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 1750 kg/h · 15% gulaAliran 2ṁ₂ = ? · 30% gulaProduk20% gula

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

ṁ1 = 750 kg/hx1 = 15 %x2 = 30 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
EvaporatorUmpan F2400 kg/h · 12% garamProduk P35% garamUap W (air murni)W = ? kg/h

Evaporator memekatkan larutan garam dengan menguapkan air murni. Cari air yang diuapkan W dalam kg/h.

F = 2400 kg/hxF = 12 %xP = 35 %
W = kg/h
3.Neraca energiSedang
sisi panassisi dingincampuran glikol · 120 °C70 °Cair · 20 °Ct = ? °C

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

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 120 → 70 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
sisi panassisi dinginoli ringan · 130 °C100 °Cair · 30 °C85 °C · ṁ = ?5% hilang

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

ṁh = 2 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 100 °Ct: 30 → 85 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
240 g CO₂V = 20 LT = 90 °CP = ?

Tangki 20 L berisi 240 g CO₂ pada 90 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.

m = 240 gM = 44,01 g/molV = 20 LT = 90 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
He, M = 4,003 g/molP = 650 kPaT = 100 °Cρ = ?

Cari massa jenis ρ He pada 650 kPa dan 100 °C, dengan menganggapnya gas ideal.

M = 4,003 g/molP = 650 kPaT = 100 °CR = 8,314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSedang
m(X)n(X)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(X)× 2/ν× M(AlCl3​)

8 g Al dan 24 g Cl2 bereaksi menurut 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3. Berapa massa m AlCl3 yang dapat terbentuk?

M(Al) = 26,98M(Cl2) = 70,9M(AlCl3) = 133,33 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
m(Al)n(Al)n(AlCl3​)m(AlCl3​)÷ M(Al)× 2/2× M(AlCl3​)

Dalam reaksi 2Al + 3Cl2 → 2AlCl3, 20 g Al bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 92,91 g AlCl3. Tentukan rendemen persen Y.

M(Al) = 26,98 g/molM(AlCl3) = 133,33 g/molaktual: 92,91 g
Y = %

3Larutan

1.Neraca massa

Jawaban: ṁ2 = 375 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) = 750·(15 − 20)/(20 − 30) = 375 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 375 kg/h
2.Neraca massa

Jawaban: W = 1577 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 = 2400·12/35 = 822,9 kg/h

Neraca total

W = F − P = 2400 − 822,9 = 1577 kg/h

Jawaban

W = 1577 kg/h
3.Neraca energi

Jawaban: tout = 63,06 °C

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

Panas yang dilepas aliran panas

Q = 1·3,6·(120 − 70) = 180 kW

Panas yang diterima air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 180/(1·4,18) = 63,06 °C

Jawaban

tout = 63,06 °C
4.Neraca energi

Jawaban: ṁc = 0,5207 kg/s

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

Panas dilepas

Qh = 2·2,1·(130 − 100) = 126 kW

Panas yang sampai ke air

Qc = (1 − 0,05)·126 = 119,7 kW

Laju alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 119,7/(4,18·55) = 0,5207 kg/s

Jawaban

ṁc = 0,5207 kg/s
5.Hukum gas ideal

Jawaban: P = 823,2 kPa

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

Mol

n = m/M = 240/44,01 = 5,453 mol
T = 90 + 273,15 = 363,1 K

Tekanan

P = nRT/V = 5,453·8,314·363,1/0,02 = 823,2 kPa

Jawaban

P = 823,2 kPa
6.Hukum gas ideal

Jawaban: ρ = 0,8387 kg/m³

Massa jenis gas ideal: ρ = PM/(RT).

Susun ulang hukum gas

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 100 + 273,15 = 373,1 K

Massa jenis

ρ = 650·4,003/(8,314·373,1) = 0,8387 kg/m³

Jawaban

ρ = 0,8387 kg/m³
7.Stoikiometri

Jawaban: m = 30,09 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(Al) = 8/26,98 = 0,2965 mol
n(Cl2) = 24/70,9 = 0,3385 mol

Pereaksi pembatas

0,2965/2 = 0,1483, 0,3385/3 = 0,1128 → Cl2

Massa produk

n(AlCl3) = 0,1128·2 = 0,2257 mol
m = 0,2257·133,33 = 30,09 g

Jawaban

m = 30,09 g
8.Stoikiometri

Jawaban: Y = 94 %

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(Al) = 20/26,98 = 0,7413 mol
m = 0,7413·2/2·133,33 = 98,84 g

Rendemen persen

Y = 92,91/98,84·100 = 94%

Jawaban

Y = 94%

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