KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ
PROBLEM SETİ
1. Aşağıda verilen birim çevirme işlemlerini yapınız.
‫ )܉‬554
݉ସ
ܿ݉ସ
⟶
݀ܽ‫ݕ‬. ݇݃
݉݅݊. ݃
‫ )܊‬5.37x10ଷ
݇‫ܬ‬
⟶ ℎܲ
݉݅݊
‫ )܋‬760
݈݉݅݁‫ݏ‬
݉
⟶
ℎ
‫ݏ‬
‫ )܌‬921
݇݃
݈ܾ݉
⟶
݉ଷ
݂‫ ݐ‬ଷ
‫ )܍‬800 ݉݉‫ܽ݅ݏ݌ ⟶ ݃ܪ‬, ݇ܲܽ ‫݉ݐܽ ݁ݒ‬
܎) − 25 ℉ ⟶ ‫ܭ‬
܏) 23
݈ܾ݉. ݂‫ݐ‬
݇݃. ܿ݉
⟶
ଶ
݉݅݊
‫ݏ‬ଶ
‫ )ܐ‬0.981
ܑ) 8.314
‫ )ܒ‬0.052
‫ݑݐܤ‬
‫ܬ‬
⟶
݈ܾ݉. ℃
݃. ℃
‫ܬ‬
ܿ݉ଷ . ܾܽ‫ݎ‬
⟶
݉‫݈݋‬. ‫ܭ‬
݉‫݈݋‬. ‫ܭ‬
݇݃
݈ܾ݉
⟶
݉. ‫ݏ‬
݂‫ݐ‬. ℎ
2. Bir atık su havuzu 50 m uzunluğunda, 15 m genişliğinde ve 2 m derinliğindedir. Havuzda
bulunan atık suyun yoğunluğu, 85.3 lbm/ft3 olarak verilmiştir. Atık suyun ağırlığını (lbf)
cinsinden bulunuz.
3. Bir gaz akımındaki nem miktarı higrometre (hygrometer) ile ölçülmektedir. Nem içeriği
belirli olan gaz akımları ile kalibrasyon çalışması yapılmış ve aşağıdaki veriler elde
edilmiştir.
Tablo. Farklı su kütle kesirlerine sahip gaz akımları için ölçülen higrometre değerleri
Suyun kütle kesri, x
Higrometre değeri, R
0.0011
5
0.0440
20
0.0830
40
0.1260
60
Bir baca gazının analizi için alınan örnek higrometrede analiz edilmiş ve R = 43 değeri
okunmuştur. Buna göre baca gazındaki suyun kütle kesri nedir?
4. Bir yakıtın özgül ağırlığı (specific gravity) 0.7 olarak verilmiştir. Buna göre;
a) 50 L hacmindeki yakıtın kütlesini (mass, kg) hesaplayınız.
b) Bu yakıt, bir rafineri tankını 1150 kg/min kütlesel akış hızında (mass flow rate) terk ediyorsa
hacimsel akış hızı (volumetric flow rate) ne olmalıdır?
5. Sıvı toluen bir borudan 175 m3/h akış hızında akmaktadır.
a) Bu akımın kg/min cinsinden kütlesel akış hızı nedir?
b) Akımın molar akış hızı nedir?
6. Bir metanol (methanol) ve metil asetat (methyl acetate) karışımı ağırlıkça % 15 (15 wt %)
metanol içermektedir.
a) 200 kg karışımda kaç mol metanol bulunur?
b) Karışımdaki metil asetatın akış hızı 100 lbmole/h ise karışımın akış hızı lbm/h cinsinden ne
olmalıdır?
7. Kalsiyum karbonat (calcium carbonate) partiküllerinin sulu süspansiyonu bir borudan
akmaktadır. Sizden bu süspansiyonun akış hızının ve bileşiminin hesaplanması istenmektedir.
Siz bu hesaplamayı yapabilmek için 1 dakika (1 min) süreyle dereceli bir behere bu
süspansiyonu toplayarak ardından beheri tarttınız. Daha sonra ise süspansiyondaki suyu
buharlaştırarak beheri tekrar tarttınız. İşlemler sırasında elde ettiğiniz veriler aşağıdaki gibidir.
Boş beherin kütlesi:
Beher + süspansiyon kütlesi:
Topladığınız süspansiyon hacmi:
Beherin su buharlaştırıldıktan sonraki hacmi:
65 g
565 g
455 ml
215 g
Bu verilere göre;
a) Süspansiyonun hacimsel (volumetric) ve kütlesel (mass) akış hızı değerlerini bulunuz.
b) Süspansiyonun yoğunluğunu hesaplayınız.
c) Süspansiyondaki CaCO3 kütle kesrini hesaplayınız.
8. Molekül ağırlığı 192 kg/kmol olan bir ilacın üretimi bir reaktörde gerçekleştirilmektedir.
Reaktör çıkışındaki su – ilaç çözeltisi 10.5 L/min akış hızındadır. Bu çözeltinin özgül ağırlığı
(specific gravity) 1.024’dür. Reaktör çıkışındaki çözelti ağırlıkça % 41.2 (41.2 wt %) su
içerdiğine göre;
a) çözeltideki ilaç derişimini (kg ilaç/L çözelti) hesaplayınız.
(İpucu: Çıkıştaki toplam çözelti miktarını 100 kg çözelti olarak kabul ediniz.)
b) İlacın reaktör çıkışındaki molar akış hızını, kmol ilaç/min cinsinden hesaplayınız.
9. Bir tankın geyç basıncı (gauge pressure) 22.4 psig olarak okunmaktadır. Barometre basıncı
ise 28.6 inHg’dır. Tanktaki mutlak basınç değerini (absolute pressure);
a) lb/ft2
b) N/m2 cinsinden hesaplayınız.
10. Aşağıdaki tabloyu tamamlayınız.
℃
-40
?
?
?
℉
?
77
?
?
K
?
?
698
?
°R
?
?
?
69.8
11. Bir borudaki akış sırasında basınç düşmesini (∆P) boru uzunluğuna (L) bağlayan denklem
aşağıdaki şekilde önerilmiştir.
1
‫ܮ‬
∆ܲ = ߴ ଶ ൬ ൰ ݂
2
‫ܦ‬
Burada;
ߴ: ‫݇ܽ ݈ܽ݉ܽܽݐݎ݋‬ଓş݇ܽ݊ ℎଓ‫ݖ‬ଓ,
݉
‫ݏ‬
‫ܦ‬: ܾ‫ ݑݎ݋‬çܽ‫݌‬ଓ, ݉
݂: ܾ‫ݏݖݑݏݐݑݕ݋‬ü‫ݐݎ‬ü݊݉݁ ݂ܽ݇‫ݐ‬ö‫ݎ‬ü′dür.
Denklemin boyutça homojen (dimensionally homogeneous) olup olmadığını tartışınız.
12. Aşağıdaki denklemindeki terimlerin birimleri aynı birim sistemine aittir. Buna göre
denklemi düzenleyerek sabitlerin birimlerini belirleyiniz. Bu denklemi SI birim sisteminde
yazınız.
݈ܾ݂
1 + 3‫ܤ‬ሺ݈ܾ݂)
‫ ܣ‬൬ ଶ൰ =
݅݊
2‫ܥ‬ሺ‫ ݏ‬ଶ )
13. Prandtl sayısı, NPr ısı transferi hesaplamalarında kullanılan önemli bir sayıdır ve aşağıdaki
gibi tanımlanır. Bu sayının boyutsuz bir grup olduğunu ispat ediniz. Cp = 0.583 J/g.℃, µ =
1936 lbm/ft.h ve k = 0.286 W/m.℃ özelliklere sahip bir sıvı için NPr değerini hesaplayınız.
ܰ௉௥ =
‫ܥ‬௣ ߤ
݇
Cp
: Isı transfer kapasitesi (heat capacity)
µ
: Akışkanın viskozitesi (viscosity)
k
: Termal iletkenlik katsayısı (thermal conductivity)
14. Reynolds sayısı, NRe akışkanlar mekaniğinde, herhangi bir akışkanın akış türünün
(rejiminin) belirlenmesinde kullanılan çok önemli boyutsuz bir sayıdır. Boru içerisinden akış
sistemi için Reynolds sayısı aşağıdaki gibi tanımlanmaktadır.
ܰ௉௥ =
D
: Akışkanın geçtiği borunun iç çapı, m
ν
: akışkanın çizgisel hızı, m/s
ρ
: akışkanın yoğunluğu, kg/m3
µ
: akışkanın viskozitesi, kg/m.s
‫ߩߴܦ‬
ߤ
NRe’in boyutsuz bir grup olduğunu gösteriniz. 3 cm iç çapındaki bir boru içerisinden 5 m/s
çizgisel hızla akan, yoğunluğu (ρ) = 998 kg/m3 ve viskozitesi (µ) = 1.005x10-3 kg/m.s olan bir
akışkan için NRe değerini hesaplayınız.
15. Doygun su buharının farklı sıcaklıklardaki buhar fazına ait entalpileri aşağıdaki tabloda
verilmiştir. Doygun su buharının 90 ℃’deki entalpisini hesaplayınız.
Tablo. Doygun su buharı için sıcaklık-entalpi verileri
T, ℃
H, kJ/kg
65
80
95
105
2618.3 2643.7 2668.1 2683.8