द्रव्यमान संतुलन
- स्थायी अवस्था
- अंदर = बाहर
- कुल संतुलन
- ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
- घटक संतुलन
- ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
- वाष्पित्र
- F·xF = P·xP, W = F − P
द्रव्यमान और ऊर्जा संतुलन: क्रैम पैक
सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 8 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।
1सूत्र और विधियाँ
ऊर्जा संतुलन
- संवेद्य ऊष्मा
- Q = ṁ·cp·ΔT
- गुप्त ऊष्मा
- Q = ṁ·hfg
- मिश्रण
- ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
- पानी
- cp ≈ 4.18 kJ/(kg·K)
आदर्श गैस नियम
- आदर्श गैस नियम
- pV = nRT
- गैस नियतांक
- R = 8.314 J/(mol·K)
- संयुक्त गैस नियम
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- मोल
- n = m/M
- तापमान
- T[K] = T[°C] + 273.15
स्टॉइकियोमेट्री
- मोल
- n = m/M
- सांद्रता
- c = n/V
- मोल अनुपात
- संतुलित समीकरण के गुणांकों का उपयोग करें
- सीमांत अभिकारक
- वह जो सबसे पहले खत्म होता है
- प्रतिशत उपज
- वास्तविक / सैद्धांतिक × 100%
विधि
- रासायनिक समीकरण लिखें और संतुलित करें।
- दिए गए द्रव्यमान को मोल में बदलें: n = m/M।
- वांछित पदार्थ के मोल ज्ञात करने के लिए गुणांकों को मोल अनुपात के रूप में उपयोग करें।
- m = n·M से वापस द्रव्यमान में बदलें। दो अभिकारकों के साथ पहले सीमांत अभिकारक ज्ञात करें।
2अभ्यास प्रश्न
1.द्रव्यमान संतुलनमध्यम
धारा 1 में हर घंटे धारा 2 की कितनी मात्रा मिलाई जाए ताकि मिश्रित उत्पाद में 30% चीनी हो? ṁ2 ज्ञात कीजिए।
ṁ1 = 600 kg/hx1 = 50 %x2 = 5 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.द्रव्यमान संतुलनकठिन
एक वाष्पित्र शुद्ध पानी उबालकर चीनी विलयन को सांद्र करता है। उत्पाद प्रवाह P को kg/h में ज्ञात कीजिए।
F = 3200 kg/hxF = 9 %xP = 30 %
P = kg/h
3.ऊर्जा संतुलनमध्यम
गर्म हल्का तेल बिना ऊष्मा हानि वाले प्रतिप्रवाह ऊष्मा विनिमयक में पानी को ठंडा करता है। पानी का निर्गम तापमान tout ज्ञात कीजिए।
ṁh = 2.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 70 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.ऊर्जा संतुलनकठिन
गर्म एथेनॉल एक विनिमयक में पानी को गर्म करता है जो गर्म धारा द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा का 10% परिवेश में खो देता है। आवश्यक पानी प्रवाह दर ṁc ज्ञात कीजिए।
ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 130 → 80 °Ct: 25 → 50 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)हानि = 10 %
ṁc = kg/s
5.आदर्श गैस नियममध्यम
600 kPa और 95 °C पर Ar का 450 g कितना आयतन V घेरता है? इसे आदर्श गैस मानें।
m = 450 gM = 39.95 g/molP = 600 kPaT = 95 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.आदर्श गैस नियमकठिन
CH₄ की एक निश्चित मात्रा 150 kPa, 10 L, 25 °C से 650 kPa और 50 °C पर जाती है। नया आयतन V2 ज्ञात कीजिए।
P1 = 150 kPaV1 = 10 LT1 = 25 °CP2 = 650 kPaT2 = 50 °C
V2 = L
7.स्टॉइकियोमेट्रीमध्यम
8 g CH4 और 10 g O2, CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O के अनुसार अभिक्रिया करते हैं। H2O का कितना द्रव्यमान m बन सकता है?
M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.स्टॉइकियोमेट्रीकठिन
अभिक्रिया N2 + 3H2 → 2NH3 में 4 g N2 पूरी तरह अभिक्रिया करता है (बाकी अभिकारक अधिक मात्रा में) और 3.01 g NH3 एकत्र होता है। प्रतिशत उपज Y ज्ञात करें।
M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molवास्तविक: 3.01 g
Y = %
3विलयन
1.द्रव्यमान संतुलन
उत्तर: ṁ2 = 480 kg/h
स्थायी अवस्था द्रव्यमान संतुलन: कुल और हर घटक के लिए अंदर = बाहर। मिश्रण के प्रश्न दोनों को जोड़ते हैं।
संतुलन
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
चीनी: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
ṁ2 के लिए हल करें
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 600·(50 − 30)/(30 − 5) = 480 kg/h
उत्तर
ṁ2 = 480 kg/h
2.द्रव्यमान संतुलन
उत्तर: P = 960 kg/h
बंधक घटक: वह घटक जो केवल एक धारा में बिना बदले गुज़रता है (यहाँ विलेय) प्रवाहों को सीधे जोड़ता है। फिर कुल संतुलन बाकी देता है।
विलेय संतुलन
F·xF = P·xP → P = 3200·9/30 = 960 kg/h
उत्तर
P = 960 kg/h
3.ऊर्जा संतुलन
उत्तर: tout = 41.4 °C
विनिमयक ऊर्जा संतुलन: बिना हानि के ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin)।
गर्म धारा द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा
Q = 2.5·2.1·(120 − 70) = 262.5 kW
पानी द्वारा ली गई ऊष्मा
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 262.5/(2·4.18) = 41.4 °C
उत्तर
tout = 41.4 °C
4.ऊर्जा संतुलन
उत्तर: ṁc = 0.5254 kg/s
हानि सहित ऊर्जा संतुलन: छोड़ी गई ऊष्मा = अवशोषित ऊष्मा + खोई ऊष्मा।
छोड़ी गई ऊष्मा
Qh = 0.5·2.44·(130 − 80) = 61 kW
पानी तक पहुँचने वाली ऊष्मा
Qc = (1 − 0.1)·61 = 54.9 kW
पानी प्रवाह दर
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 54.9/(4.18·25) = 0.5254 kg/s
उत्तर
ṁc = 0.5254 kg/s
5.आदर्श गैस नियम
उत्तर: V = 57.46 L
आदर्श गैस नियम: PV = nRT, n = m/M के साथ।
मोल
n = 450/39.95 = 11.26 mol
T = 95 + 273.15 = 368.1 K
आयतन
V = nRT/P = 11.26·8.314·368.1/600 = 57.46 L
उत्तर
V = 57.46 L
6.आदर्श गैस नियम
उत्तर: V2 = 2.501 L
संयुक्त गैस नियम: आदर्श गैस की निश्चित मात्रा के लिए P1V1/T1 = P2V2/T2।
परम तापमान
T1 = 298.1 K, T2 = 323.1 K
संयुक्त गैस नियम
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 10·(150/650)·(323.1/298.1) = 2.501 L
उत्तर
V2 = 2.501 L
7.स्टॉइकियोमेट्री
उत्तर: m = 5.631 g
स्टॉइकियोमेट्री: संतुलित समीकरण कण गिनता है, ग्राम नहीं। n = m/M से द्रव्यमान को मोल में बदलें, समीकरण के गुणांकों को मोल अनुपात के रूप में लें, फिर m = n·M से वापस बदलें। दो अभिकारकों में सीमांत अभिकारक वह है जो पहले खत्म होता है और उत्पाद की मात्रा तय करता है।
हर अभिकारक के मोल
n(CH4) = 8/16.04 = 0.4988 mol
n(O2) = 10/32 = 0.3125 mol
सीमांत अभिकारक
0.4988/1 = 0.4988, 0.3125/2 = 0.1563 → O2
उत्पाद का द्रव्यमान
n(H2O) = 0.1563·2 = 0.3125 mol
m = 0.3125·18.02 = 5.631 g
उत्तर
m = 5.631 g
8.स्टॉइकियोमेट्री
उत्तर: Y = 61.91 %
स्टॉइकियोमेट्री: संतुलित समीकरण कण गिनता है, ग्राम नहीं। n = m/M से द्रव्यमान को मोल में बदलें, समीकरण के गुणांकों को मोल अनुपात के रूप में लें, फिर m = n·M से वापस बदलें। दो अभिकारकों में सीमांत अभिकारक वह है जो पहले खत्म होता है और उत्पाद की मात्रा तय करता है।
सैद्धांतिक उपज
n(N2) = 4/28.02 = 0.1428 mol
m = 0.1428·2/1·17.03 = 4.862 g
प्रतिशत उपज
Y = 3.01/4.862·100 = 61.91%
उत्तर
Y = 61.91%
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