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 25% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 950 kg/hx1 = 50 %x2 = 5 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 3000 kg/hxF = 13 %xP = 60 %
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 = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 80 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 130 → 60 °Ct: 25 → 55 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 10 L mengandungi 320 g CO₂ pada 85 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 320 gM = 44.01 g/molV = 10 LT = 85 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah He yang tetap berubah daripada 150 kPa, 5 L, 15 °C kepada 500 kPa dan 160 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 150 kPaV1 = 5 LT1 = 15 °CP2 = 500 kPaT2 = 160 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
20 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 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 4 g CH4 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 6.04 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(CH4) = 16.04 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 6.04 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 1188 kg/h
Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.
Imbangan
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
gula: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 950·(50 − 25)/(25 − 5) = 1188 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 1188 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 650 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 = 3000·13/60 = 650 kg/h
Jawapan
P = 650 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 30.1 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1.5·2.1·(120 − 80) = 126 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 126/(1.5·4.18) = 30.1 °C
Jawapan
tout = 30.1 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 2.864 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 1.5·3.6·(130 − 60) = 378 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·378 = 359.1 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 359.1/(4.18·30) = 2.864 kg/s
Jawapan
ṁc = 2.864 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 2165 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 320/44.01 = 7.271 mol
T = 85 + 273.15 = 358.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 7.271·8.314·358.1/0.01 = 2165 kPa
Jawapan
P = 2165 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 2.255 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 288.1 K, T2 = 433.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(150/500)·(433.1/288.1) = 2.255 L
Jawapan
V2 = 2.255 L
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) = 20/16.04 = 1.247 mol
n(O2) = 8/32 = 0.25 mol
Bahan tindak balas pengehad
1.247/1 = 1.247, 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 = 55.03 %
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(CH4) = 4/16.04 = 0.2494 mol
m = 0.2494·1/1·44.01 = 10.98 g
Hasil peratusan
Y = 6.04/10.98·100 = 55.03%
Jawapan
Y = 55.03%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances