Báo cáo thí nghiệm ATQT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC
BỘ MƠN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
--------------------------------

BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM AN TỒN Q TRÌNH
(MSMH: CH4052)
Giảng viên hướng dẫn: Thành Duy Quang
Nhóm 5 – Lớp A01
Sinh viên thực hiện
Vũ Tấn Đạt
Lê Hải Đăng
Lê Thị Cẩm Nhung
Nguyễn Phúc
Huỳnh Sơn Thảo Sương
Nguyễn Thị Thanh Thúy

TP. HCM, 12/2022

MSSV
1911032
1913090
1911799
1914689
1913981
1915397


BÀI THÍ NGHIỆM

ÁP SUẤT HƠI REID
I. MỤC TIÊU BÀI THÍ NGHIỆM
Áp suất hơi là một trong các thông số quan trọng để xây dựng mơ hình nguồn một
trong những mơ hình quan trọng của an tồn hệ thống.
Bài thí nghiệm hướng dẫn quy trình thực nghiệm xác định áp suất hơi cho các sản
phẩm dễ bay hơi như xăng, dầu thô hoặc các sản phẩm dầu mỏ dễ bay hơi khác.
Quy trình được trình bày trong bài được dùng cho các hợp chất hoặc các hỗn hợp
có áp suất hơi thấp hơn 180 kPa và có nhiệt độ sơi trên 0°C như xăng hoặc cồn.
II. HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Mơ tả hệ thống:

Hình 1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm áp suất hơi Reid
Hệ thống thiết bị thí nghiệm bao gồm các thiết bị sau:
-

Buồng chứa mẫu lỏng;

-

Buồng chứa hơi;

-

Đồng hồ đo áp;

-

Bể điều nhiệt.
1

III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Cho mẫu đã được làm lạnh trước vào bình chứa chất lỏng của dụng cụ đo áp
suất hơi. Sau đó nối với buồng hóa hơi đã được gia nhiệt trước đến 37,8°C trong bể
ổn nhiệt. Ngâm toàn bộ hệ thống vào bể ổn nhiệt ở nhiệt độ 37,8°C cho đến khi áp
suất quan sát được trên dụng cụ đo là khơng đổi. Đọc chính xác giá trị đo. Giá trị đo
này gọi là áp suất hơi Reid
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
1. Chuẩn bị mẫu:
Chuẩn bị bể điều nhiệt: Điều chỉnh nhiệt độ của bể điều nhiệt 37,8°C. Nhiệt
độ này đạt được khi dùng nhiệt kế thủy ngân đo nhiệt độ của nước trong hệ thống
ổn nhiệt. Mức nước trong bể điều nhiệt đạt tới gờ chảy tràn của hệ thống điều nhiệt.
Độ chính xác của phương pháp đo áp suất hơi chịu ảnh hưởng rất lớn của
cách thức bảo quản và chuẩn bị mẫu do đặc tính dễ bay hơi và làm thay đổi thành
phần của mẫu.
Dụng cụ chứa mẫu có thể tích khoảng 1 lít, mẫu được chứa đầy từ 70 – 80%
thể tích.
Các mẫu lấy ra từ bình chứa chỉ được sử dụng một lần, phần cịn lại khơng
được sử dụng cho lần đo lần thứ hai. Nếu cần thiết thì phải lấy mẫu mới.
Bảo vệ mẫu tránh tiếp xúc với các nguồn nhiệt trước khi đo.
Nhiệt độ bảo quản mẫu: mẫu phải được bảo quản ở điều kiện nhiệt độ từ 0 –
1°C.
2. Chuẩn bị thực nghiệm
Mẫu chỉ được chấp nhận khi thể tích mẫu trong bình chứa mẫu từ 70 – 80%
thể tích bình chứa.
Nhúng hồn tồn bình chứa mẫu vào bể ổn nhiệt ít nhất 10 phút.
Nhúng buồng chứa hơi đã lắp đồng hồ đo áp vào bể ổn nhiệt ở 37,8°C ít nhất
là 10 phút sao cho khoảng cách từ đỉnh của buồng hơi đến bề mặt thoáng bể ổn
nhiệt khơng thấp hơn 25,4mm.
3. Quy trình thực nghiệm

Lấy bình chứa mẫu ra khỏi bể làm lạnh và không được mở nắp bình, gắn ống
chuyển mẫu đã được làm lạnh vào bình chứa mẫu.
Cho đầy mẫu vào buồng chứa mẫu lỏng. Rút ống chuyển mẫu ra khỏi buồng
chứa mẫu và tiếp tục để cho mẫu chảy hết vào buồng chứa mẫu.
2


Ngay lập tức di chuyển buồng chứa hơi ra khỏi bể ổn nhiệt đến buồng chứa
mẫu, tránh làm đổ mẫu. Khi buồng chứa hơi được lấy ra khỏi bể ổn nhiệt thì lắp
ngay vào buồng chứa mẫu tránh làm thay đổi nhiệt độ khối khí bên trong buồng
chứa hơi (37.8°C). Thời gian từ lúc lấy buồng ra khỏi bể ổn nhiệt đến khi lắp hồn
chỉnh thiết bị khơng được vượt quá 10s.
Lắc mạnh thiết bị đo lên xuống theo chiều thẳng đứng khoảng 8 lần (cho
phép mẫu đi vào buồng chứa hơi). Khi đồng hồ đo áp không tăng nữa thì nhúng
thiết bị đo vào bể ổn nhiệt và duy trì ở 37,8 ± 0,1°C.
Sau khi ngâm trong bể ổn nhiệt ít nhất 5 phút, đọc chính xác giá trị trên áp
kế. Lấy thiết bị ra khỏi bể và tiếp tục tiến hành lắc như trên và ngâm lại 5 phút trước
khi đọc lại kết quả. Lặp lại quy trình trên đến khi hai lần đọc kề nhau có giá trị
khơng đổi. Đọc chính xác đến 0,25 kPa.
4. Chuẩn bị thiết bị cho việc kiểm tra kế tiếp
Làm sạch phần mẫu còn lại trong buồng chứa hơi và buồng mẫu bằng nước
ấm có nhiệt độ trên 32oC, lặp lại quá trình làm sạch này ít nhất 5 lần.
Rửa sạch buồng chứa mẫu và ống chuyển mẫu bằng naphtha và tráng lại
bằng axeton, sau đó sấy khơ. Để buồng chứa mẫu vào bể làm lạnh hoặc tủ lạnh
chuẩn bị cho lần thí nghiệm kế tiếp. Quy trình tiến hành thí nghiệm:
V. Xử lý số liệu – Báo cáo kết quả thí nghiệm
Lần đo
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11

Bình 1 ( Áp suất-MPa)
0.033
0.034
0.036
0.039
0.04
0.041
0.044
0.046
0.046
0.047
0.047

Bình 2( Áp suất-KPa)
25
30
35
38
40
41
42

45
46
47
47

VI. CÂU HỎI BÀN LUẬN
1. Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến áp suất hơi reid?
Khi nhiệt độ của lưu chất đang xét tăng thì áp suất hơi reid tăng
2. Lưu chất sử dụng trong bể điều nhiệt lựa chọn dựa trên yếu tố nào?
Độ bay hơi và sự biến đổi của thành phần mẫu theo nhiệt độ
3


3. Tại sao mẫu cần được làm lạnh trước khi tiến hành thí nghiệm?
Vì khi áp suất hơi bão hịa lớn ở nhiệt độ cao, đang xét ở đây là áp suất hơi
reid thì được xác định ở 37,80C, độ bay hơi cao, dễ tạo nút hơi trong động cơ, gây
ra ra hao hụt trong tồn chứa và gây ra ô nhiễm môi trường. Xăng ở Việt Nam quy
định áp suất hơi Reid nằm trong khoảng từ 7-11psi trong khi được chỉ định không
vượt quá 12psi. Ngược lại, ở nhiệt độ thấp thì áp suất hơi của xăng thấp hanj chế
gây ô nhiễm môi trường.
VII. Tài liệu tham khảo
ASTM D323-99a, Standard Test Method for Vapor Pressure of Petroleum
Products (Reid Method)

4


BÀI THÍ NGHIỆM
DỊNG CHẢY CHẤT LỎNG
I. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THƠ

Thí nghiệm 1: Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm
STT
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

28
29
30
31
32
33
34
35

Chiều cao mực
chất lỏng (mm)
405
400
395
390
385
380
375
370
365
360
355
350
345
340
335
330
325
320
315

310
305
300
295
290
285
280
275
270
265
260
255
250
245
240
235
230

∆t1 (s)

∆t2 (s)

00.00
12.37
11.86
11.21
12.27
10.20
12.40
12.38

11.71
11.50
12.58
12.84
12.94
11.50
12.81
13.75
12.53
13.27
13.51
13.51
12.95
13.44
13.54
14.96
15.44
14.44
14.64
16.02
15.38
15.71
14.26
16.03
16.19
15.86
18.04
16.89

00.00

10.54
11.44
11.52
11.79
11.65
11.94
11.86
12.59
12.07
11.47
12.66
12.34
13.01
12.52
13.67
12.18
13.62
13.11
13.38
13.83
14.19
13.93
13.74
14.98
13.70
15.56
13.86
15.90
14.65
16.19

16.70
15.65
16.77
16.74
17.71

∆tTB (s)
00.00
11.46
11.65
11.37
12.03
10.93
12.17
12.12
12.15
11.79
12.03
12.75
12.64
12.26
12.67
13.71
12.36
13.45
13.31
13.45
13.39
13.82
13.74

14.35
15.21
14.07
15.10
14.94
15.64
15.18
15.23
16.37
15.92
16.32
17.39
17.30
5


36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49

50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66

225
220
215
210
205
200
195
190
185
180
175
170

165
160
155
150
145
140
135
130
125
120
118
116
114
112
110
109
108
107
106

18.07
17.08
18.64
18.11
19.71
18.83
21.59
20.62
22.86
21.33

22.38
21.94
25.17
24.26
27.44
28.65
29.72
31.79
35.83
36.13
44.13
47.68
25.16
21.45
23.93
28.69
28.94
42.48
26.54
44.05
45.08

17.28
18.36
18.71
18.43
18.55
19.92
19.65
21.53

21.56
22.14
23.31
22.63
24.73
26.51
27.05
25.86
31.29
32.47
36.41
38.08
39.24
49.21
26.77
17.73
22.33
31.71
24.88
14.67
17.87
27.03
36.43

17.68
17.72
18.68
18.27
19.13
19.38

20.62
21.08
22.21
21.74
22.85
22.29
24.95
25.39
27.25
27.26
30.51
32.13
36.12
37.11
41.69
48.45
25.97
19.59
23.13
30.20
26.91
28.58
22.21
35.54
40.76

6


Thí nghiệm 2: Đĩa orifice 2, đường kính lỗ trống d = 6 mm

STT
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

Chiều cao mực
chất lỏng (mm)
455
450
445
440
435
430
425
420
415
410
405
400
395
390

385
380
375
370
365
360
355
350
345
340
335
330
325
320
315
310
305
300
295
290
285
280
275
270
265
260
255
250

∆t1 (s)

∆t2 (s)

00.00
1.61
1.71
2.22
2.96
2.47
2.47
2.93
2.41
2.67
2.00
2.53
2.71
2.56
2.87
2.40
2.09
2.84
3.19
2.84
3.46
3.28
2.53
2.56
3.07
3.09
3.18

3.06
3.28
3.49
3.21
3.47
3.10
3.31
3.46
3.85
3.62
3.46
3.37
4.03
4.41
3.25

00.00
1.57
1.61
2.94
2.82
2.66
2.56
2.78
2.88
2.62
2.69
2.61
2.54
2.71

3.08
2.81
2.54
2.79
3.13
2.78
2.87
3.13
3.07
2.98
2.98
3.17
3.2
3.49
2.95
3.38
3.15
3.71
2.97
3.42
3.55
3.6
3.46
3.61
3.26
4.19
3.95
3.8

∆tTB (s)

00.00
1.59
1.66
2.58
2.89
2.57
2.52
2.86
2.65
2.65
2.35
2.57
2.63
2.64
2.98
2.61
2.32
2.82
3.16
2.81
3.17
3.21
2.80
2.77
3.03
3.13
3.19
3.28
3.12
3.44

3.18
3.59
3.04
3.37
3.51
3.73
3.54
3.54
3.32
4.11
4.18
3.53
7


42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56

57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77

245
240
235
230
225
220
215
210

205
200
195
190
185
180
175
170
165
160
155
150
145
140
135
130
125
120
118
116
114
112
110
108
107
106
105
103.5

3.94

4.01
4.41
3.92
3.85
4.69
4.31
4.22
4.57
4.71
4.78
4.98
5.46
5.10
5.40
5.87
5.79
6.00
6.16
7.13
6.94
7.56
7.63
8.44
9.05
10.38
5.69
4.19
5.84
5.03
6.09

10.21
5.58
6.12
5.65
23.08

3.96
4.34
3.93
4.22
3.55
4.83
4.26
4.51
4.4
4.58
4.78
5.19
5.47
5.3
5.6
5.73
6.14
5.79
6.28
6.73
6.86
7.76
7.7
8.34

9.17
10.26
6.6
4.4
5.8
5
5.99
10.31
5.82
6.3
5.15
23.13

3.95
4.18
4.17
4.07
3.70
4.76
4.29
4.37
4.49
4.65
4.78
5.09
5.47
5.20
5.50
5.80
5.97

5.90
6.22
6.93
6.90
7.66
7.67
8.39
9.11
10.32
6.15
4.30
5.82
5.02
6.04
10.26
5.70
6.21
5.40
23.11

8


II. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. 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 = ρA𝐶𝑜 √2𝑔ℎ (1)
Hay:

𝑄𝑣 = A𝐶𝑜 √2𝑔ℎ (2)
Trong đó:
Qm, Qv: lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích của dịng 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)
Thay đổi theo thời gian của chiều cao mực chất lỏng trong bình chứa 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
𝐴𝑡

𝑔 A𝐶

√2𝑔ℎ𝑜 ) 𝑡 + 2 ( 𝐴 𝑜 𝑡)

2

(3)

𝑡

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 rị rỉ được cho bởi phương trình sau:
9


𝑡𝑒 =

1
𝐶𝑜 𝑔

𝐴

( 𝑡 ) √2𝑔ℎ𝑜

(4)

𝐴

2. Kết quả tính tốn
Các thơng số:
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:
Tiến hành thí nghiệm với các thơng số sau:
Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm
Diện tích tiết diện ngang của lỗ trống: A = 𝟕. 𝟎𝟕 × 𝟏𝟎−𝟔 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.
Bảng 1. Bảng xử lý số liệu cho thí nghiệm 1
Đĩa orifice 1, đường kính lỗ trống d = 3 mm.

STT

0
1
2
3
4
5

Thời
gian t
(giây)

0.00
11.46
23.11
34.47
46.50
57.43

Chiều
cao mực
t
chất lỏng (giây)
h (mm)

h
(m)

Chiều cao
mực (so
với vị trí
lỗ trống)

Qv
(m3/s)

Co

trung
bình havg
(mm)

405
11.46

0.005

0.2965

1.37E-05

0.8043

11.65

0.005

0.2915

1.35E-05

0.7976

11.37

0.005

0.2865

1.38E-05

0.8247

12.03

0.005

0.2815

1.31E-05

0.7860

10.93

0.005

0.2765

1.44E-05

0.8733

12.17

0.005

0.2715

1.29E-05

0.7912

400
395
390
385
380
10


6
7
8

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

69.60
81.72
93.87
105.65
117.68
130.43
143.07
155.32
167.99
181.70

194.05
207.50
220.81
234.25
247.64
261.46
275.19
289.54
304.75
318.82
333.92
348.86

375
12.12

0.005

0.2665

1.30E-05

0.8018

12.15

0.005

0.2615

1.29E-05

0.8075

11.79

0.005

0.2565

1.33E-05

0.8406

12.03

0.005

0.2515

1.31E-05

0.8319

12.75

0.005

0.2465

1.23E-05

0.7925

12.64

0.005

0.2415

1.24E-05

0.8077

12.26

0.005

0.2365

1.28E-05

0.8418

12.67

0.005

0.2315

1.24E-05

0.8233

13.71

0.005

0.2265

1.15E-05

0.7689

12.36

0.005

0.2215

1.27E-05

0.8628

13.45

0.005

0.2165

1.17E-05

0.8020

13.31

0.005

0.2115

1.18E-05

0.8196

13.45

0.005

0.2065

1.17E-05

0.8211

13.39

0.005

0.2015

1.17E-05

0.8347

13.82

0.005

0.1965

1.14E-05

0.8192

13.74

0.005

0.1915

1.14E-05

0.8347

14.35

0.005

0.1865

1.09E-05

0.8096

15.21

0.005

0.1815

1.03E-05

0.7742

14.07

0.005

0.1765

1.12E-05

0.8487

15.10

0.005

0.1715

1.04E-05

0.8023

14.94

0.005

0.1665

1.05E-05

0.8230

15.64

0.005

0.1615

1.00E-05

0.7982

370
365
360
355
350
345

340
335
330
325
320
315
310
305
300
295
290
285
280
275
270
11


28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

40
41
42
43
44
45
46
47
48
49

364.50
379.68
394.91
411.27
427.19
443.51
460.90
478.20
495.87
513.59
532.27
550.54
569.67
589.04
609.66
630.74
652.95
674.68
697.53

719.81
744.76
770.15

265
15.18

0.005

0.1565

1.03E-05

0.8354

15.23

0.005

0.1515

1.03E-05

0.8466

16.37

0.005

0.1465

9.60E-06

0.8009

15.92

0.005

0.1415

9.87E-06

0.8378

16.32

0.005

0.1365

9.63E-06

0.8323

17.39

0.005

0.1315

9.03E-06

0.7956

17.30

0.005

0.1265

9.08E-06

0.8154

17.68

0.005

0.1215

8.89E-06

0.8143

17.72

0.005

0.1165

8.86E-06

0.8295

18.68

0.005

0.1115

8.41E-06

0.8045

18.27

0.005

0.1065

8.60E-06

0.8414

19.13

0.005

0.1015

8.21E-06

0.8232

19.38

0.005

0.0965

8.11E-06

0.8336

20.62

0.005

0.0915

7.62E-06

0.8043

21.08

0.005

0.0865

7.45E-06

0.8094

22.21

0.005

0.0815

7.07E-06

0.7912

21.74

0.005

0.0765

7.23E-06

0.8345

22.85

0.005

0.0715

6.88E-06

0.8213

22.29

0.005

0.0665

7.05E-06

0.8730

24.95

0.005

0.0615

6.30E-06

0.8108

25.39

0.005

0.0565

6.19E-06

0.8315

27.25

0.005

0.0515

5.77E-06

0.8114

260
255
250
245
240
235
230
225
220
215
210
205
200
195
190

185
180
175
170
165
160
12


50

797.39

51

824.65

52

855.15

53

887.28

54

923.40

55

56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66

960.51
1002.19
1050.64
1076.60
1096.19
1119.32
1149.52
1176.43
1205.01
1227.21
1262.75
1303.51

155
27.26

0.005

0.0465

5.76E-06

0.8536

30.51

0.005

0.0415

5.15E-06

0.8073

32.13

0.005

0.0365

4.89E-06

0.8173

36.12

0.005

0.0315

4.35E-06

0.7826

37.11

0.005

0.0265

4.23E-06

0.8306

41.68

0.005

0.0215

3.77E-06

0.8208

48.44

0.005

0.0165

3.24E-06

0.8062

25.96

0.002

0.013

2.42E-06

0.6779

19.59

0.002

0.011

3.21E-06

0.9767

23.13

0.002

0.009

2.72E-06

0.9145

30.20

0.002

0.007

2.08E-06

0.7942

26.91

0.002

0.005

2.33E-06

1.0546

28.58

0.001

0.0035

1.10E-06

0.5935

22.20

0.001

0.0025

1.41E-06

0.9037

35.54

0.001

0.0015

8.84E-07

0.7290

40.76

0.001

0.0005

7.71E-07

1.1010

150
145
140
135
130
125
120
118
116
114
112
110
109
108
107
106

Ghi chú:
-

-

Qv được xác định như là thể tích chất lỏng thất thốt ra ngồi qua lỗ trống trong
khoảng thời gian t (= thể tích chất lỏng tương ứng với mức sụt chất lỏng

trong khoảng thời gian t) : Qv = At*h /t
Co được xác định từ số liệu thực nghiệm như trên có sự thay đổi do sai số ngẫu
nhiên trong q trình đo đạc các thơng số thí nghiệm, và do Co có phụ thuộc
vào số Reynolds

Giá trị trung bình của Co xác định theo bảng kết quả thí nghiệm trên là: Co = 0.820
13


Giá trị Co trong phương trình (3) được xác định sao cho tổng bình phương sai số
giữa chiều cao mực chất lỏng tính theo phương trình (3) và giá trị thực nghiệm của
chiều cao mực chất lỏng là nhỏ nhất. Giá trị Co theo nguyên tắc bình phương cực tiểu
thu được bằng sử dụng Excel solver (file Excel được cung cấp).
Xác định giá trị Co theo nguyên tắc bình phương cực tiểu: Co = 0.817

Thay đổi chiều cao mực chất lỏng theo thời
gian
Ly Thuyet

Thuc nghiem

Chiều cao mực chất lỏng (m)

0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05

0
0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Thời gian (s)

Thời gian để lưu chất thoát ra hết
Giá trị thực nghiệm te = 1303.5 s
Giá trị tính theo phương trình (4): te = 1342.3 s
Thí nghiệm 2:
Tiến hành thí nghiệm với các thông số sau:
Đĩa orifice 2, d = 6 mm
Diện tích tiết diện ngang của lỗ trống: A = 𝟐. 𝟖𝟑 × 𝟏𝟎−𝟓 m2
Lỗ trống orifice cách đáy bình 103.5 mm
Đổ nước vào bình chứa đến mực chất lỏng 455 mm. Do đó, chiều cao ban đầu

(chiều cao mực chất lỏng so với tâm lỗ trống) ho = 455 – 103.5 mm = 351.5 mm

14


Bảng 2. Bảng xử lý số liệu cho thí nghiệm 2
Đĩa orifice 2, đường kính lỗ trống d = 6 mm

STT

Thời
gian t
(giây)

0

0.00

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17

1.59
3.25
5.83
8.72
11.28
13.80
16.65
19.30
21.94
24.29
26.86
29.48
32.12
35.09
37.70
40.01
42.83

Chiều
cao
mực
chất
lỏng h
(mm)

455

t
(giây)

Chiều cao
mực (so
với vị trí
Qv (m3/s)
h (m)
lỗ trống)
trung bình
havg (mm)

Co

1.59

0.005

0.349

9.91E-05

0.1340

1.66

0.005

0.344

9.46E-05

1.2882

2.58

0.005

0.339

6.09E-05

0.8349

2.89

0.005

0.334

5.44E-05

0.7509

2.57

0.005

0.329

6.12E-05

0.8525

2.52

0.005

0.324

6.25E-05

0.8761

2.86

0.005

0.319

5.50E-05

0.7778

2.65

0.005

0.314

5.94E-05

0.8462

2.65

0.005

0.309

5.94E-05

0.8530

2.35

0.005

0.304

6.70E-05

0.9701

2.57

0.005

0.299

6.11E-05

0.8925

2.63

0.005

0.294

5.98E-05

0.8812

2.64

0.005

0.289

5.96E-05

0.8854

2.98

0.005

0.284

5.28E-05

0.7911

2.61

0.005

0.279

6.03E-05

0.9115

2.32

0.005

0.274

6.79E-05

1.0350

2.82

0.005

0.269

5.58E-05

0.8591

450
445
440
435
430
425
420
415
410
405
400
395
390
385
380
375
370
15


18
19
20
21

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

45.99
48.80
51.96
55.17
57.97
60.74
63.76
66.89
70.08
73.36
76.47

79.91
83.09
86.68
89.71
93.08
96.58
100.31
103.85
107.38
110.70
114.81

3.16

0.005

0.264

4.97E-05

0.7725

2.81

0.005

0.259

5.59E-05

0.8770

3.17

0.005

0.254

4.96E-05

0.7863

3.21

0.005

0.249

4.90E-05

0.7842

2.80

0.005

0.244

5.61E-05

0.9068

2.77

0.005

0.239

5.67E-05

0.9262

3.03

0.005

0.234

5.19E-05

0.8571

3.13

0.005

0.229

5.02E-05

0.8374

3.19

0.005

0.224

4.92E-05

0.8307

3.28

0.005

0.219

4.80E-05

0.8184

3.11

0.005

0.214

5.04E-05

0.8704

3.44

0.005

0.209

4.57E-05

0.7987

3.18

0.005

0.204

4.94E-05

0.8732

3.59

0.005

0.199

4.38E-05

0.7832

3.04

0.005

0.194

5.18E-05

0.9382

3.36

0.005

0.189

4.67E-05

0.8574

3.51

0.005

0.184

4.48E-05

0.8342

3.72

0.005

0.179

4.22E-05

0.7958

3.54

0.005

0.174

4.44E-05

0.8494

3.54

0.005

0.169

4.44E-05

0.8631

3.32

0.005

0.164

4.74E-05

0.9343

4.11

0.005

0.159

3.82E-05

0.7653

365
360
355
350
345
340
335
330

325
320
315
310
305
300
295
290
285
280
275
270
265
260
16


40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52

53
54
55
56
57
58
59
60
61

118.99
122.51
126.46
130.64
134.81
138.88
142.58
147.34
151.62
155.99
160.47
165.12
169.90
174.98
180.45
185.65
191.15
196.95
202.91
208.81

215.03
221.96

4.18

0.005

0.154

3.76E-05

0.7646

3.53

0.005

0.149

4.46E-05

0.9218

3.95

0.005

0.144

3.98E-05

0.8368

4.18

0.005

0.139

3.76E-05

0.8058

4.17

0.005

0.134

3.77E-05

0.8217

4.07

0.005

0.129

3.86E-05

0.8580

3.70

0.005

0.124

4.25E-05

0.9626

4.76

0.005

0.119

3.30E-05

0.7638

4.29

0.005

0.114

3.67E-05

0.8669

4.37

0.005

0.109

3.60E-05

0.8703

4.49

0.005

0.104

3.50E-05

0.8672

4.65

0.005

0.099

3.38E-05

0.8582

4.78

0.005

0.094

3.29E-05

0.8558

5.09

0.005

0.089

3.09E-05

0.8268

5.47

0.005

0.084

2.87E-05

0.7919

5.20

0.005

0.079

3.02E-05

0.8581

5.50

0.005

0.074

2.86E-05

0.8383

5.80

0.005

0.069

2.71E-05

0.8232

5.97

0.005

0.064

2.63E-05

0.8311

5.90

0.005

0.059

2.66E-05

0.8759

6.22

0.005

0.054

2.53E-05

0.8677

6.93

0.005

0.049

2.27E-05

0.8176

255
250
245
240
235
230
225
220
215
210
205
200
195
190
185
180
175

170
165
160
155
150
17


62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77

228.86
236.52
244.18
252.57
261.68

272.00
278.15
282.44
288.26
293.28
299.32
309.58
315.28
321.49
326.89
349.99

6.90

0.005

0.044

2.28E-05

0.8666

7.66

0.005

0.039

2.05E-05

0.8291

7.66

0.005

0.034

2.05E-05

0.8874

8.39

0.005

0.029

1.87E-05

0.8778

9.11

0.005

0.024

1.72E-05

0.8887

10.32

0.005

0.019

1.52E-05

0.8817

6.14

0.002

0.0155

1.02E-05

0.6558

4.30

0.002

0.0135

1.46E-05

1.0053

5.82

0.002

0.0115

1.08E-05

0.8038

5.01

0.002

0.0095

1.25E-05

1.0264

6.04

0.002

0.0075

1.04E-05

0.9591

10.26

0.002

0.0055

6.12E-06

0.6593

5.70

0.001

0.004

5.51E-06

0.6958

6.21

0.001

0.003

5.06E-06

0.7375

5.40

0.001

0.002

5.82E-06

1.0387

23.11

0.0015

0.00075

2.04E-06

0.5947

145
140
135
130
125
120
118
116

114
112
110
108
107
106
105
103.5

Giá trị trung bình của Co xác định theo bảng kết quả thí nghiệm trên là: Co = 0.860
Xác định giá trị Co theo nguyên tắc bình phương cực tiểu: Co = 0.862

18


Thay đổi chiều cao mực chất lỏng theo thời gian
Ly Thuyet

Thuc nghiem

Chiều cao mực chất lỏng (m)

0.3
0.25
0.2
0.15
0.1

0.05
0

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Thời gian (s)

 Thời gian để lưu chất thoát ra hết:
Giá trị thực nghiệm te = 349.9 s
Giá trị tính theo phương trình (4): te = 345.2 s
III. BÀN LUẬN
1. Trong hệ thống thiết bị thực tế, lỗ trống được tạo ra không phải trên thành
bình mà trên 1 vịi, thực tế vị trí lỗ trống cách thành bình khoảng 3 cm. Sự khác
biệt giữa hệ thống thiết bị thực tế và tình huống xảy xa rị rỉ theo lý thuyết (hình
4-5 tài liệu tham khảo [1]) có ảnh hưởng gì đến kết quả tính tốn hệ số Co và thời
gian để lưu chất thốt ra hết te?
Khi lưu chất khơng thốt ra trực tiếp từ lỗ trên thành bình mà phải chảy qua

vịi, quá trình này tạo ra tổn thất ma sát làm giảm hệ số Co.
Hệ số Co giảm dẫn đến thời gian lưu chất thốt khỏi bình te tăng theo cơng
thức:
𝑡𝑒 =

1 𝐴𝑡
( ) √2𝑔ℎ𝑜
𝐶𝑜 𝑔 𝐴

2. Bàn luận về sai số thí nghiệm: sự lặp lại của kết quả đo đạc, giá trị sai số tương
đối có chấp nhận được?
Giá trị sai số tương đối của phép đo được tính theo công thức sau:
Sai số tương đối = ⎹giá trị đo – giá trị trung bình⎹ *100/giá trị trung bình

19


Từ đó, ta tính giá trị sai số tương đối ở thí nghiệm 1 và 2 lần lượt là 1.8% và 0.5%.
Các giá trị này ở mức chấp nhận được.
Nguyên nhân gây sai số:
Sai số thao tác: Trong quá trình bấm thời gian và đọc giá trị mực chất lỏng,
nhóm thực hiện chưa chính xác hồn tồn dẫn đến sai số trong số liệu thực nghiệm.
Sai số hệ thống: Do dụng cụ đo, kích thước orifice,...
3. Có hai phương pháp xác định hệ số Co (bảng xử lý số liệu và bình phương cực
tiểu). Nên chấp nhận hệ số Co theo phương pháp tính tốn nào? Tại sao?
Nên chấp nhận hệ số Co theo phương pháp bình phương cực tiểu. Vì phương
pháp này giúp xác định được hệ số Co sao cho tổng bình phương sai số giữa chiều
cao mực chất lỏng tính theo lý thuyết và giá trị thực nghiệm là nhỏ nhất, từ đó giúp
hạn chế sai số trong q trình tính tốn.
4. Kích thước lỗ trống có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số Co? Tại sao?

Xét phương trình Bernoulli:
𝑝1 𝑣12
𝑝2 𝑣22
𝑧1 +
+
= 𝑧2 +
+
+ ℎ𝐿
𝜌𝑔 2𝑔
𝜌𝑔 2𝑔
𝑝1 = 𝑝2 ; 𝑧1 − 𝑧2 = ℎ𝑜
𝑣22 − 𝑣12 𝑘𝑣22
⇒ ℎ𝑜 =
+
2𝑔
2𝑔
Ta có:

(∗)

𝑣2 𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒 = 𝑄 ⇒ 𝑣2 =

𝑄
𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒

Thay vào phương trình (*), ta được:
𝑄2
𝑄2
+
𝑘

𝐴2
𝐴2𝑜 1 + 𝑘 𝑄 2
ℎ𝑜 = 𝑜
=
2𝑔
2𝑔 𝐴2𝑜
⇒𝑄=√

2𝑔ℎ𝑜 𝐴2𝑜
= 𝐶𝑜 √2𝑔ℎ𝑜
1+𝑘

Suy ra:

20


𝐶𝑜 =

𝐴𝑜
√1 + 𝑘

Vậy, kích thước lỗ trống có ảnh hưởng đáng kể đến hệ số Co.
5. Tính chất vật lý nào của lưu chất ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả về hệ số Co
và thời gian để lưu chất thoát ra hết te? Nếu thay nước bằng lưu chất có độ nhớt
lớn hơn như dầu nhớt thì hệ số Co và thời gian te tăng hay giảm ?
Độ nhớt của lưu chất là tính chất ảnh hướng lớn nhất đến kết quả về hệ số Co và thời
gian để lưu chất thoát ra hết te.
Độ nhớt tăng dẫn đến hệ số Re giảm:
𝑅𝑒 =

𝜌𝑣𝑑
𝜇

Khi Re giảm, hệ số Co giảm:
𝐶𝑜 =

𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒
√1 + 𝑘

=

𝐴𝑜𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑒
√ 1 + 𝑘𝑜 + 𝐴
𝑅𝑒

Khi hệ số Co giảm, thời gian lưu chất thoát khỏi bình te tăng:
𝑡𝑒 =

1 𝐴𝑡
( ) √2𝑔ℎ𝑜
𝐶𝑜 𝑔 𝐴

Vậy, nếu thay nước bằng lưu chất có độ nhớt lớn hơn như dầu nhớt thì hệ số
Co giảm, thời gian lưu chất thốt khỏi bình te tăng.
IV. Tài liệu tham khảo
[1] Daniel A. Crowl; Joseph F. Louvar. (2011). Chemical Process Safety:
Fundamentals and Applications, 3rd edition, Prentice Hall PTR

21

BÀI THÍ NGHIỆM
TĨNH ĐIỆN KHI LƯU CHẤT CHẢY QUA BỀ MẶT

I. MỤC TIÊU BÀI THÍ NGHIỆM
-

Đánh giá sự tích điện của lưu chất khi chảy qua các bề mặt dẫn điện (kim
loại) cũng như cách điện (plastic)
Xác định điện thế của lưu chất lỏng sau khi chảy qua phễu kim loại và phễu
nhựa.
Xác định điện thế của lưu chất vật liệu rời sau rơi từ một độ cao nhất định và
ma sát với khơng khí

II. HỆ THỐNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
Mơ tả hệ thống:
Hệ thống thiết bị thí nghiệm bao gồm các thiết bị sau:

Hình 1. Hệ thống thiết bị thí nghiệm tĩnh điện
(1) Metal Beaker: Bình Becher 250ml bằng kim loại
(2) Insulating Block: Đế đỡ cách điện bình Beacher kim loại
(3) Volmeter: Vol kế đo điện thế của lưu chất sau khi di chuyển
(4) Metal or Plastic Sheet: Bế mặt lưu chuyển của lưu chất, bao gồm phễu kim
loại hoặc plastic, lưu chất có thể rơi tự do và ma sát với khơng khí khơng cần
phễu

22

Trang thiết bị
Beaker
Phễu
Phễu
Điện kế đa năng
Dầu cách điện
Nước
Bột

Quy cách
Kim loại, 250ml
Kim loại
Nhựa
Vol, Điện tích
Chai (150ml)
Chai (150ml)
Chai (150mg)

Số lượng
1
1
1
1
1
1
1

III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT:
Tĩnh điện là hiện tượng mất cân bằng điện tích trên bề mặt của một vật liệu
trong q trình tiếp xúc. Điện tích sẽ được lưu giữ lại cho đến khi nó được truyền đi

nơi khác bằng một dịng điện hoặc bằng q trình phóng điện.
Hiện tượng tĩnh điện trong cơng nghiệp gây ra nhiều phiền tối cũng như nguy
hiểm đến con người. Năng lượng từ quá trình tĩnh điện có thể làm hư hỏng các thiết
bị điện tử và nguy hiểm hơn là gây cháy nổ.
Nguyên nhân chính gây ra các hiện tượng tĩnh điện chính là do hai vật rắn cọ
sát vào nhau, một vật sẽ bị mất electron sẽ mang điện tích dương và một vật được
nhận electron sẽ mang điện tích âm. Do vật nhận electron có nhiều khoảng trống trong
lớp vỏ ngồi cùng của nó, cịn vật bị mất electron thì có các electron liên kết yếu, do
đó mà electron có thể di chuyển từ vật này sang vật kia tạo ra sự mất cân bằng điện
tích. Vì các điện tích có cùng dấu (+) hoặc (-) thì đẩy nhau, chính vì vậy mà chúng
có xu hướng di chuyển ra ngoại vi của vật nhiễm điện càng xa càng tốt
Khi tĩnh điện trên bề mặt vật thể lớn đến mức độ khoảng 3000 volt, sẽ tạo ra
một từ trường tĩnh điện, từ trường này sẽ tác động gây ra sự phân cực của các vật thể
khi các vật thể này lọt vào trường tĩnh điện, việc phân cực này tạo ra lực hút đủ lớn
để hút cưỡng bức các vật thể này vào bề mặt của vật mang tĩnh điện. Sự phóng điện
sau quá trình tích lũy điện tích có thể gây ra cháy nổ trong các nhà máy sản xuất hóa
chất.
Nếu chúng ta biết được điện thế tĩnh điện (electrostatic potential, V) và điện
tích tích lũy (charge accumulation Q), ta có thể tính được năng lượng của tĩnh điện
(accumulated energy, J) và điện dung (capacity, C) của tĩnh điện như sau:
𝐽=

𝑄𝑉
2

𝐶=

𝑄
𝑉
23

IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM
Quy trình tiến hành thí nghiệm:
-

Đong 100ml lưu chất thí nghiệm (hoặc cân 100g vật liệu rời)
Đổ lưu chất vào phiểu hoặc thả rơi tự do lưu chất
Hứng và thu thập lưu chất bằng bình Beacher 250ml bằng kim loại.
Ghi nhận thông số Q và V bằng điện kế
Lần lượt thay các lưu chất là dầu, nước và bột
Lần lượt thay các loại phễu kim loại và phiễu nhựa.

IV. XỬ LÝ SỐ LIỆU – BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
Với mỗi loại orifice thực hiện bảng số liệu sau:
Chất liệu
phễu
Kim loại
Kim loại
Plastic
Plastic
Khơng sử
dụng
Khơng sử
dụng
Khơng sử
dụng

Lưu chất

Q

V

Tính C

Tính J

Dầu
Nước
Dầu
Nước
Dầu
Nước
Bột

VI. CÂU HỎI BÀN LUẬN
1. Nhận xét ảnh hưởng của bản chất lưu chất và chất liệu chế tạo phễu đến điện
dung tĩnh điện
- Điện dung là khả năng lưu trữ điện tích của một vật thể hoặc thiết bị vật chất.
Nó được đo bằng sự thay đổi điện tích do sự chênh lệch điện thế. Nên sự chênh lệch
điện thế càng lớn thì điện dung càng lớn.
- Các thí nghiệm với nước/bột được thực hiện để so sánh các phương pháp tiếp
xúc khác nhau và độ dẫn điện tương đối của các vật liệu khác nhau. Nước đổ xuống
một tấm kim loại sẽ làm biến mất sự chênh lệch điện thế do bản chất dẫn điện của cả
hai vật liệu nên làm giảm điện dung tĩnh điện. Nước đổ qua khơng khí hoặc nhựa
chảy xuống chứng tỏ rằng khi có ít nhất một vật liệu dẫn điện kém (khơng khí hoặc
nhựa), thì sẽ quan sát thấy sự phân tách điện tích và chênh lệch điện thế nên làm tăng
điện dung tĩnh điện. Vì bột khơng dẫn điện, nên sự phân tách điện tích được quan sát
thấy bất kể vật liệu bổ sung hoặc phương pháp tiếp xúc nào có liên quan. Sự tuần

hồn của nhiên liệu điêzen qua bộ lọc kim loại không nối đất cho thấy sự tiếp xúc
24