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 40% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 1000 kg/hx1 = 50 %x2 = 10 %x3 = 40 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 1200 kg/hxF = 9 %xP = 30 %
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 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 170 → 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 15% 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: 150 → 100 °Ct: 20 → 60 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 5 L mengandungi 270 g N₂ pada 55 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 270 gM = 28.01 g/molV = 5 LT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah CO₂ yang tetap berubah daripada 150 kPa, 2 L, 30 °C kepada 700 kPa dan 190 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 150 kPaV1 = 2 LT1 = 30 °CP2 = 700 kPaT2 = 190 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
30 g Na dan 8 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 N2 + 3H2 → 2NH3, 30 g N2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 25.53 g NH3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molsebenar: 25.53 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 333.3 kg/h
Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.
Imbangan
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
gula: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 1000·(50 − 40)/(40 − 10) = 333.3 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 333.3 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 840 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 = 1200·9/30 = 360 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 1200 − 360 = 840 kg/h
Jawapan
W = 840 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 38.42 °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·(170 − 60) = 231 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 231/(3·4.18) = 38.42 °C
Jawapan
tout = 38.42 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 1.068 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2·2.1·(150 − 100) = 210 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·210 = 178.5 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 178.5/(4.18·40) = 1.068 kg/s
Jawapan
ṁc = 1.068 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 5260 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 270/28.01 = 9.639 mol
T = 55 + 273.15 = 328.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 9.639·8.314·328.1/0.005 = 5260 kPa
Jawapan
P = 5260 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 0.6548 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 303.1 K, T2 = 463.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(150/700)·(463.1/303.1) = 0.6548 L
Jawapan
V2 = 0.6548 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 13.19 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) = 30/22.99 = 1.305 mol
n(Cl2) = 8/70.9 = 0.1128 mol
Bahan tindak balas pengehad
1.305/2 = 0.6525, 0.1128/1 = 0.1128 → Cl2
Jisim hasil
n(NaCl) = 0.1128·2 = 0.2257 mol
m = 0.2257·58.44 = 13.19 g
Jawapan
m = 13.19 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 70.01 %
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(N2) = 30/28.02 = 1.071 mol
m = 1.071·2/1·17.03 = 36.47 g
Hasil peratusan
Y = 25.53/36.47·100 = 70.01%
Jawapan
Y = 70.01%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances