甲醇和乙醇的水溶液粘度_密度和导热系数的估算

甲醇和乙醇的水溶液粘度_密度和导热系数的估算

Dec.2009

16 化学工程

化肥设计

ChemicalFertilizerDesign

第47卷　第6期2009年12月

甲醇和乙醇的水溶液粘度、密度

和导热系数的估算

王双成,王登科

(河南广播电视大学理工教学部,河南郑州　450008)

摘　要:根据作者导出的非电解质水溶液的粘度模型,提出了估算低压下甲醇和乙醇水溶液粘度的估算式,并根据对实验数据的回归分析,提出了甲醇和乙醇水溶液的密度和导热系数估算式。利用这些计算式计算了不同温度和组成下的甲醇水溶液和乙醇水溶液的132个粘度数据、130个密度数据和32个导热系数数据,计算值与实验值的平均计算偏差分别为1.888%、0.540%和0.969%;计算了不同温度和组成下的甲醇2乙醇2水三元溶液的115个粘度数据和116个密度数据,计算值与实验值的平均相对偏差分别为2.556%和0.351%。计算结果表明,计算值与实验数据吻合很好。

关键词:甲醇水溶液;乙醇水溶液;粘度;密度;导热系数;估算

中图分类号:TQ223.121　　文献标识码:A　　文章编号:1004-8901()06-0016-EvaluationforViscosity,Dfor

aonEthanol

WANGShung2cheng,WANGDeng2ke

(EngineeringEducationDepartment,HenanBroadcastTelevisionUniversity,Zhengzhou　450008　China)

Abstract:Accordingtoviscositymodelofnon2electrolytewatersolutionderivedbyauthor,whohaspresentedtheevaluationequationforreckoningviscosityofmethanol/ethanolwatersolutionsunderlowpressure,andaccordingtoregressionanalysisofexperimentaldata,authorhastheestimateequa2tionforthedensityandheatconductivityfactorofthemethanol/ethanolwatersolutions,byusingofthisequation,authorhascalculated132viscositydataformethanol/ethanolwatersolutions,130densitydataand32heatconductionfactorsdataunderdifferenttemperaturesandcomponents,theaveragecal2culationdeviationbetweencalculatedvaluesandexperimentalvaluesarerespectively1.888%,o.540%,and0.969%;hascalculated115viscositydataand116densitydataoftriadicsolutionofmethanol2ethanol2waterunderdifferenttemperaturesandcomponents,therelativeaveragedeviationsbetweencalculatedvaluesandexperimentalvaluesarerespectively2.556%and0.351%:calculationresultindicatesthatitisveryconsistentbetweenthecalcu2latedvaluesandexperimentalvalues.

Keywords:methanolwatersolution;ethanolwatersolution;viscosity;density;heatconductivityfactor;evaluation

　　水溶液的粘度、密度和导热系数是水溶液的重要物性。液体混合物的粘度和导热系数是物质重要的传递性质,它在传质、传热和流体流动的研究中是不可缺少的,因此粘度和导热系数模型的研究一直很受重视。

对于溶液粘度,目前尚无可靠的理论方法来估算,主要还是利用一些经验、半经验的粘度模型来推算。由于水溶液与非水溶液的特性有较大的差别,

[1]

Teju2Rice按对应态原理导出的单参数模型的计算误差对非水溶液一般小于5%,而对于含水混合物的计算误差则高达20%左右。本文利用非电解质水溶液的粘度模型,结合实验数据的回归,提出了低压下甲醇和乙醇水溶液粘度的估算式;根据非电解质水溶液密度实验数据的回归分析,导出了非电解质水溶液

的密度的估算模型;利用文献中液体混合物导热系数的关联式并结合实验数据,得出了甲醇和乙醇水溶液的导热系数的估算式。

　甲醇、乙醇水溶液粘度的估算

　二元水溶液粘度的关联

本文作者在Eyring的液体粘性流动模型的基础上,根据Rother等的假定和Shealy和Sandler的水溶液过量自由焓溶质聚集模型,导出了双参数非电解质水溶液的粘度模型。

作者简介:王双成(1944年-),男,山西平陆人,1968年毕业于太原工学院化工系,教授,从事化学工程专业课程教学和化工填料的研究和开发等工作。

[2]

甲醇和乙醇的水溶液粘度_密度和导热系数的估算

第6期王双成等　甲醇和乙醇的水溶液粘度、密度和导热系数的估算

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ηηη2+ax1(1-x1)+　　lnm=x1ln1+(1-x1)ln

bx1(1-x1)ln(1-x1){1-exp[-50(1-x1)]}(1)

2

　多元水溶液粘度的关联

对于多元水溶液,可将溶质视为一种溶质集体,则多元水溶液可看作由溶剂水和溶质集体组成的虚拟二元溶液。据此,可导出多元水溶液的粘度关联式:

n

n

i

i

i

i

式中:η为液体混合物的粘度,mPa s。式(1)是本文二元水溶液的粘度模型,参数a,b为二元相互作用参数,与物系种类和温度有关。根据对实验数据的分析,a,b可用温度的线性关系式表达:

a=a0+a1Tb=b0+b1T

(2)(3)

2

ηlnm=

2N

N

ij

η+∑xV∑xln

i=1

i=1

lnVm+ax1-+

(1-x1)]}+b′x1(1-x1)ln(1-x1){1-exp(-b′

(3)中,a0,a1,b0,b1仅与物系有关。通过实验式(2)、

数据回归,可得出其数值。对于甲醇水溶液,

a0=5.37690,a1=-0.0115010,b0=-10.2113,b1=0.0286300;对于乙醇水溶液,a0,=8.45923,a1=-0.0219210,b0=-16.2416,b1=0.0444150。

∑∑k

i=2

j=2

xixj(4)

式中,a′和b′为该虚拟二元溶液的二元作用参数,可按二元溶液相应参数用如下混合规则计算:

N

利用本文的水溶液粘度模型,计算了甲醇水溶液和乙醇水溶液在132个不同温度和组成下二元水溶液的粘度数据,并与文献中的相应实验数据作了比较,对实验值的总平均相对偏差为1.888%,计算结果见表1。

表1　序号

1

a′=

∑a

Ni=2N

0i

xi

(5)

i

∑x

2Ni=2

1i

xi

(6)

i

Grunberg2Nissan法

[3]

系统甲醇2水

温度/K283.15293.15303.15313.15323.15

121212121716151212

1.1.3821.0900.9861.3103.7012.5422.5221.7021.949

-5.-5.762-5.123-4.105-4.9699.3686.8469.4111.8081.974

[4][4][4][4][4][4][4][4][4][4]

,kij为溶质i与溶质j相互作用常数,按

确定。本文利用式(4)计算了

甲醇2乙醇2水在115个不同温度和组成下三元水溶液的粘度,并与文献中的实相应验数据作了比较,计算值对实验值的总平均相对偏差为2.556%,计算结果见表2。

表2　本文粘度模型对甲醇2乙醇2水溶液粘度的计算结果

序号

12345

2乙醇2水283.15293.15303.15313.15323.15

温度

/℃1020304050

数据点

2323232423

方程参数

kij

ARD/%Max/%参考文献2.9032.4482.2532.2932.883

-7.053-6.736+5.215-5.473-5.906

[4][4][4][4][4]

0.0340.0500.0790.0880.097

　　表1中每个数据组的平均相对偏差ARD%和最大相对偏差Max%按下式计算:

n

ηi,calcd.-ηi,exptl.ARD%=×nηi,exptl.i=1

ηi,calcd.]×Max%=max[(ηi,calcd.-ηi,exptl.)/100式中,n为所计算数据组的数据点数。表2中的ARD%和Max%的计算同表1。表1中每个数据组

　甲醇、乙醇、水溶液密度估算

本文作者根据对文献实验数据的回归分析,导出了如下有机物水溶液密度的关联式:

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