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 20% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 400 kg/hx1 = 35 %x2 = 5 %x3 = 20 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 1100 kg/hxF = 9 %xP = 45 %
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 = 3 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 90 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 15% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 2 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 180 → 130 °Ct: 15 → 60 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 10 L mengandungi 350 g O₂ pada 50 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 350 gM = 32 g/molV = 10 LT = 50 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 650 kPa dan 20 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 16.04 g/molP = 650 kPaT = 20 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
10 g Na dan 48 g Cl2 bertindak balas mengikut 2Na + Cl2 → 2NaCl. Berapakah jisim m bagi NaCl yang boleh terbentuk?
M(Na) = 22.99M(Cl2) = 70.9M(NaCl) = 58.44 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 10 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 14.87 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(C3H8) = 44.1 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 14.87 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 400 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) = 400·(35 − 20)/(20 − 5) = 400 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 400 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 220 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 = 1100·9/45 = 220 kg/h
Jawapan
P = 220 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 97.51 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 3·3.6·(150 − 90) = 648 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 648/(2·4.18) = 97.51 °C
Jawapan
tout = 97.51 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.627 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2·3.6·(180 − 130) = 360 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·360 = 306 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 306/(4.18·45) = 1.627 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.627 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 2939 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 350/32 = 10.94 mol
T = 50 + 273.15 = 323.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 10.94·8.314·323.1/0.01 = 2939 kPa
Jawapan
P = 2939 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 4.278 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 20 + 273.15 = 293.1 K
Ketumpatan
ρ = 650·16.04/(8.314·293.1) = 4.278 kg/m³
Jawapan
ρ = 4.278 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 25.42 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(Na) = 10/22.99 = 0.435 mol
n(Cl2) = 48/70.9 = 0.677 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.435/2 = 0.2175, 0.677/1 = 0.677 → Na
Jisim hasil
n(NaCl) = 0.2175·2 = 0.435 mol
m = 0.435·58.44 = 25.42 g
Jawapan
m = 25.42 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 90.98 %
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) = 10/44.1 = 0.2268 mol
m = 0.2268·4/1·18.02 = 16.34 g
Hasil peratusan
Y = 14.87/16.34·100 = 90.98%
Jawapan
Y = 90.98%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances