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 35% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 350 kg/hx1 = 20 %x2 = 40 %x3 = 35 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan NaOH dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 3700 kg/hxF = 6 %xP = 50 %
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 = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 140 → 60 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °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 = 2 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 160 → 100 °Ct: 10 → 40 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 50 L mengandungi 140 g N₂ pada 85 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 140 gM = 28.01 g/molV = 50 LT = 85 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah CO₂ yang tetap berubah daripada 250 kPa, 5 L, 40 °C kepada 750 kPa dan 150 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 250 kPaV1 = 5 LT1 = 40 °CP2 = 750 kPaT2 = 150 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
16 g H2 dan 32 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 2H2 + O2 → 2H2O, 16 g H2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 121.6 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 121.6 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 1050 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·(20 − 35)/(35 − 40) = 1050 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 1050 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 3256 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 = 3700·6/50 = 444 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 3700 − 444 = 3256 kg/h
Jawapan
W = 3256 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 26.7 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 0.5·2.1·(140 − 60) = 84 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 84/(3·4.18) = 26.7 °C
Jawapan
tout = 26.7 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.809 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2·2.1·(160 − 100) = 252 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·252 = 226.8 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 226.8/(4.18·30) = 1.809 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.809 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 297.7 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 140/28.01 = 4.998 mol
T = 85 + 273.15 = 358.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 4.998·8.314·358.1/0.05 = 297.7 kPa
Jawapan
P = 297.7 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 2.252 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 313.1 K, T2 = 423.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 5·(250/750)·(423.1/313.1) = 2.252 L
Jawapan
V2 = 2.252 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 36.04 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) = 32/32 = 1 mol
Bahan tindak balas pengehad
7.937/2 = 3.968, 1/1 = 1 → O2
Jisim hasil
n(H2O) = 1·2 = 2 mol
m = 2·18.02 = 36.04 g
Jawapan
m = 36.04 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 85 %
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) = 16/2.016 = 7.937 mol
m = 7.937·2/2·18.02 = 143 g
Hasil peratusan
Y = 121.6/143·100 = 85%
Jawapan
Y = 85%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances