Cân bằng vật chất và năng lượng: bài tập và câu hỏi ôn thi

Cốt lõi của năm nhất ngành kỹ thuật hóa học: cân bằng khối lượng cho thiết bị trộn, thiết bị tách và lò phản ứng, cân bằng năng lượng, tính chất khí và tỉ lượng hóa học.

Luyện tập môn học này miễn phíLuyện tập môn học nàyLàm đề thi thử5 bài miễn phí mỗi ngày. Không cần thẻ.

Gói ôn nước rút (PDF)Bảng công thức, các bước phương pháp và bài tập có lời giải đầy đủ, sẵn sàng để in.

Các chủ đề trong môn học này

  1. Cân bằng khối lượngtrộn hai dòng · pha trộn đến giá trị mục tiêu · thiết bị cô đặcbài tính toán
  2. Cân bằng năng lượnggia nhiệt một dòng · thiết bị trao đổi nhiệt · thiết bị trao đổi nhiệt có tổn thất nhiệtbài tính toán
  3. Phương trình khí lý tưởngP từ n, V, T · từ khối lượng · thay đổi trạng thái hoặc khối lượng riêngbài tính toán
  4. Tỉ lượng hóa họctừ khối lượng sang khối lượng · chất hạn chế · hiệu suất phần trămbài tính toán

Mẹo làm bài thi Cân bằng vật chất và năng lượng

  • Vẽ sơ đồ công nghệ và đánh dấu mọi dòng trước khi viết phương trình cân bằng.
  • Đếm số ẩn và số phương trình độc lập trước khi bắt đầu giải.
  • Chọn một cơ sở tính toán, ví dụ 100 kg/h, khi không cho lưu lượng.

Ví dụ có lời giải

Cân bằng khối lượngDễ
Bộ trộnDòng 1300 kg/h · 30% muốiDòng 2250 kg/h · 40% muốiDòng 3x₃ = ? %

Hai dung dịch muối được trộn ở trạng thái ổn định. Tìm phần khối lượng của muối trong dòng ra x3.

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

Tìm x3 (%)

Hiện các gợi ý
  1. Ở trạng thái ổn định, lượng vào bằng lượng ra: viết cân bằng tổng và cân bằng cho cấu tử hòa tan.
  2. Tổng: ṁ₁ + ṁ₂ = ṁ₃. Cấu tử: ṁ₁x₁ + ṁ₂x₂ = ṁ₃x₃.
  3. ṁ3 = 550 kg/h.
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Cân bằng khối lượng ở trạng thái ổn định: vào = ra, cho tổng khối lượng và riêng từng cấu tử (không có phản ứng).

Cân bằng tổng

ṁ3 = ṁ1 + ṁ2 = 300 + 250 = 550 kg/h

Cân bằng Muối

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

Đáp số

x3 = 34,55 %
Cân bằng năng lượngTrung bình
phía nóngphía lạnhhỗn hợp glycol · 150 °C120 °Cnước · 15 °Ct = ? °C

hỗn hợp glycol nóng làm nguội nước trong thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng, không có tổn thất nhiệt. Tìm nhiệt độ nước ra 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

Tìm tout (°C)

Hiện các gợi ý
  1. Nhiệt do dòng nóng mất đi bằng nhiệt dòng lạnh nhận được.
  2. Hãy tìm Q từ phía nóng trước, vì bạn biết cả hai nhiệt độ của nó.
  3. Q = 108 kW.
Hiện đáp án và lời giải từng bước

Cân bằng năng lượng của thiết bị trao đổi nhiệt: khi không có tổn thất, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Nhiệt do dòng nóng tỏa ra

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Nhiệt nước thu vào

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

Đáp số

tout = 40,84 °C

Cách luyện tập hoạt động

  • “Luyện tập môn học này” trộn các bài từ mọi chủ đề của nó, giống một kỳ thi thật.
  • Mỗi bài tập có số liệu mới, nên bạn học phương pháp chứ không học thuộc đáp án.
  • Bí rồi? Hãy mở một gợi ý nhỏ trước, và chỉ xem giải thích đầy đủ khi cần.
  • Đề thi thử có tính giờ và không có gợi ý, và bạn nhận được điểm số cùng phần xem lại đầy đủ ở cuối.

Máy tính cho môn học này

Máy tính phương trình khí lý tưởngMáy tính hiệu suất phần trămMáy tính tỉ lượng hóa học (gam sang gam và chất phản ứng hạn chế)Máy tính khối lượng molMáy tính định luật khí kết hợp (Boyle, Charles và Gay-Lussac)Máy tính công thức thực nghiệm (và công thức phân tử)

Các môn học liên quan

Luyện thi FE Hóa họcNhiệt động lực học 1Hóa học đại cươngKỹ thuật phản ứng hóa họcVật lý cho kỹ sư
Luyện tập môn học này miễn phíLuyện tập môn học nàyLàm đề thi thử5 bài miễn phí mỗi ngày. Không cần thẻ.