プロピレング リコール溶液の粘度

Chemical Engineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Overview

ソース: マイケル g. ベントンとケリー ・ m ・ ドゥーリー、工業化学科、ルイジアナ州立大学、バトン ルージュ, ルイジアナ

粘度は流れ、流体の抵抗の測定が、効率的な製品加工の設計に有用なパラメーターと幅広い業界で品質管理。様々 な粘度計は、実験材料の最も正確な測定値を取得する使用されます。粘度を測定する標準的な方法は時間ガラス1キャピラリー チューブを通過する流体の量を測定することによって粘度を推定するガラス管粘度計、です。

回転粘度計せん断力を適用することによって動作し、流れる1がかかる時間を測定します。これらの粘度を作る、流体の流れる力の彼らは春システムまたはデジタル ・ エンコーダー システム1を使用できます。複数の測定システム存在同様、流体が流れる円錐形下と、プレート上のせん断応力1を最小限にするためにされている円錐・平板システムを装備。平行平板システムは平行平板を使用し、温度勾配、できるように円滑な移行1間の測定に最適です。クエット システム カップおよび充填材を使用、2 つの1の間に流します。これらのシステムは、このシステムは、せん断応力を最小限に抑えますが、システムは、洗浄と流体1の大きいボリュームを必要とする問題のため日常的に動作も困難ですので、低粘度材料に最適です。

この実験では大砲 Fenske 粘度計粘度と組成の関係を決定するいくつかのプロピレング リコール溶液の粘度を測定する使用されます。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 化学工学. プロピレング リコール溶液の粘度. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Principles

動粘度は、動粘性係数と密度の比です。せん断速度をせん断応力の比は、ニュートン流体の層流の変形に対する抵抗性の尺度である流体の動粘性係数です。この比率は、2 つの変数を考慮した未知の変数の補間を可能にする動粘度、動粘度、濃度に固有です。

温度、密度、組成は、流れの変形の変更を作成できます。この実験には左右されないので、圧力は液相流体のごくわずかです。動粘度は、重力、動的粘度と動粘度のため圧力損失がある表現ハーゲン ・ ポアズイユの法律で関係があるため、粘度計を使用して測定できます。動粘度は、粘度計定数特定のそれぞれの毛細管ガラスを使用して時間に関連付けることができます。

Equation 1

どこEquation 2は、動粘度、粘度計定数、C は、t は時間。粘度計定数は一般的に測定し、粘度計の製造元によって提供されます。上記の方程式を使用して、流体の密度を乗じて動粘性係数を変えることができる、動粘度を決定

Equation 3

μ ある動的粘度Equation 2動粘度は、ρ は密度。溶質と動粘性係数の濃度をグラフィカルに関連するこの情報を使用できます。

各種溶液の粘度を測定する粘度計の大砲 Fenske が使用されています。粘度計、温度制御コイルと定数 thermoequilibrium を維持するためにひれを含む大規模な水浴に浸漬します。毛細血管毛細血管領域を通過する液体のために必要な時間は動粘度を与えるため粘度計定数を掛けたように、液体の下降流が収縮します。大きいキャピラリー ガラスを使用して、高い粘度とソリューションを測定します。粘性溶液の毛細管ガラスを通過に時間がかかります。この情報は、既知濃度未知の世界を比較する使用ことができます。

Procedure

1. 粘度計を準備します。

  1. 水の中のプロピレング リコールのさまざまな濃度の 7 つのソリューションを準備 (0 ~ 100 モル % ポリプロピレング リコール)。すべてのソリューションにラベルを付けます。これらは、校正に使用されます。未知濃度のサンプルを入手しておきます
  2. 糸くず、ほこり、または他の固体材料のサンプルを確認します。必要な場合はフィルター焼結ガラス フィルター、細かいメッシュ画面サンプルです。
  3. きれいな水を使用して適切な粘度と溶剤の最後の痕跡を除去するフィルター処理された空気と乾燥します。低粘度の溶液はサイズ 50 毛細管ガラス製品を使用して、不明なソリューションのサイズ 100 が使用されます、高粘度の溶液はサイズ 150 毛細管ガラスを使用します。

2. 充電型粘度計

  1. 大きな電球の少なくとも半分を塗りつぶすまで粘度計にサンプルを注ぐ。その後、腕きれいに拭きます。
  2. ホルダーに、粘度計を置き、恒温槽に挿入します。大きなチューブに小さな錘を縦に揃えるか自動調心ホルダーを使用します。
  3. お風呂の水の温度を平衡にサンプルを許可します。浴温度 40 ° C で、100 ° C で 15 分に来てサンプル約 10 分を許可します。
  4. 腕に吸引を適用し、チューブに液体を描画します。

3. 流出の測定

  1. ストップウォッチを使用し、サンプルのメニスカスの示されたマーキング間のフローに必要な時間を測定します。これは、排出時間
  2. 重複の実行手順 6 と 7 を繰り返します。各サンプルの全体の手順を繰り返します。

粘度は、流れと流体の抵抗の測定はより効率的な処理の設計に有用なパラメーターと幅広い業種の品質管理です。粘度では流体の内部摩擦について説明します。低粘度流体がより容易に流れるに対し、粘度の高い流体は流れを抵抗します。ガラス管粘度計、キャピラリー チューブを通過する流体にかかる時間を測定する粘度を決定するため使用されます。平行平板形状など回転粘度計せん断力を適用し、流体を回転させるために必要なトルクを測定します。このビデオは、粘度の原則を示しています、プロピレング リコール溶液の未知濃度を決定するため、粘度計を使用する方法を示します、いくつかの工業用アプリケーションについて説明します。

まず、粘度の原則を確認してみましょう。流体の動粘度は、液体、この場合、平面に平行に移動するために必要なせん断応力として知られている単位面積あたりの力について説明します。底板と密接な接触の流体が、安静時にとどまり、トップ プレートに触れる流体はそのプレートと同じ速度。この速度勾配は、流体の層の間の内部摩擦のため、せん断変形率として知られています。動粘性係数は、せん断応力が剪断変形の率で割った値として定義されます。粘度は、温度、流体の密度と組成による影響があります。圧力の変化も無視できる効果があります。動粘性係数がわかれば、動粘度は動的粘度流体の密度の比率です。これは重力のために流体の抵抗の測定です。いくつかの楽器は、キヤノン Fenske 粘度計など実験、動粘度を測定します。この装置は、一定熱平衡を維持するためにフィンを有する大型恒温水浴で構成されています。異なるサイズのキャピラリー チューブは、おおよそ流体の粘度に応じて使用されます。この装置を使用すると、液をチューブに注がれ、過去のエッチング マーキング吸引します。その後、キャピラリー チューブを通って旅行する流体に必要な時間を測定流出時間として知られています。排出時間は、流体の動粘度を与えるため、毛細管ガラスに固有粘度計校正定数乗算されます。粘度の基礎を知っているので未知試料の濃度を決定するため知られているプロピレング リコール溶液の流体の動粘度を測定してみましょう。

プロピレング リコール、水のさまざまな濃度の校正のための 7 つのソリューションを準備して実験を開始します。濃度とすべてのソリューションにラベルを付けます。未知濃度のサンプルを入手しておきます。使う前に、糸くず、ほこり、または固体粒子のすべての液体サンプルをチェックし、必要に応じて、中央ガラス フィルターを通してサンプルをフィルターします。次に、きれいに水を用いた粘度計とフィルターの空気で乾燥します。試験溶液のおおよその粘度に依存である、粘度計の適切なサイズのガラス キャピラリー チューブを使用してください。

今、サンプルを注ぎ、粘度計、腕をきれいに拭きます。次に、ホルダーに、粘度計を配置し、温度のお風呂に挿入します。お風呂の温度を平衡にサンプルを許可するように 10 〜 15 分を待ちます。アームに吸引を適用し、チューブにサンプルを描画します。今、ストップウォッチを取るし、マークの終点を出た後、キャピラリー チューブを自由に流れるサンプルに必要な時間を測定します。これ流出時間です。各サンプルの手順を繰り返します。今ではすべて、粘度が測定された結果を見て、未知試料の濃度を決定するしてみましょう。

未知のサンプル使用の濃度既知のサンプルのデータを検索し、未知の溶液の粘性を補間。まず、粘度計定数の測定時間を乗じて、粘度を決定します。質量密度を乗算することによって、流体の動粘度を動粘性係数に変換しています。次に、既知のサンプルのモルの関数として、粘度をプロットします。グラフは、粘度がプロピレング リコール濃度の増加とともに増加することを示しています。動粘度とプロピレン濃度の線形関係を決定します。その後、その測定粘度を使用して未知試料の濃度を補間します。このデモでは、未知のサンプルは、プロピレング リコールの 45 mol % を含まれています。粘度を使用して濃度を決定する方法を学んだ今、産業設定で粘度の多くのアプリケーションを調べてみましょう。

石油精製と太陽電池の生産から医学および研究に至るまで多くの産業分野で、粘度のテストが重要です。石油化学業界で粘度の測定は原油の組成を決定するのみならず、石油化学製品の品質管理を評価するために使用されるので優先度が高いのです。粘度は液体炭化水素を原油から変化し、効率的な抽出、処理、および製油所操業条件の考慮されなければなりません。高濃度懸濁液のレオロジー特性の解析は、太陽電池のメタライゼーションなどの複雑流体を含むアプリケーションの製品開発も欠かせません。導電性ペーストの流動特性を妨げられていない、欠陥のない処理を保証し、沈降および粒子凝集を予防する慎重に調整する必要。医学では、マイクロのレオロジー技術は赤血球変形能を調査診断ツール、血液粘度に影響を与える鎌状赤血球貧血など血液疾患を検出します。微小循環における赤血球凝集を定量的に決定する調節可能なせん断速度と画像処理とマイクロ流体工学を利用したプロトコルが利用されています。これらのプロトコルも脳の問題など、人間の組織を特徴付けるためより良い構造を理解し、バイオ エンジニア リング材料に影響を与えた。

粘度のゼウスの概要を見てきただけ。基本を知っている必要があります今粘度の原則は、粘度計を動作し、アプリケーションの様々 な粘度の重要性を理解することができます。見ていただきありがとうございます。

Results

この実験では、いくつかのプロピレング リコール濃度の粘度を測定しました。予想通り、粘度がプロピレング リコール濃度を増加していた。粘度計を通過するサンプル ソリューションのための時間を測定し、流体の動粘度を決定するために使用します。多くの計測はランダムなエラーを最小限に抑えるために収集されました。

動粘度は、計測された時間と粘度計定数を使用して決定されました。

   Equation 4

動粘度は、密度を上げ、動粘性係数を掛けます。

Equation 5

未知濃度の計算し、知られていたサンプル ソリューションと比較しています。濃度を推定する使用された線形補間と線形関数 (図 1) にベスト フィット。

Equation 6

上記の方程式の動粘度と濃度の 2 つ既知のデータ ポイントを使用していた、x は、未知の測定粘度として設定されました。ソリューションは、y 未知試料の濃度を見つけることを解決しました。データ セットから近似曲線をプロットし、ベスト フィットの数式 Excel のグラフ表示機能が使えます。

Figure 1
図 1: 溶液の濃度と粘度の関係を示した線形フィットします

このグラフでは、粘度と組成に従って線形関係の自然対数。ソリューションに関わる溶質組成を増加させる、粘性も増加します。この関係を知って、未知の溶液の濃度は簡単にその粘度を測定し、濃度と粘度の知られている関係に関する発見します。実験の精度より知られている濃度測定またはより正確な温度計を使用して改善できます。

Applications and Summary

この実験の目的は、その組成を見つける未知の物質の粘度を使用して組成と粘度の関係をテストすることだった。プロピレング リコール濃度既知のソリューションと 1 つの未知濃度のソリューションの数を調べた。密度、動的粘度と動粘度の関係は、ソリューションを比較する使用されました。以来、ソリューションがより集中するいるとなりより粘性になると、小さな範囲に未知の溶液の濃度を絞り込むことができました。濃度を推定する使用された線形補間と線形関数にベスト フィット。この実験のため、温度計の精度を高める可能性が大幅に減少した我々 の不確実性、エラーの主な情報源だから。濃度は、精度を高めるためテストすることもできます。

正確な粘性テストは、さまざまな分野に重要です。食品加工施設2を通して伝送される食品がその作成中粘度のためにテストされなければなりません。プロセスの効率を最大化し、生産2の基準を定め、これらの測定値が使用されています。粘度が食品産業に重要なのでパイプを通って食糧のどのくらい輸送を決定またはプロセッサがかかりますし、どのように時間がかかる食品を乾燥と交通機関・小売り業2 のための包装に食品を分配する時間かかる.エンジニアは、エネルギーを保存し、完成品2の品質を損なうことがなく製品を最大化するために配管を通じて製品の流れを最大化するために粘度を使用します。粘度も2を損なうことがなく原材料および製品に適用することができます力基準の安全を確立する重要です。

石油業界で粘度は品質評価3の重要なコントロールです。原油を処理するか、または購入、会社は3の適切な治療を決定するため粘度を測定する必要があります。粘度は、原油3の構成に関する重要な情報を提供します。異なる組成のオイルは、3種類の製品を作成する使用されます。一部の製油所は、正確なテスト3を精製に使用できる材料を決定することが重要ですのでのみ特定の粘度の油を処理できます。石油精製、オイルの粘度を使用して、抽出・輸送・精製方法3の最も効率的な方法を計画します。温度は、コントロールは、その粘度3適切な温度で油を持っている場所で置く必要がありますので、油の粘度に影響を持つことができますも。さらに、オイルの粘度はそれがリーク3場合クリーンアップ方法を決定します。

References

  1. Basic Introduction to Viscometry." A Basic Introduction to Viscometry. N.p., n.d. Web. 7 Jan. 2017.
  2. Scientific. "What is Viscosity, and Why is Measuring Viscosity Important?" What is Viscosity, and Why is Measuring Viscosity Important? N.p., n.d. Web. 7 Jan. 2017.
  3. Applications." Anton Paar. N.p., n.d. Web. 13 Jan. 2017.

1. 粘度計を準備します。

  1. 水の中のプロピレング リコールのさまざまな濃度の 7 つのソリューションを準備 (0 ~ 100 モル % ポリプロピレング リコール)。すべてのソリューションにラベルを付けます。これらは、校正に使用されます。未知濃度のサンプルを入手しておきます
  2. 糸くず、ほこり、または他の固体材料のサンプルを確認します。必要な場合はフィルター焼結ガラス フィルター、細かいメッシュ画面サンプルです。
  3. きれいな水を使用して適切な粘度と溶剤の最後の痕跡を除去するフィルター処理された空気と乾燥します。低粘度の溶液はサイズ 50 毛細管ガラス製品を使用して、不明なソリューションのサイズ 100 が使用されます、高粘度の溶液はサイズ 150 毛細管ガラスを使用します。

2. 充電型粘度計

  1. 大きな電球の少なくとも半分を塗りつぶすまで粘度計にサンプルを注ぐ。その後、腕きれいに拭きます。
  2. ホルダーに、粘度計を置き、恒温槽に挿入します。大きなチューブに小さな錘を縦に揃えるか自動調心ホルダーを使用します。
  3. お風呂の水の温度を平衡にサンプルを許可します。浴温度 40 ° C で、100 ° C で 15 分に来てサンプル約 10 分を許可します。
  4. 腕に吸引を適用し、チューブに液体を描画します。

3. 流出の測定

  1. ストップウォッチを使用し、サンプルのメニスカスの示されたマーキング間のフローに必要な時間を測定します。これは、排出時間
  2. 重複の実行手順 6 と 7 を繰り返します。各サンプルの全体の手順を繰り返します。

粘度は、流れと流体の抵抗の測定はより効率的な処理の設計に有用なパラメーターと幅広い業種の品質管理です。粘度では流体の内部摩擦について説明します。低粘度流体がより容易に流れるに対し、粘度の高い流体は流れを抵抗します。ガラス管粘度計、キャピラリー チューブを通過する流体にかかる時間を測定する粘度を決定するため使用されます。平行平板形状など回転粘度計せん断力を適用し、流体を回転させるために必要なトルクを測定します。このビデオは、粘度の原則を示しています、プロピレング リコール溶液の未知濃度を決定するため、粘度計を使用する方法を示します、いくつかの工業用アプリケーションについて説明します。

まず、粘度の原則を確認してみましょう。流体の動粘度は、液体、この場合、平面に平行に移動するために必要なせん断応力として知られている単位面積あたりの力について説明します。底板と密接な接触の流体が、安静時にとどまり、トップ プレートに触れる流体はそのプレートと同じ速度。この速度勾配は、流体の層の間の内部摩擦のため、せん断変形率として知られています。動粘性係数は、せん断応力が剪断変形の率で割った値として定義されます。粘度は、温度、流体の密度と組成による影響があります。圧力の変化も無視できる効果があります。動粘性係数がわかれば、動粘度は動的粘度流体の密度の比率です。これは重力のために流体の抵抗の測定です。いくつかの楽器は、キヤノン Fenske 粘度計など実験、動粘度を測定します。この装置は、一定熱平衡を維持するためにフィンを有する大型恒温水浴で構成されています。異なるサイズのキャピラリー チューブは、おおよそ流体の粘度に応じて使用されます。この装置を使用すると、液をチューブに注がれ、過去のエッチング マーキング吸引します。その後、キャピラリー チューブを通って旅行する流体に必要な時間を測定流出時間として知られています。排出時間は、流体の動粘度を与えるため、毛細管ガラスに固有粘度計校正定数乗算されます。粘度の基礎を知っているので未知試料の濃度を決定するため知られているプロピレング リコール溶液の流体の動粘度を測定してみましょう。

プロピレング リコール、水のさまざまな濃度の校正のための 7 つのソリューションを準備して実験を開始します。濃度とすべてのソリューションにラベルを付けます。未知濃度のサンプルを入手しておきます。使う前に、糸くず、ほこり、または固体粒子のすべての液体サンプルをチェックし、必要に応じて、中央ガラス フィルターを通してサンプルをフィルターします。次に、きれいに水を用いた粘度計とフィルターの空気で乾燥します。試験溶液のおおよその粘度に依存である、粘度計の適切なサイズのガラス キャピラリー チューブを使用してください。

今、サンプルを注ぎ、粘度計、腕をきれいに拭きます。次に、ホルダーに、粘度計を配置し、温度のお風呂に挿入します。お風呂の温度を平衡にサンプルを許可するように 10 〜 15 分を待ちます。アームに吸引を適用し、チューブにサンプルを描画します。今、ストップウォッチを取るし、マークの終点を出た後、キャピラリー チューブを自由に流れるサンプルに必要な時間を測定します。これ流出時間です。各サンプルの手順を繰り返します。今ではすべて、粘度が測定された結果を見て、未知試料の濃度を決定するしてみましょう。

未知のサンプル使用の濃度既知のサンプルのデータを検索し、未知の溶液の粘性を補間。まず、粘度計定数の測定時間を乗じて、粘度を決定します。質量密度を乗算することによって、流体の動粘度を動粘性係数に変換しています。次に、既知のサンプルのモルの関数として、粘度をプロットします。グラフは、粘度がプロピレング リコール濃度の増加とともに増加することを示しています。動粘度とプロピレン濃度の線形関係を決定します。その後、その測定粘度を使用して未知試料の濃度を補間します。このデモでは、未知のサンプルは、プロピレング リコールの 45 mol % を含まれています。粘度を使用して濃度を決定する方法を学んだ今、産業設定で粘度の多くのアプリケーションを調べてみましょう。

石油精製と太陽電池の生産から医学および研究に至るまで多くの産業分野で、粘度のテストが重要です。石油化学業界で粘度の測定は原油の組成を決定するのみならず、石油化学製品の品質管理を評価するために使用されるので優先度が高いのです。粘度は液体炭化水素を原油から変化し、効率的な抽出、処理、および製油所操業条件の考慮されなければなりません。高濃度懸濁液のレオロジー特性の解析は、太陽電池のメタライゼーションなどの複雑流体を含むアプリケーションの製品開発も欠かせません。導電性ペーストの流動特性を妨げられていない、欠陥のない処理を保証し、沈降および粒子凝集を予防する慎重に調整する必要。医学では、マイクロのレオロジー技術は赤血球変形能を調査診断ツール、血液粘度に影響を与える鎌状赤血球貧血など血液疾患を検出します。微小循環における赤血球凝集を定量的に決定する調節可能なせん断速度と画像処理とマイクロ流体工学を利用したプロトコルが利用されています。これらのプロトコルも脳の問題など、人間の組織を特徴付けるためより良い構造を理解し、バイオ エンジニア リング材料に影響を与えた。

粘度のゼウスの概要を見てきただけ。基本を知っている必要があります今粘度の原則は、粘度計を動作し、アプリケーションの様々 な粘度の重要性を理解することができます。見ていただきありがとうございます。

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE