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 1850 kg/h · 40% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 15% gulaProduk30% gula

Berapa banyak aliran 2 yang harus ditambahkan tiap jam ke aliran 1 agar produk campuran mengandung 30% gula? Cari ṁ2.

ṁ1 = 850 kg/hx1 = 40 %x2 = 15 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
EvaporatorUmpan F2100 kg/h · 18% 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 = 2100 kg/hxF = 18 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Neraca energiSedang
sisi panassisi dingincampuran glikol · 140 °C110 °Cair · 30 °Ct = ? °C

campuran glikol panas mendinginkan air dalam penukar panas aliran berlawanan tanpa kehilangan panas. Cari suhu keluar air tout.

ṁh = 2 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 140 → 110 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
sisi panassisi dingincampuran glikol · 150 °C110 °Cair · 10 °C75 °C · ṁ = ?5% hilang

campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 5% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.

ṁh = 2,5 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 110 °Ct: 10 → 75 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
450 g HeV = 20 LT = 70 °CP = ?

Tangki 20 L berisi 450 g He pada 70 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.

m = 450 gM = 4,003 g/molV = 20 LT = 70 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
CH₄, M = 16,04 g/molP = 250 kPaT = 140 °Cρ = ?

Cari massa jenis ρ CH₄ pada 250 kPa dan 140 °C, dengan menganggapnya gas ideal.

M = 16,04 g/molP = 250 kPaT = 140 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSedang
m(X)n(X)n(NaCl)m(NaCl)÷ M(X)× 2/ν× M(NaCl)

6 g Na dan 8 g Cl2 bereaksi menurut 2Na + Cl2 → 2NaCl. Berapa massa m NaCl yang dapat terbentuk?

M(Na) = 22,99M(Cl2) = 70,9M(NaCl) = 58,44 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
m(H2​)n(H2​)n(H2​O)m(H2​O)÷ M(H2​)× 2/2× M(H2​O)

Dalam reaksi 2H2 + O2 → 2H2O, 4 g H2 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 30,39 g H2O. Tentukan rendemen persen Y.

M(H2) = 2,016 g/molM(H2O) = 18,02 g/molaktual: 30,39 g
Y = %

3Larutan

1.Neraca massa

Jawaban: ṁ2 = 566,7 kg/h

Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar untuk total dan setiap komponen. Soal pencampuran menggabungkan keduanya.

Neraca

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
gula: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 850·(40 − 30)/(30 − 15) = 566,7 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 566,7 kg/h
2.Neraca massa

Jawaban: P = 756 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 = 2100·18/50 = 756 kg/h

Jawaban

P = 756 kg/h
3.Neraca energi

Jawaban: tout = 81,67 °C

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

Panas yang dilepas aliran panas

Q = 2·3,6·(140 − 110) = 216 kW

Panas yang diterima air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 216/(1·4,18) = 81,67 °C

Jawaban

tout = 81,67 °C
4.Neraca energi

Jawaban: ṁc = 1,259 kg/s

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

Panas dilepas

Qh = 2,5·3,6·(150 − 110) = 360 kW

Panas yang sampai ke air

Qc = (1 − 0,05)·360 = 342 kW

Laju alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 342/(4,18·65) = 1,259 kg/s

Jawaban

ṁc = 1,259 kg/s
5.Hukum gas ideal

Jawaban: P = 16036 kPa

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

Mol

n = m/M = 450/4,003 = 112,4 mol
T = 70 + 273,15 = 343,1 K

Tekanan

P = nRT/V = 112,4·8,314·343,1/0,02 = 16036 kPa

Jawaban

P = 16036 kPa
6.Hukum gas ideal

Jawaban: ρ = 1,167 kg/m³

Massa jenis gas ideal: ρ = PM/(RT).

Susun ulang hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 140 + 273,15 = 413,1 K

Massa jenis

ρ = 250·16,04/(8,314·413,1) = 1,167 kg/m³

Jawaban

ρ = 1,167 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawaban: m = 13,19 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(Na) = 6/22,99 = 0,261 mol
n(Cl2) = 8/70,9 = 0,1128 mol

Pereaksi pembatas

0,261/2 = 0,1305, 0,1128/1 = 0,1128 → Cl2

Massa produk

n(NaCl) = 0,1128·2 = 0,2257 mol
m = 0,2257·58,44 = 13,19 g

Jawaban

m = 13,19 g
8.Stoikiometri

Jawaban: Y = 85 %

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(H2) = 4/2,016 = 1,984 mol
m = 1,984·2/2·18,02 = 35,75 g

Rendemen persen

Y = 30,39/35,75·100 = 85%

Jawaban

Y = 85%

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