Etiket Arşivleri: HAZIRLIK SORULARI

Kütle ve Enerji Denklikleri Dersi – Çalışma Soruları I ( Prof. Dr. Ayhan TOPUZ )

HAZIRLIK SORULARI 1

1. Portakal suyu üretimi amacıyla 1000 kg %12 kuru maddeli portakal suyu kaba liflerden arındırmak amacıyla süzülmekte ve 800 kg süzüntü evaporatörde % 58 kuru maddeye kadar konsantre edilmektedir. Süzme işleminde ayrılan 200 kg pulplu meyve suyu ise evaporatörü bypass ederek konsantre portakal suyu ile karıştırılmaktadır. Elde edilen bu ürünün kuru maddesi % 42dir. Bu bilgiler doğrultusunda bypass edilen meyve suyunun kuru madde konsantrasyonunu hesaplayınız. ( Önce tüm proses için toplam kütle balansı ve kuru madde balansı yapınız. Daha sonra evaporatörde ve karıştırıcıda toplam kütle ve kuru madde balansı yapınız.) Cevap: Pulplu meyve suyunun kuru maddesi % 34.2 2. Sodyum fosfat (Na PO .12H O). kristali üretmek amacıyla iz miktarda safsızlık içeren % 3 4 2 5,6’lık sodyum fosfat çözeltisi kullanılmaktadır. Bu solüsyon evaporatörde % 35 sodyum fosfat içeriğine kadar konsantre edildikten sonra 293 K sıcaklığa soğutulmakta ve kristalizatöre gönderilmektedir. Burada kristal ve kristalize olamayan solüsyon birbirinden ayrılmaktadır. Ayrılan bu solüsyonun 1/10’unu safsızlıkların uzaklaştırılması amacıyla atılmakta geri kalan kısmı ise evaporatöre geri gönderilmektedir. Sodyum fosfatın 293 K’de suda çözünebilirliği % 9,91dir. Bu bilgiler doğrultusunda 1000 kg/h sodyum fosfat kristali üretmek için gerekli besleme solüsyonu miktarını ve evaporatörde uzaklaştırılan suyun hızını hesaplayınız. Cevap: Besleme solüsyonunun miktarı 7771 kg/h, evaporatörde uzaklaştırılan su miktarı 6739 kg/h. 3. Gıdaların balık proteini ile zenginleştirilmesi amacıyla balık tozu üretilmektedir. Bu amaçla balık yağı ekstrakte edilerek % 80 su içerikli balık püresi elde edilmektedir. Bu ıslak püre döner tamburlu kurutucu (rotary drum dryer)’da %40 su içeriğine kadar kurutulduktan sonra öğütülerek paketlenmektedir. Bu ürünün %18 yağ içerikli balıktan üretildiği varsayıldığında saatte 1000 kg ürün üretmek için gerekli ıslak püre miktarını ve balık miktarını hesaplayınız. Cevap: Islak püre miktarı 3000 kg/h, balık miktarı 3658,5 kg/h 4. Reçel üretiminde %14 çözünür kurumadde içeriğindeki meyve, şeker (1.22 kg şeker/ 1 kg meyve) ve pektin (0.0025 kg pektin / 1 kg meyve) karıştırıldıktan sonra karışımın çözünür kurumaddesi %67 olana kadar açık kazanda pişirilmektedir. 1000 kg meyve için formülasyona giren toplam karışım, şeker ve pektin miktarını bulunuz. Üretilen reçel ve uçurulan su miktarını hesaplayınız. Cevap: 2222.5 kg karışım miktarı 189 kg su uçurulmaktadır 2033.5 kg reçel üretilmektedir. 5. %15 nem içeren katı bir madde %7 nem içeriğine kadar kurutulmak isteniyor. Kurutmada kullanılan hava, taze hava (0.01 kg su/kg kuru hava) ile kurutmadan dönen havanın (0.1 kg su/kg kuru hava) karışımından oluşmaktadır. Bu havanın nem içeriği 0.03 kg su/kg kuru hava olduğu bilindiğine göre 100 kg/h hammade girdisi olan kurutma sisteminin saatte kuruttuğu ürün miktarını, sisteme giren taze hava ve geri dönen havanın debisini bulunuz. Cevap:95.6 kg/h kuru hava (Taze hava)

27.3 kg/h geri dönen hava debisi 91.4 kg/h ürün debisi 6. Soya unu üretimi için 10 000 kg soya fasulyesi (%35 protein, %27.1 karbonhidrat, %9.4 ham lif ve kül, %10.5 nem ve %18 yağ) preslenerek yağ içeriği %6’ya düşürülmektedir. Daha sonra geri kalan yağın %5.5 i’de hegzan ile uzaklaştırılmaktadır. Kalan kısmın nemi %8’ e düşürüldükten sonra öğütülmektedir. Preslemen sonra kalan posa miktarını, hegzan ekstraksiyonundan sonra kalan posa miktarını ve son ürünün % protein miktarını bulunuz. Cevap: 8723 kg, 8241 kg ve %44.8 7. Bir meyve suyu işletmesinde işlenen elmalardan kurumadde içeriği %9.5 olan taze elma suyu elde edilmektedir. Buna %68 KM içeren elma suyu konsantresi ilave edilerek KM içeriği %11’e ayarlanmak istenmektedir. %9.5 KM içeren 7500 L elma suyuna ilave edilmesi gereken konsantrenin miktarını, kütle ve hacim olarak hesaplayınız. (ρ=1.03804 kg/L) Cevap:204.88 kg / 153.5 L elma suyu konsantresi, 8. Bir borudan hava akmaktadır. Bu boru içine 10 mol/h lık sabit debi ile karbondioksit katılmaktadır. Tam karışımın oluştuğu noktada karışım içinde hacimsel olarak %8 CO 2 bulunduğu saptandığına göre, a. Boru içinde akan havanın debisini, (Cevap: 115.5 mol/h) b. Boru içinden akan oksijenin debisini hesaplayınız. (Cevap: 0.773 kg/h) 9. Bir şeker fabrikasında %20’lik şeker çözeltisi %60’lık oluncaya kadar buharlaştırılmaktadır. Bu fabrika 24 saatte 100 ton şeker üretmekte olduğuna göre, bir günde buharlaştırılan su kütlesini hesaplayınız. (Cevap: 333 ton su/gün)

Kaynak: http://gida.muhfak.akdeniz.edu.tr/_dinamik/31/376.pdf

Kütle ve Enerji Denklikleri Dersi Hazırlık Soruları ( Prof. Dr. Ayhan TOPUZ )

KÜTLE VE ENERJİ DENKLİKLERİ DERSİ HAZIRLIK SORULARI

1. %30’luk potasyum nitrat çözeltisi 1000kg/sa debi ile bir buharlaştırıcıya girerek burada geri dönüş yapan çözelti ile karıştırılmaktadır ve saatte 596 kg su buharlaştırılmaktadır. Böylece 80°C’de doygun potasyum nitrat çözeltisi elde edilmektedir. Bu çözelti bir kristalizatöre girerek burada 30°C’ye kadar soğutulmaktadır. Bu işlem sonunda bir miktar potasyum nitrat kristal halinde ayrılmaktadır. Arta kalan çözeltinin bir miktar kısmı temizlik amacıyla dışa atılmakta, kalan çözeltiye geri dönüş yapmaktadır. (Çözünürlükler 30°C : 45.8 kg KNO /100 kg su 80°C: 169kg KNO /100 kg su) 3 3 a. Bir saatte geri dönüş yapan çözelti kütlesini (cevap: 147 kg) b. Bir saatte elde edilen potasyum nitrat kütlesini (cevap: 253 kg NO ) 3 c. Bir saatte dışa atılan çözelti kütlesini hesaplayınız (cevap: 151 kg) 2. Bir sodyum karbonat çözeltisi 1000 kg/sa debi ile bir buharlaştırıcıya girmekte, burada geri dönüş yapan akım ile birleştirildikten sonra bir miktar su buharlaştırılarak 30°C’de doygun hale getirilmektedir. Bu doygun çözelti bir kristalizatörde 10°C’ye kadar soğutulmaktadır. Bu ,işlemler sonunda saatte 858 kg Na CO .10H O kristalleri ayrılmaktadır. Kristalizatörden çıkan doygun çözeltiden saatte 45 kg’ı temizlik 2 3 2 amacıyla dışarı atılmakta ve kalan çözeltiye tekrar geri dönüş yaptırılmaktadır. Buna göre; (Çözünürlükler 10°C’de 12.5kg Na CO /100 kg su 30°C’de 38.8 Na CO /100 kg su) 2 3 2 3 a. Sodyum karbonatın %kaçı kristal halinde ayrılmıştır (cevap: %97.8) b. Bir saatte kaç kg su buharlaştırılmıştır (cevap: 367 kg) c. Bir saatte kaç kg çözelti geri dönüş yaptırılmıştır (cevap: 273 kg/h). 3. Kütlesel olarak %0.2 oranında safsızlık içeren bir amonyum sülfat tuzu saatte 1000 kg’lık debi ile çözme tankına girmektedir. Burada saatte 250 kg su katılarak ve geri dönüş akımı ile de birleştirilerek ısıtılmakta, böylece 90°C’de doygun hale getirilmektedir. Bu doygun çözeltibir kristalizatöre gönderilerek burada 0°C’ye kadar soğutulmakta ve saf amonyum kristalleri elde edilmektedir. 0°C’de kristalizatörden çıkan doygun çözeltinin bir kısmı temizlik amacıyla dışarı atılmakta, kalan kısmı ise çözme tankına geri gönderilmektedir. Dışarı atılan özelti içinde %1 oranında inert bulunmaktadır. Buna göre; Çözünürlükler 0°C’de 70.6 kg (NH ) SO /100 kg s u 90°C’de 99.3 kg (NH ) SO /100 kg s u) 4 2 + 4 2 + a. 1 saatte temizlik amacıyla dışarı atılan çözelti kütlesini (cevap: 200 kg) b. 1 saatte elde edilen amonyum sülfat kristali kütlesini (cevap: 916 kg) c. 1 saatte geri dönüş yapan çözelti kütlesini hesaplayınız (cevap: 4823 kg). 4. 1000 kg KCl yeterli miktarda su içinde çözülerek 90°C’de doygun çözelti haline getiriliyor. Bu çözelti 20°C’ye soğutuluyor. a. Çözelti için gerekli su kütlesini (cevap: 1852 kg su) b. Elde edilen kristal kütlesini hesaplayınız (cevap: 370 kg) c. Eğer soğutma sırasında çözeltide %5 buharlaşma kaybı söz konusu ise, elde edilen kristal kütlesini hesaplayınız (cevap: 419 kg KCl)) (NOT: Çözünürlükler 20°C’de 34 kg KCl/100 kg su, 90°C’de 54 kg KCl/100 kg su)

5. %4’lük bir NaCl çözeltisi mevcuttur. Çözelti konsantrasyonunun %5olması için; a. Çözelti içinde bulunan suyun % kaçı buharlaştırılmalıdır (cevap: %20.8) b. 100 kg çözelti içine kaç kg NaCl katılmalıdır (cevap: 1,05 kg NaCl) 6. Soya tohumları hekzan ile ekstrakte edilerek soya yağı elde edilecektir. Lapa haline getirilmiş soya tohumları bileşiminde %18.6 yağ, %69 katı madde ve %12.4 su bulunmaktadır. Ekstraksiyon işleminden sonra dışarı atılan küspe içinde %0.8 yağ, %87.7 katı madde ve %11.5 nem bulunmaktadır. Ekstraktöre 100 kg soya lapası içinde %1 yağ içeren 100 kg hekzan gönderilmiş olduğuna göre, elde edilen yağ çözeltisinin kütlesel yüzdesini hesaplayınız (cevap: %18,97) 7. Bir evaporatör şekerkamışından ekstrakte edilen şeker çözeltisini konsantre etmek için kullanılmaktadır. Günde 10000 kg ve %38 şeker içeren çözelti %74 şeker içerecek şekilde konsantre edilmektedir. Bir gün sonunda üretilen %74 şeker içeren çözelti ve uzaklaştırılan su miktarını hesaplayınız. 8. Tapyoka aroması birçok ülkede ekmek ve benzeri ürünlere katkılanan bir aromadır. Bu amaçla tapyoka meyveleri kurutularak su içeriği %66’dan %5’e düşürülmekte ve daha sonra öğütülerek toz haline dönüştürülmektedir. 5000 kg/sa toz ürün elde edebilmek için kurutulması gereken meyve ve uzaklaştırılması gereken su miktarını hesaplayınız.

Kaynak: http://gida.muhfak.akdeniz.edu.tr/_dinamik/31/380.pdf

Isı Transferi Dersi Hazırlık Soruları ( Prof. Dr. Ayhan TOPUZ )

ISI TRANSFERİ DERSİ HAZIRLIK SORULARI

1. Boru ve gövde çapları sırasıyla 1.0 cm ve 2.5 cm olan ince duvarlı çift borulu uzun bir ısı değiştirici, soğutucu-134a’yı 20°C’deki suyla yoğuşturmak için kullanılmaktadır. Soğutucu borudan h =5000 i 2 W/m ·°C taşınım ısı transfer katsayısı ile akmaktadır. Gövde içinde akan suyun debisi 0.3 kg/s olduğuna 2 göre, bu ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısını bulunuz. (Cevap: 2020 W/m ·°C) 2. Çift borulu paralel akışlı bir ısı değiştirici, soğuk musluk suyunun sıcak su ile ısıtılmasında kullanılmaktadır. Sıcak su (c :4.25 kj/kg · °C) boruya 85°C’de 1.4 kg/s debi ile girmekte ve 50 °C’de p çıkmaktadır. Isı değiştirici iyi yalıtımlı değildir ve sıcak akışkanın verdiği ısının %3’ü ısı değiştiriciden kaybolmaktadır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı ve yüzey alanı sırasıyla 1150 2 2 W/m ·°C ve 4 m ise, soğuk suya ısı transfer hızını ve bu ısı değiştirici için logaritmik ortalama sıcaklık farkını bulunuz. 3. Çift borulu, paralel akışlı bir ısı değiştirici suyu (c :4180 j/kg·°C) 0.2 kg/s debide 25°C’den 60°C’ye p kadar ısıtacaktır. Isıtma 140°C’de 0.3 kg/s kütle debisi olan jeotermal su (c :4310 j/kg·°C) ile p desteklenecektir. İç boru ince duvarlı ve 0.8 cm çaplıdır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer 2 katsayısı 550 W/m ·°C ise istenen ısıtmayı sağlayacak gerekli ısı değiştirici uzunluğunu bulunuz. 4. Bir gövdede ,ç çapı 1.2 cm ve uzunluğu 2 m olan 24 boruya sahip bir gövde borulu, yağ-su ısı değiştiricisinde toplam ısı transfer katsayısını belirlemek amacıyla bir deneme yapılmaktadır. Soğuk su (c :4180 j/kg · °C) borulara 20°C’de 3kg/s hızla girmekte ve 55°C’de çıkmaktadır. Yağ (c :2150 j/kg · p p °C) gövde kısmından akmakta, 25°C’den 45°C’ye soğutulmaktadır. Boruların iç yüzey alanını esas alarak, bu ısı değiştiricinin U toplam ısı transfer katsayısını bulunuz. i 5. Çift borulu ters akışlı bir ısı değiştirici, 20°C’de girip 55°C’de çıkan soğuk su (c :4180 j/kg·°C) ile 3.5 p kg/s debi ile akan etilen glikolü (c :2560 j/kg·°C) 80°C’den 40°C’ye soğutmaktadır. Boru iç yüzey alanı p 2 esaslı toplam ısı transfer katsayısı 250 W/m ·°C ise; a. Isı transfer hızını b. Suyun kütle debisini c. Borunun iç taraftaki ısı transfer yüzey alanını bulunuz. 6. Su (c :4180 j/kg·°C) boru iç çapı 2.5 cm olan çift borulu, ters akışlı bir ısı değiştiriciye 17°C’de 3kg/s p debi ile girmektedir. Su, gövde içinde 120°C’de yoğuşan buhar (hfg:2203 kj/kg) tarafından ısıtılmaktadır. 2 Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı 1500 W/m ·°C ise suyu 80°C’ye kadar ısıtmak için gerekli boru uzunluğunu bulunuz. 7. Duşa giden soğuk su, (c :4180 j/kg·°C) ince duvarlı, çift borulu, ters akışlı bir ısı değiştiriciye 15°C’de p 1.25 kg/s hızla girmekte ve 100°C’de 3 kg/s hızla giren sıcak suyla 45°C’ye kadar ısıtılmaktadır. Eğer 2 toplam ısı transfer katsayısı 880 W/m ·°C ise ısı değiştiricinin ısı transfer hızını ve ısı transfer yüzey alanını bulunuz.

8. 0.3 kg/s debisinde motor yağı (c :2100 j/kg·°C) 2 cm çapında ince duvarlı bakır bir boruda 130°C p sıcaklıkta dışarıda yoğuşan buhar ile 20°C’den 60°C’ye ısıtılacaktır. Toplam ısı transfer katsayısı 650 2 W/m ·°C için ısı transfer hızı ve gerekli boru uzunluğunu hesaplayınız. (Cevap: 25.2 W ve 7 m) 9. 20°C’de 0.3 kg/s debisindeki gliserin (c :2400 j/kg·°C) 60°C’de etilen glikol (c :2500 j/kg·°C) ile ince p p duvarlı çift borulu paralel akışlı bir ısı değiştiricide ısıtılmaktadır. Isı değiştiricinin çıkışında iki akışkan 2 arasındaki sıcaklık farkı 15°C’dir. Eğer toplam ısı transfer katsayısı 240 W/m ·°C ve ısı transfer yüzey 2 alanı 3.2 m ise a. Isı transfer hızını b. Gliserinin çıkış sıcaklığını c. Etilen glikolün kütle debisini bulunuz. 10. Hava (c :1005 j/kg·°C) fırına girmeden önce çapraz akışlı bir ısı değiştiricide sıcak egzoz gazları ile p 3 önceden ısıtılmaktadır. Hava ısı değiştiriciye 95kPa ve 20°C’de 0.8 m /s hacimsel debi ile girmektedir. Yanma gazları (c :1100 j/kg·°C) 180°C’de 1.1 kg/s debi ile girmekte ve 95°C’de çıkmaktadır. Toplam p ısı transfer katsayısı ve ısı transfer yüzey alanının çarpımı UA = 1200 W/°C’dir. İki akışkanında s karışmadığını kabul ederek ısı transfer hızını ve havanın çıkış sıcaklığını hesaplayınız. 11. 2 gövde geçişli, 12 boru geçişli bir gövde-borulu ısı değiştirici, borulara 4.5 kg/s debideki suyu (c :4180 p j/kg·°C) 20°C’den 70°C ’ye ısıtmak için kullanılmaktadır. Isı, gövde tarafına 10 kg/s debide 170°C’de giren sıcak yağ (c :2300 j/kg·°C) ile sağlanmaktadır. Boru tarafındaki toplam ısı transfer katsayısı 350 p 2 W/m ·°C ise bu borudaki ısı transfer yüzey alanını bulunuz. 12. 2 gövde geçişli, 8 boru geçişli bir gövde-borulu ısı değiştirici, borulara 2.1 kg/s debili etil alkolü (c :2670 p j/kg·°C) 25°C’den 70°C’ye ısıtmak için kullanılmaktadır. Isıtma gövde tarafına 90°C’de giren ve 45°C’de çıkan su (c :4190 j/kg·°C) ile yapılmaktadır. Eğer toplam ısı transfer katsayısı 950 (c :4180 p p 2 W/m ·°C) ise ısı değiştiricinin ısı transfer yüzey alanını bulunuz.

Kaynak: http://gida.muhfak.akdeniz.edu.tr/_dinamik/31/378.pdf