Esercitazione per l’esame FE Chemical: esercizi e domande d’esame

Esercizi per l’esame Fundamentals of Engineering (FE) Chemical: bilanci di materia e di energia, termodinamica ed equilibrio, cinetica e progettazione dei reattori, trasmissione del calore e moto dei fluidi.

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Questo è materiale di esercitazione indipendente. ExamProblems non è affiliato né approvato dall’organizzazione che gestisce questo esame, e il nome dell’esame è usato solo per descrivere i contenuti.

Argomenti di questo corso

  1. Bilancio di massamiscelazione di due correnti · miscelazione a un obiettivo · evaporatorecalcoli
  2. Bilancio energeticoriscaldamento di una corrente · scambiatore di calore · scambiatore con perdite di calorecalcoli
  3. Legge dei gas idealiP da n, V, T · dalla massa · cambiamento di stato o densitàcalcoli
  4. Stechiometriada massa a massa · reagente limitante · resa percentualecalcoli
  5. Equilibrio chimicoKc dalle concentrazioni · Tabella ICE · tabella ICE con equazione di secondo gradocalcoli
  6. Calorimetria ed entalpiariscaldamento con q = m·c·ΔT · calorimetro · entalpia di formazionecalcoli
  7. Cinetica chimicaprimo ordine · conversione e secondo ordine · Arrheniuscalcoli
  8. Dimensionamento dei reattori (CSTR e PFR)CSTR del primo ordine · PFR del primo ordine · conversione dal volumecalcoli
  9. Scambiatori di calore (LMTD)LMTD · area richiesta · progetto completocalcoli
  10. Conduzione del caloreparete singola · parete composta · parete con convezionecalcoli
  11. Attrito nei condotti e perdite di caricoNumero di Reynolds · perdita di carico di Darcy–Weisbach · perdite localizzate e carico totalecalcoli
  12. Pompe e potenza delle pompepotenza idraulica · rendimento della pompa · prevalenza dell’impianto e potenzacalcoli

Consigli per l’esame di Esercitazione per l’esame FE Chemical

  • Scegli una base di calcolo e disegna lo schema di processo prima di scrivere i bilanci.
  • Per i reattori del primo ordine ricorda che, a parità di conversione, un PFR richiede sempre un volume minore di un CSTR.
  • Tieni presente se ΔT è una differenza (K o °C) o una temperatura assoluta (K).

Esempi svolti

Bilancio di massaFacile
MiscelatoreCorrente 1300 kg/h · 30% saleCorrente 2250 kg/h · 40% saleCorrente 3x₃ = ? %

Due soluzioni di sale vengono miscelate in regime stazionario. Trova la frazione massica di sale in uscita x3.

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

Calcola x3 (%)

Mostra i suggerimenti
  1. In regime stazionario, ciò che entra esce: scrivi un bilancio totale e un bilancio per il componente disciolto.
  2. Totale: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃. Componente: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. ṁ3 = 550 kg/h.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Bilancio di massa stazionario: entrata = uscita, per la massa totale e separatamente per ogni componente (senza reazione).

Bilancio totale

ṁ3 = ṁ1 + ṁ2 = 300 + 250 = 550 kg/h

Bilancio di Sale

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

Risposta

x3 = 34,55 %
Bilancio energeticoMedia
lato caldolato freddomiscela di glicole · 150 °C120 °Cacqua · 15 °Ct = ? °C

Il miscela di glicole caldo raffredda acqua in uno scambiatore controcorrente senza perdite di calore. Trova la temperatura di uscita dell’acqua 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

Calcola tout (°C)

Mostra i suggerimenti
  1. Il calore ceduto dalla corrente calda è uguale al calore assorbito dalla corrente fredda.
  2. Trova prima Q dal lato caldo, perché conosci entrambe le sue temperature.
  3. Q = 108 kW.
Mostra la risposta e la soluzione passo passo

Bilancio energetico dello scambiatore: senza perdite, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Calore ceduto dalla corrente calda

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Calore assorbito dall’acqua

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

Risposta

tout = 40,84 °C

Come funziona l’esercitazione

  • “Esercitati su questo corso” mescola esercizi di tutti i suoi argomenti, come in un vero esame.
  • Ogni esercizio ha valori nuovi, così impari il metodo invece di una risposta.
  • Bloccato? Apri prima un piccolo suggerimento e la spiegazione completa solo quando ti serve.
  • Le simulazioni d’esame sono a tempo e senza suggerimenti; alla fine ricevi il punteggio e una revisione completa.

Calcolatrici per questo corso

Calcolatrice della conduzione del caloreCalcolatrice della legge dei gas idealiCalcolatrice della perdita di carico nei condotti (Darcy–Weisbach)Calcolatrice della potenza di una pompaCalcolatrice del volume di CSTR e PFRCalcolatore del numero di ReynoldsCalcolatore della LMTD (differenza di temperatura media logaritmica)Calcolatrice del calore specifico (q = mcΔT)Calcolatore della resa percentualeCalcolatore stechiometrico (da grammi a grammi e reagente limitante)Calcolatrice di massa molareCalcolatrice della legge dei gas combinata (Boyle, Charles e Gay-Lussac)Calcolatrice della formula empirica (e della formula molecolare)

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