DUET Admission 2027 Model Exam 029 - কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং (ChE)
Chemical Engineering · আসন সংখ্যা: 30
১ম পত্র: নন-টেকনিক্যাল (পদার্থবিজ্ঞান, রসায়ন, গণিত ও ইংরেজি)
পদার্থবিজ্ঞান (৪০) · রসায়ন (৪০) · গণিত (৪০) · ইংরেজি (৩০)বিভাগ-ক: বহু নির্বাচনি প্রশ্ন (MCQ)
৪০টি প্রশ্ন × ১.৫ নম্বর = ৬০ নম্বর (নেগেটিভ মার্ক ০.২৫)Bullet-এর mass অর্ধেক কিন্তু speed একই হলে recoil momentum কী হবে?
একটি 2 kg body 6 m/s east-এ চলছিল; 1 kg body rest-এ stick করলে final speed কত?
kg ও 3 kg body-এর velocities 4 m/s east ও 2 m/s east; stick করলে speed কত?
একটি 1 kg body 8 m/s east এবং 3 kg body 2 m/s west; stick করলে final velocity কী?
Perfectly inelastic collision-এ total mass কী?
Collision-এ momentum conserved হলেও kinetic energy কমলে lost energy কোথায় যেতে পারে?
Elastic collision-এ relative speed of separation ও approach-এর relation কী?
একটি 2 kg body 5 m/s east-এ; external impulse 6 N·s west হলে final momentum কত?
একটি body-এর initial momentum 12 এবং impulse −20 হলে final momentum কত?
Force-time graph triangular, base 4 s ও height 10 N হলে impulse কত?
VSEPR তত্ত্বানুসারে \(\text{CO₂}\) অণুর জ্যামিতিক আকৃতি কোনটি?
\(\text{ClF₃}\) অণুটি পোলার (Polar) না অপোলার (Non-polar)?
I এর অক্সাইডের প্রকৃতি সাধারণত কেমন?
Cu এর অক্সাইডের প্রকৃতি সাধারণত কেমন?
\(\text{CuSO₄}\) দ্রবণে 0.5 A তড়িৎ প্রবাহ 15 মিনিট ধরে চালনা করলে ক্যাথোডে কত গ্রাম Cu (তামা) জমা হবে? (M = 63.5 g/mol, F = 96500 C)
\(\text{AlCl₃}\) দ্রবণে 0.5 A তড়িৎ প্রবাহ 15 মিনিট ধরে চালনা করলে ক্যাথোডে কত গ্রাম Al (অ্যালুমিনিয়াম) জমা হবে? (M = 27.0 g/mol, F = 96500 C)
Ni (Z=28) এর ইলেকট্রন বিন্যাসে অযুগ্ম (Unpaired) ইলেকট্রন সংখ্যা কত?
প্রধান কোয়ান্টাম সংখ্যা \(n = 3\) এবং সহকারী কোয়ান্টাম সংখ্যা \(l = 2\) (3d) এ মোট অরবিটাল ও সর্বোচ্চ ইলেকট্রন ধারণক্ষমতা কত?
পর্যায় সারণিতে Mg মৌলটি কোন গ্রুপে অবস্থিত?
পর্যায় সারণিতে B মৌলটি কোন গ্রুপে অবস্থিত?
P3 = 8! / (5)! — এই সম্পর্কটি সঠিক?
p(x)=x²-3x+2 হলে p(2) কত?
x² - 5x + 6 = 0 সমীকরণের মূলদ্বয় α ও β হলে (α³ + β³) এর মান কত?
i² এর মান কত?
z - z̄ (z = a + bi) সবসময় কী হয়?
দুইটি complex number z₁ ও z₂ এর জন্য |z₁z₂| কত?
+ i এর argument (amplitude) কত?
z = i/(1 + i) এর argument কত?
n-তম roots of unity কোন বৃত্তের উপর অবস্থিত?
|z - 2| + |z + 2| = 10 কোন সেট নির্দেশ করে?
The old man ___ eat every afternoon.
Select the correct form of verb for the blank:
'The automated safety valve #1 prevented the high-pressure steam from ___ the turbine casing.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'Engineers must strictly adhere ___ standard safety protocols.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'She demonstrated a remarkable aptitude ___ structural mechanics.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'A truly accomplished scholar never boasts ___ his own intellectual achievements.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'The ambient temperature of the server room was congenial ___ sustained operation.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'The scientific crew did not despair ___ success despite repetitive initial failures.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'A sudden short-circuit spike can prove fatal ___ delicate microcircuit components.'
Fill in the blank with the appropriate preposition:
'The preliminary project proposal was visibly lacking ___ practical feasibility analysis.'
If I was you, I would help him.
বিভাগ-খ: সংক্ষিপ্ত ও বর্ণনামূলক লিখিত প্রশ্ন (Written/CQ)
১৮টি প্রশ্ন × ৫ নম্বর = ৯০ নম্বরকাজ-শক্তি উপপাদ্য (Work-Energy Theorem) বিবৃত ও প্রমাণ করো। \(2\,\text{kg}\) ভরের একটি স্থির বস্তুর উপর \(10\,\text{N}\) বল প্রয়োগ করে বস্তুটিকে \(5\,\text{m}\) টানা হলো। বস্তুটির চূড়ান্ত গতিশক্তি ও বেগ কত হবে? [মান: ৫]
বিবৃতি: কোনো বস্তুর উপর প্রযুক্ত নিট বল দ্বারা সম্পাদিত কাজ বস্তুটির গতিশক্তির পরিবর্তনের সমান (\(W = \Delta K = K_f - K_i\))।
প্রমাণ: আমরা জানি, \(v^2 = u^2 + 2 a s \implies a s = \frac{v^2 - u^2}{2}\)।
উভয়পক্ষকে \(m\) দিয়ে গুণ করে: \[W = F \cdot s = (m a) s = m \left( \frac{v^2 - u^2}{2} \right) = \frac{1}{2} m v^2 - \frac{1}{2} m u^2 = \Delta K\]
গণনা:
সম্পাদিত কাজ: \(W = F \times s = 10 \times 5 = 50\,\text{J}\)।
যেহেতু প্রাথমিক বেগ \(u = 0\), চূড়ান্ত গতিশক্তি: \[K_f = W = \mathbf{50\,\text{J}}\]
বেগ: \(\frac{1}{2} m v^2 = 50 \implies \frac{1}{2}(2) v^2 = 50 \implies v^2 = 50 \implies \mathbf{v = \sqrt{50} \approx 7.07\,\text{m/s}}\]।
কুলম্বের সূত্রটি বিবৃত করো। \(+4\,\mu\text{C}\) এবং \(+9\,\mu\text{C}\)-এর দুটি বিন্দু চার্জ বায়ু মাধ্যমে পরস্পর থেকে \(30\,\text{cm}\) দূরে অবস্থিত। এদের সংযোজক সরলরেখার কোন বিন্দুতে লব্ধি তড়িৎক্ষেত্রের প্রাবল্য শূন্য হবে? [মান: ৫]
কুলম্বের সূত্র: দুটি স্থির বিন্দু চার্জের মধ্যকার আকর্ষণ বা বিকর্ষণ বল চার্জদ্বয়ের পরিমাণের গুণফলের সমানুপাতিক, মধ্যবর্তী দূরত্বের বর্গের ব্যস্তানুপাতিক এবং সংযোজক সরলরেখা বরাবর ক্রিয়া করে: \(F = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r^2}\)।
গণনা:
ধরি, \(+4\,\mu\text{C}\) চার্জ থেকে \(x\) মিটার দূরে তড়িৎ প্রাবল্য শূন্য। ফলে \(+9\,\mu\text{C}\) থেকে দূরত্ব হবে \((0.30 - x)\) মিটার।
প্রাবল্য সমান করে: \[ rac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{4 \times 10^{-6}}{x^2} = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{9 \times 10^{-6}}{(0.30 - x)^2}\]
\[\frac{4}{x^2} = \frac{9}{(0.30 - x)^2} \implies \frac{2}{x} = \frac{3}{0.30 - x}\]
\[2(0.30 - x) = 3x \implies 0.60 - 2x = 3x \implies 5x = 0.60 \implies \mathbf{x = 0.12\,\text{m} = 12\,\text{cm}}\]
অতএব, \(+4\,\mu\text{C}\) চার্জ থেকে \(12\,\text{cm}\) দূরত্বে প্রাবল্য শূন্য হবে।
বায়ো-সাভার্ট সূত্রটি লেখ। একটি দীর্ঘ সোজা পরিবাহী তারের মধ্য দিয়ে \(10\,\text{A}\) তড়িৎ প্রবাহিত হলে তার থেকে \(5\,\text{cm}\) দূরত্বে চৌম্বক ক্ষেত্রের মান (\(B\)) কত হবে? (\(\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\,\text{T}\cdot\text{m/A}\)) [মান: ৫]
বায়ো-সাভার্ট সূত্র: কোনো পরিবাহীর ক্ষুদ্র দৈর্ঘ্য \(dl\)-এর মধ্য দিয়ে \(I\) কারেন্ট প্রবাহিত হলে তার থেকে \(r\) দূরত্বে উৎপন্ন চৌম্বক ক্ষেত্র: \[dB = \frac{\mu_0}{4\pi} \frac{I dl \sin\theta}{r^2}\]
দীর্ঘ সোজা তারের জন্য: \[B = \frac{\mu_0 I}{2\pi r}\]
মান বসিয়ে (\(I = 10\,\text{A}, r = 0.05\,\text{m}\)):
\[B = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 10}{2\pi \times 0.05} = \frac{2 \times 10^{-6}}{0.05} = \mathbf{4 \times 10^{-5}\,\text{Tesla (40 }\mu\text{T)}}\]
একটি ক্লিফের শীর্ষ হতে 50 m উচ্চতা থেকে একটি বস্তুকে অনুভূমিকের সাথে 30° কোণে 40 m/s বেগে ঊর্ধ্বমুখী নিক্ষেপ করা হলো। বস্তুটির ভূ-পৃষ্ঠে আঘাত করার সময় এবং অনুভূমিক দূরত্ব নির্ণয় করো। (g = 9.8 m/s²)
প্রদত্ত: আদিবেগ \(v_0 = 40 ext{ m/s}\), কোণ \( heta = 30^\circ\), উচ্চতা \(y = -50 ext{ m}\)।
উল্লম্ব আদিবেগ \(v_{0y} = 40 \sin 30^\circ = 20 ext{ m/s}\), অনুভূমিক বেগ \(v_x = 40 \cos 30^\circ = 34.64 ext{ m/s}\)।
উল্লম্ব সরণের সমীকরণ: \(y = v_{0y}t - rac{1}{2}gt^2 \implies -50 = 20t - 4.9t^2 \implies 4.9t^2 - 20t - 50 = 0\)।
দ্বিঘাত সমীকরণ সমাধান করে: \[t = rac{20 + \sqrt{(-20)^2 - 4(4.9)(-50)}}{2 imes 4.9} = rac{20 + \sqrt{400 + 980}}{9.8} = rac{20 + 37.15}{9.8} pprox 5.83 ext{ s}\]
অনুভূমিক দূরত্ব (পাল্লা): \[R = v_x imes t = 34.64 imes 5.83 pprox 201.95 ext{ m}\]
উচ্চতা থেকে প্রক্ষিপ্ত বস্তুর দ্বিমাত্রিক গতি সমীকরণ ও দ্বিঘাত সমাধানের সঠিক প্রয়োগ।
একটি কার্নো ইঞ্জিন 227°C এবং 27°C তাপমাত্রার মধ্যে কার্যকর। ইঞ্জিনটি উচ্চ তাপমাত্রার উৎস হতে 1200 J তাপ গ্রহণ করলে (ক) এর কর্মদক্ষতা কত? (খ) প্রতি চক্রে কৃতকাজ এবং গ্রাহকে বর্জিত তাপের পরিমাণ নির্ণয় করো।
প্রদত্ত: উৎসের তাপমাত্রা \(T_1 = 227 + 273 = 500 ext{ K}\), গ্রাহকের তাপমাত্রা \(T_2 = 27 + 273 = 300 ext{ K}\), গৃহীত তাপ \(Q_1 = 1200 ext{ J}\)।
(ক) কর্মদক্ষতা: \[\eta = 1 - rac{T_2}{T_1} = 1 - rac{300}{500} = 0.40 = 40\%\]
(খ) কৃতকাজ ও বর্জিত তাপ: \[W = \eta imes Q_1 = 0.40 imes 1200 = 480 ext{ J}\]
গ্রাহকে বর্জিত তাপ: \[Q_2 = Q_1 - W = 1200 - 480 = 720 ext{ J}\]
তাপগতিবিদ্যার দ্বিতীয় সূত্রানুসারে কার্নো চক্রের আদর্শ দক্ষতা ও কৃতকাজের সম্পর্ক।
একটি 25°C তাপমাত্রার ড্যানিয়েল কোষে \( ext{Zn}^{2+}\) আয়নের ঘনমাত্রা 0.01 M এবং \( ext{Cu}^{2+}\) আয়নের ঘনমাত্রা 0.1 M হলে কোষটির কার্যকর ইএমএফ (EMF) নার্নস্ট সমীকরণের সাহায্যে গণনা করো। (দেওয়া আছে: \(E^\circ_{ ext{cell}} = 1.10 ext{ V}\))
কোষ বিক্রিয়া: \( ext{Zn(s)} + ext{Cu}^{2+} ext{(aq)} \longrightarrow ext{Zn}^{2+} ext{(aq)} + ext{Cu(s)}\) যেখানে স্থানান্তরিত ইলেকট্রন সংখ্যা \(n = 2\)।
নার্নস্ট সমীকরণ অনুসারে:
\[E_{ ext{cell}} = E^\circ_{ ext{cell}} - rac{0.0591}{n} \log_{10}\left( rac{[ ext{Zn}^{2+}]}{[ ext{Cu}^{2+}]}
ight)\]
মান বসিয়ে:
\[E_{ ext{cell}} = 1.10 - rac{0.0591}{2} \log_{10}\left( rac{0.01}{0.1}
ight) = 1.10 - 0.02955 \log_{10}(0.1)\]
যেহেতু \(\log_{10}(0.1) = -1\):
\[E_{ ext{cell}} = 1.10 - 0.02955(-1) = 1.10 + 0.02955 = 1.12955 ext{ V} pprox 1.13 ext{ V}\]
নার্নস্ট সমীকরণ প্রয়োগ করে বিভিন্ন ঘনমাত্রায় গ্যালভানিক কোষের তড়িৎচালক বল নির্ণয়।
পর্যায় সারণিতে আয়নীকরণ শক্তি (Ionization Energy) বলতে কী বোঝায়? নাইট্রোজেনের (\(\text{N}\)) প্রথম আয়নীকরণ শক্তি অক্সিজেনের (\(\text{O}\)) চেয়ে বেশি কেন ব্যাখ্যা করো। [মান: ৫]
সংজ্ঞা: গ্যাসীয় অবস্থায় কোনো মৌলের এক মোল বিচ্ছিন্ন পরমাণুর সর্ববহিঃস্থ স্তর থেকে এক মোল ইলেকট্রন অপসারণ করে এক মোল ধনাত্মক আয়নে পরিণত করতে যে পরিমাণ শক্তির প্রয়োজন হয়।
নাইট্রোজেন ও অক্সিজেনের তুলনা:
- নাইট্রোজেন (\(_7\text{N}\)): \(1s^2\, 2s^2\, 2p_x^1\, 2p_y^1\, 2p_z^1\) (2p সাবশেল অর্ধপূর্ণ)।
- অক্সিজেন (\(_8\text{O}\)): \(1s^2\, 2s^2\, 2p_x^2\, 2p_y^1\, 2p_z^1\) (2p সাবশেল আংশিক পূর্ণ)।
হুন্ডের নিয়ম অনুযায়ী অর্ধপূর্ণ বা পূর্ণ সাবশেল অধিক সুস্থিত। নাইট্রোজেনের অর্ধপূর্ণ p-অরবিটালের সুস্থিতি ভাঙতে অতিরিক্ত শক্তির প্রয়োজন হয়, তাই অক্সিজেনের চেয়ে নাইট্রোজেনের আয়নীকরণ শক্তি বেশি।
একটি ড্যানিয়েল কোষের গঠন লেখ। \(25^\circ\text{C}\) তাপমাত্রায় গ্যালভানিক কোষ \(\text{Zn} | \text{Zn}^{2+}(0.01\,\text{M}) \,|\,|\, \text{Cu}^{2+}(0.1\,\text{M}) | \text{Cu}\)-এর কোষ বিভব (\(E_{cell}\)) নার্নস্ট সমীকরণের সাহায্যে হিসাব করো। (\(E^\circ_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}} = -0.76\,\text{V}\), \(E^\circ_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} = +0.34\,\text{V}\)) [মান: ৫]
প্রমাণ কোষ বিভব:
\[E^\circ_{cell} = E^\circ_{cathode} - E^\circ_{anode} = 0.34 - (-0.76) = +1.10\,\text{V}\]
নার্নস্ট সমীকরণ (\(n = 2\)):
\[E_{cell} = E^\circ_{cell} - \frac{0.0591}{n} \log\frac{[\text{Zn}^{2+}]}{[\text{Cu}^{2+}]}\]
মান বসিয়ে:
\[E_{cell} = 1.10 - \frac{0.0591}{2} \log\frac{0.01}{0.1} = 1.10 - 0.02955 \times \log(0.1)\]
\[\log(0.1) = -1 \implies E_{cell} = 1.10 - (0.02955 \times -1) = 1.10 + 0.02955 = \mathbf{1.1296\,\text{V}}\]
°C তাপমাত্রায় \(\text{AgCl}\) এর দ্রাব্যতা গুণাঙ্ক \(K_{sp} = 1.8 \times 10^{-10}\)। (ক) বিশুদ্ধ পানিতে এর মোলার দ্রাব্যতা কত? (খ) 0.05 M \(\text{NaCl}\) দ্রবণে \(\text{AgCl}\) এর দ্রাব্যতা কত হবে নির্ণয় করো।
(ক) বিশুদ্ধ পানিতে দ্রাব্যতা (S):
\[\text{AgCl(s)} \rightleftharpoons \text{Ag}^+ + \text{Cl}^-\]
\[K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] = S^2 \implies S = \sqrt{K_{sp}} = \sqrt{1.8 \times 10^{-10}} \approx 1.34 \times 10^{-5}\text{ mol/L}\]
(খ) 0.05 M NaCl দ্রবণে দ্রাব্যতা (S'):
সম-আয়ন \(\text{Cl}^-\) এর প্রভাব: \([\text{Cl}^-] = S' + 0.05 \approx 0.05\text{ M}\) (যেহেতু \(S' \ll 0.05\))।
\[K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] = S' \times 0.05 = 1.8 \times 10^{-10}\]
\[S' = \frac{1.8 \times 10^{-10}}{0.05} = 3.6 \times 10^{-9}\text{ mol/L}\]
(সম-আয়নের প্রভাবে দ্রাব্যতা হ্রাস পেয়েছে)।
দ্রাব্যতা গুণাঙ্ক এবং সম-আয়ন প্রভাবের (Common Ion Effect) গাণিতিক বিশ্লেষণ।
হেসের তাপ সমষ্টিকরণ সূত্রটি (Hess's Law) বিবৃত করো। মিথেনের প্রমাণ দহন তাপ গণনা করো যদি দেওয়া থাকে:
(i) \(\Delta H_f^\circ[\text{CO}_2\text{(g)}] = -393.5\text{ kJ/mol}\)
(ii) \(\Delta H_f^\circ[\text{H}_2\text{O(l)}] = -285.8\text{ kJ/mol}\)
(iii) \(\Delta H_f^\circ[\text{CH}_4\text{(g)}] = -74.8\text{ kJ/mol}\)
হেসের সূত্র: কোনো রাসায়নিক পরিবর্তন এক ধাপে বা একাধিক ভিন্ন ধাপে সম্পন্ন হোক না কেন, বিক্রিয়ার প্রারম্ভিক ও চূড়ান্ত অবস্থা একই থাকলে এনথালপির মোট পরিবর্তন সর্বদা সমান থাকে।
মিথেনের দহন বিক্রিয়া:
\[\text{CH}_4\text{(g)} + 2\text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow \text{CO}_2\text{(g)} + 2\text{H}_2\text{O(l)}\]
বিক্রিয়ার তাপ: \[\Delta H_{\text{comb}} = \sum \Delta H_f^\circ(\text{Products}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{Reactants})\]
\[\Delta H_{\text{comb}} = [\Delta H_f^\circ(\text{CO}_2) + 2 \Delta H_f^\circ(\text{H}_2\text{O})] - [\Delta H_f^\circ(\text{CH}_4) + 2 \Delta H_f^\circ(\text{O}_2)]\]
মান বসিয়ে (যেহেতু প্রমাণ অবস্থায় \(\Delta H_f^\circ(\text{O}_2) = 0\)):
\[\Delta H_{\text{comb}} = [-393.5 + 2(-285.8)] - [-74.8 + 0]\]
\[\Delta H_{\text{comb}} = [-393.5 - 571.6] + 74.8 = -965.1 + 74.8 = -890.3\text{ kJ/mol}\]
হেসের সূত্রের বিবৃতি ও গঠন তাপ হতে দহন তাপ নির্ণয়ের যথার্থ সমীকরণ।
নির্দিষ্ট সমাকলন (Definite Integral) ব্যবহার করে \(y = 4 - x^2\) প্যারাবোলা এবং \(x\)-অক্ষ দ্বারা আবদ্ধ অঞ্চলের ক্ষেত্রফল নির্ণয় করো। [মান: ৫]
ছেদবিন্দু নির্ণয়: \(x\)-অক্ষে \(y = 0\):
\[4 - x^2 = 0 \implies x^2 = 4 \implies x = -2 \text{ এবং } x = +2\]
ক্ষেত্রফল সমাকলন: \[A = \int_{-2}^2 (4 - x^2) dx\]
যেহেতু এটি যুগ্ম ফাংশন: \[A = 2 \int_0^2 (4 - x^2) dx = 2 \left[ 4x - \frac{x^3}{3} \right]_0^2 = 2 \left[ 4(2) - \frac{8}{3} \right] = 2 \left[ 8 - \frac{8}{3} \right] = 2 \times \frac{16}{3} = \mathbf{\frac{32}{3} = 10.67\text{ বর্গ একক}}\]
অনির্দিষ্ট যোগজ (Integration) নির্ণয় করো: \[\int x^2 e^{2x} \, dx\] [মান: ৫]
LIATE নিয়ম অনুযায়ী \(u = x^2, v = e^{2x}\):
\[\int u v \, dx = u \int v \, dx - \int \left( \frac{du}{dx} \int v \, dx \right) dx\]
\[I = x^2 \left(\frac{e^{2x}}{2}\right) - \int 2x \left(\frac{e^{2x}}{2}\right) dx = \frac{1}{2} x^2 e^{2x} - \int x e^{2x} \, dx\]
পুনরায় ইউ-ভি নিয়ম প্রয়োগ করে:
\[\int x e^{2x} dx = x \left(\frac{e^{2x}}{2}\right) - \int 1 \cdot \frac{e^{2x}}{2} dx = \frac{1}{2} x e^{2x} - \frac{1}{4} e^{2x}\]
মান বসিয়ে: \[I = \frac{1}{2} x^2 e^{2x} - \frac{1}{2} x e^{2x} + \frac{1}{4} e^{2x} + C = \mathbf{\frac{e^{2x}}{4} (2x^2 - 2x + 1) + C}\]
নির্দিষ্ট সমাকলনের ধর্মাবলী ব্যবহার করে মান নির্ণয় করো: \[\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin x}{\sin x + \cos x} \, dx\] [মান: ৫]
সমাধান:
ধরি, \[I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin x}{\sin x + \cos x} \, dx \quad \cdots (1)\]
নির্দিষ্ট যোগজের ধর্ম \(\int_{0}^{a} f(x) dx = \int_{0}^{a} f(a - x) dx\) প্রয়োগ করে:
\[I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin(\frac{\pi}{2} - x)}{\sin(\frac{\pi}{2} - x) + \cos(\frac{\pi}{2} - x)} \, dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\cos x}{\cos x + \sin x} \, dx \quad \cdots (2)\]
সমীকরণ (১) ও (২) যোগ করে:
\[2I = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\sin x + \cos x}{\sin x + \cos x} \, dx = \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} 1 \, dx = [x]_{0}^{\frac{\pi}{2}} = \frac{\pi}{2}\]
\[\mathbf{I = \frac{\pi}{4}}\]
ক্র্যামারের নিয়ম (Cramer's Rule) প্রয়োগ করে সমীকরণ জোটের সমাধান করো:
\[x + 2y + 3z = 14\]\[2x - y + z = 3\]\[3x + y - 2z = -1\]
সহগ নির্ণায়ক: \[D = \begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 2 & -1 & 1 \\ 3 & 1 & -2 \end{vmatrix}\]
\[D = 1(2 - 1) - 2(-4 - 3) + 3(2 - (-3)) = 1(1) - 2(-7) + 3(5) = 1 + 14 + 15 = 30\]
\(x\) এর নির্ণায়ক: \[D_x = \begin{vmatrix} 14 & 2 & 3 \\ 3 & -1 & 1 \\ -1 & 1 & -2 \end{vmatrix} = 14(1) - 2(-5) + 3(2) = 14 + 10 + 6 = 30\]
\(y\) এর নির্ণায়ক: \[D_y = \begin{vmatrix} 1 & 14 & 3 \\ 2 & 3 & 1 \\ 3 & -1 & -2 \end{vmatrix} = 1(-5) - 14(-7) + 3(-11) = -5 + 98 - 33 = 60\]
\(z\) এর নির্ণায়ক: \[D_z = \begin{vmatrix} 1 & 2 & 14 \\ 2 & -1 & 3 \\ 3 & 1 & -1 \end{vmatrix} = 1(-2) - 2(-11) + 14(5) = -2 + 22 + 70 = 90\]
ক্র্যামারের সূত্র অনুযায়ী: \[x = \frac{D_x}{D} = \frac{30}{30} = 1, \quad y = \frac{D_y}{D} = \frac{60}{30} = 2, \quad z = \frac{D_z}{D} = \frac{90}{30} = 3\]
নির্ণেয় সমাধান: \((x, y, z) = (1, 2, 3)\)।
নির্ণায়কের বিস্তৃতিকরণ ও ক্র্যামারের নিয়মের সঠিক প্রয়োগ।
\((2x^2 - \frac{1}{x})^{15}\) এর দ্বিপদী বিস্তৃতিতে \(x\) বর্জিত পদের মান কত?
দ্বিপদী রাশি \((2x^2 - x^{-1})^{15}\) এর সাধারণ পদ (General Term, \(T_{r+1}\)):
\[T_{r+1} = \binom{15}{r} (2x^2)^{15 - r} (-x^{-1})^r\]
\[T_{r+1} = \binom{15}{r} 2^{15 - r} x^{2(15 - r)} (-1)^r x^{-r} = (-1)^r \binom{15}{r} 2^{15 - r} x^{30 - 2r - r} = (-1)^r \binom{15}{r} 2^{15 - r} x^{30 - 3r}\]
পদটি \(x\) বর্জিত (স্বাধীন) হওয়ার শর্ত: \[30 - 3r = 0 \implies 3r = 30 \implies r = 10\]
সুতরাং ১১-তম পদটি \(x\) বর্জিত। এর মান: \[T_{11} = (-1)^{10} \binom{15}{10} 2^{15 - 10} = 1 \times \binom{15}{5} \times 2^5\]
\[\binom{15}{5} = \frac{15 \times 14 \times 13 \times 12 \times 11}{5 \times 4 \times 3 \times 2 \times 1} = 3003\]
\[T_{11} = 3003 \times 32 = 96096\]
দ্বিপদী উপপাদ্যের সাধারণ পদ থেকে সূচকীয় শর্ত দ্বারা পদ নির্ণয়।
নির্দেশনা অনুযায়ী বাক্যগুলো পরিবর্তন করো:
(i) He said to me, "Did you submit the engineering report yesterday?" (Change into Indirect Speech)
(ii) Engineers are building a modern bridge over the river. (Change into Passive Voice)
(iii) Though he worked hard, he could not finish the drawing in time. (Make it Compound) [মান: ৫]
উত্তরসমূহ:
(i) Indirect Speech: He asked me if (or whether) I had submitted the engineering report the previous day (or the day before).
(ii) Passive Voice: A modern bridge is being built over the river by engineers.
(iii) Compound Sentence: He worked hard, but he could not finish the drawing in time.
Change the voice of the following sentences as directed:
(i) The engineers are constructing a high-speed railway bridge. (Passive)
(ii) Who solved this difficult circuit problem? (Passive)
(iii) Let the machine be switched off immediately. (Active)
(iv) Smoke filled the laboratory. (Passive)
(v) We must respect our teachers. (Passive) [মান: ৫]
Answers:
(i) Passive: A high-speed railway bridge is being constructed by the engineers.
(ii) Passive: By whom was this difficult circuit problem solved?
(iii) Active: Switch off the machine immediately.
(iv) Passive: The laboratory was filled with smoke. ('filled with', not 'by').
(v) Passive: Our teachers must be respected by us.
Transform the following sentences as directed:
(a) In spite of working diligently day and night, the young scientist could not achieve the desired experimental results. (Make it Compound)
(b) Only perseverance and intellectual honesty can lead an engineer to genuine breakthroughs. (Make it Negative without changing meaning)
(c) The microprocessor is so intricate that a layman cannot comprehend its architectural layout. (Make it Simple)
(d) Who does not aspire to secure a prestigious admission into DUET? (Make it Assertive)
(e) The committee said to him, "Submit your thesis proposal before Friday." (Change into Indirect Speech)
Answers:
(a) Compound: The young scientist worked diligently day and night, yet he could not achieve the desired experimental results.
(b) Negative: None but perseverance and intellectual honesty can lead an engineer to genuine breakthroughs.
(c) Simple: The microprocessor is too intricate for a layman to comprehend its architectural layout.
(d) Assertive: Everyone aspires to secure a prestigious admission into DUET.
(e) Indirect Speech: The committee instructed (or ordered) him to submit his thesis proposal before Friday.
Tests structural versatility: simple/compound transitions, negative transformation, assertive conversion, and imperative narration.
২য় পত্র: টেকনিক্যাল (বিভাগীয় বিষয়)
কেমিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং (স্পেশালাইজড ইঞ্জিনিয়ারিং)বিভাগ-ক: বহু নির্বাচনি প্রশ্ন (Technical MCQ)
৪০টি প্রশ্ন × ১.৫ নম্বর = ৬০ নম্বর (নেগেটিভ মার্ক ০.২৫)লিকুইড-লিকুইড নিষ্কাশনে (Solvent Extraction) ব্যবহৃত দ্রাবকের প্রধান বৈশিষ্ট্য কোনটি হওয়া আবশ্যক?
কঠিন পদার্থের কেলাসন (Crystallization) শুরু করার জন্য দ্রবণে কোন অবস্থা তৈরি করা অপরিহার্য?
অটো-ক্যাটালাইসিস (Autocatalysis) বিক্রিয়া বলতে কোনটিকে বোঝায়?
ক্যাথোডিক সুরক্ষায় (Cathodic Protection) ভূগর্ভস্থ স্টিল পাইপলাইনকে মরিচা ও ক্ষয় হতে বাঁচাতে কোন ধাতুটিকে স্যাক্রিফিসিয়াল অ্যানোড করা হয়?
বায়োগ্যাসের প্রধান দুটি উপাদান কোনগুলো এবং এদের শতকরা অনুপাত কত?
রাসায়নিক শিল্পে হ্যাজার্ড অ্যান্ড অপার্যাবিলিটি অ্যানালাইসিস (HAZOP) এর মূল উদ্দেশ্য কী?
ক্রোম্যাটোগ্রাফিতে রিটেনশন ফ্যাক্টর (Retention Factor, R_f) এর সংজ্ঞা কোনটি?
হালকা গ্যাসীয় হাইড্রোকার্বনের এলপিজিতে (LPG) প্রধানত কোন গ্যাস দুটি সংকুচিত তরল অবস্থায় থাকে?
কাচ (Glass) উৎপাদনে মূল মৌলিক কাঁচামাল কোনটি?
প্লাস্টিক রিসাইক্লিংয়ে থার্মোপ্লাস্টিক (Thermoplastics) পলিমারের প্রধান বৈশিষ্ট্য কোনটি?
রিঅ্যাক্টরে স্পেস টাইম (Space Time, τ) বলতে কোনটিকে বোঝায়?
ল্যামিনার ও টার্বুলেন্ট উভয় প্রবাহের জন্য মোডি চার্টে (Moody Chart) পাইপের ঘর্ষণ সহগ (f) নির্ণয়ে কোন দুটি চলক লাগে?
রাউল্টের সূত্রানুসারে (Raoult's Law) একটি আদর্শ দ্রবণের কোনো উদ্বায়ী উপাদানের আংশিক বাষ্পচাপ (P_i) কিসের সমানুপাতিক?
একটি অবিচ্ছিন্ন রাসায়নিক প্রক্রিয়ায় আনস্টেডি স্টেট (Unsteady State) বস্তু ভারসাম্যের সাধারণ সমীকরণ কোনটি?
রাসায়নিক বিক্রিয়ায় লিমিটিং রিঅ্যাক্ট্যান্ট (Limiting Reactant) বলতে কোনটিকে বোঝায়?
রাসায়নিক প্ল্যান্টে রিসাইকেল স্ট্রিমের (Recycle Stream) সাথে একটি ক্ষুদ্র পার্জ স্ট্রিম (Purge Stream) রাখার মূল কারণ কী?
হাইড্রোকার্বন জ্বালানীর দহনে তাত্ত্বিক অক্সিজেনের অতিরিক্ত বাতাস সরবরাহ (Excess Air) করার মূল উদ্দেশ্য কোনটি?
নিউটনীয় তরলে (Newtonian Fluid) শিয়ার স্ট্রেস (τ) এবং শিয়ার রেটের (du/dy) সম্পর্ক কেমন হয়?
বৃত্তাকার পাইপে পূর্ণাঙ্গ ল্যামিনার প্রবাহের ক্ষেত্রে হেগেন-পইসিল সমীকরণে (Hagen-Poiseuille Equation) প্রেসার ড্রপ (ΔP) পাইপের ব্যাসের (D) কোন ঘাতের ব্যস্তানুপাতিক?
প্যাকড বেড কলামে (Packed Bed Column) কণার স্তরের মধ্য দিয়ে তরল প্রবাহে চাপ অপচয় নির্ণয়ের বিখ্যাত সমীকরণ কোনটি?
সেন্ট্রিফিউগাল পাম্পের নিরাপদ অপারেশনে নেট পজিটিভ সাকশন হেড (NPSH) এর কোন শর্তটি বজায় রাখা বাধ্যতামূলক?
পাইপে টার্বুলেন্ট প্রবাহে তাপ স্থানান্তর সহগ (Nusselt Number, Nu) নির্ণয়ের বহুল ব্যবহৃত ডিটাস-বোয়েল্টার সমীকরণ কোনটি?
শেল অ্যান্ড টিউব হিট এক্সচেঞ্জারে ব্যাফেলস (Baffles) ব্যবহারের মূল উদ্দেশ্য কোনটি?
মাল্টিপল-ইফেক্ট ইভাপোরেটরে (Multiple Effect Evaporator) স্টিম ইকোনমি (Steam Economy) বৃদ্ধির মূল কারণ কোনটি?
আণবিক ব্যাপনে ফিকের ১ম সূত্র (Fick's First Law of Diffusion) অনুসারে মোলার ফ্লাক্স (J_A) কিসের সমানুপাতিক?
পাতন প্রক্রিয়ায় আপেক্ষিক উদ্বায়ীতা (Relative Volatility, α_AB) এর মান 1.0 হলে মিশ্রণটিকে সাধারণ পাতনে পৃথক করা সম্ভব কি?
ম্যাককেব-থিলি (McCabe-Thiele) পদ্ধতিতে পাতন কলামের তাত্ত্বিক প্লেট সংখ্যা নির্ণয়ে ফিড লাইন বা কিউ-লাইনের (q-line) ঢাল কত যখন ফিড স্যাচুরেটেড লিকুইড (Saturated Liquid)?
পাতন কলামে টোটাল রিফ্লাক্স (Total Reflux, R = ∞) অবস্থায় কোন ঘটনাটি ঘটে?
প্যাকড অ্যাবসর্বশন টাওয়ারের (Packed Absorption Tower) উচ্চতা নির্ণয়ে HTU এবং NTU এর সম্পর্ক কোনটি?
কঠিন পদার্থের শুষ্ককরণ বক্ররেখায় (Drying Curve) ক্রিটিক্যাল ময়েশ্চার কন্টেন্টের (Critical Moisture Content) নিচে কোন পর্যায় শুরু হয়?
রাসায়নিক বিক্রিয়ার গতি ধ্রুবকের (Rate Constant, k) সাথে তাপমাত্রার নির্ভরশীলতা প্রকাশের সমীকরণ কোনটি?
আইসোথার্মাল অবিচ্ছিন্ন স্টিয়ার্ড ট্যাঙ্ক চুল্লির (CSTR) ডিজাইনে প্রতিক্রিয়া হারের মূল বৈশিষ্ট্য কোনটি?
একই ফিড রেট এবং একই রূপান্তরের (Conversion) জন্য প্রথম ক্রমের তরল বিক্রিয়ায় CSTR এবং PFR এর আয়তনের তুলনা কোনটি সত্য?
হেবার-বোশ পদ্ধতিতে নাইট্রোজেন ও হাইড্রোজেন হতে অ্যামোনিয়া (NH₃) সংশ্লেষণের অনুঘটক কোনটি?
স্পর্শ পদ্ধতিতে (Contact Process) সালফিউরিক অ্যাসিড তৈরিতে সালফার ডাইঅক্সাইড হতে সালফার ট্রাইঅক্সাইড (SO₂) জারণের অনুঘটক কোনটি?
ইউরিয়া সার (NH₂CONH₂) উৎপাদনের প্রধান দুটি মৌলিক কাঁচামাল কোনগুলো?
পেট্রোলিয়াম শোধনাগারে ভ্যাকুয়াম ডিস্টিলেশন কলাম (VDU) ব্যবহারের মূল উদ্দেশ্য কোনটি?
প্রথম ক্রমের স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার (First Order Process) স্টেপ রেসপন্সে প্রক্রিয়ার সময় ধ্রুবক (Time Constant, τ) বলতে কী বোঝায়?
ফিডব্যাক কন্ট্রোল সিস্টেমে পিআইডি (PID) কন্ট্রোলারের ইন্টিগ্রাল (Integral / Reset) মোডের মূল সুবিধা কোনটি?
রাসায়নিক বর্জ্য জল শোধনাগারে (ETP) বায়োলজিক্যাল ট্রিকলিং ফিল্টার বা অ্যাক্টিভেটেড স্ল্যাজ প্রক্রিয়ার প্রধান লক্ষ্য কোনটি?
বিভাগ-খ: টেকনিক্যাল লিখিত প্রশ্ন (Technical Written/CQ)
১৮টি প্রশ্ন × ৫ নম্বর = ৯০ নম্বরএকটি কন্টিনিউয়াস ডিস্টিলেশন কলামে প্রতি ঘণ্টায় \(1000\,\text{kg}\) ফিড প্রবেশ করে যাতে \(40\%\) বেনজিন এবং \(60\%\) টলুইন রয়েছে। কলামের টপ ডিস্টিলেটে \(95\%\) বেনজিন এবং বটম উৎপাদে \(5\%\) বেনজিন পাওয়া যায়।
(ক) ডিস্টিলেট রেট (\(D\)) এবং বটম রেট (\(W\)) নির্ণয় করো।
(খ) উপাদানের সামগ্রিক ম্যাটেরিয়াল ব্যালেন্স সমীকরণ লেখ। [মান: ৫]
ম্যাটেরিয়াল ব্যালেন্স:
সামগ্রিক ব্যালেন্স: \[F = D + W \implies 1000 = D + W \implies W = 1000 - D\]
বেনজিন কম্পোনেন্ট ব্যালেন্স: \[F \cdot x_F = D \cdot x_D + W \cdot x_W\]
\[1000 \times 0.40 = D \times 0.95 + (1000 - D) \times 0.05\]
\[400 = 0.95 D + 50 - 0.05 D = 0.90 D + 50\]
\[0.90 D = 350 \implies \mathbf{D = \frac{350}{0.90} = 388.89\,\text{kg/hr}}\]
বটম রেট: \[\mathbf{W = 1000 - 388.89 = 611.11\,\text{kg/hr}}\]
একটি প্রথম ক্রমের (First-order) রাসায়নিক বিক্রিয়া \(A \rightarrow B\)-এর জন্য সমাকলিত হার সমীকরণ \(k = \frac{1}{t} \ln\left(\frac{A_0}{A}\right)\) প্রতিপাদন করো। বিক্রিয়াটির অর্ধায়ু (\(t_{1/2}\)) প্রারম্ভিক ঘনমাত্রার উপর নির্ভর করে না কেন? [মান: ৫]
প্রতিপাদন:
বিক্রিয়ার গতি: \[-\frac{d[A]}{dt} = k [A] \implies -\frac{d[A]}{[A]} = k dt\]
উভয়পক্ষে সমাকলন করে (সীমা \(t=0\) তে \([A] = [A]_0\) থেকে \(t\) সময়ে \([A]\)):
\[-\int_{[A]_0}^{[A]} \frac{d[A]}{[A]} = k \int_0^t dt \implies -\ln\left(\frac{[A]}{[A]_0}\right) = k t\]
\[\therefore \mathbf{k = \frac{1}{t} \ln\left( \frac{[A]_0}{[A]} \right)}\]
অর্ধায়ু: যখন \(t = t_{1/2}\), তখন \([A] = [A]_0 / 2\)।
\[k = \frac{1}{t_{1/2}} \ln(2) \implies \mathbf{t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k} = \frac{0.693}{k}}\]
সমীকরণে প্রারম্ভিক ঘনমাত্রা \([A]_0\) অনুপস্থিত থাকায় ১ম ক্রমের অর্ধায়ু প্রারম্ভিক ঘনমাত্রার উপর সম্পূর্ণ স্বাধীন।
সিঙ্গেল-ইফেক্ট ইভাপোরেটরের তুলনায় মাল্টিপল-ইফেক্ট ইভাপোরেটরের স্টিম ইকোনমি (Steam Economy) কীভাবে বৃদ্ধি পায় ব্যাখ্যা করো। [মান: ৫]
স্টিম ইকোনমি: প্রতি কেজি বাষ্প সরবরাহের ফলে উৎপাদিত বাষ্পের ভর: \(\text{Economy} = \frac{\text{kg of water vaporized}}{\text{kg of fresh steam fed}}\)।
- সিঙ্গেল ইফেক্টে \(1\,\text{kg}\) ফ্রেশ বাষ্প দিলে প্রায় \(0.8-0.9\,\text{kg}\) পানি বাষ্পীভূত হয় (ইকোনমি \(< 1\))।
- মাল্টিপল ইফেক্টে ১ম বডি থেকে নির্গত বাষ্পকে ২য় বডির হিটিং স্টিম হিসেবে ব্যবহার করা হয় (কম চাপে ফুটানোর মাধ্যমে)।
ফলে ট্রিপল ইফেক্টে \(1\,\text{kg}\) ফ্রেশ স্টিমে প্রায় \(2.4-2.8\,\text{kg}\) পানি বাষ্পীভূত হয় (স্টিম খরচ অর্ধেকে নেমে আসে)।
ফুরিয়ারের তাপ সঞ্চালন সূত্রটি বিবৃত করো। একটি দ্বিমুখী দেয়ালের প্রথম স্তর \(0.1\,\text{m}\) পুরু ইট (\(k_1 = 0.8\,\text{W/m}\cdot\text{K}\)) এবং দ্বিতীয় স্তর \(0.05\,\text{m}\) পুরু ইনসুলেশন (\(k_2 = 0.04\,\text{W/m}\cdot\text{K}\))। ভেতরের তাপমাত্রা \(200^\circ\text{C}\) এবং বাইরের তাপমাত্রা \(30^\circ\text{C}\) হলে প্রতি বর্গমিটার ক্ষেত্রফলে তাপ হ্রাসের হার (\(q/A\)) কত? [মান: ৫]
ফুরিয়ারের সূত্র: একমুখী স্থির তাপ প্রবাহের হার তাপমাত্রার নতিমাত্রার সমানুপাতিক: \(q = -k A \frac{dT}{dx}\)।
কম্পোজিট দেয়ালের মোট রোধ:
\[R_{th} = \frac{L_1}{k_1} + \frac{L_2}{k_2} = \frac{0.1}{0.8} + \frac{0.05}{0.04} = 0.125 + 1.25 = 1.375\,\text{K}\cdot\text{m}^2/\text{W}\]
তাপ স্থানান্তরের হার: \[\frac{q}{A} = \frac{\Delta T}{R_{th}} = \frac{200 - 30}{1.375} = \frac{170}{1.375} = \mathbf{123.64\,\text{W/m}^2}\]
অরিফিস মিটার (Orifice Meter) এবং ভেনচুরি মিটারের (Venturi Meter) মধ্যে ৩টি তুলনামূলক পার্থক্য লেখ। পাইপলাইনে প্রবাহীর ডিসচার্জ পরিমাপে অরিফিস মিটারের তাত্ত্বিক সমীকরণটি লেখ। [মান: ৫]
পার্থক্য ছক:
১. গঠন ও খরচ: অরিফিস মিটার একটি ছিদ্রযুক্ত ধাতব প্লেট, স্থাপন সহজ ও সাশ্রয়ী; ভেনচুরি মিটার কনভার্জিং-ডাইভার্জিং কোণযুক্ত জটিল ও ব্যয়বহুল।
২. স্থায়ী চাপ হ্রাস (Permanent Head Loss): অরিফিস মিটারে এডি (Eddy) ও প্রবাহ বিচ্ছেদের কারণে চাপ হ্রাস অনেক বেশি; ভেনচুরি মিটারে চাপ পুনরুদ্ধার ৯০% এর বেশি।
৩. ডিসচার্জ সহগ (\(C_d\)): অরিফিসের \(C_d pprox 0.60-0.65\); ভেনচুরির \(C_d pprox 0.96-0.98\)।
ডিসচার্জ সমীকরণ: \[Q = \frac{C_d A_1 A_2}{\sqrt{A_1^2 - A_2^2}} \sqrt{2 g h}\]
পাতন প্রক্রিয়ায় রাউল্টের সূত্র (Raoult's Law) এবং আপেক্ষিক উদ্বায়ীতা (Relative Volatility, \(\alpha\)) সংজ্ঞায়িত করো। যদি একটি বাইনারি মিশ্রণে বেনজিনের বাষ্পচাপ \(75\,\text{kPa}\) এবং টলুইনের বাষ্পচাপ \(30\,\text{kPa}\) হয়, তবে এদের আপেক্ষিক উদ্বায়ীতা কত এবং পাতন দ্বারা পৃথকীকরণ সম্ভব কিনা? [মান: ৫]
রাউল্টের সূত্র: আদর্শ দ্রবণে কোনো উদ্বায়ী উপাদানের আংশিক বাষ্পচাপ তার মোলার ভগ্নাংশ এবং বিশুদ্ধ অবস্থায় তার বাষ্পচাপের গুণফলের সমান: \(P_A = x_A P_A^\circ\)।
আপেক্ষিক উদ্বায়ীতা: দ্রবণের দুটি উপাদানের বাষ্পচাপের অনুপাত: \[\alpha_{AB} = \frac{P_A^\circ}{P_B^\circ} = \frac{75}{30} = \mathbf{2.50}\]
সিদ্ধান্ত: যেহেতু \(\alpha > 1\) (এখানে ২.৫), সেহেতু সাধারণ ভগ্নাংশিক পাতন (Fractional Distillation) দ্বারা বেনজিন ও টলুইনকে সহজেই পৃথক করা সম্ভব।
কেমিক্যাল প্রসেস প্ল্যান্টে রিসাইকেল স্ট্রিম (Recycle Stream) এবং পার্জ স্ট্রিমের (Purge Stream) মূল উদ্দেশ্য কী? পার্জিং না করলে সিস্টেমে কি সমস্যা তৈরি হয়? [মান: ৫]
উদ্দেশ্য:
- Recycle Stream: বিক্রিয়ক পদার্থের রূপান্তর হার (Overall conversion) বৃদ্ধি করতে এবং অনুঘটক ও তাপ পুনরুদ্ধার করতে অপূর্ণ বিক্রিয়াকৃত পদার্থকে পুনরায় চুল্লিতে ফেরত পাঠানো।
- Purge Stream: রিসাইকেল লুপে ক্রমাগত জমে যাওয়া নিষ্ক্রিয় বা অপ্রয়োজনীয় গ্যাস (Inert substances, যেমন নাইট্রোজেন বা আর্গন) সিস্টেম থেকে বের করে দেওয়া।
সমস্যা: পার্জিং না করলে রিসাইকেল লুপে নিষ্ক্রিয় গ্যাসের ঘনত্ব ক্রমান্বয়ে বৃদ্ধি পায়, ফলে চুল্লিতে মূল বিক্রিয়কের আংশিক চাপ কমে যায় এবং সামগ্রিক বিক্রিয়ার কার্যকারিতা মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়।
সেন্ট্রিফিউগাল পাম্পে ক্যাভিটেশন (Cavitation) কী এবং এটি কেন ঘটে? নেট পজিটিভ সাকশন হেড (NPSH) বলতে কী বোঝায় এবং পাম্পকে ক্যাভিটেশন মুক্ত রাখতে শর্ত কী? [মান: ৫]
ক্যাভিটেশন: পাম্পের ইম্পেলারের আই (Eye)-তে তরলের চাপ উক্ত তাপমাত্রার বাষ্পচাপের (Vapor pressure) চেয়ে কমে গেলে বুদবুদ সৃষ্টি হয়। এই বাষ্পের বুদবুদ উচ্চচাপ অঞ্চলে গিয়ে বিকট শব্দে বিস্ফোরিত হয়ে ইম্পেলারে গর্ত বা পিটিং তৈরি করে, যাকে ক্যাভিটেশন বলে।
NPSH: পাম্পের সাকশন নজেলে তরলের মোট পরম চাপ ও বাষ্পচাপের পার্থক্য: \(\text{NPSH} = \frac{P_{abs} - P_v}{\rho g}\)।
ক্যাভিটেশন মুক্ত থাকার শর্ত:
\[\mathbf{\text{NPSH}_{\text{available}} > \text{NPSH}_{\text{required}}}\]
অর্থাৎ সাকশন লাইনে ঘর্ষণ ড্রপ কমিয়ে এবং পাম্পকে লিকুইড লেভেলের কাছাকাছি রেখে ক্যাভিটেশন রোধ করা যায়।
তরল-তরল নিষ্কাশনে (Liquid-Liquid Extraction) বণ্টন সূত্র (Nernst Distribution Law) এবং বণ্টন সহগ (Partition Coefficient, \(K\)) সংজ্ঞায়িত করো। কোন পরিস্থিতিতে পাতনের (Distillation) চেয়ে নিষ্কাশন পদ্ধতি বেশি উপযোগী? [মান: ৫]
বণ্টন সূত্র: স্থির তাপমাত্রায় দুটি অমিশ্রণীয় তরলের সংস্পর্শে থাকা একটি দ্রবের সাম্যাবস্থায় উভয় তরলে ঘনমাত্রার অনুপাত একটি ধ্রুবক: \[K = \frac{C_1}{C_2}\] যেখানে \(K\) হলো বণ্টন সহগ।
নিষ্কাশনের উপযোগিতা:
১. যখন উপাদানের স্ফুটনাঙ্ক অত্যন্ত কাছাকাছি থাকে (\(\alpha \approx 1.0\)), যেমন জাইলিন আইসোমার বা প্যারাফিন ও অ্যারোমেটিক্স।
২. তাপসংবেদনশীল জৈব যৌগ (যেমন অ্যান্টিবায়োটিক, ভিটামিন) যা স্ফুটনাঙ্কে উত্তপ্ত করলে ভেঙে যায়।
৩. মিশ্রণে দ্রব অত্যন্ত কম ঘনমাত্রায় থাকলে (উচ্চ বাষ্পীভবন তাপের অপচয় রোধে)।
গ্যাস শোষণ কলামে (Absorption Column) লোডিং পয়েন্ট (Loading Point) এবং ফ্লাডিং পয়েন্ট (Flooding Point) বলতে কী বোঝায়? কলাম ডিজাইন সর্বদা ফ্লাডিং বেগের নিচে কেন রাখা হয়? [মান: ৫]
সংজ্ঞাসমূহ:
- লোডিং পয়েন্ট: গ্যাস প্রবাহের যে বেগ অতিক্রম করলে কলামে তরলের মুক্ত নিম্নগামী প্রবাহ বাধাগ্রস্ত হতে শুরু করে এবং প্যাকিং স্তরে তরলের হোল্ড-আপ ও প্রেসার ড্রপ দ্রুত বৃদ্ধি পায়।
- ফ্লাডিং পয়েন্ট: গ্যাসের বেগ আরও বৃদ্ধি করলে ঊর্ধ্বমুখী গ্যাসের টানে তরল আর নিচে নামতে পারে না, কলামে তরলের লেভেল সম্পূর্ণ আটকে যায় এবং কলামের টপ দিয়ে তরল ছিটকে বের হতে থাকে।
ডিজাইন শর্ত: ফ্লাডিং ঘটলে কলামের গ্যাস-তরল সংস্পর্শ ক্ষেত্র সম্পূর্ণ নষ্ট হয় এবং অপারেশন বিকল হয়ে যায়। তাই কলামের কার্যনির্বাহী গ্যাসের বেগ সর্বদা ফ্লাডিং বেগের ৫০%-৭০% এর মধ্যে রাখা হয়।
একটি শিল্প বয়লারে ১০০ কেজি কয়লা দহন করা হয় যার উপাদানে 81% কার্বন এবং 19% হাইড্রোজেন বিদ্যমান। কয়লার সম্পূর্ণ দহনে ২৫% অতিরিক্ত বাতাস সরবরাহ করা হলে তাত্ত্বিক প্রয়োজনীয় অক্সিজেন (মোল) এবং প্রকৃত বাতাসের পরিমাণ (মোল) হিসাব করো। [মান: ৫]
১. উপাদান ও তাত্ত্বিক অক্সিজেন:
কার্বন: \(C = 6.75 ext{ mol}\) (বিক্রিয়া: \(C + O_2
ightarrow CO_2\)) \(\implies O_2 = 6.75 ext{ mol}\)।
হাইড্রোজেন: \(H_2 = 9.5 ext{ mol}\) (বিক্রিয়া: \(H_2 + 0.5 O_2
ightarrow H_2O\)) \(\implies O_2 = 4.75 ext{ mol}\)।
মোট তাত্ত্বিক \(O_2 = 11.5 ext{ mol}\)।
২. ২৫% অতিরিক্ত বাতাসসহ মোট বাতাস:
\[ ext{Air} = rac{11.5 imes 1.25}{0.21} = 68.45 ext{ mol}\]
জ্বালানি দহন রসায়ন ও অতিরিক্ত বাতাসের তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ।
একটি তাপ বিনিময়কারকে 2.2 kg/s হারে গরম তেল 145°C হতে ৭০°C এ শীতল করা হয় (তেলের \(C_p = 2.15 ext{ kJ/(kg}\cdot ext{K)}\))। (ক) তাপ বিনিময়ের ক্ষমতা (Heat Duty) কিলোওয়াটে নির্ণয় করো এবং (খ) এই তাপ শোষণ করে ১০০°C এর পানি বাষ্পে পরিণত হলে প্রতি সেকেন্ডে কত কেজি স্টিম উৎপাদিত হবে? (বাষ্পীভবনের সুপ্ততাপ \(2257 ext{ kJ/kg}\)) [মান: ৫]
১. তাপ বিনিময়ের হার (Heat Duty):
\[Q = \dot{m}_{oil} \cdot C_p \cdot (T_{in} - T_{out}) = 2.2 imes 2.15 imes (145 - 70) = 354.75 ext{ kW}\]
২. স্টিম উৎপাদনের হার:
\[\dot{m}_{steam} = rac{Q}{\lambda} = rac{354.75}{2257.0} = 0.1572 ext{ kg/s}\]
তাপ বিনিময়কারকে তাপ বর্জন ও সুপ্ততাপীয় বাষ্প উৎপাদনের এনার্জি ব্যালেন্স।
mm অভ্যন্তরীণ ব্যাস এবং 130 m দৈর্ঘ্যের একটি অনুভূমিক পাইপ দিয়ে 1.6 m/s বেগে পানি প্রবাহিত হচ্ছে (ঘর্ষণ সহগ \(f = 0.02\), \( ho = 1000 ext{ kg/m}^3\))। (ক) ঘর্ষণজনিত চাপ হ্রাস (\(\Delta P\) in kPa) এবং (খ) পানি পাম্প করতে প্রয়োজনীয় হাইড্রোলিক ক্ষমতা (kW) নির্ণয় করো। [মান: ৫]
১. ডার্সি-ওয়েইসবাক সূত্রে চাপ হ্রাস:
\[\Delta P = f rac{L}{D} rac{
ho v^2}{2} = 0.02 imes rac{130}{0.10} imes rac{1000 imes 1.6^2}{2} = 33280.0 ext{ Pa} = 33.28 ext{ kPa}\]
২. প্রবাহের হার ও প্রয়োজনীয় পাম্প ক্ষমতা:
\[Q = rac{\pi D^2}{4} v = rac{\pi imes 0.1^2}{4} imes 1.6 = 0.0126 ext{ m}^3 ext{/s}\]
\[P = \Delta P imes Q = 33280.0 imes 0.0126 = 419.3 ext{ W} = 0.42 ext{ kW}\]
পাইপ লাইনে হেড লস ও পাম্পিং শক্তির হিসাব।
একটি শিল্প গ্যাস শোষণ কলামে (Absorption Tower) বিষাক্ত গ্যাস অপসারণে প্রয়োজনীয় স্থানান্তর এককের সংখ্যা \(NTU_{OG} = 4.7\) এবং প্রতিটি স্থানান্তর এককের উচ্চতা \(HTU_{OG} = 0.7\) m। শোষণ কলামের প্যাকিং বেডের কার্যকর উচ্চতা (Packed Height) কত মিটার হবে? [মান: ৫]
প্যাকড টাওয়ারের উচ্চতা সূত্র:
\[Z = NTU_{OG} imes HTU_{OG}\]
\[Z = 4.7 imes 0.7 = 3.29 ext{ m}\]
গ্যাস-লিকুইড শোষণে ট্রান্সফার ইউনিট কনসেপ্ট প্রয়োগ।
একটি ট্রে ড্রায়ারে 520 kg কাঁচা পেস্ট শুকানো হবে যার আর্দ্রতা 47% (আর্দ্র ভিত্তি, Wet basis)। শুকানোর পর চূড়ান্ত উৎপাদে আর্দ্রতা ৫% (আর্দ্র ভিত্তি) এ নামিয়ে আনা হলে (ক) শুকনো কঠিন পদার্থের ওজন, (খ) চূড়ান্ত পণ্যের ওজন, এবং (গ) অপসারিত পানির পরিমাণ নির্ণয় করো। [মান: ৫]
১. শুষ্ক কঠিন পদার্থের ওজন (Dry Solid):
\[S_{dry} = 520 imes (1 - 0.47) = 275.6 ext{ kg}\]
২. চূড়ান্ত পণ্যের ওজন:
\[P = rac{275.6}{1 - 0.05} = 290.11 ext{ kg}\]
৩. অপসারিত পানির পরিমাণ:
\[W = 520 - 290.11 = 229.89 ext{ kg}\]
ড্রাইং প্রক্রিয়ায় ওয়েট বেসিস ও ড্রাই সলিডের উপাদান রূপান্তর।
একটি অবিচ্ছিন্ন মিশ্রণ চুল্লিতে (CSTR) প্রথম ক্রমের বিক্রিয়া \(A ightarrow P\) সংঘটিত হয় (\(k = 0.15 ext{ min}^{-1}\))। তরল প্রবাহের হার 22 L/min এবং ইনলেট ঘনমাত্রা 1.6 mol/L। 78% রূপান্তর (Conversion) অর্জনের জন্য প্রয়োজনীয় CSTR এর আয়তন (L) কত হবে? [মান: ৫]
CSTR পারফরম্যান্স সমীকরণ:
\[V = rac{F_{A0} \cdot X}{-r_A} = rac{v_0 \cdot C_{A0} \cdot X}{k \cdot C_{A0} (1 - X)} = rac{v_0 \cdot X}{k (1 - X)}\]
\[V = rac{22 imes 0.78}{0.15 imes (1 - 0.78)} = rac{17.16}{0.033} = 520.0 ext{ Litres}\]
আদর্শ সিএসটিআর চুল্লির ভলিউম ডিজাইনের সমাধান।
একটি সার কারখানায় হেবার পদ্ধতিতে দৈনিক 110 মেট্রিক টন তরল অ্যামোনিয়া (\(NH_3\)) সংশ্লেষণ করা হয়। ১০০% ফলন (Yield) ধরে (ক) প্রয়োজনীয় নাইট্রোজেন (kmol), (খ) প্রয়োজনীয় হাইড্রোজেন (kmol) এবং (গ) প্রমাণ অবস্থায় হাইড্রোজেনের আয়তন (\(Nm^3\)) নির্ণয় করো। [মান: ৫]
১. অ্যামোনিয়া সংশ্লেষণ বিক্রিয়া: \[N_2 + 3H_2
ightleftharpoons 2NH_3\]
অ্যামোনিয়ার পরিমাণ: \[ rac{110 imes 1000}{17} = 6470.59 ext{ kmol}\]
২. প্রয়োজনীয় কাঁচামাল:
\(N_2 = 6470.59 / 2 = 3235.3 ext{ kmol}\)
\(H_2 = 6470.59 imes 1.5 = 9705.89 ext{ kmol}\)
৩. \(H_2\) এর আয়তন: \[9705.89 imes 22.414 = 217547.8 ext{ Nm}^3\]
অ্যামোনিয়া সংশ্লেষণের শিল্প রাসায়নিক ভর ও আয়তন ব্যালেন্স।
একটি ইউরিয়া সার কারখানায় দৈনিক 130 টন দানাদার ইউরিয়া (\( ext{NH}_2 ext{CONH}_2\)) উৎপাদিত হয়। স্টয়কিওমেট্রিক অনুপাত অনুযায়ী (ক) প্রয়োজনীয় তরল অ্যামোনিয়ার ভর (টন) এবং (খ) প্রয়োজনীয় কার্বন ডাই-অক্সাইডের ভর (টন) নির্ণয় করো। [মান: ৫]
১. ইউরিয়া সংশ্লেষণ বিক্রিয়া:
\[2NH_3 + CO_2
ightarrow NH_2COONH_4
ightleftharpoons NH_2CONH_2 + H_2O\]
ইউরিয়ার মোল: \[130 imes 1000 / 60.06 = 2164.5 ext{ kmol}\]
২. প্রয়োজনীয় ইনপুট কাঁচামাল:
\(NH_3\) ভর: \[2164.5 imes 2 imes 17.03 / 1000 = 73.72 ext{ tons/day}\)
\(CO_2\) ভর: \[2164.5 imes 44.01 / 1000 = 95.26 ext{ tons/day}\)
ইউরিয়া সার সংশ্লেষণের স্টয়কিওমেট্রিক অনুপাত ও কাঁচামাল হিসাব।