La densité °API est une mesure inverse de la masse volumique des hydrocarbures liquides. Elle est liée à la densité relative dans les conditions de référence pétrolières de 60°F/60°F (15,56°C/15,56°C) par :
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
La conversion inverse est :
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
Des températures de référence standard sont nécessaires, car les liquides hydrocarburés se dilatent et se contractent avec la température, ce qui modifie leur masse volumique et leur volume mesurés.
Plus la densité °API est élevée, plus la densité relative est faible et plus l’hydrocarbure est léger. La condition de référence 60°F/60°F rend les mesures de masse volumique, les lectures au densimètre, les bilans matière et les calculs d’écoulement comparables et reproductibles.
Relation entre la densité °API et la densité relative
La densité °API est une échelle inverse de la masse volumique
La densité relative compare la masse volumique d’un liquide à celle de l’eau dans des conditions définies. La densité API transforme ce rapport en une échelle utilisée dans l’industrie pétrolière, dans laquelle les valeurs élevées représentent des liquides plus légers.
Par exemple, un liquide dont la densité relative est de 0.80 a :
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{0.80}-131.5=45.4^\circ\mathrm{API} ]
Un liquide dont la densité relative est de 0.95 a approximativement une densité de 17.4°API, ce qui le rend nettement plus lourd que le liquide de densité relative 0.80.
La conversion fonctionne dans les deux sens
Utilisez l’équation API lorsque la densité relative est connue et que la densité API est requise :
[ ^\circ\mathrm{API}=\frac{141.5}{\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}}-131.5 ]
Utilisez l’équation réarrangée lorsque la densité API est indiquée et que la densité relative est nécessaire pour les calculs :
[ \mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=\frac{141.5}{131.5+^\circ\mathrm{API}} ]
La valeur de densité relative doit correspondre à la même condition de référence que celle utilisée par l’échelle API.
Ce que l’échelle indique dans les opérations unitaires
Les hydrocarbures à densité API élevée ont généralement une masse volumique plus faible et se comportent souvent comme des fractions pétrolières plus légères. Les hydrocarbures à faible densité API ont une masse volumique plus élevée et peuvent nécessiter des calculs différents concernant l’énergie, l’hydraulique et la séparation.
La densité API ne caractérise pas à elle seule complètement un mélange d’hydrocarbures. Il s’agit d’un indicateur utile de la masse volumique, mais la prédiction précise de propriétés telles que le comportement à l’ébullition, la capacité thermique ou la chaleur latente nécessite des données supplémentaires sur la composition ou la caractérisation.
Pourquoi les températures de référence sont nécessaires
La masse volumique des liquides varie avec la température
Lorsqu’un liquide est chauffé, il se dilate généralement. Sa masse reste essentiellement constante, mais son volume augmente, ce qui fait diminuer sa masse volumique.
Lorsqu’il est refroidi, l’inverse se produit généralement. Un échantillon fournit donc des lectures différentes de masse volumique, de densité relative et de densité apparente au densimètre à différentes températures.
Le rapport nécessite des conditions définies
La notation densité relative à 60°F/60°F identifie la condition de référence pour les deux liquides dans la comparaison de masse volumique :
- La première température se rapporte à l’échantillon d’hydrocarbure.
- La seconde température se rapporte à l’eau de référence.
L’utilisation d’une condition définie empêche le résultat de varier simplement parce que la mesure a été effectuée à une température différente.
Les conditions de référence favorisent la cohérence des mesures
Une température standard permet de comparer les mesures provenant de différents opérateurs, laboratoires et installations pilotes. Sans cette norme, deux échantillons d’hydrocarbures identiques pourraient sembler avoir des densités API différentes simplement parce qu’ils ont été mesurés à des températures différentes.
C’est pourquoi les lectures au densimètre prises à une température autre que 60°F doivent être corrigées selon la condition de référence standard avant de communiquer la densité API.
Pourquoi cela est important dans la formation en installation pilote
Les bilans matière dépendent d’une masse volumique cohérente
Les bilans matière à l’échelle pilote combinent souvent des mesures basées sur la masse et sur le volume. Pour effectuer la conversion entre les deux, il faut disposer d’une valeur fiable de masse volumique ou de densité relative.
Si la masse volumique n’est pas corrigée selon une condition de référence cohérente, les valeurs calculées de débit massique, d’inventaire et de récupération peuvent contenir des erreurs systématiques.
Les calculs d’écoulement dépendent des propriétés du fluide
La masse volumique influence le comportement de l’écoulement des liquides et intervient dans les calculs liés à la perte de charge, aux performances des pompes, à la hauteur hydrostatique et à la quantité de mouvement du fluide.
L’utilisation d’une densité relative dérivée de la densité API dans les conditions de référence appropriées fournit une base cohérente pour estimer ces grandeurs, bien que des corrections liées à la température de fonctionnement puissent encore être nécessaires pour les conditions réelles du procédé.
Les estimations de séparation et de charge thermique nécessitent davantage que la densité API
Dans la formation à la distillation et à l’extraction, la densité API aide à caractériser l’alimentation et à distinguer les matières hydrocarburées légères des matières plus lourdes. Elle peut contribuer à l’estimation préliminaire des propriétés et à la comparaison entre matières premières.
Cependant, la densité API ne doit pas être considérée comme un substitut à une analyse complète de la composition ou du point d’ébullition lorsque des calculs précis d’équilibre vapeur-liquide, de charge thermique ou de séparation sont nécessaires.
Comprendre les compromis
Un seul nombre ne décrit pas l’ensemble du mélange
Deux mélanges d’hydrocarbures peuvent avoir la même densité API tout en différant par leur composition, leur volatilité, leur viscosité ou leur plage d’ébullition. La densité API est donc une propriété utile pour le dépistage et la communication des résultats, mais elle ne constitue pas un modèle de procédé complet.
La température de référence n’est pas la température de fonctionnement
La communication de la densité relative à 60°F/60°F standardise la propriété, mais le fluide présent dans une opération unitaire peut être beaucoup plus chaud ou plus froid. Les calculs d’ingénierie doivent utiliser des corrections de température appropriées ou des données de propriétés physiques dépendant de la température pour modéliser les conditions réelles de l’équipement.
Les lectures non corrigées au densimètre peuvent être trompeuses
Une lecture au densimètre effectuée à une température non standard est une mesure apparente à cette température. La communiquer directement comme une densité API standard peut conduire à une mauvaise classification du liquide et introduire des erreurs dans les calculs d’écoulement, de bilan et d’équipement.
La cohérence des unités reste importante
La relation API est sans dimension, mais la convention de référence n’est pas facultative. Confondre une densité relative à 60°F/60°F avec une valeur mesurée à une autre température, ou utiliser une référence d’eau incohérente, compromet la conversion.
Appliquer correctement la relation
Utilisez la conversion dans le cadre d’une procédure plus large de mesure des propriétés plutôt que comme une simple opération arithmétique isolée.
- Si votre priorité est la conversion des propriétés : Utilisez (\mathrm{sp.\ gr.}_{60/60}=141.5/(131.5+^\circ\mathrm{API})), et vérifiez que la valeur API et la densité relative utilisent la même condition de référence 60°F/60°F.
- Si votre priorité est la précision des mesures : Corrigez les lectures au densimètre ou les mesures de masse volumique effectuées à d’autres températures avant de communiquer la densité API standard.
- Si votre priorité est la réalisation de bilans matière et énergie : Utilisez la densité relative standardisée pour une conversion cohérente entre masse et volume, puis appliquez les données de propriétés à la température de fonctionnement lorsque le calcul de l’équipement l’exige.
- Si votre priorité est la conception d’un procédé de séparation : Considérez la densité API comme un indicateur important de la masse volumique, mais complétez-la par des données sur la composition, la plage d’ébullition et d’autres propriétés.
Comprendre à la fois la relation inverse de la densité API et sa base fondée sur la température de référence permet d’obtenir des mesures fiables des hydrocarbures dans les opérations unitaires du génie chimique.
Tableau récapitulatif :
| Point clé | Importance pratique |
|---|---|
| Relation °API | °API = 141.5 / SG₆₀/₆₀ - 131.5 |
| Conversion inverse | SG₆₀/₆₀ = 141.5 / (131.5 + °API) |
| Signification de l’échelle | Une densité °API plus élevée indique une masse volumique plus faible et un hydrocarbure plus léger. |
| Condition de référence | 60°F/60°F standardise la comparaison entre l’hydrocarbure et l’eau. |
| Effet de la température | Le chauffage dilate le liquide et diminue sa masse volumique mesurée. |
| Valeur pour les installations pilotes | Une masse volumique cohérente favorise les bilans matière, les calculs d’écoulement et l’analyse des équipements. |
| Limitation importante | La densité API ne remplace pas les données sur la composition, la plage d’ébullition ou les propriétés dépendant de la température. |
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