IEK 213 MASS TRANSFER AND SEPARATION PROCESSES [PROSES PEMINDAHAN JISIM DAN PROSES PEMISAHAN]

Similar documents
IEK 213 MASS TRANSFER AND SEPARATION PROCESSES [PROSES PEMINDAHAN JISIM DAN PROSES PEMISAHAN]

IEK 212 PROCESS HEAT TRANSFER [PEMINDAHAN HABA PROSES]

IEK PROCESS HEAT TRANSFER [PEMINDAHAN HABA PROSES]

REG 363 Site Investigation (Kajian Tapak)

IEK 108 PROCESS FLUID MECHANICS [MEKANIK BENDALIR PROSES]

EAS 663/4 Dynamics and Stability of Structures EAS 663/4 Dinamik dan Kestabilan Struktur

EME 411 Numerical Methods For Engineers [Kaedah Berangka Untuk Jurutera]

IEK 108 PROCESS FLUID MECHANICS [MEKANIK BENDALIR PROSES]

EMH 451 Numerical Methods For Engineers [Kaedah Berangka Untuk Jurutera]

MAT 101 Calculus [ Kalkulus]

MAA Calculus for Science Students I [Kalkulus untuk Pelajar Sains I]

MAT Calculus [Kalkulus]

MSG 389 Engineering Computation II [Pengiraan Kejuruteraan II]

MAT 111 Linear Algebra [Aljabar Linear]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. CCS511 Evolutionary Computing [Perkomputeran Berevolusi]

MSG 389 Engineering Computation II [Pengiraan Kejuruteraan II]

INSTRUCTION: This section consists of FOUR (4) structured questions. Answer ALL questions.

EEE 208 TEORI LITAR II

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA

IMK 308 Food Preservation Principles [Prinsip Pengawetan Makanan]

MAA 101 Calculus for Science Students I [Kalkulus untuk Pelajar Sains I]

EEM 423 KEJURUTERAAN KEBOLEHPERCAYAAN

EAS151 Statics and Dynamics [Statik dan Dinamik]

EME 451/3 Computational Fluid Dynamics Pengkomputeran Dinamik Bendalir

DCC5143: FLUID MECHANICS

KFT 232 Physical Chemistry II [Kimia Fizik II]

(Kertas soalan ini mengandungi 3 soalan dalam 11 halaman yang bercetak) (This question paper consists of 3 questions on 11 printed pages)

IEK 304E - Noise and Sound Control Technology [Peralatan Pengolahan Hingar din Bunyi]

MSG 389 Engineering Computation II [Pengiraan Kejuruteraan II]

MAT 223 DIFFERENTIAL EQUATIONS I [Persamaan Pembezaan I]

MAT 111 Linear Algebra [Aljabar Linear]

ESA 367/2 Flight Stability & Control I Kestabilan & Kawalan Penerbangan I

MAT 101 Calculus [ Kalkulus] Duration : 3 hours [Masa : 3 jam]

EKC 511 Advanced Separation Process

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA

MSS 317 Coding Theory [Teori Pengekodan]

MAT 222 Differential Equations II [Persamaan Pembezaan II]

MAA 111 Algebra for Science Students [Aljabar untuk Pelajar Sains]

MAT 518 Numerical Methods for Differential Equations [Kaedah Berangka untuk Persamaan Pembezaan]

EAH 221/3 Fluid Mechanics For Civil Engineers [Mekanik Bendalir Untuk Jurutera Awam]

CPT115 Mathematical Methods for Computer Sciences [Kaedah Matematik bagi Sains Komputer]

KOT 222 Organic Chemistry II [Kimia Organik II]

EEU 104 TEKNOLOGI ELEKTRIK

EAK 263/4 Geomatic Engineering [Kejuruteraan Geomatik]

MSG 356 Mathematical Programming [Pengaturcaraan Matematik]

...2/- IEK Penghitungan Proses Kimia UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. Mac Peperiksaan Semester Kedua Sidang Akademik 2004/2005.

MAT 263 Probability Theory [Teori Kebarangkalian]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. CCS513 Computer Vision and Image Analysis [Penglihatan Komputer dan Analisis Imej]

ESA 368/3 High Speed Aerodynamics Aerodinamik Berkelajuan Tinggi

KOT 222 Organic Chemistry II [Kimia Organik II]

EMH 211 Thermodynamics [Termodinamik]

MAT111 Linear Algebra [Aljabar Linear]

EAA211 Engineering Mathematics for Civil Engineers [Matematik Kejuruteraan untuk Jurutera Awam]

KAT 347 Electroanalytical Methods [Kaedah Elektroanalisis]

EMM 101/3 Engineering Mechanics [Mekanik Kejuruteraan]

SULIT 3472/1 MAJLIS PENGETUA SEKOLAH-SEKOLAH MALAYSIA (MPSM) CAWANGAN KELANTAN PEPERIKSAAN PERCUBAAN SPM TINGKATAN LIMA

EMH 211 Thermodynamics [Termodinamik]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. CIT562 Bioinformatics Computing [Perkomputeran Bioinformatik]

IUK 191E - Mathematic I [Matematik I]

Jawab soalan mengikut arahan yang diberikan dalam setiap bahagian. Questions should be answered according to the instructions given in each section.

SULIT 3472/1. Nama:.. Tingkatan: 3472/1 NO. KAD PENGENALAN Matematik Tambahan PROGRAM PENINGKATAN PRESTASI SAINS DAN MATEMATIK 2009

IWK 302 Wood Engineering [Kejuruteraan Kayu]

SCES2242/ SCES2434 : KIMIA POLIMER/ KIMIA POLIMER I POLYMER CHEMISTRY/ POLYMER CHEMISTRY I

MSG Engineering Computation II [Pengiraan Kejuruteraan II]

JJ309 : FLUID MECHANICS

IUK 107 CHEMISTRY FOR TECHNOLOGIST [KIMIA UNTUK TEKNOLOGIS]

INSTRUCTION: This section consists of FOUR (4) structured questions. Answer ALL questions.

SCES2242/ SCES2434/SIC2005 : KIMIA POLIMER/ KIMIA POLIMER I POLYMER CHEMISTRY/ POLYMER CHEMISTRY I

ESA 382/3 Spacecraft Subsystem Design Rekabentuk Subsistem Kapal Angkasa

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. CPT115 Mathematical Methods for Computer Science [Kaedah Matematik bagi Sains Komputer]

INSTRUCTION: This section consists of SIX (6) structured questions. Answer FOUR (4) questions only.

-1- UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. Second Semester Examination Academic Session 2009/2010. April/May 2010

ZCT 104E/3 - Fizik IV (Fizik Moden)

IWK 302 WOOD ENGINEERING [KEJURUTERAAN KAYU]

IMG 222- FOOD MICROBIOLOGY II [MIKROBIOLOGI MAKANAN II]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. EAG 245/3 Soil Mechanics [Mekanik Tanah]

ESA 380/3 Orbital Mechanics [Mekanik Orbit]

JANGAN BUKA KERTAS SOALAN INI SEHINGGA DIBERITAHU

Jawab soalan mengikut arahan yang diberikan dalam setiap bahagian. Questions should be answered according to the instructions given in each section.

EMM 213 Strength of Materials [Kekuatan Bahan]

MAT Linear Algebra [Aljabar Linear]

INSTRUCTION: This section consists of SIX (6) structured questions. Answer FOUR (4) questions only.

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA EEE 354 SISTEM KAWALAN DIGIT

IWK 302 WOOD ENGINEERING [KEJURUTERAAN KAYU]

MGM 531 Euclidean Geometry [Geometri Euklidan]

MAT 100 Foundation Mathematics [Asas Matematik]

ESA 380/3 Orbital Mechanics Mekanik Orbit

INSTRUCTION: This section consists of TWO (2) structured questions. Answer ALL questions.

ESA 343/2 Aircraft Aerodynamics [Aerodinamik Pesawat]

MSG 327 Mathematical Modelling [Matematik Pemodelan]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA EEM 352 REKABENTUK MEKATRONIK II

Kertas soalan ini mengandungi dua bahagian, Bahagian A dan Bahagian B. This paper contains two sections, Section A and Section B.

MAT 202 Introduction to Analysis [ Pengantar Analisis]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA. CCS511 Evolutionary Computing [Perkomputeran Berevolusi]

PANITIA BIOLOGI DAERAH SEPANG PEPERIKSAAN PERCUBAAN SIJIL PELAJARAN MALAYSIA BIOLOGI KERTAS 3 Satu jam tiga puluh minit

BST 203/3 Population and Community Ecology [Ekologi Populasi dan Komuniti]

EPP 322 Advanced Manufacturing Process [Proses Pembuatan Termaju]

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA

MST 562 Stochastic Processes [Proses Stokastik]

EAS 254E/3 Structural Analysis (Analisis Struktur)

Transcription:

UNIERSITI SAINS MALAYSIA Second Semeter Examination 2010/2011 Academic Seion April/May 2011 IEK 213 MASS TRANSFER AND SEPARATION PROCESSES [PROSES PEMINDAHAN JISIM DAN PROSES PEMISAHAN] Duration: 3 hour Maa: [3 jam] Pleae check that thi examination paper conit of FOURTEEN page of printed material before you begin the examination. [Sila patikan bahawa kerta peperikaan ini mengandungi EMPATBELAS muka urat yang bercetak ebelum anda memulakan peperikaan ini.] Intruction: Anwer FIE quetion. You may anwer the quetion either in Bahaa Malayia or in Englih. [Arahan: Jawab LIMA oalan. Anda dibenarkan menjawab oalan ama ada dalam Bahaa Malayia atau Bahaa Inggeri.] In the event of any dicrepancie, the Englih verion hall be ued. [Sekiranya terdapat ebarang percanggahan pada oalan peperikaan, veri Bahaa Inggeri hendaklah diguna pakai.] 2/-

- 2 - Anwer any FIE quetion 1. Anwer any TWO of the following: (a) An air-water gaeou mixture at 55 o C ha a wet-bulb temperature of 30 o C. From the pychrometric chart provided,determine i) humidity ii) molar humidity iii) percentage humidity iv) aturation humidity v) dew point vi) humid heat vii) humid volume viii) total enthalpy (50 mark) (b) Dicu about packing and packed tower ued in ga aborption procee. (50 mark) (c) Give brief account of i) Type of adorption iotherm ii) Langmuir iotherm: q e = q max k L C e /(1 + k L C e ) iii) Freundlich iotherm: q e = k F C e 1/n iv) Breakthrough curve v) Peudo-firt and peudo-econd order kinetic model: ln (q e q t ) = ln q e k 1 t t/q t = 1/(k 2 q e 2 ) + t/q e (50 mark) 2. The ga CO 2 i diffuing at teady tate through a tube 0.20 m long having a diameter of 0.01 m and containing N 2 (non-diffuing) at 298 K. The total preure i contant at 101.32 kpa. The partial preure of CO 2 at one end i 456 mm Hg and 76 mm Hg at the other end. The diffuivity D AB i 1.67 x 10-5 m 2 / at 298 K. Calculate the flux of CO 2 through N 2. (a) 1 atm = 760 mm Hg, R = 8,314 N.m/kmol.K N A = p t D AB (p A1 p A2 )/(RTzp B,m ) (40 mark) 3/-

- 3 - (b) A dilute lurry contain mall olid food particle having a diameter of 0.05 mm which are to be removed by centrifugation. The olid denity i 1050 kg/m 3 and the liquid denity i 1000 kg/m 3. The vicoity of the liquid i 1.2 x 10-3 Pa.. A centrifuge rotating at 3000 rpm i to be ued. The bowl dimenion are b = 100.1 mm, r 1 = 5.00 mm, and r 2 = 10.0 mm. Calculate the expected flow rate in m 3 / jut to remove thee particle. Given the reidence time t t = 18 ln(r 2 /r 1 )/[ 2 D 2 p ( p - )] (60 mark) 3. A aturated liquid feed of 200 mol/h at the boiling point containing 42 mol% heptane and 58 % ethyl benzene i to be fractionated at 101.32 kpa to give a ditillate containing 97 mol% heptane and a bottom containing 1.1 mol% heptane. The reflux ratio ued i 2.5. Equilibrium data of the ytem are given below. (a) Calculate the mol/h of the ditillate and bottom. (b) Determine uing McCabe-Thiele graphical method the theoretical number of tray and the feed tray number. x H 0.0 0.08 0.25 0.485 0.790 1.00 y H 0.0 0.23 0.514 0.730 0.904 1.00 y n+1 = R D x F /(R D + 1) + x D /(R D + 1) y = -qx/(1 q) + x F /(1 q) (100 mark) 4. A mixture of 40 mol% benzene with toluene i ditilled in a column to give a ditillate of 95 mol% benzene and a bottom of 5 mol% benzene. The feed i upplied to the column a liquid at it boiling point. Equilibrium data of the ytem are given below. (a) Determine the minimum number of plate; (b) Determine the minimum reflux ratio; (c) If the reflux ratio i 4.0, determine the number of plate required and the poition of the feed uing McCabe-Thiele method. x b 0.0 0.13 0.26 0.41 0.58 0.78 1.00 y b 0.0 0.26 0.46 0.63 0.78 0.90 1.00 (100 mark) 4/-

- 4 5. (a) For filtration through a clean filter cloth, the flowrate can be related proportionally to the preure drop acro the cloth and the face area of the cloth. The flowrate i alo inverely proportional to the thickne of the cloth. Derive the general filtration equaiton that can ued graphically to calculate the pecific cake reitance and the medium reitance when the cloth i filtering a upenion in a plate and frame filter pre. Aume contant preure filtration and the cake i incompreible. (40 mark) (b) The equation derived in 5(a) ha to be modified ince the operating preure ha to be increaed gradually until a truly contant preure period i achieved. The new equation take the form: t t C( 2A 2 P ) Rm A P where t and are the actual tarting time and tarting volume repectively for contant preure filtration. (All ymbol repreent the typical parameter for contant preure filtration). Filtration tet were carried out with a plate and frame filter pre under the following condition: Solid: ρ = 2710 kg/m 3 Liquid: water at 20 o C μ = 0.001 N/m 2 Supenion: concentration = 10 kg/m 3 Filter: plate and frame pre, 1 frame, dimenion 430 x 430 x 30 mm (the actual cake thickne can be bigger by 5 mm becaue of a rece in the plate). 5/-

- 5 Data for the filtration experiment Table 1: Data from filtration experiment 10-5 Δp, N m -2 t,, m 3 0.4 447 0.04 0.5 851 0.07 0.7 1262 0.10 0.8 1516 0.13 1.1 1886 0.16 1.3 2167 0.19 1.3 2552 0.22 1.3 2909 0.25 1.5 3381 0.28 1.5 3686 0.30 1.5 4043 0.32 1.5 4398 0.34 1.5 4793 0.36 1.5 5190 0.38 1.5 5652 0.40 1.5 6117 0.42 1.5 6610 0.44 1.5 7100 0.46 1.5 7608 0.48 1.5 8136 0.50 1.5 8680 0.52 1.5 9256 0.54 The frame wa full of cake at = 0.56m 3 Ue the information given to determien the pecific cake reitance and the medium reitance. (60 mark) 6. (a) Drying of different olid will often how in general two major part of the drying rate curve, i.e. the contant-rate period and the falling-rate period. In relation to the drying proce explain briefly regarding i) the contant-rate period ii) the falling-rate period iii) the free moiture content iv) the critical free moiture content (20 mark) 6/-

- 6 (b) The drying rate, R, can be calculated uing the following equation R = L A dx dt where R i the drying rate (kg H 2 O/h.m 2 ) L weight of dry olid (kg) A expoed urface area for drying (m 2 ) Ue thi equation to derive an equation for calculating the time of drying for a contant rate period. (20 mark) (c) A batch of wet olid whoe drying rate curve are hown in Appendix 1, i to be dried from a free moiture content of X 1 = 0.38 kg H 2 O/kg dry olid to X 2 = 0.04 kg H 2 O/kg dry olid. The weight of the dry olid i L = 399 kg and urface area for drying i 18.58m 2. Calculate the drying time. (60 mark) 7/-

- 7 - Jawab ebarang LIMA oalan. 1. Jawab ebarang DUA oalan di bawah: (a) Satu campuran ga udara-air pada 55 o C mempunyai uhu bebuli baah 30 o C. Dengan menggunakan carta ikrometrik yang diberi, tentukan i) kelembapan ii) kelembapan molar iii) kelembapan peratuan iv) kelembapan tepu v) takat embun vi) haba lembab vii) iipadu lembab viii) entalpi total (50 markah) (b) Bincangkan konep pengala dan menara berii yang digunakan dalam proe penyerapan ga. (50 markah) (c) Huraikan i) jeni ioterm penjerapan ii) ioterm Langmuir: q e = q max k L C e /(1 + k L C e ) iii) ioterm Freundlich: q e = k F C e 1/n iv) lengkung bulu v) model kinetik tertib peudo-pertama dan tertib peudo-kedua ln (q e q t ) = ln q e k 1 t t/q t = 1/(k 2 q e 2 ) + t/q e (50 markah) 2. (a) Ga CO 2 mereap pada keadaan mantap menerui atu tiub yang mempunyai panjang 0.20 m dan diameter 0.01 m yang mengandungi N 2 (tidak mereap) pada 298 K. Jumlah tekanan ialah malar pada 101.32 kpa. Tekanan epara bagi CO 2 di atu hujung ialah 456 mm Hg dan 76 mm Hg di hujung yang lain. Kereapan D AB ialah 1.67 x 10-5 m 2 / pada 298 K. Hitungkan fluk CO 2 menerui N 2. 1 atm = 760 mm Hg, R = 8,314 N.m/kmol.K N A = p t D AB (p A1 p A2 )/(RTzp B,m ) (40 markah) 8/-

- 8 - (b) Satu buburan cair mengandungi zarah makanan pepejal kecil yang mempunyai diameter 0.05 mm. Zarah pepejal terebut akan dipecatkan melalui pengemparan. Ketumpatan pepejal ialah 1050 kg/m 3 dan ketumpatan cecair ialah 1000 kg/m 3. Kelikatan cecair ialah 1.2 x 10-3 Pa.. Satu alat pengempar yang memutar pada 3000 rpm akan digunakan. Ukuran pengempar ialah b = 100.1 mm, r 1 = 5.00 mm, dan r 2 = 10.0 mm. Hitungkan kadar aliran dijangkakan, dalam unit m 3 /, untuk memecatkan zarah-zarah terebut. Diberi maa matautinan: t t = 18 ln(r 2 /r 1 )/[ 2 D 2 p ( p - )] (60 markah) 3. Satu uap cecair tepu pada 200 mol/h dan takat didih yang mengandungi 42 mol% heptana dan 58% benzena akan diulungkan pada 101.32 kpa.untuk mengeluarkan hail ata yang mengandungi 97 mol% heptana dan hail bawah yang mengandungi 1.1 mol% heptana. Nibak refluk ialah 2.5. Data keeimbangan adalah diberi di bawah. (a) Hitungkan kadar hail ata dan hail bawah dalam unit mol/h; (b) Dengan menggunakan kaedah grafik McCabe-Thiele tentukan bilangan dulang teoreti dan kedudukan dulang uap. x H 0.0 0.08 0.25 0.485 0.790 1.00 y H 0.0 0.23 0.514 0.730 0.904 1.00 y n+1 = R D x F /(R D + 1) + x D /(R D + 1) y = -qx/(1 q) + x F /(1 q) (100 markah) 4. Satu campuran yang mengandungi 40 mol% benzena dengan toluena diulingkan di dalam atu turu penyulingan untuk mengeluarkan hail ata yang mengandungi 95 mol% benzena dan hail bawah yang mengandungi 5 mol% benzena. Campuran terebut diuapkan ke dalam turu dalam bentuk cecair pada takat didih. Data keeimbanagan item terebut adalah diberi di bawah. (a) tentukan bilangan plat minimum; (b) Tentukan nibah refluk minimum; 9/-

- 9 - (c) Jikan nibah refluk ialah 4.0, tentukan bilangan plat yang dikehendaki dan kedudukan uap dengan menggunakan kaedah McCabe-Thiele. x b 0.0 0.13 0.26 0.41 0.58 0.78 1.00 y b 0.0 0.26 0.46 0.63 0.78 0.90 1.00 (100 markah) 5. (a) Untuk penuraan melalui kain tura berih, kadar aliran boleh dikaitkan ecara berkadar teru dengan jatuhan tekanan merentai kain dan juga dengan lua permukaan kain. Kadar aliran juga berkadar ongang dengan tebal kain. Terbitkan peramaan umum penuraan yang boleh digunakan ecara grafik untuk mengira rintangan kek khuu dan rintangan medium apabila berlaku penuraan uatu ampaian dengan menggunakan penura tekan jeni plat dan kerangka. Andaikan penuraan pada tekanan malar dan kek tak termampatkan. (40 markah) (b) Peramaan yang diterbitkan dalam bahagian 5 (a) perlu diubahuai kerana tekanan ketika operai perlu ditingkatkan ecara beranur-anur ehingga tempoh tekanan mantap hakiki diperolehi. Peramaan baru itu dituli eperti berikut: t t C( 2A 2 P ) Rm A P t dan maing-maing merupakan maa mula dan iipadu mula ebenar untuk penuraan tekanan malar. (Semua imbol mewakili parameter-parameter yang lazim untuk penuraan tekanan malar). Ujikaji penuraan telah dilakanakan dengan menggunakan penura tekan jeni plat dan kerangka menurut keadaan berikut: Pepejal: ρ = 2710 kg/m 3 Cecair: air pada 20 o C μ = 0.001 N/m 2 Ampaian: kepekatan = 10 kg/m 3 Penura: jeni tekan plat dan kerangka, 1 kerangka dimeni 430 x 430 x 30 mm (tebal kek ebenar boleh lebih ehingga 5 mm kerana terdapat ruang pada plat). 10/-

- 10 - Data untuk ujikaji terebut dicatat eperti berikut. Jadual 1: Data ujikaji penuraan 10-5 Δp, N m -2 t,, m 3 0.4 447 0.04 0.5 851 0.07 0.7 1262 0.10 0.8 1516 0.13 1.1 1886 0.16 1.3 2167 0.19 1.3 2552 0.22 1.3 2909 0.25 1.5 3381 0.28 1.5 3686 0.30 1.5 4043 0.32 1.5 4398 0.34 1.5 4793 0.36 1.5 5190 0.38 1.5 5652 0.40 1.5 6117 0.42 1.5 6610 0.44 1.5 7100 0.46 1.5 7608 0.48 1.5 8136 0.50 1.5 8680 0.52 1.5 9256 0.54 Kerangka penuh pada iipadu = 0.56m 3 Guna maklumat yang telah diberi untuk menentukan nilai rintangan kek khuu dan rintangan medium. (60 markah) 6. (a) Pengeringan pelbagai pepejal lazimnya akan menunjukkan ecara am dua bahagian utama lengkung kadar pengeringan yakni tempoh kadar-malar dan tempoh kadar-jatuh. Berkaitan dengan proe pengeringan jelakan ecara ringka tentang i) tempoh kadar-malar ii) tempoh kadar-jatuh iii) kandungan lembapan beba iv) kandungan lembapan beba genting (20 markah) 11/-

- 11 - ]IEK 213] (b) Kadar pengeringan, R, boleh dikira dengan menggunakan peramaan berikut: R = L A dx dt R ialah kadar pengeringan (kg H 2 O/h.m 2 ) L berat pepejal kering (kg) A lua permukaan terdedah untuk pengeringan (m 2 ) Gunakan peramaan ini untuk menerbitkan uatu peramaan bagi pengiraan maa pengeringan dalam tempoh kadar malar. (20 markah) (c) Sekelompok pepejal baah yang lengkung-lengkung pengeringannya ditunjukkan di dalam Apendik 1, perlu dikeringkan dari kandungan lembapan beba X 1 = 0.38 kgh 2 O/kg pepejal kering ehingga X 2 = 0.04 kg H O/kg pepejal kering. Berat pepejal kering ialah L = 399 kg dan lua permukaan untuk pengeringan ialah 18.58 m 2. Kira maa pengeringan. (60 markah) 12/-