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 = 900 kg/hx1 = 5 %x2 = 45 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 4900 kg/hxF = 13 %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 = 1 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 150 → 60 °Cṁc = 1.5 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 10 °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 = 3 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 120 → 70 °Ct: 30 → 85 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 20 g O₂ pada 750 kPa dan 85 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 20 gM = 32 g/molP = 750 kPaT = 85 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi Ar pada 650 kPa dan 160 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 39.95 g/molP = 650 kPaT = 160 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
30 g Mg dan 24 g O2 bertindak balas mengikut 2Mg + O2 → 2MgO. Berapakah jisim m bagi MgO yang boleh terbentuk?
M(Mg) = 24.31M(O2) = 32M(MgO) = 40.3 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas CaCO3 → CaO + CO2, 4 g CaCO3 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 1.23 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(CaCO3) = 100.09 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 1.23 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 900 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) = 900·(5 − 25)/(25 − 45) = 900 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 900 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 2123 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 = 4900·13/30 = 2123 kg/h
Jawapan
P = 2123 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 40.14 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 1·2.1·(150 − 60) = 189 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 10 + 189/(1.5·4.18) = 40.14 °C
Jawapan
tout = 40.14 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.302 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 3·2.1·(120 − 70) = 315 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·315 = 299.3 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 299.3/(4.18·55) = 1.302 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.302 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 2.481 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 20/32 = 0.625 mol
T = 85 + 273.15 = 358.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 0.625·8.314·358.1/750 = 2.481 L
Jawapan
V = 2.481 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 7.211 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 160 + 273.15 = 433.1 K
Ketumpatan
ρ = 650·39.95/(8.314·433.1) = 7.211 kg/m³
Jawapan
ρ = 7.211 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 49.73 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(Mg) = 30/24.31 = 1.234 mol
n(O2) = 24/32 = 0.75 mol
Bahan tindak balas pengehad
1.234/2 = 0.617, 0.75/1 = 0.75 → Mg
Jisim hasil
n(MgO) = 0.617·2 = 1.234 mol
m = 1.234·40.3 = 49.73 g
Jawapan
m = 49.73 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 69.93 %
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(CaCO3) = 4/100.09 = 0.03996 mol
m = 0.03996·1/1·44.01 = 1.759 g
Hasil peratusan
Y = 1.23/1.759·100 = 69.93%
Jawapan
Y = 69.93%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances