Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.974-2019 "Государственная система обеспечения единства измерений. Газовый анализ. Пересчет данных состава газовых смесей" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2019 г. N 1062-ст)

State system for ensuring the uniformity of measurements. Gas analysis. Conversion of gas mixture composition data

ОКС 17.020

Дата введения - 1 сентября 2020 г.
Введен впервые

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. N 1062-ст

4 Введен впервые

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.

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 смеси 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;

Т - температура, K;

xi - молярная доля i-го компонента;

- объемная доля i-го компонента;

wi - массовая доля i-го компонента;

- массовая концентрация i-го компонента, кг/м3;

Zi - коэффициент сжимаемости i-го компонента;

ZS - коэффициент сжимаемости смеси;

R - универсальная газовая постоянная (R = 8,3144598 ), ;

fS - коэффициент смешения смеси;

Mi - молярная масса i-го компонента, кг/моль;

MN - молярная масса газа-разбавителя, кг/моль;

MS - молярная масса смеси, кг/моль;

- фактор ацентричности;

В(Т) - второй молярно-объемный коэффициент, м3/моль;

Ткрит - критическая температура, K;

Тr - приведенная температура, K;

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 i-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 величины
Значение искомой величины
xi
wi
xi
1
1
wi
1
1
Примечание - .

При известном содержании всех компонентов рассматриваемой смеси (количество компонентов k = 1, ..., N) 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
xi
wi
xi
1
1
wi
1
Примечание - При выполнении расчетов используют формулы:
;
;
;
;
;
.

4.2 Пересчет значения величины при различных параметрах состояния

Пересчет значения объемной доли при исходных параметрах состояния (Р, T) к значению объемной доли при заданных параметрах состояния (Рзад, Тзад) осуществляют по формуле

,

(1)

где (Р, T) - значение объемной доли при исходных значениях давления и температуры;

(Pзад, Tзад) - значение объемной доли при заданных значениях давления и температуры.

Пересчет значения массовой концентрации при исходных параметрах состояния (Р, T) к значению массовой концентрации при заданных параметрах состояния (Рзад, Тзад) осуществляют по формуле

,

(2)

где (P, T) - значение массовой концентрации компонента при исходных значениях давления и температуры;

(Pзад, Tзад) - значение массовой концентрации при заданных значениях давления и температуры.

5 Вычисление коэффициентов сжимаемости

5.1 Для вычисления коэффициента сжимаемости компонента используется усеченное вириальное уравнение

,

(3)

где Z (P, T) - коэффициент сжимаемости при давлении Р и температуре T;

В(T) - второй молярно-объемный вириальный коэффициент при температуре T.

Второй молярно-объемный вириальный коэффициент вычисляют по уравнению Ветере

,

(4)

где

,

(5)

,

(6)

,

(7)

,

(8)

.

(9)

Примечание - Если значение коэффициента получается отрицательным, его следует принимать равным нулю.

Коэффициенты сжимаемости ряда веществ, рассчитанные в соответствии с усеченным вириальным уравнением (3) при Р = 101325 Па и T = 293,15 K, приведены в приложении А.

Коэффициент сжимаемости смеси вычисляют из молярных долей компонентов и коэффициентов сжимаемости компонентов в соответствии с уравнением

,

(10)

где коэффициент смешения смеси fS принимается равным единице, следовательно, уравнение (10) сокращается до эквивалента закона Амагата

.

(11)

6 Оценка неопределенности пересчета значений величин

В случае выполнения пересчета между 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(Zi) - стандартная неопределенность коэффициента сжимаемости компонента;

u(ZS) - стандартная неопределенность коэффициента сжимаемости смеси;

u(fS) - стандартная неопределенность аппроксимации единицей коэффициента смешения;

u(Мi) - стандартная неопределенность молярных масс компонентов;

u(R) - стандартная неопределенность универсальной газовой постоянной.

Для приближенной оценки данных составляющих руководствуются следующими формулами:

,

(12)

,

(13)

,

(14)

где u(xi) - стандартная неопределенность молярной доли компонента.

В приближенной оценке не учитывают, считая незначимыми, неопределенности u(fS), u(Мi) и u(R).

Приложение А
(справочное)

Коэффициенты сжимаемости веществ

Таблица А.1 - Коэффициенты сжимаемости веществ

Вещество
Формула
Mi, г/моль
Ткип, K
Tкрит, K
Ркрит, Па
Zi
Аргон
Ar
39,9481
87,28
150,86
0
0,9993
Арсин
AsH3
77,9455
210,67
373
0,0105
0,9896
Трихлорид бора
BCl3
117,1680
285,65
451,95
0,1505
0,9642
Тетрафторэтилен
C2F4
100,0148
197,51
306,45
0,227
0,9895
Гексафторэтан
C2F6
138,0116
194,95
292,8
0,249
0,9880
Ацетилен
С2Н2
26,0372
189,35
308,3
0,191
0,9927
1,1-Дифторэтилен
C2H2F2
64,0340
187,5
302,8
0,136
0,9913
Винилхлорид
C2H3Cl
62,4966
259,25
432
0,1
0,9799
1-Хлор-1,1-Дифторэтан
C2H3ClF2
100,4934
263,95
410,29
0,231
0,9730
Винилфторид
C2H3F
46,0435
200,95
327,8
0,143
0,9904
1,1,1-Трифторэтан
C2H3F3
84,0403
225,81
345,88
0,261
0,9833
Этилен
С2Н4
28,0531
169,47
282,34
0,086
0,9939
1,1-Дифторэтан
C2H4F2
66,0499
249,13
386,44
0,275
0,9796
Оксид этилена
С2Н4О
44,0525
283,6
469,15
0,197
0,9617
Хлорэтан
C2H5Cl
64,5126
285,42
460,35
0,19
0,9708
Фторэтан
C2H5F
48,0595
235,45
375,31
0,22
0,9840
Этан
С2Н6
30,0691
184,55
305,32
0,1
0,9919
Диметиловый эфир
С2Н6О
46,0685
248,31
400,1
0,2
0,9806
Диметиламин
C2H7N
45,0839
280,03
437,2
0,3
0,9630
1-Хлор-1,1,2,2-Тетрафторэтан
C2HClF4
136,4743
261,41
400
0,274
0,9725
Гексафторпропилен
C3F6
150,0222
243,55
368
0,205
0,9742
Октафторпропан
C3F8
188,0190
236,4
345,05
0,327
0,9759
Пропадиен
C3H4
40,0637
238,65
394
0,104
0,9815
Метилацетилен
C3H4
40,0637
249,94
402,4
0,212
0,9785
Циклопропан
C3H6
42,0797
240,37
397,91
0,127
0,9819
Пропилен
C3H6
42,0797
225,46
364,9
0,141
0,9847
Пропан
C3H8
44,0956
231,11
369,83
0,152
0,9827
Триметиламин
C3H9N
59,1104
276,02
433,25
0,209
0,9680
Гептафторпропан
C3HF7
170,0286
256,79
374,83
0,355
0,9700
Октафтор-2-бутен
C4F8
200,0296
270,36
392
0,292
0,9580
Октафторциклобутан
C4F8
200,0296
267,17
388,37
0,356
0,9643
н-Бутан
C4H10
58,1222
272,65
425,12
0,2
0,9682
2-метилпропан
C4H10
58,1222
261,43
407,8
0,184
0,9718
1,2-Бутадиен
C4H6
54,0903
284
452
0,166
0,9603
1,3-Бутадиен
C4H6
54,0903
268,74
425,37
0,193
0,9709
Этилацетилен
C4H6
54,0903
281,22
443,2
0,247
0,9661
1-Бутен
C4H8
56,1062
266,9
419,59
0,187
0,9716
Цис-2-бутен
C4H8
56,1062
276,87
435,58
0,203
0,9666
Транс-2-бутен
С4Н8
56,1062
274,03
428,63
0,218
0,9679
Циклобутан
С4Н8
56,1062
285,66
459,93
0,185
0,9634
2-метилпропен
С4Н8
56,1062
266,25
417,9
0,189
0,9719
2,2-диметилпропан
С5Н12
72,1487
282,65
433,8
0,196
0,9602
Бромхлордифторметан
CBRClF2
165,3629
269,14
426,15
0,187
0,9721
Бромтрифторметан
CBrF3
148,9098
215,26
340,15
0,17
0,9856
Дихлордифторметан
CCl2F2
120,9104
243,36
384,95
0,18
0,9794
Хлортрифторметан
CClF3
104,4573
296,97
471,2
0,189
0,9622
Тетрафторметан
CF4
88,0042
145,09
227,5
0,179
0,9961
Хлорметан
CH3Cl
50,4860
248,93
416,25
0,153
0,9840
Фторметан
CH3F
34,0329
194,82
317,42
0,198
0,9921
Метан
СН4
16,0425
111,66
190,56
0,012
0,9981
Метилмеркаптан
CH4S
48,1100
279,11
469,95
0,158
0,9682
Метиламин
CH5N
31,0573
266,82
430,05
0,281
0,9679
Дихлорфторметан
CHCl2F
102,9200
282,05
451,58
0,205
0,9717
Хлордифторметан
CHClF2
86,4669
232,32
369,3
0,219
0,9846
Трифторметан
CHF3
70,0138
191,09
299,01
0,264
0,9920
Хлор
Cl2
70,9030
239,12
417,15
0,069
0,9871
Оксид углерода
CO
28,0100
81,7
132,92
0,0663
0,9997
Диоксид углерода
CO2
44,0094
194,7
304,19
0,2276
0,9945
Карбонилсульфид
COS
60,0775
223
378,8
0,097
0,9880
Дейтерий
D2
2,0141
23,65
38,35
-0,1449
1,0006
Фтор
F2
37,9968
84,95
144,12
0,053
0,9996
Водород
H2
2,0160
20,39
33,18
-0,215
1,0007
Сероводород
H2S
34,0835
212,8
373,53
0,0942
0,9912
Хлористый водород
HCl
36,4595
188,15
324,65
0,1315
0,9942
Гелий
He
4,0026
4,22
5,2
-0,39
1,0008
Криптон
Kr
83,7982
119,8
209,35
0
0,9978
Азот
N2
28,0137
77,34
126,2
0,0377
0,9998
Оксид диазота
N2O
44,0131
184,67
309,57
0,1408
0,9942
Неон
Ne
20,1798
27,09
44,4
-0,0395
1,0005
Трифторид азота
NF3
71,0021
144,09
234
0,12
0,9963
Аммиак
NH3
17,0308
239,72
405,65
0,2526
0,9778
Оксид азота
NO
30,0063
121,38
180,15
0,5829
0,9997
Кислород
O2
31,9988
90,19
154,58
0,0222
0,9993
Фосфин
PH3
33,9977
185,41
324,75
0,0452
0,9929
Гексафторид серы
SF6
146,0579
209,25
318,69
0,2151
0,9875
Тетрафторид кремния
SiF4
104,0786
187,15
259
0,3858
0,9938
Силан
SiH4
32,1169
161
269,7
0,0938
0,9945
Диоксид серы
SO2
64,0663
263,13
430,75
0,2453
0,9835
Ксенон
Xe
131,2936
165,03
289,74
0
0,9944