Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Chemical Engineering

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

프로필렌 글리콜 용액의 점도
 
Click here for the English version

프로필렌 글리콜 용액의 점도

Overview

출처: 마이클 G. 벤턴과 케리 M. 둘리,화학 공학부, 루이지애나 주립 대학, 배턴 루지, LA

점도는 유체의 흐름 저항을 측정한 것이며, 광범위한 산업에서 효율적인 제품 처리 및 품질 관리 설계에 유용한 파라미터입니다. 다양한 점도계가 실험 물질의 가장 정확한 판독값을 얻기 위해 사용됩니다. 점도를 측정하는 표준 방법은 유리 튜브 점성을 통해 유리튜브 1로만들어진 모세관 튜브를 통해 유체가 흐르는 데 걸리는 시간을 측정하여 점도를 추정합니다.

회전 점도는 전단력을 적용하고 흐르는1을걸리는 시간을 측정하여 작동합니다. 이러한 점도계는 유체의 흐르는 힘을 사용하며 스프링 시스템 또는 디지털 인코더 시스템1을사용할 수 있습니다. 표준이 원뿔 모양 아래 플레이트 위로 흐르는 원뿔 및 플레이트 시스템인 표준과 함께 전단 응력1을최소화하기 위해 다양한 측정 시스템이 존재한다. 병렬 플레이트 시스템은 두 개의 병렬 플레이트를 사용하며 온도 그라데이션 을 가로질러 측정하는 데 적합하므로 원활한 전환1을허용합니다. 쿠엣 시스템은 컵과 충전재를 사용하고, 유체는 두1사이에 흐른다. 이 시스템은 전단 응력 최소화를 최소화하기 때문에 점도가 낮은 재료에 가장 적합하지만, 시스템은 또한 더 많은 양의 유체1을세척하고 필요로 하는 문제로 인해 일상적으로 작동하기가 더 어렵습니다.

이 실험에서, 캐논-펜스케 점도는 점도와 조성물의 관계를 결정하기 위해 여러 프로필렌 글리콜 솔루션의 점도를 측정하는 데 사용될 것이다.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

운동점도밀도에 대한 동적 점도의 비율입니다. 전단 응력과 전단 응력의 비율은 유체의 동적 점도이며, 이는 뉴턴 유체에 대한 라미나르 흐름의 변형에 대한 저항의 척도이다. 이 비율은 두 가지 변수, 운동 점도 및 농도를 고려하여 알 수없는 변수에 대한 보간을 가능하게하는 운동 점도에 고유합니다.

온도, 밀도 및 조성물은 흐름의 변형에 변화를 일으킬 수 있습니다. 액체 상 유체의 압력은 무시할 수 있으므로 이 실험에 영향을 미치지 않습니다. 운동점도는 하겐-포주유 법에 제시된 관계 때문에 점도를 사용하여 측정할 수 있는데, 이는 압력 강하가 중력, 동적 점도 및 운동점도 에 기인한다는 것을 표현한다. 운동점도 각 모세혈관 유리에 특이적 내장을 사용하는 시간과 관련이 있을 수 있으며,

Equation 1

Equation 2운동점도는 어디에, C는 내장상상이며, t는 시간입니다. 비스컴터 상수는 일반적으로 비스혜성 제조업체에 의해 측정되고 제공됩니다. 상기 방정식은 유체의 밀도를 곱하여 동적 점도로 변환될 수 있는 운동점도를 결정하는 데 사용되며,

Equation 3

μ 동적 점도인 경우 Equation 2 운동 점도이며 밀도입니다. 이 정보는 솔직하고 역동적인 점도의 농도를 그래픽으로 관련시키기 위해 사용될 수 있다.

캐논-펜스케 비스코피터는 다양한 솔루션의 점도를 측정하는 데 널리 사용됩니다. 내장은 일정한 thermoelibrium을 유지하기 위해 온도 제어 코일과 지느러미가 들어있는 대형 수조에 침지됩니다. 모세관은 액체의 하향 흐름을 수축시켜 액체가 모세관 영역을 통과하는 데 필요한 시간을 내장상으로 곱하여 운동점도를 제공합니다. 더 큰 모세관 유리 제품은 점도가 높은 솔루션을 측정하는 데 사용됩니다. 더 많은 점성 용액은 모세관 유리를 통과하는 데 더 오래 걸린다. 이 정보는 알려지지 않은 농도와 알려진 농도를 비교하는 데 사용할 수 있습니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. 비스컴퍼 준비

  1. 물 에서 프로필렌 글리콜의 다양한 농도와 일곱 솔루션을 준비 (사이 0 - 100 두더지 % 폴리 프로필렌 글리콜). 모든 솔루션에 레이블을 지정합니다. 이러한 교정에 사용됩니다. 알 수 없는 농도의 샘플을 얻고 따로 설정
  2. 보풀, 먼지 또는 기타 고체 재료에 대한 샘플을 확인합니다. 필요한 경우 소결된 유리 필터 또는 미세 메쉬 화면을 통해 샘플을 필터링합니다.
  3. 물을 사용하여 적절한 내장을 청소하고 여과 된 공기로 건조하여 용매의 최종 흔적을 제거하십시오. 낮은 점도 솔루션은 크기 50 모세관 유리 제품을 사용하고 크기 100은 알 수없는 용액에 사용되며, 더 높은 점도 솔루션은 크기 150 모세관 유리 제품을 사용합니다.

2. 비스컴퍼 충전

  1. 더 큰 전구의 절반 이상을 채울 때까지 샘플을 비스혜성에 붓습니다. 그런 다음 팔을 깨끗하게 닦으부습니다.
  2. 바이스컴터를 홀더에 넣고 일정한 온도 욕조에 삽입합니다. 큰 튜브의 작은 배관 밥과 수직으로 정렬하거나 자체 정렬 홀더를 사용합니다.
  3. 시료가 수조 온도에 평형화되도록 합니다. 샘플이 40°C에서 목욕 온도에 도달하고 100°C에서 15분 정도 허용하십시오.
  4. 팔에 흡입을 적용하고 튜브에 액체를 그립니다.

3. 에플럭스 측정

  1. 스톱워치를 사용하고 표시된 표시 사이를 흐르는 시료의 반월 상 연골에 필요한 시간을 측정합니다. 이것은 efflux 시간입니다
  2. 중복 실행의 경우 6단계와 7단계를 반복합니다. 그리고 각 샘플에 대한 전체 절차를 반복합니다.

점도는 유체의 흐름 저항을 측정한 것이며 광범위한 산업에서 효율적인 제품 처리 및 품질 관리 설계에 유용한 파라미터입니다. 점도는 움직이는 유체의 내부 마찰을 설명합니다. 점도가 높은 유체는 흐름을 저항하는 반면 점도가 낮은 유체는 더 쉽게 흐릅니다. 유리 튜브 내장은 일반적으로 점도를 결정하는 데 사용되며, 이는 유체가 모세관 튜브를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 병렬 플레이트 형상과 같은 회전 점도는 전단력을 적용하고 유체를 회전하는 데 필요한 토크를 측정합니다. 이 비디오는 점도의 원리를 설명하고, 내장을 사용하여 프로필렌 글리콜 용액의 알 수없는 농도를 결정하는 방법을 보여 주며 일부 산업 응용 분야에 대해 설명합니다.

먼저 점도의 원리를 살펴보겠습니다. 유체의 동적 점도는 전단 응력으로 알려진 단위 표면적당 힘을 설명하며, 이 경우 평면과 평행하게 유체를 이동하는 데 필요합니다. 바닥 플레이트와 가까운 접촉의 유체는 그대로 유지되며 상단 플레이트를 만지는 유체는 해당 플레이트와 동일한 속도입니다. 이 속도 그라데이션은 유체 층 간의 내부 마찰로 인해 전단 변형의 속도로 알려져 있습니다. 동적 점도는 전단 변형의 속도로 분할 된 전단 응력으로 정의됩니다. 점도는 온도, 유체 밀도 및 조성에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 그러나 압력 변화는 무시할 만한 영향을 미칩니다. 동적 점도가 알려지면 운동점도는 유체밀도에 대한 동적 점도의 비율입니다. 이것은 중력으로 인해 유체의 흐름 저항을 측정한 값입니다. 캐논-펜스케 비스코머와 같은 여러 계측기는 실험적으로 운동점도를 측정합니다. 이 장치는 일정한 열 평형을 유지하기 위해 지느러미와 큰 온도 제어 수조로 구성되어 있습니다. 상근 유체의 점도에 따라 다른 크기의 모세관 튜브가 사용됩니다. 이 장치를 사용하여 유체를 튜브에 붓고 에칭 된 표시를 지나 흡입됩니다. 이어서, 유체가 모세관튜브를 통해 다시 이동하는 데 필요한 시간이 측정되고, 이는 efflux 시간으로 알려져 있다. 그런 다음 운동 점도를 제공하는 데 사용되는 모세관 유리에 특정한 점착제 교정 상수를 곱합니다. 점도의 기초를 알았으니, 알려진 프로필렌 글리콜 솔루션의 운동점도를 측정하여 알 수 없는 샘플의 농도를 결정합시다.

다양한 농도의 프로필렌 글리콜과 물로 교정을 위한 7가지 솔루션을 준비하여 실험을 시작합니다. 농도로 모든 솔루션에 레이블을 지정합니다. 알 수 없는 농도의 샘플을 얻고 따로 둡니다. 사용하기 전에 모든 액체 샘플을 보풀, 먼지 또는 고체 입자에 대해 확인하고 필요한 경우 중앙 유리 필터를 통해 샘플을 필터링하십시오. 다음으로, 물을 사용하여 내장을 청소하고 여과 된 공기로 건조. 테스트할 용액의 대략적인 점도에 의존하는 비스코마에 적합한 크기의 유리 모세관 튜브를 사용하는 것을 기억하십시오.

이제 샘플을 비스혜성에 붓고 팔을 깨끗하게 닦으세요. 다음으로, 바이스혜성을 홀더에 넣고 온도 욕조에 삽입합니다. 10-15분 동안 기다려야 샘플이 목욕 온도에 평형화될 수 있습니다. 그런 다음 팔에 흡입을 적용하고 샘플을 튜브에 그립니다. 이제 스톱워치를 가지고 표시된 종점을 떠난 후 샘플이 모세관 튜브 아래로 자유롭게 흐르는 데 필요한 시간을 측정합니다. 이것은 당신의 efflux 시간입니다. 각 샘플에 대한 절차를 반복합니다. 이제 모든 점도가 측정되었으므로 결과를 살펴보고 알 수없는 샘플의 농도를 결정합시다.

알 수 없는 샘플의 농도를 찾으려면 공지된 샘플의 데이터를 사용하고 알 수 없는 용액의 점도를 보간한다. 먼저, 측정시간을 일정한 비스코머로 곱하여 운동점도를 결정한다. 그런 다음 운동 점도를 질량 밀도로 곱하여 동적 점도로 변환합니다. 다음으로, 알려진 샘플의 어름모의 함수로서 운동점도를 플롯한다. 그래프는 프로필렌 글리콜 농도가 증가함에 따라 점도가 증가한다는 것을 보여줍니다. 운동점도와 프로필렌 농도 사이의 선형 관계를 결정합니다. 그런 다음, 측정된 점도를 사용하여 알 수 없는 시료의 농도를 보간한다. 이 데모에서, 알 수 없는 견본은 프로필렌 글리콜의 45 몰%를 포함했습니다. 이제 점도가 농도를 결정하는 데 어떻게 사용되는지 배웠으니 산업 환경에서 점도의 많은 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.

석유 정유 및 태양 전지 생산에서 생물 의학 응용 프로그램 및 연구에 이르기까지 많은 산업 분야에서 점도 테스트가 중요합니다. 석유화학 산업에서 점도의 정확한 측정은 원유 조성을 결정하는 데 사용될 뿐만 아니라 석유화학 제품의 품질 관리를 평가하는 데 사용되기 때문에 우선 순위가 높습니다. 점도는 원유에서 액체 탄화수소에 따라 다르며 효율적인 추출, 처리 및 정유 운영 조건을 고려해야 합니다. 고농축 현탁액의 유변학적 특성화는 또한 태양전지의 금속화에 사용되는 것과 같은 복잡한 유체를 포함하는 응용 제품의 제품 개발에 필수적입니다. 전도성 페이스스의 흐름 특성은 방해받지 않고 결함이 없는 처리를 보장하고 침전 및 입자 응집을 방지하기 위해 신중하게 조정되어야 합니다. 의학에서, 마이크로 유변학 기술은 적혈구 기형성을 조사하고 혈액 점도에 영향을 미치는 겸상적혈구 빈혈과 같은 혈액 질환을 검출하는 진단 도구입니다. 조정 가능한 전단 속도 및 이미지 처리를 통해 마이크로 유체를 활용하는 프로토콜은 미세 순환에서 적혈구 응집을 정량적으로 결정하는 데 활용됩니다. 이러한 프로토콜은 또한 구조를 더 잘 이해하고 바이오 에서 영감을 얻은 물질을 설계하기 위해 뇌 문제와 같은 인간의 조직을 특성화하는 데 사용됩니다.

당신은 점도에 JOVE의 소개를 보았다. 이제 점도의 기본 원리를 알고, 점도를 작동할 수 있어야 하며, 다양한 응용 분야에서 점도의 중요성을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

본 실험에서, 프로필렌 글리콜의 여러 농도의 점도를 측정하였다. 예상대로, 점도는 프로필렌 글리콜 농도로 증가하는 것으로 나타났다. 샘플 솔루션이 내장을 통과하는 시간을 측정하고 운동 점도를 결정하는 데 사용되었습니다. 무작위 오류를 최소화하기 위해 수많은 측정이 수집되었습니다.

운동 점도측정된 시간 및 내장은 일정하게 사용하여 결정되었습니다.

   Equation 4

그런 다음, 운동 점도는 동적 점도를 제공하기 위해 밀도에 곱했다 :

Equation 5

알려지지 않은 농도는 공지된 샘플 솔루션과 비교하여 계산되었다. 선형 보간은 농도를 추정하는 데 사용되었고, 관계는 선형함수(도 1)에가장 적합하였다.

Equation 6

상기 방정식의 경우, 운동점도 및 농도의 두 개의 공지된 데이터 포인트가 사용되었고, x는 알 수 없는 용액의 측정점도로서 설정되었다. 용액은 알 수없는 샘플의 농도를 찾기 위해 y에 대한 해결되었다. Excel 그래프 링 기능을 사용하여 데이터 집합을 통해 추세선을 플롯하고 가장 적합한 방정식을 제공할 수도 있습니다.

Figure 1
그림 1: 용액의 농도와 점도 사이의 관계는 선형 적합성을 입증했다.

이 그래프는 점도와 조성물의 자연적인 로가릿이 선형 관계를 따르는 것을 보여줍니다. 용액의 단정 조성이 증가함에 따라 점도도 증가합니다. 이러한 관계를 알고, 알 수 없는 용액의 농도는 점도를 측정 하 고 농도 와 점도 사이 알려진된 관계에 관련 하 여 쉽게 발견. 실험 정확도는 더 알려진 농도를 측정하거나 보다 정확한 온도계를 사용하여 개선할 수 있습니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

이 실험의 목적은 알 수 없는 물질의 점도를 사용하여 점도 및 조성물의 관계를 테스트하여 그 조성물을 찾는 것이었습니다. 프로필렌 글리콜과 하나의 알 수 없는 농도 용액의 알려진 농도 용액의 숫자가 테스트되었다. 밀도, 동적 점도 및 운동 점도 간의 관계는 솔루션을 비교하는 데 사용되었습니다. 용액이 더 집중됨에 따라 용액이 더 점성이 되기 때문에 알 수 없는 용액의 농도를 작은 범위로 좁힐 수 있었습니다. 선형 보간은 농도를 추정하는 데 사용되었으며, 관계는 선형 함수에 가장 적합했다. 이 실험의 경우 온도계의 정확도를 높이면 오류의 주요 원인이므로 불확실성이 크게 감소할 수 있습니다. 더 많은 농도는 또한 정밀도를 증가 하기 위해 테스트 될 수 있습니다.

정확한 점도 테스트는 다양한 분야에서 중요합니다. 식품 가공 산업에서 식품은 시설2를통째로 운송하므로 생성 전반에 걸쳐 점도 검사를 받아야 합니다. 이러한 측정은 공정의 효율성을 극대화하고 생산2에대한 표준을 수립하는 데 사용됩니다. 파이프 나 프로세서를 통해 식품의 운송 시간이 얼마나 오래 걸리는지, 음식을 건조하는 데 걸리는 시간, 운송 및소매2를위한 포장에 음식을 분배하는 데 걸리는 시간을 결정하기 때문에 점도는 식품 산업에 중요합니다. 엔지니어는 점도를 사용하여 파이핑을 통해 제품의 흐름을 극대화하여 에너지를 절약하고 제품을 최대화하여 완제품의 품질을 저하시키지 않고2. 점도는 또한 물질을 손상시키지 않고 재료및 제품에 적용할 수 있는 힘에 대한 안전한 기준을 확립하는 데 중요하다2.

석유 산업에서 점도는 품질 평가3에대한 중요한 제어입니다. 원유를 구입하거나 가공할 때 기업은 점도를 측정하여 적절한 처리3을결정해야 합니다. 점도는 원유3의조성에 대한 중요한 정보를 제공한다. 다른 조성물의 오일은 다른 제품을 만드는 데사용된다 3. 일부 정유공장은 특정 점도의 오일만 처리할 수 있으므로 정확한 테스트는정제3에사용할 수 있는 재료를 결정하는 데 중요합니다. 오일 정제에서 오일의 점도는 추출, 운송 및 정제 방법3을위한 가장 효율적인 방법을 계획하는 데 사용됩니다. 온도는 또한 오일의 점도에 영향을 미칠 수 있으므로 점도3에적합한 온도에서 오일을 갖도록 제어해야 합니다. 또한, 오일의 점도는 누출3의경우 정화되는 방법을 결정합니다.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter