DIN 1871-1999 Gaseous fuels and other gases - Density and other volumetric quantities《气体燃料和其它气体 密度和其它与体积相关的数量值》.pdf

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1、DEUTSCHE NORM Mai 1999 Gasfrmige Brennstoffe und sonstige Gase Dichte und andere volumetrische Gren DIN 1871 ICs 71.100.20; 75.160.30 Ersatz fr Ausgabe 1980-05 Gaseous fuels and other gases - Density and other volumetric quantities Combustibles gazeux et autres gaz - Densit et autres grandeurs volum

2、triques Vorwort Diese Norm wurde vom Arbeitsausschu NMP 622/FABERG ,Anforderungen an und Prfung von Brenngasen“ im Normenausschu Materialprfung (NMP) in Zusammenarbeit mit dem Fachausschu Minerall- und Brennstoff nor- mung (FAM) des NMP und den Normenausschssen Bergbau (FABERG) und Gastechnik (NAGas

3、) im DIN ausgearbeitet. Die Festlegungen in dieser Norm zu Sachverhalten, die auch in der Internationalen Norm IS0 6976 : 1995 sowie in DIN 51857 behandelt werden, stimmen mit den Festlegungen in diesen Normen im wesentlichen berein. nderungen Gegenber Ausgabe Mai 1980 wurden folgende Anderungen vor

4、genommen: a) Aufnahme zustzlicher Stoffe; b) Aufnahme zustzlicher Stoffkenngren; c) berarbeitung der Stoffdaten; d) Sachliche und redaktionelle berarbeitung des Textes. Frhere Ausgaben DIN 1871: 1936-08,1961-08,1978-02,1980-05 Fortsetzung Seite 2 bis 24 Normenausschu Materialprfung (NMP) im DIN Deut

5、sches Institut fr Normung e. V. Fachausschu Minerall- und Brennstoffnormung (FAM) des NMP Normenausschu Bergbau (FABERG) im DIN Normenausschu Gastechnik (NAGas) im DIN O DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Ins

6、titut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Ref-NI: DIN 1871 : 1999-05 Preisgr. 13 VertL-Nr. 0013 Seite 2 DIN 1871 : 1999-05 1 Anwendungsbereich Bei technischen Anwendungen werden Gasportionen (siehe DIN 32629) teils als Volumen, teils al

7、s Masse oder Stoffmenge gemessen. Zum Umrechnen zwischen Volumen und Masse einer Gasportion ist die Kenntnis der Dichte des Gases notwendig, zum Umrechnen zwischen Masse und Stoffmenge die molare Masse des Gases. Diese Norm enthlt Zahlenwerte der molaren Masse und der Normdichte fr eine Auswahl von

8、Gasen technischer Bedeutung. Weiterhin werden Zahlenwerte fr eine Reihe anderer volumetrischer Gren fr Gase im Normzustand angegeben: - die relative Dichte, bezogen auf Luft; - der Realgasfaktor; - das molare Volumen. Das Umrechnen eines Gasvolumens vom Normzustand auf andere Zustandsbedingungen (Dr

9、uck und Temperatur) erfordert die Kenntnis der Druck- und Temperaturabhn- gigkeit der Dichte des Gases bzw. der anstelle der Dichte verwendeten volumetrischen Stoffgre. In vielen Fllen gengt hierfr das Ideale Gasgesetz. Fr Umrechnungen hherer Genauigkeitsansprche im Temperaturbereich von 0C bis 30C

10、und Drcke bis 2bar werden Zahlen- werte der zweiten Virialkoeffizienten bei 0C und 30C angegeben. Gasgemische knnen auch Anteile von Dmpfen ent- halten. Fr diesbezgliche Umrechnungen werden fr eine Reihe von Dmpfen Zahlenwerte der molaren Masse und der Virialkoeffizienten angegeben. In dieser Norm w

11、ird unterschieden zwischen ,Gasen“ und ,Dmpfen“. Ein Gas im Sinne dieser Norm ist ein reiner Stoff, dessen Siedetemperatur bei Normdruck kleiner ist als die Normtemperatur. Ein Dampf im Sinne dieser Norm ist ein reiner Stoff, dessen Siedetemperatur bei Norm- druck grer oder gleich der Normtemperatur

12、 ist. Feuchte Gase werden in dieser Norm als Gasgemische aus dem jeweiligen Gas und Wasserdampf behandelt. 2 Normative Verweisungen Diese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verwei- sungen Festlegungen aus anderen Publikationen. Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im

13、Text zitiert, und die Publikationen sind nachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere Anderungen oder Uberarbeitungen ,dieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch Anderung oder Uber- arbeitung eingearbeitet sind. Bei undatierten Verweisun- gen gilt die letzte Ausgabe

14、der in Bezug genommenen Publikation. DIN 1306 Dichte - Begriffe, Angaben Referenzzustand, Normzustand, Normvolumen - Begriffe und Werte Stoffportion - Begriff, Kennzeichnung Gasfrmige Brennstoffe und sonstige Gase - Berech- nung von Brennwert, Heizwert, Dichte, relativer Dichte und Wobbeindex von Ga

15、sen und Gasgemischen DIN 1343 DIN 32629 DIN 51857 DIN 51896-1 Gasanalyse - Zusammensetzungsgren, faktor - Teil 1: Grundlagen Gasanalyse - Zusammensetzungsgren, faktor - Teil 2: Anwendung DIN 51896-2 IS0 6976 : 1995 Realgas- Realgas- 11 1 121 131 141 3 Natural gas - Calculation of calorific value, de

16、nsity, relative density and Wobbe index from composition R. C. Reid, J. M. Prausnitz, B. E. Poling, ,The Proper- ties of Gases and Liquids“, 4th Ed., New York: McG raw-H il I, 1987 Bundesanstalt fr Arbeitsschutz (Hrsg.): Gas-Atlas, Schriftenreihe Gefhrliche Arbeitsstoffe - GA 32, Dortmund 1989 (ISBN

17、-Nr 388314-928-4), zu be- ziehen bei: Wirtschaftsverlag NW, Postfach 10 11 IO, 27511 Bremerhaven Unverffentlichte Untersuchungsergebnisse der Messer Griesheim GmbH, Duisburg (Dr. D. Baumer, Dr. E. Riedel) Kay, W. B.: Ind. Chem. Eng. 28,1014 - 1019 (1936) Definitionen Fr die Anwendung Definitionen: d

18、ieser Norm gelten die folgenden 31 Normzustand (eines Gases) Der Normzustand eines Gases ist der durch die Norm- temperam T, = 273,15 K (t, = OOC) und den Normdruck p, = 101,325 kPa (p, = 1,013 25 bar) festgelegte Bezugs- zustand (siehe auch DIN 1343). 3.2 Dichte (eines Gases) Die Dichte e(p, T) ein

19、es Gases ist der Quotient aus der Masse der Gasportion und ihrem Volumen bei dem Druck p und der Temperatur T (siehe auch DIN 1306). 3.2.1 Normdichte (eines Gases) Die Normdichte e, eines Gases ist seine Dichte im Norm- zustand (siehe 3.1). 3.3 Relative Dichte (eines Gases) Die relative Dichte d(p,

20、T) eines Gases ist der Quotient aus der Dichte des Gases und der Dichte trockener Luft (siehe Anhang A) bei gleichem Druck p und gleicher Temperatur T (siehe auch DIN 1306). ANMERKUNG: Die relative Dichte eines Gases hngt weitaus schwcher von Druck und Temperatur ab als seine Dichte. Seite 3 DIN 187

21、1 : 1999-05 3.3.1 Relative Normdichte (eines Gases) Die relative Normdichte d, eines Gases ist der Quotient aus der Normdichte des Gases und der Normdichte trockener Luft (siehe Anhang A). 3.4 Molares Volumen (eines Gases) Das molare Volumen Vm(p, T) eines Gases ist der Quo- tient aus dem Volumen de

22、r Gasportion bei dem Druckp und der Temperatur T und ihrer Stoffmenge. Der Kehrwert des molaren Volumens wird als molare Dichte em (p, T) bezeichnet. 3.4.1 Molares Normvolumen (eines Gases) Das molare Normvolumen Vmn eines Gases ist sein molares Volumen im Normzustand (siehe 3.1). 3.5 Molare Masse (

23、eines Gases) Die molare Masse A4 eines Gases ist der Quotient aus der Masse der Gasportion und ihrer Stoffmenge. 3.6 Realgasfaktor (eines Gases) Der Realgasfaktor Z(p, T) eines Gases ist der Quotient aus dem molaren Volumen des Gases und dem molaren Volumen des Idealen Gases bei gleichem Druck p und

24、 gleicher Temperatur T. Eine quivalente Definition des Realgasfaktors ist durch Gleichung (1) gegeben. P. Vm(P, T) =z(piT) .R . T (1 1 Dabei ist: P (absoluter) Druck des Gases: Vm, T) molares Volumen des Gases bei dem Druckp und der Temperatur T; R universelle (molare) Gaskonstante mit R = 8,314 510

25、kJ/(kmol. K); T thermodynamische (absolute) Temperatur des Gases. Fr den Realgasfaktor eines Gases im Normzustand, Z(pn, Tn), wird das Formelzeichen Z, verwendet. ANMERKUNG: Fr das ,Ideale Gas“ gilt unabhngig von Druck und Temperatur Z = 1. Fr reale Gase mit Aus- nahme von Wasserstoff, Helium und Ne

26、on ist bei den hier betrachteten Drcken und Temperaturen Z o ,/j=-m fr B;(T) o) o) P - sa, u* r - 3 .!? L z Seite 14 DIN 1871 : 1999-05 L z Seite 15 DIN 1871 : 1999-05 h .I- c N 8 r“ a, O = (r o) o) P - sa, u* r - 3 .!? - O OE Qm o L .I- 3 a, -mp c L z b O I Co O I Dm Seite 16 DIN 1871 : 1999-05 h c

27、 c N a, v) a, o v (r Q) Q) P c O - im L z Seite 17 DIN 1871 : 1999-05 h c c N a, V a, o v (r Q) Q) P c O - im L z Seite 18 DIN 1871 : 1999-05 L c 3 Lg - a, c L z m Y o v) 3 m 2 o Seite 19 DIN 1871 : 1999-05 Stickstoff Sauerstoff Argon Kohlenstoffdioxid Anhang A (normativ) Zusammensetzung trockener L

28、uft Tabelle Al 0,781 02 0,209 46 0,009 16 0,000 33 I Stoff mengenanteil I Komponente I Wasserstoff Distickstoffoxid Kohlenstoffmonooxid 0,000 O00 5 0,000 O00 3 0,000 O00 2 I 0,000 018 2 I Neon I I 0,000 005 2 I Helium I I 0,000 O01 5 I Methan I I 0,000 O01 1 I Krypton I I 0,000 O00 1 I Xenon I I I Q

29、uelle: IS0 6976 : 1995 bzw. DIN 51857 : 1997-03 Anhang B (informativ) Datenquellen und Rechenverfahren B.l Tabelle2 6.1 .I Tabelle 2 - Basisdaten Basisdaten in Tabelle 2 sind: - die molare Masse M; - der Realgasfaktor im Normzustand Z,. Die Werte der molaren Masse sind aus den IUPAC-Werten der atoma

30、ren Massen (siehe C.9) errechnet worden und stimmen fr die dort behandelten Stoffe mit den Werten in IS0 6976 : 1995 berein. Der Wert fr trockene Luft wurde unter Verwendung der in IS0 6976 : 1995 angegebenen Rundungsregeln berechnet. Die Werte des Realgasfaktors sind entweder direkt der IS0 6976 :

31、1995 entnommen oder aus den in Tabelle 3 angegebenen Werten des Dichte-Virialkoeffizienten Bo nach Gleichung (B.l) berechnet. 2, = 1 + B pn Der hierbei bentigte Wert des Druck-Virialkoeffizienten B wird nach Gleichung (8.2) aus Bo berechnet (siehe Gleichung (8.3). 6.1.2 Tabelle 2 - Abgeleitete Daten

32、 und Rechenverfahren Abgeleitete Daten in Tabelle 2 sind: - die Normdichte e,; - die relative Normdichte d,; - das molare Normvolumen Vmn. Die abgeleiteten Daten werden auf Grundlage der Gleichungen (4), (5) und (6) aus den Basisdaten berech- net. Hierfr gelten die Gleichungen (B.3), (B.4) und (B.5)

33、. P.3) Z, . R . T, Pn Vnm = M . z, (Luft) M (Luft) . z, d, = B.2 Tabelle3 6.2.1 Tabelle 3 - Basisdaten Basisdaten in Tabelle 3 sind: - die molare Masse M; - der Dichte-Virialkoeffizient Bo; - der Dichte-Virialkoeffizient Seite 20 DIN 1871 : 1999-05 Fr die Werte der molaren Masse gilt dieselbe Aussag

34、e wie in B.1.1. Die Werte der Dichte-Virialkoeffizienten sind im wesent- lichen der Literatur entnommen. Hierbei sind zwei Flle zu unterscheiden: Direkte Datenbernahme aus der Literatur. Dieses Verfahren wurde im wesentlichen bei den in IS0 6976 : 1995 und DIN 51857 behandelten Stoffen verwendet. Be

35、rechnung mittels in der Literatur angegebener stoff- spezifischer Gleichungen, die den Virialkoeffizienten als Funktion der Temperatur ber einen Bereich ange- ben. Hierbei ist Bedingung, da der angegebene Tem- peraturbereich die Normtemperatur T, = 273,15 K enthlt; Extrapolationen wurden nur in begr

36、ndeten Einzelfllen, die entsprechend gekennzeichnet sind, zugelassen. Dieses Verfahren wurde berwiegend bei denjenigen Stoffen angewandt, die nicht in IS0 6976 : 1995 und DIN 51857 behandelt werden. Hierbei wurden im wesentlichen C.3 und C.15 ver- wendet. Bei einigen Stoffen, bei denen die Literatur

37、recherche erfolglos war, wurden die Virialkoeffizienten nach dem Nherungsverfahren von C.13 aus Literaturwerten der kritischen Temperatur, des kritischen Druckes und des Azentrikfaktors berechnet. Zur Information, wie weit ein Stoff (gemessen an seiner Siedetemperatur) von der Grenze (ts = OOC) entf

38、ernt ist, die Gase und Dmpfe im Sinne dieser Norm trennt (siehe Abschnitt I), sind in Tabelle 3 auch die Siedepunkte der Stoffe angegeben. B.2.2 Tabelle 3 -Abgeleitete Daten und Rechenverfahren Abgeleitete Daten in Tabelle 3 sind: - der Druck-Virialkoeffizient B; - der Druck-Virialkoeffizient Bjo. F

39、r Gase im Sinne dieser Norm werden die Druck-Virial- koeffizienten nach Gleichung (B.6) aus den Dichte-Virial- koeffizienten berechnet (reale Umrechnung, siehe Gleichung (B.3). 41 +4. B(T) .p,/R. T - 1 2 Pn B(T) = Fr Dmpfe im Sinne dieser Norm werden die Druck-Viri- alkoeffizienten nach Gleichung (B

40、.7) aus den Dichte-Virial- koeffizienten berechnet (ideale Umrechnung, siehe Gleichung (8.3). B.3 Umrechnungen zwischen Viria1 koeff izienten Zwischen den durch die Gleichungen (2) und (3) definier- ten Druck-Virialkoeffizienten B und Dichte-Virialkoeffizi- enten B besteht die Beziehung nach Gleichu

41、ng (8.8). Dabei ist R die Gaskonstante und T die Temperatur des Gases. Diese Beziehung gilt fr die Koeffizienten der vollstndi- gen Potenzreihen in den Gleichungen (2) und (3). Verwen- det man als Nherung fr den Realgasfaktor Z(p, T) die nach dem linearen Glied abgebrochenen Reihen entspre- chend Gl

42、eichung (B.9) und Gleichung (BIO), Z(P, T) = 1 +B(T) . e, (B.lO) so ergibt sich fr die Umrechnung von Dichte-Virialkoeffi- zienten B in Druck-Virialkoeffizienten B die Gleichung (B.11). Z(p, T) = 1 + B(T) p (B.9) B(T) Z(p, T) . R . T B(T) = (B.ll) Im Fall der ,idealen Umrechnung“, d. h. mit Z = 1, f

43、olgt hier- aus die Gleichung (6.8). Im Fall der ,realen Umrechnung“, d. h. mit Z = 1 + B p, ergibt sich fr B eine quadratische Gleichung mit folgender Lsung: (B.12) 1 + 4 . B(T) . p/R . T - 1 B(T) = 2.P Das Ergebnis hngt somit von dem Druckp ab, der fr die Umrechnung zugrunde gelegt wird. In dieser

44、Norm ist der Bezugsdruck fr derartige Umrechnungen stets der Normdruckp,. Seite 21 DIN 1871 : 1999-05 Anhang C (informativ) Zusammenstellung der Quellenangaben fr Stoffdaten c.1 c.2 c.3 c.4 c.5 C.6 c.7 C.8 c.9 c.10 c.11 c.12 C.13 C.14 C.15 C.16 C.17 C.18 c.19 c.20 c.21 c.22 C.23 S. Angus, B. Armstro

45、ng, K. M. de Reuck (Eds.), ,Chlorine. International Thermodynamic Tables of the Fluid State - 8. Tentative Tables“, International Union of Pure and Applied Chemistry, Chemical Data Series No 31, Oxford: Perga- mon Press, 1985 G. T. Armstrong, T. L. Jobe Jr., ,Heating Values of Natural Gas and Its Co

46、mponents“, NBSIR 82-2401, Washington: U.S. Department of Commerce, 1982 T. E. Daubert, R. P Danner, ,Physical and Thermodynamic Properties of Pure Chemicals“, New York: Hemisphere, 1989 J. H. Dymond, E. B. Smith, ,The Virial Coefficients of Pure Gases and Mixtures“, Oxford: Clarendon Press, 1980 ,En

47、cyclopedie des Gaz“, Lair Liquide, Amsterdam: Elsevier, 1976 L. Haar, J. S. Gallagher, ,Thermodynamic Properties of Ammonia“, J. Phys. Chem. Ref. Data 7 (1978) 635 J. Hilsenrath, H. J. Hoge, C. W. Beckett, J. F. Masi, W. S. Benedict, R. L. Nuttall, L. Fano, Y S. Touloukian, H. W. Woolley, ,Tables of

48、 Thermodynamic and Transport Properties of Air, Argon, Carbon Dioxide, Carbon Monoxide, Hydrogen, Nitrogen, Oxygen and Steam“, Oxford: Pergamon Press, 1960 R. W. Hyland, A. Wexler, ,The Second Interaction (Cross) Virial Coefficient for Moist Air“, J. Res. Nat. Bur. Stand. 77 International Union of P

49、ure and Applied Chemistry, ,Atomic Weights of the Elements 1991: Pure Appl. Chem. 64 Landolt-Brnstein, ,Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik und Technik, J. Bartels, P Ten Bruggencate, H. Hausen, K. H. Hellwege, KI. Schfer, E. Schmidt (Hrsg.), II. Band, 2. Teil, Bandteil a: ,Gleichgewichte Dampf-Kondensat und osmotische Phnomene“, 6. Auflage, Berlin: Springer, 1960 Landolt-Brnstein, ,Zahlenwerte und Fu