Massa- en energiebalansen: oefenopgaven en tentamenvragen

De kern van het eerste jaar chemische technologie: massabalansen over mengers, scheiders en reactoren, energiebalansen, gasgedrag en stoichiometrie.

Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.

Samenvattingspakket (pdf)Formuleoverzichten, methodestappen en oefenopgaven met volledige oplossingen, klaar om af te drukken.

Onderwerpen in dit vak

  1. Massabalanstwee stromen mengen · mengen naar een doel · verdamperrekenopgaven
  2. Energiebalanseen stroom verwarmen · warmtewisselaar · warmtewisselaar met warmteverliesrekenopgaven
  3. Ideale gaswetP uit n, V, T · uit massa · toestandsverandering of dichtheidrekenopgaven
  4. Stoichiometriemassa naar massa · beperkende reactant · rendementrekenopgaven

Tentamentips voor Massa- en energiebalansen

  • Teken het processchema en benoem elke stroom voordat je een balans opstelt.
  • Tel de onbekenden en de onafhankelijke vergelijkingen voordat je gaat oplossen.
  • Kies een basis, zoals 100 kg/h, als er geen debiet gegeven is.

Uitgewerkte voorbeelden

MassabalansMakkelijk
MengerStroom 1300 kg/h · 30% zoutStroom 2250 kg/h · 40% zoutStroom 3x₃ = ? %

Twee zoutoplossingen worden stationair gemengd. Vind de massafractie zout in de uitgang x3.

ṁ1 = 300 kg/hx1 = 30 %ṁ2 = 250 kg/hx2 = 40 %

Gevraagd: x3 (%)

Hints tonen
  1. Stationair geldt: wat erin gaat, komt eruit. Schrijf een totaalbalans en een balans voor de opgeloste component.
  2. Totaal: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃. Component: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. ṁ3 = 550 kg/h.
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Stationaire massabalans: in = uit, voor de totale massa en apart voor elke component (zonder reactie).

Totaalbalans

ṁ3 = ṁ1 + ṁ2 = 300 + 250 = 550 kg/h

Zoutbalans

ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
x3 = (300·30 + 250·40)/550 = 34,55 %

Antwoord

x3 = 34,55 %
EnergiebalansGemiddeld
warme kantkoude kantglycolmengsel · 150 °C120 °Cwater · 15 °Ct = ? °C

Warme glycolmengsel koelt water in een tegenstroomwarmtewisselaar zonder warmteverlies. Vind de uittredetemperatuur van het water tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

Gevraagd: tout (°C)

Hints tonen
  1. De warmte die de warme stroom afgeeft, is gelijk aan de warmte die de koude stroom opneemt.
  2. Vind Q eerst aan de warme kant, want daar ken je beide temperaturen.
  3. Q = 108 kW.
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Energiebalans van de warmtewisselaar: zonder verliezen geldt ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Warmte afgegeven door de warme stroom

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Warmte opgenomen door het water

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4,18) = 40,84 °C

Antwoord

tout = 40,84 °C

Zo werkt het oefenen

  • “Dit vak oefenen” mengt opgaven uit al zijn onderwerpen, net als een echt tentamen.
  • Elke opgave heeft nieuwe waarden, zodat je de methode leert in plaats van een antwoord.
  • Kom je vast te zitten? Open eerst een kleine hint en de volledige uitleg pas als je die nodig hebt.
  • Proeftentamens zijn getimed en hebben geen hints, en aan het eind krijg je je score en een volledige bespreking.

Calculators voor dit vak

Calculator voor de ideale gaswetProcentuele opbrengst berekenenStoichiometrie berekenen (gram naar gram en limiterende reactant)Molaire-massacalculatorCalculator voor de gecombineerde gaswet (Boyle, Charles en Gay-Lussac)Calculator voor de empirische formule (en molecuulformule)

Gerelateerde vakken

Oefenen voor het FE Chemical-examenThermodynamica 1Algemene chemieChemische reactorkundeNatuurkunde voor ingenieurs
Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.