全 文 ：第 24卷 第 5期 贵州大学学报(自然科学版) Vol.24 No.5
2007年　9月 JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences) Sep.2007
文章编号　1000-5269(2007)05-0516-04
米槁精油粘度测量及关联＊
李天祥 1 , 朱　静 1 , 曾祥钦 1 , 王静康 2
(1.贵州大学 化工学院 , 贵州贵阳　 550003; 2.天津大学 化工学院 , 天津　 300072)
摘　要:用旋转粘度计对水蒸气法和超临界 CO2萃取法提取的米槁精油流变特性进行了研究 ,
测定了不同温度下米槁精油的粘度 , 并用 Andrade方程对实验验结果进行了关联。与实验结果
相比 , 两个关联方程的平均相对偏差分别 4.17%和 2.85%。
关键词:精油;米槁;粘度
中图分类号:TQ013.1;O242.1　　文献标识码:A
粘度作为宏观的物性数据 , 常和其他物性相联系 , 对流体理论研究和实际生产工艺设计都有重要的作
用 。最早从理论上研究粘度的是 Eyring[ 1] , 他提出用反应速率理论来描述液体的粘度 , 以后许多流体粘
度关联模型都是以 Eyring模型为基础 。Eyring本人及其合作者也对该模型进行了改进 [ 2, 3] 。无论是纯理
论或是经验性的方法都不能可靠的预测液体粘度 , 因此在实际使用中 , 关联性方程依然是应用最广泛的
方程。液体粘度在恒压条件下随温度的升高而减少 。从凝固点到正常沸点附近 , 液体粘度与温度存在下
列关系:
　　ln(μ)=A+BT (1)
它最先由 Guzman提出 , 后来 Andrade从理论
上推导出上式[ 4] , 所以通常称作 Andrade方程 。它是所有关联方程中最简单也是应用最多的方程。
近年来 , 植物精油的提取和化学成分的研究已经有很多文献报道 [ 5] , 根据这些文献的研究结果 ,
植物精油是由许多化学成分组成的混合物 , 对同一种植物而言 , 不同提取方法所得的精油化学成分及其
各成分的相对含量有很大的差异。因此是不可能根据精油的化学成分及其组成 , 用已有的方法来估算植
物精油的物性数据 , 而且有关植物精油的粘度的测量数据也几乎没有文献报道 。
米槁(CinnamomumMigaoH.W.Li.)又名大果木姜子 , 是贵州传统苗药 , 作者曾对超临界 CO2萃取
的米槁精油及其化学成分进行过研究 [ 6] , 发现其化学成分与水蒸汽法提取的米槁精油 [ 7]有很大差异 。
为此 , 本文对常压下这两种提取方法得到的米槁精油的粘度进行了测量并用 Andrade对实验结果进行了
图 1　NXS-11粘度计示意图
Fig.1　SchematicdiagramofNXS-11 viscometer
关联。
1　实验
米槁精油的超临界 CO2萃取和水蒸气法提取实
验分别见文献 [ 6]和文献 [ 7] 。精油的流变特性研究
和粘度测量使用 NXS-11旋转粘度计 , 其结构示意
图见图 1。
2　实验结果与讨论
2.1　米槁精油的流变特性分析
流体剪切应力 τ随剪切速率 Ds改变而变化的关
系称为流体的流变特性。根据流变特性的不同 , 流体
＊ 收稿日期:2007-07-05
作者简介:李天祥 (1965-), 男, 博士 , 贵州大学化工学院副教授 , 主要从事天然产物提取与分离、 工业结晶和精细磷化工方面的
研究。
DOI :10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2007.05.018
图 2　流体流变特性
Fig.2　Rheologicalbehaviors
分为牛顿流体和非牛顿流体 , 牛顿流体是指满足下列牛顿粘性定律的
流体:
　　τ=μdudy=μ· Ds (2)
非牛顿流体又分为塑性流体 、 段塑性流体和膨胀流体等 [ 215] , 它
们的流变曲线见图 2所示。
牛顿流体的流变曲线是一条过原点的直线 , 其粘度是一个与剪切
应力无关的物性常数;非牛顿流体的粘度则不一个物性常数 , 它与剪
切应力大小有关 , 其流变曲线上某点的切线斜率称为该点的 “表观
粘度”。因此 , 在测量某个未知流体的粘度前应该先研究其流变特
性 , 确定其流体类型 。对于非牛顿流体测量其粘度是没有意义的 , 其
流体流变性质要用流变曲线来表示。
图 3　SC-CO
2
萃取的精油流变曲线
Fig.3　Rheologicalbehaviorsofessentialoil
extractedbySC-CO
2
　　　
图 4　水蒸气提取的精油流变曲线
Fig.4　Rheologicalbehaviorsofessentialoil
bystreamdistialation
在 293.15K下 , 超临界 CO2萃取所得米槁精油的流体的流变特性实验研究结果见图 3。图中的点是
实验点 , 图中的线是用最小二乘法回归实验数据得到的直线 , 该回归方程为:
　　τ=0.031999Ds (3)
　　R2 =0.9991
该方程的剪切应力计算值与实验值相比 , 最大相对偏差是 7.3%, 最小相对偏差是 1.0%, 平均相
对偏差是 4.24%。说明剪切应力与转速有良好的线性关系 , 该精油是牛顿型流体。
在 288.15K下 , 水蒸气法提取的米槁精油流变特性实验研究结果见图 4。图中的线是用最小二乘法
回归实验数据得到的直线 , 该回归方程为:
　　τ=0.009929Ds (4)
　　R2 =0.9967
该方程的剪切应力的计算值与实验值最大相对偏差是 7.90%, 最小相对偏差是 1.49%, 平均相对
偏差是 4.14%。说明剪切应力与转速有良好的线性关系 , 水蒸气法提取的米槁精油也是牛顿型流体。
从实验和计算结果来看 , 两种方法所得米槁精油均属于牛顿流体 , 其粘度是与剪切应力无关的物性
常数。
2.2　米槁精油粘度的测量结果与关联
图 4中的点是超临界 CO2萃取法所得米槁精油的粘度随温度变化的实验结果 , 图中的曲线是用最
小二乘法拟合的 Andrade方程计算值 , 其回归方程为:
·517·第 5期 李天祥 等:米槁精油粘度测量及关联
　　ln(μ)=4.2944×103· 1T-11.1373 (5)
　　R2 =0.9923
该方程的计算值与实验值相比 , 最大相对偏差是 10.71%, 最小相对偏差是 0.37%, 平均相对偏差
是 4.17%。
图 5是水蒸气法所得米槁精油粘度随温度变化的实验结果 , 图中的曲线是用最小二乘法拟合的 An-
drade方程计算值 , 其回归方程为:
　　ln(μ)=3.3990×103· 1T-9.4104 (6)
　　R2 =0.9962
图 5　SC-CO2萃取油的粘度与温度关系图
Fig.5　 Relationofln(μ)as1/Tofoil
extractedbySC-CO
2
　
图 6　水蒸气提取油的粘度与温度关系图
Fig.6　Relationofln(μ)as1/Tofoilby
streamdistillation
该方程的计算值与实验值相比 , 最大相对偏差是 4.41%, 最小相对偏差是 0.54%, 平均相对偏差
是 2.85%。
从图和关联方程的结果来看 , ln(μ)与 1/T成良好的线性关系 , 虽然偏差最大达 10.6%, 如果考虑
到精油是一个组成十分复杂的混合物 , 挥发性成分较多 , 温度的变化有可能改变了精油的组成 , 测量能
达到这样的精度是比较满意的 。
从图 4和图 5可以看到 , 在相同的温度下 , 超临界 CO2萃取的米槁精油的粘度大于水蒸气法提取的
米槁精油的粘度 , 这是因为水蒸气法提取植物精油时 , 一般只能将挥发性大的成分提取出来;而超临界
CO2萃取植物精油时 , 除可将挥发性成分在萃取出来外 , 还可将挥发性不大 , 但具有油溶性的成分一并
萃取出来 , 所以超临界 CO2萃取的米槁精油的粘度大于水蒸气法提取的米槁精油的粘度。
3　结论
水蒸气法和超临界 CO2萃取法提取的米槁精油均属牛顿型液体。由于不同提取方法所得精油组成
有较大差异 , 所以它们的粘度有很大差异;在相同的温度下 , 超临界 CO2萃取所得米槁精油的粘度比
水蒸气法所得米槁精油的粘度大。
符号说明:
·518· 贵州大学学报 (自然科学版) 第 24卷
A, BAndrade方程中的常数;
Ds剪切速率 , s-1;
R相关系数
T温度 , K
u速度 , m· s-1;
y间距 , m。
μ粘度 , mPa·s-1;
τ剪切应力 , Pa。
参考文献:
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[ 4] ANDRADEEN.Atheoryoftheviscosityofliquids[ J].Phil.Mag., 1934, 17(2):495-511.
[ 5] KERROLAK.Literaturereview:isolationofesentialoilsandflavorcompoundsbydensecarbondioxide[J].Food.Rev.Int., 1995, 11(4):
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[ 8] 叶敬棠 ,柳兆荣 ,许世雄等.流体力学 [ M] .上海:复旦大学出版社 , 1989第 1版.
MeasurementandCorrelationofViscositiesdataof
CinnamomumMigaoH.W.Li
LITian-xiang1, 2 , ZHUJing1 , ZENGXiang-qin1 , WANGJing-kang2
(1.SchoolofChemicalEngineeringandTechnology, GuizhouUniversity, Guiyang, Guizhou550003, China;
2.SchoolofChemicalEngineeringandTechnology, TianjinUniversity, Tianjin300072, China)
Abstract:TherheologicalbehaviorsofessentialoilsgotenbySC-CO2 andstreamdistilationwerestud-
iedusingNXS-11 viscometer.TheviscositiesofessentialoilsextractedfromCinnamomumMigaoH.W.
Li.bydiferentmethodsweremeasuredandtheAndradeequationwasusedtocorelateexperimentalda-
ta.Comparedwiththeexperimentalresults, themeandeviationofthoseequationsforcorelationareless
than4.17% and2.85% respectively.
Keywords:Esentialoils, CinnamomummigaoH.W.Li, viscosity
·519·第 5期 李天祥 等:米槁精油粘度测量及关联