Nghiên cứu tương quan độ nhớt hỗn hợp chất lỏng - Barry Allen White

Tìm hiểu chi tiết về Thesis 1969 W582G, sản phẩm âm thanh cao cấp với công nghệ tiên tiến. Đánh giá tính năng, hiệu suất và ứng dụng thực tế.

Trường đại học

Oklahoma State University

Chuyên ngành

Kỹ thuật hóa học

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận văn thạc sĩ

1969

67
0
0

Phí lưu trữ

30 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về luận văn Thesis 1969 w582g

Luận văn Thesis 1969 w582g của Barry Allen White (1969) nghiên cứu mối tương quan độ nhớt cho hỗn hợp lỏng hydrocarbon. Nghiên cứu tập trung vào hệ n-butan-n-decan với phạm vi 25-85% phân tử lượng, sử dụng phương pháp đo độ nhớt thực nghiệm. Tác giả đã đánh giá các công thức tương quan hiện có và phát triển công thức mới dựa trên tham số tương tác thực nghiệm. Kết quả được ứng dụng trong công nghiệp hóa dầu nhờ độ chính xác cao trong dự đoán đặc tính lưu biến.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu chính là xây dựng tương quan tổng quát cho độ nhớt hỗn hợp lỏng hydrocarbon. Phạm vi nghiên cứu bao gồm đo đạc độ nhớt hệ n-butan-n-decan, đánh giá các công thức tương quan từ tài liệu, và phát triển phương pháp mới sử dụng tham số tương tác. Nghiên cứu cũng bao gồm thiết kế thiết bị đo và phân tích dữ liệu thực nghiệm.

1.2. Cơ sở lý thuyết độ nhớt hỗn hợp

Độ nhớt hỗn hợp lỏng phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ, và áp suất. Các lý thuyết cơ bản bao gồm lý thuyết hỗn hợp, tương quan trạng thái, và phương pháp năng lượng tự do. White đã xem xét các lý thuyết này để xây dựng cơ sở khoa học cho nghiên cứu. Phương pháp đo sử dụng viscometer Zeiffuchs Cross-Arm với độ chính xác cao.

II. Phân tích vấn đề độ nhớt hỗn hợp hydrocarbon

Vấn đề chính trong đo lường độ nhớt hỗn hợp hydrocarbon là sự biến đổi phi tuyến tính theo thành phần. Các phương pháp tương quan hiện có thường thất bại trong dự đoán chính xác do thiếu tham số tương tác. White đã phát hiện ra rằng tương quan độ nhớt dựa trên sức căng bề mặt không hiệu quả. Thay vào đó, phương pháp mới sử dụng tham số tương tác thực nghiệm mang lại độ chính xác vượt trội. Nghiên cứu cũng chỉ ra sự cần thiết của dữ liệu thực nghiệm chất lượng cao.

2.1. Đánh giá phương pháp tương quan hiện có

White đã kiểm tra nhiều phương pháp tương quan từ tài liệu như tương quan hỗn hợp, quy tắc trộn, và tương quan trạng thái. Kết quả cho thấy hầu hết các phương pháp đều có sai số lớn khi áp dụng cho hệ n-butan-n-decan. Đặc biệt, phương pháp dựa trên sức căng bề mặt bị loại bỏ do không phù hợp.

2.2. Thách thức trong đo lường độ nhớt

Đo lường độ nhớt ở điều kiện áp suất cao và nhiệt độ thay đổi là thách thức lớn. Thiết bị đo cần đảm bảo độ kín khít và ổn định nhiệt. White đã thiết kế hệ thống đo với buồng áp suất bằng thép không gỉ, cửa sổ quan sát bằng thạch anh, và bộ điều khiển nhiệt độ chính xác.

III. Phương pháp nghiên cứu và xây dựng tương quan

Phương pháp nghiên cứu bao gồm thiết kế thí nghiệm, đo lường độ nhớt hệ n-butan-n-decan, và phát triển công thức tương quan mới. White sử dụng viscometer Zeiffuchs Cross-Arm với độ chính xác cao. Tham số tương tác được xác định thông qua dữ liệu thực nghiệm. Công thức tương quan mới thể hiện độ chính xác vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Phương pháp này có thể mở rộng cho các hệ hydrocarbon khác.

3.1. Thiết kế thí nghiệm đo độ nhớt

Thiết bị đo bao gồm viscometer Cross-Arm, buồng áp suất bằng thép không gỉ, và hệ thống tiêm chất lỏng. Buồng áp suất có 4 cửa sổ quan sát bằng thạch anh để theo dõi mức chất lỏng. Hệ thống điều khiển nhiệt độ duy trì nhiệt độ ổn định trong quá trình đo.

3.2. Phát triển công thức tương quan mới

Công thức tương quan mới sử dụng tham số tương tác thực nghiệm, kết hợp với lý thuyết năng lượng tự do. Phương trình Arrhenius được điều chỉnh để bao gồm tham số tương tác. Kết quả được kiểm chứng bằng dữ liệu thực nghiệm và so sánh với các phương pháp khác.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn luận văn

Luận văn đã chứng minh hiệu quả của phương pháp tương quan độ nhớt mới cho hỗn hợp hydrocarbon. Công thức mới mang lại độ chính xác cao hơn các phương pháp truyền thống. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong công nghiệp hóa dầu, đặc biệt trong thiết kế hệ thống vận chuyển hydrocarbon. Nghiên cứu cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai.

4.1. Kết luận chính từ nghiên cứu

Nghiên cứu xác nhận tầm quan trọng của tham số tương tác trong dự đoán độ nhớt hỗn hợp. Phương pháp mới vượt trội trong độ chính xác và ổn định. Kết quả cũng chỉ ra sự cần thiết của dữ liệu thực nghiệm chất lượng cao cho phát triển công thức tương quan.

4.2. Khuyến nghị ứng dụng và phát triển

Luận văn khuyến nghị áp dụng phương pháp tương quan mới trong công nghiệp. Cần phát triển các công thức tương quan cho các hệ hydrocarbon khác nhau. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào tối ưu hóa tham số tương tác và mở rộng phạm vi ứng dụng.

Tóm tắt và mô tả trên trang này được tạo với sự hỗ trợ của AI. Nếu bạn thấy nội dung không chính xác hoặc có vấn đề, vui lòng Báo lỗi nội dung.

31/05/2026
Thesis 1969 w582g

Trích đoạn nội dung tài liệu

A GENERAL VISCOSITY CORRELATION FOR LIQUID MIXTURES by BARRY ALLEN WHITE 1t Bachelor of Science Oklahoma State University Stillwater, Oklahoma 1968 Submitted to the Faculty of the Graduate College of the Oklahoma State University in partial fulfillment of the requirements for the Degree of MASTER OF SCIENCE August , 1969 w.\ft Y NOV o 1969 A GENERAL VISCOSITY CORRELATION FOR LIQUID MIXTURES Thesis Approved:. 730170 ii PREFACE This study is concerned with evaluating existing and formulating new correlations for the viscosity of binary mixtures of paraffin hydro- carbons. Viscosity of the n-butane-n-decane system was measured over a 25 to 85 mole fraction range to evaluate a correlation using logarithm of surface tension and reciprocal viscosity. The surface tension correlation was judged invalid and other cor- relations from the literature were tested with experimental and liter- ature viscosity data.

A new correlation was devise.cl using an experi- mentally-determined interaction parameter. I wish to thank my major adviser, Dr. ~addox, for his patience and concern during my research. Several other graduate stu- dents helped me considerably and I would like to thank them: Stuart E.

Bennett, for designing and constructing the apparatus and for drawing details of it; James R. Dea:m, for his surface tension data and correlation, and his density data; WilUam R. OWens, for his assistance in writing computer programs; and Harry G. Rackett, for his density and other equations.

Much gratitude must go the sponsoring organizations,· the Natural Gas Processors Association, who funded the research, and the National Aeronautics and Space Administration, who provided for my subsistence. Last, but not least, I thank my wife~ Jan, for. helping me prepare this thesis and giving moral support during graduate school. iii TABLE OF CONTENTS Chapter Page I.

LITERATURE SURVEY 4 Viscosity Corr~lations Viscosity and Density Data. 4 9 Sources of Other Data • • • •. 14 Pressure Cell • • • • • • Liquid Injection. 20 20 ~ Temperature Controls The Pressure Distribution Sys:t~ •• Materials· Tested • • • •.

DISCUSSION OF DATA ••. DISCUSSION OF CORRELATION • • • • • • • • • • • • • 0 • • 34 Definition of Error Reporting • • • • • • • • • • • • 34 .· Surface Tension~Viscosity • • • • • ' .Mixture Viscosity Correlations 36 Mixing-Rule Correlations • , • • • • , • • • • • • • • 39 Grunberg.;Nissan Correlation • • • Corresponding States Correlation • • • • • • •. 42 39 Free Energy,Correlatibn • • • • 44 Reduced Viscosity Correlation ••. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS 53 Recommendations.

II e 8 8 54 A SELECTED BIBLIOGRAPHY NOMENCLATURE iv LIST OF FIGURES Figure Page 1. D_iagram of the Zeitfuchs Cross-Arm Viscometer •• 15 2. Schematic Diagram of the Experimental Apparatus ••. Detail of the Pressure Cell •• • 0 • 18 4.

Detail of the Observation Ports Assembly • • • e a • • • • 19 5. Detail of the Liquid Injectiqn Assembly. Density of n-Butane-n-Decane Mixtures • • • • • • • • • • • 28 7.ane-n-Decane Viscosity-Composition Chart •. n-Butane-n-Decane Viscosity-Temperature Chart •.

n-Butane-n-Decane Pressure-Composition Chart. Bennett Correlation for Methane-n-Nonane. Bennett Correlation for Methane-n-Decane 37 12. Bennett Correlation for n-Butane-n-Decane.

Stiel Acentric Factor Correlation for Methane-n-Oecane. Stiel Acentric Factor Correlation for n-Buta,ne-n-Decane. Stiel Reduced Temperature Correlation for Methane-n-Decane. Stiel Reduced Temperature Correlation for n-Butane-n- De cane.

52 v LIST OF TABLES Table Page I. SUMMARY OF EXPERIMENTAL DATA FOR N-BUTANE-N-DECANE •. SUMMARY OF GRUNBERG-NISSAN CORRELATION • • • • • • 41 III. SUMMARY OF PRESTON, CHAPMAN, AND PRAUSNITZ CORRELATION FOR BUTANE-DECANE • • • • , • • • • • • • • 43 IV.

SUMMARY OF THE PROPOSED CORRELATION 45 vi CHAPTER I INTRODUCTION The Natural Gas Processors Association (NGPA) of Tulsa, Oklahoma, is sponsoring research on absorbers to determine causes for low effi- ciency and ways to improve this efficiency. The research at the Oklahoma State University School of Chemical Engineering is in two phases - static and dynamic. Included in the static phase are the study of viscosity and surface tension of paraffin hydrocarbon mixtures. The dynamic phase is concerned with evaluating absorption factors, A, from operating absorbers.

A= L/KV (1-1) where L = liquid flow rate, moles/hr V = vapor flow rate, moles/hr K = vapor-liquid equilibrium constant Deam (6) has measured surface tension of pure components and liquid mixtures using a pendant drop apparatus. He has correlated these data with a parachor and an excess surface tension equation. For densities outside the range of literature data, he used the Rackett equation (30). Bennett (2) designed and constructed a viscometer apparatus for use over a wide temperature and pressure range.

Using a capillary 1 2 viscometer, he measured the viscosity of liquid ·methane-n-nonane mix- tures. He observed that plots of the logarithm of surface tension ver- sus reciprocal viscosity generated a 'family of parallel straight lines of constant composition. This follows the work of Pelofsky (27) and Schonhorn (34), who used similar coordinate systems to correlate pure component viscosities. }lowever, Bennett could not get a wide enough composition range using the methane-nonane system to fully test his hypothesis.

This author used B,~nnett 1 s apparatus to measure the viscosity of the n-butane-n-decane ·.s,i'~:l~em over a 25 to 85 mole per cent butane composition range. He also used literature viscosities of the methane- n-decane (24), n-hexane-n-hexa4ecane (17), n-hexane~n-tetradecane (17), and n-hexadecane-n-tetradecane systems to test the Bennett and other correlations. Even though the log surface tension-recipl;"ocal vi,scosity plots do yield parallel straight lines of constant composition (Figures 10, 11, 12), these lines do not lie between the pure component lines as they would if mixture surface tension were a simple function of composition and pure component viscosity. Therefore, this type of correlation was· discarded and other types were applied.

The most successful type of correlation attempted was (1-2) where f ·is an experimentally determined function of composition, tern- perature, and the excess Gibbs free energy. This approach is from Grunberg and Nissan (15) and Gambill (12), who suggest that the devia- tion from Arrhenius'' prediction 3 (1-3) is a function of exponential reciprocal temperature, composition, and constants in the Margules free energy equation. This type of correla~ tion gives a predicted viscosity within five per cent of the experi- mentally determined value. CHAPTER II LITERA.TURE SURVEY Several different topics were surveyed in the literature.

Rather than confuse the reader by presenting.the survey in one mass, the author attempted to group the results according to these topics. Viscosity Correlations In addition to the Bennett correlation, other methods of pre- dieting mixture viscodty were sought. The main type of correlations published were corresponding states, empirical, surface tension, three-. body model, and residual viscosity.

Stiel (36) presents a plot o f ~ vs. uJ for saturated pure liquids at Tr= 0.7 and one ofj-(jvs. Tr for a gaseous mixture of nitrogen-ethylene. Each curve suggests that the reduced visGosity is a function of the independent variable, acentric factor and reduced temperature, respectively.

Stiel attributes the following rules to Prausnitz and Gunn (36). xiz c i) Stiel (36) also mentioned the work of Preston, Chapman, and 4 5 Prausnitz (29), who have worked with the corresponding states principle in correlating the transport properties of cryogenic mixtures. They show that the reduced viscosity,,*, is a function of reciprocal re- duced temperature, 1/T*, alone, where log 10 1* = + A B/!* (2-4.,'6') Preston, et 'al. suggest mixing rules, '(2-7) (2-8) (2-9.L_xiVCi (2·-11) i to use.in reducing mixture data to a form suitable for the original correlation.

The main value of this correlation is to calculate point values of viscosity and not a general line. One drawback of this system is the necessity of having experimental viscosity to determine ">112 • Gambill (12) lists several empirical equations proposed by others .and makes comments a.bout their applications. For miscible liquid- liquid mixtures, he separates the equations into two types, those with 6 and those without an interaction parameter. Equations with this para- meter will predict experimental results more accurately than equations without, but generally this parameter must be detel'mined using experi- mental results.

Gambill says this parameter will vary with absolute temperature as exp(B/T), and will also be proportional with real-non- ideal mixtures to the energy of mixing. Gambill (12) recommends equations by Kendall and Monroe (21) as the best equation withQut an interaction paramet~r (2. 12) and Grunberg and Nissan (15) as the best with a pa:i:-ameter. (2-13) Grunberg and Nissan (15) attached theoretical importance to their parameter by defining d as d = c b (2-14) where C is the ratio of the logarithm of the viscosity to the logarithm of the vapor pressure and bis the constant in the shortened form of the Margules equation: (2-15) In this way the interaction parameter can be calculated using the Van Laar equation with constants evaluated from van der Waal's equation.) (2-20) Assume for a first estimate, the Arrhenius equation for mixture vis- cosity, 'Equation (1-3), the Antoine equation for pure component vapor pressure, log 10 P = A - B/(C + t) (2-21) where tis temperature in degrees Fahrenheit, and that vapor pressure of a mixture can be averaged by mole fraction, and the final equation for the Grunberg-Nissan interaction parameter is (2-22) An empirical equation using diffusivity was proposed by Budden- berg and Wilke (4) for the viscosity of gas mixtures.38~ 2 1 + - 1+ - xl 0 12e1 x2 °12€>2 (2-23) Herning and Zipperer are attributed by Dean and Stiel (7) to have presented a correlation using molecular weight.

m = (2-24) 8 Silverman and Roseveare (35) proposed a viscosity correlation based on surface tension with two empirical constants. (2-25) Pelofsky (27) surveyed the field of surface tension-viscosity correlations and proposed (j' = A exp (B/>'t) (2 -26) Written in logarithmic form, lnO' = ln A+ B/'1 (.2-2(7) Equation (2-27) states that a straight line with slope B can be drawn intersecting the point where the viscosity becomes infinite at a sur- face tension value of A using natural logarithm of the surface tension and reciprocal viscosity as coordinates. This idea, using lnCT ,!ilnd 1/~ as coordinates, is the basis of Bennett's correlation. Bennett (2) proposed that lines of constant"c.omposition plotted on this coordinate system would be straight and parallel, and distri- buted between the pure component lines according to a function of the composition.

Schonhorn (34) modified Pelofsky's equation to extend it over the entire range of the liquid phase. This is done by introducing 'f\v' the viscosity of the vapor in equilibrium with the liquid so that the final equation is (2. Residual viscosity is one correlation used by most publishers of viscosity data to show the accuracy of the data. This is defined as the viscosity at a given temperature and pressure minus the viscosity of the gas at the given temperature anµ a standard pressure, usually atmospheric.

Plotting residual viscosity as a function of density generally gives a single curve independent of temperature. The shape of the curve is a function of the molecular weight of the fluid studied. Giddings and Kobayashi (13) have published a family of curves of different molecular weight mixtures using residual viscosity and reduced density as coordinates. They also show a chart of dilute gas viscosity as a function of temperature and molecular weight.

Several workers have published equations for dilute gas viscosity, including Lee and Eakiri (22) (7.J-'l = B T3 / 2 / (T + S) (2-31) Viscosity and Density Data The Zeitfuchs-type capillary viscometer used in this study measures kinematic viscosity. The Bennett <;:orrelation (2) uses absolute viscosity, which is the product of kinematic viscosity and density. Therefore, the density of the butane-decane system must be 10 known at the experimental points.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ