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 25% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 800 kg/hx1 = 15 %x2 = 45 %x3 = 25 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 800 kg/hxF = 16 %xP = 50 %
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 = 1 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 160 → 120 °Cṁc = 1.5 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 = 0.5 kg/scp,h = 2.1 kJ/(kg·K)Th: 180 → 90 °Ct: 10 → 35 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 10 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 30 L mengandungi 130 g CH₄ pada 75 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 130 gM = 16.04 g/molV = 30 LT = 75 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Jumlah N₂ yang tetap berubah daripada 400 kPa, 20 L, 25 °C kepada 350 kPa dan 240 °C. Cari isi padu baharu V2.
P1 = 400 kPaV1 = 20 LT1 = 25 °CP2 = 350 kPaT2 = 240 °C
V2 = L
7.StoikiometriSederhana
30 g Fe2O3 dan 48 g CO bertindak balas mengikut Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2. Berapakah jisim m bagi CO2 yang boleh terbentuk?
M(Fe2O3) = 159.69M(CO) = 28.01M(CO2) = 44.01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas 2H2 + O2 → 2H2O, 20 g H2 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 98.32 g H2O dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/molsebenar: 98.32 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) = 800·(15 − 25)/(25 − 45) = 400 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 400 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 256 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 = 800·16/50 = 256 kg/h
Jawapan
P = 256 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 33.4 °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·(160 − 120) = 84 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 84/(1.5·4.18) = 33.4 °C
Jawapan
tout = 33.4 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 0.8139 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 0.5·2.1·(180 − 90) = 94.5 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.1)·94.5 = 85.05 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 85.05/(4.18·25) = 0.8139 kg/s
Jawapan
ṁc = 0.8139 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 782 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 130/16.04 = 8.105 mol
T = 75 + 273.15 = 348.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 8.105·8.314·348.1/0.03 = 782 kPa
Jawapan
P = 782 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: V2 = 39.34 L
Hukum gas gabungan: bagi jumlah gas unggul yang tetap, P1V1/T1 = P2V2/T2.
Suhu mutlak
T1 = 298.1 K, T2 = 513.1 K
Hukum gas gabungan
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 20·(400/350)·(513.1/298.1) = 39.34 L
Jawapan
V2 = 39.34 L
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 24.8 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(Fe2O3) = 30/159.69 = 0.1879 mol
n(CO) = 48/28.01 = 1.714 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.1879/1 = 0.1879, 1.714/3 = 0.5712 → Fe2O3
Jisim hasil
n(CO2) = 0.1879·3 = 0.5636 mol
m = 0.5636·44.01 = 24.8 g
Jawapan
m = 24.8 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 55 %
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) = 20/2.016 = 9.921 mol
m = 9.921·2/2·18.02 = 178.8 g
Hasil peratusan
Y = 98.32/178.8·100 = 55%
Jawapan
Y = 55%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances