, posebno kao sirovina za proizvodnju polietilena.

Zašto je gustina etilena važna?

Gustina etilena je ključna za dizajniranje skladišnih rezervoara, transportnih sistema i procesne opreme. Tačne vrednosti gustine omogućavaju pravilno dimenzionisanje opreme, osiguravaju bezbednost u rukovanju i omogućavaju precizno izračunavanje protoka mase, prenosa toplote i drugih parametara procesa. Gustina takođe utiče na ekonomiju skladištenja i transporta, jer određuje koliko etilena može biti sadržano u datom volumenu.

Kako temperatura utiče na gustinu tečnog etilena?

Temperatura ima značajan uticaj na gustinu tečnog etilena. Kako temperatura raste, gustina opada zbog termalne ekspanzije tečnosti. Blizu kritične temperature (283.18K), gustina se menja drastičnije sa malim promenama temperature. Ova povezanost je posebno važna u kriogenim primenama gde je kontrola temperature esencijalna.

Kako pritisak utiče na gustinu tečnog etilena?

Pritisak ima umeren uticaj na gustinu tečnog etilena. Viši pritisci rezultiraju nešto višim gustinama zbog kompresije tečnosti. Efekat je manje izražen od efekata temperature, ali postaje značajniji pri pritiscima iznad 50 bara. Odnos između pritiska i gustine je otprilike linearan unutar normalnog radnog opsega.

Šta se dešava sa gustinom etilena blizu kritične tačke?

Blizu kritične tačke (približno 283.18K i 50.4 bara), gustina etilena postaje veoma osetljiva na male promene temperature i pritiska. Razlikovanje između tečnih i gasovitih faza nestaje na kritičnoj tački, a gustina se približava kritičnoj gustini od oko 214 kg/m³. Kalkulator možda neće pružiti tačne rezultate vrlo blizu kritične tačke zbog složenog ponašanja u ovoj oblasti.

Može li se ovaj kalkulator koristiti za gasoviti etilen?

Ne, ovaj kalkulator je specifično dizajniran za tečni etilen unutar opsega temperatura od 104K do 282K i pritiska od 1 do 100 bara. Proračuni gustine gasovitog etilena zahtevaju različite jednačine stanja, kao što je idealni gasni zakon sa korekcijama kompresibilnosti ili složeniji modeli poput Peng-Robinson ili Soave-Redlich-Kwong.

Koliko je tačan ovaj kalkulator?

Kalkulator pruža procene gustine sa tačnošću od približno ±2% unutar specificiranih opsega temperature i pritiska. Tačnost može opasti blizu granica važećih opsega, posebno blizu kritične tačke. Za primene koje zahtevaju veću preciznost, laboratorijska merenja ili složeniji termodinamički modeli mogu biti neophodni.

Koje jedinice koristi kalkulator?

Kalkulator koristi sledeće jedinice:

  • Temperatura: Kelvin (K)
  • Pritisak: bar
  • Gustina: kilogrami po kubnom metru (kg/m³)

Mogu li konvertovati gustinu u druge jedinice?

Da, možete konvertovati gustinu u druge uobičajene jedinice koristeći ove faktore konverzije:

  • U g/cm³: Podelite sa 1000
  • U lb/ft³: Pomnožite sa 0.06243
  • U lb/gal (SAD): Pomnožite sa 0.008345

Gde mogu pronaći detaljnije podatke o svojstvima etilena?

Za sveobuhvatnije podatke o svojstvima etilena, konsultujte resurse kao što su:

  • NIST REFPROP baza podataka
  • Perry's Chemical Engineers' Handbook
  • Yaws' Handbook of Thermodynamic Properties
  • AIChE DIPPR Project 801 baza podataka
  • Časopisi o fluidnoj faznoj ravnoteži i termofizičkim svojstvima

Reference

  1. Younglove, B.A. (1982). "Termofizička Svojstva Fluida. I. Argon, Etilen, Para-Hidrogen, Azot, Azot Trifluorid i Kiseonik." Časopis fizičkih i hemijskih referentnih podataka, 11(Supplement 1), 1-11.

  2. Jahangiri, M., Jacobsen, R.T., Stewart, R.B., & McCarty, R.D. (1986). "Termodinamička svojstva etilena od linije smrzavanja do 450 K pri pritiscima do 260 MPa." Časopis fizičkih i hemijskih referentnih podataka, 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). "Nova jednačina stanja i tabele termodinamičkih svojstava za metan pokrivajući opseg od tačke topljenja do 625 K pri pritiscima do 1000 MPa." Časopis fizičkih i hemijskih referentnih podataka, 20(6), 1061-1155.

  5. Lemmon, E.W., McLinden, M.O., & Friend, D.G. (2018). "Termofizička Svojstva Sistemskih Fluida" u NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. Nacionalni institut za standarde i tehnologiju, Gejtarsburg MD, 20899.

  6. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). Svojstva Gasova i Tečnosti (5. izd.). McGraw-Hill.

  7. Američki institut hemijskih inženjera. (2019). DIPPR 801 Baza Podataka: Kompilacija Podataka o Svojstvima Čistih Jedinjenja. AIChE.

  8. Setzmann, U., & Wagner, W. (1991). "Nova jednačina stanja i tabele termodinamičkih svojstava za metan pokrivajući opseg od tačke topljenja do 625 K pri pritiscima do 1000 MPa." Časopis fizičkih i hemijskih referentnih podataka, 20(6), 1061-1155.

Isprobajte Naš Kalkulator Sada

Naš Kalkulator Gustine Tečnog Etilena pruža trenutne, tačne vrednosti gustine na osnovu vaših specifičnih zahteva za temperaturom i pritiskom. Jednostavno unesite svoje parametre unutar važećih opsega, a kalkulator će automatski odrediti gustinu tečnog etilena za vašu primenu.

Bilo da dizajnirate procesnu opremu, planirate skladišne objekte ili sprovodite istraživanje, ovaj alat nudi brz i pouzdan način za dobijanje informacija o gustini koje su vam potrebne. Uključena vizualizacija pomaže vam da razumete kako gustina menja sa temperaturom pri vašem odabranom pritisku.

Za bilo kakva pitanja ili povratne informacije o ovom kalkulatoru, molimo kontaktirajte naš tim za podršku.