ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
Государственная система обеспечения единства измеренийГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ Пересчет данных состава газовых смесей
Издание официальное
Москва
Стандартинформ
2019
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева» (ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 206 «Эталоны и поверочные схемы», подкомитетом ПК 206.5 «Эталоны и поверочные схемы в области измерения физико-химического состава и свойств веществ»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2019 г. № 1062-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты» В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (vAvw gost.ru)
©Стандартинформ. оформление. 2019
Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии
II
УДК 681.2.089:006.354 ОКС 17.020
Ключевые слова: молярная доля, объемная доля, массовая доля, массовая концентрация, газовая смесь, пересчет, коэффициент сжимаемости
БЗ 12—2019/70
Редактор Л В Коретникова Технический редактор И Е Черепкова Корректор И А Королева Компьютерная верстка ЕО Асташина
Сдано в набор 01.11 2019 Подписано в печать 22 11.2019 Формат 60«84 Ve. Гарнитура Ариал
Уел печ л 1.40 Уч-иад л. 1.26 Подготовлено на основе электронной версии, предоставленной разработчиком стандарта
Создано в единичном исполнении во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ* для комплектования Федерального информационного фонда
стандартов. 117418 Москва. Нахимовский пр-т. д. 31. к. 2. www.gosti nfo ru i nfo@gos»in fo ru
|
Содержание |
|
|
1 Область применения........................................................................................................ |
..........................1 |
|
|
..........................1 |
|
3 Термины, определения и обозначения............................................................................ |
|
|
4 Методы пересчета............................................................................................................. |
..........................2 |
|
|
..............4 |
|
6 Оценка неопределенности пересчета значений величин.............................................. |
..........................5 |
|
Приложение А (справочное) Коэффициенты сжимаемости веществ.............................. |
|
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственная система обеспечения единства измерений ГАЗОВЫЙ АНАЛИЗ Пересчет данных состава газовых смесей
State system for ensuring the uniformity of measurements Gas analysis Conversion of gas mixture composition data
Дата введения — 2020—09—01
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на газовые смеси (далее — смеси) и устанавливает методику взаимного пересчета значений молярной доли, объемной доли, массовой доли и массовой концентрации компонентов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:
ГОСТ 34100.3/ISO/IEC Guide 98-3 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения
Примечание —При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты*, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия) Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку
3 Термины, определения и обозначения
3.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 газовая смесь: Смесь чистых веществ, не вступающих друг с другом в химическую реакцию, находящаяся в газообразном состоянии.
3.1.2 компонент: Чистое вещество в составе смеси.
3.1.3 параметры состояния: Физические величины (давление и температура), характеризующие равновесное состояние газовой смеси.
3.1.4 молярная доля: Отношение количества вещества компонента к количеству вещества смеси.
3.1.5 объемная доля: Отношение объема компонента к объему многокомпонентной смеси.
Примечание — Значение объемной доли зависит от давления и температуры смеси
Издание официальное
3.1.6 массовая доля: Отношение массы компонента к массе смеси.
3.1.7 массовая концентрация: Отношение массы компонента к объему смеси.
Примечание — Значение массовой концентрации зависит от давления и температуры смеси
3.1.8 коэффициент сжимаемости: Отношение объема произвольного количества компонента или смеси при определенных значениях давления и температуры к объему того же количества компонента или смеси при тех же самых значениях давления и температуры, вычисленному по уравнению закона идеального газа.
3.1.9 коэффициент смешения: Отношение объема произвольного количества смеси при определенных значениях давления и температуры к сумме объемов всех компонентов сгиеси до смешения при тех же самых значениях давления и температуры.
3.1.10 вириальные коэффициенты: Коэффициенты, полученные путем разложения в ряд коэффициента сжимаемости в виде степеней параметра состояния.
3.2 В настоящем стандарте использованы следующие обозначения:
Р — давление, Па;
Г—температура, К;
х, — молярная доля ьго компонента;
<р, — объемная доля /-го компонента;
Wj — массовая доля ьто компонента;
Pi — массовая концентрация /-го компонента, кг/м3;
Z, — коэффициент сжимаемости /-го компонента;
Zs — коэффициент сжимаемости смеси;
R— универсальная газовая постоянная (R = 8,3144598 Дж/(моль К)), Дж/(моль • К);
fs — коэффициент смешения смеси;
М, — молярная масса /-го компонента, кг/моль;
MN — молярная масса газа-разбавителя, кг/моль;
Ms — молярная масса шеей, кг/моль;
го — фактор ацентричности;
8(7) — второй молярно-объемный коэффициент. м3/моль;
7крмт — критическая температура. К;
Г, — приведенная температура. К;
Ркрит — критическое давление, Па.
4 Методы пересчета
4.1 Пересчет между значениями величин
Пересчет значения одной величины в значение другой величины осуществляется при определенных параметрах состояния рассматриваемой смеси.
При известном содержании только определяемого /-го компонента в смеси пересчет значений искомых величин осуществляют путем умножения значений исходных величин на коэффициенты пересчета. указанные в таблице 1.
|
Таблица 1 — Коэффициенты пересчета значений величин при известном содержании только определяемого компонента смеси |
|
Значение исходной |
Значение искомой величины |
|
величины |
*/ |
о, |
% |
pf |
|
*/ |
1 |
fs Z, |
м, |
a Mi |
|
|
|
ZS |
Ms |
Zs |
|
% |
Zs |
1 |
Zs м, |
a Mi |
|
|
fsz, |
|
fs ■ Ms Zj |
fs Zj |
|
|
Окончание таблицы 1 |
|
Значение исходной |
Значение искомой величины |
|
величины |
|
ч>, |
”, |
P. |
|
wi |
Ms |
fs MS Z, |
1 |
« Ms |
|
|
м, |
zsM, |
|
Zs |
|
Р i |
Zs |
fSZ, |
|
1 |
|
|
оМ, |
и Mt |
a Ms |
|
|
|
Примечание — а = |
При известном содержании всех компонентов рассматриваемой смеси (количество компонентов
k = 1.....Л/) коэффициенты пересчета значений величин из таблицы 1 преобразуются в коэффициенты
пересчета, указанные в таблице 2.
|
Таблица 2 — Коэффициенты пересчета значений величин при известном содержании всех компонентов смеси |
|
Значение исходной величины |
Значение искомой величины |
|
|
|
% |
Pi |
|
*/ |
1 |
ъ |
M, |
и M, |
|
N
i*kZk
кш 1 |
N
Y.*k мк
кш 1 |
N
fsl*kZk
M |
|
P, |
1 |
1 |
м, |
a M, |
|
zriy
к. lz* |
ZrI%Mk
k-l |
fsz, |
|
wi |
1 |
Z> |
1 |
a |
|
н w
Mr 1% *=1м* |
#r=1 |
k=1 |
|
|
Примечание — При выполнении расчетов используют формулы: |
|
N
Ms = 2>* w*; *=1 |
*S .yf*. |
|
|
М$_т^Ч>к мк zs M Zk |
|
7 W
, = Y.xk'Zk-
'S fc-1 |
Z$ у wk Zk
's ms t1 |
|
4.2 Пересчет значения величины при различных параметрах состояния
fS(PwTw)■Zs(P.r)-Z,(PMa.7-,M) MPT) Zs(Pw,rw) Z,(fiT) •
Пересчет значения объемной доли при исходных параметрах состояния (Р, 7) к значению объемной доли при заданных параметрах состояния (Рмд> Т^Л) осуществляют по формуле
где ф; (Р. 7) — значение объемной доли при исходных значениях давления и температуры; ф, (Рзад. Tw) — значение объемной доли при заданных значениях давления и температуры. Пересчет значения массовой концентрации при исходных параметрах состояния (Р. 7) к значению массовой концентрации при заданных параметрах состояния (Рмд, 7^) осуществляют по формуле
где р,(Р, 7) — значение массовой концентрации компонента при исходных значениях давления и температуры;
р, (Рзад, Тзад) — значение массовой концентрации при заданных значениях давления и температуры.
5 Вычисление коэффициентов сжимаемости
5.1 Для вычисления коэффициента сжимаемости компонента используется усеченное вириаль-ное уравнение
где Z(P. 7) — коэффициент сжимаемости при давлении Р и температуре Г;
8(7) — второй молярно-обьемный вириальный коэффициент при температуре Т.
Второй молярно-объемный вириальный коэффициент вычисляют по уравнению Ветере
Примечание — Если значение коэффициента шр получается отрицательным, его следует принимать равным нулю
Коэффициенты сжимаемости ряда веществ, рассчитанные в соответствии с усеченным вириаль-ным уравнением (3) при Р= 101325 Па и Т= 293.15 К, приведены в приложении А.
Коэффициент сжимаемости смеси вычисляют из молярных долей компонентов и коэффициентов сжимаемости компонентов в соответствии с уравнением
где коэффициент смешения смеси fs принимается равным единице, следовательно, уравнение (10) сокращается до эквивалента закона Амагата
6 Оценка неопределенности пересчета значений величин
В случае выполнения пересчета мехеду значениями величин согласно 4.1 в бюджете неопределенности по ГОСТ 34100.3 следует учитывать следующие составляющие, связанные с выполнением данного пересчета:
u(Ms) — стандартная неопределенность молярной массы смеси;
u(Z) — стандартная неопределенность коэффициента сжимаемости компонента;
u(Z$) — стандартная неопределенность коэффициента сжимаемости смеси;
u(fg) — стандартная неопределенность аппроксимации единицей коэффициента смешения;
и(М) — стандартная неопределенность молярных масс компонентов;
u(R) — стандартная неопределенность универсальной газовой постоянной.
Для приближенной оценки данных составляющих руководствуются следующими формулами:
(12)
(13)
(14)
где и(х() — стандартная неопределенность молярной доли компонента.
В приближенной оценке не учитывают, считая незначимыми, неопределенности u(fs), u(Mt) и u(R).
Приложение А (справочное)
Коэффициенты сжимаемости веществ
|
Таблица А. 1 — Коэффициенты сжимаемости веществ |
|
Вещество |
Формула |
Мг Г,МОЛЬ |
Ты<* к |
w< |
|
Па |
U) |
Z, |
|
Аргон |
Аг |
39,9481 |
87,28 |
150,86 |
48,98 |
10* |
0 |
0.9993 |
|
Арсин |
AsH3 |
77.9455 |
210.67 |
373 |
65,5 |
105 |
0.0105 |
0,9896 |
|
Трихлорид бора |
ВС13 |
117.1680 |
285.65 |
451.95 |
38.71 |
ю5 |
0.1505 |
0.9642 |
|
Тетрафторэтилен |
|
100,0148 |
197.51 |
306,45 |
39,44 |
ю5 |
0,227 |
0.9895 |
|
Гексафторэтан |
СЛ |
138.0116 |
194,95 |
292,8 |
29,8 |
10* |
0,249 |
0.9880 |
|
Ацетилен |
с2н2 |
26.0372 |
189.35 |
308.3 |
61,38 |
105 |
0.191 |
0.9927 |
|
1.1-Дифторэтилен |
W* |
64.0340 |
187.5 |
302.8 |
44.6 |
105 |
0.136 |
0.9913 |
|
Винилхлорид |
С2Н3С1 |
62.4966 |
259.25 |
432 |
56,7 |
105 |
0.1 |
0.9799 |
|
1 -Хлор-1.1 -Дифторэтан |
c2h3cif2 |
100,4934 |
263,95 |
410,29 |
40,41 |
ю5 |
0,231 |
0.9730 |
|
Винилфторид |
c2h3f |
46.0435 |
200,95 |
327,8 |
52,4 |
105 |
0,143 |
0,9904 |
|
1,1,1-Трифторэтан |
c2h3f3 |
84.0403 |
225.81 |
345.88 |
37.64 |
10* |
0,261 |
0.9833 |
|
Этилен |
С2Н4 |
28.0531 |
169,47 |
282.34 |
50.41 |
ю5 |
0.086 |
0.9939 |
|
1.1-Дифторэтан |
c2h4f2 |
66,0499 |
249.13 |
386.44 |
45.2 |
105 |
0,275 |
0.9796 |
|
Оксид этилена |
с2н4о |
44,0525 |
283.6 |
469,15 |
71.9 |
105 |
0,197 |
0.9617 |
|
Хлорзтан |
C2H5CI |
64,5126 |
285,42 |
460.35 |
52.7 |
105 |
0.19 |
0.9708 |
|
Фторзтан |
c2h5f |
48.0595 |
235.45 |
375.31 |
50,28 |
ю5 |
0.22 |
0.9840 |
|
Этан |
с?н« |
30.0691 |
184.55 |
305.32 |
48.72 |
ю5 |
0.1 |
0,9919 |
|
Диметиловый эфир |
с2н6о |
46,0685 |
248.31 |
400,1 |
53,7 |
105 |
0.2 |
0.9806 |
|
Диметиламин |
с2н^ |
45,0839 |
280,03 |
437,2 |
53,4 |
105 |
0.3 |
0.9630 |
|
1-Хлор-1.1.2.2-Тетрафторзтан |
c2hcif4 |
136,4743 |
261,41 |
400 |
37,6 |
105 |
0.274 |
0.9725 |
|
Гексафторпропилен |
<Ув |
150.0222 |
243.55 |
368 |
29 |
105 |
0.205 |
0.9742 |
|
Октафторпропан |
с/в |
188,0190 |
236.4 |
345.05 |
26.8 |
105 |
0.327 |
0.9759 |
|
Пропадиен |
с3н4 |
40.0637 |
238,65 |
394 |
52,5 |
105 |
0,104 |
0.9815 |
|
Метила цетил ен |
с3н4 |
40.0637 |
249,94 |
402,4 |
56,3 |
105 |
0.212 |
0.9785 |
|
Циклопропан |
сзнв |
42.0797 |
240.37 |
397.91 |
54,95 |
105 |
0.127 |
0.9819 |
|
Пропилен |
ел |
42.0797 |
225.46 |
364.9 |
46 |
105 |
0.141 |
0.9847 |
|
Пропан |
С3Н8 |
44,0956 |
231,11 |
369,83 |
42,48 |
ю5 |
0,152 |
0.9827 |
|
Триметиламин |
C3H$N |
59.1104 |
276.02 |
433.25 |
40.73 |
105 |
0.209 |
0.9680 |
|
Гептафторпропан |
c3hf7 |
170.0286 |
256.79 |
374.83 |
29.12 |
105 |
0.355 |
0.9700 |
|
Октафтор-2-бутен |
СЛ |
200,0296 |
270.36 |
392 |
23,3 |
105 |
0,292 |
0.9580 |
|
Октафторциклобутан |
ел |
200,0296 |
267,17 |
388.37 |
27,78 |
105 |
0,356 |
0.9643 |
|
н-Бутан |
с4н,о |
58,1222 |
272,65 |
425.12 |
37.96 |
10* |
0.2 |
0.9682 |
|
2-метил пропан |
С4Н10 |
58.1222 |
261.43 |
407.8 |
36.4 |
105 |
0.184 |
0.9718 |
|
1.2-Бутадиен |
с4н6 |
54.0903 |
284 |
452 |
43,6 |
105 |
0.166 |
0.9603 |
|
1.3-Бутадиен |
С4Н6 |
54,0903 |
268,74 |
425,37 |
43,3 |
105 |
0,193 |
0,9709 |
|
Этила цетил ен |
СЛ |
54,0903 |
281,22 |
443.2 |
49,5 |
105 |
0,247 |
0.9661 |
|
1-Бутен |
с4н8 |
56.1062 |
266.9 |
419.59 |
40.2 |
105 |
0.187 |
0.9716 |
|
Цис-2-бутен |
С4Н8 |
56.1062 |
276.87 |
435.58 |
42.06 |
105 |
0.203 |
0.9666 |
|
|
Окончание таблицы А 7 |
|
Вещество |
Формула |
M. г/моль |
|
w< |
|
Па |
(0 |
z, |
|
Транс-2-бутен |
с4нв |
56,1062 |
274,03 |
428,63 |
41,02 |
105 |
0,218 |
0,9679 |
|
Циклобутан |
С4Н8 |
56,1062 |
285,66 |
459,93 |
49.8 |
105 |
0,185 |
0,9634 |
|
2-метилпропен |
с4н8 |
56,1062 |
266,25 |
417.9 |
39,99 |
10® |
0,189 |
0,9719 |
|
2,2-димвтиллропан |
с5н12 |
72,1487 |
282,65 |
433,8 |
31,96 |
10® |
0,196 |
0,9602 |
|
Бромхлордифторметан |
CBrCIF2 |
165,3629 |
269,14 |
426,15 |
42,54 |
105 |
0,187 |
0,9721 |
|
Бромтрифторметан |
CBfF3 |
148,9098 |
215,26 |
340,15 |
39,7 |
105 |
0.17 |
0,9856 |
|
Дихл орд ифторметан |
cci2f2 |
120,9104 |
243,36 |
384,95 |
41,25 |
10® |
0,18 |
0,9794 |
|
Хлортрифтормвтан |
CCIF3 |
104,4573 |
296,97 |
471,2 |
44,08 |
10s |
0,189 |
0,9622 |
|
Тетрафторметан |
cf4 |
88,0042 |
145,09 |
227,5 |
37,4 |
10® |
0,179 |
0,9961 |
|
Хлорметан |
ch3ci |
50,4860 |
248,93 |
416,25 |
66,8 |
10® |
0,153 |
0,9840 |
|
Фгорметан |
CH3F |
34,0329 |
194,82 |
317,42 |
58,75 |
10® |
0,198 |
0,9921 |
|
Метан |
сн4 |
16,0425 |
111,66 |
190,56 |
45,99 |
10® |
0,012 |
0,9981 |
|
Метил меркаптан |
CH4S |
48.1100 |
279,11 |
469,95 |
72.3 |
10® |
0,158 |
0,9682 |
|
Метиламин |
ch5n |
31,0573 |
266,82 |
430,05 |
74,6 |
10® |
0,281 |
0,9679 |
|
Дихлорфторметан |
CHCIjF |
102,9200 |
282,05 |
451,58 |
51,84 |
10® |
0,205 |
0,9717 |
|
Хлордифторметан |
chcif2 |
86,4669 |
232,32 |
369,3 |
49.71 |
10® |
0,219 |
0,9846 |
|
Трифторметан |
CHF3 |
70,0138 |
191,09 |
299,01 |
48,16 |
10® |
0,264 |
0,9920 |
|
Хлор |
Cl2 |
70,9030 |
239,12 |
417,15 |
77,11 |
10® |
0,069 |
0,9871 |
|
Оксид углерода |
CO |
28,0100 |
81.7 |
132,92 |
34,99 |
10® |
0.0663 |
0,9997 |
|
Диоксид углерода |
co2 |
44,0094 |
194,7 |
304,19 |
73,82 |
10® |
0,2276 |
0,9945 |
|
Карбонилсульфид |
COS |
60,0775 |
223 |
378,8 |
63,49 |
10® |
0,097 |
0,9880 |
|
Дейтерий |
°2 |
2,0141 |
23,65 |
38.35 |
16,64 |
10® |
-0,1449 |
1,0006 |
|
Фтор |
F2 |
37,9968 |
84,95 |
144.12 |
51.72 |
10® |
0,053 |
0,9996 |
|
Водород |
H2 |
2,0160 |
20,39 |
33,18 |
13,13 |
10® |
-0,215 |
1,0007 |
|
Сероводород |
H2S |
34,0835 |
212,8 |
373,53 |
89,63 |
10® |
0,0942 |
0,9912 |
|
Хлористый водород |
HCI |
36,4595 |
188,15 |
324,65 |
83,1 |
10® |
0,1315 |
0,9942 |
|
Гелий |
He |
4,0026 |
4,22 |
5.2 |
2,28 |
10® |
-0,39 |
1,0008 |
|
Криптон |
Kr |
83,7982 |
119,8 |
209,35 |
55,02 |
10® |
0 |
0,9978 |
|
Азот |
"г |
28,0137 |
77,34 |
126,2 |
34,6 |
10® |
0,0377 |
0,9998 |
|
Оксид диазота |
n2o |
44,0131 |
184,67 |
309,57 |
72.45 |
10® |
0,1408 |
0.9942 |
|
Неон |
Ne |
20,1798 |
27,09 |
44,4 |
26,53 |
10® |
-0,0395 |
1,0005 |
|
Трифторид азота |
NF3 |
71,0021 |
144,09 |
234 |
44,61 |
10® |
0,12 |
0,9963 |
|
Аммиак |
NH3 |
17,0308 |
239,72 |
405,65 |
112,8 |
10® |
0,2526 |
0,9778 |
|
Оксид азота |
NO |
30,0063 |
121,38 |
180,15 |
64,8 |
10® |
0,5829 |
0,9997 |
|
Кислород |
°2 |
31,9988 |
90,19 |
154,58 |
50,43 |
10® |
0,0222 |
0,9993 |
|
Фосфин |
PH3 |
33.9977 |
185,41 |
324,75 |
65,4 |
10® |
0,0452 |
0,9929 |
|
Гексафторид серы |
s^e |
146,0579 |
209,25 |
318,69 |
37,6 |
10® |
0,2151 |
0,9875 |
|
Тетрафторид кремния |
SiF4 |
104,0786 |
187,15 |
259 |
37,2 |
10® |
0,3858 |
0,9938 |
|
Силан |
SiH4 |
32,1169 |
161 |
269,7 |
48,4 |
10® |
0,0938 |
0,9945 |
|
Диоксид серы |
so2 |
64,0663 |
263,13 |
430,75 |
78,84 |
10® |
0,2453 |
0,9835 |
|
Ксенон |
Xe |
131,2936 |
165,03 |
289,74 |
58,4 |
10® |
0 |
0,9944 |
|
