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% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 400 kg/hx1 = 35 %x2 = 5 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
Evaporator memekatkan larutan NaOH dengan menguapkan air murni. Cari air yang diuapkan W dalam kg/h.
F = 2500 kg/hxF = 14 %xP = 40 %
W = kg/h
3.Neraca energiSedang
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: 130 → 70 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
oli ringan panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 15% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 0,5 kg/scp,h = 2,1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 80 °Ct: 20 → 75 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
Tangki 50 L berisi 130 g CH₄ pada 45 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.
m = 130 gM = 16,04 g/molV = 50 LT = 45 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
Sejumlah tetap He berubah dari 350 kPa, 5 L, 30 °C menjadi 500 kPa dan 80 °C. Cari volume baru V2.
P1 = 350 kPaV1 = 5 LT1 = 30 °CP2 = 500 kPaT2 = 80 °C
V2 = L
7.StoikiometriSedang
20 g Al dan 16 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
Dalam reaksi CaCO3 → CaO + CO2, 6 g CaCO3 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 3,16 g CaO. Tentukan rendemen persen Y.
M(CaCO3) = 100,09 g/molM(CaO) = 56,08 g/molaktual: 3,16 g
Y = %
3Larutan
1.Neraca massa
Jawaban: ṁ2 = 400 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) = 400·(35 − 20)/(20 − 5) = 400 kg/h
Jawaban
ṁ2 = 400 kg/h
2.Neraca massa
Jawaban: W = 1625 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 = 2500·14/40 = 875 kg/h
Neraca total
W = F − P = 2500 − 875 = 1625 kg/h
Jawaban
W = 1625 kg/h
3.Neraca energi
Jawaban: tout = 66,67 °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·(130 − 70) = 432 kW
Panas yang diterima air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 432/(2·4,18) = 66,67 °C
Jawaban
tout = 66,67 °C
4.Neraca energi
Jawaban: ṁc = 0,1941 kg/s
Neraca energi dengan kehilangan: panas dilepas = panas diserap + panas hilang.
Panas dilepas
Qh = 0,5·2,1·(130 − 80) = 52,5 kW
Panas yang sampai ke air
Qc = (1 − 0,15)·52,5 = 44,63 kW
Laju alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 44,63/(4,18·55) = 0,1941 kg/s
Jawaban
ṁc = 0,1941 kg/s
5.Hukum gas ideal
Jawaban: P = 428,8 kPa
Hukum gas ideal: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 130/16,04 = 8,105 mol
T = 45 + 273,15 = 318,1 K
Tekanan
P = nRT/V = 8,105·8,314·318,1/0,05 = 428,8 kPa
Jawaban
P = 428,8 kPa
6.Hukum gas ideal
Jawaban: V2 = 4,077 L
Hukum gas gabungan: untuk jumlah gas ideal yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 303,1 K, T2 = 353,1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(350/500)·(353,1/303,1) = 4,077 L
Jawaban
V2 = 4,077 L
7.Stoikiometri
Jawaban: m = 20,06 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) = 20/26,98 = 0,7413 mol
n(Cl2) = 16/70,9 = 0,2257 mol
Pereaksi pembatas
0,7413/2 = 0,3706, 0,2257/3 = 0,07522 → Cl2
Massa produk
n(AlCl3) = 0,07522·2 = 0,1504 mol
m = 0,1504·133,33 = 20,06 g
Jawaban
m = 20,06 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(CaCO3) = 6/100,09 = 0,05995 mol
m = 0,05995·1/1·56,08 = 3,362 g
Rendemen persen
Y = 3,16/3,362·100 = 94%
Jawaban
Y = 94%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances