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液态乙烯密度计算器 | 工程师免费工具

使用DIPPR相关性经验公式，根据给定的温度和压力条件，计算液态乙烯在该工况下对应的密度数值，并以图表形式展示密度随温度和压力变化的具体趋势。免费在线工具，适用于石油化工工艺流程设计、低温储罐容积计算以及生产过程中的质量平衡核算等常见工程应用场景，方便工程师快速查阅参考。

液态乙烯密度估算器

K

有效范围：104K - 282K

巴

有效范围：1 - 100巴

计算结果

液态乙烯密度
522.22kg/m³

计算公式

使用带压力校正的DIPPR相关性计算密度：

ρ = A·(1 - T/Tc)^n - B·T

ρ_P = ρ·(1 + κ·(P - P_ref))

其中ρ是密度，T是温度，Tc是临界温度，P是压力，P_ref是参考压力，κ是等温压缩性。

密度与温度图

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文档

液态乙烯密度计算器是什么？

液态乙烯密度计算器根据温度和压力估算液态乙烯（C₂H₄）的密度。它采用 DIPPR 关联式，这是一种化学工程行业广泛使用的标准方程，用于预测液体的行为。该工具适用于温度从 104 K 到 282 K、压力从 1 bar 到 100 bar 的范围。

乙烯在室温下是气体。在大气压下，生产商会将其冷却到约 -104 °C（169 K）以下的低温，以便以液态储存和运输。在相同体积内，液态乙烯所含的质量远高于气态乙烯，因此工厂会以液态形式储存和运输乙烯。了解特定温度和压力下的密度，对于储罐尺寸设计、管道流量核查以及工厂质量平衡都很重要。

液态乙烯密度公式

计算器采用 DIPPR 方程 105，这是一种根据饱和液体密度实验测量值建立的关联式。它先求出选定温度下的摩尔密度，再将其转换为质量密度，最后进行压力修正。

步骤 1：参考压力下的摩尔密度

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

步骤 2：转换为质量密度

ρref=ρm×M\rho_{ref} = \rho_m \times M

步骤 3：进行压力修正

ρ=ρref×[1+κ(P−Pref)]\rho = \rho_{ref} \times \left[1 + \kappa \left(P - P_{ref}\right)\right]

其中：

符号含义乙烯的数值
TT温度开尔文（K）
TcT_c关联式中使用的临界温度常数282.34 K
AA拟合得到的关联式常数2.0961
BB拟合得到的关联式常数0.27657
DD拟合得到的关联式指数0.29147
MM乙烯的摩尔质量28.054 g/mol
κ\kappa等温压缩系数（液体在压力下被压缩的程度）0.00125 MPa⁻¹
PP压力，换算为兆帕（MPa = bar ÷ 10）MPa
PrefP_{ref}参考压力0.1 MPa（1 bar）

AA、BB、TcT_c 和 DD 是乙烯的拟合常数，不是用户需要输入的物理测量值。计算器只要求输入温度和压力。

密度对温度的敏感程度高于对压力的敏感程度。液体几乎不可压缩，因此即使在计算器完整的 1–100 bar 范围内，压力项也只会使结果改变很小的百分比。相比之下，温度是密度变化的主要因素。

如何计算液态乙烯密度：计算示例

求液态乙烯在 200 K 和 50 bar 下的密度。

步骤 1。 计算温度项：

1−200282.34=0.29161 - \frac{200}{282.34} = 0.2916

步骤 2。 将其提升至 D=0.29147D = 0.29147 次方：

0.29160.29147=0.69830.2916^{0.29147} = 0.6983

步骤 3。 加上 1，并将 BB 提升至该次方：

0.27657 1.6983=0.112730.27657^{\,1.6983} = 0.11273

步骤 4。 用 AA 除以该结果，然后乘以摩尔质量：

ρref=2.09610.11273×28.054=521.6345 kg/m3\rho_{ref} = \frac{2.0961}{0.11273} \times 28.054 = 521.6345 \text{ kg/m}^3

这是 1 bar（0.1 MPa）参考压力下的密度。计算器会将该数值以完整精度带入下一步；按显示精度四舍五入后为 521.63 kg/m³。

步骤 5。 对未四舍五入的参考密度应用 50 bar（5 MPa）下的压力修正：

ρ=521.6345×[1+0.00125×(5−0.1)]=524.83 kg/m3\rho = 521.6345 \times \left[1 + 0.00125 \times (5 - 0.1)\right] = 524.83 \text{ kg/m}^3

对于 200 K 和 50 bar，计算器返回 524.83 kg/m³。

更多示例

温度（K）压力（bar）密度（kg/m³）
15010596.58
20010522.22
25010421.62
20050524.83
200100528.09

该表清楚地显示了变化规律。在固定 10 bar 下，温度从 150 K 升至 250 K，密度约降低 175 kg/m³，降幅为 29%。在固定 200 K 下，压力从 10 bar 升至 100 bar，密度仅增加约 6 kg/m³，约为 1%。在该工具涵盖的范围内，温度变化对密度的影响远大于压力变化。

有效输入范围

计算器接受从 104 K 到 282 K 的温度，以及从 1 bar 到 100 bar 的压力。

  • 低于 104 K 时，乙烯接近其凝固点，且该关联式未经验证。
  • 高于 282 K 时，温度接近乙烯的临界温度（282.34 K）；超过该温度后，液体和气体变得无法区分。该关联式无法描述这一温度区域。
  • 超出 1–100 bar 时，压力修正项未经验证，结果可能不可靠。

输入超出这些范围的数值会产生验证错误，而不会返回结果。

液态乙烯密度为何重要

密度计算支持化工厂中的多项日常工作：

  • 储罐尺寸设计。 液态乙烯升温时会膨胀。储罐必须留有足够的气相空间，以安全容纳这种膨胀。
  • 管道和泵的设计。 压降和泵吸入计算都取决于管道内流动液体的密度。
  • 质量平衡。 流量计通常测量体积而不是质量。将体积换算为质量需要准确的密度值。
  • 交接计量。 乙烯在供应商和买方之间转移时，体积测量值会利用密度换算为质量，这会直接影响计费数量。

局限性

该关联式是一个估算方法，在其有效范围内基于 DIPPR 对实验数据的拟合，准确度约为 2%。在临界点附近、用于乙烯与其他气体的混合物，或用于需要认证参考数据的安全关键计算时，它不能替代完整状态方程，例如 NIST REFPROP 数据库。

常见问题

液态乙烯密度的测量单位是什么？ 计算器以千克每立方米（kg/m³）报告密度，这是化学工程中密度的标准 SI 单位。

计算器使用什么温度和压力单位？ 温度使用开尔文（K），压力使用 bar。要从摄氏度换算，需加上 273.15。要从 psi 换算为 bar，需乘以 0.06895。

什么是 DIPPR 方程 105？ DIPPR 方程 105 是一种标准数学形式，用于将实验饱和液体密度数据拟合为温度的函数。DIPPR 是物性设计研究所（Design Institute for Physical Properties）的缩写，该研究联盟负责汇编和验证工业化学品的物性数据。

为什么压力几乎不改变密度？ 液体抵抗压缩的能力远强于气体。该计算器中的压力修正基于每 MPa 为 0.00125 的等温压缩系数，即使在完整的 1–100 bar 范围内，也只会使密度改变几 kg/m³。

该计算器能用于乙烯气体吗？ 不能。它只对液相进行建模。气相乙烯需要使用另一组方程，例如压缩因子模型或状态方程模型。

该计算器在临界温度附近的准确度如何？ 当温度接近关联式所用的临界温度 282.34 K 时，准确度会下降。在该点附近，温度的微小变化会导致密度出现幅度大且难以预测的变化，而该关联式并非为这一温度区域设计。

参考文献

  1. 物性设计研究所（DIPPR），由美国化学工程师学会（AIChE）赞助。DIPPR 项目 801 数据库。
  2. 美国国家标准与技术研究院（NIST）《化学网络手册》，标准参考数据库编号 69。
  3. Poling, B.E.、Prausnitz, J.M. 和 O'Connell, J.P.（2001）。《气体与液体的性质》（第 5 版）。McGraw-Hill。