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温度对植物油黏度和密度的影响研究

更新时间:2009-03-28

黏度和密度是油脂的重要物性参数,对于油脂的输送、传热、传质和分离性质具有重要影响[1]。是进行油脂加工过程中涉及的输送设备、传热设备和分离设备设计的重要基础理论支撑[2-6]。前人曾在较窄温度范围内研究温度对植物油黏度和密度的影响。然而,随着油脂加工工艺的不断改进、优化和新油料的开发,各种油脂的黏度和密度在更宽温度范围内随温度变化规律的数据严重缺乏,从而影响相关传热设备及分离设备的选型和设计的准确性。

本研究分别用落球黏度计、密度计在293 ~393 K条件下测定油脂的黏度和密度,并分析其随温度的变化规律。在293~453 K条件下用流变仪测定油脂的黏度,探究黏度和密度在较宽温度范围内随温度的变化规律,为油脂加工过程中涉及的输送设备、传热设备和分离设备设计提供重要基础理论。

公路施工安全事故具有社会影响大、事故引发后果严重的特点,并且在发生安全事故后,容易对整个工程项目的施工质量造成负面影响。为了能够有效规避安全事故,一个工作重点为建设预警管理机制,但是在这之前需要对几种主要施工安全事故的形成原因进行深度分析,在预警管理体系的建设中对引发安全事故的因素进行全面规避。

1 材料与方法

1.1 实验材料与试剂

大豆油,益海(周口)粮油工业有限公司;菜籽油,河南懿丰油脂有限公司;葵花籽油,中粮佳悦(天津)有限公司;标准黏度油,英国Poulten Selfe & Lee Ltd。

要回答这些问题,谈何容易!李约瑟曾指出:“要说明为什么欧洲、并且只有欧洲才是近代科学的诞生地,这一点将非常困难;但更困难的是,怎样来说明这种发展何以不在中国或印度发生。”[4]对这个问题的“求解”,由于其历史跨度以及文化跨度之大,其难度可想而知。何况李约瑟在著作中也时而把中国古代技术称之为“科学”,这种“科学”与“技术”概念的混淆,也在一定程度上增加了求解的难度。但笔者以为,这似乎并未妨碍中外学者几十年来的不懈探索。

1.2 仪器与设备

Julabo VDM-300密度计,优莱博技术(北京)有限公司;VISCO BALL落球黏度计,优莱博技术(北京)有限公司;YJ-601超级恒温油槽,上海跃进医疗器械有限公司;Haake Mars 60流变仪,赛默飞世尔科技(中国)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 仪器校准

在293~393 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下用标准黏度油对Julabo VDM-300密度计和VISCO BALL落球黏度计进行校准,在293~453 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下对Haake Mars 60流变仪进行校准。结果表明密度测定值与参考值之间误差小于0.5%,黏度计误差在0.5%左右,流变仪误差在1%左右,所以这些仪器均可用来测定植物油黏度和密度。

1.3.2 密度的测定

将待测油样倒入Julabo VDM-300密度计的测量筒中,在293 ~393 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下分别测定大豆油、菜籽油、葵花籽油的密度,测定两次取平均值。植物油密度的实验数据可由温度的一次函数进行线性回归[7]

ρ=a+bT

又如明朝初年陶宗仪的《说郛》一书,在明朝后期被刻印出版时,也被人篡改了书名。在清朝的《四库书目提要》的子部杂家杂纂之属中,《说郛》一百二十卷的条目中说:“窜改旧本,已非九成(陶宗仪,字九成)之旧。”由此可见,陶宗仪的《说郛》一书被两次篡改得面目全非。

(1)

式中:ρ为密度, kg/m3T为温度, K ;ab为参数。

1.3.3.1 落球黏度计测黏度

1.3.3 黏度的测定

在293~393 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下用VISCO BALL落球黏度计测量小球下落时间,测量3次取平均值。将值代入斯托克斯公式即得大豆油、菜籽油、葵花籽油的黏度值。

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η=K(ρ0-ρ1) t

(2)

自2013年开始,江苏作文由命题作文变为材料作文,作文的审题难度不大,但要写好,需要考生具备一定思辨的能力、思维的深度。材料作文必然有它独特的优点。材料作文的开放性可以引领不同层次的考生各显身手,让他们能够辩证地看待问题,分析问题,在此基础上发展个性和培养创新思维,体现了鼓励创新、彰显个性的时代特点。而很多新近专家对全国卷的任务驱动型材料作文过分推崇或盲目追求,都是不理智的选择,唯有正视材料作文的特质和魅力之处,才能科学落实高考作文的考查要求。

1.3.3.2 剪切速率的确定

为了在293~453 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下探究植物油黏度随温度的变化规律,应先确定剪切速率大小。分别在293 K、333 K、373 K、393 K温度下,剪切速率从0.1 s-1到100 s-1的变化范围内测定菜籽油的黏度随剪切速率变化的规律。根据测定结果确定在较宽温度范围内用流变仪测植物油黏度时的剪切速率。

式中:η为所测液体的黏度;ρ1为所测液体的密度;ρ0为小球的密度;K为小球黏度常数。

2.2.1 落球黏度计测定的黏度随温度变化的规律

由于落球黏度计测定量程不高,为测高温下植物油黏度数据需用流变仪。在一定剪切速率下,293~453 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下分别测定大豆油、菜籽油、葵花籽油的黏度。

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由于流体的黏度主要取决于温度[8],本实验用根据Andrade equation[9]修正得到的Andrade-Arrhenius方程对实验数据进行相关性拟合。

(3)

2 结果与讨论

2.1 密度随温度变化的规律

在293 ~393 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下用密度计分别测定大豆油、菜籽油、葵花籽油的密度。3种植物油密度随温度变化的规律见图1。

  

图1 温度对植物油密度的影响

图1是大豆油、菜籽油、葵花籽油在大气压下,293~393 K的温度范围内密度随温度的变化规律。由图可见在该温度范围内,3种植物油的密度具有相同的变化趋势,即均随着温度的升高而降低并呈现线性关系,温度对植物油密度的影响较为明显。另外,3种油的密度相差不大。由方程(1)线性回归的参数值和相关性系数见表1。

表1 由方程(1)回归得出的参数ab和相关性系数R2的值

  

种类参数数值R2大豆油a1123.91947b-0.693290.99676菜籽油a1119.40472b-0.690200.99684葵花籽油a1120.35983b-0.685560.99688

2.2 黏度随温度变化的规律

1.3.3.3 流变仪测黏度

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在293 ~393 K的温度范围内,温度间隔为10 K的条件下用落球黏度计分别测定大豆油、菜籽油、葵花籽油的黏度。3种植物油的黏度随温度变化的规律见图2。

  

图2 温度对植物油黏度的影响

图2是在大气压下,293~393 K温度范围内,用黏度计测得的3种植物油黏度随温度的变化规律。由图可见3种植物油黏度均随温度的升高而降低,在293~320 K的温度范围内变化较大,温度超过320 K,升高温度对植物油的黏度影响较小,这3种植物油具有相似的热力学性质。由方程(3)线性回归得出的参数abc和相关性系数R2的值见表2。

表2 由方程(3)回归得出的参数abc和相关性系数R2的值

  

种类参数数值R2a-6.80711大豆油b3441.476310.99916c-84419.71352a-4.71444菜籽油b2020.848650.99889c165581.00677a-2.19281葵花籽油b351.927640.99992c429799.09249

2.2.2 剪切速率的确定

在293 K、333 K、373 K、393 K温度下,剪切速率从0.1 s-1到100 s-1的变化范围内,菜籽油的黏度随剪切速率变化的规律见图3。

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图3是293 K、333 K、373 K、393 K温度下,剪切速率从0.1 s-1到100 s-1的变化范围内,菜籽油的黏度随剪切速率变化的规律。由图可见,当剪切速率小于10 s-1时,菜籽油在不同温度下的黏度均随剪切速率的增加不断变化且无规律,当剪切速率在10 s-1到100 s-1的变化范围内时,黏度随剪切速率的增加变化不大,几乎是恒定的。这一结果与刘其梅等[10]研究结果一致,故本实验剪切速率在10 s-1到100 s-1的范围内取值来。

  

图3 温度为293 K、333 K、373 K、393 K时菜籽油黏度随剪切速率的变化

2.2.3 流变仪测定的黏度随温度变化的规律

在293~453 K温度范围内,温度间隔为10 K,剪切速率为10 s-1的条件下 ,用流变仪测定的不同植物油的黏度相关性回归曲线见图4。

  

图4 温度对植物油黏度的影响

图4是在293~453 K温度范围内,温度间隔为10 K,剪切速率为10 s-1时,用流变仪测定的3种植物油黏度随温度的变化规律。通过对比流变仪测定的黏度值与落球黏度计测定的黏度值发现两种仪器测得的数据较为接近,说明用流变仪测定的黏度值可靠。另外,剪切速率一定时,3种植物油黏度均随温度的升高而降低且呈现指数变化关系。其中,在293~320 K的温度范围内3种植物油黏度变化较大,当温度超过393 K时,黏度随温度变化均不明显且黏度值几乎相同。由方程(3)线性回归得出的参数abcR2的值见表3。

 

表3 由方程(3)线性回归得出的参数abcR2的值

  

种类参数数值R2大豆油a-0.650930.9999b-642.761c589181.54264a-0.28273菜籽油b-949.540210.9999c659891.03991a-0.654葵花籽油b-636.601670.9999c587696.94546

3 结论

(1)在293~453 K温度范围内,大豆油、菜籽油、葵花籽油的黏度随温度的升高逐渐降低,并呈现出指数变化的行为。在293~320 K范围内黏度变化较大,当温度超过393 K时,植物油的黏度变化趋势不太明显。

(2)在293~393 K温度范围内,大豆油、菜籽油、葵花籽油的密度均随着温度的升高而降低,并呈现出较好的线性行为,温度对植物油密度的影响较为明显。

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(3)探究黏度和密度在较宽温度范围内随温度的变化规律,为油脂加工过程中涉及的输送设备、传热设备和分离设备设计提供重要数据支撑。

参考文献

[1] 张淑霞,文 萍. 影响油品运动黏度测定因素的分析[J]. 化学工程师,2015,29(6):80-82.

[2] N J Ouerfelli, M Bouaziz, J V Herráez. Treatment of Herráez equation correlating viscosity in binary liquid mixtures exhibiting strictly monotonous distribution[J]. Phys Chem Liq,2013,51:55-74.

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[4] S W Benson. Thermochemical Kinetic[M]. 2nd Ed. New York:Wiley, 1976.

[5] J A Dean. Handbook of Organic Chemistry[M]. New York:McGraw-Hill, 1987.

[6] S Glasstone, K L Laidler, H Eyring. The Theory of Rate Process[M]. New York :McGraw-Hill, 1941.

[7] Esteban B, Riba J R, Baquero G, et al. Temperature dependence of density and viscosity of vegetable oils[J]. Biomass & Bioenergy, 2012, 42(42):164-171.

[8] Ustra M K, Silva J R F, Ansolin M, et al. Effect of temperature and composition on density, viscosity and thermal conductivity of fatty acid methyl esters from soybean, castor and Jatropha curcas, oils[J]. Journal of Chemical Thermodynamics, 2013, 58(3):460-466.

[9] Andrade ENC. The viscosity of liquids[M]. Sagwan Press, 1930.

[10] Q M Liu, Y S Luo, S P Yin, et al. Liquid rheology study on refined rapeseed oil[C]// National Conference on Rheology, 2008.

 
苏洪凯,赵俊廷
《粮食与食品工业》 2018年第02期
《粮食与食品工业》2018年第02期文献

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