The density, refractive index, interfacial tension, and viscosity of ionic liquids (ILs) [EMIM][EtSO4] (1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate), [EMIM][NTf2] (1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), [EMIM][N(CN)2] (1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanimide), and [OMA][NTf2] (trioctylmethylammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) were studied in dependence on temperature at atmospheric pressure both by conventional techniques and by surface light scattering (SLS). A vibrating tube densimeter was used for the measurement of density at temperatures from (273.15 to 363.15) K and the results have an expanded uncertainty (k = 2) of ±0.02%. Using an Abbe refractometer, the refractive index was measured for temperatures between (283.15 and 313.15) K with an expanded uncertainty (k = 2) of about ±0.0005. The interfacial tension was obtained from the pendant drop technique at a temperature of 293.15 K with an expanded uncertainty (k = 2) of ±1%. For higher and lower temperatures, the interfacial tension was estimated by an adequate prediction scheme based on the datum at 293.15 K and the temperature dependence of density. For the ILs studied within this work, at a first order approximation, the quantity directly accessible by the SLS technique was the ratio of surface tension to dynamic viscosity. By combining the experimental results of the SLS technique with density and interfacial tension from conventional techniques, the dynamic viscosity could be obtained for temperatures between (273.15 and 333.15) K with an estimated expanded uncertainty (k = 2) of less than ±3%. The measured density, refractive index, and viscosity are represented by interpolating expressions with differences between the experimental and calculated values that are comparable with but always smaller than the expanded uncertainties (k = 2). Besides a comparison with the literature, the influence of structural variations on the thermophysical properties of the ILs is discussed in detail. The viscosities mostly agree with values reported in the literature within the combined estimated expanded uncertainties (k = 2) of the measurements while our density and interfacial tension data differ by more than ±1% and ±5%.

The present work provides a systematic study on the influence of sample properties and experimental conditions on the reliable accessibility of Fick or mutual diffusion coefficients D11 and thermal diffusivities a in binary liquid mixtures using the shadowgraph method. For this, mixtures with varying magnitudes of the Soret coefficient ST and their optical contrast factors were studied at a temperature of 298.15 K and pressures between (0.1 and 0.65) MPa with varying magnitudes and orientations of the applied temperature and concentration gradients ∇T and ∇c. Experimental signals obtained in these investigations were analyzed with respect to the intensities of the signal contributions from non-equilibrium fluctuations (NEFs) in concentration and temperature, and the reliability of the determined D11 and a data was assessed by comparison to literature data. Larger signal intensities from NEFs and, therefore, a more reliable determination of diffusivities were given for sufficiently large magnitudes of ST, the optical contrast factors, and the applied ∇T and ∇c. At very small fluid layer thicknesses L ≤ 0.30 mm, the associated reduction of signal statistics outweighing the expected increase of signal intensities at larger magnitudes of ∇T and ∇c as well as the influence of confinement imposed limitations for the determination of diffusivities in some cases. Furthermore, an influence of the mixture composition on signal intensities from concentration-NEFs was identified, where too small mole fractions of one component can hinder the determination of D11 in mixtures with small magnitudes of the optical contrast factor (∂n/∂c)T,p.

The present study examines the condensation heat transfer coefficient αcond of n-butane on the outside of different horizontal tubes and in corresponding tube bundles. Experiments were conducted with a smooth tube, finned tubes with various fin densities, fin heights and tube materials, and a high-performance condensation tube (HPT) at vapor temperatures of (40 and 78) °C and varying heat flux densities q̇. The influence of inundation on αcond was systematically investigated by varying the mass flow of liquid condensate at q̇ of (20 and 60) kW·m−2. Differences between the experimental results from this work and previous ones for propane on the same condensation tubes could be explained with the help of the thermophysical properties and, thus, the retention angle of the condensate in the channels between the fins and the condensate layer thickness. For single copper tubes, αcond increased with increasing fin densities from (19 to 48) fins per inch and was between 9 and 17 times larger than for the smooth tube. This enhancement factor even reached a value of about 24 for the HPT. These increases can be attributed in part to the increased surface area, but the strongest effect appears to be related to surface tension-driven drainage of the condensate. In addition to the experimental investigations, αcond of the finned condensation tubes was predicted using an analytical model for the condensation heat transfer on finned tubes. Here, excellent agreement with an average deviation from the experimental results of 6.6 % could be found. Studies of the inundation effect have shown that the expected decrease in αcond due to the additional condensate impinging on the tubes inside bundles and increasing the film thickness often holds, but is partially counteracted by other effects and depends on the tube geometry.

In the present study, one of the eigenvalues D̂1 of the Fick diffusion matrix for ternary mixtures consisting of polydisperse poly(ethylene) glycol (PEG), acetonitrile, and water as well as the mutual diffusivity D11 in two binary subsystems were determined by dynamic light scattering. PEGs with molecular weights Mn ranging from (400 to 4000) g·mol–1, a solvent mixture containing acetonitrile, and an experimental temperature of 323 K were selected because of their relevance to the application of reversed-phase liquid chromatography. In general, the accessed D̂1 decreases with increasing Mn and presents different concentration dependences. It was demonstrated that the accessed D̂1 is associated with the diffusion of PEGs in the solvent mixture and can be considered as the self-diffusivity of the sphere-like PEG molecules in the vicinity of infinite dilution regime. Using the self-diffusivity and the dynamic viscosity of the solvent mixture, the hydrodynamic diameter of the PEG molecules was determined via the Stokes–Einstein relation. While the values match that determined in water for smaller Mn, they tend to be smaller than that in water for larger Mn. This indicates a minor influence of the solvent or temperature on the hydrodynamic diameter of the PEG molecules. The determined diffusivities and hydrodynamic diameters of PEGs under process-relevant conditions are of relevance for the development of chromatographic separations.

During hydrogenation and dehydrogenation reactions of liquid organic hydrogen carriers (LOHC), their thermophysical properties change significantly as a function of the degree of hydrogenation (DoH). Compared with conventional techniques, Raman spectroscopy offers a contactless methodology for online process monitoring without the need of sampling. This work demonstrates the application of Raman spectroscopy for the determination of the DoH under process-relevant conditions for LOHC systems based on diphenylmethane (DPM) and benzyltoluene (BT) up to 473 K. For the DPM-based system, a previous study is extended by examining the influence of process-like disturbances. For the BT-based system, a novel approach using indirect hard modeling of the unpolarized Raman spectra is applied, which results in strongly reduced uncertainties and insensitivity towards process-like disturbances, e.g. reaction by-products. For a corresponding testing set exhibiting a pronounced fluorescent background in the Raman spectra, the DoH is determined with an average absolute deviation of 0.0057.

This work presents the determination of translational diffusivities DT and rotational diffusivities DR of gold nanorods and silver nanocubes using polarized and depolarized dynamic light scattering. In combination with a heterodyne detection scheme, the signal-to-noise ratio of the analyzed correlation functions is significantly improved, which reduces the uncertainties in the determined mean lifetimes of the fluctuations studied and, thus, in the diffusivities. The heterodyne detection scheme also simplifies the data evaluation when homodyne conditions cannot be realized. For nanorods with aspect ratios ranging from 3.6 to 4.8, DT and DR were determined with average expanded uncertainties of (6 and 8) %. DT and DR increase with increasing temperature. In contrast, no concentration dependence of the diffusivities could be found for particle concentrations close to infinite dilution. Based on their values and a model in the literature, the length and width of the nanorods could be determined to be in agreement with the values from electron microscopy with deviations of (12 and 16) %. In this work, it was also demonstrated that dynamic light scattering is applicable for the determination of DT and DR for nanocubes with small anisotropy, with expanded uncertainties of (1.4 and 12) %. Due to the small anisotropic contribution to the scattered light, DR could only be obtained by depolarized dynamic light scattering. The experimental DR values are smaller than those calculated theoretically by the Stokes–Einstein–Debye relation, which, however, considers the nanocubes as equivalent spheres.

Abstract Fick diffusion coefficients D11 of binary electrolyte systems consisting of the solutes lithium or 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([Li][NTf2] or [EMIm][NTf2]) dissolved in molecular and ionic liquid-based solvents are presented. D11 was determined by dynamic light scattering (DLS) experiments and molecular dynamics (MD) simulations at temperatures up to 398 K and at a solute mole fraction of 0.05. The results contribute to an extension of the database for D11 and allow investigation of the influence of the molecular characteristics on D11. Through variation of the molecular solvents, the dissociation of solutes in the mixture into ions was identified as a main influencing factor on the diffusive mass transport. Here, the dielectric constant r of the solvent was shown to be a good predictor for the ability of a solvent to dissociate the solute, which is quantified by calculating the solvation or coordination number. It could be shown that solvents with a large rfully dissociate solutes by forming a solvent shell around the cations, which leads to large D11. In solvents with a small r, the weaker interactions between solvent molecules and solute ions lead to a formation of ion pairs and clusters as well as to small D11.

Abstract The present work reports experimental data on the thermal conductivity of the four hydrocarbons cyclohexane, n -decane, n -hexadecane, and squalane in the liquid state at ambient pressure up to temperatures of 353.15 K. Absolute measurements were performed with a steady-state guarded parallel-plate instrument (GPPI) with an average expanded (coverage factor k = 2) measurement uncertainty of 2 %. For the linear alkanes n -decane and n -hexadecane as well as the cyclic compound cyclohexane, the measured thermal conductivities agree with reference correlations in the literature, indicating the reliability of the technique used for the study of fluids with relatively low thermal conductivities and weak absorption of radiation. For the first time, experimental data are determined for the long-branched alkane squalane between (278 and 353) K, which cannot be accurately represented with estimation methods commonly used in the literature. In summary, the present measurement results confirm the existing database for representative linear and cyclic hydrocarbons and provide first experimental thermal conductivities for squalane.