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 40% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 900 kg/hx1 = 15 %x2 = 45 %x3 = 40 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 3000 kg/hxF = 16 %xP = 65 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
minyak ringan panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 3 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 180 → 120 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
minyak ringan panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 2.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 160 → 90 °Ct: 20 → 85 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 30 L mengandungi 80 g CH₄ pada 40 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 80 gM = 16.04 g/molV = 30 LT = 40 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi CO₂ pada 450 kPa dan 70 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 44.01 g/molP = 450 kPaT = 70 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
16 g H2 dan 16 g O2 bertindak balas mengikut 2H2 + O2 → 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(H2) = 2.016M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 12 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 22.27 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(C3H8) = 44.1 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 22.27 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 4500 kg/h
Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.
Imbangan
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
garam: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 900·(15 − 40)/(40 − 45) = 4500 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 4500 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 2262 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 = 3000·16/65 = 738.5 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 3000 − 738.5 = 2262 kg/h
Jawapan
W = 2262 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 60.14 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 3·2.1·(180 − 120) = 378 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 378/(3·4.18) = 60.14 °C
Jawapan
tout = 60.14 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.285 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·2.1·(160 − 90) = 367.5 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·367.5 = 349.1 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 349.1/(4.18·65) = 1.285 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.285 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 432.8 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 80/16.04 = 4.988 mol
T = 40 + 273.15 = 313.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 4.988·8.314·313.1/0.03 = 432.8 kPa
Jawapan
P = 432.8 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 6.942 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 70 + 273.15 = 343.1 K
Ketumpatan
ρ = 450·44.01/(8.314·343.1) = 6.942 kg/m³
Jawapan
ρ = 6.942 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 18.02 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(H2) = 16/2.016 = 7.937 mol
n(O2) = 16/32 = 0.5 mol
Bahan tindak balas pengehad
7.937/2 = 3.968, 0.5/1 = 0.5 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 0.5·2 = 1 mol
m = 1·18.02 = 18.02 g
Jawapan
m = 18.02 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 61.99 %
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(C3H8) = 12/44.1 = 0.2721 mol
m = 0.2721·3/1·44.01 = 35.93 g
Hasil peratusan
Y = 22.27/35.93·100 = 61.99%
Jawapan
Y = 61.99%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances