Báo cáo thí nghiệm an toàn quá trình (ch4052) bài 1 dòng chảy chất lỏng từ bồn chứa ra môi trường bên ngoài qua lỗ trống

Quan sát sự thay đổi theo thời gian của các thông số sau: quỹ tích dòng chảy, chiều cao mực chất lỏng còn lại trong bình chứa.. Sự khác biệt giữa hệ thống thiết bị thực tế và tình huống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Kỹ thuật Hoá học BÁO CÁO THÍ NGHIỆM AN TOÀN QUÁ TRÌNH (CH4052) NHÓM 02 – LỚP L09 – HK 231 NGÀY NỘP: 05/12/2023 Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Kim Trung Sinh viên thực hiện: 1/ Nguyễn Kiều Quốc Huy - 2013313 2/ Lê Đức Thạc - 2010630 3/ Nguyễn Thị Thanh Tuyền - 2012365 4/ Trần Thanh Vũ - 2012446 5/ Đỗ Thị Ái Vy - 1916014 6/ Huỳnh Ngọc Như Ý - 2012468 TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 ` MỤC LỤC BÀI 1: DÒNG CHẢY CHẤT LỎNG TỪ BỒN CHỨA RA MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI QUA LỖ TRỐNG 3 BÀI 2 DÒNG CHẢY CHẤT KHÍ TỪ BỒN CHỨA RA MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI QUA LỖ MỞ 20 BÀI 3 ÁP SUẤT HƠI REID 38 BÀI 4 XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY CỐC KÍN (ASTM D 56) 42 2 ` BÀI 1: DÒNG CHẢY CHẤT LỎNG TỪ BỒN CHỨA RA MÔI TRƯỜNG BÊN NGOÀI QUA LỖ TRỐNG I Mục tiêu thí nghiệm - Quan sát hiện tượng rò rỉ của lưu chất (nước) từ bồn chứa ra môi trường bên ngoài qua lỗ trống Quan sát sự thay đổi theo thời gian của các thông số sau: quỹ tích dòng chảy, chiều cao mực chất lỏng còn lại trong bình chứa - Xác định hệ số Co (discharge coefficient) cho 2 loại orifice khác nhau về kích thước lỗ - Kiểm chứng các phương trình tính toán được nêu trong mục 4.3 tài liệu tham khảo 1 (“4-3 Flow of Liquid through a Hole in a Tank") II Hệ thống thiết bị thí nghiệm Hệ thống thiết bị thí nghiệm bao gồm các thiết bị sau: 1 Bình chứa hình trụ tròn (hình 1) với các thông số sau: - Vật liệu chế tạo bồn chứa là nhựa acrylic - Kích thước: đường kính trong 20 cm, chiều cao 50 cm - Phía trong bình chứa có kẻ vạch đo mực chất lỏng (khắc trực tiếp lên thành bình) - Trên thân bình gắn một vòi nước, ở đầu ra của vòi có gắn sẵn đĩa tròn bằng kim loại có đục lỗ (đĩa tròn có lỗ trống này gọi là đĩa orifice) Vị trí của lỗ trống cách đáy bình 10cm 2 Ứng dụng đo thời gian có chức năng bấm giờ, đo thời gian giữa 2 lần bấm (time lapse) như “Stopwatch” trên smartphone 3 ` Hình 1 Hình ảnh bình chứa chất lỏng 3 Hai orifice plates khác nhau về kích cỡ: lỗ trống có đường kính lỗ d = 3 mm và d = 6 mm Hình 2 Orifice plate III Cơ sở lý thuyết Lưu lượng dòng chảy lưu chất qua lỗ tròn được cho bởi phương trình sau: (đây là phương trình 4-12 tài liệu tham khảo 1 khi áp suất dư của chất lỏng ở bề mặt Pg = 0) Qm  ACo 2gh (1) Hay: Qv  ACo 2gh (2) Trong đó: 4 ` Qm, Qv: lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích của dòng chảy qua lỗ trống : khối lượng riêng của lưu chất (ở nhiệt độ lưu chất trong bồn chứa) A: tiết diện lỗ trống Co: hệ số (coefficient of discharge) g: gia tốc trọng trường h: chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa (so với vị trí lỗ trống) Chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa thay đổi theo thời gian được cho bởi phương trình sau: (đây là phương trình 4-18 tài liệu tham khảo 1 khi áp suất dư của chất lỏng ở bề mặt Pg = 0) h  ho   ACo 2  g  ACo  2gho  t   t  (3)  At  2  At  Trong đó: ho: chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa ở thời điểm ban đầu t = 0 (so với vị trí lỗ trống) At: diện tích tiết diện ngang của bình chứa Thời gian để lưu chất thoát ra hết (mực chất lỏng giảm đến mức chất lỏng thấp nhất = vị trí lỗ rò rỉ được cho bởi phương trình sau: 1  At  te    2gho (4) Cog  A  IV Tiến hành thí nghiệm Mô tả quy trình tiến hành thí nghiệm: - Gắn sẵn 1 đĩa orifice vào bình chứa, với lỗ trống được bịt kín = 1 nút chặn (plug) - Cho nước vào bình chứa đến độ cao ho - Mở nút chặn để nước trong bình thoát ra ngoài Ghi nhận mốc thời gian ban đầu to = 0 - Ghi nhận sự thay đổi của mực chất lỏng trong bình theo thời gian t: cụ thể ghi nhận các mốc thời gian khi mực chất lỏng trong bình thay đổi 1 khoảng xác định trước là 5 mm Khi tốc độ thoát lỏng giảm dần về 0 thì khoảng thay đổi mực chất lỏng là 2 mm và 1 mm (cụ thể như được ghi trong các bảng xử lý số liệu 1 và 2) - Quan sát quỹ tích của dòng chảy ra ngoài, mô tả sự thay đổi của quỹ tích dòng chảy theo thời gian - Dừng thí nghiệm khi mực chất lỏng hạ xuống đến vị trí lỗ tròn (nước không chảy ra ngoài được nữa) Ghi nhận mốc thời gian này là te 5 ` Lặp lại quy trình thí nghiệm như trên một lần Kết quả thí nghiệm trình bày trong bảng báo cáo kết quả thí nghiệm là trung bình cộng của hai lần đo đạc (thời gian t tương ứng với các mức chất lỏng h) Để tiến hành 1 thí nghiệm khác với đĩa orifice khác, thay đĩa orifice có sẵn trong bình chứa bằng đĩa orifice mới V Kết quả thí nghiệm Các thông số chung cho cả hai thí nghiệm: Đường kính trong của bình chứa Dt = 20 cm Diện tích tiết diện ngang của của bình chứa At = 0.03142 m2 Thí nghiệm 1: Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm Diện tích tiết diện ngang của lỗ trống: A = 7.1x10-6 m2 Lỗ trống orifice cách đáy bình: 106 mm Đổ nước vào bình chứa đến mực chất lỏng 405 mm Do đó, chiều cao ban đầu (chiều cao mực chất lỏng so với tâm lỗ trống): ho = 405 – 106 = 299 mm 6 ` Bảng 1 Bảng xử lý số liệu thô cho thí nghiệm 1, Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm t1 (s) t2 (s) ttb (s) Sai số tương đối STT (Lần 2) (Lần 1) Lần 1 Lần 2 1 0 0 2 11.46 10.99 11.23 2.05 2.14 3 24.81 24.27 24.54 1.10 1.10 4 36.96 37.21 37.09 0.35 0.32 5 49.88 51.13 50.51 1.25 1.23 6 63.61 64.05 63.83 0.34 0.34 7 76.69 77.42 77.06 0.48 0.47 8 90.38 90.81 90.6 0.24 0.23 9 104.13 105.29 104.71 0.55 0.55 10 117.48 119.96 118.72 1.04 1.04 11 132.31 132.38 132.35 0.03 0.02 12 146.1 146.96 146.53 0.29 0.29 13 161.01 160.7 160.86 0.09 0.10 14 174.89 175.17 175.03 0.08 0.08 15 189.98 189.48 189.73 0.13 0.13 16 204.16 204.26 204.21 0.02 0.02 17 219.6 219.36 219.48 0.05 0.05 18 234.56 235.49 235.03 0.20 0.20 19 249.7 250.54 250.12 0.17 0.17 20 265.64 265.71 265.68 0.02 0.01 21 280.79 280.85 280.82 0.01 0.01 22 296.79 296.79 296.79 0.00 0.00 23 312.03 312.42 312.23 0.06 0.06 24 328.77 328.31 328.54 0.07 0.07 25 344.95 343.89 344.42 0.15 0.15 26 362.21 360.25 361.23 0.27 0.27 27 378.95 378.12 378.54 0.11 0.11 28 396.56 394.35 395.46 0.28 0.28 29 413.44 410.85 412.15 0.31 0.32 7 ` 30 431.05 428.73 429.89 0.27 0.27 31 447.88 446.25 447.07 0.18 0.18 32 466.38 464.31 465.35 0.22 0.22 33 484.56 483.13 483.85 0.15 0.15 34 503.44 500.94 502.19 0.25 0.25 35 522.46 521.19 521.83 0.12 0.12 36 541.03 540.81 540.92 0.02 0.02 37 561.11 560.47 560.79 0.06 0.06 38 580.89 579.38 580.14 0.13 0.13 39 601.34 599.47 600.41 0.15 0.16 40 622.33 621.15 621.74 0.09 0.09 41 643.27 642.43 642.85 0.07 0.07 42 664.63 664.43 664.53 0.02 0.02 43 686.83 687.1 686.97 0.02 0.02 44 709.58 708.98 709.28 0.04 0.04 45 733.88 732.92 733.4 0.07 0.07 46 758.25 756.18 757.22 0.14 0.14 47 784.27 780.22 782.25 0.26 0.26 48 809.85 804.58 807.22 0.33 0.33 49 837.27 832.15 834.71 0.31 0.31 50 865.56 859.7 862.63 0.34 0.34 51 894.67 889.67 892.17 0.28 0.28 52 926.85 920.38 923.62 0.35 0.35 53 960.59 953.12 956.86 0.39 0.39 54 994.27 988.14 991.21 0.31 0.31 55 1031.06 1024.89 1027.98 0.30 0.30 56 1071.55 1064.59 1068.07 0.33 0.33 57 1114.74 1104.3 1109.52 0.47 0.47 58 1161.46 1155.2 1158.33 0.27 0.27 59 1184.83 1180.19 1182.51 0.20 0.20 60 1211.46 1205.18 1208.32 0.26 0.26 61 1237.22 1228.81 1233.02 0.34 0.34 62 1264.73 1250.28 1257.51 0.57 0.57 63 1287.19 1276.89 1282.04 0.40 0.40 8 ` 64 1301.9 1288.68 1295.29 0.51 0.51 65 1324.44 1300.91 1312.68 0.90 0.90 66 1341.54 1315.28 1328.41 0.99 0.99 67 1368.18 1346.94 1357.56 0.78 0.78 Bảng 2 Bảng xử lý số liệu cho thí nghiệm 2: Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm Chiều cao mực D(h) havg Qv (m3/s) Co (mm) (mm) STT ttb (s) chất Dt (giây) 5 lỏng 5 5 (mm) 5 5 1 0 405 5 5 2 11.23 400 11.23 5 296.5 1.39875E-05 0.8204 5 291.5 1.18016E-05 0.6981 3 24.54 395 13.31 5 286.5 1.25163E-05 0.7468 5 281.5 1.17049E-05 0.7046 4 37.09 390 12.55 5 276.5 1.17928E-05 0.7163 5 271.5 1.1873E-05 0.7278 5 50.51 385 13.42 5 266.5 1.16012E-05 0.7177 5 261.5 1.11325E-05 0.6953 6 63.83 380 13.32 5 256.5 1.1212E-05 0.7071 5 251.5 1.15246E-05 0.734 7 77.06 375 13.23 5 246.5 1.10775E-05 0.7126 5 241.5 1.09616E-05 0.7124 8 90.6 370 13.54 5 236.5 1.10854E-05 0.728 5 231.5 1.06857E-05 0.7093 9 104.71 365 14.11 5 226.5 1.0848E-05 0.728 9 221.5 1.02868E-05 0.6981 10 118.72 360 14.01 216.5 1.01016E-05 0.6934 211.5 1.04095E-05 0.7229 11 132.35 355 13.63 206.5 1.00951E-05 0.7095 201.5 1.03751E-05 0.7382 12 146.53 350 14.18 196.5 9.83592E-06 0.7087 191.5 1.01736E-05 0.7425 13 160.86 345 14.33 14 175.03 340 14.17 15 189.73 335 14.70 16 204.21 330 14.48 17 219.48 325 15.27 18 235.03 320 15.55 19 250.12 315 15.09 20 265.68 310 15.56 21 280.82 305 15.14 22 296.79 300 15.97 23 312.23 295 15.44 ` 24 328.54 290 16.31 5 186.5 9.63088E-06 0.7123 15.88 25 344.42 285 16.81 5 181.5 9.89166E-06 0.7416 17.31 26 361.23 280 16.92 5 176.5 9.34442E-06 0.7104 16.69 27 378.54 275 17.74 5 171.5 9.0745E-06 0.6999 17.18 28 395.46 270 18.28 5 166.5 9.28367E-06 0.7267 18.50 29 412.15 265 18.34 5 161.5 9.4116E-06 0.748 19.64 30 429.89 260 19.09 5 156.5 8.85455E-06 0.7149 19.87 31 447.07 255 19.35 5 151.5 9.14317E-06 0.7503 20.27 32 465.35 250 21.33 5 146.5 8.59298E-06 0.717 21.11 33 483.85 245 21.68 5 141.5 8.49079E-06 0.7209 22.44 34 502.19 240 22.31 5 136.5 8.56487E-06 0.7404 24.12 35 521.83 235 23.82 5 131.5 7.99794E-06 0.7044 25.03 36 540.92 230 24.97 5 126.5 8.22837E-06 0.7389 27.49 37 560.79 225 27.92 5 121.5 7.90537E-06 0.7244 29.54 38 580.14 220 31.45 5 116.5 8.11781E-06 0.7596 33.24 39 600.41 215 34.35 5 111.5 7.74937E-06 0.7412 36.77 40 621.74 210 40.09 5 106.5 7.36426E-06 0.7207 41.45 41 642.85 205 5 101.5 7.44101E-06 0.746 42 664.53 200 5 96.5 7.24537E-06 0.7449 43 686.97 195 5 91.5 6.99998E-06 0.7391 44 709.28 190 5 86.5 7.04077E-06 0.7646 45 733.4 185 5 81.5 6.51242E-06 0.7286 46 757.22 180 5 76.5 6.59444E-06 0.7615 47 782.25 175 5 71.5 6.27565E-06 0.7496 48 807.22 170 5 66.5 6.29073E-06 0.7791 49 834.71 165 5 61.5 5.71406E-06 0.7359 50 862.63 160 5 56.5 5.62606E-06 0.756 51 892.17 155 5 51.5 5.31752E-06 0.7484 52 923.62 150 5 46.5 4.99458E-06 0.7398 53 956.86 145 5 41.5 4.72562E-06 0.7409 54 991.21 140 5 36.5 4.57292E-06 0.7645 55 1027.98 135 5 31.5 4.27195E-06 0.7688 56 1068.07 130 5 26.5 3.91817E-06 0.7687 57 1109.52 125 5 21.5 3.78962E-06 0.8255 10