La gravità °API è una misura inversa della densità degli idrocarburi liquidi. È correlata al peso specifico nelle condizioni di riferimento del petrolio di 60°F/60°F (15,56°C/15,56°C) tramite:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{peso\ spec.}_{60/60}}-131.5 ]
La conversione inversa è:
[ \mathrm{peso\ spec.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Le temperature di riferimento standard sono necessarie perché gli idrocarburi liquidi si espandono e si contraggono con la temperatura, modificando la loro densità e il loro volume misurati.
Più alta è la gravità °API, minore è il peso specifico e più leggero è l'idrocarburo. La condizione di riferimento di 60°F/60°F rende le misurazioni della densità, le letture dell'idrometro, i bilanci di massa e i calcoli di flusso confrontabili e riproducibili.
In che modo la gravità °API è correlata al peso specifico
La gravità °API è una scala di densità inversa
Il peso specifico confronta la densità di un liquido con la densità dell'acqua in condizioni definite. La gravità API trasforma tale rapporto in una scala dell'industria petrolifera in cui valori più elevati rappresentano liquidi più leggeri.
Ad esempio, un liquido con un peso specifico di 0,80 ha:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
Un liquido con un peso specifico di 0,95 ha circa 17,4°API, il che lo rende sostanzialmente più pesante del liquido con peso specifico 0,80.
La conversione funziona in entrambe le direzioni
Utilizza l'equazione API quando il peso specifico è noto e la gravità API è richiesta:
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{peso\ spec.}_{60/60}}-131.5 ]
Utilizza l'equazione riorganizzata quando viene riportata la gravità API ed è necessario il peso specifico per i calcoli:
[ \mathrm{peso\ spec.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Il valore del peso specifico deve corrispondere alla stessa condizione di riferimento utilizzata dalla scala API.
Cosa indica la scala nelle operazioni unitarie
Gli idrocarburi con API più elevato hanno generalmente una densità inferiore e spesso si comportano come frazioni petrolifere più leggere. Gli idrocarburi con API inferiore hanno una densità maggiore e potrebbero richiedere calcoli energetici, idraulici e di separazione differenti.
La sola gravità API non caratterizza completamente una miscela di idrocarburi. È un utile indicatore di densità, ma una previsione accurata di proprietà come il comportamento all'ebollizione, la capacità termica o il calore latente richiede dati aggiuntivi sulla composizione o sulla caratterizzazione.
Perché sono necessarie temperature di riferimento
La densità del liquido cambia con la temperatura
Quando un liquido viene riscaldato, solitamente si espande. La sua massa rimane essenzialmente costante, ma il suo volume aumenta, quindi la sua densità diminuisce.
Quando viene raffreddato, generalmente avviene il contrario. Un campione produce quindi letture diverse di densità, peso specifico e idrometro apparente a temperature diverse.
Il rapporto richiede condizioni definite
La notazione peso specifico a 60°F/60°F identifica la condizione di riferimento per entrambi i liquidi nel confronto di densità:
- La prima temperatura si riferisce al campione di idrocarburo.
- La seconda temperatura si riferisce al riferimento dell'acqua.
L'utilizzo di una condizione definita impedisce che il risultato cambi semplicemente perché la misurazione è stata eseguita a una temperatura diversa.
Le condizioni di riferimento supportano misurazioni coerenti
Una temperatura standard consente di confrontare le misurazioni di diversi operatori, laboratori e impianti pilota. Senza tale standard, due campioni di idrocarburi identici potrebbero sembrare avere gravità API diverse semplicemente perché sono stati misurati a temperature diverse.
Ecco perché le letture dell'idrometro effettuate lontano dai 60°F devono essere corrette alla condizione di riferimento standard prima di riportare la gravità API.
Perché questo è importante nella formazione negli impianti pilota
I bilanci di massa dipendono da una densità coerente
I bilanci di massa su scala pilota spesso combinano misurazioni basate sulla massa e sul volume. La conversione tra di esse richiede un valore affidabile di densità o peso specifico.
Se la densità non viene corretta a una condizione di riferimento coerente, i valori calcolati di portata massica, inventario e recupero possono contenere errori sistematici.
I calcoli di flusso dipendono dalle proprietà del fluido
La densità influenza il comportamento del flusso del liquido e appare nei calcoli che coinvolgono la caduta di pressione, le prestazioni della pompa, la prevalenza idrostatica e la quantità di moto del fluido.
L'utilizzo di un peso specifico derivato dall'API alla corretta condizione di riferimento fornisce una base coerente per stimare queste quantità, sebbene possano essere ancora necessarie correzioni della temperatura operativa per le condizioni di processo effettive.
Le stime di separazione e carico termico richiedono più della gravità API
Nella formazione sulla distillazione e sull'estrazione, la gravità API aiuta a caratterizzare l'alimentazione e a distinguere il materiale idrocarburico più leggero da quello più pesante. Può supportare la stima preliminare delle proprietà e il confronto tra le materie prime.
Tuttavia, la gravità API non dovrebbe essere trattata come un sostituto di un'analisi completa della composizione o del punto di ebollizione quando sono necessari calcoli precisi dell'equilibrio vapore-liquido, del carico termico o della separazione.
Comprendere i compromessi
Un singolo numero non descrive l'intera miscela
Due miscele di idrocarburi possono avere la stessa gravità API pur differendo per composizione, volatilità, viscosità o intervallo di ebollizione. La gravità API è quindi una proprietà utile per lo screening e la reportistica, non un modello di processo completo.
La temperatura di riferimento non equivale alla temperatura operativa
Riportare il peso specifico a 60°F/60°F standardizza la proprietà, ma il fluido in un'operazione unitaria può essere molto più caldo o più freddo. I calcoli ingegneristici devono utilizzare correzioni di temperatura adeguate o dati sulle proprietà fisiche dipendenti dalla temperatura durante la modellazione delle condizioni effettive dell'apparecchiatura.
Le letture dell'idrometro non corrette possono trarre in inganno
Una lettura dell'idrometro effettuata a una temperatura non standard è una misurazione apparente a quella temperatura. Riportarla direttamente come gravità API standard può classificare erroneamente il liquido e introdurre errori nei calcoli di flusso, bilancio e apparecchiature.
La coerenza delle unità è ancora importante
La relazione API è adimensionale, ma la convenzione di riferimento non è facoltativa. Confondere il peso specifico a 60°F/60°F con un valore misurato a un'altra temperatura, o utilizzare un riferimento d'acqua incoerente, compromette la conversione.
Applicare correttamente la relazione
Utilizza la conversione come parte di una procedura di misurazione delle proprietà più ampia piuttosto che come un passaggio aritmetico isolato.
- Se il tuo obiettivo principale è la conversione delle proprietà: Usa (\mathrm{peso\ spec.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API})), e verifica che il valore API e il peso specifico utilizzino la stessa condizione di riferimento di 60°F/60°F.
- Se il tuo obiettivo principale è l'accuratezza della misurazione: Correggi le letture dell'idrometro o della densità effettuate a altre temperature prima di riportare la gravità API standard.
- Se il tuo obiettivo principale sono i bilanci di massa ed energia: Usa il peso specifico standardizzato per una conversione massa-volume coerente, quindi applica i dati sulle proprietà della temperatura operativa dove il calcolo dell'apparecchiatura lo richiede.
- Se il tuo obiettivo principale è la progettazione del processo di separazione: Tratta la gravità API come un importante indicatore di densità, ma integralo con dati sulla composizione, sull'intervallo di ebollizione e altre proprietà.
Comprendere sia la relazione API inversa che la sua base di temperatura di riferimento rende le misurazioni degli idrocarburi affidabili in tutte le operazioni unitarie di ingegneria chimica.
Tabella riassuntiva:
| Punto chiave | Significato pratico |
|---|---|
| Relazione °API | °API = 141.5 / PS₆₀/₆₀ - 131.5 |
| Conversione inversa | PS₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| Significato della scala | Un °API più alto indica una densità inferiore e un idrocarburo più leggero. |
| Condizione di riferimento | 60°F/60°F standardizza il confronto tra idrocarburo e acqua. |
| Effetto della temperatura | Il riscaldamento espande il liquido e ne abbassa la densità misurata. |
| Valore dell'impianto pilota | Una densità coerente supporta i bilanci di massa, i calcoli di flusso e l'analisi delle apparecchiature. |
| Limitazione importante | La gravità API non sostituisce i dati su composizione, intervallo di ebollizione o proprietà dipendenti dalla temperatura. |
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