Übungsaufgaben für die Prüfung FE Chemical: Übungsaufgaben und Prüfungsfragen

Übungsaufgaben für die Prüfung Fundamentals of Engineering (FE) Chemical: Stoff- und Energiebilanzen, Thermodynamik und Gleichgewicht, Kinetik und Reaktorauslegung, Wärmeübertragung und Strömung.

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Lernpaket (PDF)Formelsammlungen, Lösungsschritte und Übungsaufgaben mit vollständigen Lösungen, druckfertig.

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Themen in diesem Kurs

  1. Massenbilanzzwei Ströme mischen · auf einen Zielwert mischen · VerdampferRechenaufgaben
  2. Energiebilanzeinen Strom erwärmen · Wärmeübertrager · Wärmeübertrager mit WärmeverlustRechenaufgaben
  3. Ideales GasgesetzP aus n, V, T · aus der Masse · Zustandsänderung oder DichteRechenaufgaben
  4. StöchiometrieMasse zu Masse · limitierender Reaktant · prozentuale AusbeuteRechenaufgaben
  5. Chemisches GleichgewichtKc aus Konzentrationen · ICE-Tabelle · ICE-Tabelle mit quadratischer GleichungRechenaufgaben
  6. Kalorimetrie & EnthalpieErwärmen mit q = m·c·ΔT · Kalorimeter · BildungsenthalpieRechenaufgaben
  7. Reaktionskinetikerste Ordnung · Umsatz und zweite Ordnung · ArrheniusRechenaufgaben
  8. Reaktorauslegung (CSTR und PFR)Rührkessel (CSTR), erste Ordnung · Strömungsrohr (PFR), erste Ordnung · Umsatz aus dem VolumenRechenaufgaben
  9. Wärmeübertrager (LMTD)LMTD · erforderliche Fläche · vollständige AuslegungRechenaufgaben
  10. Wärmeleitungeinschichtige Wand · mehrschichtige Wand · Wand mit KonvektionRechenaufgaben
  11. Rohrreibung und VerlusthöheReynolds-Zahl · Verlusthöhe nach Darcy–Weisbach · örtliche Verluste und GesamtförderhöheRechenaufgaben
  12. Pumpen und Pumpenleistunghydraulische Leistung · Pumpenwirkungsgrad · Förderhöhe der Anlage und LeistungRechenaufgaben

Prüfungstipps für Übungsaufgaben für die Prüfung FE Chemical

  • Wähle eine Bezugsbasis und zeichne das Fließbild, bevor du Bilanzen aufstellst.
  • Denk bei Reaktoren erster Ordnung daran, dass ein Strömungsrohr (PFR) für denselben Umsatz immer weniger Volumen braucht als ein Rührkessel (CSTR).
  • Achte darauf, ob ΔT eine Differenz (K oder °C) oder eine absolute Temperatur (K) ist.

Beispielaufgaben

MassenbilanzLeicht
MischerStrom 1300 kg/h · 30% SalzStrom 2250 kg/h · 40% SalzStrom 3x₃ = ? %

Zwei Lösungen von Salz werden stationär gemischt. Bestimme den Massenanteil von Salz am Austritt x3.

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 30 %ṁ2 = 250 kg/hx2 = 40 %

Gesucht: x3 (%)

Tipps anzeigen
  1. Im stationären Zustand gilt: Was hineingeht, kommt heraus. Stelle eine Gesamtbilanz und eine Bilanz für die gelöste Komponente auf.
  2. Gesamt: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃. Komponente: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. ṁ3 = 550 kg/h.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Stationäre Massenbilanz: Eingang = Ausgang, für die Gesamtmasse und getrennt für jede Komponente (ohne Reaktion).

Gesamtbilanz

ṁ3 = ṁ1 + ṁ2 = 300 + 250 = 550 kg/h

Salz-Bilanz

ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
x3 = (300·30 + 250·40)/550 = 34,55 %

Antwort

x3 = 34,55 %
EnergiebilanzMittel
heiße Seitekalte SeiteGlykolgemisch · 150 °C120 °CWasser · 15 °Ct = ? °C

Heißes Glykolgemisch kühlt Wasser in einem Gegenstrom-Wärmeübertrager ohne Wärmeverlust. Bestimme die Austrittstemperatur des Wassers tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

Gesucht: tout (°C)

Tipps anzeigen
  1. Die vom heißen Strom abgegebene Wärme ist gleich der vom kalten Strom aufgenommenen.
  2. Bestimme Q zuerst auf der heißen Seite, da du dort beide Temperaturen kennst.
  3. Q = 108 kW.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Energiebilanz des Wärmeübertragers: Ohne Verluste gilt ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Vom heißen Strom abgegebene Wärme

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Vom Wasser aufgenommene Wärme

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4,18) = 40,84 °C

Antwort

tout = 40,84 °C

So funktioniert das Üben

  • „Diesen Kurs üben“ mischt Aufgaben aus allen Themen des Kurses, wie in einer echten Prüfung.
  • Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort.
  • Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.
  • Probeklausuren haben ein Zeitlimit und keine Tipps, und am Ende bekommst du deine Punktzahl und eine vollständige Auswertung.

Rechner für diesen Kurs

Rechner für WärmeleitungRechner für das ideale GasgesetzRechner für Rohrreibungsverluste (Darcy–Weisbach)Rechner für die PumpenleistungRechner für Rührkessel- und StrömungsrohrvolumenReynolds-Zahl-RechnerLMTD-Rechner (logarithmische mittlere Temperaturdifferenz)Rechner für die spezifische Wärmekapazität (q = mcΔT)Ausbeute-Rechner (prozentuale Ausbeute)Stöchiometrie-Rechner (Gramm in Gramm und limitierendes Edukt)Rechner für die molare MasseRechner für das kombinierte Gasgesetz (Boyle, Charles und Gay-Lussac)Rechner für die Verhältnisformel (und Molekülformel)

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