Калкулатор густине течног етилена | Бесплатан алат за инжењере

Шта је калкулатор густине течног етилена?

Калкулатор густине течног етилена процењује густину течног етилена (C₂H₄) на основу његове температуре и притиска. Користи DIPPR корелацију, стандардну једначину која се користи у хемијском инжењерству за предвиђање понашања течности. Алат ради за температуре од 104 K до 282 K и притиске од 1 bar до 100 bar.

Етилен је гас на собној температури. Произвођачи га хладе на криогене температуре, испод приближно -104 °C (169 K) при атмосферском притиску, како би остао течан током складиштења и транспорта. Течни етилен има знатно већу масу у истој запремини него гас, због чега се у постројењима складишти и отпрема као течност. Познавање његове густине при одређеној температури и притиску важно је за одређивање величине резервоара, проверу протока кроз цевовод и успостављање биланса масе у постројењу.

Формула за густину течног етилена

Калкулатор користи DIPPR једначину 105, корелацију засновану на експерименталним мерењима густине засићене течности. Најпре одређује моларну густину на изабраној температури, затим је претвара у масену густину и на крају врши корекцију за притисак.

Корак 1: Моларна густина при референтном притиску

$\rho_m = \frac{A}{B^{\,1 + \left(1 - \frac{T}{T_c}\right)^{D}}}$

Корак 2: Претварање у масену густину

$\rho_{ref} = \rho_m \times M$

Корак 3: Корекција за притисак

$\rho = \rho_{ref} \times \left[1 + \kappa \left(P - P_{ref}\right)\right]$

Где:

$A$, $B$, $T_c$ и $D$ су подешене константе за етилен, а не физичке величине које корисник уноси. Калкулатор захтева само температуру и притисак.

Густина је осетљивија на температуру него на притисак. Течности се готово не сабијају, па члан за притисак мења резултат само за мали проценат чак и у целом опсегу калкулатора од 1–100 bar. Температура, насупрот томе, изазива већину промене густине.

Како израчунати густину течног етилена: пример са израчунавањем

Одредите густину течног етилена при 200 K и 50 bar.

Корак 1. Израчунајте температурни члан:

$1 - \frac{200}{282.34} = 0.2916$

Корак 2. Подигните га на степен $D = 0.29147$:

$0.2916^{0.29147} = 0.6983$

Корак 3. Додајте 1 и подигните $B$ на добијени степен:

$0.27657^{\,1.6983} = 0.11273$

Корак 4. Поделите $A$ тим резултатом, а затим помножите моларном масом:

$\rho_{ref} = \frac{2.0961}{0.11273} \times 28.054 = 521.6345 \text{ kg/m}^3$

То је густина при референтном притиску од 1 bar (0,1 MPa). Калкулатор преноси ову вредност пуном прецизношћу у следећи корак; заокружена вредност приказана на екрану је 521,63 kg/m³.

Корак 5. Примените корекцију за притисак од 50 bar (5 MPa) на незаокружену референтну густину:

$\rho = 521.6345 \times \left[1 + 0.00125 \times (5 - 0.1)\right] = 524.83 \text{ kg/m}^3$

Калкулатор даје 524,83 kg/m³ за 200 K и 50 bar.

Додатни примери

Табела јасно приказује образац. Повећање температуре са 150 K на 250 K при константном притиску од 10 bar смањује густину за око 175 kg/m³, односно за 29%. Повећање притиска са 10 bar на 100 bar при константној температури од 200 K повећава густину само за око 6 kg/m³, односно приближно 1%. Промена температуре има знатно већи утицај од промене притиска у опсезима које овај алат покрива.

Дозвољени опсези уноса

Калкулатор прихвата температуре од 104 K до 282 K и притиске од 1 bar до 100 bar.

• Испод 104 K етилен се приближава температури очвршћавања, а корелација није валидирана.
• Изнад 282 K температура се приближава критичној температури етилена (282,34 K), изнад које течност и гас постају неразликовљиви. Корелација не може да опише ову област.
• Изван опсега 1–100 bar члан корекције за притисак није валидиран, па резултати могу бити непоуздани.

Унос вредности изван ових опсега доводи до грешке при валидацији, а не до резултата.

Зашто је важна густина течног етилена

Израчунавање густине подржава неколико уобичајених задатака у хемијским постројењима:

• Одређивање величине резервоара. Течни етилен се шири при загревању. Резервоари морају имати довољно слободног простора изнад течности да би се ширење безбедно прихватило.
• Пројектовање цевовода и пумпи. И прорачун пада притиска и прорачун усиса пумпе зависе од густине течности која протиче кроз цев.
• Биланс масе. Мерачи протока често мере запремину, а не масу. За претварање запремине у масу потребна је тачна вредност густине.
• Пренос власништва. Када етилен прелази од добављача до купца, мерења запремине претварају се у масу помоћу густине, што непосредно утиче на наплаћену количину.

Ограничења

Ова корелација је процена, са тачношћу од приближно 2% унутар важећег опсега, заснована на DIPPR апроксимацији експерименталних података. Она није замена за потпуну једначину стања у близини критичне тачке, за смеше етилена са другим гасовима или за прорачуне од кључне безбедносне важности који захтевају сертификоване референтне податке, као што је база NIST REFPROP.

Најчешће постављана питања

У којим јединицама се мери густина течног етилена? Калкулатор приказује густину у килограмима по кубном метру (kg/m³), стандардној SI јединици за густину у хемијском инжењерству.

Које јединице за температуру и притисак користи калкулатор? Температура се задаје у келвинима (K), а притисак у барима. За претварање из Целзијуса додајте 273,15. За претварање из psi у баре помножите са 0,06895.

Шта је DIPPR једначина 105? DIPPR једначина 105 је стандардни математички облик који се користи за подешавање експерименталних података о густини засићене течности у зависности од температуре. DIPPR је скраћеница за Институт за физичка својства, истраживачки конзорцијум који прикупља и валидира податке о својствима индустријских хемикалија.

Зашто притисак мало мења густину? Течности се знатно више опиру сабијању него гасови. Корекција за притисак у овом калкулатору, заснована на изотермној стишљивости од 0,00125 по MPa, мења густину за само неколико kg/m³ чак и у целом опсегу 1–100 bar.

Може ли се овај калкулатор користити за гасовити етилен? Не. Он моделира само течну фазу. За гасовити етилен потребан је други скуп једначина, као што је модел фактора стишљивости или једначине стања.

Колико је овај калкулатор тачан у близини критичне температуре? Тачност опада како се температура приближава 282,34 K, критичној температури која се користи у корелацији. У близини те тачке мале промене температуре изазивају велике, тешко предвидиве промене густине, а корелација није намењена за ту област.

Референце

1. Институт за физичка својства (DIPPR), под покровитељством Америчког института хемијских инжењера (AIChE). База података пројекта DIPPR 801.
2. Национални институт за стандарде и технологију (NIST), Chemistry WebBook, стандардна референтна база података број 69.
3. Poling, B.E., Prausnitz, J.M. и O’Connell, J.P. (2001). The Properties of Gases and Liquids (5. издање). McGraw-Hill.