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 20% चीनी हो? ṁ2 ज्ञात कीजिए।
ṁ1 = 850 kg/hx1 = 45 %x2 = 15 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.द्रव्यमान संतुलनकठिन
एक वाष्पित्र शुद्ध पानी उबालकर NaOH विलयन को सांद्र करता है। वाष्पित पानी W को kg/h में ज्ञात कीजिए।
F = 4900 kg/hxF = 11 %xP = 45 %
W = 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 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 80 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °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 = 3 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 160 → 130 °Ct: 15 → 65 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)हानि = 10 %
ṁc = kg/s
5.आदर्श गैस नियममध्यम
750 kPa और 55 °C पर He का 140 g कितना आयतन V घेरता है? इसे आदर्श गैस मानें।
m = 140 gM = 4.003 g/molP = 750 kPaT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.आदर्श गैस नियमकठिन
150 kPa और 180 °C पर CH₄ का घनत्व ρ आदर्श गैस मानकर ज्ञात कीजिए।
M = 16.04 g/molP = 150 kPaT = 180 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.स्टॉइकियोमेट्रीमध्यम
30 g C3H8 और 40 g O2, C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O के अनुसार अभिक्रिया करते हैं। CO2 का कितना द्रव्यमान m बन सकता है?
M(C3H8) = 44.1M(O2) = 32M(CO2) = 44.01 g/mol
m = g
8.स्टॉइकियोमेट्रीकठिन
अभिक्रिया Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 में 4 g Fe2O3 पूरी तरह अभिक्रिया करता है (बाकी अभिकारक अधिक मात्रा में) और 2.63 g Fe एकत्र होता है। प्रतिशत उपज Y ज्ञात करें।
M(Fe2O3) = 159.69 g/molM(Fe) = 55.85 g/molवास्तविक: 2.63 g
Y = %
3विलयन
1.द्रव्यमान संतुलन
उत्तर: ṁ2 = 4250 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) = 850·(45 − 20)/(20 − 15) = 4250 kg/h
उत्तर
ṁ2 = 4250 kg/h
2.द्रव्यमान संतुलन
उत्तर: W = 3702 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 = 4900·11/45 = 1198 kg/h
कुल संतुलन
W = F − P = 4900 − 1198 = 3702 kg/h
उत्तर
W = 3702 kg/h
3.ऊर्जा संतुलन
उत्तर: tout = 46.79 °C
विनिमयक ऊर्जा संतुलन: बिना हानि के ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin)।
गर्म धारा द्वारा छोड़ी गई ऊष्मा
Q = 2·2.1·(120 − 80) = 168 kW
पानी द्वारा ली गई ऊष्मा
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 168/(1.5·4.18) = 46.79 °C
उत्तर
tout = 46.79 °C
4.ऊर्जा संतुलन
उत्तर: ṁc = 0.9456 kg/s
हानि सहित ऊर्जा संतुलन: छोड़ी गई ऊष्मा = अवशोषित ऊष्मा + खोई ऊष्मा।
छोड़ी गई ऊष्मा
Qh = 3·2.44·(160 − 130) = 219.6 kW
पानी तक पहुँचने वाली ऊष्मा
Qc = (1 − 0.1)·219.6 = 197.6 kW
पानी प्रवाह दर
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 197.6/(4.18·50) = 0.9456 kg/s
उत्तर
ṁc = 0.9456 kg/s
5.आदर्श गैस नियम
उत्तर: V = 127.2 L
आदर्श गैस नियम: PV = nRT, n = m/M के साथ।
मोल
n = 140/4.003 = 34.97 mol
T = 55 + 273.15 = 328.1 K
आयतन
V = nRT/P = 34.97·8.314·328.1/750 = 127.2 L
उत्तर
V = 127.2 L
6.आदर्श गैस नियम
उत्तर: ρ = 0.6386 kg/m³
आदर्श गैस घनत्व: ρ = PM/(RT)।
गैस नियम पुनर्व्यवस्थित करें
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 180 + 273.15 = 453.1 K
घनत्व
ρ = 150·16.04/(8.314·453.1) = 0.6386 kg/m³
उत्तर
ρ = 0.6386 kg/m³
7.स्टॉइकियोमेट्री
उत्तर: m = 33.01 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(C3H8) = 30/44.1 = 0.6803 mol
n(O2) = 40/32 = 1.25 mol
सीमांत अभिकारक
0.6803/1 = 0.6803, 1.25/5 = 0.25 → O2
उत्पाद का द्रव्यमान
n(CO2) = 0.25·3 = 0.75 mol
m = 0.75·44.01 = 33.01 g
उत्तर
m = 33.01 g
8.स्टॉइकियोमेट्री
उत्तर: Y = 94 %
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(Fe2O3) = 4/159.69 = 0.02505 mol
m = 0.02505·2/1·55.85 = 2.798 g
प्रतिशत उपज
Y = 2.63/2.798·100 = 94%
उत्तर
Y = 94%
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