Bilanse masy i energii: zadania i pytania egzaminacyjne

Podstawa pierwszego roku inżynierii chemicznej: bilanse masy mieszalników, separatorów i reaktorów, bilanse energii, zachowanie gazów i stechiometria.

Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

  1. Bilans masymieszanie dwóch strumieni · mieszanie do zadanego składu · wyparkaobliczenia
  2. Bilans energiipodgrzewanie strumienia · wymiennik ciepła · wymiennik ze stratami ciepłaobliczenia
  3. Równanie stanu gazu doskonałegoP z n, V, T · z masy · zmiana stanu lub gęstośćobliczenia
  4. Stechiometriaod masy do masy · substrat limitujący · wydajność procentowaobliczenia

Wskazówki egzaminacyjne: Bilanse masy i energii

  • Narysuj schemat technologiczny i oznacz każdy strumień, zanim napiszesz bilans.
  • Policz niewiadome i niezależne równania, zanim zaczniesz rozwiązywać.
  • Gdy nie podano natężenia przepływu, przyjmij bazę obliczeniową, np. 100 kg/h.

Przykłady z rozwiązaniami

Bilans masyŁatwy
MieszalnikStrumień 1300 kg/h · 30% sólStrumień 2250 kg/h · 40% sólStrumień 3x₃ = ? %

Dwa roztwory (sól) są mieszane w stanie ustalonym. Wyznacz udział masowy składnika (sól) na wylocie x3.

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

Oblicz x3 (%)

Pokaż podpowiedzi
  1. W stanie ustalonym to, co wpływa, wypływa: zapisz bilans całkowity i bilans składnika rozpuszczonego.
  2. Całkowity: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃. Składnik: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. ṁ3 = 550 kg/h.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Bilans masy w stanie ustalonym: wlot = wylot, dla masy całkowitej i osobno dla każdego składnika (bez reakcji).

Bilans całkowity

ṁ3 = ṁ1 + ṁ2 = 300 + 250 = 550 kg/h

Bilans: Sól

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

Odpowiedź

x3 = 34,55 %
Bilans energiiŚredni
strona gorącastrona zimnamieszanina glikolu · 150 °C120 °Cwoda · 15 °Ct = ? °C

Gorący czynnik (mieszanina glikolu) chłodzi wodę w przeciwprądowym wymienniku ciepła bez strat. Wyznacz temperaturę wody na wylocie 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

Oblicz tout (°C)

Pokaż podpowiedzi
  1. Ciepło oddane przez strumień gorący równa się ciepłu przejętemu przez strumień zimny.
  2. Najpierw wyznacz Q po stronie gorącej, bo znasz obie jej temperatury.
  3. Q = 108 kW.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Bilans energii wymiennika: bez strat ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Ciepło oddane przez strumień gorący

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Ciepło przejęte przez wodę

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

Odpowiedź

tout = 40,84 °C

Jak wygląda ćwiczenie

  • „Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Kalkulator równania stanu gazu doskonałegoKalkulator wydajności procentowejKalkulator stechiometrii (gramy na gramy i reagent ograniczający)Kalkulator masy molowejKalkulator połączonego prawa gazowego (Boyle’a, Charles’a i Gay-Lussaca)Kalkulator wzoru empirycznego (i rzeczywistego)

Powiązane przedmioty

Przygotowanie do egzaminu FE ChemicalTermodynamika 1Chemia ogólnaInżynieria reaktorów chemicznychFizyka dla inżynierów
Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.