stringtranslate.com

Стандартная температура и давление

Стандартная температура и давление ( СТП ) или стандартные условия для температуры и давления — это различные стандартные наборы условий для экспериментальных измерений, используемые для сравнения различных наборов данных. Наиболее используемыми стандартами являются стандарты Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК) и Национального института стандартов и технологий (НИСТ), хотя они не являются общепринятыми. Другие организации установили множество других определений.

В промышленности и торговле стандартные условия температуры и давления часто необходимы для выражения объемов газов и жидкостей, а также связанных с ними величин, таких как скорость объемного расхода (объемы газов значительно изменяются в зависимости от температуры и давления): стандартные кубические метры в секунду (См 3 /с) и нормальные кубические метры в секунду (Нм 3 /с).

Во многих технических публикациях (книгах, журналах, рекламе оборудования и машин) просто указываются «стандартные условия», не уточняя их; часто заменяя термин старыми «нормальными условиями» или «NC». В особых случаях это может привести к путанице и ошибкам. Хорошая практика всегда включает в себя эталонные условия температуры и давления. Если не указано иное, предполагаются некоторые условия окружающей среды в помещении, близкие к давлению 1 атм, 293 К (20 °C) и влажности 0%.

Определения

В химии ИЮПАК изменил определение стандартной температуры и давления в 1982 году: [1] [2]

NIST использует температуру 20 °C (293,15 K, 68 °F) и абсолютное давление 1 атм (14,696 фунтов на квадратный дюйм, 101,325 кПа). [3] Этот стандарт также называется нормальной температурой и давлением (сокращенно NTP ). Однако обычная температура и давление, используемые NIST для термодинамических экспериментов, составляют 298,15 K (25 ° C , 77 ° F ) и 1 бар (14,5038 фунтов на квадратный дюйм , 100 кПа ). [4] [5] NIST также использует 15 °C (59 °F) для температурной компенсации очищенных нефтепродуктов, несмотря на то, что эти два значения не совсем соответствуют друг другу. [6]

Стандартные исходные условия ISO 13443 для природного газа и подобных жидкостей составляют 288,15 К (15,00 °C; 59,00 °F) и 101,325 кПа; [7] для сравнения, Американский институт нефти принимает 60 °F (15,56 °C; 288,71 K). [8]

Прошлые использования

До 1918 года многие специалисты и ученые, использующие метрическую систему единиц, определяли стандартные опорные условия температуры и давления для выражения объемов газа как 15 °C (288,15 K; 59,00 °F) и 101,325  кПа (1,00  атм ; 760  торр ). В те же годы наиболее часто используемыми стандартными опорными условиями для людей, использующих имперскую или американскую традиционную систему, были 60 °F (15,56 °C; 288,71 K) и 14,696  фунтов на квадратный дюйм (1 атм), поскольку они почти повсеместно использовались в нефтяной и газовой промышленности по всему миру. Вышеуказанные определения больше не являются наиболее часто используемыми в любой из систем единиц. [9]

Текущее использование

В настоящее время организациями по всему миру используется множество различных определений стандартных исходных условий. В таблице ниже перечислены некоторые из них, но их больше. Некоторые из этих организаций использовали другие стандарты в прошлом. Например, ИЮПАК с 1982 года определил стандартные исходные условия как 0 °C и 100 кПа (1 бар), в отличие от своего старого стандарта 0 °C и 101,325 кПа (1 атм). [2] Новое значение — это среднее атмосферное давление на высоте около 112 метров, что ближе к средней высоте обитания человека в мире (194 м). [10]

Компании по добыче природного газа в Европе, Австралии и Южной Америке приняли 15 °C (59 °F) и 101,325 кПа (14,696 фунтов на кв. дюйм) в качестве стандартных условий для измерения объема газа, используемых в качестве базовых значений для определения стандартного кубического метра . [11] [12] [13] Кроме того, Международная организация по стандартизации (ISO), Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Национальный институт стандартов и технологий (NIST) имеют более одного определения стандартных условий в своих различных стандартах и ​​правилах.

Сокращения:

Международная стандартная атмосфера

В аэронавтике и гидродинамике « Международная стандартная атмосфера » (ISA) — это спецификация давления, температуры, плотности и скорости звука на каждой высоте. На стандартном среднем уровне моря она определяет температуру 15 °C (59 °F), давление 101 325 паскалей (14,6959 фунтов на квадратный дюйм) (1 атм ) и плотность 1,2250 килограмма на кубический метр (0,07647 фунта/куб. фут). Она также определяет вертикальный градиент температуры −6,5 °C (-11,7 °F) на км (приблизительно −2 °C (-3,6 °F) на 1000 футов). [45] [46]

Международная стандартная атмосфера является репрезентативной для атмосферных условий в средних широтах. В США эта информация определяется как Стандартная атмосфера США , которая идентична "Международной стандартной атмосфере" на всех высотах до 65 000 футов над уровнем моря. [ необходима цитата ]

Стандартные лабораторные условия

Поскольку многие определения стандартной температуры и давления значительно отличаются по температуре от стандартных лабораторных температур (например, 0 °C против ~28 °C), часто делается ссылка на «стандартные лабораторные условия» (термин, намеренно выбранный, чтобы отличаться от термина «стандартные условия для температуры и давления», несмотря на его семантическую близость при буквальном толковании). Однако то, что является «стандартной» лабораторной температурой и давлением, неизбежно связано с географией, учитывая, что разные части мира различаются по климату, высоте и степени использования тепла/охлаждения на рабочем месте. Например, школы в Новом Южном Уэльсе , Австралия, используют 25 °C при 100 кПа для стандартных лабораторных условий. [47] ASTM International опубликовала стандарт ASTM E41 — Терминология, касающаяся кондиционирования, и сотни специальных условий для конкретных материалов и методов испытаний . Другие организации по стандартизации также имеют специализированные стандартные условия испытаний. [ требуется ссылка ]

Молярный объем газа

При указании молярного объема газа [48] так же важно указывать применимые исходные условия температуры и давления, как и при выражении объема газа или объемного расхода. Указание молярного объема газа без указания исходных условий температуры и давления имеет очень мало смысла и может вызвать путаницу.

Молярный объем газов около STP и при атмосферном давлении можно рассчитать с точностью, которая обычно достаточна, используя закон идеального газа . Молярный объем любого идеального газа можно рассчитать при различных стандартных исходных условиях, как показано ниже:

Техническая литература может сбивать с толку, поскольку многие авторы не объясняют, используют ли они постоянную идеального газа R или удельную газовую постоянную R s . Соотношение между двумя константами следующее: R s = R / m , где m — молекулярная масса газа.

Стандартная атмосфера США (USSA) использует 8,31432 м 3 ·Па/(моль·К) в качестве значения R. Однако USSA в 1976 году признало, что это значение не согласуется со значениями постоянной Авогадро и постоянной Больцмана . [49]

Смотрите также

Пояснительные записки

  1. ^ Давление указано как 750 мм рт. ст . Однако мм рт. ст. зависит от температуры, поскольку ртуть расширяется при повышении температуры. Здесь приведены значения для диапазона 0–20 °C.
  2. ^ Стандарт указан как 29,92 inHg при неуказанной температуре. Это, скорее всего, соответствует стандартному давлению 101,325 кПа, преобразованному в ~29,921 inHg при 32 °F (0 °C).

Ссылки

  1. ^ abc AD McNaught и A. Wilkinson (1997). Nič, Miloslav; Jirát, Jiří; Košata, Bedřich; Jenkins, Aubrey; McNaught, Alan (ред.). IUPAC. Compendium of Chemical Terminology (PDF) (2-е изд.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. стр. 54. doi :10.1351/goldbook. ISBN 0-632-03583-8. Стандартные условия для газов: ... и давление 10 5  паскалей. Предыдущее стандартное абсолютное давление 1 атм (эквивалент 101,325 кПа) было изменено на 100  кПа в 1982 году. ИЮПАК рекомендует прекратить использование прежнего давления.
  2. ^ ab AD McNaught и A. Wilkinson (1997). "стандартное давление". IUPAC. Compendium of Chemical Terminology (2nd ed.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. doi :10.1351/goldbook.S05921. ISBN 978-0-9678550-9-7.
  3. ^ Дуарон, Теодор Д. (январь 2007 г.). «20 градусов Цельсия — краткая история стандартной опорной температуры для промышленных размерных измерений». NIST . 112 (1): 1–23. doi :10.6028/jres.112.001. PMC 4654601 . PMID  27110451. 
  4. ^ Helrich, Carl S. (2008-11-14). Современная термодинамика со статистической механикой. Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-85418-0.
  5. ^ "Руководство по NIST Chemistry WebBook". webbook.nist.gov . Получено 2020-10-06 .
  6. ^ «Технические характеристики, допуски и другие технические требования к весоизмерительным приборам» (PDF) . стр. 3-1.
  7. ^ ab Природный газ – Стандартные исходные условия (ISO 13443). Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1996.
  8. ^ API Измерение нефти
  9. ^ Doiron, Ted (янв.–февр. 2007 г.). «20 °C – Краткая история стандартной опорной температуры для промышленных размерных измерений». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 112 (1): 1–23. doi :10.6028/jres.112.001. PMC 4654601. PMID  27110451 . 
  10. ^ Коэн, Джоэл Э.; Смолл, Кристофер (24 ноября 1998 г.). «Гипсографическая демография: распределение населения по высоте». Труды Национальной академии наук . 95 (24): 14009–14014. Bibcode : 1998PNAS ...9514009C. doi : 10.1073/pnas.95.24.14009 . PMC 24316. PMID  9826643. 
  11. ^ Gassco . "Concepts – Standard cubic meter (scm)". Архивировано из оригинала 18 октября 2007 г. Получено 2008-07-25 . Scm: Обычное сокращение для standard cubic meter – кубический метр газа при стандартных условиях, определяемых как атмосферное давление 1,01325  бар и температура 15 °C. Эта единица измерения обеспечивает измерение объема газа.
  12. ^ Nord Stream (октябрь 2007 г.). "Статус маршрута трубопровода Nord Stream в Балтийском море" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-02-16 . Получено 2008-07-25 . bcm: Миллиард кубических метров (стандартный кубический метр — кубический метр газа при стандартных условиях, определяемых как атмосферное давление 1 атм и температура 15 °C.)
  13. ^ Metrogas (июнь 2004 г.). "Договор купли-продажи природного газа" . Получено 25.07.2008 . Природный газ при стандартных условиях означает количество природного газа, которое при температуре пятнадцать (15) градусов Цельсия и давлении 101,325 килопаскалей занимает объем одного (1) кубического метра.
  14. ^ NIST (1989). "Стандартная справочная база данных NIST 124 – Таблицы тормозной способности и диапазона для электронов, протонов и ионов гелия". Архивировано из оригинала 6 октября 2010 г. Получено 25 июля 2008 г. Если вы хотите, чтобы программа рассматривала материал как идеальный газ, предполагается, что плотность задана как M / V , где M — грамм-молекулярный вес газа, а V — мольный объем 22414 см 3 при стандартных условиях (0 °C и 1 атм).
  15. ^ ISO (1994). "ISO 10780:1994: Выбросы из стационарных источников. Измерение скорости и объемного расхода газовых потоков в каналах".
  16. ^ Роберт С. Уист, ред. (1975). Справочник по физике и химии (56-е изд.). CRC Press. стр. F201–F206. ISBN  978-0-87819-455-1.
  17. ^ Извлечение, первичная обработка и загрузка жидких и газообразных ископаемых видов топлива (Руководство по инвентаризации выбросов B521, виды деятельности 050201 – 050303) (PDF) . Копенгаген, Дания: Европейское агентство по охране окружающей среды. Сентябрь 1999 г.
  18. ^ ab «Закон о инспекции по электроэнергии и газу», SOR/86-131 (определяет набор стандартных условий для имперских единиц и другой набор для метрических единиц) Канадские законы.
  19. ^ «Стандарты производительности для новых источников», 40 CFR — Защита окружающей среды, Глава I, Часть 60, Раздел 60.2, 1990.
  20. ^ Райт, Дж. Д.; Джонсон, АН; Молдовер, М. Р. (2003). «Проектирование и неопределенность для стандарта расхода газа PVTt» (PDF) . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 108 (1): 21–47. doi :10.6028/jres.108.004. PMC 4844527 . PMID  27413592. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2004 г. 
  21. ^ (Также называется NTP, нормальная температура и давление.)
  22. ^ "В чем разница между STP и NTP?". Socratic . Архивировано из оригинала 2015-11-27 . Получено 2018-08-28 .
  23. ^ Almond, Peter R.; Biggs, Peter J.; Coursey, BM; Hanson, WF; Huq, M. Saiful; Nath, Ravinder; Rogers, DWO (1999). "Протокол AAPM TG-51 для клинической референтной дозиметрии высокоэнергетических фотонных и электронных пучков". Medical Physics . 26 (9): 1847–1870. Bibcode :1999MedPh..26.1847A. doi : 10.1118/1.598691 . PMID  10505874. S2CID  12687636.
  24. ^ «CRC Handbook of Chemistry and Physics», Определение окружающей среды, главы 1–26, 95-е издание, под ред. Уильяма М. Хейнса, CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2014.
  25. ^ «Национальные первичные и вторичные стандарты качества окружающего воздуха», 40 CFR — Защита окружающей среды, Глава I, Часть 50, Раздел 50.3, 1998.
  26. ^ "Глоссарий". Кливленд, Огайо, США: Институт сжатого воздуха и газа. 2002. Архивировано из оригинала 2007-09-02.
  27. ^ ab "The SI Metric System of Units and SPE Metric Standard (1982)" (PDF) . Общество инженеров-нефтяников. Стандартная температура (страница 24) и примечания к таблице 2.3 (на странице PDF 25 из 42 страниц PDF) определяют два различных набора исходных условий: один для стандартного кубического фута и один для стандартного кубического метра.
  28. ^ Фильтры воздухозаборника (ISO 5011:2002). Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 2002.
  29. ^ «Хранение и обращение с сжиженными нефтяными газами» и «Хранение и обращение с безводным аммиаком», 29 CFR — Труд, Глава XVII — Управление по охране труда и технике безопасности, Часть 1910, Раздел 1910.110 и 1910.111, 1993 Хранение/обращение сжиженного нефтяного газа.
  30. ^ «Правило 102, Определение терминов (Стандартные условия)», с поправками от декабря 2004 г., Управление по контролю качества воздуха Южного побережья, Лос-Анджелес, Калифорния, Правило 102 US SCAQMD
  31. ^ "49 CFR § 171" . Получено 22 мая 2018 г. .
  32. ^ Sierra Bullets. "Глава 3 – Влияние высоты и атмосферных условий (Раздел внешней баллистики)". Руководство по перезарядке винтовок и пистолетов (5-е изд.). Седалия, Миссури, США. Архивировано из оригинала 2006-03-09 . Получено 2006-02-03 .
  33. ^ Газовые турбины – Приемочные испытания (ISO 2314:2009) (2-е изд.). Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 2009.
  34. ^ Газовые турбины – Закупки – Часть 2: Стандартные исходные условия и характеристики (ISO 3977-2:1997). Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1997.
  35. ^ "ASHRAE Handbook Online". www.ashrae.org . Получено 2023-08-09 .
  36. ^ Стандарт ANSI/AMCA 210, «Лабораторные методы испытаний вентиляторов для оценки аэродинамических характеристик», как указано на http://www.greenheck.com/pdf/centrifugal/Plug.pdf при доступе 17 октября 2007 г.
  37. ^ Данный стандарт AMCA применяется только к воздуху; Ассоциация сжатого газа [CGA] применяется к использованию промышленного газа в США.
  38. ^ Ассоциация, Сжатый газ (2012-12-06). Справочник по сжатому газу. Springer. ISBN 9781461306733. Получено 22 ноября 2017 г.
  39. ^ Справочник пилота по авиационным знаниям (PDF) . Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации. 2016. С. 4-3.
  40. ^ Кондиционеры, жидкостные холодильные агрегаты и тепловые насосы с электроприводными компрессорами для отопления и охлаждения помещений. Великобритания: BSI EN. 2013.
  41. ^ Стандартная атмосфера. Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1975.
  42. ^ Природный газ — Стандартные исходные условия. Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 1996.
  43. ^ Газовый анализ - Словарь. Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. 2015.
  44. ^ Referenzzustand, Normzustand, Normvolumen; Бегрифф и Верте. Германия: Deutsches Institut für Normung. 1990.
  45. ^ Auld, DJ; Srinivas, K. (2008). "Свойства атмосферы". Архивировано из оригинала 2013-06-09 . Получено 2008-03-13 .
  46. ^ Бэтчелор, Г.К., Введение в динамику жидкости , Cambridge Univ. Press, 1967.
  47. ^ Питер Гриббон ​​(2001). Excel HSC Chemistry Pocket Book Years 11–12 . Pascal Press. ISBN 978-1-74020-303-6.
  48. ^ "Фундаментальные физические свойства: молярные объемы (значения CODATA для идеальных газов)". NIST .
  49. ↑ Стандартная атмосфера США, 1976 г., Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия, 1976 г.

Внешние ссылки