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【摘 要】 以异丁烷、高纯氧、高纯氮为原料,采用称量法配制浓度为0.45%、0.90%,不确定度为小于3%的异丁烷标准气,用分析法检测结果,经检测表明该方法配制的异丁烷标准气精确度高,稳定性能好,质量符合要求。
【关键词】 异丁烷标准气 色谱检测仪 称量法 可燃气体报警仪[1]
Study on the preparation of isobutan standard gas
【Abstract】 Isobutan, high-purity oxygen and high-purity nitrogen are used as raw materials to prepare two kinds of isobutan standard gas in which isobutan concentration is 0.45% and 0.90%, respectively, and uncertain gas is less than 3% by weighing method. The standard gas is analyzed by gas chromatogram. Results indicate that weighing method used can prepare high accuracy isobutan standard gas with excellent stability as well as high quality.
【Key words】Isobutan standard gasGas chromatogramWeighing methodFlammable gas alarm
异丁烷标准气,是用来调校可然气体报警仪刻度的专用标准气体。在化学工业生产、石油加工、油田、煤矿、油库、等企业中广泛地使用,它能使报警仪器的测量值准确。保证生产过程的安全。异丁烷标准气是由高纯氧气、高纯氮气合成空气配以一定浓度的异丁烷配制而成。异丁烷在空气中的爆炸极限为1.8~8.4(体积比),调校报警仪所需异丁烷标准气体的浓度为0.45%、0.90%,不确定度≤3%。在配置过程中一定要避开爆炸限。根据以上的要求,对异丁烷标准气进行了研制,取得了较满意的结果。
1实验部分
1.1配制方法。首先对气瓶进行予处理,把钢瓶放在80℃的烘相中抽真空4小时后关瓶阀,冷却两小时。用氮气冲洗配气机管路,把冷却后的钢瓶安装到配气机上查看真空表读数,再次抽真空,关瓶阀对气瓶进行称重。称重后打开阀门继续抽真空30分钟关闭瓶阀、真空泵阀。打开异丁烷(99.9%)钢瓶阀门,把抽真空的钢瓶阀门打开,查看充入异丁烷的压力,达到标准关瓶阀称重。在分别充入氧气、氮气。该方法用于气瓶内壁之间不发生反,在实验条件下处于气态的可凝结组分[2]。
1.2仪器与原料。
1.2.1仪器:SQ-206型气相色谱仪;82Ⅱ型配气机;TG320B型精密天平;701型干燥箱;4L标准气瓶。
1.2.2原料气:异丁烷(99.99%)光明研究所;高纯氧(99.995%)辽化宏昊气体厂;高纯氮(99.995%)辽化宏好气体厂。
1.3配制原理。由于配制的异丁烷标准气浓度较小,受天平及砝码精度的限制,很难称量出异丁烷气的含量,既使称量出结果,其误差也较大所以在配制中采用二次稀释法,由于异丁烷在空气中的爆炸极限较宽(1.8～8.4体积比)[3],而选用氮气作底气。即全部配置过程分两步进行:第一步:一次稀释法配制25%氮中异丁烷标准气。第二步:用配好的25%氮中异丁烷标准气,二次稀释制备0.45%、0.90%空气中的混合异丁烷标准气。
对抽真空的气瓶及充入一定量异丁烷组分的气瓶进行称量。由两次称量的读数差确定充入气瓶内气体的组分的质量,依次充入各种组分的气体,便得到所需要的混合气。
1.3.1一次稀释法:适用于制备摩尔分数范围为10-2≤xi≤1的混合气,混合气A中i组分的摩尔浓度由下式计算:
式中:ni——质量为mi,摩尔质量为Mi的组分i的量。即
ni=mi/Mi
nj——质量为mj,摩尔质量为Mj的组分j的量。即
nj=mj/Mj
1.3.2二次稀释法:适用于制备摩尔浓度范围为10-3≤xi≤10-2的混合气,取质量为N1的混合气(即一次稀释法中制备的混合气A),用摩尔质量为Md,质量为Nd1气体进行稀释。一次稀释中所用的稀释气在这里也适用。稀释所得的混合气B所含组分i的浓度由下式计算:
式中:ndi=(N1/m)·ni——质量为N1的混合气A所含组分i的摩尔数
nd1=Nd1/Md——质量为Nd1的稀释气的摩尔数
nd2=(N1/m)·n——质量为N1的混合气A所含组分i、j的摩尔数
n、m——为混合气中各组分量的总和
1.3.3标准气体的分析:在配气机上填充总压为10Mpa,标准气体含异丁烷不确定度为≤3%,标准气体组分的不确定度来自原料气纯度的不确定度和标准气称量的不确定度,所用异丁烷纯度99.99%,由此引入的不确定度为0.01%,称量不确定度分别为0.35%和0.24%,两种气体浓度的不确定度见表1。
2结果与讨论
2.1标准气体的稳定性。稳定性是评价标准气体质量的主要性能参数,稳定性包括标准气体压力的变化和随放置时间长短的变化,经对标准气体随时间的变化测定,分别对0.45%、0.90%两种浓度共6瓶,标准气体进行了11各月的考察,测定结果见表3与表4。
表30.45%—C4H10/air稳定性评定结果
表40.90%—C4H10/air稳定性评定结果
从分析结果看出,标准气体浓度变化值,在允许范围内,所研究的标准气体在考擦期限内是稳定的(浓度单位为%、压力单位为Mpa)。
压力变化能引起吸附平衡的变化,从而使浓度值发生变化,为了考察其影响,选浓度0.45%及0.90%标准气各两瓶,使其压力逐渐减小,从10、8、6、4MPa最后降至2Mpa,测其浓度随压力的变化值,结果见表5。
表5标准气体浓度随压力的变化
从表中可以看出,该标准气体的相对误差,浓度为0.90%的相对误差为±5%,浓度为0.45%的相对误差为5%,测得结果表明从10Mpa降到2Mpa浓度变化值,是在允许误差分范围内。
3结论
经实际应用,我们研制的两种不同浓度的标准异丁烷气体,配制方法合理,用气相色谱仪分析方法准确快速,标准异丁烷气体稳定性好,浓度值随压力和放置时间的变化在允许误差之内,它可用于多种可燃气体的报警。
参考文献
1李物开.可燃气体检测报警仪.北京:中国计量出版社,1990:12～15
2中国标准出版社总编室.标准用混合气体的制备.北京:中国标准
出版社,1990:653～663
3韩永志.标准物质手册.北京:中国计量出版社,1998:10～11
【关键词】 异丁烷标准气 色谱检测仪 称量法 可燃气体报警仪[1]
Study on the preparation of isobutan standard gas
【Abstract】 Isobutan, high-purity oxygen and high-purity nitrogen are used as raw materials to prepare two kinds of isobutan standard gas in which isobutan concentration is 0.45% and 0.90%, respectively, and uncertain gas is less than 3% by weighing method. The standard gas is analyzed by gas chromatogram. Results indicate that weighing method used can prepare high accuracy isobutan standard gas with excellent stability as well as high quality.
【Key words】Isobutan standard gasGas chromatogramWeighing methodFlammable gas alarm
异丁烷标准气,是用来调校可然气体报警仪刻度的专用标准气体。在化学工业生产、石油加工、油田、煤矿、油库、等企业中广泛地使用,它能使报警仪器的测量值准确。保证生产过程的安全。异丁烷标准气是由高纯氧气、高纯氮气合成空气配以一定浓度的异丁烷配制而成。异丁烷在空气中的爆炸极限为1.8~8.4(体积比),调校报警仪所需异丁烷标准气体的浓度为0.45%、0.90%,不确定度≤3%。在配置过程中一定要避开爆炸限。根据以上的要求,对异丁烷标准气进行了研制,取得了较满意的结果。
1实验部分
1.1配制方法。首先对气瓶进行予处理,把钢瓶放在80℃的烘相中抽真空4小时后关瓶阀,冷却两小时。用氮气冲洗配气机管路,把冷却后的钢瓶安装到配气机上查看真空表读数,再次抽真空,关瓶阀对气瓶进行称重。称重后打开阀门继续抽真空30分钟关闭瓶阀、真空泵阀。打开异丁烷(99.9%)钢瓶阀门,把抽真空的钢瓶阀门打开,查看充入异丁烷的压力,达到标准关瓶阀称重。在分别充入氧气、氮气。该方法用于气瓶内壁之间不发生反,在实验条件下处于气态的可凝结组分[2]。
1.2仪器与原料。
1.2.1仪器:SQ-206型气相色谱仪;82Ⅱ型配气机;TG320B型精密天平;701型干燥箱;4L标准气瓶。
1.2.2原料气:异丁烷(99.99%)光明研究所;高纯氧(99.995%)辽化宏昊气体厂;高纯氮(99.995%)辽化宏好气体厂。
1.3配制原理。由于配制的异丁烷标准气浓度较小,受天平及砝码精度的限制,很难称量出异丁烷气的含量,既使称量出结果,其误差也较大所以在配制中采用二次稀释法,由于异丁烷在空气中的爆炸极限较宽(1.8～8.4体积比)[3],而选用氮气作底气。即全部配置过程分两步进行:第一步:一次稀释法配制25%氮中异丁烷标准气。第二步:用配好的25%氮中异丁烷标准气,二次稀释制备0.45%、0.90%空气中的混合异丁烷标准气。
对抽真空的气瓶及充入一定量异丁烷组分的气瓶进行称量。由两次称量的读数差确定充入气瓶内气体的组分的质量,依次充入各种组分的气体,便得到所需要的混合气。
1.3.1一次稀释法:适用于制备摩尔分数范围为10-2≤xi≤1的混合气,混合气A中i组分的摩尔浓度由下式计算:
式中:ni——质量为mi,摩尔质量为Mi的组分i的量。即
ni=mi/Mi
nj——质量为mj,摩尔质量为Mj的组分j的量。即
nj=mj/Mj
1.3.2二次稀释法:适用于制备摩尔浓度范围为10-3≤xi≤10-2的混合气,取质量为N1的混合气(即一次稀释法中制备的混合气A),用摩尔质量为Md,质量为Nd1气体进行稀释。一次稀释中所用的稀释气在这里也适用。稀释所得的混合气B所含组分i的浓度由下式计算:
式中:ndi=(N1/m)·ni——质量为N1的混合气A所含组分i的摩尔数
nd1=Nd1/Md——质量为Nd1的稀释气的摩尔数
nd2=(N1/m)·n——质量为N1的混合气A所含组分i、j的摩尔数
n、m——为混合气中各组分量的总和
1.3.3标准气体的分析:在配气机上填充总压为10Mpa,标准气体含异丁烷不确定度为≤3%,标准气体组分的不确定度来自原料气纯度的不确定度和标准气称量的不确定度,所用异丁烷纯度99.99%,由此引入的不确定度为0.01%,称量不确定度分别为0.35%和0.24%,两种气体浓度的不确定度见表1。
2结果与讨论
2.1标准气体的稳定性。稳定性是评价标准气体质量的主要性能参数,稳定性包括标准气体压力的变化和随放置时间长短的变化,经对标准气体随时间的变化测定,分别对0.45%、0.90%两种浓度共6瓶,标准气体进行了11各月的考察,测定结果见表3与表4。
表30.45%—C4H10/air稳定性评定结果
表40.90%—C4H10/air稳定性评定结果
从分析结果看出,标准气体浓度变化值,在允许范围内,所研究的标准气体在考擦期限内是稳定的(浓度单位为%、压力单位为Mpa)。
压力变化能引起吸附平衡的变化,从而使浓度值发生变化,为了考察其影响,选浓度0.45%及0.90%标准气各两瓶,使其压力逐渐减小,从10、8、6、4MPa最后降至2Mpa,测其浓度随压力的变化值,结果见表5。
表5标准气体浓度随压力的变化
从表中可以看出,该标准气体的相对误差,浓度为0.90%的相对误差为±5%,浓度为0.45%的相对误差为5%,测得结果表明从10Mpa降到2Mpa浓度变化值,是在允许误差分范围内。
3结论
经实际应用,我们研制的两种不同浓度的标准异丁烷气体,配制方法合理,用气相色谱仪分析方法准确快速,标准异丁烷气体稳定性好,浓度值随压力和放置时间的变化在允许误差之内,它可用于多种可燃气体的报警。
参考文献
1李物开.可燃气体检测报警仪.北京:中国计量出版社,1990:12～15
2中国标准出版社总编室.标准用混合气体的制备.北京:中国标准
出版社,1990:653～663
3韩永志.标准物质手册.北京:中国计量出版社,1998:10～11