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% garam? Cari ṁ2.
ṁ1 = 900 kg/hx1 = 20 %x2 = 35 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan garam dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 4400 kg/hxF = 20 %xP = 55 %
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 = 3 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 140 → 60 °Cṁc = 2 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
etanol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 10% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 2.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 130 → 60 °Ct: 25 → 70 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 30 L mengandungi 110 g O₂ pada 0 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 110 gM = 32 g/molV = 30 LT = 0 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi O₂ pada 250 kPa dan 80 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 32 g/molP = 250 kPaT = 80 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
4 g CH4 dan 24 g O2 bertindak balas mengikut CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Berapakah jisim m bagi H2O yang boleh terbentuk?
M(CH4) = 16.04M(O2) = 32M(H2O) = 18.02 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas N2 + 3H2 → 2NH3, 12 g N2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 8.02 g NH3 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(N2) = 28.02 g/molM(NH3) = 17.03 g/molsebenar: 8.02 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 1800 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) = 900·(20 − 30)/(30 − 35) = 1800 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 1800 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 1600 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 = 4400·20/55 = 1600 kg/h
Jawapan
P = 1600 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 80.29 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 3·2.1·(140 − 60) = 504 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 504/(2·4.18) = 80.29 °C
Jawapan
tout = 80.29 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 2.043 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·2.44·(130 − 60) = 427 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·427 = 384.3 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 384.3/(4.18·45) = 2.043 kg/s
Jawapan
ṁc = 2.043 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 260.2 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 110/32 = 3.438 mol
T = 0 + 273.15 = 273.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 3.438·8.314·273.1/0.03 = 260.2 kPa
Jawapan
P = 260.2 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 2.725 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 80 + 273.15 = 353.1 K
Ketumpatan
ρ = 250·32/(8.314·353.1) = 2.725 kg/m³
Jawapan
ρ = 2.725 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 8.988 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(CH4) = 4/16.04 = 0.2494 mol
n(O2) = 24/32 = 0.75 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.2494/1 = 0.2494, 0.75/2 = 0.375 → CH4
Jisim hasil
n(H2O) = 0.2494·2 = 0.4988 mol
m = 0.4988·18.02 = 8.988 g
Jawapan
m = 8.988 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 54.98 %
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(N2) = 12/28.02 = 0.4283 mol
m = 0.4283·2/1·17.03 = 14.59 g
Hasil peratusan
Y = 8.02/14.59·100 = 54.98%
Jawapan
Y = 54.98%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances