แนวข้อสอบ กว. Unit Operations พร้อมเฉลย

หัวข้อ “Unit Operations” เป็นส่วนหนึ่งของการสอบใบอนุญาตภาคีวิศวกร (กว.) บน TUE.expert มีข้อซ้อมหัวข้อนี้ 24 ข้อ อยู่ใน 1 ชุดซ้อม ด้านล่างคือตัวอย่าง 5 ข้อ พร้อมเฉลยและคำอธิบาย ลองตอบเองก่อน แล้วกด “ดูเฉลย” ใต้แต่ละข้อเพื่อตรวจคำตอบ

ตัวอย่างข้อสอบ Unit Operations 5 ข้อ

1. 1. ในการอบแห้งสารละลายที่ไวต่อความร้อนและต้องการให้สัมผัสความร้อนเป็นระยะเวลาสั้นที่สุดเพื่อลดการเสื่อมสภาพของผลิตภัณฑ์ ควรเลือกใช้เครื่องอบแห้งชนิดใด

   • A. เครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอย (spray dryer)
   • B. เครื่องอบแห้งแบบถาด (tray dryer)
   • C. เครื่องอบแห้งแบบลูกกลิ้ง (drum dryer)
   • D. เครื่องอบแห้งแบบอุโมงค์ (tunnel dryer)
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — เครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอย (spray dryer)

   เครื่องอบแห้งแบบพ่นฝอยทำให้สารละลายกระจายเป็นหยดขนาดเล็กซึ่งมีพื้นที่ผิวสัมผัสสูง ทำให้แห้งอย่างรวดเร็วในเวลาเพียงไม่กี่วินาที จึงเหมาะกับวัสดุที่ไวต่อความร้อน ขณะที่เครื่องอบแห้งแบบถาดและแบบอุโมงค์ใช้เวลาสัมผัสความร้อนนานกว่ามาก

2. 2. กฎของดูห์ริง (Dühring rule) ในการระเหยสารละลายมีประโยชน์ในการใช้งานใด

   • A. ใช้ประมาณจุดเดือดของสารละลายที่ความดันต่างๆ โดยเทียบความสัมพันธ์กับจุดเดือดของน้ำบริสุทธิ์ที่ความดันเดียวกัน ซึ่งคำนึงถึงผลของการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด (boiling point rise) จากตัวถูกละลาย
   • B. ใช้คำนวณพื้นที่ถ่ายเทความร้อนของเครื่องระเหยโดยตรง
   • C. ใช้คำนวณเลขเรย์โนลด์สของของเหลวที่ไหลในเครื่องระเหย
   • D. ใช้กำหนดชนิดของเครื่องอบแห้งที่เหมาะสมกับวัสดุ
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — ใช้ประมาณจุดเดือดของสารละลายที่ความดันต่างๆ โดยเทียบความสัมพันธ์กับจุดเดือดของน้ำบริสุทธิ์ที่ความดันเดียวกัน ซึ่งคำนึงถึงผลของการเพิ่มขึ้นของจุดเดือด (boiling point rise) จากตัวถูกละลาย

   แผนภูมิของดูห์ริงใช้ประมาณจุดเดือดของสารละลายที่ความเข้มข้นหนึ่งๆ ณ ความดันต่างๆ โดยอาศัยความสัมพันธ์เชิงเส้นโดยประมาณกับจุดเดือดของน้ำบริสุทธิ์ที่ความดันเดียวกัน ช่วยในการออกแบบเครื่องระเหยที่สารละลายมีผลทำให้จุดเดือดสูงขึ้นกว่าน้ำบริสุทธิ์

3. 3. ในการกลั่นแบบต่อเนื่อง การเพิ่มอัตราส่วนป้อนกลับ (reflux ratio) ให้สูงขึ้นโดยคงจำนวนชั้นสมดุล (equilibrium stages) เท่าเดิม จะมีผลอย่างไรต่อการแยกสาร

   • A. ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์กลั่นด้านบนและด้านล่างมีแนวโน้มดีขึ้น แต่ต้องใช้พลังงานในการให้ความร้อนและการควบแน่นมากขึ้น
   • B. ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์จะแย่ลงเสมอเนื่องจากของเหลวไหลกลับมากเกินไป
   • C. จำนวนชั้นสมดุลที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นเสมอเมื่อเพิ่มอัตราส่วนป้อนกลับ
   • D. ไม่มีผลใดๆต่อองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์เนื่องจากขึ้นกับความดันในหอกลั่นเท่านั้น
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์กลั่นด้านบนและด้านล่างมีแนวโน้มดีขึ้น แต่ต้องใช้พลังงานในการให้ความร้อนและการควบแน่นมากขึ้น

   การเพิ่มอัตราส่วนป้อนกลับทำให้เส้นปฏิบัติการเข้าใกล้เส้นทแยงมากขึ้น ส่งผลให้การแยกสารมีประสิทธิภาพดีขึ้นที่จำนวนชั้นเท่าเดิม แต่ต้องแลกกับภาระความร้อนที่รีบอยเลอร์และคอนเดนเซอร์ที่สูงขึ้น ข้อ C ผิดเพราะเมื่ออัตราส่วนป้อนกลับสูงขึ้น จำนวนชั้นที่ต้องการสำหรับการแยกเดียวกันจะลดลง ไม่ใช่เพิ่มขึ้น

4. 4. ข้อใดเป็นข้อได้เปรียบของการไหลแบบสวนทาง (counter-current flow) เมื่อเทียบกับการไหลแบบทางเดียวกัน (co-current flow) ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

   • A. การไหลสวนทางสามารถทำให้อุณหภูมิออกของของไหลเย็นสูงกว่าอุณหภูมิออกของของไหลร้อนได้ และให้ค่าผลต่างอุณหภูมิเฉลี่ย (LMTD) สูงกว่าเมื่อเงื่อนไขอื่นเท่ากัน
   • B. การไหลสวนทางทำให้ของไหลทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากันตลอดความยาวท่อ
   • C. การไหลสวนทางใช้พื้นที่ถ่ายเทความร้อนน้อยกว่าเสมอโดยไม่มีข้อจำกัดใด
   • D. การไหลสวนทางเหมาะสำหรับของไหลที่ไม่เปลี่ยนสถานะเท่านั้น
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — การไหลสวนทางสามารถทำให้อุณหภูมิออกของของไหลเย็นสูงกว่าอุณหภูมิออกของของไหลร้อนได้ และให้ค่าผลต่างอุณหภูมิเฉลี่ย (LMTD) สูงกว่าเมื่อเงื่อนไขอื่นเท่ากัน

   การไหลสวนทางให้ LMTD สูงกว่าภายใต้อุณหภูมิเข้า-ออกเดียวกัน จึงต้องใช้พื้นที่ถ่ายเทความร้อนน้อยกว่า และสามารถทำให้ของไหลเย็นออกมามีอุณหภูมิสูงกว่าของไหลร้อนออกได้ ซึ่งการไหลทางเดียวกันทำไม่ได้

5. 5. เมื่อเทียบกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อสองชั้น (double-pipe) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเชลล์แอนด์ทิวบ์ (shell-and-tube) มีข้อได้เปรียบหลักคือข้อใด

   • A. ให้พื้นที่ถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตรที่สูงกว่า เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการอัตราการถ่ายเทความร้อนมากในพื้นที่ติดตั้งจำกัด
   • B. มีโครงสร้างเรียบง่ายกว่าและไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดท่อ
   • C. ใช้ได้เฉพาะของไหลที่มีความหนืดต่ำมากเท่านั้น
   • D. ไม่สามารถใช้งานกับระบบที่มีความดันสูงได้
   ดูเฉลย

   คำตอบ: ข้อ A — ให้พื้นที่ถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตรที่สูงกว่า เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการอัตราการถ่ายเทความร้อนมากในพื้นที่ติดตั้งจำกัด

   เชลล์แอนด์ทิวบ์มีท่อจำนวนมากรวมอยู่ในเชลล์เดียว ทำให้พื้นที่ผิวถ่ายเทความร้อนต่อปริมาตรสูงกว่าท่อสองชั้นมาก เหมาะกับงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ส่วนข้อ C และ D ไม่ถูกต้องเพราะใช้ได้กว้างทั้งความหนืดและความดัน

ชุดซ้อมที่มีหัวข้อ Unit Operations

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

หัวข้ออื่นในแนวข้อสอบ กว.