FE Chemical sınav hazırlığı: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 24 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorular Derse dön

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

1Formüller ve yöntemler

Kütle denkliği

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

Enerji denkliği

Duyulur ısı: Q = ṁ·c_p·ΔT
Gizli ısı: Q = ṁ·h_fg
Karışma: Σṁc_pT_in = Σṁc_pT_out
Su: c_p ≈ 4,18 kJ/(kg·K)

İdeal gaz yasası

İdeal gaz yasası: pV = nRT
Gaz sabiti: R = 8,314 J/(mol·K)
Birleşik gaz yasası: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Mol: n = m/M
Sıcaklık: T[K] = T[°C] + 273,15

Stokiyometri

Mol: n = m/M
Konsantrasyon: c = n/V
Mol oranı: denkleştirilmiş denklemin katsayılarını kullanın
Sınırlayıcı reaktan: ilk tükenen
Yüzde verim: gerçek / teorik × 100%

Yöntem

Kimyasal denklemi yazın ve denkleştirin.
Verilen kütleyi mole çevirin: n = m/M.
İstediğiniz maddenin mol sayısını bulmak için katsayıları mol oranı olarak kullanın.
m = n·M ile kütleye geri çevirin. İki reaktan varsa önce sınırlayıcı reaktanı bulun.

Kimyasal denge

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

Yöntem

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

Kalorimetri ve entalpi

Isı: q = m·c·ΔT
Su: c = 4,18 J/(g·°C)
Kalorimetre: verilen ısı = alınan ısı
Tepkime entalpisi: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Tepkime kinetiği

Birinci derece: ln(C_A/C_A0) = −kt
Yarılanma süresi (birinci derece): t_½ = ln 2/k
İkinci derece: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arrhenius: k = A·e^−E_a/(RT)
İki sıcaklık: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Alıkonma süresi: τ = V/Q
CSTR, birinci derece: τ = X/(k·(1 − X)), C_A = C_A0/(1 + kτ)
PFR, birinci derece: τ = ln(1/(1 − X))/k, C_A = C_A0·e^−kτ
Hacimden dönüşüm: CSTR: X = kτ/(1 + kτ), PFR: X = 1 − e^−kτ
Seri bağlı N eşit CSTR: X = 1 − 1/(1 + kτ_i)^N

Isı değiştiriciler (LMTD)

Isı yükü: Q = U·A·ΔT_lm
Logaritmik ortalama sıcaklık farkı: ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂)
Akım denkliği: Q = ṁc_p(T_in − T_out)

Isı iletimi

Fourier yasası: Q̇ = kAΔT/L
İletim direnci: R = L/(kA)
Taşınım direnci: R = 1/(hA)
Seri dirençler: Q̇ = ΔT_total/ΣR
U değeri: U = 1/(ΣR·A)

Boru sürtünmesi ve yük kaybı

Reynolds sayısı: Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
Akış rejimi: Re ≈ 2000’in altında laminer, Re ≈ 4000’in üstünde türbülanslı
Ortalama hız: V = Q/A, A = π·D²/4
Darcy–Weisbach: h_f = f·(L/D)·V²/(2g)
Yerel kayıplar: h_m = ΣK·V²/(2g)
Tipik K değerleri: giriş 0,5, çıkış 1,0, 90° dirsek ≈ 0,3
Basınç düşüşü: Δp = ρ·g·h_f
İki açık hazne: Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
Serbest çıkış: H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

Pompalar ve pompa gücü

Hidrolik güç: P_h = ρ·g·Q·H = Q·Δp
Mil gücü: P_shaft = P_h/η_pump
Elektrik gücü: P_el = P_shaft/η_motor
Pompa basma yüksekliği: H = Δz + Δp/(ρ·g) + h_L
Sistem kayıpları: h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

2Alıştırma soruları

1.Kütle denkliğiOrta

Karışım ürünü %35 şeker içersin diye akım 1’e saatte ne kadar akım 2 eklenmeli? ṁ₂ değerini bulun.

ṁ₁ = 850 kg/hx₁ = 20 %x₂ = 40 %x₃ = 35 %

ṁ₂ = kg/h

2.Kütle denkliğiZor

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

F = 3000 kg/hx_F = 13 %x_P = 50 %

P = kg/h

3.Enerji denkliğiOrta

Sıcak glikol karışımı, ısı kaybı olmayan ters akışlı bir ısı değiştiricide suyu soğutuyor. Suyun çıkış sıcaklığı t_out değerini bulun.

ṁ_h = 0,5 kg/sc_p,h = 3,6 kJ/(kg·K)T_h: 160 → 100 °Cṁ_c = 1,5 kg/sc_p,c = 4,18 kJ/(kg·K)t_in = 30 °C

t_out = °C

4.Enerji denkliğiZor

Sıcak hafif yağ, sıcak akımın verdiği ısının %10’ini çevreye kaybeden bir değiştiricide suyu ısıtıyor. Gereken su debisi ṁ_c değerini bulun.

ṁ_h = 1 kg/sc_p,h = 2,1 kJ/(kg·K)T_h: 150 → 80 °Ct: 20 → 75 °Cc_p,c = 4,18 kJ/(kg·K)kayıp = %10

ṁ_c = kg/s

5.İdeal gaz yasasıOrta

170 g N₂, 750 kPa ve 45 °C koşullarında hangi hacmi V kaplar? İdeal gaz kabul edin.

m = 170 gM = 28,01 g/molP = 750 kPaT = 45 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.İdeal gaz yasasıZor

N₂ gazının 150 kPa ve 190 °C koşullarındaki yoğunluğu ρ değerini ideal gaz kabul ederek bulun.

M = 28,01 g/molP = 150 kPaT = 190 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.StokiyometriOrta

12 g Na ve 10 g Cl₂, 2Na + Cl₂ → 2NaCl denklemine göre tepkimeye giriyor. En fazla ne kadar kütle m NaCl oluşabilir?

M(Na) = 22,99M(Cl₂) = 70,9M(NaCl) = 58,44 g/mol

m = g

8.StokiyometriZor

2Na + Cl₂ → 2NaCl tepkimesinde 10 g Na tamamen tepkimeye giriyor (diğer reaktanlar fazla) ve 20,84 g NaCl toplanıyor. Yüzde verim Y'i bulun.

M(Na) = 22,99 g/molM(NaCl) = 58,44 g/molgerçek: 20,84 g

Y = %

9.Kimyasal dengeOrta

Bir kaba 0,8 mol/L H₂ ve 0,8 mol/L I₂ konuyor ve H₂ + I₂ ⇌ 2HI tepkimesi gerçekleşiyor; K_c = 49. Denge derişimi [H₂] değerini bulun.

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,8 mol/LK_c = 49

[H₂] = mol/L

10.Kimyasal dengeZor

PCl₅ ayrışıyor: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, tepkime sıcaklığında K_c = 0,2. Kapta başlangıçta yalnızca 1 mol/L PCl₅ var. Denge derişimi [Cl₂] değerini bulun.

[PCl₅]₀ = 1 mol/LK_c = 0,2

[Cl₂] = mol/L

11.Kalorimetri ve entalpiOrta

110 °C’deki 75 g’lık bir alüminyum bloğu (c = 0,897 J/(g·°C)), yalıtılmış bir kaptaki 18 °C’de 100 g suya (c = 4,18 J/(g·°C)) bırakılıyor. Son sıcaklık T_f değerini bulun.

m_metal = 75 gc_metal = 0,897 J/(g·°C)T_metal = 110 °Cm_water = 100 gT_water = 18 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

12.Kalorimetri ve entalpiZor

Standart oluşum entalpilerini kullanarak 25 g CH₃OH (M = 32,04 g/mol) tamamen yandığında açığa çıkan ısı q değerini bulun: 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O(l). q’yu pozitif bir sayı olarak verin.

ΔH°f(CH₃OH) = −238,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

13.Tepkime kinetiğiOrta

Hız yasası −r_A = k·C_A² olan bir tepkimede k = 0,1 L/(mol·min) ve başlangıç 0,5 mol/L. 20 min sonraki derişim C_A değerini bulun.

k = 0,1 L/(mol·min)C_A0 = 0,5 mol/Lt = 20 min

C_A = mol/L

14.Tepkime kinetiğiZor

Bir tepkimenin hız sabiti 40 °C’de 0,005 min⁻¹, 50 °C’de 0,0146 min⁻¹. Aktivasyon enerjisi E_a değerini bulun.

k₁ = 0,005 min⁻¹T₁ = 40 °Ck₂ = 0,0146 min⁻¹T₂ = 50 °CR = 8,314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

15.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)Orta

k = 0,3 min⁻¹ olan sıvı fazda birinci derece bir A → B reaksiyonu, 50 L/min ile beslenen bir piston akışlı reaktörde (PFR) yürütülüyor. Yoğunluk sabittir ve reaktör kararlı hâldedir. A’nın %90 dönüşümü için reaktör hacmi V değerini litre cinsinden bulun.

Q = 50 L/mink = 0,3 min⁻¹X = 90%

V = L

16.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)Zor

Sıvı fazda birinci derece bir reaksiyon (k = 0,5 min⁻¹), 100 L/min ile beslenen 50 L’lik bir CSTR’de yürütülüyor. Yoğunluk sabittir ve reaktör kararlı hâldedir. Dönüşüm X değerini yüzde olarak bulun.

V = 50 LQ = 100 L/mink = 0,5 min⁻¹

X = %

17.Isı değiştiriciler (LMTD)Orta

Paralel akışlı bir ısı değiştirici 290 kW aktarıyor. Isı transfer alanı 5 m²’dir. Sıcak akışkan 150 değerinden 75 °C değerine soğuyor, soğuk akışkan 25 değerinden 70 °C değerine ısınıyor. Toplam ısı geçiş katsayısı U değerini bulun.

Q̇ = 290 kWA = 5 m²T_h: 150 → 75 °CT_c: 25 → 70 °C

U = W/(m²·K)

18.Isı değiştiriciler (LMTD)Zor

Ters akışlı çift borulu bir ısı değiştiricide sıcak yağ (0,8 kg/s, c_p = 2,1 kJ/(kg·K)) iç boruda akıyor ve 130 değerinden 65 °C değerine soğuyor. Halka kesitteki su (0,8 kg/s, c_p = 4,18 kJ/(kg·K)) 20 °C’de giriyor. İç borunun çapı 50 mm’dir ve U = 250 W/(m²·K) bu çapa göre verilmiştir. Gereken boru uzunluğu L değerini bulun.

ṁ_h = 0,8 kg/sc_p,h = 2,1 kJ/(kg·K)T_h: 130 → 65 °Cṁ_c = 0,8 kg/sT_c,in = 20 °CD = 50 mmU = 250 W/(m²·K)

L = m

19.Isı iletimiOrta

Bir duvar, 4 m² alanında, 150 mm ahşap ve 75 mm taş yünü katmanlarından oluşuyor. Dış yüzeyleri 25 °C ve -15 °C sıcaklığında. Duvardan geçen ısı akısı Q̇ değerini bulun.

L₁ = 150 mm, k₁ = 0,17 W/(m·K)L₂ = 75 mm, k₂ = 0,04 W/(m·K)A = 4 m²T₁ = 25 °CT₃ = -15 °C

Q̇ = W

20.Isı iletimiZor

150 mm beton ve 25 mm cam katmanlarından oluşan bir duvar, 21 °C sıcaklığındaki bir odayı -10 °C sıcaklığındaki dış havadan ayırıyor. Taşınım katsayıları içeride 6 W/(m²·K), dışarıda 25 W/(m²·K) ve duvar alanı 20 m². Duvarın iç yüzey sıcaklığı T_s değerini bulun.

L₁ = 150 mm, k₁ = 1,4 W/(m·K)L₂ = 25 mm, k₂ = 0,96 W/(m·K)A = 20 m²h_i = 6 W/(m²·K)h_o = 25 W/(m²·K)T_room = 21 °CT_out = -10 °C

T_s = °C

21.Boru sürtünmesi ve yük kaybıOrta

Su, 1000 m uzunluğunda ve iç çapı 300 mm olan bir borudan 50 L/s debiyle akıyor. Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 ve g = 9,81 m/s² kullanın. Sürtünme yük kaybı h_f değerini bulun.

Q = 50 L/sL = 1000 mD = 300 mmf = 0,015g = 9,81 m/s²

h_f = m

22.Boru sürtünmesi ve yük kaybıZor

İki açık hazne, 300 m uzunluğunda, iç çapı 300 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,015 olan bir boruyla birleştirilmiştir. Üst haznenin su yüzeyi alttakinden 23 m yüksektedir. Yerel kayıplar: keskin kenarlı bir giriş (K = 0,5), 3 dirsek (her biri K = 0,3), bir vana (K = 5) ve alt hazneye çıkış (K = 1,0). g = 9,81 m/s² kullanın. Debi Q değerini L/s cinsinden bulun.

Δz = 23 mL = 300 mD = 300 mmf = 0,015K_entrance = 0,5K_bend = 0,3 (×3)K_valve = 5K_exit = 1,0

Q = L/s

23.Pompalar ve pompa gücüOrta

Bir deneyde pompa 60 m basma yüksekliğine karşı 60 L/s su (ρ = 1000 kg/m³) basarken mili 45,3 kW çekiyor. g = 9,81 m/s² kullanın. Pompa verimi η değerini yüzde olarak bulun.

Q = 60 L/sH = 60 mP_shaft = 45,3 kWg = 9,81 m/s²

η = %

24.Pompalar ve pompa gücüZor

Bir pompa 120 L/s suyu (ρ = 1000 kg/m³) açık bir alt hazneden, su yüzeyi 16 m daha yüksekte olan bir üst tanka basıyor. Boru 400 m uzunluğunda, iç çapı 250 mm ve Darcy sürtünme faktörü f = 0,022; yerel kayıp katsayılarının toplamı ΣK = 6 (giriş ve çıkış dahil). g = 9,81 m/s² kullanın. Üst tank kapalıdır ve suyun üzerindeki hava 400 kPa etkin basınçtadır. Pompanın eklemesi gereken basma yüksekliği H değerini bulun.

Q = 120 L/sΔz = 16 mL = 400 mD = 250 mmf = 0,022ΣK = 6p_tank = 400 kPa

H = m

3Çözeltiler

1.Kütle denkliği

Cevap: ṁ₂ = 2550 kg/h

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

Denklikler

Total: ṁ₃ = ṁ₁ + ṁ₂

şeker: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = (ṁ₁ + ṁ₂)x₃

ṁ₂ için çözün

ṁ₂ = ṁ₁(x₁ − x₃)/(x₃ − x₂) = 850·(20 − 35)/(35 − 40) = 2550 kg/h

Cevap

ṁ₂ = 2550 kg/h

2.Kütle denkliği

Cevap: P = 780 kg/h

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

Çözünen denkliği

F·x_F = P·x_P → P = 3000·13/50 = 780 kg/h

Cevap

P = 780 kg/h

3.Enerji denkliği

Cevap: t_out = 47,22 °C

Değiştirici enerji denkliği: kayıp yokken ṁ_hc_p,h(T_h,in − T_h,out) = ṁ_cc_p,c(t_out − t_in).

Sıcak akımın verdiği ısı

Q = 0,5·3,6·(160 − 100) = 108 kW

Suyun aldığı ısı

t_out = t_in + Q/(ṁ_cc_p,c) = 30 + 108/(1,5·4,18) = 47,22 °C

Cevap

t_out = 47,22 °C

4.Enerji denkliği

Cevap: ṁ_c = 0,5755 kg/s

Kayıplı enerji denkliği: verilen ısı = alınan ısı + kaybedilen ısı.

Verilen ısı

Q_h = 1·2,1·(150 − 80) = 147 kW

Suya ulaşan ısı

Q_c = (1 − 0,1)·147 = 132,3 kW

Su debisi

ṁ_c = Q_c/(c_p,c·Δt) = 132,3/(4,18·55) = 0,5755 kg/s

Cevap

ṁ_c = 0,5755 kg/s

5.İdeal gaz yasası

Cevap: V = 21,41 L

İdeal gaz yasası: PV = nRT, n = m/M ile.

Mol

n = 170/28,01 = 6,069 mol

T = 45 + 273,15 = 318,1 K

Hacim

V = nRT/P = 6,069·8,314·318,1/750 = 21,41 L

Cevap

V = 21,41 L

6.İdeal gaz yasası

Cevap: ρ = 1,091 kg/m³

İdeal gaz yoğunluğu: ρ = PM/(RT).

Gaz yasasını düzenleyin

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 190 + 273,15 = 463,1 K

Yoğunluk

ρ = 150·28,01/(8,314·463,1) = 1,091 kg/m³

Cevap

ρ = 1,091 kg/m³

7.Stokiyometri

Cevap: m = 16,49 g

Stokiyometri: denkleştirilmiş denklem gramları değil tanecikleri sayar. Kütleyi n = m/M ile mole çevirin, denklemin katsayılarını mol oranı olarak kullanın, sonra m = n·M ile geri çevirin. İki reaktan varsa sınırlayıcı reaktan önce tükenen ve ürün miktarını belirleyen reaktandır.

Her reaktanın mol sayısı

n(Na) = 12/22,99 = 0,522 mol

n(Cl₂) = 10/70,9 = 0,141 mol

Sınırlayıcı reaktan

0,522/2 = 0,261, 0,141/1 = 0,141 → Cl₂

Ürünün kütlesi

n(NaCl) = 0,141·2 = 0,2821 mol

m = 0,2821·58,44 = 16,49 g

Cevap

m = 16,49 g

8.Stokiyometri

Cevap: Y = 81,98 %

Teorik verim

n(Na) = 10/22,99 = 0,435 mol

m = 0,435·2/2·58,44 = 25,42 g

Yüzde verim

Y = 20,84/25,42·100 = 81,98%

Cevap

Y = 81,98%

9.Kimyasal denge

Cevap: [H₂] = 0,1778 mol/L

Kimyasal denge: aA + bB ⇌ cC + dD için denge sabiti, denge derişimleri kullanılarak K_c = [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

49 = (2x)²/(0,8 − x)²

Karekök alın

7 = 2x/(0,8 − x) → x = 0,8·7/(2 + 7) = 0,6222 mol/L

Denge derişimi

[H₂] = 0,8 − x = 0,1778 mol/L

Cevap

[H₂] = 0,1778 mol/L

10.Kimyasal denge

Cevap: [Cl₂] = 0,3583 mol/L

Denge ifadesi

0,2 = x²/(1 − x) → x² + 0,2·x − 0,2 = 0

İkinci derece denklemi çözün

x = (−0,2 + √(0,2² + 4·0,2))/2 = 0,3583 mol/L

Denge derişimi

[Cl₂] = x = 0,3583 mol/L

Cevap

[Cl₂] = 0,3583 mol/L

11.Kalorimetri ve entalpi

Cevap: T_f = 30,75 °C

Isı ve entalpi: bir maddeyi ısıtmak q = m·c·ΔT gerektirir. Kalorimetrede sıcak cismin verdiği ısı, soğuk cismin aldığı ısıya eşittir. Bir tepkimenin entalpi değişimi oluşum entalpilerinden bulunur: ΔH° = ΣΔH°f(ürünler) − ΣΔH°f(reaktanlar), her biri kendi katsayısıyla çarpılır.

Isı dengesi

75·0,897·(110 − T_f) = 100·4,18·(T_f − 18)

Son sıcaklık için çözün

T_f = (67,28·110 + 418·18)/(67,28 + 418) = 30,75 °C

Cevap

T_f = 30,75 °C

12.Kalorimetri ve entalpi

Cevap: q = 566,8 kJ

Tepkime entalpisi

ΔH° = [2·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [2·(−238,7) + 3·0] = −1453 kJ

Verilen kütle için ısı

n = 25/32,04 = 0,7803 mol

q = n·|ΔH°/2| = 0,7803·726,4 = 566,8 kJ

Cevap

q = 566,8 kJ

13.Tepkime kinetiği

Cevap: C_A = 0,25 mol/L

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).

İntegre ikinci derece yasası

1/C_A = 1/C_A0 + kt = 2 + 0,1·20 = 4 L/mol

C_A = 1/4 = 0,25 mol/L

Cevap

C_A = 0,25 mol/L

14.Tepkime kinetiği

Cevap: E_a = 90,16 kJ/mol

Mutlak sıcaklıklar

T₁ = 313,1 K, T₂ = 323,1 K

Arrhenius’tan Ea’yı çözün

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8,314·1,072/(-9,882e-5) = 90156 J/mol

E_a = 90,16 kJ/mol

Cevap

E_a = 90,16 kJ/mol

15.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Cevap: V = 383,8 L

Kararlı hâlde, alıkonma süresi τ = V/Q ile ideal reaktörler, birinci derece reaksiyon (−r_A = k·C_A). CSTR tam karışımlıdır, bu yüzden tüm hacim düşük çıkış derişiminde reaksiyona girer: τ = X/(k·(1 − X)) ve C_A = C_A0/(1 + k·τ). PFR’de akışkanın her dilimi küçük bir kesikli reaktör gibi reaksiyona girer: τ = ln(1/(1 − X))/k ve C_A = C_A0·e^−k·τ. Aynı dönüşüm için CSTR her zaman PFR’den daha fazla hacim gerektirir.

Alıkonma süresi

τ = ln(1/(1 − 0,9))/0,3 = 2,303/0,3 = 7,675 min

Hacim

V = Q·τ = 50·7,675 = 383,8 L

Cevap

V = 383,8 L

16.Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Cevap: X = 20 %

Alıkonma süresi

τ = V/Q = 50/100 = 0,5 min, kτ = 0,5·0,5 = 0,25

Dönüşüm

X = kτ/(1 + kτ) = 0,25/(1 + 0,25) = 20%

Cevap

X = 20%

17.Isı değiştiriciler (LMTD)

Cevap: U = 1556 W/(m²·K)

LMTD method: the temperature difference between the streams changes along the exchanger, so the rate equation uses its logarithmic mean: Q̇ = U·A·ΔT_lm, with ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂), where ΔT₁ and ΔT₂ are the differences at the two ends. Counter-flow gives a larger ΔT_lm than parallel flow for the same inlet and outlet temperatures.

Uç sıcaklık farkları

Paralel akışta iki giriş aynı uçta, iki çıkış diğer uçtadır.

ΔT₁ = T_h,in − T_c,in = 150 − 25 = 125 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,out = 75 − 70 = 5 K

Logaritmik ortalama sıcaklık farkı

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (125 − 5)/ln(125/5) = 37,28 K

Toplam ısı geçiş katsayısı

U = Q̇/(A·ΔT_lm) = 290000/(5·37,28) = 1556 W/(m²·K)

Cevap

U = 1556 W/(m²·K)

18.Isı değiştiriciler (LMTD)

Cevap: L = 46,56 m

Isı yükü ve suyun çıkış sıcaklığı

Q̇ = 0,8·2,1·(130 − 65) = 109,2 kW

T_c,out = 20 + 109,2/(0,8·4,18) = 52,66 °C

Uç sıcaklık farkları

Ters akışta sıcak giriş soğuk çıkışın, sıcak çıkış soğuk girişin karşısındadır.

ΔT₁ = T_h,in − T_c,out = 130 − 52,66 = 77,34 K

ΔT₂ = T_h,out − T_c,in = 65 − 20 = 45 K

Logaritmik ortalama sıcaklık farkı

ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂)/ln(ΔT₁/ΔT₂) = (77,34 − 45)/ln(77,34/45) = 59,72 K

Alan ve uzunluk

A = 109200/(250·59,72) = 7,314 m²

L = A/(πD) = 7,314/(π·0,05) = 46,56 m

Cevap

L = 46,56 m

19.Isı iletimi

Cevap: Q̇ = 58,03 W

Isıl direnç: seri katmanlardan geçen kararlı ısı akışı, seri dirençlerden geçen akım gibi davranır: Q̇ = ΔT/ΣR; iletken bir katman için R = L/(kA), taşınımlı bir yüzey için R = 1/(hA). Her katmandaki sıcaklık düşümü direnciyle orantılıdır.

Katman dirençleri

R₁ = L₁/(k₁A) = (150/1000)/(0,17·4) = 0,2206 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (75/1000)/(0,04·4) = 0,4688 K/W

Isı akısı

Q̇ = (T₁ − T₃)/(R₁ + R₂) = 40/0,6893 = 58,03 W

Cevap

Q̇ = 58,03 W

20.Isı iletimi

Cevap: T_s = 5,797 °C

Seri dirençler

R_i = 1/(h_iA) = 1/(6·20) = 0,008333 K/W

R₁ = L₁/(k₁A) = (150/1000)/(1,4·20) = 0,005357 K/W

R₂ = L₂/(k₂A) = (25/1000)/(0,96·20) = 0,001302 K/W

R_o = 1/(h_oA) = 1/(25·20) = 0,002 K/W

ΣR = 0,01699 K/W

Isı kaybı

Q̇ = (21 − (-10))/0,01699 = 1824 W

T_s = T_room − Q̇·R_i = 21 − 1824·0,008333 = 5,797 °C

Cevap

T_s = 5,797 °C

21.Boru sürtünmesi ve yük kaybı

Cevap: h_f = 1,275 m

Boru akışı: Reynolds sayısı Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ, laminer akışı (Re yaklaşık 2000’in altında) türbülanslı akıştan (yaklaşık 4000’in üstünde) ayırır. Boru boyunca sürtünme, Darcy–Weisbach yük kaybına h_f = f·(L/D)·V²/(2g) yol açar. Bağlantı parçaları, vanalar, giriş ve çıkış yerel kayıplar h_m = ΣK·V²/(2g) ekler. İki açık hazne yüzeyi arasında enerji denklemi, çıkış kaybı K = 1 dahil, Δz = h_f + h_m verir.

Ortalama hız

A = π·0,3²/4 = 0,07069 m²

V = Q/A = 0,05/0,07069 = 0,7074 m/s

Hız yüksekliği

V²/(2g) = 0,7074²/(2·9,81) = 0,0255 m

Darcy–Weisbach

h_f = f·(L/D)·V²/(2g) = 0,015·(1000/0,3)·0,7074²/(2·9,81) = 1,275 m

Cevap

h_f = 1,275 m

22.Boru sürtünmesi ve yük kaybı

Cevap: Q = 317,3 L/s

Kayıp katsayıları

f·L/D = 0,015·300/0,3 = 15

ΣK = 0,5 + 3·0,3 + 5 + 1,0 = 7,4

Enerji denklemi

İki yüzey de havaya açıktır ve pratikte durgundur, bu yüzden Δz’nin tamamı boruda kaybolur.

23 = (15 + 7,4)·V²/(2·9,81)

V = √(2·9,81·23/22,4) = 4,488 m/s

Debi

Q = V·π·D²/4 = 4,488·0,07069 = 0,3173 m³/s = 317,3 L/s

Cevap

Q = 317,3 L/s

23.Pompalar ve pompa gücü

Cevap: η = 77,96 %

Pompa gücü: suya verilen güç hidrolik güç P_h = ρ·g·Q·H = Q·Δp’dir. Pompada kayıplar olduğu için mil daha fazlasını vermelidir: P_shaft = P_h/η_pump; motor ise P_el = P_shaft/η_motor çeker. Pompa basma yüksekliği H enerji denkleminden bulunur: statik yükseklik + basınç yüksekliği + tüm sürtünme ve yerel kayıplar.

Hidrolik güç

P_h = ρ·g·Q·H = 1000·9,81·0,06·60 = 35,32 kW

Verim

η = P_h/P_shaft = 35,32/45,3 = 77,96%

Cevap

η = 77,96%

24.Pompalar ve pompa gücü

Cevap: H = 69,32 m

Hız

V = Q/A = 0,12/0,04909 = 2,445 m/s

V²/(2g) = 0,3046 m

Yük kayıpları

h_L = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (35,2 + 6)·0,3046 = 12,55 m

Basınç yüksekliği

p/(ρ·g) = 400000/(1000·9,81) = 40,77 m

Pompa basma yüksekliği

İki yüzey de pratikte durgundur, bu yüzden hız yüksekliği terimi yoktur.

H = Δz + p/(ρ·g) + h_L = 16 + 40,77 + 12,55 = 69,32 m

Cevap

H = 69,32 m

Bu bağımsız bir alıştırma materyalidir. ExamProblems bu sınavı düzenleyen kuruluşla bağlantılı değildir ve onun tarafından onaylanmamıştır; sınav adı yalnızca içeriği tanımlamak için kullanılmaktadır. FE exam sınavı NCEES tarafından yürütülür; bu kuruluş ExamProblems ile bağlantılı değildir ve onu desteklemez.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-chemical

FE Chemical sınav hazırlığı: hızlı tekrar paketi

1Formüller ve yöntemler

Kütle denkliği

Enerji denkliği

İdeal gaz yasası

Stokiyometri

Yöntem

Kimyasal denge

Yöntem

Kalorimetri ve entalpi

Tepkime kinetiği

Reaktör boyutlandırma (CSTR ve PFR)

Isı değiştiriciler (LMTD)

Isı iletimi

Boru sürtünmesi ve yük kaybı

Pompalar ve pompa gücü

2Alıştırma soruları

3Çözeltiler

Denklikler

ṁ2 için çözün

Cevap

Çözünen denkliği

Cevap

Sıcak akımın verdiği ısı

Suyun aldığı ısı

Cevap

Verilen ısı

Suya ulaşan ısı

Su debisi

Cevap

Mol

Hacim

Cevap

Gaz yasasını düzenleyin

Yoğunluk

Cevap

Her reaktanın mol sayısı

Sınırlayıcı reaktan

Ürünün kütlesi

Cevap

Teorik verim

Yüzde verim

Cevap

Denge ifadesi

Karekök alın

Denge derişimi

Cevap

Denge ifadesi

İkinci derece denklemi çözün

Denge derişimi

Cevap

Isı dengesi

Son sıcaklık için çözün

Cevap

Tepkime entalpisi

Verilen kütle için ısı

Cevap

İntegre ikinci derece yasası

Cevap

Mutlak sıcaklıklar

Arrhenius’tan Ea’yı çözün

Cevap

Alıkonma süresi

Hacim

Cevap

Alıkonma süresi

Dönüşüm

Cevap

Uç sıcaklık farkları

Logaritmik ortalama sıcaklık farkı

Toplam ısı geçiş katsayısı

Cevap

Isı yükü ve suyun çıkış sıcaklığı

Uç sıcaklık farkları

Logaritmik ortalama sıcaklık farkı

Alan ve uzunluk

Cevap

Katman dirençleri

Isı akısı

Cevap

ṁ₂ için çözün