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% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 600 kg/hx1 = 40 %x2 = 10 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 3100 kg/hxF = 11 %xP = 50 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
campuran glikol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 2 kg/scp,h = 3.6 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 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: 120 → 90 °Ct: 25 → 80 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 390 g CO₂ pada 300 kPa dan 55 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 390 gM = 44.01 g/molP = 300 kPaT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi N₂ pada 500 kPa dan 150 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 28.01 g/molP = 500 kPaT = 150 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
20 g N2 dan 40 g H2 bertindak balas mengikut N2 + 3H2 → 2NH3. Berapakah jisim m bagi NH3 yang boleh terbentuk?
M(N2) = 28.02M(H2) = 2.016M(NH3) = 17.03 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 20 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 46.7 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(C3H8) = 44.1 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 46.7 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 300 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) = 600·(40 − 30)/(30 − 10) = 300 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 300 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 682 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 = 3100·11/50 = 682 kg/h
Jawapan
P = 682 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 64.45 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 2·3.6·(180 − 120) = 432 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 432/(3·4.18) = 64.45 °C
Jawapan
tout = 64.45 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 0.1233 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 0.5·2.1·(120 − 90) = 31.5 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·31.5 = 28.35 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 28.35/(4.18·55) = 0.1233 kg/s
Jawapan
ṁc = 0.1233 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 80.59 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 390/44.01 = 8.862 mol
T = 55 + 273.15 = 328.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 8.862·8.314·328.1/300 = 80.59 L
Jawapan
V = 80.59 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 3.981 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 = 500·28.01/(8.314·423.1) = 3.981 kg/m³
Jawapan
ρ = 3.981 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 24.31 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(N2) = 20/28.02 = 0.7138 mol
n(H2) = 40/2.016 = 19.84 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.7138/1 = 0.7138, 19.84/3 = 6.614 → N2
Jisim hasil
n(NH3) = 0.7138·2 = 1.428 mol
m = 1.428·17.03 = 24.31 g
Jawapan
m = 24.31 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 77.99 %
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) = 20/44.1 = 0.4535 mol
m = 0.4535·3/1·44.01 = 59.88 g
Hasil peratusan
Y = 46.7/59.88·100 = 77.99%
Jawapan
Y = 77.99%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances