Neraca massa
- Keadaan tunak
- masuk = keluar
- Neraca total
- ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
- Neraca komponen
- ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
- Evaporator
- F·xF = P·xP, W = F − P
Neraca Massa dan Energi: paket kilat
Lembar rumus, langkah-langkah metode utama untuk setiap topik, dan 8 soal latihan, dengan pembahasan lengkap di bagian belakang.
1Rumus dan metode
Neraca energi
- Kalor sensibel
- Q = ṁ·cp·ΔT
- Kalor laten
- Q = ṁ·hfg
- Pencampuran
- ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
- Air
- cp ≈ 4,18 kJ/(kg·K)
Hukum gas ideal
- Hukum gas ideal
- pV = nRT
- Konstanta gas
- R = 8,314 J/(mol·K)
- Hukum gas gabungan
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- Mol
- n = m/M
- Suhu
- T[K] = T[°C] + 273,15
Stoikiometri
- Mol
- n = m/M
- Konsentrasi
- c = n/V
- Perbandingan mol
- gunakan koefisien persamaan reaksi yang setara
- Pereaksi pembatas
- zat yang habis lebih dulu
- Rendemen persen
- aktual / teoretis × 100%
Metode
- Tulis dan setarakan persamaan reaksi kimianya.
- Ubah massa yang diberikan ke mol: n = m/M.
- Gunakan koefisien sebagai perbandingan mol untuk mencari mol zat yang Anda inginkan.
- Ubah kembali ke massa dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, cari pereaksi pembatas dulu.
2Soal latihan
1.Neraca massaSedang
Berapa banyak aliran 2 yang harus ditambahkan tiap jam ke aliran 1 agar produk campuran mengandung 20% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 800 kg/hx1 = 15 %x2 = 35 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
Evaporator memekatkan larutan garam dengan menguapkan air murni. Cari air yang diuapkan W dalam kg/h.
F = 3900 kg/hxF = 18 %xP = 60 %
W = kg/h
3.Neraca energiSedang
oli ringan panas mendinginkan air dalam penukar panas aliran berlawanan tanpa kehilangan panas. Cari suhu keluar air tout.
ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 60 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 25 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
etanol panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 5% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 1 kg/scp,h = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 110 °Ct: 10 → 40 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
Berapa volume V yang ditempati 20 g He pada 700 kPa dan 0 °C? Anggap sebagai gas ideal.
m = 20 gM = 4,003 g/molP = 700 kPaT = 0 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas idealSulit
Sejumlah tetap CH₄ berubah dari 100 kPa, 5 L, 15 °C menjadi 700 kPa dan 200 °C. Cari volume baru V2.
P1 = 100 kPaV1 = 5 LT1 = 15 °CP2 = 700 kPaT2 = 200 °C
V2 = L
7.StoikiometriSedang
6 g Fe2O3 dan 8 g CO bereaksi menurut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapa massa m CO2 yang dapat terbentuk?
M(Fe2O3) = 159,69M(CO) = 28,01M(CO2) = 44,01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
Dalam reaksi CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 6 g CH4 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 12,67 g H2O. Tentukan rendemen persen Y.
M(CH4) = 16,04 g/molM(H2O) = 18,02 g/molaktual: 12,67 g
Y = %
3Larutan
1.Neraca massa
Jawaban: ṁ2 = 266,7 kg/h
Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar untuk total dan setiap komponen. Soal pencampuran menggabungkan keduanya.
Neraca
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 800·(15 − 20)/(20 − 35) = 266,7 kg/h
Jawaban
ṁ2 = 266,7 kg/h
2.Neraca massa
Jawaban: W = 2730 kg/h
Komponen pengikat: komponen yang lewat tanpa berubah di satu aliran saja (di sini zat terlarut) menghubungkan laju alir secara langsung. Lalu neraca total memberi sisanya.
Neraca zat terlarut
F·xF = P·xP → P = 3900·18/60 = 1170 kg/h
Neraca total
W = F − P = 3900 − 1170 = 2730 kg/h
Jawaban
W = 2730 kg/h
3.Neraca energi
Jawaban: tout = 36,72 °C
Neraca energi penukar panas: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Panas yang dilepas aliran panas
Q = 0,5·2,1·(130 − 60) = 73,5 kW
Panas yang diterima air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 25 + 73,5/(1,5·4,18) = 36,72 °C
Jawaban
tout = 36,72 °C
4.Neraca energi
Jawaban: ṁc = 0,7394 kg/s
Neraca energi dengan kehilangan: panas dilepas = panas diserap + panas hilang.
Panas dilepas
Qh = 1·2,44·(150 − 110) = 97,6 kW
Panas yang sampai ke air
Qc = (1 − 0,05)·97,6 = 92,72 kW
Laju alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 92,72/(4,18·30) = 0,7394 kg/s
Jawaban
ṁc = 0,7394 kg/s
5.Hukum gas ideal
Jawaban: V = 16,21 L
Hukum gas ideal: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 20/4,003 = 4,996 mol
T = 0 + 273,15 = 273,1 K
Volume
V = nRT/P = 4,996·8,314·273,1/700 = 16,21 L
Jawaban
V = 16,21 L
6.Hukum gas ideal
Jawaban: V2 = 1,173 L
Hukum gas gabungan: untuk jumlah gas ideal yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 288,1 K, T2 = 473,1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(100/700)·(473,1/288,1) = 1,173 L
Jawaban
V2 = 1,173 L
7.Stoikiometri
Jawaban: m = 4,961 g
Stoikiometri: persamaan setara menghitung partikel, bukan gram. Ubah massa ke mol dengan n = m/M, gunakan koefisien persamaan sebagai perbandingan mol, lalu ubah kembali dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, pereaksi pembatas adalah yang habis lebih dulu dan menentukan banyaknya produk.
Mol setiap pereaksi
n(Fe2O3) = 6/159,69 = 0,03757 mol
n(CO) = 8/28,01 = 0,2856 mol
Pereaksi pembatas
0,03757/1 = 0,03757, 0,2856/3 = 0,0952 → Fe2O3
Massa produk
n(CO2) = 0,03757·3 = 0,1127 mol
m = 0,1127·44,01 = 4,961 g
Jawaban
m = 4,961 g
8.Stoikiometri
Jawaban: Y = 93,98 %
Stoikiometri: persamaan setara menghitung partikel, bukan gram. Ubah massa ke mol dengan n = m/M, gunakan koefisien persamaan sebagai perbandingan mol, lalu ubah kembali dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, pereaksi pembatas adalah yang habis lebih dulu dan menentukan banyaknya produk.
Hasil teoretis
n(CH4) = 6/16,04 = 0,3741 mol
m = 0,3741·2/1·18,02 = 13,48 g
Rendemen persen
Y = 12,67/13,48·100 = 93,98%
Jawaban
Y = 93,98%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances