KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ 1. Aşağıda verilen birim çevirme işlemlerini yapınız. a) 554 m 4 day. kg cm 4 min. g (38472.2 cm4 min. g ) b) 5.37x10 3 kj min hp (120 hp) c) 760 miles h m s (340 m s ) d) 921 kg m 3 lbm ft 3 e) 800 mmhg psia, kpa ve atm f) 25 K lbm (57.5 ft 3 ) (15.44 psia, 106.64 kpa, 1.05 atm) (241.48 K) g) 23 lbm. ft kg. cm min2 s 2 (0.088 h) 0.981 Btu lbm. J g. (2.28 kg. cm s 2 ) J g. ) J i) 8.314 mol. K cm3. bar mol. K j) 0.052 kg m. s lbm ft. h ( 83.14 cm3. bar ) mol. K (125.8 lbm ft. h ) 2. Bir atık su havuzu 50 m uzunluğunda, 15 m genişliğinde ve 2 m derinliğindedir. Havuzda bulunan atık suyun yoğunluğu, 85.3 lbm/ft 3 olarak verilmiştir. Atık suyun ağırlığını (lbf) cinsinden bulunuz. (116566 lbf)
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? (x = 0.08945) 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? (m = 35 kg) (q = 1.64 m3 5. Sıvı toluen bir borudan 175 m 3 /h akış hızında akmaktadır. a) Bu akımın kg/min cinsinden kütlesel akış hızı nedir? b) Akımın molar akış hızı nedir? (m = 2528.75 kg (n = 1649 kmol h )
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? (n = 0.9375 kmol) (m = 8707 lbm h ) 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. (q = 455 (m = 500 ml g (Yoğunluk = 1.099 g/ml) (x = 0.3)
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. kg ilaç (ilaç derişimi = 0.602 L çözelti ) (n = 0.033 kmol ilaç ) min 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) lbf/ft 2 b) N/m 2 cinsinden hesaplayınız. (P mutlak = 5249 lbf ft 2) (P mutlak = 251314 N m 2)
10. Aşağıdaki tabloyu tamamlayınız. K R -40???? 77???? 698???? 69.8 K R -40-40 233.15 419.67 25 77 298.15 536.67 424.85 796.73 698 1256.4-234.37 536.67 38.78 69.8 11. Bir borudaki akış sırasında basınç düşmesini ( P) boru uzunluğuna (L) bağlayan denklem aşağıdaki şekilde önerilmiştir. P = 1 2 θ2 ( L D ) f Burada; θ: ortalama akışkan hızı, m s D: boru çapı, m f: boyutsuzsürtünme faktörü dür. Denklemin boyutça homojen (dimensionally homogeneous) olup olmadığını tartışınız. (Denklem boyutça homojen değildir. Eşitliğin sağ tarafına yoğunluk teriminin eklenmesi gerekmektedir.) 12. Aşağıdaki denklemindeki terimlerin birimleri aynı birim sistemine aittir. Buna göre denklemi düzenleyerek sabitlerin birimlerini belirleyiniz. Bu denklemi SI birim sisteminde yazınız. A ( lbf 1 + 3B(lbf) in2) = 2C(s 2 ) (A ( N m 2) = 3448 + 2328B (N))
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. Cp : Isı transfer kapasitesi (heat capacity) µ : Akışkanın viskozitesi (viscosity) N Pr = C pμ k k : Termal iletkenlik katsayısı (thermal conductivity) (N Pr = 1.63x10 3 ) 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. N Re = Dθρ μ D : Akışkanın geçtiği borunun iç çapı, m : akışkanın çizgisel hızı, m/s : akışkanın yoğunluğu, kg/m 3 µ : akışkanın viskozitesi, kg/m.s NRe in boyutsuz bir grup olduğunu gösteriniz. 3 cm iç çapındaki bir boru içerisinden 5 m/s çizgisel hızla akan, yoğunluğu ( ) = 998 kg/m 3 ve viskozitesi (µ) = 1.005x10-3 kg/m.s olan bir akışkan için NRe değerini hesaplayınız. (N Re = 1.49x10 5 ) 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, 65 80 95 105 H, kj/kg 2618.3 2643.7 2668.1 2683.8 (H = 2660 kj/kg)