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丙二醇溶液的粘度
作者:管理员   时间:2019-07-01 15:00  来源:未知   浏览:次

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JoVE Science Education Database. 化学工程. 丙二醇溶液的粘度. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

PRINCIPLES

运动粘度是动态粘度与密度的比值。剪切应力与剪切速率的比值是流体的动粘度, 它是牛顿流体在层流中对变形的阻力的量度。该比值对运动粘度是唯一的, 它通过考虑两个变量, 运动粘度和浓度来实现对未知变量的插值。

温度、密度和成分可以在流动的变形中产生变化。在液相流体中, 压力是微不足道的, 所以它不影响这个实验。由于哈根-叶定律中的关系, 可以用粘度计测量运动粘度, 表示压降是由于重力、动粘度和运动粘度所致。运动粘度也可以与时间有关, 使用粘度计常数特定的每一个毛细管玻璃,

Equation 1

其中, 是运动粘度, C 是粘度计常数, t 是时间. Equation 2粘度计常数通常由粘度计的制造商来测量和提供。上述方程用于确定运动粘度, 它可以通过乘以流体的密度来转化为动态粘度,

Equation 3

当µ是动态粘度时, 是运动粘度, ρ是密度. Equation 2该信息可用于图形化的溶质浓度和动态粘度关系。

Fenske 粘度计广泛用于测量各种溶液的粘度。该粘度计浸泡在一个大的水浴, 其中包含一个温度控制线圈和鳍保持恒定的 thermoequilibrium。毛细管收缩液体的向动 , 使液体流经毛细管区域所需的时间乘以粘度计常数来给出运动粘度。更大的毛细管玻璃器皿被用来测量高粘度的溶液。更多的粘性溶液需要更长的时间才能通过毛细管玻璃。此信息可用于比较未知的已知浓度。

PROCEDURE

1. 粘度计的制备

  1. 在水中用不同浓度的丙二醇制备七溶液 (0-100 摩尔% 的聚丙烯乙二醇)。标记所有解决方案。这些将用于校准。获取未知浓度的样本并将其放在一旁
  2. 检查样品中是否有皮棉、灰尘或其他固体材料。如果需要, 通过烧结玻璃过滤器或细网筛过滤样品。
  3. 用清水清洗适当的粘度计, 用过滤空气干燥, 去除溶剂的最后痕迹。较低的粘度解决方案将使用大小50毛细管玻璃器皿, 大小100将用于未知的解决方案, 更高的黏度解决方案将使用大小150毛细管玻璃器皿。

2. 充电粘度计

  1. 将样品倒入粘度计中, 直到它填充了至少一半的大灯泡。然后, 擦干净手臂。
  2. 将粘度计放入固定器中, 并将其插入恒温槽中。将其垂直对准大管内的小铅坠, 或使用自对准支架。
  3. 允许样品平衡到水浴温度。允许大约10分钟为样品来到浴温度在40° c 和15分钟在100° c。
  4. 将吸力应用于手臂, 并将液体吸入管内。

3。 测量射流

  1. 使用秒表并测量样品的半月板所需的时间, 以在指示的标记之间流动。这是流出时间
  2. 重复执行步骤6和7以重复运行。并对每个样本重复整个过程。

RESULTS

本实验测定了几种丙二醇浓度的黏度。随着丙二醇浓度的增加, 粘度得到了提高。测量了样品溶液对粘度计的遍历时间, 并用于确定运动粘度。收集了大量的测量结果, 以尽量减少随机误差。

运动粘度是确定的使用时间作为测量和粘度计常数:

   Equation 4

然后, 运动粘度乘以密度, 给出动态粘度:

Equation 5

计算了未知浓度, 并与已知的样品溶液进行了比较。线性插值用于估计浓度, 并且关系最适合于线性函数 (图 1)。

Equation 6

在上述方程中, 使用了两个已知的运动粘度和浓度数据点, 并将 x 设置为未知解的测量粘度。解决了 y 找到未知样品的浓度。Excel 图形功能还可以用于在数据集中绘制趋势线, 并给出最佳匹配的公式。

Figure 1
图 1: 溶液浓度与粘度之间的关系显示为线性拟合.

该图表明, 粘度和成分的自然对数遵循线性关系。溶液中溶质组成增加, 粘度也增加。了解这种关系, 通过测量其粘度并与已知浓度和粘度之间的关系, 容易发现未知溶液的浓度。通过测量已知浓度或使用更精确的温度计, 可以提高实验的精确度。

APPLICATIONS AND SUMMARY

本实验的目的是通过使用未知物质的粘度来测定其成分, 从而检验粘度与成分的关系。测试了一些已知的丙二醇浓度溶液和一个未知浓度解。用密度、动态粘度和运动粘度之间的关系来比较溶液。由于溶液变得更加粘性, 因为它们变得更加集中, 我们能够将未知溶液的浓度缩小到一个小范围。用线性插值法估计浓度, 最适合线性函数的关系。在这个实验中, 增加温度计的准确度可能会大大降低我们的不确定度, 因为它是误差的主要来源。更多的浓度也可以通过测试来提高精确度。

准确的粘度测试对各种领域都很重要。在食品加工业中, 食品必须在整个生产过程中进行粘度测试, 因为它是在整个设施2中传输的。这些测量用于最大限度地提高流程的效率, 并为生产2建立标准。粘度对食品工业是很重要的, 因为它将决定食品通过管道或处理器的运输需要多长时间, 需要多长时间才能将食物晾干, 以及将食品放入包装中以供运输和零售的时候用2.工程师将使用粘度最大化产品的流量, 通过管道, 以节省能源和最大化的产品, 而不降低成品的质量2。粘度也很重要, 建立安全标准的力量, 可以应用于材料和产品, 而不损害它2

在石油工业中, 粘度是质量评估的重要控制3。在购买或加工原油时, 公司必须测量粘度, 以确定适当的处理方法3。粘度提供了有关原油组成的重要信息3。不同成分的油用于创建不同的产品3。有些炼油厂只能加工某种粘度的油, 所以准确的测试对于确定它们可以用于精炼3的材料很重要。在炼油中, 用油的粘度来规划最有效的萃取、运输和精炼方法3。温度也会影响油的粘度, 所以必须在适当的温度下放置控制油, 以使其粘度3。此外, 油的粘度将决定在泄漏3的情况下清理的方式。

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