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% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 950 kg/hx1 = 5 %x2 = 45 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
Evaporator memekatkan larutan NaOH dengan menguapkan air murni. Cari laju alir produk P dalam kg/h.
F = 2500 kg/hxF = 14 %xP = 65 %
P = kg/h
3.Neraca energiSedang
etanol panas mendinginkan air dalam penukar panas aliran berlawanan tanpa kehilangan panas. Cari suhu keluar air tout.
ṁh = 2 kg/scp,h = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 140 → 70 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar panas yang kehilangan 10% panas dari aliran panas ke lingkungan. Cari laju alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 1,5 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 120 → 70 °Ct: 30 → 90 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
Tangki 30 L berisi 490 g N₂ pada 95 °C. Anggap sebagai gas ideal dan cari tekanan P.
m = 490 gM = 28,01 g/molV = 30 LT = 95 °CR = 8,314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas idealSulit
Sejumlah tetap N₂ berubah dari 400 kPa, 2 L, 15 °C menjadi 100 kPa dan 140 °C. Cari volume baru V2.
P1 = 400 kPaV1 = 2 LT1 = 15 °CP2 = 100 kPaT2 = 140 °C
V2 = L
7.StoikiometriSedang
20 g Na dan 64 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
Dalam reaksi CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 6 g CH4 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 7,41 g H2O. Tentukan rendemen persen Y.
M(CH4) = 16,04 g/molM(H2O) = 18,02 g/molaktual: 7,41 g
Y = %
3Larutan
1.Neraca massa
Jawaban: ṁ2 = 570 kg/h
Neraca massa keadaan tunak: masuk = keluar untuk total dan setiap komponen. Soal pencampuran menggabungkan keduanya.
Neraca
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 950·(5 − 20)/(20 − 45) = 570 kg/h
Jawaban
ṁ2 = 570 kg/h
2.Neraca massa
Jawaban: P = 538,5 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 = 2500·14/65 = 538,5 kg/h
Jawaban
P = 538,5 kg/h
3.Neraca energi
Jawaban: tout = 101,7 °C
Neraca energi penukar panas: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Panas yang dilepas aliran panas
Q = 2·2,44·(140 − 70) = 341,6 kW
Panas yang diterima air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 341,6/(1·4,18) = 101,7 °C
Jawaban
tout = 101,7 °C
4.Neraca energi
Jawaban: ṁc = 0,9689 kg/s
Neraca energi dengan kehilangan: panas dilepas = panas diserap + panas hilang.
Panas dilepas
Qh = 1,5·3,6·(120 − 70) = 270 kW
Panas yang sampai ke air
Qc = (1 − 0,1)·270 = 243 kW
Laju alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 243/(4,18·60) = 0,9689 kg/s
Jawaban
ṁc = 0,9689 kg/s
5.Hukum gas ideal
Jawaban: P = 1785 kPa
Hukum gas ideal: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 490/28,01 = 17,49 mol
T = 95 + 273,15 = 368,1 K
Tekanan
P = nRT/V = 17,49·8,314·368,1/0,03 = 1785 kPa
Jawaban
P = 1785 kPa
6.Hukum gas ideal
Jawaban: V2 = 11,47 L
Hukum gas gabungan: untuk jumlah gas ideal yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 288,1 K, T2 = 413,1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(400/100)·(413,1/288,1) = 11,47 L
Jawaban
V2 = 11,47 L
7.Stoikiometri
Jawaban: m = 50,84 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) = 20/22,99 = 0,8699 mol
n(Cl2) = 64/70,9 = 0,9027 mol
Pereaksi pembatas
0,8699/2 = 0,435, 0,9027/1 = 0,9027 → Na
Massa produk
n(NaCl) = 0,435·2 = 0,8699 mol
m = 0,8699·58,44 = 50,84 g
Jawaban
m = 50,84 g
8.Stoikiometri
Jawaban: Y = 54,97 %
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 = 7,41/13,48·100 = 54,97%
Jawaban
Y = 54,97%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances