هندسة التفاعلات الكيميائية: مسائل تدريبية وأسئلة امتحانات

معدلات التفاعل وقوانين المعدل، وتحجيم مفاعلات CSTR ومفاعلات الجريان الكتلي (PFR)، والتحوّل وحدود الاتزان.

تدرّب على هذا المقرّر مجانًاتدرّب على هذا المقرّرخُض امتحانًا تجريبيًا5 مسائل مجانية كل يوم. لا حاجة إلى بطاقة.

حزمة المراجعة المكثفة (PDF)أوراق قوانين وخطوات الحل ومسائل تدريبية بحلولها الكاملة، جاهزة للطباعة.

مواضيع هذا المقرّر

  1. حركية التفاعلاتالرتبة الأولى · التحوّل والرتبة الثانية · أرينيوسحسابات
  2. تحجيم المفاعلات (CSTR و PFR)CSTR رتبة أولى · PFR رتبة أولى · التحوّل من الحجمحسابات
  3. الاتزان الكيميائيKc من التراكيز · جدول ICE · جدول ICE مع معادلة تربيعيةحسابات
  4. موازنة الكتلةخلط تيارين · الخلط لبلوغ هدف · المبخّرحسابات

نصائح امتحان هندسة التفاعلات الكيميائية

  • اكتب معادلة التصميم لنوع المفاعل قبل أن تعوّض قانون المعدل.
  • للتحوّل نفسه، يحتاج PFR إلى حجم أصغر من CSTR في التفاعلات ذات الرتبة الموجبة.
  • تحقّق من أن التحوّل المستهدف أقل من تحوّل الاتزان.

أمثلة محلولة

حركية التفاعلاتسهلة
t (min)C (mol/L)60 minC = ?

لتفاعل من الرتبة الصفرية A → نواتج ثابت سرعة 0,01 mol/(L·min). التركيز الابتدائي لـ A هو 0,8 mol/L. أوجد التركيز CA بعد 60 min.

k = 0,01 mol/(L·min)CA0 = 0,8 mol/Lt = 60 min

المطلوب: CA (mol/L)

أظهر التلميحات
  1. الرتبة الصفرية: السرعة −dC/dt = k لا تعتمد على التركيز.
  2. التكامل يعطي C = C₀ − kt (صالح حتى ينفد A).
  3. kt = 0,6 mol/L.
أظهر الإجابة والحل خطوة بخطوة

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

قانون الرتبة الصفرية المتكامل

CA = CA0 − kt = 0,8 − 0,01·60 = 0,2 mol/L

الإجابة

CA = 0,2 mol/L
تحجيم المفاعلات (CSTR و PFR)متوسطة
Q = 20 L/minCA0​ = 2,5 mol/LCA​ = ?V = 200 L, k = 0,25 min⁻¹

تفاعل من الرتبة الأولى في الطور السائل A → B (k = 0,25 min⁻¹) يجري في مفاعل جريان كتلي (PFR) حجمه 200 L. تدخل التغذية بمعدل 20 L/min مع CA0 = 2,5 mol/L. الكثافة ثابتة والمفاعل في الحالة المستقرة. أوجد تركيز المخرج CA.

V = 200 LQ = 20 L/mink = 0,25 min⁻¹CA0 = 2,5 mol/L

المطلوب: CA (mol/L)

أظهر التلميحات
  1. الزمن الفراغي: τ = V/Q = 10 min.
  2. PFR، رتبة أولى: CA = CA0·e^(−kτ).
  3. kτ = 2,5.
أظهر الإجابة والحل خطوة بخطوة

المفاعلات المثالية، تفاعل من الرتبة الأولى (−rA = k·CA) في الحالة المستقرة، مع الزمن الفراغي τ = V/Q. مفاعل CSTR تام الخلط، لذا يتفاعل الحجم كله عند تركيز المخرج المنخفض: τ = X/(k·(1 − X)) و CA = CA0/(1 + k·τ). في PFR تتفاعل كل شريحة من المائع كمفاعل دفعي صغير: τ = ln(1/(1 − X))/k و CA = CA0·e−k·τ. للتحوّل نفسه يحتاج CSTR دائمًا حجمًا أكبر من PFR.

الزمن الفراغي

τ = V/Q = 200/20 = 10 min

تركيز المخرج

CA = 2,5·e−0,25·10 = 0,2052 mol/L

الإجابة

CA = 0,2052 mol/L

التحوّل: X = 91,79%.

كيف يعمل التدريب

  • يمزج «تدرّب على هذا المقرّر» مسائل من كل مواضيعه، كما في امتحان حقيقي.
  • لكل مسألة قيم جديدة، فتتعلّم الطريقة بدلًا من حفظ إجابة.
  • هل علِقت؟ افتح تلميحًا صغيرًا أولًا، والشرح الكامل فقط عندما تحتاج إليه.
  • الامتحانات التجريبية محدّدة بوقت ومن دون تلميحات، وتحصل في النهاية على درجتك ومراجعة كاملة.

آلات حاسبة لهذا المقرّر

حاسبة حجم CSTR و PFR

مقرّرات ذات صلة

التدريب لاختبار FE للهندسة الكيميائيةالكيمياء العامةموازنات المادة والطاقة
تدرّب على هذا المقرّر مجانًاتدرّب على هذا المقرّرخُض امتحانًا تجريبيًا5 مسائل مجانية كل يوم. لا حاجة إلى بطاقة.