Sıvı Etilen Yoğunluk Hesaplayıcı | Mühendisler İçin Ücretsiz Araç

Sıvı etilen yoğunluğu hesaplayıcı nedir?

Sıvı etilen yoğunluğu hesaplayıcı, sıvı etilenin (C₂H₄) yoğunluğunu sıcaklık ve basıncından tahmin eder. Sıvıların davranışını öngörmek için kimya mühendisliği sektöründe kullanılan standart bir denklem olan DIPPR korelasyonunu kullanır. Araç, 104 K ile 282 K arasındaki sıcaklıklarda ve 1 bar ile 100 bar arasındaki basınçlarda çalışır.

Etilen, oda sıcaklığında bir gazdır. Üreticiler, depolama ve taşıma sırasında sıvı kalmasını sağlamak için onu atmosferik basınçta yaklaşık -104 °C (169 K) değerinin altındaki kriyojenik sıcaklıklara soğutur. Sıvı etilen, aynı hacme gazdan çok daha fazla kütle sığdırır; tesisler bu nedenle onu sıvı olarak depolar ve taşır. Belirli bir sıcaklık ve basınçtaki yoğunluğunu bilmek, depolama tanklarını boyutlandırmak, boru hattı akışını kontrol etmek ve tesisteki kütle dengesini sağlamak açısından önemlidir.

Sıvı etilen yoğunluğu formülü

Hesaplayıcı, doymuş sıvı yoğunluğunun deneysel ölçümlerinden oluşturulmuş bir korelasyon olan DIPPR 105 Denklemi'ni kullanır. Önce seçilen sıcaklıktaki molar yoğunluğu bulur, ardından bunu kütlesel yoğunluğa dönüştürür ve son olarak basınca göre düzeltir.

Adım 1: Referans basınçtaki molar yoğunluk

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

Adım 2: Kütlesel yoğunluğa dönüştürme

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

Adım 3: Basınca göre düzeltme

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

Burada:

$A$, $B$, $T_c$ ve $D$, kullanıcı tarafından girilen fiziksel ölçümler değil, etilen için uydurulmuş sabitlerdir. Hesaplayıcı yalnızca sıcaklık ve basınç ister.

Yoğunluk, basınca kıyasla sıcaklığa daha duyarlıdır. Sıvılar neredeyse hiç sıkışmadığından, basınç terimi hesaplayıcının tam 1–100 bar aralığında bile sonucu yalnızca küçük bir yüzde oranında değiştirir. Buna karşılık, yoğunluktaki değişimin büyük kısmını sıcaklık belirler.

Sıvı etilen yoğunluğu nasıl hesaplanır: çözümlü örnek

200 K sıcaklıkta ve 50 bar basınçta sıvı etilenin yoğunluğunu bulun.

Adım 1. Sıcaklık terimini hesaplayın:

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

Adım 2. Bunu $D = 0.29147$ kuvvetine yükseltin:

$0.2916^{0.29147} = 0.6983$

Adım 3. 1 ekleyin ve $B$ değerini bu kuvvete yükseltin:

$0.27657^{\,1.6983} = 0.11273$

Adım 4. $A$ değerini bu sonuca bölün, ardından molar kütleyle çarpın:

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

Bu, 1 bar (0,1 MPa) referans basıncındaki yoğunluktur. Hesaplayıcı, sonraki adımda bu değeri tam hassasiyetle kullanır; görüntüleme amacıyla yuvarlandığında değer 521,63 kg/m³ olur.

Adım 5. Yuvarlanmamış referans yoğunluğuna 50 bar (5 MPa) için basınç düzeltmesini uygulayın:

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

Hesaplayıcı, 200 K ve 50 bar için 524,83 kg/m³ sonucunu verir.

Daha fazla örnek

Tablo, örüntüyü açıkça gösterir. Sabit 10 bar basınçta sıcaklığın 150 K'den 250 K'ye çıkarılması, yoğunluğu yaklaşık 175 kg/m³, yani %29 oranında azaltır. Sabit 200 K sıcaklıkta basıncın 10 bar değerinden 100 bar değerine çıkarılması ise yoğunluğu yalnızca yaklaşık 6 kg/m³, yani yaklaşık %1 oranında artırır. Bu aracın kapsadığı aralıklarda sıcaklık değişiminin etkisi, basınç değişiminin etkisinden çok daha büyüktür.

Geçerli giriş aralıkları

Hesaplayıcı, 104 K ile 282 K arasındaki sıcaklıkları ve 1 bar ile 100 bar arasındaki basınçları kabul eder.

• 104 K'nin altında etilen donma noktasına yaklaşır ve korelasyon doğrulanmamıştır.
• 282 K'nin üzerinde sıcaklık, etilenin kritik sıcaklığına (282,34 K) yaklaşır; bu noktanın üzerinde sıvı ve gaz birbirinden ayırt edilemez. Korelasyon bu bölgeyi açıklayamaz.
• 1–100 bar aralığının dışında basınç düzeltme terimi doğrulanmamıştır ve sonuçlar güvenilir olmayabilir.

Bu aralıkların dışındaki değerlerin girilmesi sonuç yerine doğrulama hatası üretir.

Sıvı etilen yoğunluğu neden önemlidir?

Yoğunluk hesaplamaları, kimya tesislerindeki çeşitli günlük işlemleri destekler:

• Depolama tanklarının boyutlandırılması. Sıvı etilen ısındıkça genleşir. Tanklarda bu genleşmeyi güvenli biçimde karşılayacak yeterli üst boşluk bulunmalıdır.
• Boru hattı ve pompa tasarımı. Basınç düşümü ve pompanın emiş hesaplamalarının ikisi de hat içinde hareket eden sıvının yoğunluğuna bağlıdır.
• Kütle dengesi. Debimetreler çoğu zaman kütleyi değil hacmi ölçer. Hacmi kütleye dönüştürmek için doğru bir yoğunluk değeri gerekir.
• Ticari teslimat. Etilen bir tedarikçi ile alıcı arasında el değiştirdiğinde, hacim ölçümleri yoğunluk kullanılarak kütleye dönüştürülür; bu da doğrudan faturalandırılan miktarı etkiler.

Sınırlamalar

Bu korelasyon, deneysel verilere uygulanan temel DIPPR fitine dayalı bir tahmindir ve geçerli aralığında yaklaşık %2 doğruluğa sahiptir. Kritik nokta yakınında tam bir durum denkleminin, etilenin diğer gazlarla karışımlarının veya NIST REFPROP veritabanı gibi onaylı referans verileri gerektiren güvenlik açısından kritik hesaplamaların yerine kullanılamaz.

Sık sorulan sorular

Sıvı etilen yoğunluğu hangi birimle ölçülür? Hesaplayıcı, kimya mühendisliğinde yoğunluk için standart SI birimi olan metreküp başına kilogram (kg/m³) cinsinden yoğunluk bildirir.

Hesaplayıcı hangi sıcaklık ve basınç birimlerini kullanır? Sıcaklık Kelvin (K), basınç ise bar cinsindendir. Celsius'tan dönüştürmek için 273,15 ekleyin. Psi'den bara dönüştürmek için 0,06895 ile çarpın.

DIPPR 105 Denklemi nedir? DIPPR 105 Denklemi, deneysel doymuş sıvı yoğunluğu verilerini sıcaklığın bir fonksiyonu olarak uydurmak için kullanılan standart bir matematiksel biçimdir. DIPPR, endüstriyel kimyasalların özellik verilerini derleyen ve doğrulayan bir araştırma konsorsiyumu olan Fiziksel Özellikler Tasarım Enstitüsü'nün (Design Institute for Physical Properties) kısaltmasıdır.

Basınç yoğunluğu neden çok az değiştirir? Sıvılar, gazlara kıyasla sıkıştırmaya çok daha fazla direnç gösterir. Bu hesaplayıcıda 0,00125 MPa başına izotermal sıkıştırılabilirliğe dayanan basınç düzeltmesi, tam 1–100 bar aralığında bile yoğunluğu yalnızca birkaç kg/m³ değiştirir.

Bu hesaplayıcı etilen gazı için kullanılabilir mi? Hayır. Yalnızca sıvı fazı modeller. Gaz fazındaki etilen için sıkıştırılabilirlik faktörü veya durum denklemi modeli gibi farklı bir denklem grubu gerekir.

Bu hesaplayıcı kritik sıcaklık yakınında ne kadar doğrudur? Sıcaklık, korelasyonda kullanılan kritik sıcaklık olan 282,34 K'ye yaklaştıkça doğruluk azalır. Bu noktaya yakınken küçük sıcaklık değişimleri, yoğunlukta büyük ve öngörülmesi zor dalgalanmalara yol açar; korelasyon bu bölge için tasarlanmamıştır.

Kaynaklar

1. Fiziksel Özellikler Tasarım Enstitüsü (DIPPR), Amerikan Kimya Mühendisleri Enstitüsü (AIChE) sponsorluğunda. DIPPR 801 veritabanı.
2. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) Chemistry WebBook, Standart Referans Veritabanı Numarası 69.
3. Poling, B.E., Prausnitz, J.M. ve O'Connell, J.P. (2001). The Properties of Gases and Liquids (5. baskı). McGraw-Hill.