Kimyasal Reaksiyon Mühendisliği: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 8 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Tepkime kinetiği

Birinci derece
ln(CA/CA0) = −kt
Yarılanma süresi (birinci derece)
t½ = ln 2/k
İkinci derece
1/CA = 1/CA0 + kt
Arrhenius
k = A·e−Ea/(RT)
İki sıcaklık
ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 − 1/T2)

Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Alıkonma süresi
τ = V/Q
CSTR, birinci derece
τ = X/(k·(1 − X)), CA = CA0/(1 + kτ)
PFR, birinci derece
τ = ln(1/(1 − X))/k, CA = CA0·e−kτ
Hacimden dönüşüm
CSTR: X = kτ/(1 + kτ), PFR: X = 1 − e−kτ
Seri bağlı N eşit CSTR
X = 1 − 1/(1 + kτi)N

Kimyasal denge

Denge sabiti
Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)
ICE tablosu
Başlangıç, Değişim (×katsayı), Denge
İkinci derece denklem
x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Yöntem

  1. Kc’yi, her biri katsayısı kadar kuvveti alınmış ürünler bölü reaktanlar olarak yazın.
  2. Bir ICE tablosu kurun: Başlangıç, Değişim (katsayılar çarpı x adımlarıyla), Denge.
  3. Denge ifadelerini Kc’ye yerleştirin ve x için çözün.
  4. x’in bir yaklaşım için yeterince küçük olup olmadığını kontrol edin; değilse ikinci derece denklemi çözün.

Kütle denkliği

Kararlı hâl
giren = çıkan
Toplam denklik
ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
Bileşen denkliği
ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
Buharlaştırıcı
F·xF = P·xP, W = F − P

2Alıştırma soruları

1.Tepkime kinetiğiOrta
t (min)X (%)t = ?99%

Kesikli bir reaktördeki birinci dereceden tepkime için k = 0,05 min⁻¹. %99 dönüşüme ulaşmak ne kadar sürer? t değerini bulun.

k = 0,05 min⁻¹X = 99 %
t = min
2.Tepkime kinetiğiZor
CA0​ (mol/L)r (mol/(L·s))deney 10,10,008deney 20,40,128n = ?

İki deney A → ürünler tepkimesinin başlangıç hızını ölçüyor. CA0 = 0,1 mol/L iken hız 0,008 mol/(L·s); CA0 = 0,4 mol/L iken 0,128 mol/(L·s). A’ya göre tepkime derecesi n değerini bulun.

CA0,1 = 0,1 mol/Lr1 = 0,008 mol/(L·s)CA0,2 = 0,4 mol/Lr2 = 0,128 mol/(L·s)
n =
3.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)Orta
QX = 60%CSTR ile aynı Q, k ve X

Sıvı fazda birinci derece bir reaksiyon %60 dönüşüme ulaşmalıdır. Aynı besleme debisi, hız sabiti ve dönüşüm için bir CSTR, bir PFR’den kaç kat büyük olmalıdır? Oran VCSTR/VPFR değerini bulun.

X = 60%birinci derece, aynı k ve Q
VCSTR/VPFR =
4.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)Zor
V = 200 LQ = 25 L/minX = ?

Sıvı fazda birinci derece bir reaksiyon (k = 0,05 min⁻¹), 25 L/min ile beslenen 200 L’lik bir CSTR’de yürütülüyor. Yoğunluk sabittir ve reaktör kararlı hâldedir. Dönüşüm X değerini yüzde olarak bulun.

V = 200 LQ = 25 L/mink = 0,05 min⁻¹
X = %
5.Kimyasal dengeOrta
H2​I2​HII0,250,250C−x−x+2xE0,25 − x0,25 − x2x

Bir kaba 0,25 mol/L H₂ ve 0,25 mol/L I₂ konuyor ve H₂ + I₂ ⇌ 2HI tepkimesi gerçekleşiyor; Kc = 9. Denge derişimi [H2] değerini bulun.

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,25 mol/LKc = 9
[H2] = mol/L
6.Kimyasal dengeZor
PCl5​PCl3​Cl2​I0,800C−x+x+xE0,8 − xxx

PCl₅ ayrışıyor: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, tepkime sıcaklığında Kc = 0,05. Kapta başlangıçta yalnızca 0,8 mol/L PCl₅ var. Denge derişimi [PCl5] değerini bulun.

[PCl₅]₀ = 0,8 mol/LKc = 0,05
[PCl5] = mol/L
7.Kütle denkliğiOrta
KarıştırıcıAkım 1550 kg/h · 10% tuzAkım 2ṁ₂ = ? · 30% tuzÜrün25% tuz

Karışım ürünü %25 tuz içersin diye akım 1’e saatte ne kadar akım 2 eklenmeli? ṁ2 değerini bulun.

ṁ1 = 550 kg/hx1 = 10 %x2 = 30 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
8.Kütle denkliğiZor
BuharlaştırıcıBesleme F4200 kg/h · 16% NaOHÜrün PP = ? · 60%Buhar W (saf su)0% NaOH

Bir buharlaştırıcı saf su buharlaştırarak bir NaOH çözeltisini deriştiriyor. ürün debisi P değerini kg/h cinsinden bulun.

F = 4200 kg/hxF = 16 %xP = 60 %
P = kg/h

3Çözeltiler

1.Tepkime kinetiği

Cevap: t = 92,1 min

Tepkime hızları: birinci dereceden tepkime için −dC/dt = kC, dolayısıyla C = C₀·e−kt ve yarılanma süresi ln 2/k derişime bağlı değildir. İkinci dereceden tepkime için 1/C = 1/C₀ + kt. Hız sabiti Arrhenius’a göre sıcaklıkla artar: k = A·e−Ea/(RT).

Dönüşüm ve derişim

C/C0 = 1 − X = 0,01

Zaman için çözün

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,01)/0,05 = 92,1 min

Cevap

t = 92,1 min
2.Tepkime kinetiği

Cevap: n = 2

Başlangıç hızları yöntemi: r = k·Cⁿ için yalnızca başlangıç derişimi farklı olan iki deneyi karşılaştırmak k’yı yok eder: r₂/r₁ = (C₂/C₁)ⁿ. C’yi iki katına çıkarmak birinci derecede hızı iki katına, ikinci derecede dört katına çıkarır.

Oranlar

r2/r1 = 0,128/0,008 = 16
C2/C1 = 0,4/0,1 = 4

Derece

n = ln(16)/ln(4) = 2

Cevap

n = 2
3.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Cevap: VCSTR/VPFR = 1,637

Kararlı hâlde, alıkonma süresi τ = V/Q ile ideal reaktörler, birinci derece reaksiyon (−rA = k·CA). CSTR tam karışımlıdır, bu yüzden tüm hacim düşük çıkış derişiminde reaksiyona girer: τ = X/(k·(1 − X)) ve CA = CA0/(1 + k·τ). PFR’de akışkanın her dilimi küçük bir kesikli reaktör gibi reaksiyona girer: τ = ln(1/(1 − X))/k ve CA = CA0·e−k·τ. Aynı dönüşüm için CSTR her zaman PFR’den daha fazla hacim gerektirir.

Her reaktör için k·τ

CSTR: k·τ = X/(1 − X) = 0,6/0,4 = 1,5
PFR: k·τ = ln(1/(1 − X)) = ln(2,5) = 0,9163

Hacimlerin oranı

VCSTR/VPFR = 1,5/0,9163 = 1,637

Cevap

VCSTR/VPFR = 1,637

Fark yüksek dönüşümlerde hızla büyür.

4.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Cevap: X = 28,57 %

Kararlı hâlde, alıkonma süresi τ = V/Q ile ideal reaktörler, birinci derece reaksiyon (−rA = k·CA). CSTR tam karışımlıdır, bu yüzden tüm hacim düşük çıkış derişiminde reaksiyona girer: τ = X/(k·(1 − X)) ve CA = CA0/(1 + k·τ). PFR’de akışkanın her dilimi küçük bir kesikli reaktör gibi reaksiyona girer: τ = ln(1/(1 − X))/k ve CA = CA0·e−k·τ. Aynı dönüşüm için CSTR her zaman PFR’den daha fazla hacim gerektirir.

Alıkonma süresi

τ = V/Q = 200/25 = 8 min, kτ = 0,05·8 = 0,4

Dönüşüm

X = kτ/(1 + kτ) = 0,4/(1 + 0,4) = 28,57%

Cevap

X = 28,57%
5.Kimyasal denge

Cevap: [H2] = 0,1 mol/L

Kimyasal denge: aA + bB ⇌ cC + dD için denge sabiti, denge derişimleri kullanılarak Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b) şeklindedir. ICE tablosu (Başlangıç, Değişim, Denge), başlangıç miktarlarını katsayılarla ölçeklenmiş tek bir x bilinmeyeni üzerinden denge miktarlarına bağlar.

Denge ifadesi

9 = (2x)²/(0,25 − x)²

Karekök alın

3 = 2x/(0,25 − x) → x = 0,25·3/(2 + 3) = 0,15 mol/L

Denge derişimi

[H₂] = 0,25 − x = 0,1 mol/L

Cevap

[H2] = 0,1 mol/L
6.Kimyasal denge

Cevap: [PCl5] = 0,6234 mol/L

Kimyasal denge: aA + bB ⇌ cC + dD için denge sabiti, denge derişimleri kullanılarak Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b) şeklindedir. ICE tablosu (Başlangıç, Değişim, Denge), başlangıç miktarlarını katsayılarla ölçeklenmiş tek bir x bilinmeyeni üzerinden denge miktarlarına bağlar.

Denge ifadesi

0,05 = x²/(0,8 − x) → x² + 0,05·x − 0,04 = 0

İkinci derece denklemi çözün

x = (−0,05 + √(0,05² + 4·0,04))/2 = 0,1766 mol/L

Denge derişimi

[PCl₅] = 0,8 − 0,1766 = 0,6234 mol/L

Cevap

[PCl5] = 0,6234 mol/L
7.Kütle denkliği

Cevap: ṁ2 = 1650 kg/h

Kararlı hal kütle denkliği: toplam ve her bileşen için giren = çıkan. Karıştırma problemleri ikisini birleştirir.

Denklikler

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
tuz: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

ṁ2 için çözün

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 550·(10 − 25)/(25 − 30) = 1650 kg/h

Cevap

ṁ2 = 1650 kg/h
8.Kütle denkliği

Cevap: P = 1120 kg/h

Bağlayıcı bileşen: tek bir akımda değişmeden geçen bileşen (burada çözünen) debileri doğrudan bağlar. Gerisini toplam denklik verir.

Çözünen denkliği

F·xF = P·xP → P = 4200·16/60 = 1120 kg/h

Cevap

P = 1120 kg/h

ExamProblems · examproblems.com/courses/chemical-reaction-engineering