1、毕业论文 开题报告 化学工程与工艺 水 +醇二元体系粘度性质研究 一、选题的背景、意义 （所选课题的历史前景、国内外研究现状和发展趋势） 粘度 (Viscosity) 是流体在流动中所产生的内部摩擦阻力，其大小由物质种类、温度、浓度等因素决定。其单位是帕秒 (Pa s)或毫帕秒 (mPa s)。 粘度是流体的重要物理特性，是表征流体性质的一项重要参数。粘度测量与石油、化工、轻工、交通、冶金、建材、煤炭及国防等领域的关系非常密切。在这些领域中，粘度测量是控制生产流程、实现安全生产、提高产品质量、保证产品质量 、节约与开发能源的重要手段。在医学领域，测量血液及其生理液体的粘度是最新发展起来的诊断学
2、，特别是心血管疾病及癌、瘤等疑难病症的重要诊断手段。在物理化学、流体力学、冶舍学等科学领域中，粘度测量可以获得各种产品的性能、预期信息、处理效应、配方变化以及老化现象等等。通过对流体粘度测量、对流体性质和流体流动状态的研究，知晓了流体的流变特性，对工厂设计泵和管道系统等的能力也大有帮助。 应用流变学在粘度测量中有三个学派。其一，实效学派，它是最有效的，这个学派只关心粘度计所产生的对产品或工艺有用的数值。他们不关心流变学理 论和以绝对值表示的测量参数。这个学派的典型应用是质量管理和工厂生产。其二，理论学派，它有更多的理论色彩，他们知道粘度计不能直接产生确定剪切率以及非牛顿流体的绝对粘度。他们可用
3、重要的产品或工艺参数展示“刻度粘度”的关系，在多数情况下，也可以得出十分满意的结果，而不用购买复杂的昂贵的流变测量设备5。最后，学院学派，它则要求确定并知晓所有的测定参数，特别是剪切和剪切应力。他们需要有确定的几何形状的设备，如圆锥体、膜片或同轴圆筒式的转体。这些类型的枯度计可以确定剪切率并可直接获得精确的绝对粘度。 现在普 遍运用于工业测量的毛细管测量方法是通过在一个恒温浴的毛细管中，将 需要测量的流体灌入，由于毛细管的两头存在气压差，流体往毛细管底部流动，流体 流满整个毛细管的时问间隔就是要用来计算粘度的一个重要的物理量，通过多次实验 得出该时间问隔的平均值，然后再与毛细管的参数 (每根毛
4、细管有固定的参数值 )在粘度公式里进行计算即可得出流体的粘度值。在该实验中，恒温浴的温度设定，流体运动的时问间隔计时以及粘度值的最后计算都需要人工操作。并且，这种粘度计由于其自重式结构，测量对象局限于牛顿流体；这种粘度计对测量环境要求严格，需要 大型恒温辅助装置，应用多局限于工厂的检验室；其测量过程为手工操作，对测得的数据还要做大量的运算处理。 在现在工业生产的自动化需求逐渐提高的今天，人工操作测量过程的弊端已经很明显地暴露出来。例如，测量过程中测量人员需要手动对仪器进行设定，这就需要测量人员懂得仪器相关的技术背景；在计时过程中要人手操作，过程繁琐，降低了准确度；粘度计算准确度也受到很大的考验
5、；另外，在历史测量数据管理方面也增加了测量人员的工作量。 国外的毛细管粘度测量已普遍实行自动测量，仪器也很多。如德国 Schott Gerate公司的 AVS 400型自动粘度计 (1-3 104mm2 s， 9999 99 0 0ls，一 80 200 )，日本的 AVId全自动粘度计 (1-3 104mm2 s， 5-100 0 01 )美国 Cannon仪器公司的 CAv一 1自动粘度计 (3-600mmZ s， 5-100 )等。 纵观目前国内各行业中粘度计使用状况，普遍比较落后，在其它的理化参数广泛应用先进自动化设备的状况下，粘度测量仪器仍停留在 50 60年代的水平。在国内，在粘度
6、测量的研究领域中有一种基于毛细管法的新型全自动粘度测量系统，该系统采用双气室 气路结构，通过 89C 52单片机测量系统，它采用独特的气路设计完成自动采样，并可调节毛细管两端的压差，实现对非牛顿流体的测量。通过 89 c 52单片机系统控制，无需测试者介入即可实现自动测量。仪器还具有恒温控制 (精度 025 )功能，整个系统采用蓄电池供电，使其可用于工业现场。该实验的原理是根据哈根一泊肃叶定律，粘度测量实际转化为对流体体积、流动时间和驱动压力的测量。另外，因为流体粘度会随环境温度变化而发生显著改变，所以要保证测量精度，必须进行恒温控制。测量系统的设计围绕这些要点进行。该测量系统目前正被推广使
7、用。 二、 课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标 测量粘度的方法很多，本实验 利用乌氏粘度计测量粘度的方法来测量二元混合物的粘度，试验中要用到的材料有温度指示控制器，测量温度的范围在 0-100摄氏度，蒸馏水，甲醇，乙醇，正丙醇，异丙醇，乌氏粘度计，恒温水缸，秒表，干燥箱。 实验方法是在某一恒定温度下，测定不同浓度醇与水的混合液在不同温度下流过已标定好的乌氏毛细管粘度计的时间，再通过已知液体的粘度通过公式计算出混合液体的粘度。得出粘度与浓度、温度之间的关系 由下式进行计算 0 = T 0T0 实验步骤是配制不同浓度的四种醇水二元混合物，把水加热到一定的温度，然
8、后保持恒温，将一定量的醇和水的二元混合物倒入乌氏粘度计，将粘度计放入水槽中进行水浴加热。过一分钟左右，将粘度计里的液体吹到有刻度一端。然后等液体落下，从开始到刻度的时候开始计时，到液体全部通过刻度停止计时。记录时间。重复做 3-5次，取平均值。然后再提高温度再测量。方法同上。 测量时恒温水浴的温度波动在 0.1K。液体流过粘度计毛细管的时间由精度为 0 01 s的电子数字秒表读取。每个 数据点至少进行 4次重复实验，取 4次测量的平均值作为最终实验结果。 难点是在准备混合液的粘度时量取液体体积一定要准确，解决这个问题就要移取是准确。 测量时温度的控制，温差波动范围要控制在 0.01K，解决这个
9、问题要用电子温度控制仪。 在实验中，在等混合液落下时会由于是人观察，确定每次的时间会产生误差。要解决就要多次测量取平均值。 通过实验测得二元体系的粘度。通过粘度得到同温度下不同浓度对粘度的影响。同种混合物在不同温度下的影响。分子结构对粘度的影响。 三、 主要参考文献 1陶红，林雪燕，陈树 大 .乙醇 +N-甲基 哌嗪二元溶液的粘度性质 J.嘉兴学院报（物理版）， 2002,（ 14）： 126-128. 2胡副欣 ,岳杰 .液体混合物粘度的测定和计算 J.信阳师范学院学报 (自然科学版 ),2000,13(4):418-420. 3肖进新 ,田翼 ,顾永涛 .应用减压型毛细管粘度计研究表面活性剂溶液的流变性质 J.研究与探索 .2000,(1):37-40. 4毕胜山 ,吴江涛 ,刘志刚 ,孟现阳 .碳酸二甲酯饱和液体粘度的实验研究 J.西安交通大学学报 ,2003,(7):903-905. 5宋兴福， 罗妍， 汪瑾， 于建国 .甲醇一乙二醇二元混合液密度和粘度的测定及关联 J.华东理工大学学报（自然科学版）， 2002,（ 37）： 750-753. 6李惠萍 , 王红梅 , 蒋登高 , 刘 权 , 吴 鲲 .2-甲基 -1,3-丙二醇水溶液密度和粘度的测定及关联J,高校化学工程学报， 2006,20卷第 4期， 638-642
