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% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 350 kg/hx1 = 15 %x2 = 40 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 1200 kg/hxF = 8 %xP = 45 %
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 = 1.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 130 → 90 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 1.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 110 °Ct: 30 → 90 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 50 L mengandungi 360 g Ar pada 60 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 360 gM = 39.95 g/molV = 50 LT = 60 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi CO₂ pada 850 kPa dan 150 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 44.01 g/molP = 850 kPaT = 150 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
24 g C3H8 dan 16 g O2 bertindak balas mengikut C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(C3H8) = 44.1M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas 2H2 + O2 → 2H2O, 6 g H2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 43.98 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 43.98 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 233.3 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) = 350·(15 − 25)/(25 − 40) = 233.3 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 233.3 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 986.7 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 = 1200·8/45 = 213.3 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 1200 − 213.3 = 986.7 kg/h
Jawapan
W = 986.7 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 40.05 °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·(130 − 90) = 126 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 126/(3·4.18) = 40.05 °C
Jawapan
tout = 40.05 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 0.4962 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 1.5·2.44·(150 − 110) = 146.4 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·146.4 = 124.4 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 124.4/(4.18·60) = 0.4962 kg/s
Jawapan
ṁc = 0.4962 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 499.2 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 360/39.95 = 9.011 mol
T = 60 + 273.15 = 333.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 9.011·8.314·333.1/0.05 = 499.2 kPa
Jawapan
P = 499.2 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 10.63 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 150 + 273.15 = 423.1 K
Ketumpatan
ρ = 850·44.01/(8.314·423.1) = 10.63 kg/m³
Jawapan
ρ = 10.63 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 7.208 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(C3H8) = 24/44.1 = 0.5442 mol
n(O2) = 16/32 = 0.5 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.5442/1 = 0.5442, 0.5/5 = 0.1 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 0.1·4 = 0.4 mol
m = 0.4·18.02 = 7.208 g
Jawapan
m = 7.208 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 82 %
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(H2) = 6/2.016 = 2.976 mol
m = 2.976·2/2·18.02 = 53.63 g
Hasil peratusan
Y = 43.98/53.63·100 = 82%
Jawapan
Y = 82%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances