Технические характеристики теплоносителя
| Показатель | Вода | На этиленгликоле | На пропиленгликоле | ||||
| Теплый дом -65 65% этиленгл |
65% тн + 35% воды 45% этиленгл |
54% тн + 46% воды 36% этиленгл |
Теплый дом -Эко 47% пргл |
80% эко+ 20% воды 37% пргл |
|||
| Температура начала кристализации | 0 | -65 | -31 | -20 | -30 | -21 | |
| Температура кипения | 100 | 112 | 106 | 104 | 106 | 104 | |
| pH в пределах | 7,5-9,0 | 7,5-9,0 | |||||
| Плотность, г/см3 | -30 | — | 1.116 | 1.082 | — | 1.069 | — |
| -20 | — | 1. 110 | 1.078 | 1.070 | 1.062 | 1.050 | |
| 0 | 1,0 | 1.092 | 1.069 | 1.063 | 1.051 | 1.045 | |
| +20 | 0.998 | 1.087 | 1.062 | 1.055 | 1.041 | 1.036 | |
| +80 | 0.971 | 1.049 | 1.029 | 1.022 | 0.998 | 0.997 | |
| Резерв в щелочности | Не менее 10,0 по ГОСТ и ТУ
Реально более 17,0 | Не менее 10,0 по ТУ
Реально более 17,0 |
|||||
| Вязкость кинематическая, сСт=мм2/c |
-30 | — | 88 | 43 | — | 110 | — |
| -20 | — | 43 | 25.3 | 11.0 | 65 | 45 | |
| 0 | 1.792 | 12 | 7.1 | 4.6 | 18 | 12 | |
| +20 | 1. 004 | 5.9 | 3.5 | 2.2 | 5.86 | 4.4 | |
| +80 | 0.365 | 1.43 | 1.18 | 0.68 | 1.1 | 0.9 | |
| Коэффициент объемного расширения ºС-1 | +80 | 5.0 | 6.12*10-4 | 5.16*10-4 | 4.9*10-4 | 6.7*10-4 | 6.5*10-4 |
| Теплопроводность, Вт/м*К |
-30 | — | 0.40 | 0.412 | — | 0.397 | — |
| -20 | — | 0.395 | 0.409 | 0.462 | 0.396 | 0.420 | |
| 0 | 0.56 | 0.39 | 0.405 | 0.466 | 0.395 | 0.425 | |
| +20 | 0.59 | 0.38 | 0.402 | 0.470 | 0.394 | 0.429 | |
| +80 | 0.67 | 0.37 | 0.390 | 0.478 | 0.391 | 0.441 | |
| Теплоемкость, КДж/кг*К |
-30 | — | 3. 01 | 3.07 | — | 3.45 | — |
| -20 | — | 3.05 | 3.11 | 3.51 | 3.49 | 3.86 | |
| 0 | 4.217 | 3.12 | 3.19 | 3.56 | 3.56 | 3.72 | |
| +20 | 4.182 | 3.17 | 3.26 | 3.62 | 3.62 | 3.77 | |
| +80 | 4.197 | 3.41 | 3.49 | 3.78 | 3.82 | 3.94 | |
| Вязкость диманическая, сПауз=мПа*с |
-30 | — | — | 160 | — | ||
| -20 | — | 11.76 | 74.3 | 47 | |||
| 0 | 1.78 | 4.89 | 31.7 | 12.54 | |||
| +20 | 1.00 | 2.32 | 19.97 | 4.56 | |||
| +80 | 0.355 | 0.695 | 1.1 | 0. 897 |
|||
| Коррозионное воздействие
на металлы г/м² сутки при 88ºС медь, латунь, припой, сталь, алюминий, чугун | Не более 0.1 | Не более 0.1 | |||||
собственное производство качество продукции испытан и сертифицирован Защищен от подделок залит в гособъекты
Теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля
Концентрация и его влияние на теплофизические свойства водного раствора пропиленгликоля
Вода, используемая в качестве теплоносителя, обладает следующими свойствами:
- высокая теплопроводность;
- высокая теплоемкость;
- низкая вязкость;
- незначительное тепловое расширение;
- доступность;
- низкая стоимость,
- экологическая безопасность.
Единственный недостаток у воды — нулевая температура замерзания.
Производство пищевых продуктов технологически требует их охлаждения.
Охлаждение необходимо и при производстве фармпрепаратов. Для систем промышленного кондиционирования и автономного отопления необходимо поддержание в помещениях заданной температуры. Эти задачи решают при помощи незамерзающих (низкозамерзающих) жидкостей — антифризов, хладагентов, теплоносителей.
В качестве незамерзающей жидкости в последние годы широко применяются водные растворы гликолей — этиленгликоля и пропиленгликоля. Поподробнее рассмотрим теплофизические свойства и характеристики водного раствора пропиленгликоля. Водный раствор пропиленгликоля обладает:
- 1) Более высокой плотностью (6%-8%) по сравнению с водой как теплоносителем, плотность раствора повышается с увеличением концентрации пропиленгликоля.
- 2) Теплоемкость и теплопроводность уменьшаются ( по сравнению с водой) в пределах до 20% с ростом концентрации пропиленгликоля и снижением рабочей температуры в минусовой зоне.
- 3) Кинематическая и динамическая вязкость выше чем у воды 4-5 раза в зоне положительных температур и возрастают в 10-15 раз при повышении концентрации до практических предельных 55% и соответственно понижении температуры кристаллизации до минус -40 °C.
Повышенная вязкость водного раствора пропиленгликоля в зоне отрицательных рабочих температур приводит к значительному возрастании гидравлических потерь на трение в трубопроводах и на преодоление гидравлических сопротивлений во всех узлах системы охлаждения и промышленного кондиционирования. Также и значительное снижение, до 20%, теплоемкости и теплопроводности раствора пропиленгликоля требует повышение скорости циркуляции тепло-хладоносителя в системе или других технических решений для обеспечения передачи (приема) необходимой тепловой мощности (энергии).
Все эти факторы, как следствие, приведут к особым ситуациям при эксплуатации инженерных систем в различных климатических условиях. И их следует учесть при проектировании и эксплуатации систем отопления и промышленного кондиционирования.
Табл. 1. Теплофизические свойства 25% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 10°C
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -10°C | 1032 | 3,93 | 0,466 | 10,22 | 9,9 |
| 0°C | 1030 | 3,95 | 0,470 | 6,18 | 6,0 |
| 20°C | 1024 | 3,98 | 0,478 | 2,86 | 2,8 |
| 40°C | 1016 | 4,00 | 0,491 | 1,42 | 1,4 |
| 60°C | 1003 | 4,03 | 0,505 | 0,903 | 0,9 |
| 80°C | 986 | 4,05 | 0,519 | 0,671 | 0,68 |
| 100°C | 979 | 4,08 | 0,533 | 0,509 | 0,52 |
Табл.
2. Теплофизические свойства 37% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 20°C
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -20°C | 1050 | 3,68 | 0,420 | 47,25 | 45 |
| 0°C | 1045 | 3,72 | 0,425 | 12,54 | 12 |
| 20°C | 1036 | 3,77 | 0,429 | 4,56 | 4,4 |
| 40°C | 1025 | 3,82 | 0,433 | 2,26 | 2,2 |
| 60°C | 1012 | 3,88 | 0,437 | 1,32 | 1,3 |
| 80°C | 997 | 3,94 | 0,441 | 0,897 | 0,9 |
| 100°C | 982 | 4,00 | 0,445 | 0,687 | 0,7 |
Табл.
3. Теплофизические свойства 45% водного раствора пропиленгликоля, температура кристаллизации минус — 30°C
| Температура раствора, t°C | Плотность, кг/м**3 | Теплоемкость, Ср, кДж/(кг*К) | Теплопроводность, Вт/(м*К) | Динамическая вязкость, *10-3[Н*с/м**2] | Кинематическая вязкость, *10-6[(м**2/с] |
| -30°C | 1066 | 3,45 | 0,397 | 160 | 150 |
| -20°C | 1062 | 3,49 | 0,396 | 74,3 | 70 |
| -10°C | 1058 | 3,52 | 0,395 | 31,74 | 30 |
| 0°C | 1054 | 3,56 | 0,395 | 18,97 | 18 |
| 20°C | 1044 | 3,62 | 0,394 | 6,264 | 6 |
| 40°C | 1033 | 3,69 | 0,393 | 2,978 | 2,9 |
| 1015 | 3,76 | 0,392 | 1,624 | 1,6 | |
| 80°C | 999 | 3,82 | 0,391 | 1,10 | 1,1 |
| 100°C | 984 | 3,89 | 0,390 | 0,807 | 0,82 |
Температура замерзания (кристаллизации) водного раствора пропиленгликоля
Важнейшим теплофизическим параметром водного раствора пропиленгликоля является зависимость температуры замерзания (кристаллизации) раствора от его концентрации.
Эта зависимость носит нелинейный характер и температура замерзания водного раствора пропиленгликоля достигает своего практического минимума в -58°C при концентрации 70%, затем при дальнейшем повышении концентрации до 98% температура замерзания остается практически постоянной в -60°C. Концентрация, количество пропиленгликоля, содержащегося в теплоносителе, формирует в основном и цену самого теплоносителя. Применение пропиленгликоля с концентрацией более 70% является нецелесообразным. Стандартные концентрации- 30%-40%.
Нелинейный характер зависимости температуры кристаллизации водного раствора пропиленгликоля от его концентрации представлены в табл. №4 в виде двух функциональных зависимостей: 1) зависимость температуры кристаллизации водного раствора пропиленгликоля от его концентрациии и 2) значения величины плотности раствора при температуре 20°C в зависимости от концентрации пропиленгликоля.
Табл. №4. Влияние концентрации пропиленгликоля на температуру замерзания (начала кристаллизации) водного раствора.
Плотность раствора при температуре 20°C.
| Концентрация пропиленгликоля, % | Температура замерзания (начала кристаллизации), t°C | Плотность при 20°C |
| 31% | -15 °C | 1,023 |
| 36% | -20 °C | 1,028 |
| 42% | -25 °C | 1,032 |
| 45% | -30 °C | 1,035 |
| 50% | -35 °C | 1,038 |
| 55% | -45 °C | 1,040 |
| 60% | -55 °C | 1,042 |
| 65% | -57 °C | 1,043 |
| 70% | -58 °C | 1,044 |
Рассчитать и купить теплообменник для систем кондиционирования или охлаждения пищевых жидкостей с использованием раствора пропиленгликоля вы можете у нас.
10 деталей для расширительных баков
Вода в жидком состоянии, как и почти все физические материалы, увеличивается в объеме при нагревании и уменьшается при охлаждении.
Эти действия происходят на молекулярном уровне. Хотя может показаться, что при нагревании заданного объема воды «создается» больше воды, это не так. Присутствует такое же количество молекул, просто они занимают больше места.
Поскольку молекулы воды очень малы, можно предположить, что тепловое расширение является «слабым» эффектом. Однако такое предположение очень ошибочно. Любая попытка ограничить молекулярное расширение будет встречена огромными силами. Если бы прочный металлический контейнер, такой как система гидравлических трубопроводов, был бы полностью заполнен жидкой водой, изолирован от атмосферы и нагрет, давление в нем резко увеличилось бы. Если позволить увеличиться при дальнейшем нагревании, контейнер в конечном итоге лопнет, в некоторых случаях сильно. Вот почему все гидравлические системы с замкнутым контуром должны иметь предохранительный клапан.
Поскольку мы не можем механически «преодолеть» расширение воды, мы должны приспособиться к нему. Нам нужно дать ему что-то, чтобы «толкать» при нагревании.
Это что-то представляет собой заданный объем воздуха, который остается в замкнутой гидравлической системе. Емкость для этого воздуха называется расширительным баком.
Когда вода в системе расширяется, она давит на воздух в баке, заставляя его сжиматься. Когда вода охлаждается и сжимается, воздух вновь расширяется.
В настоящее время в наиболее часто используемых расширительных баках используется очень гибкая диафрагма из бутилкаучука или EPDM для полного разделения воздуха и воды внутри бака. Эта диафрагма соответствует внутренней поверхности резервуара, когда воздушная сторона находится под давлением (рис. 1).
Рисунок 1
При нагреве воды в системе увеличенный объем перемещается в бак. Диафрагма перемещается к пленной воздушной камере. Давление воздуха в баке увеличивается, как и давление воды в системе. Однако, если размер резервуара правильный, увеличение будет небольшим и недостаточным для того, чтобы открыть предохранительный клапан.
Размеры мембранных расширительных баков можно определить с помощью таблиц или программного обеспечения.
Подробная процедура определения размеров расширительных баков диафрагменного типа приведена в 9.0019 ссылка 1 в конце этой статьи.
Детали имеют значение
Существует несколько деталей конструкции и установки, которые следует использовать для правильного включения расширительного бака в гидравлическую систему с замкнутым контуром.
Деталь 1: Всегда следите за тем, чтобы расширительный бак подсоединялся к системе близко к входной стороне циркуляционного насоса системы. Эта концепция была правильно применена несколько десятилетий назад, но затем постепенно исчезла из практики, поскольку другие «удобства» установки, похоже, имеют приоритет.
Отсутствие внимания к этой детали часто является причиной постоянного попадания воздуха в гидравлические системы. Опытные специалисты по гидротехнике, которые просят исправить системы, требующие частой продувки воздухом, знают, что одной из вероятных причин проблемы является проверка размещения расширительного бачка относительно входа циркулятора.
Я знаю системы, которые страдали от хронических проблем с воздухом, но были мгновенно «вылечены» путем перемещения точки подключения расширительного бачка рядом с входом циркулятора.
Точка, где расширительный бак соединяется с системой трубопроводов, является единственным местом в системе, где давление не изменяется при работе циркуляционного насоса. Это позволяет добавить дифференциальное давление, создаваемое циркуляционным насосом, к статическому давлению в системе. Повышенное давление в системе помогает защитить циркуляционный насос от кавитации и часто обеспечивает более тихую работу. Это также увеличивает способность вентиляционных отверстий выбрасывать воздух из системы. Рисунок 2 (ниже) показывает допустимое размещение бака.
Рисунок 2
Деталь 2: Расширительные баки мембранного типа всегда лучше устанавливать вертикально так, чтобы соединение трубопровода находилось вверху. Это снижает нагрузку на соединение резервуара по сравнению с горизонтальной установкой.
Он также предотвращает попадание воздуха из трубопровода на водяную сторону расширительного бака при первом заполнении системы. Последнее может иметь место, когда бак установлен вертикально, но с подключением снизу.
Деталь 3: Срок службы расширительного бака зависит от рабочей температуры системы, давления, химического состава жидкости и содержания кислорода. Чем выше рабочая температура и выше доступность растворенного кислорода в воде системы, тем короче ожидаемый срок службы бака.
Когда бак выходит из строя из-за разрыва мембраны или коррозии, его относительно легко заменить, ЕСЛИ установщик предусмотрел запорный клапан между баком и местом его подключения к системе. Без этого клапана вам, возможно, придется сливать галлоны из системы только для того, чтобы отвинтить неисправный бак и вкрутить новый.
Предлагаю шаровой кран для перекрытия расширительных бачков. После первого ввода системы в эксплуатацию снимите ручку с этого клапана и храните ее где-нибудь в механическом помещении.
Это снижает вероятность того, что кто-то может непреднамеренно закрыть клапан и, таким образом, изолировать бак от системы.
Деталь 4: Рассмотрите возможность увеличения размера расширительного бака. Типичные расчеты размера резервуара определяют минимальный объем резервуара. Использование бака большего размера, хотя, вероятно, и более дорогого, вполне допустимо. Это уменьшает изменения давления в системе при изменении температуры жидкости. В системах без автоматической подпитки, таких как контур, работающий на антифризе, дополнительная жидкость в увеличенном расширительном баке помогает поддерживать работу вновь введенной в эксплуатацию системы при соответствующем давлении, поскольку воздухоотделитель удаляет растворенный воздух из системы.
Деталь 5: Планируйте наименьшую температуру, которую может достичь жидкость. В большинстве систем водяного отопления размер расширительного бака и давление воздуха на стороне воздуха основаны на предположении, что холодная жидкость, используемая для заполнения системы, находится в диапазоне температур от 45 до 60F.
Подходит для большинства систем обогрева помещений. Однако, когда расширительный бак используется в контуре солнечного коллектора или в системе снеготаяния, раствор антифриза иногда будет намного холоднее, возможно, даже ниже 0°F. Если диафрагма резервуара полностью расширяется относительно стальной оболочки при температуре жидкости, возможно, 45°F, любое дальнейшее охлаждение жидкости, вероятно, вызовет отрицательное давление в системе и возможный приток воздуха из вентиляционного отверстия поплавкового типа. Reference 2 (в конце этой статьи) объясняет, как исправить эту возможность. Идея состоит в том, чтобы добавить достаточное количество жидкости в бак во время повышения давления в контуре, чтобы диафрагма не полностью расширялась по отношению к внутренней части бака, пока вся жидкость в системе не достигнет минимально возможной температуры.
Деталь 6: Регулировка антифриза. Растворы пропилена или этиленгликоля имеют более высокие коэффициенты расширения по сравнению с водой.
Чем выше концентрация антифриза, тем больший объем расширения требуется. Увеличение объема воды, нагретой от 60 до 180°F, составляет около 3%. Увеличение объема 50%-ного раствора пропиленгликоля, нагретого с 60 до 180°F, составляет около 4,5%. Эту более высокую скорость расширения следует учитывать при выборе размера баков для таких систем, как снеготаяние, солнечная тепловая энергия или других применений, где используются растворы антифриза на основе гликоля.
Деталь 7: Никогда не используйте стандартный расширительный бак с кожухом из углеродистой стали в системах с разомкнутым контуром, таких как системы, использующие питьевую воду для подачи тепла к водяным нагревателям (что является плохой идеей для некоторых других систем). причины). Повышенное содержание растворенного кислорода в воде ускорит коррозию корпуса из углеродистой стали. Это ограничение также относится к системам с замкнутым контуром, в которых используются небарьерные трубки PEX или другие материалы, которые могут способствовать диффузии кислорода в системе.
Расширительные баки с внутренней полимерной обшивкой следует использовать в тех случаях, когда могут присутствовать более высокие уровни растворенного кислорода.
Деталь 8: Не устанавливайте расширительные баки непосредственно под гидравлическими разделителями. Это позволит грязи, собранной на дне сепаратора, попасть в расширительный бачок. Со временем это может привести к выходу из строя диафрагмы. Если резервуар должен находиться рядом с гидравлическим сепаратором, лучше всего установить его через тройник в любой трубе, соединяющейся с нижними боковыми соединениями на сепараторе, как показано на Рис. 3.
Рис. 3
Деталь 9: По возможности , избегайте размещения расширительных баков вблизи очень горячей воды. При нагреве корпуса бака давление воздуха в баке увеличивается. Это увеличивает давление в системе по сравнению с ситуацией, когда корпус резервуара более холодный, и может привести к протечке клапана сброса давления.
Рисунок 4
Деталь 10: Не оставляйте расширительный бачок уязвимым для ударов.
Небольшие расширительные баки, которые свисают с ½-дюйм. верхние соединения могут легко погнуться при случайном ударе. Спросите меня, откуда я это знаю…
Если резервуар должен быть установлен в уязвимом месте, используйте систему ремней, чтобы закрепить корпус на твердой поверхности, как показано на рис. 4 (выше).
Расширительные баки выполняют простую, но очень нужную функцию. Следуйте этим инструкциям, чтобы они работали должным образом. <>
Джон Зигенталер, дипломированный инженер, выпускник Политехнического института Ренсселера и лицензированный профессиональный инженер. Он имеет более чем 35-летний опыт проектирования современных водяных систем отопления. Его последняя книга — «Отопление с использованием возобновляемых источников энергии» (см. www.hydronicpros.com).Ссылки:
Современное гидравлическое отопление, 3-е изд., Джон Зигенталер, Cengage Publishing 2012, ISBN -13: 978-1-4283-3515-8
Отопление с использованием возобновляемых источников энергии, Джон Зигенталер, Cengage Publishing 2017, ISBN -13 : 978-1-2850-7560-0
Объявление
Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и молярный объем смесей пропиленгликоль+вода от 293 до 323К и корреляции по модели Жуибана–Акри Текст научной работы на тему «Химические науки»
Arabian Journal of Chemistry (2012) xxx, xxx-xxx
King Saud University Arabian Journal of Chemistry
www.
ksu.edu.sa www.sciencedirect.com
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ
Вязкость, плотность , а молярный объем смеси пропиленгликоль + вода от 29от 3 до 323 K и корреляции по модели Джуйбана-Акри
Ибрагим С. Хаттаб a, Фарзана Бандаркар a, Марьям Хубнасабджафари b, Аболгасем Джуйбан
a Факультет фармацевтики, фармацевтический факультет Кувейтского университета, Кувейт
b Туберкулез и Центр исследования болезней легких, Тебризский университет медицинских наук, Тебриз 51664, Иран c Центр прикладных исследований лекарственных средств и фармацевтический факультет, Тебризский университет медицинских наук, Тебриз 51664, Иран
Поступила в редакцию 22 января 2012 г.; принято 23 июля 2012 г.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Плотность; Вязкость; Поверхностное натяжение; Молярный объем; пропиленгликоль + вода; Бинарная смесь; Jouyban-Acree model
Резюме Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и молярный объем смесей пропиленгликоль + вода при 293, 298, 303, 308, 313, 318 и 323 K приводятся в сравнении с доступными литературными данными и данными Jouyban.
-Модель Acree использовалась для математической корреляции данных. В качестве критерия погрешности использовали среднее относительное отклонение (MRD), а значения MRD для корреляции данных плотности, вязкости, поверхностного натяжения и молярного объема при различных исследуемых температурах составляют 0,1 ± 0,1 %, 7,6 ± 6,4 %, 3,4 ± 3,7 %, и 0,4 ± 0,4% соответственно. Соответствующие MRD для предсказанных свойств после обучения модели с использованием экспериментальных данных в 298 K составляют 0,1 ± 0,2%, 12,8 ± 9,3%, 4,7 ± 4,1% и 0,6 ± 0,5% соответственно для данных плотности, вязкости, поверхностного натяжения и молярного объема.
© 2012 Университет короля Сауда. Производство и хостинг Elsevier B.V. Все права защищены.
1. Введение
Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и молярный объем жидкостей являются важными физико-химическими свойствами (ФХФ), влияющими на процессы массо- и теплопереноса в растворах. Таким образом, доступность соответствующих данных должна быть полезной при проектировании и проектировании.
0003
411 3379323; факс: +98 411
Автор, ответственный за переписку. Тел.: 3363231.
Адрес электронной почты: [email protected] (А. Жуибан). Экспертная оценка под ответственностью Университета короля Сауда.
таких процессов. Например, Tubtimdee and Shoti-purk (2011) сообщили, что при экстракции фенольных соединений из растительного источника с использованием смесей пропиленгликоль + вода или этанол + вода требуются более низкие температуры по сравнению с системами экстракции с монорастворителем ( Тубтимди и Шотипурк, 2011). Очевидно, что использование более низких температур для экстракции термически стойких соединений, таких как фенолы, является более ценным.
Было замечено, что ПХФ в смесях растворителей демонстрируют отклонения от идеального смешивания, и поиск подходящей смеси растворителей для желаемого количества ПХФ требует некоторых экспериментальных определений или точных моделей. Несмотря на экспериментальное определение ПХФ, был представлен ряд математических моделей для расчета данных ПХФ.
Среди подобных
1878-5352 © 2012 Университет короля Сауда. Производство и хостинг Elsevier B.V. Все права защищены. http://dx.doi.Org/10.1016/j.arabjc.2012.07.012
И.С. Хаттаб и др.
моделей корреляции ФХП жидкой смеси, модель Жуибана-Акри, возможно, является одной из наиболее точных моделей (Jouyban et al., 2004a,b,c; 2005a,b, 2006; Hasan et al., 2006; Delgado). и др., 2012). Модель корреляции ФХП бинарных смесей растворителей при различных температурах: ■ x2 ■(x1 — x2)
где ПХФмТ, ПХФ1Т, ПХФ2Т — физико-химические свойства исследуемой смеси, растворители 1 и 2 соответственно; x1 и x2 – мольные доли растворителей 1 и 2 соответственно; Т — абсолютная температура; и члены Ji являются коэффициентами модели, которые вычисляются путем регрессии (ln PCPmtT — xi ■ ln PCPiT — x2 ■ ln PCP2,t) относительно xix2, 9и x1-x2-fa-x2)2 с использованием регрессионного анализа без перехвата.
Целью данной работы является определение плотности, вязкости, поверхностного натяжения и молярного объема смесей пропиленгликоль + вода при различных температурах, а также разработка прогнозной модели этих свойств.
2. Экспериментальный
2.1. Материалы
Пропиленгликоль был приобретен у Merck, Германия. Вода, использованная в данном исследовании, представляла собой ультрачистую реагентную воду типа 1, приготовленную с использованием системы очистки воды Millipore (Milli-Q Synthesis, Франция) с проводимостью 5,49.x 10-6 См м-1 и TOC < 10 ppb.
2.2. Аппаратура и процедуры
Подходящие пропорции растворителей смешивали друг с другом объемно с погрешностью 0,1 мл для получения различных смесей пропиленгликоля и воды с интервалами 0,10 объемной доли. Приготовленные смеси растворителей помещали на водяную баню-качалку (Memmert, Германия) с точностью установки температуры 0,1 0С при 293, 298, 303, 308, 313, 318 и 323 К. Через не менее 2 ч и при установлении равновесия , образцы были проанализированы. Измеритель плотности Mettler Toledo Densito Portable 30PX (США) использовали для измерения плотности уравновешенных смесей растворителей. Вязкость смесей растворителей измеряли с помощью стеклянного вискозиметра Оствальда с U-образной трубкой (Union Scientific Appliances, Индия), взвешенного в водяной бане с постоянной температурой.
Поверхностное натяжение приготовленных смесей растворителей определяли методом числа капель. Точность сообщаемых данных составляла 0,0001 (г·см-3), 0,0001 (мПаизб.) и 0,01 (мНг·м-1) для плотности, вязкости и поверхностного натяжения соответственно. Самые низкие и самые высокие стандартные отклонения измерений плотности составили 0,0001 и 0,0008 при общем относительном стандартном отклонении 0,08%. Эти значения составили 0,0032, 0,0719и 1,32% для вязкости и 0,1534, 0,9549 и 1,12% для измерений поверхностного натяжения
соответственно. Все измерения проводились не менее чем в трехкратной повторности.
2.3. Вычислительные методы
В качестве математической модели корреляции исследуемых ПХФ в смесях растворителей использовалась модель Жуибана-Акри. С этой целью для каждого исследуемого свойства он был обучен на экспериментальных данных с использованием регрессионного анализа без перехвата. Молярные объемы (V) для бинарных смесей рассчитываются по формуле: 9
MRD — -nTE
|PCPExp — PCPCal|
PCPExp
где N — количество точек данных в каждом наборе, PCPExp и PCPCal — исследуемые экспериментальные и рассчитанные PCP.
3. Результаты и обсуждение
Экспериментальные и расчетные значения плотности, вязкости, поверхностного натяжения и данных молярного объема приведены в таблице 1. Поведение плотности в смесях пропиленгликоль + вода показывает пик при мольной доле ~0,4 пропиленгликоля. Вязкость бинарных смесей увеличивалась нелинейно с мольной долей пропиленгликоля. Тенденция изменения поверхностного натяжения в смесях пропиленгликоль + вода уменьшается с увеличением мольной доли пропиленгликоля. Возрастающая картина наблюдается с данными молярного объема смесей по отношению к мольной доле пропиленгликоля.
Имеющиеся экспериментальные данные плотности, вязкости и поверхностного натяжения воды и пропиленгликоля при различных температурах из литературы (MacBeth and Thompson, 1951; Nakanishi et al., 1967; Hoke and Patton, 1992; Geyer et al., 2000). ; George and Sastry, 2003; Sun and Teja, 2004; Jimenez and Martinez, 2005) сравнивались с данными, приведенными в таблице 1. MacBeth и Thompson (1951) сообщали о плотности смесей пропиленгликоль + вода при 308 K.
Nakanishi et al. . (1967) измерили плотность водных смесей гликолей при 298,15 К и рассчитали их избыточные молярные объемы. Hoke and Patton (1992) сообщили о поверхностном натяжении 298, 303, 308, 313, 318 и 323 К. Гейер и др. (2000) опубликовали плотность бинарных смесей четырех диолов, включая пропиленгликоль, при 278,15, 288,15, 298,15, 308,15 и 318,15 К. Джордж и Састри (2003) измерили плотность, вязкость, скорость звука и диэлектрическую проницаемость смесей пропиленгликоль + вода. и некоторые другие смеси алкандиол + вода при 298, 308, 318, 328 и 338 К. Плотность, вязкость и теплопроводность водных смесей пропиленгликоля, дипропиленгликоля и трипропиленгликоля при различных температурах (290-460 K) сообщили Сан и Теджа (2004). Имеются хорошие совпадения между доступными данными из литературы и новыми данными, полученными в этой работе. Плотность смесей пропиленгликоль + вода при 293,15, 298,15, 303,15,
Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и молярный объем пропиленгликоля
()0(4)-(7)) данные плотности (p), вязкости (g), поверхностного натяжения (r) и молярного объема (V) бинарных смесей пропиленгликоль + вода при различных температурах.
xi p x 10″3 (кг м» 3) г x 10″3 (Па с) r x 10″3 (Нм» 1) V (см3 моль 1)
Expt Cal Expt Cal Expt Cal Expt Cal Expt Cal
T = 293 (К)
0,000 0,9978 0,9978 1,003 1,003 72,88 72,88 18,04 18,04
0,027 1,0051 1,0062 1,434 1,277 19,471 63,471 6
0,058 1,0136 1,0147 1,975 1,667 57,61 63,50 21,07 21,10
0,095 1,0227 1,0229 2,780 2,242 51,69 0,191 0,012 30,912 23,93 02 0,141 1,0312 1,0304 3,826 3,115 47,60 54,57 25,38 25,61
0,197 1,0365 1,0368 5,325 4,484 43,72 50,56 28,41 28,74
0,269 1,0408 1,0410 9,235 6,694 42,26 3 90,3 0,3 32,15 002 0,364 1,0427 1,0424 12,021 10,344 41,40 44,66 37,55 38,03
0,495 1,0425 1,0409 18,332 16,462 40,50 02030 90 02030 90 45,67 44,87 0,688 1,0401 1,0390 29,494 27,263 39,55 43,80 55,75 56,36
1,000 1,0353 1,0353 57,571 57,571 38,57 38,57 73,50 73,50
Т = 298 (К)
958 0,9958 0,976 0,976 69,06 69,06 18,08 18,08
0,027 1,0031 1,0040 1,170 1,228 59,80 64,87 19,48 19,46
0,058 1,0113 1,0123 1,569 1,582 55,69 3 0,199 0,1 121 21,721 002 0,095 1,0202 1,0204 2,346 2,095 51,22 56,65 23,06 23,12
0,141 1,0282 1,0278 3,331 2,857 49,04 52,79 72,0903 25,45 9006 20,06 1,0333 1,0340 4,529 4,021 46,93 49,29 28,49 28,70
0,269 1,0376 1,0381 6,757 5,842 45,68 46,39 32,40 32,69
0,7 6 1,8394 8,0395 9,0393 4,72 44,45 37,66 37,96
0,495 1,03891,0379 14,508 13,277 43,72 44,01 45,01 45,29
0,688 1,0367 1,0361 22,908 20,648 42,68 45,22 55,92 56,33
1,0032 1,0002323 39,436 39,436 41,31 41,31 73,71 73,71
Т = 303 (К)
0,000 0,9938 0,9938 0,937 0,937 65,59 60,59 18,11 18,11 0,026 1,0007 1,0018 1,026 1,165 60,27 61,83 19,52 19,48
0,058 1,0086 1,0099 1,396 1,481 56,74 58,10 9,5017 21,030 190 0 90 0,0166 1,0177 1,976 1,931 52,26 54,48 23,13 23,12
0,140 1,0242 1,0248 2,727 2,585 490,66 51,05 25,53 25,58
0,197 1,0294 1,0308 3,513 3,560 48,34 47,97 28,58 28,66
0,268 1,0329 5,76 1,0344 5,0348 5,0048 49 32,52 32,63
0,363 1,0347 1,0359 7,424 7,276 47,83 44,00 37,80 37,90
0,495 1,0342 1,0341 10,501 10,50 44,6 46,6 8 45,24
0,688 1,0335 1,0319 16,043 15,505 44,66 46,12 56,07 56,36
1,000 1,0276 1,0276 26,852 26,852 43,46 43,46 43,090 70,00 74,00 02 Т = 308 (К)
0,000 0,9918 0,9918 0,862 0,862 64,46 64,46 18,15 18,15
0,026 0,9983 0,9996 0,956 1,063 59,89 60,87 19,57 19,51
0,057 1,0063 1,0074 1,154 1,339 56,49 3 10,22 0,31 21,31 002 0,095 1,0136 1,0150 1,560 1,728 52,49 53,83 23,19 23,12
0,140 1,0207 1,0220 2,201 2,287 50,28 50,55 1903 25,60 9005 20,5 1,0253 1,0277 3,160 3,108 48,16 47,61 28,67 28,63
0,268 1,0288 1,0315 4,091 4,328 47,22 45,25 32,63 32,58
0,363 3 1,0324 5,0317 1,0317 6,65 43,88 37,88 37,84
0,494 1,0302 1,0304 7,847 8,718 45,54 44,11 45,32 45,19
0,687 1,0285 1,0279 12,054 12,336 44,83 46,28 56,31 56,38 03
Т = 313 (К)
0,000 0,9884 0,9884 0,761 0,761 63,93 63,93 18,21 18,21
0,026 0,9951 0,9061 0,4125 8,9348 0,9348 19,63 19,56
0,058 1,0029 1,0038 1,069 1,166 54,09 56,90 21,28 21,19
0,095 1,0103 1,0112 1,421 1,702 31,492 51 3,16
0,140 1,0167 1,0181 1,863 1,956 50,73 50,23 25,70 25,59
0,196 1,0233 1,0237 2,563 2,627 49,81 47,32 28,73 28,65 0002 0,363 1,0294 1,0285 4,640 5,028 45,99 43,58 37,96 37,83
И.
С. Хаттаб и др.
Таблица 1, продолжение 0,494 1,0257 1,0266 6,449 7,001 45,15 43,73 45,53 45,18
0,687 1,0233 1,0242 90,269 9,632 44,07 45,73 56,60 56,42
1,000 1,0197 1,0197 15,136 15,136 43,30 43,30 74,62 74,62
2 Т = 900 (К) 0,9840 0,9840 0,721 0,721 62,67 62,67 18,29 18,29
0,026 0,9912 0,9914 0,784 0,878 56,54 59,29 19,70 19,64
3
3
3
3 0,057 0,9989 0,9988 0,964 1,092 53,44 55,93 21,35 21,25
0,094 1,0065 1,0060 1,230 1,387 50,30 52,64 23,33 1,9010 900 90 0,0125 1,0126 1,705 1,805 49,37 49,52 25,78 25,63
0,196 1,0151 1,01792,116 2,404 48,71 46,71 28,93 28,68
0,267 1,0200 1,0214 2,869 3,271 47,81 44,45 32,87 32,62
30,18 4,026 1,022 1,022 0,508 45,41 43,12 38,20 37,87
0,493 1,0177 1,0198 5,161 6,197 44,59 43,29 45,83 45,26
0,785 1,15 47,0148 47,0142 1,0142 2 45,32 57,06 56,63
1,000 1,0114 1,0114 12,844 12,844 43,07 43,07 75,23 75,23
Т = 323 (К)
0,000 0,72 6 0,715 2,6715 0,615 0,6 0,02 18,53 18,53
0,027 0,9826 0,9790 0,701 0,820 58,20 58,82 19,89 19,89
0,058 0,9917 0,9865 0,907 1,015 55,32 55,66 21,53 21,51
0,0095 55 1,284 54,03 52,58 23,50 23,49
0,140 1,0065 1,0006 1,569 1,659 53,47 49,68 25,99 25,93
0,191 1,01067 1,01067 53,27 47,12 29,13 29,00
0,269 1,0160 1,0102 2,697 2,953 51,52 45,15 33,09 32,95
0,364 1,0159 1,0117 3,759 2,520 8,29 3 8,183 4,183 4 0003
0,495 1,0119 1,0106 4,802 5,437 48,04 44,86 46,21 45,63
0,688 1,0082 1,0095 7,319 7,207 47,20 47,67 57,50 57,00
1,000 1,0069 1,0069 10,691 10,691 46,37 50,07 7 5,077 46,577
318,15 и 323,15 К были измерены Хименесом и Мартинесом (2005) и исследованы их объемные свойства.
Наши измеренные значения отличаются от опубликованных в литературе не более чем на 0,002. Измеренные данные охватывают более широкий диапазон температур, а также могут использоваться для оценки воспроизводимости данных, измеренных в разных лабораториях. 9j2] x1x2(x1 — x2)
— 101,545 + 62,243
x1 ■ x2 ■(x1 — x2)
где q, g, r и V — показатели плотности, вязкости, поверхностного натяжения и молярного объема; Нижние индексы 1, 2 и m обозначают пропиленгликоль, воду и их смеси соответственно. Значения коэффициента детерминации (R2) для уравнений. (4)-(7) составляют 0,992, 0,965, 0,916 и 0,999 соответственно.
Все эти PCP были идеально коррелированы с использованием модели Jouy-ban-Acree с общими значениями MRD 0,1 ± 0,1%, 7,6 ± 6,4%, 3,4 ± 3,7% и 0,4 ± 0,4% для плотности, вязкости, поверхностного натяжения, и данные о молярном объеме соответственно. Модель может быть обучена с использованием измеренных данных в 298 K, а данные PCP при других температурах и составах растворителей можно предсказать, используя данные PCP для монорастворителей при каждой интересующей температуре, т.
е. PCP1T и PCP2,T. Полученные значения MRD для прогнозируемых данных плотности, вязкости, поверхностного натяжения и молярного объема (N = 66) составляют 0,1 ± 0,2%, 12,8 ± 9,3%, 4,7 ± 4,1% и 0,6 ± 0,5% соответственно. Модель Jouyban-Acree также дала наиболее точные результаты среди других подобных моделей для представления растворимости наркотиков в смешанных растворителях (Jouyban-Gharamaleki et al., 19).99), растворимость растворенных веществ в бинарных смесях сверхкритических флюидов (Jouyban et al., 2005b), константы кислотной диссоциации аналитов в бинарных смесях (Jouyban et al., 2005e), электрофоретическая
Плотность, вязкость, поверхностное натяжение и молярная объем пропиленгликоля 5
подвижность заряженных частиц при капиллярном электрофорезе (Jouy-ban-Gharamaleki et al., 2000) и факторы удерживания аналитов в высокоэффективной жидкостной хроматографии (Jouyban et al., 2005d). Все эти решения PCP были представлены с использованием универсальной формы модели Jouyban-Acree, т.
е. (1), тогда как в литературе использовались разные алгоритмы для представления этих PCP. Обучение этих моделей (в том числе модели Жуибана-Акри) является их основным недостатком, ограничивающим их практическое применение. Чтобы преодолеть это ограничение, можно использовать два решения; (a) обучение модели минимальным количеством экспериментальных данных и прогнозирование неизмеренных точек данных (Jouyban et al., 2004a, 2005a,c) и (b) использование глобально обученной версии модели (Jouyban et al., 2011). ) для прогнозирования PCP.
4. Заключение
В заключение приводятся данные PCP для смесей пропиленгликоль + вода при температуре от 293 до 323 K и вычисляются константы модели данных. Используя эти константы, можно прогнозировать данные ПХФ во всех композициях растворителей пропиленгликоль + вода при различных температурах с использованием метода интерполяции. Обученные уравнения, т.е. уравнения. (4)-(7), действительны для смесей пропиленгликоль + вода. Можно включить некоторые дескрипторы для представления эффектов свойств растворителя, чтобы обеспечить глобальные версии модели.
О таких моделях сообщалось для вязкости (Jouyban et al., 2011) и плотности (Jouyban et al., 2012) смешанных растворителей при различных температурах.
Благодарность
A. Jouyban благодарит доктора Али Наду, заведующего кафедрой фармацевтики фармацевтического факультета Кувейтского университета, за его приглашение посетить факультет и организацию этого сотрудничества.
Ссылки
Дельгадо, Д.Р., Мартинес, Ф., Фахри, М.А.А., Джуибан, А., 2012. Объемные свойства системы сорастворителя глицеринформаль + вода и корреляция с моделью Жуибана-Акри. физ. хим. жидкость 50, 284-301. Джордж Дж., Састри Н.В., 2003. Плотность, динамическая вязкость, скорость звука и относительная диэлектрическая проницаемость для воды + алкандиолы (пропан-1,2- и -1,3-диол и бутан-1,2, -1,3-, -1,4- и -2,3-диол) при разных температурах. Дж. Хим. англ. Данные 48, 1529 г.-1539. Гейер, Х., Ульбиг, П., Горнерт, М., 2000. Измерение плотности и избыточного молярного объема для (1,2-этандиола, или 1,2-пропандиола, или 1,2-бутандиола + воды) при температурах (278,15, 288,15, 298,15, 308,15 и 318,15) К и (2,3-бутандиол + вода) при температурах (308,15, 313,15 и 318,15) K.
J. Chem. Термомодин. 32, 1585-1596. Хасан М., Кадам У.Б., Хирай А.П., Савант А.Б., 2006. Исследования плотности, вязкости и ультразвуковой скорости бинарных смесей хлороформа с пентан-1-олом, гексан-1-олом и гептаном-1- ол ат (303,15 и 313,15) K.J.Chem. англ. Данные 51, 671-675. Хок-младший, Британская Колумбия, Паттон, Э.Ф., 19 лет.92. Поверхностное натяжение пропиленгликоля + вода. Дж. Хим. англ. Данные 37, 331-333.
Jimenez, J., Martinez, F., 2005. Исследование некоторых объемных свойств смесей 1,2-пропандиол + вода при различных температурах. Преподобный Коломб. Cиенц. Ким. Ферма. 34, 46-57.
А. Джуйбан, А. Фатхи-Азарбайджани, Акри-младший, З.Е., 2004a. Расчет поверхностного натяжения смешанных растворителей в зависимости от состава растворителя и температуры с использованием модели Жуибана-Акри. хим. фарм. Бык. 52, 1219-1222.
Джуйбан, А., Фатхи-Азарбайджани, А., Барзегар-Джалали, М., Акри-младший, В.Е., 2004b. Корреляция поверхностного натяжения смешанных растворителей с составом растворителя.
Аптека 59, 937-941.
Джуибан, А., Солтанпур, Ш., Чан, Х.К., 2004c. Простая зависимость диэлектрической проницаемости смешанных растворителей от состава растворителя и температуры. Междунар. Дж. Фарм. 269, 353-360.
Джуйбан, А., Фатхи-Азарбайджани, А., Хубнасабджафари, М., Акри-младший, В.Е., 2005a. Математическое представление плотности жидких смесей при различных температурах с помощью модели Жуибана-Акри. Индийская J. Chem. А 44, 1553-1560.
Джуйбан, А., Хубнасабджафари, М., Акри-младший, З.Е., 2005b. Математическое представление растворимости растворенных веществ в бинарной смеси сверхкритических флюидов с использованием модели Жуибана-Акри. Аптека 60, 527-529.
Джуйбан, А., Хубнасабджафари, М., Ваез-Гарамалеки, З., Фекари, З., Акри-младший, В.Е., 2005c. Расчет вязкости бинарных жидкостей при различных температурах по модели Жуибана-Акри. хим. фарм. Бык. 53, 519-523.
Джуйбан, А., Рашиди, М.Р., Ваез-Гарамалеки, З., Матин, А.А., Джозан, Дж., 2005d.
Математическое представление коэффициента емкости аналита в подвижных фазах бинарного растворителя с использованием модели Жуибана-Акри. Аптека 60, 827-829.
Жуибан А., Солтани С., Чан Х.К., Акри мл. В.Е., 2005e. Моделирование кислотной константы диссоциации аналитов в бинарных растворителях при различных температурах с использованием модели Жуибана-Акри. Термохим. Акта 428, 119-123.
Жуйбан, А., Хубнасабджафари, М., Акри мл., В.Е., 2006. Моделирование сольватохромного параметра (ETN) смешанных растворителей в зависимости от состава растворителя и температуры с использованием модели Жуибана-Акри. Дару 14, 22-25.
Джуйбан, А., Малджаи, С.Х., Солтанпур, Ш., Фахри, М.А.А., 2011. Прогнозирование вязкости смесей бинарных растворителей при различных температурах. Дж. Мол. жидкость 162, 50-68.
Джуйбан, А., Малджаи, С.Х., Хубнасабджафари, М., Фатхи-Азарбайджани, А., 2012. Глобальная модель для определения плотности бинарных смесей растворителей при различных температурах.