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% gula? Cari ṁ2.
ṁ1 = 850 kg/hx1 = 35 %x2 = 5 %x3 = 30 %
ṁ2 = kg/h
2.Imbangan jisimSukar
Satu penyejat memekatkan larutan gula dengan mendidihkan air tulen. Cari air yang tersejat W dalam kg/h.
F = 1800 kg/hxF = 18 %xP = 45 %
W = kg/h
3.Imbangan tenagaSederhana
campuran glikol panas menyejukkan air dalam penukar haba aliran berlawanan tanpa kehilangan haba. Cari suhu keluaran air tout.
ṁh = 3 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 120 → 80 °Cṁc = 3 kg/scp,c = 4.18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Imbangan tenagaSukar
campuran glikol panas memanaskan air dalam penukar yang kehilangan 5% haba yang dibebaskan oleh aliran panas kepada persekitaran. Cari kadar alir air ṁc yang diperlukan.
ṁh = 0.5 kg/scp,h = 3.6 kJ/(kg·K)Th: 170 → 80 °Ct: 10 → 50 °Ccp,c = 4.18 kJ/(kg·K)kehilangan = 5 %
ṁc = kg/s
5.Hukum gas unggulSederhana
Satu tangki 50 L mengandungi 470 g CH₄ pada 30 °C. Anggap ia gas unggul dan cari tekanan P.
m = 470 gM = 16.04 g/molV = 50 LT = 30 °CR = 8.314 J/(mol·K)
P = kPa
6.Hukum gas unggulSukar
Cari ketumpatan ρ bagi He pada 1000 kPa dan 140 °C, dengan menganggapnya gas unggul.
M = 4.003 g/molP = 1000 kPaT = 140 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.StoikiometriSederhana
8 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 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O, 8 g C3H8 bertindak balas sepenuhnya (bahan tindak balas lain berlebihan) dan 18.68 g CO2 dikutip. Cari hasil peratusan Y.
M(C3H8) = 44.1 g/molM(CO2) = 44.01 g/molsebenar: 18.68 g
Y = %
3Larutan
1.Imbangan jisim
Jawapan: ṁ2 = 170 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) = 850·(35 − 30)/(30 − 5) = 170 kg/h
Jawapan
ṁ2 = 170 kg/h
2.Imbangan jisim
Jawapan: W = 1080 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 = 1800·18/45 = 720 kg/h
Imbangan jumlah
W = F − P = 1800 − 720 = 1080 kg/h
Jawapan
W = 1080 kg/h
3.Imbangan tenaga
Jawapan: tout = 54.45 °C
Imbangan tenaga penukar: tanpa kehilangan, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Haba yang dibebaskan oleh aliran panas
Q = 3·3.6·(120 − 80) = 432 kW
Haba yang diserap oleh air
tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 432/(3·4.18) = 54.45 °C
Jawapan
tout = 54.45 °C
4.Imbangan tenaga
Jawapan: ṁc = 0.9205 kg/s
Imbangan tenaga dengan kehilangan: haba dibebaskan = haba diserap + haba hilang.
Haba dibebaskan
Qh = 0.5·3.6·(170 − 80) = 162 kW
Haba yang sampai kepada air
Qc = (1 − 0.05)·162 = 153.9 kW
Kadar alir air
ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 153.9/(4.18·40) = 0.9205 kg/s
Jawapan
ṁc = 0.9205 kg/s
5.Hukum gas unggul
Jawapan: P = 1477 kPa
Hukum gas unggul: PV = nRT, dengan n = m/M.
Mol
n = m/M = 470/16.04 = 29.3 mol
T = 30 + 273.15 = 303.1 K
Tekanan
P = nRT/V = 29.3·8.314·303.1/0.05 = 1477 kPa
Jawapan
P = 1477 kPa
6.Hukum gas unggul
Jawapan: ρ = 1.165 kg/m³
Ketumpatan gas unggul: ρ = PM/(RT).
Susun semula hukum gas
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 140 + 273.15 = 413.1 K
Ketumpatan
ρ = 1000·4.003/(8.314·413.1) = 1.165 kg/m³
Jawapan
ρ = 1.165 kg/m³
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) = 8/22.99 = 0.348 mol
n(Cl2) = 8/70.9 = 0.1128 mol
Bahan tindak balas pengehad
0.348/2 = 0.174, 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 = 77.99 %
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) = 8/44.1 = 0.1814 mol
m = 0.1814·3/1·44.01 = 23.95 g
Hasil peratusan
Y = 18.68/23.95·100 = 77.99%
Jawapan
Y = 77.99%
ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances