Imbangan jisim
- Keadaan mantap
- masuk = keluar
- Imbangan jumlah
- ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
- Imbangan komponen
- ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
- Penyejat
- F·xF = P·xP, W = F − P
Imbangan Bahan dan Tenaga: pek ulang kaji kilat
Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 8 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.
1Formula dan kaedah
Imbangan tenaga
- Haba ketara
- Q = ṁ·cp·ΔT
- Haba pendam
- Q = ṁ·hfg
- Pencampuran
- ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
- Air
- cp ≈ 4.18 kJ/(kg·K)
Hukum gas unggul
- Hukum gas unggul
- pV = nRT
- Pemalar 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
- Kepekatan
- c = n/V
- Nisbah mol
- gunakan pekali persamaan seimbang
- Bahan tindak balas pengehad
- yang habis dahulu
- Hasil peratusan
- sebenar / teori × 100%
Kaedah
- Tulis dan seimbangkan persamaan kimia.
- Tukar jisim yang diberi kepada mol: n = m/M.
- Gunakan pekali sebagai nisbah mol untuk mencari mol bahan yang anda mahu.
- Tukar balik kepada jisim dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, cari bahan tindak balas pengehad dahulu.
2Soalan latihan
1.Imbangan jisimSederhana
Berapakah aliran 2 yang mesti ditambah setiap jam kepada aliran 1 supaya hasil campuran mengandungi 30% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 1000 kg/hx1 = 45 %x2 = 15 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 3100 kg/hxF = 10 %xP = 30 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 90 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 60 °Ct: 15 → 35 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 30 L mengandungi 330 g O₂ pada 100 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 330 gM = 32 g/molV = 30 LT = 100 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 100 kPa dan 20 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 16.04 g/molP = 100 kPaT = 20 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
30 g CH4 dan 8 g O2 bertindak balas mengikut CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas N2 + 3H2 → 2NH3, 4 g N2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 4.57 g NH3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molsebenar: 4.57 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 1000 kg/h
Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.
Imbangan
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 1000·(45 − 30)/(30 − 15) = 1000 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 1000 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 1033 kg/h
Komponen penghubung: komponen yang melalui satu aliran tanpa berubah (di sini zat terlarut) menghubungkan aliran secara langsung. Kemudian imbangan jumlah memberikan yang selebihnya.
Imbangan zat terlarut
F·xF = P·xP → P = 3100·10/30 = 1033 kg/h
Jawapan
P = 1033 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 18.77 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 0.5·2.1·(120 − 90) = 31.5 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 31.5/(2·4.18) = 18.77 °C
Jawapan
tout = 18.77 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 0.7913 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 0.5·2.1·(130 − 60) = 73.5 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·73.5 = 66.15 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 66.15/(4.18·20) = 0.7913 kg/s
Jawapan
ṁc = 0.7913 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 1066 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 330/32 = 10.31 mol
T = 100 + 273.15 = 373.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 10.31·8.314·373.1/0.03 = 1066 kPa
Jawapan
P = 1066 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 0.6581 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 20 + 273.15 = 293.1 K
Ketumpatan
ρ = 100·16.04/(8.314·293.1) = 0.6581 kg/m³
Jawapan
ρ = 0.6581 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 4.505 g
Stoikiometri: persamaan seimbang mengira zarah, bukan gram. Tukar jisim kepada mol dengan n = m/M, gunakan pekali persamaan sebagai nisbah mol, kemudian tukar balik dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, bahan tindak balas pengehad ialah yang habis dahulu dan menentukan berapa banyak hasil terbentuk.
Mol setiap bahan tindak balas
n(CH4) = 30/16.04 = 1.87 mol
n(O2) = 8/32 = 0.25 mol
Bahan tindak balas pengehad
1.87/1 = 1.87, 0.25/2 = 0.125 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 0.125·2 = 0.25 mol
m = 0.25·18.02 = 4.505 g
Jawapan
m = 4.505 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 93.99 %
Stoikiometri: persamaan seimbang mengira zarah, bukan gram. Tukar jisim kepada mol dengan n = m/M, gunakan pekali persamaan sebagai nisbah mol, kemudian tukar balik dengan m = n·M. Dengan dua bahan tindak balas, bahan tindak balas pengehad ialah yang habis dahulu dan menentukan berapa banyak hasil terbentuk.
Hasil teori
n(N2) = 4/28.02 = 0.1428 mol
m = 0.1428·2/1·17.03 = 4.862 g
Hasil peratusan
Y = 4.57/4.862·100 = 93.99%
Jawapan
Y = 93.99%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances