化学工学技士(基礎)練習問題【化工のお部屋】

こんにちは。化工見習いです！

化学工学技士(基礎)の練習問題を随時ここに更新しようと思うので、過去問が解き終わって暇な方のみぜひトライしてみてください！

※あくまで練習問題で、対策問題ではないので、質は保証できません。。

また、詳しい解答は時間があれば作ります。

化工見習い

自作なので、あまり求めないで！笑

選択肢無し、電卓アリで解いてみて！答えは「+」ボタンを押して確認！

小問集合-○×

①圧縮因子とは${\displaystyle z=\frac{P{V}_m}{RT}}$で表される、無次元量である。

②温度差$\Delta T_1$,$\Delta T_2$が0以上の実数の時、算術平均温度差と対数平均温度差を比べると、前者の方が常に大きい。

③標準燃焼エンタルピーとは「ある標準状態の単体を1molの酸素で燃焼させたときのエンタルピー変化」である。

④物質Aについての反応速度が$-r_A=k{C}_A$で表される場合、この反応は一次反応である。

⑤エントロピー変化の求め方は$\Delta S=Q/T$である。

⑥重力場におけるストークスの終末沈降速度は、粒子径$D_p$の3乗に比例する。

⑦Fanning式によると圧力損失[Pa]は${\displaystyle \Delta P=4f\frac{v^2}{2}\frac{L}{D}}$で求められる。

⑧砂糖と塩では、砂糖の方がモル質量が大きいため、同じモル数だけ溶媒に加えると砂糖の方が凝固点降下度が大きい。

⑨大気圧において、エタノール-水系は共沸するが、エタノール-ベンゼン系は共沸しない。

量論

原子量はH=1,N=14,O=16とし、気体はすべて理想気体とする。

問.1　25 ℃での窒素分子の密度[kg/m^3]を求めよ。

問.2　水素ガスと酸素ガスをモル比1:5で混合させて混合ガスSを得た。この混合ガスSの比熱[J/kg･K]を求めよ。水素分子と酸素分子の比熱をそれぞれCp,h[J/kg･K],Cp,o[J/kg･K]とする。

熱力学

問.1　理想気体の断熱変化において、$P{V}^{\mathrm{①}}=\mathrm{一}\mathrm{定}$である。この①は②と呼ばれ、③と④の比をとったものである。また、マイヤーの関係式では$\mathrm{④}-\mathrm{③}=\mathrm{⑤}$と示されており、これらから、④と③をそれぞれ①と⑤を用いて表すと、$\mathrm{④}=\mathrm{⑥}\times \mathrm{⑤}$,$\mathrm{③}=\mathrm{⑦}\times \mathrm{⑤}$となる。

問.2　$P{V}^m=\mathrm{一}\mathrm{定}$($1<m<\gamma$)である変化を①変化という。この①変化において、圧力を16倍にすると、体積は②倍になる。②が0.1のとき、m=③である(ただしlog2=0.3とする)。また、m=③の場合で圧力を10倍にすると、温度は④倍になる。

伝熱論

問1.　対流伝熱の伝熱量$Q=hA\Delta T$,伝導伝熱の伝熱量${\displaystyle Q=\frac{kA}{L}\Delta T}$である。空気1|壁|空気2の熱移動を考える。左から順に$T_1$(空気1バルク温度),$T_2$(空気1側の壁面温度),$T_3$(空気2側の壁面温度),$T_4$(空気2バルク温度)とする($T_1>T_2>T_3>T_4$)。

このとき定常状態で空気1,2と壁との熱伝達率$h_1$,$h_2$,壁の長さ$L$,壁の熱伝導率$k$,伝熱面積はすべて$A$とすると、伝熱量$Q=\mathrm{①}=\mathrm{②}=\mathrm{③}$と表せる。これより、${\displaystyle T_1-T_4=\frac{Q}{A}\times \mathrm{④}}$と表すことができ、④は全体の熱抵抗を意味する。

問.2　

反応工学

A→Bの液相反応について。

問.1　Aの反応速度は${\displaystyle -r_A=-\frac{d{C}_A}{dt}=k{C}_A^{n_A}}$で表されるとする。$n_A=0,1,2$での半減期$\tau$の初期濃度$C_{A0}$依存性についてそれぞれ求めよ。

問.2　反応速度定数$k$(単位は1/s)の逆数がちょうど時刻tと同じになるときの濃度$C_A$を$C_{A0}$を用いて表せ。

問.3　PFRにAを流入させ、反応させた。$n_A$は0以上の整数として、空間時間$\tau$を転化率$x_A$,$k$,$C_{A0}$を用いて表せ。

物質移動論

問.1　2成分系において物質の液相モル分率と、気相モル分率の関係を${\displaystyle y_A=\frac{{\alpha }_{AB}{x}_A}{1+({\alpha }_{AB}-1)x_A}}$と表せる時(${\alpha }_{AB}>1$)、この${\alpha }_{AB}$を①という。また成分A,Bが純粋で存在するときの飽和蒸気圧$P_A^{\ast }$と$P_B^{\ast }$を用いて${\displaystyle \mathrm{①}=\frac{\mathrm{②}}{\mathrm{③}}}$とも表すことができる。分離条件(塔底組成,塔頂組成,原料組成)を固定すると、より${\alpha }_{AB}$が大きい方が分離必要段数は④(多く･少なく)なる。

問2.　A(低沸点成分),B(高沸点成分)の2成分を混合して常圧蒸留すると、低沸点成分であるAが①から、高沸点成分であるBが②から得られる。この2成分系を蒸留すると、液相組成と気相組成が同じになるような組成が見つかった。この現象を③という。この③組成における沸点が、A,B成分の沸点より低い場合、この系を④系といい、逆にA,Bの沸点より高い場合、この系を⑤系という。④では、③組成よりA成分が少ない組成液を原料として多段蒸留すれば、③組成の混合物が⑥から、⑦(AorB)が⑧から得られる。