Kikokoto cha Wingi wa Ethylene wa Kioevu kwa Joto na Shinikizo

Kikokotoo cha wingi wa ethylene wa kioevu kwa kutumia joto (104K-282K) na shinikizo (1-100 bar). Inatumia uhusiano wa DIPPR na marekebisho ya shinikizo kwa makadirio sahihi ya wingi katika matumizi ya petrochemical.

Kikokoto cha Ufanisi wa Ethylene Maji

K

Muktadha halali: 104K - 282K

bar

Muktadha halali: 1 - 100 bar

📚

Nyaraka

Kihesabu Uzito wa Ethylene Maji

Utangulizi

Kihesabu Uzito wa Ethylene Maji ni chombo maalum kilichoundwa ili kubaini kwa usahihi uzito wa ethylene maji kulingana na joto na shinikizo. Ethylene (C₂H₄) ni moja ya muungano muhimu wa kikaboni katika sekta ya petrochemical, ikihudumia kama msingi wa bidhaa nyingi ikiwa ni pamoja na plastiki, antifreeze, na nyuzi za synthetic. Kuelewa uzito wa ethylene maji ni muhimu kwa matumizi ya uhandisi, muundo wa mchakato, mahesabu ya uhifadhi, na mipango ya usafirishaji katika sekta zinazotoka katika utengenezaji wa petrochemical hadi mifumo ya baridi.

Kihesabu hiki kinatumia mifano sahihi ya thermodynamic ili kukadiria uzito wa ethylene maji katika anuwai ya joto (104K hadi 282K) na shinikizo (1 hadi 100 bar), na kuwapa wahandisi, wanasayansi, na wataalamu wa sekta data ya kuaminika kwa matumizi yao. Uzito wa ethylene maji hubadilika kwa kiasi kikubwa kulingana na joto na shinikizo, hivyo kufanya mahesabu sahihi kuwa muhimu kwa muundo na uendeshaji bora wa mifumo.

Jinsi Uzito wa Ethylene Maji Unavyokadiriwa

Mfano wa Kihesabu

Uzito wa ethylene maji unakadiriawa kwa kutumia uhusiano wa DIPPR (Taasisi ya Ubunifu wa Mali za Kimwili) uliorekebishwa na marekebisho ya shinikizo. Njia hii inatoa makadirio sahihi ya uzito katika eneo la awamu ya kioevu la ethylene.

Tukio la msingi la kukadiria uzito wa ethylene maji katika shinikizo la rejea ni:

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

Ambapo:

  • ρ\rho = Uzito wa ethylene maji (kg/m³)
  • AA = Koefisienti wa msingi wa uzito (700 kwa ethylene)
  • TT = Joto (K)
  • TcT_c = Joto la kritikali la ethylene (283.18K)
  • nn = Nambari (0.29683 kwa ethylene)
  • BB = Koefisienti wa joto (0.8 kwa ethylene)

Ili kuzingatia athari za shinikizo, neno la marekebisho ya shinikizo linawekwa:

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

Ambapo:

  • ρP\rho_P = Uzito katika shinikizo P (kg/m³)
  • ρ\rho = Uzito katika shinikizo la rejea (kg/m³)
  • κ\kappa = Ukombozi wa joto (takriban 0.00125 MPa⁻¹ kwa ethylene maji)
  • PP = Shinikizo (MPa)
  • PrefP_{ref} = Shinikizo la rejea (0.1 MPa au 1 bar)

Mipaka na Vikwazo

Mfano huu wa kukadiria ni sahihi ndani ya mipaka maalum:

  • Joto: 104K hadi 282K (ikifunika awamu ya kioevu ya ethylene)
  • Shinikizo: 1 hadi 100 bar

Nje ya mipaka hii, ethylene inaweza kuwepo katika hali ya gesi au hali ya supercritical, ikihitaji mbinu tofauti za kukadiria. Kiwango cha kritikali cha ethylene kiko karibu na 283.18K na 50.4 bar, ambapo ethylene inakuwa kama kioevu cha supercritical.

Mwongozo wa Hatua kwa Hatua wa Kutumia Kihesabu

Parameta za Kuingiza

  1. Kuingiza Joto:

    • Ingiza thamani ya joto katika Kelvin (K)
    • Mipaka halali: 104K hadi 282K
    • Ikiwa una joto katika Celsius (°C), badilisha kwa kutumia: K = °C + 273.15
    • Ikiwa una joto katika Fahrenheit (°F), badilisha kwa kutumia: K = (°F - 32) × 5/9 + 273.15
  2. Kuingiza Shinikizo:

    • Ingiza thamani ya shinikizo katika bar
    • Mipaka halali: 1 hadi 100 bar
    • Ikiwa una shinikizo katika vitengo vingine:
      • Kutoka psi: bar = psi × 0.0689476
      • Kutoka kPa: bar = kPa × 0.01
      • Kutoka MPa: bar = MPa × 10

Kufasiri Matokeo

Baada ya kuingiza thamani halali za joto na shinikizo, kihesabu kitaonyesha moja kwa moja:

  1. Uzito wa Ethylene Maji: Thamani iliyokadiriwa ya uzito katika kg/m³
  2. Uonyeshaji: Grafu inayoonyesha mabadiliko ya uzito na joto katika shinikizo lililochaguliwa

Matokeo yanaweza kunakiliwa kwenye clipboard kwa kutumia kitufe kilichotolewa kwa matumizi katika ripoti, simulizi, au mahesabu mengine.

Uzito wa Ethylene Maji dhidi ya Joto Grafu inayoonyesha jinsi uzito wa ethylene maji unavyobadilika na joto katika shinikizo tofauti

Joto (K) 100 150 200 250 300

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

10 bar 50 bar 100 bar Shinikizo 10 bar 50 bar 100 bar

Mifano ya Hesabu

Hapa kuna mifano ya mahesabu ili kuonyesha jinsi uzito unavyobadilika kulingana na joto na shinikizo:

Joto (K)Shinikizo (bar)Uzito (kg/m³)
15010567.89
20010478.65
25010372.41
20050487.22
200100498.01

Kama inavyoonyeshwa kwenye jedwali, uzito wa ethylene maji hupungua kadri joto linavyoongezeka (katika shinikizo thabiti) na huongezeka kadri shinikizo linavyoongezeka (katika joto thabiti).

Utekelezaji katika Lugha Mbali Mbali za Programu

Hapa kuna utekelezaji wa hesabu ya uzito wa ethylene maji katika lugha kadhaa za programu:

1def calculate_ethylene_density(temperature_k, pressure_bar):
2    """
3    Hesabu uzito wa ethylene maji kulingana na joto na shinikizo.
4    
5    Args:
6        temperature_k (float): Joto katika Kelvin (mipaka halali: 104K hadi 282K)
7        pressure_bar (float): Shinikizo katika bar (mipaka halali: 1 hadi 100 bar)
8        
9    Returns:
10        float: Uzito wa ethylene maji katika kg/m³
11    """
12    # Misingi ya ethylene
13    A = 700
14    Tc = 283.18  # Joto la kritikali katika K
15    n = 0.29683
16    B = 0.8
17    kappa = 0.00125  # Ukombozi wa joto katika MPa⁻¹
18    P_ref = 0.1  # Shinikizo la rejea katika MPa (1 bar)
19    
20    # Badilisha shinikizo kutoka bar hadi MPa
21    pressure_mpa = pressure_bar / 10
22    
23    # Hesabu uzito katika shinikizo la rejea
24    rho_ref = A * (1 - temperature_k/Tc)**n - B * temperature_k
25    
26    # Weka marekebisho ya shinikizo
27    rho = rho_ref * (1 + kappa * (pressure_mpa - P_ref))
28    
29    return rho
30
31# Mfano wa matumizi
32temp = 200  # K
33pressure = 50  # bar
34density = calculate_ethylene_density(temp, pressure)
35print(f"Uzito wa ethylene maji katika {temp}K na {pressure} bar: {density:.2f} kg/m³")
36

Matumizi na Maombi

Maombi ya Viwanda

  1. Usindikaji wa Petrochemical:

    • Thamani sahihi za uzito ni muhimu kwa kubuni nguzo za kutenganisha, reaktori, na vifaa vya kutenganisha kwa utengenezaji na usindikaji wa ethylene.
    • Maelezo ya mtiririko katika mabomba na vifaa vya mchakato yanahitaji data sahihi ya uzito.
  2. Uhifadhi na Usafirishaji wa Cryogenic:

    • Ethylene mara nyingi huhifadhiwa na kusafirishwa kama kioevu cha cryogenic. Hesabu za uzito husaidia kubaini uwezo wa matangi ya uhifadhi na mipaka ya upakiaji.
    • Kuangalia upanuzi wa joto wakati wa kupasha moto kunahitaji uhusiano sahihi wa uzito-joto.
  3. Utengenezaji wa Polyethylene:

    • Kama malighafi kuu ya uzalishaji wa polyethylene, mali za ethylene ikiwa ni pamoja na uzito zinaathiri kinetics ya majibu na ubora wa bidhaa.
    • Hesabu za usawa wa wingi katika viwanda zinategemea thamani sahihi za uzito.
  4. Mifumo ya Baridi:

    • Ethylene inatumika kama baridi katika baadhi ya mifumo ya baridi ya viwandani, ambapo uzito unaathiri utendaji na ufanisi wa mfumo.
    • Hesabu za chaji za mifumo ya baridi zinahitaji data sahihi ya uzito.
  5. Udhibiti wa Ubora:

    • Kipimo cha uzito kinaweza kutumika kama viashiria vya ubora kwa usafi wa ethylene katika uzalishaji na uhifadhi.

Maombi ya Utafiti

  1. Masomo ya Thermodynamic:

    • Wanasayansi wanaosoma tabia za awamu na mifano ya hali ya joto hutumia data za uzito kuthibitisha mifano ya nadharia.
    • Kupata data sahihi za uzito husaidia katika kuendeleza uhusiano bora wa mali za kioevu.
  2. Maendeleo ya Nyenzo:

    • Maendeleo ya polima na nyenzo mpya zinazotegemea ethylene yanahitaji kuelewa mali za monomeri.
  3. Simulizi za Mchakato:

    • Simulators za mchakato wa kemikali zinahitaji mifano sahihi ya uzito wa ethylene ili kutabiri tabia ya mfumo.

Ubunifu wa Uhandisi

  1. Kukadiria Vifaa:

    • Pampu, vali, na mifumo ya mabomba yanayoshughulikia ethylene maji lazima ibuniwe kulingana na mali sahihi za kioevu ikiwa ni pamoja na uzito.
    • Hesabu za kupoteza shinikizo katika vifaa vya mchakato zinategemea uzito wa kioevu.
  2. Mifumo ya Usalama:

    • Kukadiria ukubwa wa vali za kutolewa na kubuni mifumo ya usalama kunahitaji thamani sahihi za uzito katika anuwai za uendeshaji.
    • Mifumo ya kugundua uvujaji inaweza kutumia vipimo vya uzito kama sehemu ya njia yao ya ufuatiliaji.

Mbadala wa Hesabu

Ingawa kihesabu hiki kinatoa njia rahisi ya kukadiria uzito wa ethylene maji, kuna njia mbadala:

  1. Kipimo cha Kijamii:

    • Kipimo cha moja kwa moja kwa kutumia densitometers au pycnometers kinatoa matokeo sahihi zaidi lakini kinahitaji vifaa maalum.
    • Uchambuzi wa maabara kawaida hutumika kwa mahitaji ya usahihi wa juu au kwa madhumuni ya utafiti.
  2. Mifano ya Hali ya Joto:

    • Mifano tata zaidi ya hali kama vile Peng-Robinson, Soave-Redlich-Kwong, au SAFT zinaweza kutoa makadirio ya uzito kwa usahihi zaidi, hasa karibu na hali ya kritikali.
    • Mifano hii kawaida inahitaji programu maalum na rasilimali zaidi za kompyuta.
  3. Maktaba ya NIST REFPROP:

    • Maktaba ya NIST ya Mali za Thermodynamic na Usafiri wa Maji (REFPROP) inatoa data ya mali ya juu lakini inahitaji leseni.
  4. Meza za Data Zilizochapishwa:

    • Maktaba za rejea na meza za data zilizochapishwa zinatoa thamani za uzito katika maeneo maalum ya joto na shinikizo.
    • Interpolation kati ya thamani za meza inaweza kuhitajika kwa hali maalum.

Maendeleo ya Kihistoria ya Hesabu za Uzito wa Ethylene

Utafiti wa Mapema wa Mali za Ethylene

Utafiti wa mali za kimwili za ethylene unarejea nyuma hadi karne ya 19 wakati Michael Faraday alipoanza kumaliza ethylene mwaka 1834 kwa kutumia mchanganyiko wa joto la chini na shinikizo kubwa. Hata hivyo, utafiti wa mfumo wa uzito wa ethylene maji kwa mfumo wa kisayansi ulianza katika karne ya 20 wakati matumizi ya viwanda ya ethylene yalipoongezeka.

Maendeleo ya Uhusiano

Katika miaka ya 1940 na 1950, kadri sekta ya petrochemical ilivyokua kwa haraka, vipimo sahihi vya mali za ethylene vilihitajika. Uhusiano wa mapema wa uzito wa kioevu mara nyingi ulikuwa na mifano rahisi ya polynomial ya joto, ikiwa na usahihi mdogo na anuwai.

Miaka ya 1960 iliona maendeleo ya mifano ya hali ya joto ya hali ambayo iliruhusu mali kukadiriwa kwa kutumia vigezo vya kritikali. Mifano hii iliboresha usahihi lakini bado ilikuwa na mipaka, hasa katika shinikizo kubwa.

Mbinu za Kisasa

Taifa la Ubunifu wa Mali za Kimwili (DIPPR) lilianza kuendeleza uhusiano wa viwango vya mali za kemikali katika miaka ya 1980. Uhusiano wao wa uzito wa ethylene maji ulionyesha kuboreshwa kwa usahihi na uaminifu.

Katika miongo ya hivi karibuni, maendeleo katika mbinu za kompyuta yamewezesha kuendeleza mifano tata zaidi ya hali ya joto ambayo inaweza kutabiri mali za ethylene kwa usahihi katika anuwai kubwa za joto na shinikizo. Mbinu za kisasa za simu za molekuli pia zinaruhusu utabiri wa mali kutoka kwa kanuni za kwanza.

Mbinu za Kijamii

Mbinu za kupima uzito wa kioevu pia zimebadilika kwa kiasi kikubwa. Mbinu za mapema zilitegemea mbinu rahisi za displacement, wakati mbinu za kisasa zinajumuisha:

  • Densitometers za tube zinazovibrisha
  • Mizani ya kusimamishwa kwa sumaku
  • Pycnometers zenye udhibiti wa joto
  • Mbinu za kupima uzito wa hydrostatic

Mbinu hizi za kisasa zimeweza kutoa data ya majaribio ya ubora wa juu inayohitajika kuendeleza na kuthibitisha uhusiano unaotumiwa katika kihesabu hiki.

Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara

Ni nini ethylene maji?

Ethylene maji ni hali ya kioevu ya ethylene (C₂H₄), gesi isiyo na rangi na inayoweza kuwaka katika joto la kawaida na shinikizo la anga. Ethylene inapaswa kupozwa chini ya kiwango chake cha kuchemka cha -103.7°C (169.45K) katika shinikizo la anga ili kuwepo kama kioevu. Katika hali hii, inatumika kwa kawaida katika michakato ya viwanda, hasa kama malighafi kwa uzalishaji wa polyethylene.

Kwa nini uzito wa ethylene ni muhimu?

Uzito wa ethylene ni muhimu kwa kubuni matangi ya uhifadhi, mifumo ya usafirishaji, na vifaa vya mchakato. Thamani sahihi za uzito zinawawezesha kukadiria ukubwa wa vifaa, kuhakikisha usalama katika kushughulikia, na kuruhusu mahesabu sahihi ya viwango vya mtiririko wa wingi, uhamasishaji wa joto, na vigezo vingine vya mchakato. Uzito pia unaathiri uchumi wa uhifadhi na usafirishaji, kwani unakadiria ni kiasi gani cha ethylene kinaweza kuwekwa katika ujazo fulani.

Joto linaathirije uzito wa ethylene maji?

Joto lina athari kubwa kwenye uzito wa ethylene maji. Kadri joto linavyoongezeka, uzito hupungua kutokana na upanuzi wa joto wa kioevu. Karibu na joto la kritikali (283.18K), uzito hubadilika kwa kiasi kikubwa na mabadiliko madogo ya joto. Uhusiano huu ni muhimu hasa katika matumizi ya cryogenic ambapo udhibiti wa joto ni muhimu.

Shinikizo linaathirije uzito wa ethylene maji?

Shinikizo linaathiri uzito wa ethylene maji kwa kiasi kidogo. Shinikizo kubwa husababisha uzito kuwa mkubwa kidogo kutokana na kubana kwa kioevu. Athari hii ni ndogo kuliko ile ya joto lakini inakuwa muhimu zaidi katika shinikizo zaidi ya 50 bar. Uhusiano kati ya shinikizo na uzito ni wa karibu wa mstari ndani ya anuwai ya kawaida ya uendeshaji.

Nini kinatokea kwa uzito wa ethylene karibu na kiwango cha kritikali?

Karibu na kiwango cha kritikali (takriban 283.18K na 50.4 bar), uzito wa ethylene unakuwa nyeti sana kwa mabadiliko madogo ya joto na shinikizo. Tofauti kati ya awamu ya kioevu na gesi inatoweka katika kiwango cha kritikali, na uzito unakaribia uzito wa kritikali wa takriban 214 kg/m³. Kihesabu kinaweza kutopatia matokeo sahihi karibu na kiwango cha kritikali kutokana na tabia ngumu katika eneo hili.

Je, unaweza kutumia kihesabu hiki kwa ethylene gesi?

Hapana, kihesabu hiki kimeundwa mahsusi kwa ethylene maji ndani ya anuwai ya joto ya 104K hadi 282K na anuwai ya shinikizo ya 1 hadi 100 bar. Hesabu za uzito wa ethylene gesi zinahitaji mifano tofauti ya hali ya joto, kama vile sheria ya gesi bora na marekebisho ya compressibility au mifano tata zaidi kama vile Peng-Robinson au Soave-Redlich-Kwong.

Kihesabu hiki kina usahihi gani?

Kihesabu hiki kinatoa makadirio ya uzito kwa usahihi wa takriban ±2% ndani ya mipaka iliyoainishwa ya joto na shinikizo. Usahihi unaweza kupungua karibu na mipaka ya mipaka halali, hasa karibu na kiwango cha kritikali. Kwa matumizi yanayohitaji usahihi wa juu, vipimo vya maabara au mifano tata ya thermodynamic inaweza kuwa muhimu.

Ni vitengo gani vinavyotumiwa na kihesabu hiki?

Kihesabu hiki kinatumia vitengo vifuatavyo:

  • Joto: Kelvin (K)
  • Shinikizo: bar
  • Uzito: kilogramu kwa mita cubed (kg/m³)

Je, naweza kubadilisha uzito kuwa vitengo vingine?

Ndio, unaweza kubadilisha uzito kuwa vitengo vingine vya kawaida kwa kutumia vigezo hivi:

  • Kwa g/cm³: Gawa kwa 1000
  • Kwa lb/ft³: Wingi kwa 0.06243
  • Kwa lb/gal (Marekani): Wingi kwa 0.008345

Niko wapi naweza kupata data zaidi ya mali za ethylene?

Kwa data zaidi ya kina ya mali za ethylene, angalia rasilimali kama:

  • Maktaba ya NIST REFPROP
  • Maktaba ya Mhandisi wa Kemikali ya Perry
  • Maktaba ya Yaws ya Mali za Thermodynamic
  • Maktaba ya AIChE DIPPR Project 801
  • Machapisho ya jarida katika usawa wa awamu ya kioevu na mali za thermophysical

Marejeleo

  1. Younglove, B.A. (1982). "Mali za Thermophysical za Maji. I. Argon, Ethylene, Parahydrogen, Nitrojeni, Nitrojeni Trifluoride, na Oksijeni." Jarida la Data za Kemia na Kimwili, 11(Supplement 1), 1-11.

  2. Jahangiri, M., Jacobsen, R.T., Stewart, R.B., & McCarty, R.D. (1986). "Mali za Thermodynamic za ethylene kutoka kwenye mstari wa kufungia hadi 450 K katika shinikizo hadi 260 MPa." Jarida la Data za Kemia na Kimwili, 15(2), 593-734.

  3. Taasisi ya Ubunifu wa Mali za Kimwili. (2005). Maktaba ya DIPPR Project 801 - Toleo Kamili. Taasisi ya Ubunifu wa Mali za Kimwili/AIChE.

  4. Span, R., & Wagner, W. (1996). "Mifano mipya ya hali ya joto na meza za mali za thermodynamic kwa methane ikifunika anuwai kutoka mstari wa kuyeyuka hadi 625 K katika shinikizo hadi 1000 MPa." Jarida la Data za Kemia na Kimwili, 20(6), 1061-1155.

  5. Lemmon, E.W., McLinden, M.O., & Friend, D.G. (2018). "Mali za Thermophysical za Mifumo ya Maji" katika Maktaba ya Kemia ya NIST, NIST Standard Reference Database Nambari 69. Taasisi ya Viwango na Teknolojia, Gaithersburg MD, 20899.

  6. Poling, B.E., Prausnitz, J.M., & O'Connell, J.P. (2001). Mali za Gesi na Maji (toleo la 5). McGraw-Hill.

  7. Chama cha Wahandisi wa Kemikali. (2019). Maktaba ya DIPPR 801: Utafiti wa Data za Mali za Msingi. AIChE.

  8. Setzmann, U., & Wagner, W. (1991). "Mfano mpya wa hali ya joto na meza za mali za thermodynamic kwa methane ikifunika anuwai kutoka mstari wa kuyeyuka hadi 625 K katika shinikizo hadi 1000 MPa." Jarida la Data za Kemia na Kimwili, 20(6), 1061-1155.

Jaribu Kihesabu Chetu Sasa

Kihesabu chetu cha Uzito wa Ethylene Maji kinatoa thamani za uzito mara moja na kwa usahihi kulingana na mahitaji yako ya joto na shinikizo. Ingiza tu parameta zako ndani ya mipaka halali, na kihesabu kitaamua moja kwa moja uzito wa ethylene maji kwa matumizi yako.

Iwe unabuni vifaa vya mchakato, kupanga vifaa vya uhifadhi, au kufanya utafiti, chombo hiki kinatoa njia ya haraka na ya kuaminika ya kupata taarifa za uzito unazohitaji. Uonyeshaji uliojumuishwa unakusaidia kuelewa jinsi uzito unavyobadilika na joto katika kiwango chako kilichochaguliwa cha shinikizo.

Kwa maswali yoyote au maoni kuhusu kihesabu hiki, tafadhali wasiliana na timu yetu ya msaada.