रासायनिक अभिक्रिया इंजीनियरिंग: अभ्यास प्रश्न और परीक्षा प्रश्न

अभिक्रिया दरें और दर नियम, CSTR और प्लग-फ़्लो रिएक्टर का आकार निर्धारण, रूपांतरण और साम्य सीमाएँ।

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क्रैम पैक (PDF)सूत्र-पत्रक, विधि के चरण और पूरे हल सहित अभ्यास प्रश्न, प्रिंट करने के लिए तैयार।

इस कोर्स के विषय

  1. अभिक्रिया गतिकीप्रथम कोटि · रूपांतरण और द्वितीय कोटि · आरेनियसगणनाएँ
  2. रिएक्टर आकार निर्धारण (CSTR और PFR)CSTR प्रथम कोटि · PFR प्रथम कोटि · आयतन से रूपांतरणगणनाएँ
  3. रासायनिक साम्यसांद्रताओं से Kc · ICE तालिका · द्विघात समीकरण के साथ ICE तालिकागणनाएँ
  4. द्रव्यमान संतुलनदो धाराओं का मिश्रण · लक्ष्य तक मिश्रण · वाष्पित्रगणनाएँ

रासायनिक अभिक्रिया इंजीनियरिंग के लिए परीक्षा सुझाव

  • दर नियम प्रतिस्थापित करने से पहले रिएक्टर प्रकार का डिज़ाइन समीकरण लिखें।
  • धनात्मक कोटि की अभिक्रियाओं के लिए समान रूपांतरण पर PFR को CSTR से कम आयतन चाहिए।
  • जाँचें कि जिस रूपांतरण का लक्ष्य है वह साम्य रूपांतरण से कम हो।

हल किए गए उदाहरण

अभिक्रिया गतिकीआसान
t (min)C (mol/L)60 minC = ?

एक शून्य-कोटि अभिक्रिया A → उत्पाद का दर स्थिरांक 0.01 mol/(L·min) है। A की प्रारंभिक सांद्रता 0.8 mol/L है। 60 min बाद सांद्रता CA ज्ञात कीजिए।

k = 0.01 mol/(L·min)CA0 = 0.8 mol/Lt = 60 min

ज्ञात करें: CA (mol/L)

संकेत दिखाएँ
  1. शून्य कोटि: दर −dC/dt = k सांद्रता पर निर्भर नहीं करती।
  2. समाकलन से C = C₀ − kt मिलता है (A के खत्म होने तक मान्य)।
  3. kt = 0.6 mol/L.
उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

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).

समाकलित शून्य-कोटि नियम

CA = CA0 − kt = 0.8 − 0.01·60 = 0.2 mol/L

उत्तर

CA = 0.2 mol/L
रिएक्टर आकार निर्धारण (CSTR और PFR)मध्यम
Q = 20 L/minCA0​ = 2.5 mol/LCA​ = ?V = 200 L, k = 0.25 min⁻¹

एक द्रव-प्रावस्था प्रथम कोटि अभिक्रिया A → B (k = 0.25 min⁻¹) 200 L के प्लग-फ़्लो रिएक्टर (PFR) में चलती है। फ़ीड 20 L/min पर CA0 = 2.5 mol/L के साथ प्रवेश करता है। घनत्व नियत है और रिएक्टर स्थायी अवस्था में है। निकास सांद्रता CA ज्ञात कीजिए।

V = 200 LQ = 20 L/mink = 0.25 min⁻¹CA0 = 2.5 mol/L

ज्ञात करें: CA (mol/L)

संकेत दिखाएँ
  1. स्पेस टाइम: τ = V/Q = 10 min।
  2. PFR, प्रथम कोटि: CA = CA0·e^(−kτ)।
  3. kτ = 2.5.
उत्तर और चरण-दर-चरण हल दिखाएँ

आदर्श रिएक्टर, प्रथम कोटि अभिक्रिया (−rA = k·CA) स्थायी अवस्था में, स्पेस टाइम τ = V/Q के साथ। CSTR पूर्णतः मिश्रित होता है, इसलिए पूरा आयतन निम्न निकास सांद्रता पर अभिक्रिया करता है: τ = X/(k·(1 − X)) और CA = CA0/(1 + k·τ)। PFR में तरल की हर परत एक छोटे बैच रिएक्टर की तरह अभिक्रिया करती है: τ = ln(1/(1 − X))/k और CA = CA0·e−k·τ। समान रूपांतरण के लिए CSTR को हमेशा PFR से अधिक आयतन चाहिए।

स्पेस टाइम

τ = V/Q = 200/20 = 10 min

निकास सांद्रता

CA = 2.5·e−0.25·10 = 0.2052 mol/L

उत्तर

CA = 0.2052 mol/L

रूपांतरण: X = 91.79%।

अभ्यास कैसे काम करता है

  • “इस कोर्स का अभ्यास करें” असली परीक्षा की तरह इसके सभी विषयों के प्रश्न मिलाकर देता है।
  • हर प्रश्न में नए मान होते हैं, इसलिए आप उत्तर नहीं बल्कि विधि सीखते हैं।
  • अटक गए? पहले एक छोटा संकेत खोलें, और पूरी व्याख्या तभी जब ज़रूरत हो।
  • मॉक परीक्षाओं में समय सीमा होती है और कोई संकेत नहीं मिलता; अंत में आपको अपना स्कोर और पूरी समीक्षा मिलती है।

इस कोर्स के कैलकुलेटर

CSTR और PFR आयतन कैलकुलेटर

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