2023年度 化学工学技士（基礎） A問題
※正答は不明
問題A1
メタンの選択率：SC2H4＝0.6/0.8＝0.75 よって 75％ a：(19)
反応器出口における物質流量
エタン：FC2H4＝100×0.8×（1-0.8）＝16mol・h^-1 b：(12)
エチレン：FC2H4＝100×0.8×0.6＝48mol・h^-1 c：(17)
メタン：FC2H4＝2×(64-48)＝32mol・h^-1 d：(16)
水素：48-16＝32mol・h^-1
不活性ガス：100×0.2＝20mol・h^-1
エチレンのモル分率：48/(16+48+32+32+20)＝0.32mol・mol^-1 e：(6)
問題A2
CO2排出速度[kg・h^-1] a：(2)
エネルギー消費速度[GJ・h^-1] b：(1)
年間エネルギー消費速度[GJ・年^-1] c：(1)
エネルギー供給の低炭素化 d：(4)
省エネルギー e：(1)
問題A3
1）
α＝P1vap/P2vap a：(2)
2）
α-1 b：(1)
3）
ln(100/L1)＝1/(2.49-1)×[ln(0.4/0.1)+2.49×ln{(1-0.1)/(1-0.4))}]＝1.6
よって 残留液：L1＝100/{e^(1.6)}＝20.2mol c：(2)
留出液：D＝100-20.2＝79.8mol d：(5)
残留液のベンゼン量：20.2×0.1＝2.0mol
留出液のベンゼン量：(100×0.4)-2.0＝38.0mol
留出液のベンゼン組成：xd＝38/79.8＝0.476 よって 47.6mol％ e：(3)
問題A4
重力：π/6・D^3ρpg a：(4)
※mpg＝ρpVg＝ρp・(π/6・D^3)・g
浮力：π/6・D^3ρg b：(4)
抗力：π/8・ρu^2CdD^2 c：(1)
※抗力：Fd＝Cd・(ρu^2/2)・A A＝π/4・D^2
Re＜2 の場合 Cd＝24/Re Re＝ρud/μ
Fd＝π/8・ρu^2・(μ/ρuD)・D^2＝π/8・μuD
よって 沈降速度uの1乗に比例する d：(3)
終末沈降速度：u＝(ρp-ρ)gD^2/18 よって 粒子径Dの2乗に比例する e：(5)
問題A5
A1＝8.0×5.0＝40m^2 A2＝8.0×2.0＝16m^2
A1u1＝A2u2 より 40u1＝16u2 よって u2＝2.5u1 a：(5)
gh1+u1^2/2＝gh2+u2^2/2 より 9.8×5.0+u1^2/2＝9.8×2.0+(2.5u1)^2/2
よって u1^2＝11.2 u1＝3.3m・s^-1 b：(1)
40×3.3＝16×u2 より u2＝8.3m・s^-1 c：(2)
流量：Q＝40×3.3＝132m^3・s^-1 d：(4)
問題A6
ΔTlm＝（T2-T1)/ln{(Tv-T1)/(Tv-T2)} a：(3)
UAΔTlm＝ωcp(T2-T1) よって T2＝Tv-(Tv-T1)×exp(-UA/ωcp) b：(3)
65＝110-(110-20)×exp(-UA/ωcp) より exp(-UA/ωcp)＝0.50
よって UA/ωcp＝0.69 c：(3)
2基並列より A'＝2A UA'/ωcp＝2UA/ωcp＝1.39
よって T2＝110-(110-20)×exp(-1.39)＝88℃ d：(3)
題意より A'＝2A ω'＝ω/2 U'＝h(ω'/ω)^0.8＝h(1/2)^0.8
U'A'/ω'cp＝(1/2)^0.8×2×(1/2)^-1×UA/ωcp＝1.59
よって T2＝110-(110-20)×exp(-1.59)＝92℃ e：(4)
問題A7
ln(P*)＝20.7936-2788.51/(368-52.36)＝12 よって P*＝156895Pa＝156.90kPa
ln(P*)＝20.9065-3096.52/(368-53.67)＝11 よって P*＝63578Pa＝63.58kPa
ベンゼンの分圧：p1＝156.90×x1 トルエンの分圧：63.58×x2
156.90×x1+63.58×(1-x1)＝101 よって x1＝0.401 e：(2) また x2＝1-0.401＝0.599
p1＝156.90×0.401＝62.91kPa p2＝101-62.91＝38.09kPa
y1＝62.91/101＝0.623 d：(4) また y2＝1-0.623＝0.377
Vy1+(100-V)x1＝Fz1 より V×0.623+(100-V)×0.401＝100×0.5
よって V＝44.6kmol・h^-1 c：(3)
K1＝0.623/0.401＝1.553 a：(4) K2＝0.377/0.599＝0.630 b：(2)
問題A8
1）
cp-cv＝R a：(2) より cp＝cv+R＝3.5R また 比熱比：γ＝cp/cv＝1.4
2）
T1/T2＝(P1/P2)^{(γ-1)/γ}＝(2/1)^{(1.4-1)/1.4}＝1.22
よって T2＝800/1.22＝656K b：(4)
仕事：W＝ncvΔT＝1×2.5×8.31×(800-656)＝2992J＝3.0kJ c：(4)
3）
W＝nRΔT＝1×8.31×(800-300)＝4155J＝4.2kJ d：(3)
内部エネルギー変化：ΔU＝ncvΔT＝1×2.5×8.31×(800-300)＝10388J＝10.4kJ e：(6)
問題A9
（1） × 分子間相互作用ない かつ 分子の大きさが無視できる
（2） × 層流 → 乱流
（3） × 低下 → 変化
（4） × 非圧縮性流体 かつ 非粘性流体
（5） ○
（6） ○
問題A10
-ra＝kCaCb Ca＝Ca0(1-xa)
Cb＝Ca0{Cb0/Ca0)-(b/a)xa}＝Ca0{(3×10^3)/(1×10^3)-(2/1)xa}＝Ca0(3-2xa)
-ra＝kCa0(1-xa)×Ca0(3-2xa)＝kCa0^2(1-xa)(3-2xa) a：(4)
τ＝V/ν0＝1.50/(4.00×10^-4)＝3750s b：(5)
τ＝Ca0xa/-ra＝Ca0xa/{kCa0^2(1-xa)(3-2xa)}＝0.5/{k×(1×10^3)×(1-0.5)(3-2×0.5)}
＝0.0005×1/k よって k＝1.33×10^-7mol^-1・s^-1・m^3 c：(3)
V/ν0＝0.75/{(1.33×10^-7)×(1×10^-3)×(1-0.75)(3-2×0.75)}＝15000s
よって V＝15000/(4.00×10^-4)＝6.00m^3 d：(9)
Fa＝Caν0＝1×10^3×(1-0.75)×(4.00×10^-4)＝0.100mol・s^-1 e：(1)
Fb＝Cbν0＝1×10^3×(3-2×0.75)×(4.00×10^-4)＝0.600mol・s^-1 f：(5)
Fc＝Ccν0＝1×10^3×0.75×(4.00×10^-4)＝0.300mol・s^-1 g:(4)
