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 1800 kg/h · 10% garamAliran 2ṁ₂ = ? · 40% garamProduk20% garam

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

ṁ1 = 800 kg/hx1 = 10 %x2 = 40 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Neraca massaSulit
EvaporatorUmpan F2000 kg/h · 7% garamProduk P65% garamUap W (air murni)W = ? kg/h

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

F = 2000 kg/hxF = 7 %xP = 65 %
W = kg/h
3.Neraca energiSedang
sisi panassisi dinginoli ringan · 120 °C70 °Cair · 20 °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: 120 → 70 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Neraca energiSulit
sisi panassisi dinginetanol · 120 °C60 °Cair · 10 °C75 °C · ṁ = ?5% hilang

etanol 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 = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 120 → 60 °Ct: 10 → 75 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas idealSedang
420 g O₂P = 750 kPaT = 75 °CV = ?

Berapa volume V yang ditempati 420 g O₂ pada 750 kPa dan 75 °C? Anggap sebagai gas ideal.

m = 420 gM = 32 g/molP = 750 kPaT = 75 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas idealSulit
Keadaan 1Keadaan 2

Sejumlah tetap CO₂ berubah dari 300 kPa, 20 L, 30 °C menjadi 150 kPa dan 50 °C. Cari volume baru V2.

P1 = 300 kPaV1 = 20 LT1 = 30 °CP2 = 150 kPaT2 = 50 °C
V2 = L
7.StoikiometriSedang
m(X)n(X)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(X)× 2/ν× M(NH3​)

20 g N2 dan 40 g H2 bereaksi menurut N2 + 3H2 → 2NH3. Berapa massa m NH3 yang dapat terbentuk?

M(N2) = 28,02M(H2) = 2,016M(NH3) = 17,03 g/mol
m = g
8.StoikiometriSulit
m(CaCO3​)n(CaCO3​)n(CaO)m(CaO)÷ M(CaCO3​)× 1/1× M(CaO)

Dalam reaksi CaCO3 → CaO + CO2, 6 g CaCO3 bereaksi sempurna (pereaksi lain berlebih) dan diperoleh 2,52 g CaO. Tentukan rendemen persen Y.

M(CaCO3) = 100,09 g/molM(CaO) = 56,08 g/molaktual: 2,52 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
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

Selesaikan untuk ṁ2

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 800·(10 − 20)/(20 − 40) = 400 kg/h

Jawaban

ṁ2 = 400 kg/h
2.Neraca massa

Jawaban: W = 1785 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 = 2000·7/65 = 215,4 kg/h

Neraca total

W = F − P = 2000 − 215,4 = 1785 kg/h

Jawaban

W = 1785 kg/h
3.Neraca energi

Jawaban: tout = 36,75 °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·(120 − 70) = 210 kW

Panas yang diterima air

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 210/(3·4,18) = 36,75 °C

Jawaban

tout = 36,75 °C
4.Neraca energi

Jawaban: ṁc = 1,28 kg/s

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

Panas dilepas

Qh = 2,5·2,44·(120 − 60) = 366 kW

Panas yang sampai ke air

Qc = (1 − 0,05)·366 = 347,7 kW

Laju alir air

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 347,7/(4,18·65) = 1,28 kg/s

Jawaban

ṁc = 1,28 kg/s
5.Hukum gas ideal

Jawaban: V = 50,65 L

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

Mol

n = 420/32 = 13,13 mol
T = 75 + 273,15 = 348,1 K

Volume

V = nRT/P = 13,13·8,314·348,1/750 = 50,65 L

Jawaban

V = 50,65 L
6.Hukum gas ideal

Jawaban: V2 = 42,64 L

Hukum gas gabungan: untuk jumlah gas ideal yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.

Suhu mutlak

T1 = 303,1 K, T2 = 323,1 K

Hukum gas gabungan

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(300/150)·(323,1/303,1) = 42,64 L

Jawaban

V2 = 42,64 L
7.Stoikiometri

Jawaban: m = 24,31 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(N2) = 20/28,02 = 0,7138 mol
n(H2) = 40/2,016 = 19,84 mol

Pereaksi pembatas

0,7138/1 = 0,7138, 19,84/3 = 6,614 → N2

Massa produk

n(NH3) = 0,7138·2 = 1,428 mol
m = 1,428·17,03 = 24,31 g

Jawaban

m = 24,31 g
8.Stoikiometri

Jawaban: Y = 74,96 %

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 = 2,52/3,362·100 = 74,96%

Jawaban

Y = 74,96%

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