毕业设计--萘-甲苯、二甲苯溶液密度和粘度的测定与关联.docVIP

中原工学院本科毕业论文 毕业设计（论文）题目名称：萘-甲苯、二甲苯溶液密度和粘度的测定与关联院系名称：材料与化工学院班 级：应用化学071学 号：200701534118学生姓名：张永辉指导教师：崔铁兵 杨海燕 2011年06月30论文编号：200701534118萘-甲苯、二甲苯溶液的粘度测定与关联Viscosities and densities of (naphthalene + toluene) and (naphthalene + xylene) mixtures from 293.15 K to 343.15 K院系名称： 材料与化工学院班 级： 应用化学071学 号： 200701534118学生姓名： 张永辉指导教师： 崔铁兵 杨海燕 2011年06月摘要萘作为精细化工的重要原料，需求非常之大。粘度和密度是化工设计和过程优化中不可缺少的基础物性和热力学数据，在流体流动、动量传递以及设计反应器大小方面至关重要。密度、粘度应用广泛，而萘的物性数据极其缺乏，因此需对其密度、粘度等数据进行测定。根据萘在甲苯以及二甲苯中的溶解度大小和外界温度的大小，本文测定了萘-甲苯，萘-二甲苯两个二元混合体系在293.15K 343.15K，质量摩尔浓度分别在0 0.50、0 0.30mol/kg下的密度和粘度。密度、粘度的测定方法较多，本次毕业设计所研究的混合溶液的密度是用25ml的比重瓶在恒温条件下测定，粘度采用乌氏粘度计测定，恒温水浴的温度波动控制在0.1K。测出的两个二元体系的密度、粘度随质量摩尔浓度的增加而增加，随温度的增加而降低。计算出了分析密度、粘度与温度、溶液组成间的关系，并Vogel-Tamman- Fulcher(VTF)方程进行关联，得到方程参数及标准偏差ARD、平均相对偏差SD值。关键词：萘；甲苯；二甲苯；密度；粘度 AbstractNaphthalene as fine chemical and important raw materials, demand is very large.Viscosity and density of chemical process design and optimization of the indispensable is basic for the physical properties and thermodynamic data, in the fluid flow, momentum transfer, as well as the design of reactor size is essential . Density and viscosity have a wide range of applications, and naphthalene data were extremely scarce, so it is necessary to measure its density and viscosity. According to the solubilities of naphthalene in toluene and xylene and the surrounding temperature , In this paper, the densities and viscosities of naphthalene + toluene and naphthalene + xylene mixtures have been measureed in 293.15 K 343.15 K, naphthalene molality, respectively, in 00.50,00.30 mol/kg. There are many methods for measuring the density and viscosity , in this study ,I have measured the density of mixed solution with 25ml pycnometer capillary temperature conditions in the determination; the viscosity with intrinsic viscosity, constant temperature water bath to control temperature fluctuations 0.1 K. For the density and viscosity of the two binary system, I have drawed a conclusion that when the molality increase, the density and viscosity increase ; with the temperature increase, contrarily, the density and viscosity will decrease. Meanwhile I have calculated the relevance among analysis of density, viscosity , temperature and the composition of the solution, also I have used Vogel-Tamman-Fulcher (VTF) equation for correlation, and obtaind the equation parameters and ARD, SD values.Keywords: naphthalene, toluene, xylene, density, viscosity目录摘要I1 前言11.1 萘的性质11.2 萘的应用11.2.1 萘系高效减水剂11.2.2 染料和有机颜料11.2.3 其他11.3 溶液密度和粘度的测定21.3.1 溶液密度的测定21.3.2 溶液粘度的测定31.4 本课题的研究内容42 萘密度的测定与关联52.1 萘密度的测定原理52.1.1 实验方法的确定52.1.2 实验原理52.1.3 常见溶液密度的关联62.2 实验部分72.2.1 实验仪器72.2.2 化学试剂82.2.3 实验装置82.2.4 实验装置的可靠性验证92.2.5 实验方法及过程102.3实验结果与密度的关联102.3.1 密度的测量结果102.3.2 密度测量结果的关联122.3.3表观摩尔体积142.4 小结153 萘粘度的测定163.1萘 粘度的测定原理163.1.1 实验方法的确定163.1.2 实验原理163.1.3 常见溶液粘度的关联173.2 实验部分183.2.1 实验仪器183.2.2化学试剂183.2.3 试验装置183.2.4 实验方法及过程193.3 实验结果与粘度的关联203.3.1 粘度的测量结果203.3.2 粘度的关联223.4 小结234 结论254.1 试验结论254.2 误差分析255 致谢276 参考文献281 前言1.1 萘的性质 萘为一种有机化合物,分子式C10H8,白色,易挥发并有特殊气味的晶体。从炼焦的副产品煤焦油中大量生产,而用于合成染料、树脂等。光亮的片状晶体，具有特殊气味。密度1.162 ，熔点80.5，沸点217.9，凝固点80.5，闪点78.89，折射率1.58212（100），恒压燃烧热：40264.1J/g(标准大气压，298.15K），恒容燃烧热：40205J/g(标准大气压，298.15K）。 不溶于水，溶于乙醇和乙醚等 ，易挥发，易升华 ，溶于乙醇后，将其滴入水中，会出现白色浑浊。1.2 萘的应用萘是精细化工中的重要原料，无色或白色有光泽的鳞片状单斜结晶，有溫和芳香氣味，粗萘有特殊的煤焦油样臭味；熔点80.6，沸点219.9；难溶于水，微溶于乙醇，易溶于醚及苯中。能挥发并易升华，能水蒸汽蒸馏。与空气形成爆炸性混合物；爆炸极限0.95.9（体积）。萘用于生产染料、树脂、溶剂、炸药、消毒剂、杀虫剂、防腐剂、防蛀剂和碳化照明气。萘的催化氧化可以制得苯酐。具体应用如下：1.2.1 萘系高效减水剂我国工业萘消费中比例最大的是生产高效水泥减水剂。萘系高效减水剂占高效减水剂总用量的约85%，占添加剂总用量的40%以上。由于我国正处于大规模建设时期，加之奥运会、三峡工程、南水北调、青藏铁路等大型混凝土工程的拉动，萘系减水剂具有非常大的发展空间。1.2.2 染料和有机颜料精萘的主要应用领域是染料及有机颜料中间体，产量最大的是2萘酚和H酸。我国已成为世界上最大的染料和有机颜料生产国，近年来生产技术和产品结构变化较大，但对精萘的需求总体呈平稳增长趋势。1.2.3 其他萘在农用化学品和医药领域也有重要应用，这也是萘消费中增长最快的部分。主要产品包括植物生长调节剂和除草剂、熏蒸剂、鞣革剂、饲料添加剂、计生药品等。此外，以工业萘为原料还可生产一种重要的功能高分子材料聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，该产品早期市场主要是薄膜，潜在的市场用途包括柔性印刷线路板、电容器膜、薄膜开关、自动记录技术和可微波烘烤包装材料等。另一种重要用途就是包装容器，此外它还是一种工业用纤维原料，有望成为优良的橡胶增强材料、工业电缆料以及造纸机套和过滤器用介质单丝等。1.3 溶液密度和粘度的测定粘度和密度是重要的化工基础数据，是化工设计和过程优化中不可缺少的基础物性和热力学数据,在流体流动、动量传递以及设计反应器大小方面至关重要9。密度、粘度应用广泛，但是萘作为重要的合成中间体，物性数据极其缺乏，而萘与其他液体的二元混合体系的密度、粘度等物性，目前为止尚无见文献报道。因此测定此二元物系的粘度和密度具有重要的现实意义和理论价值。1.3.1 溶液密度的测定密度是反映物质特性的物理量，物质的特性是指物质本身具有的而又能相互区别的一种性质。溶液的密度等体积性质是计算热力学函数、建立状态方程、研究相平衡、探讨分子间相互作用以及技术研发、工程设计、过程优化不可缺少的基础数据。但多元体系的密度等体积性质相当缺乏2。密度的直接测量是通过直接测量物质的质量和所占的体积来进行的，而较方便和常用的则是利用阿基米德原理设计的仪器去测量液体物质的密度，由于存在容器或固态物质的真实体积难于准确测量，特别是温度变化时容器因膨胀或收缩也会引起体积发生变化，因此直接测量法往往变得更麻烦。测量溶液密度的方法主要有比重瓶法，浮力法，U型管法和振动管密度计法8-9。(1) 比重瓶法 比重瓶法也称密度瓶法，是一种精度较高而且应用广泛的密度测量方法。它是基于密度定义式，即测量待测物质的体积与同一体积该物质的质量而计算其密度。具体操作步骤为：用天平称出空瓶时质量 m1;空瓶装满标准液（一般用水）,用天平称出空瓶与水的总质量为 m2;倒掉水装满被测液体 ,用天平称出空瓶与液体的总质量 m3。最后利用公式计算溶液密度。这种方法的优点是测量精度主要决定于质量测定密度；比重瓶中液体与空气隔绝，液体的蒸发和从空气中吸湿的可能性小；对于易挥发性液体及粘度很大的液体密度的测量都适用；测定所用液体量较小，一般为1-100毫升。(2) 浮力法 浮力法是根据阿基米德原理测定液体密度的方法。浮力法精确度较低，但操作简便、迅速，所以工业上常用此法测定酸、碱、酒精溶液、糖、石油产品等液体密度或浓度。常用仪器有比重球、比重计和比重天平。这类仪器的刻度有两个特点：一是密度愈小的刻度愈高（这是由于仪器在密度愈小的液体中浸入的体积愈大）；二是刻度的距离不均匀，上面的刻度间隔大，下面的刻度间隔小。测量时，将仪器放入被测液体中，等仪器浮立静止后，与液面相对齐的刻度，就是该种液体的密度值。(3) U型管法 U型管法是利用在连通器中,液体不流动时,同一水平位置的压强相等的原理测量液体密度。具体步骤为：将待测液体倒入 U型管中; 将水倒入 U型管的另一管中; 用刻度尺量出液柱 h1和h2。根据公式：液gh1 =水gh2计算出待测液体密度。但此法要求待测液不溶于水，且待测密度需小于水的密度。可用于有机物的测定。(4) 振动管密度计 振动管密度计是目前测定液体密度最好的方法，测量精度可达g，测量误差小于0.005%，振动管密度计是根据流动振动管内的液体质量变化（即密度变化）而改变振动管固有振动频率的原理工作的。因此，当管内的液体密度变化时，振动管固有的振动频率发生变化，即管子中盛放的液体不同，管子振动的频率就不一样，当建立了振动频率与密度的定量关系后，就可以用来测定液体的密度。1.3.2 溶液粘度的测定粘度是流体的一种重要传递性质或物理性质。粘度能直接反映溶液内部溶质-溶质、溶质-溶剂之间相互作用的强弱、溶剂化状态、解离和缔合状态，在一定程度上也可预测大分子溶质在溶液中存在的立体构型16。粘度数据用于化工计算的许多方面，如物料容器或反应器的设计、动力粘度的测定等。粘度应用于许多工程问题中，如：热传递、质量传递、流体流动工程等17。从宏观是说，粘度不是一个热力学性质或状态函数，但从微观是看粘度也是由于分子运动和分子间相互作用力所产生的，与热力学性质无本质差别，在分子热力学领域，是可以与热力学相通的18。它反映流体流动行为的特征，在流体力学、传热、传质等过程工程研究中占有重要地位，也是预测和计算溶液其它性质所必需的基础数据，还对认识溶质-溶剂之间的相互作用机制和探讨溶液结构具有重要的意义19-21。由于理论的限制，由理论计算得到的粘度尚不太可靠。常见的液体粘度测定方法有以下几种：(1) 毛细管法：典型的粘度计为玻璃制毛细管型，是目前应用较广，较为重要的一种粘度计，测量精度较高，范围较宽，温控容易，需用试料少，价格低廉，但清洗困难。毛细管法测定粘度的原理是基于Hgane一Poisueelie定律。测定过程中，影响测定准确性的因素除温度、原料纯度等外，还应考虑流动在毛细管进出口处的阻力增加所带来的附加损失，进行末段修正，考虑流动过程中克服管壁摩擦力的动能损失，进行动能修正，同时测定过程应保证毛细管的垂直及充分的清洗。(2) 旋转法：据旋转法制成的粘度计有双重圆筒型、单一圆筒型、圆板型、锥板型和双锥型等。这种粘度计使用简单，测量迅速，便于连续测定，但结构复杂，价格较高。(3) 重力法：粘度计有落体型和升泡型两类，适用于高温高压的介质，常于工业上，结构简单，操作方便，但误差较大。(4) 平板法：据平板法制成的粘度计有带型、滑板型、倾斜板型等，适用常温常压下高粘度液体，不能连续测定。另外还有振动法、光干涉法等22。1.4 本课题的研究内容 测定温度在293.15K至343.15K下，质量摩尔浓度分别为0.00至0.50mol/kg下，萘在甲苯中的密度和粘度。 测定温度在298.15K至343.15K下，质量摩尔浓度分别为0.00至0.30mol/kg下，萘在二甲苯中的密度和粘度。 根据密度的测定值计算分析密度、粘度与温度、溶液组成间的关系，并用Vogel-Tamman- Fulcher(VTF)方程进行关联9-11；Vogel-Tamman-Fulcher(VTF)： 式中为液体粘度，为液体密度，m为萘在溶液中的质量摩尔浓度,T为温度，A、B、C、D为与温度、浓度无关的参数，由实验数据拟合。2 萘密度的测定与关联2.1 萘密度的测定原理2.1.1 实验方法的确定由于比重瓶法精度较高，且实验过程可与粘度测定配套进行，故本研究采用比重瓶法测密度。用带毛细管25ml的比重瓶在恒温条件下测定，比重瓶的体积用二次蒸馏水在每一个温度测定点下分别进行校正。2.1.2 实验原理比重瓶是利用阿基米德原理设计的仪器，已知体积，测出物质质量，求其密度。但由于容器真实体积在生产过程中存在偏差，并且当温度变化时容器因膨胀或收缩也会引起容积发生变化，因此要应用已知密度的参考液体（如水）进行校正后才能用于被测液体密度的测量。实验所用仪器为带毛细管的25cm3 比重瓶，在比重瓶中注满液体后，当用中间有毛细管的塞子塞住时，多余的液体就从毛细管溢出，这样瓶内盛有的液体体积就是固定的。其体积用二次蒸馏水在每一个温度测定点下分别进行校正，水的密度取自实用化学手册10。表2.1不同温度下水的密度温度（K）（Kg/m3）293.15998.2030298.15997.0430303.15995.6450313.15992.2120318.15990.2080323.15988.0300333.15983.1910338.15980.5460343.15977.7590要测液体密度，可先称出比重瓶空瓶的质量m0，然后再分两次将相同温度下的二次蒸馏水和待测液体注满比重瓶，称出称出比重瓶与水及比重瓶和待测液的总质量m1，m2, 根据溶液体积和质量可计算出相应温度下的溶液的密度。实验结果按下式计算： （2-1）其中：测定温度下，待测溶液的密度，g； 水测定温度下水的密度，g； m0空比重瓶的质量，g； m1测定温度下，比重瓶装满蒸馏水的质量，g；m2测定温度下，比重瓶装满待测溶液的质量，g。每个实验点最少重复三次（可用三个比重瓶一组进行平行实验代替），取其平均值。测量的不确定度依据国际测量不确定度表示指南，在95%置信水平下密度测定的不确定性为0.0002 g11。2.1.3 常见溶液密度的关联 流体的体积是工程设计和过程优化不可缺少的基础数据。体积性质对设计反应器、建立状态方程、研究相平衡、探讨分子间相互作用有决定性的作用，流体力学和传热计算中也离不开体积性质。但二元体系的体积性质相缺乏，三元和多元体系的体积性质更为稀少12。液体密度与温度的关联式虽然被广泛使用，但其优劣的评选却很少见报道。早在上世纪初就已使用简单而又可靠的温度多项式。d = A+BT+CT2 +DT3 （2-2）d = A+BT+CT2 （2-3）d = A+BT （2-4）在接近临界点处，也曾采用下列形式的关联式： （2-5）式中 Tc , dc分别为临界温度的临界密度, h, G为关联系数值。溶液密度与溶液浓度、温度之间的关系多非简单的线性关系，常用经验或半经验方程关联。多项式： （2-6）式中为溶液密度；m为溶液质量摩尔浓度；c是与温度有关的方程参数，由实验数据拟合；n为方程项数，经验试探确定 13-14。 对密度与溶液组成和温度间的关系，利用Vogel-Tamman-Fulcher(VTF) 16、26、27方程进行关联，可计算表观摩尔体积等体积性质。对于溶液条件下纯组分相态不同的三元体系，在二元体系超额焓的分子热力学模型基础上，可建立所研究体系密度的分子热力学模型，并能确定模型参数，研究出模型参数与温度及浓度的关系。 Vogel-Tamman-Fulcher(VTF)： （2-7） 式中为溶液密度gcm-3; m是1,4-萘醌的质量摩尔浓度，mol/kg；T为绝对温度，K；A、B、C、D为方程参数，由实验数据拟合，与温度、浓度无关。标准偏差ARD和平均相对偏差SD的定义为： （2-8） （2-9）式中Yexp和Ycal分别为实验值和计算值，p为数据点数，n为参数的个数。将实验所得的粘度数据，按最小二乘法拟合后，用Matlab 软件编程来处理，计算出Ycal 及每个体系的标准偏差ARD和平均相对偏差SD。2.2 实验部分2.2.1 实验仪器本实验所用仪器情况表2.2所示：表2.2 实验仪器一览表实验设备名称设备型号生产厂家低温恒温槽DC-2006上海比朗仪器有限公司电子分析天平FA2104A上海精天电子仪器有限公司精密温度计050上海金正仪表厂带毛细管的比重瓶25ml郑州玻璃仪器厂恒温玻璃容器郑州玻璃仪器厂2.2.2 化学试剂表2.3 化学试剂一览表实验化学试剂试剂类别生产厂家萘分析纯天津石英钟厂霸州市化工分厂二甲苯分析纯天津市天力化学试剂有限公司甲苯分析纯洛阳昊华化学试剂有限公司蒸馏水2.2.3 实验装置测定密度的实验装置如图2.1所示，测定密度的实验装置与测定粘度的实验装置是一体的，共用低温恒温槽。测定密度实验装置的主要部分是低温恒温槽的水箱。将三个25ml带毛细管的比重瓶装入被测液体，放入低温恒温槽的水箱中，待温度稳定后，恒温足够时间（一般20min）,用分析天平测量不同温度下液体的密度。图2.1密度测定的实验装置图2.2.4 实验装置的可靠性验证为了验证上述实验方法和仪器的准确性，测定了293.15K下100%甲苯、正庚烷的密度和粘度数据，并与文献值进行比较，其结果列于表2.3，2.4中。表2.4：293.15K下100%甲苯、二甲苯的密度、粘度测定结果与文献值的比较/ g/mpasExp.Lit.Exp.Lit.甲苯0.86670.8660.59630.590二甲苯0.86300.85670.63320.605从表2.4，2.5中可看出，密度、粘度的测定值基本与文献值误差较小，说明该测量方法准确。2.2.5 实验方法及过程搭好实验装置后，首先用蒸馏水标定比重瓶的体积。每次实验前都要将比重瓶用蒸馏水洗涤，再用无水乙醇冲洗两遍，然后用烘箱烘干。每次测量前配制待测溶液，样品用分析天平称量，按一定浓度配制好后存放在磨口容量瓶中。将比重瓶装好待测溶液，放入恒温水槽。恒温20分钟，恒温水浴的温度控制在0.1K，用精密温度计读取到0.1K。恒温好后取出比重瓶，将外部水份擦干后称重，根据溶液的体积和质量可计算出相应温度下液体的密度。每一个实验点最少重复三次，取其平均值。分析天平的精度为0.0001g。2.3实验结果与密度的关联2.3.1 密度的测量结果 实验分别测定了萘甲苯，萘二甲苯两个二元体系混合溶液在不同组成配比和不同温度下的密度，结果如表2.5、2.6所示：表2.5：萘甲苯二元混合溶液的密度测定值萘甲苯体系密度测定值 （g/cm3）mT(K)(mol/kg)293.15298.15303.15313.15323.15333.15338.15343.1500.8667 0.8623 0.8577 0.8484 0.8391 0.8295 0.8250 0.8204 0.084580.8684 0.8638 0.8591 0.8499 0.8406 0.8313 0.8268 0.8225 0.15010.8693 0.8648 0.8601 0.8508 0.8415 0.8321 0.8275 0.8227 0.22510.8707 0.8663 0.8615 0.8522 0.8429 0.8334 0.8288 0.8241 0.28820.8718 0.8674 0.8627 0.8533 0.8441 0.8347 0.8301 0.8254 0.36820.8732 0.8687 0.8640 0.8547 0.8453 0.8358 0.8312 0.8266 0.43830.8742 0.8699 0.8653 0.8559 0.8466 0.8372 0.8325 0.8278 0.49940.8751 0.8710 0.8664 0.8571 0.8477 0.8382 0.8337 0.8290 表2.6：萘二甲苯二元混合溶液的密度测定值萘二甲苯体系密度测定值 （g/cm3）mT(K)(mol/kg)298.15303.15313.15318.15323.15333.15338.15343.1500.8630 0.8586 0.8500 0.8457 0.8412 0.8323 0.8280 0.8235 0.041290.8638 0.8595 0.8509 0.8465 0.8422 0.8332 0.8290 0.8247 0.082560.8647 0.8602 0.8516 0.8471 0.8428 0.8339 0.8297 0.8252 0.11910.8651 0.8607 0.8521 0.8478 0.8433 0.8345 0.8299 0.8254 0.16410.8658 0.8615 0.8527 0.8485 0.8441 0.8353 0.8309 0.8265 0.20590.8667 0.8623 0.8539 0.8495 0.8452 0.8364 0.8322 0.8278 0.24840.8673 0.8632 0.8544 0.8502 0.8458 0.8370 0.8325 0.8282 0.28920.8681 0.8638 0.8552 0.8509 0.8465 0.8377 0.8332 0.8288 利用以上表中两个体系的数据，做不同温度下密度随质量摩尔浓度的变化图形，如图2.2：温度/K: 293.15（），298.15（），303.15（），313.15（），323.15（），333.15（），338.15（），343.15（）图2.2 萘-甲苯体系密度曲线 温度/K: 298.15（），303.15（），313.15（），318.15（），323.15（），333.15（），338.15（），343.15（）图2.3 萘-二甲苯体系密度曲线分析以上两图可以看出：两个二元混合溶液体系在一定温度下，密度随着萘的质量摩尔浓度的增加而增加；一定浓度下，密度随温度的增加而降低，且在不同浓度下密度随温度增加而降低的幅度基本一致，该结果与理论相吻合。2.3.2 密度测量结果的关联根据2.1.3常见溶液密度的关联中所述的方法，对两个二元混合溶液体系所测量出的粘度值（见表2.5，2.6）用方程（2-8）进行关联，按最小二乘法拟合后，用Matlab 软件编程来处理，计算出Ycal，列于表2.7，2.8中。并将得到的方程参数A、B、C、D和标准偏差ARD、平均相对偏差SD列于表2.9中。表2.7：萘甲苯体系密度计算值萘甲苯体系密度计算值 （g/cm3）（kg/m3)m(mol/kg)T(K)293.15298.15303.15313.15323.15333.15338.15343.1500.86709 0.86228 0.85752 0.84811 0.83887 0.82978 0.82530 0.82086 0.084580.86859 0.86377 0.85899 0.84956 0.84030 0.83120 0.82671 0.82225 0.15010.86975 0.86492 0.86014 0.85069 0.84141 0.83229 0.82779 0.82333 0.22510.87108 0.86624 0.86145 0.85199 0.84269 0.83355 0.82904 0.82457 0.28820.87220 0.86735 0.86255 0.85308 0.84376 0.83461 0.83009 0.82562 0.36820.87362 0.86877 0.86396 0.85446 0.84513 0.83595 0.83143 0.82694 0.43830.87487 0.87001 0.86519 0.85567 0.84632 0.83713 0.83260 0.82810 0.49940.87596 0.87109 0.86626 0.85673 0.84737 0.83816 0.83362 0.82912 表2.8：萘二甲苯体系密度的计算值萘二甲苯体系密度计算值 （g/cm3）（kg/m3)m(mol/kg)T(K)298.15303.15313.15318.15323.15333.15338.15343.1500.86320 0.85870 0.84981 0.84543 0.84108 0.83249 0.82825 0.82405 0.041290.86396 0.85946 0.85056 0.84617 0.84182 0.83322 0.82898 0.82477 0.082560.86473 0.86022 0.85131 0.84692 0.84256 0.83395 0.82970 0.82549 0.11910.86540 0.86089 0.85198 0.84758 0.84321 0.83460 0.83034 0.82612 0.16410.86624 0.86172 0.85279 0.84839 0.84402 0.83539 0.83113 0.82691 0.20590.86702 0.86249 0.85355 0.84914 0.84477 0.83613 0.83187 0.82764 0.24840.86781 0.86328 0.85433 0.84991 0.84553 0.83689 0.83262 0.82838 0.28920.86857 0.86403 0.85507 0.85065 0.84627 0.83761 0.83334 0.82910 表2.9： 不同溶液体系下密度的拟合参数值以及平均相对偏差SD和标准偏差ARD体系ABCDARDSD萘甲苯0.0290871034762.122-2754.70.0002680.000289426萘二甲苯0.0380759303.863.915-2682.80.0002520.0002665132.3.3表观摩尔体积组分的表观摩尔体积是混合溶液重要的体积性质，是混合物热力学性质计算的基础数据。表观摩尔体积的计算方程如下：V=M/-1000(-0)/m0 （2-11）式中m是溶质的质量摩尔浓度(molkg-1),M是溶质的摩尔质量(gmol-1),0,分别是溶剂和溶液的密度(gcm-3) 15.根据萘-甲苯、萘-二甲苯二元混合溶液体系密度的实验数据，按上式计算出两个体系的表观摩尔体积列于表2.10，2.11中：表2.10：萘 甲苯二元混合溶液的表观摩尔体积萘-甲苯体系的表观摩尔体积V(cm3/mol)m(mol/kg)T(K)278.15283.15288.15293.15298.15303.15308.15313.150-0.084581917 1977 2037 2146 2252 2351 2398 2438 0.15011137 1170 1204 1266 1326 1385 1412 1440 0.2251799 821 843 886 926 966 984 1003 0.2882651 668 685 719 751 781 796 810 0.3682536 550 564 591 616 641 652 663 0.4383471 482 493 516 537 558 568 577 0.4994429 438 448 468 487 505 513 522 01917 1977 2037 2146 2252 2351 2398 2438 表2.11：萘-二甲苯二元混合溶液的表观摩尔体积萘-二甲苯体系的表观摩尔体积V(cm3/mol)m(mol/kg)T(K)278.15283.15288.15293.15298.15303.15308.15313.150-0.041293896 4002 4204 4305 4398 4590 4671 4754 0.08256149 149 151 152 153 154 155 156 0.1191157 158 160 160 161 163 164 165 0.1641154 155 157 157 158 160 161 162 0.2059153 153 155 156 157 159 159 160 0.2484152 153 154 155 156 158 158 159 0.2892151 152 153 154 155 157 158 159 2.4 小结本章实验测定了萘-甲苯、萘-二甲苯两个二元混合体系在温度范围为293.15K -343.15K，质量摩尔浓度分别为0 -0.50mol/kg 和0 - 0.30mol/kg时的密度。分析两个二元混合体系知，当温度一定时，密度随质量摩尔浓度m的增加而增加；当m一定时，密度随温度的升高而减小。运用最小二乘法，对所测两个混合体系的密度随温度、质量摩尔浓度的变化用Vogel-Tammnan-Fulcher方程进行了关联，确定了方程参数。计算值与实验值比较, 其中萘甲苯体系中标准偏ARD0.000268=，平均相对偏差SD=0.000289426（密度）；萘二甲苯体系中标准偏差ARD=0.000252，平均相对偏差SD=0.000266513（密度）。3 萘粘度的测定3.1萘 粘度的测定原理3.1.1 实验方法的确定基于毛细管法价格便宜，温度控制简单，实验操作方便，测量精度高等优点，故本研究选用该法，即采用乌氏粘度计测定所研究体系的粘度。3.1.2 实验原理液体粘度的测量，根据Poisuille 公式可以用t 秒内液体流过半径为r 、长为L的毛细管的体积V来衡量： （3-1） 式中，P为毛细管两端的压力差。在重力场中，P=gh,其中为液体的密度，h为毛细管两端的高度差，g为重力加速度，若考虑动能的影响，则更为完整的公式为： （3-2）为毛细管长度校正项；m是动能校正系数，它是一个接近于1的仪器常数；是液体在毛细管中的平均流速。当选较细的毛细管粘度计时，液体流速较慢，动能校正项很小，可以忽略。一般用已知粘度（0）、密度（0）的液体如（纯水），用某一毛细管粘度计测定流出时间t0,然后用同一支毛细管粘度计测定未知液流出的时间t,其密度为,则该未知液的粘度23为： （3-3） 在测定溶液的粘度时，0 ,t0 ,0 分别为纯以水为溶剂，其分别粘度、密度取之取自化工原理、实用化学手册。故用比重瓶法测出溶液的密度 ，就可以计算出所测溶液的粘度。表3.1 不同温度下水的粘度24温度（K）0(mpas)293.151.1005298.150.8937303.150.8007313.150.6560318.150.6270323.150.5494333.150.4688338.150.4355343.150.40613.1.3 常见溶液粘度的关联溶液的粘度与组成x之间一般无直线关系，有时还出现极大值、极小值或既有极大值又有极小值或S型曲线关系，目前尚难理论预测25。除实验测定外，工程上多采用一些经验的或半经验的粘度模型来关联或推算，较为典型的粘度方程有：Eyring、Redlieh-Kister、Grunberg-Nissan、MeAllister、Auslaender、Tamura-Kurata、UNIFAC-VISICO、Teja-Riee和wei-Rowley等26-31。对常见的不同温度下二元混合溶液体系，不同浓度下的粘度可以用Vogel-Tamman-Fulcher(VTF)方程21关联： （3-4） 式中是混合物粘度，mpas; m是1,4-萘醌的质量摩尔浓度，；T为绝对温度，K；A、B、C、D为方程参数。 标准偏差ARD和平均相对偏差SD的定义为： （3-5） （3-6）式中Yexp和Ycal分别为实验值和计算值，p为数据点数，n为参数的个数。将实验所得的粘度数据，按最小二乘法拟合后，用Matlab 软件编程来处理，计算出Ycal 、每个体系的标准偏差ARD和平均相对偏差SD.3.2 实验部分 3.2.1 实验仪器本实验所用仪器情况表3.2所示：表3.2 实验仪器一览表实验设备名称设备型号生产厂家低温恒温槽DC-2006上海比朗仪器有限公司乌式粘度计（内径0.50.6mm）郑州玻璃仪器厂精密温度计050上海金正仪表厂电子秒表恒温玻璃容器郑州玻璃仪器厂3.2.2 化学试剂表3.3 化学试剂一览表实验化学试剂试剂类别生产厂家萘分析纯天津石英钟厂霸州市化工分厂二甲苯分析纯天津市天力化学试剂有限公司甲苯分析纯洛阳昊华化学试剂有限公司蒸馏水。3.2.3 试验装置图3.1 试验装置图实验装置如图3.1所示，装置的主要部分是乌氏粘度计，装有待测溶液的乌氏粘度计的两个细管套上橡皮管。用试管夹夹住乌氏粘度计的粗管，使之垂直固定在铁架台上。为保证恒温水浴，将乌氏粘度计放在自制的玻璃容器中，水面淹没粘度计的玻璃小球。为了保证玻璃仪器中水的温度与恒温水槽中水的温度不超过0.1K，在玻璃容器的外面包上保温棉，保温棉的高度以不影响乌氏粘度计读数为准。将校准过的精密温度计垂直插入玻璃容器中，以其读数为准，进行粘度测量。温度计的精度为0.01K。3.2.4 实验方法及过程搭好实验装置。每次实验前