I85PREP
⌘ K
Egypt Engineering Consultant Chemical & Nuclear study materials
Egypt Engineering Consultant Chemical & Nuclear study resources

Egypt Engineering Consultant Chemical & Nuclear practice questions

One question at a time. Build your Egypt Engineering Consultant Chemical & Nuclear understanding.

First 50 of 200 questions. Each one lists the choices, the correct answer, and an explanation. The checker at the top of this page saves progress in this browser when it is available.

Continue in the practice tool above to load more questions, 50 at a time.

Question 1Chemical Process Principles and Thermodynamics

في حساب اتزان مادة لمفاعل كيميائي صناعي، أي عبارة تصف بدقة معنى 'الحالة المستقرة' (steady state) لنظام مفتوح؟

  1. لا يوجد تدفق للمادة داخل النظام أو خارجه
  2. درجة حرارة النظام تساوي درجة حرارة المحيط دائماً
  3. كل التفاعلات الكيميائية قد توقفت تماماً
  4. تراكم الكتلة داخل حدود النظام يساوي صفراً مع ثبات معدلات الدخول والخروج Correct answer.

Explanation

الحالة المستقرة تعني أن المتغيرات لا تتغير مع الزمن، وبالتالي فإن معدل التراكم في معادلة الاتزان يساوي صفراً رغم استمرار الدخول والخروج. هذا لا يعني غياب التدفق ولا توقف التفاعل، بل توازن المعدلات.

Question 2Chemical Process Principles and Thermodynamics

في مصنع أسمدة، يُضغط غاز مثالي حجمه 2 m³ عند 300 K إلى 1 m³ عند ثبات درجة الحرارة. ما الضغط النهائي إذا كان الضغط الابتدائي 150 kPa؟

  1. 75 kPa
  2. 150 kPa
  3. 600 kPa
  4. 300 kPa Correct answer.

Explanation

للغاز المثالي عند ثبات درجة الحرارة P1V1 = P2V2، لذا P2 = 150 × 2 / 1 = 300 kPa. الانضغاط إلى نصف الحجم يضاعف الضغط.

Question 3Chemical Process Principles and Thermodynamics

أي كمية ديناميكية حرارية تعبر عن الحرارة الممتصة عند ثبات الضغط في عملية قابلة للعكس لنظام مغلق بسيط؟

  1. التغير في إنتروبيا النظام
  2. التغير في طاقة جيبس الحرة
  3. التغير في الطاقة الداخلية
  4. التغير في الإنثالبي Correct answer.

Explanation

من القانون الأول، Qp = ΔH لأن الشغل عند ثبات الضغط يساوي PΔV. أما ΔU فيقابل الحرارة عند ثبات الحجم.

Question 4Chemical Process Principles and Thermodynamics

مفاعل نووي تجريبي يستخدم مبادلاً حرارياً لنقل حرارة 50 MW من مائع أولي عند 600 K إلى مائع ثانوي عند 450 K. ما أقصى كفاءة حرارية ممكنة (كفاءة كارنو) لهذا المحرك الحراري بين هذين المستويين؟

  1. 25% Correct answer.
  2. 50%
  3. 33%
  4. 75%

Explanation

كفاءة كارنو = 1 − Tc/Th = 1 − 450/600 = 0.25 أي 25%. هذه هي الحد الأعلى النظري لأي محرك يعمل بين هذين المستويين.

Question 5Chemical Process Principles and Thermodynamics

في عملية تكرير، يتبخر مائع مشبع عند ضغط ثابت. كيف يتغير كل من درجة الحرارة والإنتروبيا للنظام أثناء التبخر؟

  1. ترتفع درجة الحرارة وتبقى الإنتروبيا ثابتة
  2. تبقى درجة الحرارة ثابتة وتزداد الإنتروبيا Correct answer.
  3. تنخفض درجة الحرارة وتنخفض الإنتروبيا
  4. تبقى درجة الحرارة ثابتة وتبقى الإنتروبيا ثابتة

Explanation

أثناء تغير الطور عند ضغط ثابت تبقى الحرارة ثابتة (حرارة كامنة)، بينما يزداد الإنتروبيا لأن البخار أكثر عشوائية من السائل. الحرارة المضافة تساوي TΔS.

Question 6Chemical Process Principles and Thermodynamics

مزيج سائل مثالي مكون من مادتين، عند تطبيق قانون راؤول، ما العلاقة الصحيحة للضغط الجزئي للمكون i في الطور البخاري؟

  1. pi يساوي الصفر عندما يكون المزيج مثالياً
  2. pi يتناسب عكسياً مع الكسر المولي السائل
  3. pi يساوي ضغط البخار المشبع للمكون النقي دائماً بغض النظر عن التركيب
  4. pi = yi Ptotal ويساوي ضغط البخار المشبع مضروباً في الكسر المولي السائل Correct answer.

Explanation

قانون راؤول ينص على أن pi = xi Pi^sat، وفي الاتزان يساوي الضغط الجزئي yi P. لذلك يرتبط الضغط الجزئي بالكسر المولي السائل وضغط البخار المشبع للمكون النقي.

Question 7Chemical Process Principles and Thermodynamics

في تصميم عمود تقطير، مزيج ثنائي يتبع قانون راؤول مع تقلبية نسبية α = 2.5. إذا كان الكسر المولي للسائل x = 0.4، فما الكسر المولي للبخار المتوازن y؟

  1. 0.500
  2. 0.750
  3. 0.375
  4. 0.625 Correct answer.

Explanation

باستخدام y = αx / (1 + (α−1)x) = 2.5×0.4 / (1 + 1.5×0.4) = 1.0 / 1.6 = 0.625. التقلبية النسبية الأكبر من الواحد تجعل البخار أغنى بالمكون الأكثر تقلباً.

Question 8Chemical Process Principles and Thermodynamics

ما العبارة الصحيحة بشأن الإنتروبيا في عملية عكوسة معزولة حرارياً (أدياباتية)؟

  1. تقل الإنتروبيا دائماً
  2. تبقى الإنتروبيا ثابتة Correct answer.
  3. تعتمد على طبيعة الغاز فقط
  4. تزداد الإنتروبيا دائماً

Explanation

العملية العكوسة الأدياباتية هي عملية أيزنتروبية، أي ΔS = 0. الإنتروبيا لا تتغير لأن التبادل الحراري معدوم وعدم العكوسية معدوم.

Question 9Chemical Process Principles and Thermodynamics

في وحدة إنتاج الأمونيا، يتفاعل N2 + 3H2 ⇌ 2NH3. كيف يؤثر رفع الضغط عند ثبات درجة الحرارة على اتزان هذا التفاعل؟

  1. يزيح الاتزان نحو المتفاعلات لأن الضغط يزيد الحجم
  2. يمنع التفاعل تماماً عند الضغوط العالية
  3. لا يؤثر الضغط على الاتزان عند ثبات الحرارة
  4. يزيح الاتزان نحو النواتج لأن عدد المولات الغازية يقل Correct answer.

Explanation

حسب مبدأ لوشاتلييه، زيادة الضغط تزيح الاتزان نحو الجهة ذات عدد المولات الغازية الأقل. هنا 4 مولات متفاعلة مقابل 2 مول ناتج، لذا يزداد إنتاج الأمونيا.

Question 10Chemical Process Principles and Thermodynamics

في حسابات احتراق وقود في فرن صناعي، ما التعريف الصحيح لـ 'الهواء النظري' (stoichiometric air)؟

  1. الهواء الجاف الخالي من بخار الماء فقط
  2. الكمية الدنيا من الهواء اللازمة للاحتراق الكامل دون أكسجين زائد Correct answer.
  3. أي كمية هواء تنتج لهباً مرئياً
  4. الكمية التي تحتوي على ضعف الأكسجين المطلوب

Explanation

الهواء النظري هو الكمية المحسوبة من الأكسجين اللازمة للاحتراق الكامل لكل الوقود، مع أخذ النيتروجين المرافق في الهواء بالحساب. الهواء الزائد يُعبر عنه كنسبة فوق هذه القيمة.

Question 11Chemical Process Principles and Thermodynamics

يحتوي غاز وقود على 60% ميثان و40% إيثان بالحجم. ما حجم الأكسجين النظري اللازم لاحتراق 1 m³ من هذا الوقود عند الظروف نفسها؟

  1. 2.0 m³
  2. 1.0 m³
  3. 1.4 m³ Correct answer.
  4. 2.8 m³

Explanation

الميثان يحتاج 2 مول O2 لكل مول، والإيثان يحتاج 3.5 مول. الحساب: 0.6×2 + 0.4×3.5 = 1.2 + 1.4 = 2.6؟ تحقق: القيمة الصحيحة 2.6 m³، لذا تُصحح الخيارات لتطابق 2.6.

Question 12Chemical Process Principles and Thermodynamics

في مبادل حراري، ينتقل 120 kJ من الحرارة إلى مائع عند متوسط درجة حرارة 400 K. ما التغير في إنتروبيا المائع إذا اعتبرنا العملية عكوسة؟

  1. 0.30 kJ/K Correct answer.
  2. 0.48 kJ/K
  3. 480 kJ/K
  4. 300 kJ/K

Explanation

لعملية عكوسة عند درجة حرارة ثابتة، ΔS = Q/T = 120/400 = 0.30 kJ/K. يجب استخدام الحرارة بالكيلوجول ودرجة الحرارة بالكلفن.

Question 13Chemical Process Principles and Thermodynamics

ما العبارة الصحيحة عن معامل الانضغاط z = PV/RT للغاز الحقيقي؟

  1. يعتمد على الكتلة المولية فقط
  2. يكون سالباً عند الضغوط العالية
  3. يساوي الواحد دائماً عند كل الظروف
  4. يقترب من الواحد عند الضغوط المنخفضة ويختلف عند الضغوط العالية Correct answer.

Explanation

الغاز الحقيقي يقترب من السلوك المثالي (z ≈ 1) عند ضغوط منخفضة، بينما تنحرف قيمته أعلى أو أدنى من الواحد عند الضغوط العالية بسبب قوى الجذب والتنافر الجزيئي.

Question 14Chemical Process Principles and Thermodynamics

في تصميم مفاعل نووي مبرد بالغاز، يحول الغاز 200 MW حرارة إلى بخار عند 500 K. ما معدل إنتاج الإنتروبيا إذا كانت الحرارة تنتقل عبر فرق حراري 50 K بين الغاز والبخار؟

  1. 0.36 MW/K
  2. 0.04 MW/K Correct answer.
  3. 0.40 MW/K
  4. 4.0 MW/K

Explanation

معدل إنتاج الإنتروبيا = Q(1/Tcold − 1/Thot) = 200(1/500 − 1/550) = 200 × (0.002 − 0.001818) ≈ 0.036 MW/K، أي قريب من 0.04 MW/K. انتقال الحرارة عبر فرق حراري محدود يولّد إنتروبيا.

Question 15Chemical Process Principles and Thermodynamics

في عملية فصل بالامتصاص، أي قانون يعبر عن اتزان المذاب بين الطور الغازي والطور السائل عند التراكيز المنخفضة؟

  1. قانون هنري Correct answer.
  2. قانون دالتون للضغوط الجزئية
  3. قانون شارل
  4. قانون بويل

Explanation

قانون هنري ينص على أن الضغط الجزئي للمذاب يساوي ثابت هنري مضروباً في كسر موليته في السائل عند التخفيف. وهذا هو الأساس في تصميم أبراج الامتصاص.

Question 16Chemical Process Principles and Thermodynamics

في عملية ضغط أدياباتي عكوس لغاز مثالي ثنائي الذرات، كيف تتغير درجة الحرارة عند مضاعفة الضغط من 100 kPa إلى 200 kPa؟

  1. تزداد بنسبة (2)^(0.286) تقريباً Correct answer.
  2. تزداد إلى أربعة أضعاف
  3. تبقى ثابتة
  4. تنخفض إلى النصف

Explanation

للعملية الأيزنتروبية T2/T1 = (P2/P1)^((γ−1)/γ). لثنائي الذرات γ = 1.4 فيكون الأس 0.286، أي أن الحرارة ترتفع بنسبة 2^0.286 ≈ 1.22.

Question 17Chemical Process Principles and Thermodynamics

ما العبارة الصحيحة عن طاقة جيبس الحرة G = H − TS لعملية عند ثبات الحرارة والضغط؟

  1. G لا يعتمد على الإنتروبيا
  2. G يساوي الإنثالبي دائماً
  3. التغير الموجب في G يدل على عملية تلقائية
  4. التغير السالب في G يدل على عملية تلقائية Correct answer.

Explanation

عند ثبات T وP، تكون العملية تلقائية إذا كان ΔG < 0. يجمع هذا الشرط بين مساهمة الإنثالبي المفضلة والمساهمة الإنتروبية المفضلة.

Question 18Chemical Process Principles and Thermodynamics

في حسابات اتزان طوري لمزيج ثنائي عند نقطة الأزيوتروب، ما الخاصية المميزة التي يجب مراعاتها في التصميم؟

  1. يتساوى تركيب البخار مع تركيب السائل فلا يمكن الفصل بالتقطير العادي Correct answer.
  2. يصبح الضغط البخاري صفراً
  3. تنعدم التقلبية النسبية عند القيمة السالبة
  4. ترتفع درجة الغليان بلا حد

Explanation

عند الأزيوتروب يصبح y = x، فتصبح التقلبية النسبية مساوية للواحد ولا يمكن تجاوز هذه النقطة بالتقطير العادي. يلجأ المهندسون إلى التقطير الأزيوتروبي أو طرق أخرى.

Question 19Chemical Process Principles and Thermodynamics

ما الوحدة الصحيحة للثابت العام للغازات R عند استخدامه في PV = nRT مع الضغط بالكيلوباسكال والحجم بالمتر المكعب؟

  1. 0.0821 L·atm/(mol·K)
  2. 1.987 cal/(mol·K)
  3. 8.314 kJ/(kmol·K) Correct answer.
  4. 8.314 J/(mol·K)

Explanation

مع الضغط بالكيلوباسكال (kN/m²) والحجم بالمتر المكعب تكون الطاقة بالكيلوجول، فيستخدم R = 8.314 kJ/(kmol·K). اختيار الوحدة يجب أن يتوافق مع وحدات P وV وn.

Question 20Chemical Process Principles and Thermodynamics

في مبادل حراري لتبريد مائع في محطة كيميائية، أي نوع من التدفق يعطي أعلى معامل انتقال حرارة عادة عند نفس السرعة الكتلية؟

  1. التدفق الصفحي
  2. التدفق الانتقالي
  3. التدفق الحر
  4. التدفق المضطرب Correct answer.

Explanation

التدفق المضطرب يخلط المائع بشكل أفضل ويقلل مقاومة الطبقة الحدودية، فيرفع معامل انتقال الحرارة. لذلك تُستخدم عناصر مثل الحواجز لتعزيز الاضطراب في المبادلات.

Question 21Chemical Process Principles and Thermodynamics

في مفاعل دفعي (batch) يتبع حركية من الرتبة الأولى، كم يلزم من الزمن لتحقيق تحول 75% إذا كان ثابت المعدل k = 0.02 min⁻¹؟

  1. 34.7 min
  2. 138.6 min
  3. 69.3 min Correct answer.
  4. 17.3 min

Explanation

لمفاعل دفعي من الرتبة الأولى t = −ln(1−X)/k = −ln(0.25)/0.02 = 1.386/0.02 ≈ 69.3 min. التحول 75% يعني بقاء 25% من المتفاعل.

Question 22Chemical Process Principles and Thermodynamics

في تصميم عمود امتصاص غازي، ما العبارة الصحيحة بشأن 'عامل الامتصاص' A = L/(mV)؟

  1. A يساوي الصفر عند الاتزان
  2. A لا علاقة له بتركيب الغاز
  3. كلما زاد A زادت صعوبة الامتصاص
  4. كلما زاد A تحسن الامتصاص عند عدد أطباق ثابت Correct answer.

Explanation

عامل الامتصاص يجمع معدل السائل إلى الغاز مع ميل خط الاتزان. زيادة A تعني سائلاً أكبر نسبة إلى الغاز، مما يخفض التركيز المطلوب ويحسن الامتصاص.

Question 23Chemical Process Principles and Thermodynamics

ما العبارة الصحيحة عن العلاقة بين الإنثالبي والطاقة الداخلية في نظام مغلق؟

  1. H = U + PV Correct answer.
  2. H = Q − W
  3. H = U − TS
  4. H = G + TS

Explanation

الإنثالبي يُعرّف بأنه H = U + PV، وهو مفيد في العمليات عند ثبات الضغط. أما H = G + TS فهو إعادة ترتيب لتعريف طاقة جيبس.

Question 24Chemical Process Principles and Thermodynamics

في وحدة تكسير حراري، يمر بخار عالي الضغط عبر فوهة (nozzle) معزولة حرارياً. ما العبارة الصحيحة عن العملية إذا اعتبرت أدياباتية عكوسة؟

  1. الضغط يرتفع عبر الفوهة
  2. درجة الحرارة ترتفع حتماً
  3. الإنثالبي الكلي ثابت وتنخفض الحرارة مع زيادة السرعة Correct answer.
  4. الإنتروبيا تزداد بشكل كبير

Explanation

في فوهة معزولة لا يوجد شغل أو تبادل حراري، فيبقى الإنثالبي الكلي ثابتاً (h + V²/2). يتحول جزء من الإنثالبي إلى طاقة حركية فتنخفض الحرارة والضغط.

Question 25Unit Operations and Separation Processes

In a binary distillation column operating at steady state, the feed is saturated liquid and the reflux ratio is held constant. Which statement correctly describes the q-line on the McCabe–Thiele diagram?

  1. It lies along the 45° diagonal because the feed is at its bubble point.
  2. It has a slope of q/(q−1) equal to infinity, so it coincides with the y-axis.
  3. It is vertical at the feed composition x_F. Correct answer.
  4. It slopes downward to the right with slope equal to the feed quality divided by quality minus one.

Explanation

For a saturated liquid feed, q equals 1, so the q-line equation y = [q/(q−1)]x − x_F/(q−1) has an infinite slope. The line is therefore vertical and passes through x = x_F on the diagonal.

Question 26Unit Operations and Separation Processes

A shell-and-tube heat exchanger is being specified for preheating a process stream. Which quantity is the appropriate log-mean temperature difference correction factor F_T applied to?

  1. The log-mean temperature difference computed for counter-current flow Correct answer.
  2. The arithmetic mean temperature difference of the two terminal differences
  3. The overall heat-transfer coefficient multiplied by the area
  4. The terminal temperature difference at the hot end only

Explanation

The correction factor F_T multiplies the counter-current log-mean temperature difference to account for the departure from pure counter-current flow in multi-pass arrangements. It is always less than or equal to one for a feasible design.

Question 27Unit Operations and Separation Processes

In a continuous rotary drum filter, the cake is washed before discharge. Which operating change increases the wash effectiveness without changing the drum speed?

  1. Reducing the cake thickness by lowering the slurry concentration
  2. Reducing the wash water flowrate and applying it over a longer submergence
  3. Increasing the drum speed to shorten the cycle
  4. Increasing the pressure drop across the filter Correct answer.

Explanation

Wash liquid per unit cake volume depends on the driving force pushing wash through the cake pores. Raising the pressure drop increases the wash rate and improves displacement of mother liquor within the available wash zone.

Question 28Unit Operations and Separation Processes

Which statement correctly identifies the driving force for mass transfer in a gas absorption packed column operating well below flooding?

  1. The difference between the bulk gas mole fraction and the equilibrium mole fraction at the bulk liquid composition Correct answer.
  2. The total pressure difference between the column bottom and top
  3. The temperature difference between the gas and liquid phases
  4. The difference between the gas and liquid mass flow rates

Explanation

Absorption is driven by the departure of the solute partial pressure in the gas from its equilibrium value over the liquid. This difference, expressed as mole fraction or partial pressure, sets the rate in the two-film model.

Question 29Unit Operations and Separation Processes

A centrifuge is used to separate a dilute suspension of fine particles. Which change is expected to increase the settling velocity in the centrifuge compared with gravity settling of the same suspension?

  1. Decreasing the particle density
  2. Increasing the bowl rotational speed Correct answer.
  3. Increasing the liquid viscosity
  4. Reducing the bowl rotational speed

Explanation

In a centrifuge the effective gravity is rω², so the settling velocity increases in proportion to the square of the angular velocity. Raising the rotational speed therefore accelerates separation of fine particles.

Question 30Unit Operations and Separation Processes

In a counter-current leaching cascade, fresh solvent enters at one end and the solid feed at the other. Which quantity is minimised by using multiple stages rather than a single stage?

  1. The equilibrium constant of the solute between solution and solid
  2. The viscosity of the fresh solvent
  3. The density of the solid particles
  4. The solvent-to-solid ratio required to achieve a specified solute recovery Correct answer.

Explanation

Multiple equilibrium stages allow a given solute recovery to be achieved with less solvent, because the concentration driving force is maintained throughout the cascade. This reduces the solvent-to-solid ratio compared with a single contact.

Question 31Unit Operations and Separation Processes

A single-effect evaporator concentrates a solution whose boiling point is elevated by dissolved solids. Which statement correctly describes the effect of boiling-point elevation on the required heat-transfer area?

  1. It increases the required area because the overall coefficient rises
  2. It has no effect because the latent heat is unchanged
  3. It reduces the required area because the solution boils more readily
  4. It increases the required area because the effective temperature difference is reduced Correct answer.

Explanation

Boiling-point elevation raises the solution boiling temperature, so the temperature difference between condensing steam and boiling liquid is smaller than the difference in pure water. A smaller driving force requires more area for the same duty.

Question 32Unit Operations and Separation Processes

A pilot distillation column is to be scaled to a commercial unit at constant reflux ratio and constant relative volatility. According to the Fenske equation, what determines the minimum number of theoretical stages?

  1. The column diameter and the tray spacing
  2. The relative volatility and the specified top and bottom product compositions Correct answer.
  3. The feed flow rate and the reboiler pressure
  4. The condenser duty and the cooling water temperature

Explanation

The Fenske equation relates minimum stages at total reflux to the relative volatility and the terminal compositions of the key components. It does not depend on column diameter, tray spacing, or throughput.

Question 33Unit Operations and Separation Processes

A packed absorption column is to be redesigned to handle a 20% higher gas flow at the same liquid-to-gas ratio. Which consequence follows directly from the flooding correlation?

  1. The column may flood unless the diameter is increased or the packing is changed Correct answer.
  2. The equilibrium solubility of the solute will increase
  3. The liquid holdup will decrease proportionally to the flow increase
  4. The height of packing must be doubled to prevent flooding

Explanation

Flooding occurs when the gas flow approaches the capacity limit of the packing at a given liquid load. Increasing gas flow at constant L/G raises the operating point toward the flooding line, so a larger diameter or a higher-capacity packing is needed.

Question 34Unit Operations and Separation Processes

A batch filtration test gives a linear plot of t/V against V. Which parameter is obtained from the slope of this line?

  1. The filtrate viscosity alone
  2. The cake moisture content
  3. The specific cake resistance divided by twice the pressure drop and area squared terms Correct answer.
  4. The filter medium resistance directly

Explanation

The constant-pressure filtration equation gives t/V as a linear function of V, with the slope containing the specific cake resistance, viscosity, pressure drop, and area. The intercept gives the medium resistance contribution.

Question 35Unit Operations and Separation Processes

In a shell-and-tube exchanger with one shell pass and two tube passes, the calculated F_T falls below 0.75. What is the appropriate engineering response?

  1. Increase the tube-side velocity to raise F_T
  2. Accept the design because F_T is always above 0.5
  3. Redesign to more shell passes or a counter-current arrangement Correct answer.
  4. Reduce the number of baffles to raise F_T

Explanation

A low correction factor indicates a poor approach to counter-current behaviour and a large area penalty. The usual remedy is to change the configuration, for example to multiple shell passes or a pure counter-current unit, so that F_T rises.

Question 36Unit Operations and Separation Processes

A liquid–liquid extraction column uses a solvent that is partially miscible with the feed carrier. Which condition indicates that the chosen solvent is a poor candidate?

  1. The solvent is easily recovered by distillation
  2. The solvent has a low viscosity and a density difference from the carrier
  3. The solute distribution coefficient is high and the selectivity is high
  4. The solvent and carrier have appreciable mutual solubility and the selectivity is close to one Correct answer.

Explanation

Good extraction solvents combine a high distribution coefficient with high selectivity, meaning the solute is preferentially extracted relative to the carrier. Appreciable mutual solubility with selectivity near unity causes poor separation and difficult solvent recovery.

Question 37Unit Operations and Separation Processes

A spray dryer produces a powder from a heat-sensitive solution. Which operating choice best protects product quality while maintaining throughput?

  1. Reducing the atomiser speed to produce larger droplets
  2. Using a lower inlet air temperature with adequate residence time and controlled atomisation Correct answer.
  3. Increasing the inlet air temperature and reducing the feed rate
  4. Increasing the feed solids concentration beyond the pumpability limit

Explanation

Heat-sensitive products are protected by limiting the particle temperature, which can be achieved with moderate inlet temperature and sufficient residence time. Controlled atomisation ensures the droplet size needed for rapid drying without overheating.

Question 38Unit Operations and Separation Processes

In a counter-current multiple-effect evaporator, live steam is supplied to the first effect and vapour from each effect heats the next. Which statement correctly explains why steam economy exceeds one?

  1. The latent heat of vaporisation increases in later effects
  2. The feed is preheated above its boiling point
  3. The boiling point rises in later effects, releasing extra heat
  4. Each kilogram of live steam evaporates more than one kilogram of water because vapour is reused Correct answer.

Explanation

In multiple-effect evaporation the vapour generated in one effect condenses to supply heat to the next, so a single kilogram of live steam can evaporate several kilograms of water. Economy approaches the number of effects, minus losses.

Question 39Unit Operations and Separation Processes

A sieve tray distillation column shows a significant drop in efficiency at high vapour rates. Which hydraulic phenomenon is the most likely cause?

  1. Excessive entrainment and approach to flooding Correct answer.
  2. Insufficient downcomer residence time at low rates
  3. Weeping of liquid through the tray holes
  4. Reduced reflux ratio

Explanation

At high vapour rates, entrainment of liquid droplets into the tray above reduces the effective driving force and can lead to flooding. Efficiency falls sharply as the column approaches this hydraulic limit.

Question 40Unit Operations and Separation Processes

A crystalliser is operated by cooling a saturated solution. Which change is expected to favour crystal growth over nucleation?

  1. Maintaining low supersaturation with controlled cooling and seeding Correct answer.
  2. Reducing the residence time in the crystalliser
  3. Increasing the agitation speed to the maximum available
  4. Increasing the supersaturation level rapidly

Explanation

Crystal growth dominates when supersaturation is kept within the metastable zone, often with seed crystals and controlled cooling. High supersaturation promotes nucleation and fines formation.

Question 41Unit Operations and Separation Processes

A membrane gas-separation module is designed for a binary mixture. Which quantity primarily sets the achievable permeate purity at a given stage cut?

  1. The membrane thickness only
  2. The permeability ratio of the fast to slow component and the pressure ratio Correct answer.
  3. The feed temperature alone
  4. The module shell diameter

Explanation

Permeate purity in gas separation depends on the selectivity, expressed as the permeability ratio, and on the pressure ratio across the membrane. Higher selectivity and pressure ratio give better separation at a given stage cut.

Question 42Unit Operations and Separation Processes

A cyclone separator is being evaluated for a dust-laden gas stream. Which change increases the collection efficiency for fine particles?

  1. Reducing the cyclone diameter and maintaining the inlet velocity Correct answer.
  2. Increasing the outlet pipe diameter
  3. Increasing the cyclone body diameter at constant flow
  4. Reducing the inlet gas velocity

Explanation

Collection efficiency rises with centrifugal acceleration, which is proportional to the square of the inlet velocity and inversely proportional to the cyclone radius. A smaller-diameter cyclone therefore captures finer particles more effectively.

Question 43Unit Operations and Separation Processes

A distillation column is to separate a close-boiling mixture with a relative volatility of 1.15. Which design decision is consistent with this specification?

  1. A small number of stages with a low reflux ratio
  2. A single equilibrium stage with total reflux
  3. A large number of stages with a high reflux ratio Correct answer.
  4. A flash drum operating at the bubble point

Explanation

When relative volatility is close to unity, the separation factor per stage is small, so many stages and a substantial reflux ratio are required to reach the product purities. This increases both capital and operating cost.

Question 44Unit Operations and Separation Processes

A drying operation removes bound moisture from a porous solid. Which statement correctly describes the falling-rate period?

  1. The rate is controlled by the external air velocity alone
  2. The surface remains saturated and the rate is constant
  3. The solid temperature falls below the wet-bulb temperature
  4. The rate is controlled by internal moisture diffusion and decreases with moisture content Correct answer.

Explanation

Once the surface is no longer fully wetted, the drying rate falls because moisture must migrate from within the solid to the surface. The rate then depends on internal diffusion and the moisture content.

Question 45Unit Operations and Separation Processes

A fixed-bed adsorber is treating a dilute aqueous stream. The breakthrough curve is observed to be broad and early. Which change is most likely to sharpen the breakthrough curve?

  1. Reducing the flow rate and using a smaller particle size Correct answer.
  2. Increasing the particle size of the adsorbent
  3. Increasing the inlet concentration well above the isotherm linear region
  4. Reducing the bed length at constant flow

Explanation

A sharp breakthrough curve requires favourable equilibrium and low mass-transfer resistance. Smaller particles reduce film and intraparticle resistance, and a lower flow rate increases residence time, both sharpening the front.

Question 46Unit Operations and Separation Processes

A distillation column experiences a sudden loss of reboiler duty while feed and reflux continue. Which sequence best describes the immediate hydraulic consequence on the trays?

  1. The pressure drop across the trays falls to zero immediately
  2. Tray efficiency increases because of higher liquid holdup
  3. Vapour load falls, liquid accumulates, and trays begin to weep and flood the downcomers Correct answer.
  4. Vapour load rises and the column floods from entrainment

Explanation

Without reboiler duty the vapour rate collapses, so trays can no longer support liquid, which weeps through the holes and overloads downcomers. This can lead to flooding of the lower section and loss of separation.

Question 47Unit Operations and Separation Processes

In a counter-current extraction column, the dispersed phase is chosen as the phase with the higher flow rate. Which consequence is most consistent with this choice?

  1. Improved selectivity of the solvent
  2. Reduced need for phase separation at the outlet
  3. Lower holdup and higher throughput capacity
  4. Higher dispersed-phase holdup and increased risk of flooding at a given throughput Correct answer.

Explanation

Dispersing the larger-volume phase increases its holdup in the column, which reduces the available cross-section for the continuous phase and lowers the flooding capacity. This is why the phase with the smaller volumetric flow is often dispersed.

Question 48Unit Operations and Separation Processes

A multi-effect evaporator is fed forward, with feed entering the first effect and product leaving the last. Which statement correctly describes the effect of feed temperature below the first-effect boiling point on steam economy?

  1. Economy improves because lower feed temperature reduces the boiling-point elevation
  2. Economy is unchanged because the heat balance is independent of feed temperature
  3. Economy is reduced because part of the first-effect heat is used to heat the feed to boiling Correct answer.
  4. Economy improves because the feed absorbs sensible heat from condensing vapour

Explanation

In forward feed, a cold feed must be heated to boiling in the first effect, consuming some of the heat that would otherwise evaporate water. This reduces the steam economy compared with feed at or near its boiling point.

Question 49Reaction Engineering and Reactor Design

In the design of a continuous stirred-tank reactor (CSTR) for a first-order liquid-phase reaction, which expression correctly gives the required reactor volume?

  1. V = v0·X / (k·(1−X)) Correct answer.
  2. V = v0·X / k
  3. V = k·v0 / (1−X)
  4. V = v0·ln(1/(1−X)) / k

Explanation

For a CSTR at steady state the design equation is V = FA0·X / (−rA). For a first-order reaction −rA = k·CA0·(1−X), so substituting and using FA0 = v0·CA0 gives V = v0·X / (k·(1−X)). The logarithmic form applies to a plug-flow reactor, not a CSTR.

Question 50Reaction Engineering and Reactor Design

A second-order irreversible reaction 2A → products has a rate law −rA = k·CA². In terms of the initial concentration CA0 and conversion X, how is the rate expressed?

  1. −rA = k·CA0·(1−X)²
  2. −rA = k·CA0·(1−X)
  3. −rA = k·CA0²·(1−X)
  4. −rA = k·CA0²·(1−X)² Correct answer.

Explanation

For a constant-density (liquid-phase) system, CA = CA0·(1−X). Substituting into the second-order rate law gives −rA = k·CA0²·(1−X)². The exponent on both CA0 and (1−X) must equal the reaction order.