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% NaOH? Cari ṁ2.
ṁ1 = 900 kg/hx1 = 20 %x2 = 50 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari aliran hasil P dalam kg/h.
F = 2700 kg/hxF = 5 %xP = 35 %
P = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
etanol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 2.5 kg/scp,h = 2.44 kJ/(kg·K)Th: 140 → 60 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 30 °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 = 2.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 110 °Ct: 15 → 30 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 15 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Berapakah isi padu V yang diduduki oleh 10 g O₂ pada 800 kPa dan 65 °C? Anggap ia gas unggul.
m = 10 gM = 32 g/molP = 800 kPaT = 65 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi CH₄ pada 550 kPa dan 40 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 16.04 g/molP = 550 kPaT = 40 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
16 g C3H8 dan 20 g O2 bertindak balas mengikut C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Berapakah jisim m bagi CO2 yang boleh terbentuk?
M(C3H8) = 44.1M(O2) = 32M(CO2) = 44.01 g/mol
m = g
8.StoikiometriSukar
Dalam tindak balas C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 4 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 8.38 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(C3H8) = 44.1 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 8.38 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 450 kg/h
Imbangan jisim keadaan mantap: masuk = keluar bagi jumlah dan bagi setiap komponen. Masalah pengadunan menggabungkan kedua-duanya.
Imbangan
Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3
Selesaikan untuk ṁ2
ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 900·(20 − 30)/(30 − 50) = 450 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 450 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: P = 385.7 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 = 2700·5/35 = 385.7 kg/h
Jawapan
P = 385.7 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 68.92 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 2.5·2.44·(140 − 60) = 488 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 30 + 488/(3·4.18) = 68.92 °C
Jawapan
tout = 68.92 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 7.321 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 2.5·3.6·(170 − 110) = 540 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.15)·540 = 459 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 459/(4.18·15) = 7.321 kg/s
Jawapan
ṁc = 7.321 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: V = 1.098 L
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = 10/32 = 0.3125 mol
T = 65 + 273.15 = 338.1 K
Isi padu
V = nRT/P = 0.3125·8.314·338.1/800 = 1.098 L
Jawapan
V = 1.098 L
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 3.388 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 40 + 273.15 = 313.1 K
Ketumpatan
ρ = 550·16.04/(8.314·313.1) = 3.388 kg/m³
Jawapan
ρ = 3.388 kg/m³
7.Stoikiometri
Jawapan: m = 16.5 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(C3H8) = 16/44.1 = 0.3628 mol
n(O2) = 20/32 = 0.625 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.3628/1 = 0.3628, 0.625/5 = 0.125 → O2
Jisim hasil
n(CO2) = 0.125·3 = 0.375 mol
m = 0.375·44.01 = 16.5 g
Jawapan
m = 16.5 g
8.Stoikiometri
Jawapan: Y = 69.98 %
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) = 4/44.1 = 0.0907 mol
m = 0.0907·3/1·44.01 = 11.98 g
Hasil peratusan
Y = 8.38/11.98·100 = 69.98%
Jawapan
Y = 69.98%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances