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.

Soal baruKembali ke mata kuliah

Di jendela cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan di perangkat Anda.

1Rumus dan metode

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 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

  1. Tulis dan setarakan persamaan reaksi kimianya.
  2. Ubah massa yang diberikan ke mol: n = m/M.
  3. Gunakan koefisien sebagai perbandingan mol untuk mencari mol zat yang Anda inginkan.
  4. Ubah kembali ke massa dengan m = n·M. Dengan dua pereaksi, cari pereaksi pembatas dulu.

2Soal latihan

1.Neraca massaSedang
PencampurAliran 1300 kg/h · 30% NaOHAliran 2ṁ₂ = ? · 10% NaOHProduk20% NaOH

Berapa banyak aliran 2 yang harus ditambahkan tiap jam ke aliran 1 agar produk campuran mengandung 20% NaOH? Cari ṁ2.

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 30 %x2 = 10 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
EvaporatorUmpan F4600 kg/h · 8% gulaProduk PP = ? · 50%Uap W (air murni)0% gula

Evaporator memekatkan larutan gula dengan menguapkan air murni. Cari laju alir produk P dalam kg/h.

F = 4600 kg/hxF = 8 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Neraca energiSedang
sisi panassisi dinginoli ringan · 170 °C140 °Cair · 30 °Ct = ? °C

oli ringan panas mendinginkan air dalam penukar panas aliran berlawanan tanpa kehilangan panas. Cari suhu keluar air tout.

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 170 → 140 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
sisi panassisi dinginetanol · 170 °C70 °Cair · 30 °C55 °C · ṁ = ?10% hilang

etanol panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 10% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 170 → 70 °Ct: 30 → 55 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
210 g CH₄V = 5 LT = 55 °CP = ?

Tangki 5 L berisi 210 g CH₄ pada 55 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.

m = 210 gM = 16,04 g/molV = 5 LT = 55 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
N₂, M = 28,01 g/molP = 100 kPaT = 150 °Cρ = ?

Cari massa jenis ρ N₂ pada 100 kPa dan 150 °C, dengan menganggapnya gas ideal.

M = 28,01 g/molP = 100 kPaT = 150 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSedang
m(X)n(X)n(MgO)m(MgO)÷ M(X)× 2/ν× M(MgO)

10 g Mg dan 16 g O2 bereaksi menurut 2Mg + O2 → 2MgO. Berapa massa m MgO yang dapat terbentuk?

M(Mg) = 24,31M(O2) = 32M(MgO) = 40,3 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
m(C3​H8​)n(C3​H8​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(C3​H8​)× 4/1× M(H2​O)

Dalam reaksi C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 24 g C3H8 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 32,17 g H2O. Tentukan rendemen persen Y.

M(C3H8) = 44,1 g/molM(H2O) = 18,02 g/molaktual: 32,17 g
Y = %

3Larutan

1.Neraca massa

Jawaban: ṁ2 = 300 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) = 300·(30 − 20)/(20 − 10) = 300 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 300 kg/h
2.Neraca massa

Jawaban: P = 736 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 = 4600·8/50 = 736 kg/h

Jawaban

P = 736 kg/h
3.Neraca energi

Jawaban: tout = 45,07 °C

Neraca energi penukar panas: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Panas yang dilepas aliran panas

Q = 2·2,1·(170 − 140) = 126 kW

Panas yang diterima air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 126/(2·4,18) = 45,07 °C

Jawaban

tout = 45,07 °C
4.Neraca energi

Jawaban: ṁc = 1,051 kg/s

Neraca energi dengan kehilangan: panas dilepas = panas diserap + panas hilang.

Panas dilepas

Qh = 0,5·2,44·(170 − 70) = 122 kW

Panas yang sampai ke air

Qc = (1 − 0,1)·122 = 109,8 kW

Laju alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 109,8/(4,18·25) = 1,051 kg/s

Jawaban

ṁc = 1,051 kg/s
5.Hukum gas ideal

Jawaban: P = 7144 kPa

Hukum gas ideal: PV = nRT, dengan n = m/M.

Mol

n = m/M = 210/16,04 = 13,09 mol
T = 55 + 273,15 = 328,1 K

Tekanan

P = nRT/V = 13,09·8,314·328,1/0,005 = 7144 kPa

Jawaban

P = 7144 kPa
6.Hukum gas ideal

Jawaban: ρ = 0,7962 kg/m³

Massa jenis gas ideal: ρ = PM/(RT).

Susun ulang hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 150 + 273,15 = 423,1 K

Massa jenis

ρ = 100·28,01/(8,314·423,1) = 0,7962 kg/m³

Jawaban

ρ = 0,7962 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawaban: m = 16,58 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(Mg) = 10/24,31 = 0,4114 mol
n(O2) = 16/32 = 0,5 mol

Pereaksi pembatas

0,4114/2 = 0,2057, 0,5/1 = 0,5 → Mg

Massa produk

n(MgO) = 0,2057·2 = 0,4114 mol
m = 0,4114·40,3 = 16,58 g

Jawaban

m = 16,58 g
8.Stoikiometri

Jawaban: Y = 82,01 %

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(C3H8) = 24/44,1 = 0,5442 mol
m = 0,5442·4/1·18,02 = 39,23 g

Rendemen persen

Y = 32,17/39,23·100 = 82,01%

Jawaban

Y = 82,01%

ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances