Das °API-Gewicht ist ein inverses Maß für die Dichte flüssiger Kohlenwasserstoffe. Es steht in folgendem Verhältnis zur spezifischen Dichte bei der Erdöl-Referenzbedingung von 60°F/60°F (15,56°C/15,56°C):
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
Die Umkehrrechnung lautet:
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Standard-Referenztemperaturen sind erforderlich, da sich flüssige Kohlenwasserstoffe bei Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen, was ihre gemessene Dichte und ihr Volumen verändert.
Je höher das °API-Gewicht, desto niedriger die spezifische Dichte und desto leichter der Kohlenwasserstoff. Die Referenzbedingung von 60°F/60°F macht Dichtemessungen, Aräometerablesungen, Stoffbilanzen und Strömungsberechnungen vergleichbar und reproduzierbar.
Wie das °API-Gewicht mit der spezifischen Dichte zusammenhängt
Das °API-Gewicht ist eine inverse Dichteskala
Die spezifische Dichte vergleicht die Dichte einer Flüssigkeit mit der Dichte von Wasser unter definierten Bedingungen. Das API-Gewicht transformiert dieses Verhältnis in eine Skala der Erdölindustrie, bei der höhere Werte für leichtere Flüssigkeiten stehen.
Zum Beispiel hat eine Flüssigkeit mit einer spezifischen Dichte von 0,80:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
Eine Flüssigkeit mit einer spezifischen Dichte von 0,95 hat etwa 17,4 °API und ist damit wesentlich schwerer als die Flüssigkeit mit einer spezifischen Dichte von 0,80.
Die Umrechnung funktioniert in beide Richtungen
Verwenden Sie die API-Gleichung, wenn die spezifische Dichte bekannt ist und das API-Gewicht benötigt wird:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
Verwenden Sie die umgestellte Gleichung, wenn das API-Gewicht angegeben ist und die spezifische Dichte für Berechnungen benötigt wird:
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Der Wert der spezifischen Dichte muss der gleichen Referenzbedingung entsprechen, die auch für die API-Skala verwendet wird.
Was die Skala in der Verfahrenstechnik anzeigt
Kohlenwasserstoffe mit höherem API-Wert haben im Allgemeinen eine geringere Dichte und verhalten sich oft wie leichtere Erdölfraktionen. Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem API-Wert haben eine höhere Dichte und erfordern möglicherweise andere Energie-, Hydraulik- und Trennberechnungen.
Das API-Gewicht allein charakterisiert ein Kohlenwasserstoffgemisch nicht vollständig. Es ist ein nützlicher Dichteindikator, aber für eine genaue Vorhersage von Eigenschaften wie Siedeverhalten, Wärmekapazität oder latenter Wärme sind zusätzliche Zusammensetzungs- oder Charakterisierungsdaten erforderlich.
Warum Referenztemperaturen erforderlich sind
Flüssigkeitsdichte ändert sich mit der Temperatur
Wenn eine Flüssigkeit erhitzt wird, dehnt sie sich normalerweise aus. Ihre Masse bleibt im Wesentlichen konstant, aber ihr Volumen nimmt zu, sodass ihre Dichte abnimmt.
Beim Abkühlen geschieht im Allgemeinen das Gegenteil. Eine Probe liefert daher bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Dichte-, Spezifische-Dichte- und scheinbare Aräometerwerte.
Das Verhältnis erfordert definierte Bedingungen
Die Bezeichnung spezifische Dichte bei 60°F/60°F definiert die Referenzbedingung für beide Flüssigkeiten im Dichtevergleich:
- Die erste Temperatur bezieht sich auf die Kohlenwasserstoffprobe.
- Die zweite Temperatur bezieht sich auf die Wasserreferenz.
Die Verwendung einer definierten Bedingung verhindert, dass sich das Ergebnis allein deshalb ändert, weil die Messung bei einer anderen Temperatur durchgeführt wurde.
Referenzbedingungen unterstützen konsistente Messungen
Eine Standardtemperatur ermöglicht den Vergleich von Messungen verschiedener Bediener, Labore und Pilotanlagen. Ohne diesen Standard könnten zwei identische Kohlenwasserstoffproben unterschiedliche API-Gewichte aufweisen, nur weil sie bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen wurden.
Deshalb müssen Aräometerablesungen, die außerhalb von 60°F durchgeführt werden, auf die Standard-Referenzbedingung korrigiert werden, bevor das API-Gewicht angegeben wird.
Warum dies in der Pilotanlagen-Ausbildung wichtig ist
Stoffbilanzen hängen von konsistenter Dichte ab
Stoffbilanzen im Pilotmaßstab kombinieren oft massenbasierte und volumenbasierte Messungen. Die Umrechnung zwischen diesen erfordert einen zuverlässigen Dichte- oder Spezifische-Dichte-Wert.
Wenn die Dichte nicht auf eine konsistente Referenzbedingung korrigiert wird, können berechnete Massenströme, Bestände und Rückgewinnungswerte systematische Fehler enthalten.
Strömungsberechnungen hängen von Fluideigenschaften ab
Die Dichte beeinflusst das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten und fließt in Berechnungen zu Druckverlust, Pumpenleistung, hydrostatischem Druck und Fluiddynamik ein.
Die Verwendung einer aus dem API-Wert abgeleiteten spezifischen Dichte bei der korrekten Referenzbedingung bietet eine konsistente Basis für die Abschätzung dieser Größen, während für die tatsächlichen Prozessbedingungen möglicherweise noch Korrekturen der Betriebstemperatur erforderlich sind.
Abschätzungen für Trennung und Wärmebedarf erfordern mehr als nur das API-Gewicht
In der Ausbildung zu Destillation und Extraktion hilft das API-Gewicht, den Feed zu charakterisieren und leichtere von schwereren Kohlenwasserstoffen zu unterscheiden. Es kann die vorläufige Abschätzung von Eigenschaften und den Vergleich zwischen Rohstoffen unterstützen.
Das API-Gewicht sollte jedoch nicht als Ersatz für eine vollständige Zusammensetzungs- oder Siedepunktanalyse betrachtet werden, wenn präzise Berechnungen zum Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewicht, Wärmebedarf oder Trennprozessen erforderlich sind.
Die Kompromisse verstehen
Eine einzelne Zahl beschreibt nicht das gesamte Gemisch
Zwei Kohlenwasserstoffgemische können das gleiche API-Gewicht haben, sich aber in Zusammensetzung, Flüchtigkeit, Viskosität oder Siedebereich unterscheiden. Das API-Gewicht ist daher eine nützliche Eigenschaft für Screening und Berichterstattung, aber kein vollständiges Prozessmodell.
Referenztemperatur entspricht nicht der Betriebstemperatur
Die Angabe der spezifischen Dichte bei 60°F/60°F standardisiert die Eigenschaft, aber das Fluid in einem Prozess kann viel heißer oder kälter sein. Technische Berechnungen müssen bei der Modellierung tatsächlicher Anlagenbedingungen geeignete Temperaturkorrekturen oder temperaturabhängige physikalische Eigenschaftsdaten verwenden.
Nicht korrigierte Aräometerablesungen können irreführend sein
Eine Aräometerablesung bei einer Nicht-Standardtemperatur ist ein scheinbarer Messwert bei dieser Temperatur. Die direkte Angabe als Standard-API-Gewicht kann die Flüssigkeit falsch klassifizieren und Fehler in Strömungs-, Bilanz- und Anlagenberechnungen einführen.
Einheitenkonsistenz ist weiterhin wichtig
Das API-Verhältnis ist dimensionslos, aber die Referenzkonvention ist nicht optional. Die Verwechslung der spezifischen Dichte bei 60°F/60°F mit einem bei einer anderen Temperatur gemessenen Wert oder die Verwendung einer inkonsistenten Wasserreferenz untergräbt die Umrechnung.
Die Beziehung korrekt anwenden
Verwenden Sie die Umrechnung als Teil eines umfassenderen Verfahrens zur Eigenschaftsmessung und nicht als isolierten arithmetischen Schritt.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Eigenschaftsumrechnung liegt: Verwenden Sie (\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API})) und stellen Sie sicher, dass der API-Wert und die spezifische Dichte dieselbe 60°F/60°F-Referenzbedingung verwenden.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Messgenauigkeit liegt: Korrigieren Sie Aräometer- oder Dichtemesswerte, die bei anderen Temperaturen aufgenommen wurden, bevor Sie das Standard-API-Gewicht angeben.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Stoff- und Energiebilanzen liegt: Verwenden Sie die standardisierte spezifische Dichte für eine konsistente Masse-Volumen-Umrechnung und wenden Sie dann Eigenschaftsdaten der Betriebstemperatur an, wo die Anlagenberechnung dies erfordert.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Design von Trennprozessen liegt: Behandeln Sie das API-Gewicht als wichtigen Dichteindikator, ergänzen Sie ihn jedoch mit Daten zu Zusammensetzung, Siedebereich und anderen Eigenschaften.
Das Verständnis sowohl der inversen API-Beziehung als auch ihrer Basis der Referenztemperatur macht Kohlenwasserstoffmessungen über alle verfahrenstechnischen Prozesse hinweg zuverlässig.
Zusammenfassungstabelle:
| Kernpunkt | Praktische Bedeutung |
|---|---|
| °API-Beziehung | °API = 141.5 / SG₆₀/₆₀ - 131.5 |
| Umkehrrechnung | SG₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| Bedeutung der Skala | Höheres °API bedeutet geringere Dichte und einen leichteren Kohlenwasserstoff. |
| Referenzbedingung | 60°F/60°F standardisiert den Vergleich zwischen Kohlenwasserstoff und Wasser. |
| Temperatureffekt | Erhitzung dehnt die Flüssigkeit aus und senkt die gemessene Dichte. |
| Wert für Pilotanlagen | Konsistente Dichte unterstützt Stoffbilanzen, Strömungsberechnungen und Anlagenanalysen. |
| Wichtige Einschränkung | Das API-Gewicht ersetzt keine Daten zu Zusammensetzung, Siedebereich oder temperaturabhängigen Eigenschaften. |
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