แนวข้อสอบ กว. Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design พร้อมเฉลย

หัวข้อ “Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design” เป็นส่วนหนึ่งของการสอบใบอนุญาตภาคีวิศวกร (กว.) บน TUE.expert มีข้อซ้อมหัวข้อนี้ 25 ข้อ อยู่ใน 1 ชุดซ้อม ด้านล่างคือตัวอย่าง 5 ข้อ พร้อมเฉลยและคำอธิบาย ลองตอบเองก่อน แล้วกด “ดูเฉลย” ใต้แต่ละข้อเพื่อตรวจคำตอบ

ตัวอย่างข้อสอบ Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design 5 ข้อ

1. 1. ปฏิกิริยา A ไป B เป็นปฏิกิริยาอันดับสอง มีค่าคงที่อัตราเร็ว k = 1 ลิตรต่อโมลต่อนาที สารละลาย A บริสุทธิ์ความเข้มข้นเริ่มต้น C_A0 = 1 โมลต่อลิตร ถูกป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์ CSTR สองถังต่ออนุกรมกันซึ่งมีปริมาตรเท่ากัน ทำให้ space time ของแต่ละถังเท่ากับ 1 นาที จงหาคอนเวอร์ชันรวมของสาร A ที่ออกจากถังที่สอง

   • A. ประมาณ 56.8 เปอร์เซ็นต์
   • B. ประมาณ 38.2 เปอร์เซ็นต์
   • C. ประมาณ 75.0 เปอร์เซ็นต์
   • D. ประมาณ 82.0 เปอร์เซ็นต์
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — ประมาณ 56.8 เปอร์เซ็นต์

   สำหรับถังที่หนึ่งแก้สมการ τkCA1^2+CA1-CA0=0 ได้ CA1 ประมาณ 0.618 โมลต่อลิตร (X1 ประมาณ 38.2%) จากนั้นแก้สมการเดียวกันกับถังที่สองโดยใช้ CA1 เป็นค่าตั้งต้นได้ CA2 ประมาณ 0.432 โมลต่อลิตร ซึ่งให้คอนเวอร์ชันรวมประมาณ 56.8% ตัวเลือก 38.2% คือคอนเวอร์ชันหลังถังแรกเท่านั้นซึ่งยังไม่ใช่คำตอบสุดท้าย

2. 2. ปฏิกิริยาอันดับสองเกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์แบบกะ (batch reactor) โดยมีค่าคงที่อัตราเร็ว k = 0.1 ลิตรต่อโมลต่อนาที และความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร A เท่ากับ 1 โมลต่อลิตร จงหาเวลาที่ใช้ให้ความเข้มข้นของสาร A ลดลงเหลือ 0.2 โมลต่อลิตร

   • A. 4 นาที
   • B. 16 นาที
   • C. 40 นาที
   • D. 100 นาที
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ C — 40 นาที

   จากสมการปริพันธ์ของปฏิกิริยาอันดับสอง 1/CA - 1/CA0 = kt แทนค่า 1/0.2 - 1/1 = 4 = 0.1×t ได้ t = 40 นาที ผู้ที่ตอบผิดมักใช้สมการของปฏิกิริยาอันดับหนึ่งแทนสมการอันดับสอง

3. 3. ปฏิกิริยา A ไป B เป็นปฏิกิริยาอันดับหนึ่งมีค่าคงที่อัตราเร็ว k = 0.2 นาที^-1 สารป้อนมีความเข้มข้น C_A0 = 2 โมลต่อลิตร ด้วยอัตราการไหลเชิงปริมาตร 10 ลิตรต่อนาที ต้องการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ CSTR ถังเดียวให้ได้คอนเวอร์ชัน 0.8 จงหาปริมาตรของ CSTR ที่ต้องใช้

   • A. 100 ลิตร
   • B. 150 ลิตร
   • C. 200 ลิตร
   • D. 250 ลิตร
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ C — 200 ลิตร

   จากสมการออกแบบ CSTR คือ V = FA0 X/(-rA) โดย -rA = kCA0(1-X) = 0.2×2×0.2 = 0.08 โมลต่อลิตรต่อนาที และ F_A0 = 20 โมลต่อนาที จะได้ V = 20×0.8/0.08 = 200 ลิตร ผู้ที่คำนวณผิดมักลืมคูณด้วย (1-X) ในอัตราเร็วที่ทางออก

4. 4. ปฏิกิริยาผันกลับได้ A กับ B ในเฟสของเหลวที่ปริมาตรคงที่ มีค่าคงที่สมดุล Kc = 4 ถ้าเริ่มต้นมีเฉพาะสาร A เพียงอย่างเดียว จงหาคอนเวอร์ชันที่สมดุล (Xe)

   • A. 0.20
   • B. 0.50
   • C. 0.67
   • D. 0.80
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ D — 0.80

   ที่สมดุล Kc = CB/CA = Xe/(1-Xe) = 4 แก้สมการได้ X_e = 4/5 = 0.80 ตัวเลือก C (0.67) เป็นคำตอบของกรณี Kc เท่ากับ 2 ซึ่งเป็นค่าที่คนมักสับสน

5. 5. ปฏิกิริยาหนึ่งมีสมการอัตราเร็ว -rA = k [CA]^1.5 [C_B]^0.5 จงหาหน่วยของค่าคงที่อัตราเร็ว k เมื่อความเข้มข้นมีหน่วยเป็นโมลต่อลิตร และเวลามีหน่วยเป็นนาที

   • A. ลิตรต่อโมลต่อนาที
   • B. โมลต่อลิตรต่อนาที
   • C. ลิตรยกกำลัง 1.5 ต่อโมลยกกำลัง 1.5 ต่อนาที
   • D. ต่อนาที
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — ลิตรต่อโมลต่อนาที

   อันดับรวมของปฏิกิริยาเท่ากับ 1.5+0.5 = 2 ดังนั้นหน่วยของ k ต้องทำให้อัตราเร็วมีหน่วยโมลต่อลิตรต่อนาที ซึ่งได้จาก (โมลต่อลิตร)^(1-2) ต่อนาที เท่ากับลิตรต่อโมลต่อนาที เช่นเดียวกับปฏิกิริยาอันดับสองทั่วไป ตัวเลือกที่แยกหน่วยตามเลขชี้กำลังของสารแต่ละตัวจึงไม่ถูกต้องเพราะหน่วยของ k ขึ้นกับอันดับรวมเท่านั้น

ชุดซ้อมที่มีหัวข้อ Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design

• กว. ภาคีวิศวกรเคมี หมวดวิชาเฉพาะ — ชุดจำลองสอบเต็ม 99 ข้อ99 ข้อ
  ฿159

หัวข้ออื่นในแนวข้อสอบ กว.