Overview
Quelle: Michael G. Benton und Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana Landesuniversität, Baton Rouge, LA
Viskosität ist ein Maß für den Widerstand einer Flüssigkeit zu fließen, und es ist eine nützliche Parameter bei der Gestaltung von effizienten Produktverarbeitung und Qualitätskontrolle in den unterschiedlichsten Branchen. Eine Vielzahl von Viskosimeter werden verwendet, um die genauesten Messwerte des experimentellen Materialien zu erhalten. Die standard-Methode zur Messung der Viskosität ist durch ein Glas Rohr Viskosimeter, die Viskosität durch Messung der Menge an Flüssigkeit durch eine Kapillare Rohr aus Glas1benötigte Zeit schätzt.
Rotations-Viskosimeter arbeiten durch Scherkräfte Anwendung und Messung der Zeit dauert es eine fließende1. Diese Viskosimeter machen verwenden der fließenden Kraft der Flüssigkeit, und sie können entweder ein Federsystem oder digitale Encoder System1. Verschiedene Mess-Systeme gibt es auch mit dem Standard wird ein Kegel und Platte System, wo fließt Flüssigkeit unter die Kegelform und über die Platte, um die Scherspannung1zu minimieren. Parallele Plattensysteme nutzen zwei parallele Platten und ist ideal für die Messung über Temperaturgradienten, so dass ein reibungsloser Übergang1. Couette-Systeme verwenden eine Tasse und Füllmaterial, und die Flüssigkeit fließt zwischen den beiden1. Diese Systeme eignen sich für Materialien mit niedriger Viskosität, da dieses System minimiert die Scherspannung, aber das System auch schwieriger ist, routinemäßig aufgrund von Problemen mit Reinigung und benötigen größere Mengen an Flüssigkeit1zu betreiben.
In diesem Experiment wird eine Kanone-Fenske-Viskosimeter, die Viskositäten von mehreren Propylen-Glykol-Lösungen um die Beziehung zwischen der Viskosität und Zusammensetzung bestimmen zu messen verwendet werden.
Principles
Kinematische Viskosität ist das Verhältnis der dynamischen Viskosität, Dichte. Das Verhältnis der Schubspannung, die Schergeschwindigkeit ist die dynamische Viskosität einer Flüssigkeit, die ein Maß für den Widerstand gegen Verformung in Laminar-Flow für eine Newtonsche Flüssigkeit ist. Dieses Verhältnis ist einzigartig, kinematische Viskosität, kinematische Viskosität, die die Interpolation für eine unbekannte Variable ermöglicht unter Berücksichtigung von zwei Variablen und Konzentration.
Temperatur, Dichte und Zusammensetzung können Änderungen in der Verformung der Strömung erstellen. Druck ist zu vernachlässigen an Flüssigkeit-Phase Flüssigkeiten, so dass es nicht in diesem Experiment Faktor ist. Kinematische Viskosität kann mit einem Viskosimeter wegen der Beziehung präsentiert das Hagen-Poiseuille-Gesetz, das zum Ausdruck, dass der Druckverlust aufgrund der Schwerkraft, dynamische Viskosität und kinematische Viskosität ist gemessen werden. Kinematische Viskosität kann auch auf Zeit mit einem Viskosimeter konstant spezifisch für jede Kapillare Glas bezogen werden,
wo 
ist die kinematische Viskosität, C ist die Viskosimeter-konstante und t ist Zeit. Viskosimeter Konstanten sind in der Regel gemessen und des Herstellers der Viskosimeter. Die obige Gleichung wird verwendet, um kinematische Viskosität bestimmen die dynamische Viskosität durch Multiplikation mit der Dichte der Flüssigkeit umgewandelt werden können,
wo μ die dynamische Viskosität ist, ist die kinematische Viskosität und ρ ist die Dichte. Diese Informationen können verwendet werden, die Konzentration der gelösten und dynamische Viskosität grafisch zu beziehen.
Die Kanone-Fenske-Viskosimeter ist weit verbreitet, um die Viskosität der verschiedenen Lösungen zu messen. Die Viskosimeter taucht in einem großen Wasserbad, die Temperatur Kontrolle Spule und Fin weiterhin konstant Thermoequilibrium enthält. Die Kapillare verengt das Absinken der Flüssigkeit, so dass der Zeitaufwand für die Flüssigkeit durch die Kapillare Region Reisen durch die konstante Viskosimeter, die kinematische Viskosität geben multipliziert wird. Größeren Kapillaren Glaswaren wird verwendet, um Lösungen mit höherer Viskosität zu messen. Viskose Lösungen dauern durch eine Kapillare Glas Reisen länger. Diese Informationen können verwendet werden, um das Unbekannte zu bekannten Konzentrationen zu vergleichen.
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Procedure
1. Vorbereitung der Viskosimeter
- Sieben Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen von Propylenglykol in Wasser vorbereiten (zwischen 0 - 100 Mol % Polypropylen Glykol). Beschriften Sie alle Lösungen. Diese werden zur Kalibrierung verwendet werden. Eine Probe der unbekannten Konzentration und legen Sie es beiseite
- Überprüfen Sie die Proben für Flusen, Staub oder anderen festen Materialien. Ggf. sollte die Probe durch einen gesinterten Glasfilter oder feines Sieb filtern.
- Reinigen Sie die entsprechenden Viskosimeter mit Wasser und trocknen Sie mit gefilterter Luft um die letzten Spuren von Lösungsmitteln zu entfernen. Niedrigerere Viskosität Lösungen nutzt Größe 50 Kapillare Glaswaren, Größe 100 für die unbekannten Lösung verwendet werden, und höhere Viskosität Lösungen nutzt Größe 150 Kapillare Glaswaren.
2. Aufladen der Viskosimeter
- Gießen Sie die Probe in das Viskosimeter, bis es mindestens die Hälfte der größeren Glühbirne füllt. Dann wischen Sie den Arm.
- Die Viskosimeter in die Halterung und schieben Sie es in die konstante Temperatur Wanne. Mit einer kleinen Senklot in das große Rohr vertikal ausrichten oder eine selbstausrichtende Halterung verwenden.
- Lassen Sie die Probe auf die Wassertemperatur Bad equilibrate. Lassen Sie ca. 10 min für die Stichprobe zu kommen die Badtemperatur bei 40 ° C und 15 min bei 100 ° C.
- Gelten Sie Absaugung für den Arm und zeichnen Sie die Flüssigkeit in die Röhre.
3. Messung der Efflux
- Verwenden Sie eine Stoppuhr und Messen Sie den Zeitaufwand für den Meniskus der Probe zwischen den angegebenen Markierungen zu fließen. Dies ist die Zeit, Ausfluss
- Wiederholen Sie die Schritte 6 und 7 für doppelte läuft. Und wiederholen Sie den gesamten Vorgang für jede Probe.
Viskosität ist ein Maß für den Widerstand einer Flüssigkeit zu fließen und es eine nützliche Parameter bei der Gestaltung von effizienten Produktverarbeitung und Qualitätskontrolle in den unterschiedlichsten Branchen. Viskosität beschreibt die innere Reibung eines sich bewegenden Flüssigkeit. Eine Flüssigkeit mit einer hohen Viskosität widersteht fließen, während eine Flüssigkeit mit geringer Viskosität leichter fließt. Ein Glas-Röhre-Viskosimeter wird häufig verwendet, Viskosität, zu bestimmen, die die Zeit misst braucht es für eine Flüssigkeit durch eine Kapillare zu fließen. Rotations-Viskosimeter wie z. B. mit parallelen Plattengeometrie, gelten Scherkräfte und Messen des Drehmoments erforderlich, um die Flüssigkeit zu drehen. Dieses Video veranschaulicht die Grundsätze der Viskosität, veranschaulicht, wie ein Viskosimeter verwenden, um die unbekannte Konzentration einer Propylenglykol Lösung bestimmen und bespricht einige industriellen Anwendungen.
Zunächst betrachten wir die Grundsätze der Viskosität. Die dynamische Viskosität einer Flüssigkeit beschreibt die Kraft pro Einheit Fläche, bekannt als die Scherbeanspruchung, die erforderlich ist, um Flüssigkeit, in diesem Fall parallel zu einer Ebene bewegen. Die Flüssigkeit in engem Kontakt mit der Bodenplatte bleibt in Ruhe, und die Flüssigkeit berühren die obere Platte ist genauso schnell wie die Platte. Diese Geschwindigkeit Steigung ist durch innere Reibung zwischen den Schichten der Flüssigkeit und ist bekannt als die Rate der Schubverformung. Die dynamische Viskosität ist definiert als die Scherspannung dividiert durch die Rate der Schubverformung. Die Viskosität kann durch Temperatur, Flüssigkeitsdichte und Zusammensetzung beeinflusst werden. Druckänderungen, haben jedoch eine zu vernachlässigende Wirkung. Sobald die dynamische Viskosität bekannt ist, ist die kinematische Viskosität das Verhältnis der dynamischen Viskosität der Flüssigkeit Dichte. Dies ist ein Maß für die Flüssigkeit Flusswiderstand aufgrund der Schwerkraft. Mehrere Instrumente messen kinematische Viskosität experimentell, wie die Canon-Fenske-Viskosimeter. Diese Apparatur besteht aus einem großen temperaturgeregelten Wasserbad mit Flossen, konstante Thermo Gleichgewicht beizubehalten. Unterschiedliche Größe Kapillaren sind abhängig von der ungefähren Flüssigkeit Viskosität verwendet. Mit dieser Vorrichtung, ist Flüssigkeit gegossen in das Rohr und vorbei an der geätzten Markierungen abgesaugt. Dann wird der Zeitaufwand für die Flüssigkeit wieder durch das Kapillarrohr Reisen gemessen, bekannt als die Efflux-Zeit. Die Efflux-Zeit wird dann mit Viskosimeter Kalibrierung konstant, die spezifisch für die Kapillare Glas verwendet, um die kinematische Viskosität ist multipliziert. Nun, da Sie die Grundlagen der Viskosität wissen, lassen Sie uns messen der kinematischen Viskosität des bekannten Propylenglykol Lösungen zur Bestimmung der Konzentration von einer unbekannten Probe.
Starten Sie das Experiment durch die Ausarbeitung von sieben Lösungen für die Kalibrierung mit unterschiedlichen Konzentrationen von Propylen-Glykol und Wasser. Beschriften Sie alle Lösungen mit der Konzentration. Eine Probe der unbekannten Konzentration, und legen Sie sie beiseite. Überprüfen Sie alle flüssige Proben für Flusen, Staub oder feste Partikel vor der Verwendung zu und gegebenenfalls zu filtern Sie die Probe durch eine zentrierte Glasfilter. Als nächstes reinigen Sie die Viskosimeter mit Wasser und trocknen Sie es mit gefilterter Luft. Vergessen Sie nicht, verwenden Sie die entsprechende Größe Glas Kapillarrohr für Viskosimeter, die richtet sich nach dem ungefähren Viskosität der Lösung getestet werden.
Nun Gießen Sie eine Probe in der Viskosimeter, dann wischen Sie den Arm. Als nächstes die Viskosimeter in die Halterung und schieben Sie es in das Temperatur-Bad. Warten Sie 10 bis 15 Minuten, die Probe auf die Badtemperatur equilibrate. Dann bewerben Sie saugen am Arm, und zeichnen Sie die Probe in das Rohr. Nun nehmen Sie eine Stoppuhr und Messen Sie den Zeitaufwand für das Beispiel unten das Kapillarrohr ungehindert nach dem Verlassen der markierten Endpunkt zu. Dies ist Ihre Efflux-Zeit. Wiederholen Sie den Vorgang für jede Probe. Nun, da alle die Viskositäten gemessen wurden, werfen wir einen Blick auf die Ergebnisse und die Konzentration der unbekannten Probe zu bestimmen.
Der Konzentration der unbekannten Probe Verwendung der Daten der bekannten Proben finden und interpolieren die Viskosität der unbekannten Lösung. Bestimmen Sie zuerst die kinematische Viskosität, die gemessene Zeit mit der Viskosimeter Konstante multipliziert. Dann wandeln Sie die kinematische Viskosität, dynamische Viskosität durch Multiplikation mit der Dichte. Als nächstes zeichnen Sie die kinematische Viskosität in Abhängigkeit von der Molarities der bekannten Proben. Die Grafik zeigt, dass die Viskosität steigt mit zunehmender Konzentration von Propylenglykol. Die lineare Beziehung zwischen kinematische Viskosität und Propylen-Konzentration zu bestimmen. Dann interpoliert die Konzentration der unbekannten Probe seine gemessene Viskosität. In dieser Demo enthaltenen der unbekannte Probe 45 Molprozent von Propylenglykol. Nun, da Sie gelernt haben, wie die Viskosität verwendet wird, um die Konzentration zu bestimmen, betrachten wir die vielen Anwendungen der Viskosität im industriellen Umfeld.
Testen von Viskosität ist in vielen industriellen Bereichen Erdölraffinerie und Solarzellen-Produktion bis hin zu biomedizinischen Anwendungen und Forschung wichtig. Die genaue Messung der Viskosität in der petrochemischen Industrie ist von hoher Priorität, da es nicht nur um Rohöl Zusammensetzung zu bestimmen, sondern auch auszuwertende Qualitätskontrolle in petrochemischen Produkten verwendet wird. Viskosität variiert von Rohöl zu flüssigen Kohlenwasserstoffen und für effiziente Extraktion, Handhabung und Raffinerie Betriebsbedingungen zu berücksichtigen. Rheologische Charakterisierung von hochkonzentrierten Suspensionen ist auch obligatorisch für die Produktentwicklung von Anwendungen, bei denen komplexe Flüssigkeiten, wie in die Metallisierungen von Solarzellen eingesetzt. Die Fließeigenschaften der leitfähigen Pasten müssen sorgfältig angepasst werden, um ungestört, fehlerfreie Verarbeitung garantieren und Sedimentation und Partikel Aggregation verhindern. In der Medizin Mikro rheologische Techniken sind Diagnose-Tools, die Verformbarkeit der roten Blutkörperchen zu untersuchen, und erkennt Blutkrankheiten wie Sichelzellenanämie, die Viskosität des Blutes zu beeinflussen. Protokolle nutzen Mikrofluidik mit verstellbaren Scherraten und Bildverarbeitung werden genutzt, um die Aggregation der Erythrozyten im Mikrozirkulation quantitativ zu bestimmen. Diese Protokolle werden auch verwendet, um menschliches Gewebe, wie z. B. Hirnsubstanz zu charakterisieren, um besser zu verstehen, Struktur und Ingenieur Bio Materialien inspiriert.
Sie habe nur JUPITERS Einführung in Viskosität beobachtet. Sie sollten jetzt wissen, die grundlegenden Prinzipien der Viskosität, möglicherweise ein Viskosimeter zu betreiben, und verstehen die Bedeutung der Viskosität in einer Vielzahl von Anwendungen. Danke fürs Zuschauen.
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Results
In diesem Experiment wurden die Viskosität der verschiedenen Konzentrationen von Propylenglykol gemessen. Wie erwartet, fand die Viskosität um mit Propylen-Glykol-Konzentration zu erhöhen. Die Zeit für die Musterlösungen der Viskosimeter durchlaufen wurden gemessen und zur Bestimmung der kinematischen Viskosität. Zahlreiche Messungen wurden gesammelt, um zufällige Fehler zu minimieren.
Die kinematische Viskosität wurde unter Verwendung der Zeit gemessen und die konstante Viskosimeter bestimmt:
Dann wurde die kinematische Viskosität durch die Dichte die dynamische Viskosität geben multipliziert:
Die unbekannte Konzentration wurde berechnet und im Vergleich zu den bekannten Beispiellösungen. Lineare Interpolation wurde verwendet, um die Konzentration zu schätzen, und die Beziehung war optimal für eine lineare Funktion (Abbildung 1).
Für die obige Gleichung zwei bekannte Datenpunkte der kinematischen Viskosität und Konzentration dienten, und x als die gemessene Viskosität der unbekannten Lösung gesetzt wurde. Die Lösung wurde gelöst, für y, die Konzentration der unbekannten Probe zu finden. Grafik-Funktion von Excel kann auch verwendet werden, um eine Trendlinie durch den Datensatz des Grundstückes und geben Sie eine Gleichung Ausgleichsgerade.
Abbildung 1 : Das Verhältnis der Konzentration der Lösung und Viskosität zeigte eine lineare Anpassung.
Diese Grafik zeigt, dass die natürlichen Logarithmus der Viskosität und Zusammensetzung folgen eine lineare Beziehung. Mit zunehmender gelösten Zusammensetzung in einer Lösung erhöht Viskosität. Diese Beziehung wissen, ist die Konzentration der unbekannten Lösung leicht zu finden durch Messung seiner Viskosität und das bekannte Beziehung zwischen Konzentration und Viskosität zur. Die experimentelle Genauigkeit kann verbessert werden, indem mehr bekannte Konzentrationen messen oder einen genaueren Thermometer.
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Applications and Summary
Ziel dieses Experiments war es, das Verhältnis von Viskosität und Zusammensetzung zu testen, indem Sie die Viskosität der unbekannten Substanz, um seine Zusammensetzung zu finden. Eine Reihe von Lösungen bekannter Konzentration von Propylenglykol und eine Lösung unbekannter Konzentration wurden getestet. Beziehungen zwischen Dichte, dynamische Viskosität und kinematische Viskosität wurden verwendet, um die Lösungen zu vergleichen. Da Lösungen zäher sind als sie konzentrierter wurde, konnten wir die Konzentration der unbekannten Lösung für eine kleine Auswahl eingrenzen. Lineare Interpolation wurde verwendet, um die Konzentration zu schätzen, und die Beziehung war optimal für eine lineare Funktion. Für dieses Experiment konnte Steigerung der Genauigkeit des Thermometers unsere Unsicherheit deutlich gesunken da es die wichtigste Quelle des Fehlers ist. Mehr Konzentration könnte auch getestet wurden um die Präzision zu erhöhen.
Genaue Viskosität zu testen ist wichtig, eine Vielzahl von Bereichen. In der Lebensmittel verarbeitenden Industrie muss Essen für die Viskosität in seiner Schöpfung getestet werden, wie es in der gesamten Anlage2transportiert wird. Diese Messungen werden verwendet, um die Effizienz des Prozesses zu maximieren und Standards für die Produktion2. Die Viskosität ist wichtig für die Lebensmittelindustrie, denn es, wie lange Transportwege von Lebensmitteln durch ein Rohr ermittelt wird oder Prozessor dauert, wie lange es dauert, dass Lebensmittel zu trocknen, und die Zeit es braucht, um Lebensmittel in Verpackungen für den Transport und Handel2 verzichten . Ingenieure werden die Viskosität verwenden, um zu maximieren den Produktstrom durch Rohrleitungen um Energie zu sparen und zu maximieren das Produkt ohne Beeinträchtigung der Qualität des fertigen Produkts2. Viskosität ist auch wichtig, sichere Standards für die Kraft zu etablieren, die Materialien und Produkte angewendet werden können, ohne es zu beschädigen,2.
In der Erdölindustrie ist Viskosität eine wichtige Kontrolle für Qualität Bewertung3. Beim Kauf oder der Verarbeitung von Rohöl, müssen Unternehmen die Viskosität um festzustellen, die geeignete Behandlung3messen. Die Viskosität liefert wichtige Informationen über die Zusammensetzung der Rohöl-3. Öl der unterschiedlichen Zusammensetzungen wird verwendet, um verschiedene Produkte3erstellen. Einige Raffinerien können Öle mit einer bestimmten Viskosität nur verarbeiten, also genaue Prüfung wichtig ist, um festzustellen, welche Materialien sie, zum Verfeinern von3 verwenden können. In Erdölverarbeitung wird die Viskosität des Öls verwendet, um die effizientesten Methoden zur Gewinnung, Transport und Raffination Methode3planen. Temperatur kann auch wirken sich auf die Viskosität des Öls, so dass Kontrollen müssen das Öl bei einer geeigneten Temperatur für seine Viskosität3eingeführt werden müssen. Die Viskosität eines Öles wird darüber hinaus die Art und Weise bestimmen, die es im Falle einer Undichtigkeit3gereinigt wird.
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References
- Basic Introduction to Viscometry." A Basic Introduction to Viscometry. N.p., n.d. Web. 7 Jan. 2017.
- 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.
- Applications." Anton Paar. N.p., n.d. Web. 13 Jan. 2017.
