موازنه جرم و انرژی

صفحه 1:
موازنة جرم و انرژی فصل اول اصول محاسبات در مهندسی شیمی 

صفحه 2:
فصل اول: آحاد و ابعاد مثال: هواپیمایی با سرعت ۲ برابر سرعت صوت در حرکت است. سرعت را برحسب مایل بر ساعت بنویسید. حل: سرعت صوت 11000/860 ‎ft | 1mil 3600sec, sod‏ 2x1100 x sec 5280f Ihr 

صفحه 3:
‎EEE ۳‏ مثال: ۴۰۰ لینچج مکعب در روز برابر با چند سانتی متر مکعب در دقیقه است؟ ‏حل: اول تبديل اينج مکعب به سانتی متر مکعب و سپس تبدیل روز به دقیقه ‏تع لعموو ‎day min‏ ‎40@nch ‎day ‎1hr =455cm‏ مرداما ی" سص و2 ‎inch) ~24hr 6Qnin— min‏ ‎ ‎ 

صفحه 4:
1 برای تعدیل واحد ها در فرمول قانون دوم نیوتن و همچنین برابر گرفتن عدد جرم و وزن از ثابت ۳ استفاده میکنیم. Fao Maz F=cMée نکته: برای تبدیل تناسب به تساوی در یک ضریب» ضرب 

صفحه 5:
‎C=1‏ در سيستم متریک 5 <۳ در سیستم‌لنگلیسی ‎Ibf=clbm tt. sec ‏9 120۳00 برلیوننو جرم ‎g= 32174ft 5 

صفحه 6:
a ‏به جاى © 4 گذا‎ ‏می تداربم.‎ gc ‏به جای‎ 1 F=—m ge 9 Ib, = 1bm32174 9 sec Ibmft =32174 ge Ibfseé 

صفحه 7:
۲۲۲۲۲۲۲۲۲ ‎a‏ ‏مثال: ۱۰۰ پوند آب در یک لوله با سرعت ۱۰ فوت بر انیه در جریان است. مطلوبست انرژی جنبشی آب بر اساس 10۶۴۲ ‎m=100lbm‏ ‎V =10ft/sec‏ K=5_ mv =.) x100d6 = =500dem 1 1 206 206 gc 5o0d2m:ft —__se¢__=15 9h, ft ‘t.[bm 32.17 f.set 

صفحه 8:
مثال:جسمی به جرم 1001010 در ارتفاع ]10 قرار دارد. انرژی پتانسیل برحسب 111.11آرا حساب كنيد. انرزى يتانسيل -12 ‎I 7‏ و9 .32 01.566 p=mgh=1001k x32. 174001۳ -1 0001۳ 

صفحه 9:
سس سازگاری ابعادی ‎RT=(v-b)(P+a/v2)‏ ‏مثال: یک رابطه برای خورده شدن مس از صفحات کیت الکترونیکی توسط اسید کلریدریک داده شده است اولاً واحد اعداد ثابت را تعیین کنید و سپس رابطه را طوری بازنویسی کنید که ضخامت برحسب اینچ و زمان برحسب دقیقه باشد ‎d = 16.2 - 16.2exp(-0.21t)‏ که در آن 4 برحسب میکرون و !برحسب ثانیه است حل: واحد ۱۶.۲ میکرون و واحد )عکس ثانیه است ‎=6.3810'inct‏ 0 162u x2 605 1 ‏هه‎ 2 4-638 0"(1- expt 1260) sec 1lmin min 

صفحه 10:
مول و مفاهیم مربوط به آن (۲) ) بنانبه تعریف یک مول از هر ماده برابر است‌با عدد جرمی آن ماده در واحد جرم. مثلا عدد جرمی کربن برابر ۱۲ است یعنی ۱۳ گرم کرین برابر یک مول کربن است. یا ۱۲ پهند کربن برابر باییک پوند مول کوبن است‌به همین ترتیب عدد جرمی آهن ۵۶ است‌پس یک گرم مول آهن ۵۶ گرم آهن است و ۵۶ پهند آهن برابرربایک پوند مول آهن است. 

صفحه 11:
00 ۳۲۲۲۲۲۲۲۲ ۲ ‎a‏ ‏نکته: به خاطر داشته باشید اصطلاحاتی نظیر اتم گرم. مولکول گرم. یون گرم و ... نشان دهنده ی یک مول از ذره ی مورد اشاره هستند. به طور مثال یک اتم گرم آهن -یک مول آهن-مقداری از آهن بر حسب گرم از نظر عددی برابر با جرم اتمی آهن میباشد. مثال: ۲ پوند ۷2601 چند پوند مول ]200 است؟ وچند گرم مول است؟ ‎ibmol‏ 21۳۳۷۵0۵۳ 0 42002۷207 4549rmol 0.0 1NaOKL—— 7 dbmolNa bmolNaOit grmo 

صفحه 12:
SPGr- Specific ‏دانسیته(چگالی نسبی)-61۲۵۷117)‎ جرم واحد حجم هر ماده را جكالى مى كويند. 0-7 نکته: دانسیته ی مایعات را نسبت به آب تعریف می کنیم و چگالی نسبی گازها را نسبت به هوا مى كيريم. دربيان جكالى معمولا بايد دماى هر دو ماده مشخص باشد: جرا كه دانسيته با تغيير دما تغيير مى كند. یا ری ۲ مرو ‎aC 60F‏ 

صفحه 13:
" .۳۳۳[71۳6۳5 Petroleumin Institute در صنعت نفت چگالی مواد نفتی توسط مقیاسی به نام ‎APT‏ ‏سنجیده میشود 60 1415 ° API=———,-- 1315 SPGr—— ‏اد‎ ‎SPG: 60 API+1315 ‎API, SP.Gr‏ ولحد ندایند 

صفحه 14:
A ‏برموینتان 1.57 است دانسيته آن را‎ oSPGr ‏مثال:‎ ‎ww 0۲/6۳۵۲ 4 lb/ft’ 5 kg/m? w.> » 17 _ 11.5197 =1.57gr/ck 2)1.5%62.4>0y,, -97 ‏م9‎ ‎31.571 000» =1576F,, مثال: داروئی با جرم مولکولی 192 داخل یک محلول در یک لوله جریان دارد. دبی محلول ‎to yo 9 10.3]it/min‏ وزنی دارو در محلول 58012 محلول برابر با 1.025 است مطلوب است غلظت دارو بر حسب ‎kgdrug/lit solution‏ 9 دبی دارو بر حسب ‎kgmol/min‏ 

صفحه 15:
حل: انسيتة دانسيتة محاول 3 9-1 04( 1 ‎kgDrug‏ 100 ,112 225.2 ل مس412 ‎10gsolution itsolution litsolutio.‏ 10.3 lit sol./min x 0.422 kg/lit sol =4.3466 kg/min 4.3466 kg/min WL" 0226 kgmol/min 

صفحه 16:
5 3 1 حجم ویژه و جزء مولی و جزء جرمی حجم ویژه عکس دانسیته است. جزء مولی یک ماده در یک مخلوط برابر است با تعداد مول آن ماده تقسیم بر تعداد کل مول مخلوط. تعریف جزء جرمی نیز مشابه همین است. مثال: مخلوطی داریم که از 1001 ۸<2,]<3,)/<5 تشکیل شده است.جز مولی هریک از اجزا چیست؟ نکات: ۱-جزمولی واحد ندارد ۲-مجموع جز مولی ها باید ۱ شود. دجن 2 _ ‎totainole-2+ 3+ 5=10, A —_moleA‏ ‎totaimole 10‏ ‎=0.3C =_moleC _ =0.5‏ ‎totainole 10‏ _ moleB _ totainole 10 

صفحه 17:
تا * مثال : در ظرفی 5160 آب و 160 5 ۱20013[ وجود دارد ۱ جز جر می ‎Praction) (S90 529 ( wee Pramtion)‏ عا) اجزا چیست؟ جرم کلو5 + 5 < 10 < جز جرمی آب < 5 / 10 < 0.5 ‎NaOH=5/10 = 0.5‏ 537 جرمی 101 ‎HO =5000gx—— =27;‏ موه 9۳ ‎molH‏ molNi ‏ندیود‎ 25grmolWal 40gr 278 278125 25ل عرمة ‎molfractinN:‏ ‏278125 molfractiéLO = =0.69 =0.31 

صفحه 18:
‎SS ۲ ۲ ۲ 3 3 ۰‏ ‎a‏ ‏نکنه: ترکیب درصد اگر ذکرنشود اگر مخلوط گاز باشد ترکیب مولی و اگر مایع با جامد باشد ترکیب جرمی است. مجموع احزای جرمی بایستی برابر یک باشد. مجموع اجزای مولی نیز بابستی برابر یک باشد. جزءجرمی(وزنی) و جزء مولی واحد ندارند. ‏مثال: جرم مولکولی متوسط هوا را حساب كنيد. 0-21 ‎N,=79 ‏هوا در نظر ميگيريم.‎ Grmol 100 ‏مبنا را‎ 

صفحه 19:
‎grmole O, x 32gr/grmole 21 = 0.21x 0‏ ‎=672gr‏ ‎grmole N, x28 gr/grmole 79 = 0.79 x 100‏ 2221201 ۲ جرم کل 6۵72 + 2212 - 2884 - یادآوری: واحد جرم مولکولی گرم بر گرم مول است بنابراين ‏مول کل/ جرم کل - جرم مولکولی متوسط - ۲۸۰۸۴-۲۸۸۴/۱۰۰ 

صفحه 20:
غلظت و دبی: با ‎SS‏ غلظت عبارت است از بیان مقدار حل شونده بر اساس مول یا جرم با حجم که در مقدار معینی از حلال با محلول بر حسب مول پا جرم یا حجم حل شده باشد. واحد غلظت می تواند براساس درصد وزنی درصد مولی یا ۲ با 11201/111 با واحدهای متناظر مثل 1۳01001/۴3 بیان شود. علاوه بر این در محلولهای خیلی رقیق از 010190 نیز که مخفف ‎Cow! Part Per Million‏ استفاده می شود. ‏دبی: شدت جریان بر واحد زمان که ممکن است جرمی پا حجمی باشد : 

صفحه 21:
مثال : یک مخلوط گازی با ترکیب زبر وجود دارد. جرم مولکولی متوسط مخلوط را حساب کنید. 0 30700 ,ق407۵ ,0۳3 1 حل: مبنا: ۱۰۰ مول مخلوط ‎MW H,=2, MWCH,=16, MW CO=28, MW CO,‏ 44 = جرم هیدروژن < 10*2 2 20 ۲جرم متان - 16 * 40 < 640 جرم منوکسید کربن = 28 * 30 = 840 جرم دی اکسید کربن - 880-20*44 جرم کل -۲۰ +۶۴۰ +۸۴۰ +۸۸۰ = ‎TAs‏ ‏1 مولک | جرم کح چرم مولکولیمتوسط ۸۰/۱۰۰ ۲۳۰۸-۲۳ - 

صفحه 22:
مثال : یک ذغال سنگ ترکیب زیر را دارد؛ درصد جرمی را برای ‎NES‏ سنگ‌نقون: آب و خاکنت تارب كتيل ‎Cea‏ شسست مولی 1 به 9 6 به ۱ است HC 77 1,0 3 Ash 11 0 6 1 5 2 Com Pp % حل: چون در اینجا ذغال سنگ جامد است پس درصد داده شده جرمی است. از طرف دیگر چون نسبت در هیدروکربن مولی داده شده دو مبنای مختلف بایستی بگیریم مبنای اول: ۱۰۰ گرم ذغال با اين مبنا اعداد داده شده در جدول گرم هر کدام از مواد خواهد بود مبنای دوم : ۱۰ مول 11600 با اين مبنا 4 مول هيدروزن در برابر يك مول کربن داریم. می نوان از روی نسبت مولی نسبت وزنی را بدست آورد. 

صفحه 23:
2S 0000٠ ‏لا‎ مثل مثالهای قبل اول جرم کل را برای مبنای ۱۰ مول هیدروکربن حساب می کنیم: جرم هیدروژن - ‎٩-۱۶۹‏ ۱۲ - ۱۲۶۱ - gS ee Or جرم کل - ‎٩‏ + ۱۲ -۲۱ نسبت جرمی هیدروژن - ‎٩/۲۱‏ حال با مبنای اصلی ۱۰۰ گرم ذغال مقدار هیدروژن و مقدار کربن بدست می آید 3301۲, 12/21* 77 = 44gr = 77 *9/21 حال با مقادیر یافت شده برای کربن و هیدروژن درصد جدید بدون آب و خاکستر در نظر می گیریم 

صفحه 24:
کل جرم 86 100 44 51.2 33 38.4 1.1 2.3 Com جرم درصد 

صفحه 25:
2S et a دما : دما میزان حرارت > انشاو دهد. میزان حرارت جسم ر ‎so‏ چهار واحد دمائی وجود دارد که عبارتند از سانتیگراد ). کلوین 16 فارنهایت "و رانکین 1 روابط بین این واحدها بصورت زير است: ‎T, = To + 5‏ ‎T, =T, x 1.8 + 32‏ ‎Ty = Tp + 459.6‏ ‎Ty = T,X 1.8‏ مثال : ۱۲۰ 6را به واحدهای زیر تبدیل کنید ۱-کلوین ۲-فارنهایت ۳- رانکین حل : 

صفحه 26:
* ‏3۲۲ات‎ 32 = 120 x 1.8 +32 = 248° TR = TK x 1.8 = 393 x 1.8 = 707.4°R مثدل ضریهدلیتحرایتی‌تاومينيم (612) (2) /۳31 117 (۳/۶۲؟) لس طاوبس ریب هلب تحرایتیآ لومینيم بس رحسب ‎Btu/(hr) (ft2) (K/ft)‏ حل ‎117Btu/(hr) (ft2)(°F/ft) x‏ ‎1.8AF/AK = 210.6 Btu/(hr) (ft2)‏ ‎(K/ft)‏ 

صفحه 27:
با ‎SS‏ ‏مفال:رابطة ی زیر نشاندهتدة ظرفیت گرمائی اسیذ سولفوریک است که در آن ۲ برحسب درجة سانتیگراد و 6۳ برحسب 60 است. این رابطه را طوری تغییردهید که دما برحسب رانکین ‎wot Btu/Ibmol?R wwe » CP 9R‏ حل : ‎Cp = 139.1 + 1.56 x 10:1 T‏ ‎(T,/1.8-273)‏ = 10 ‎J/gmol°C x (1Btu/1055J) x 139.1‏ ‎(454gmol/1lbmol) x (1AC/1.8AR)‏ ‎J/gmol°C? x (1Btu/1055J) x 0.156‏ ‎(454gmol/1]lbmol) x (1AC/1.8AR)2‏ ‎Cp = 27.6 + 0.01151 T, Btu/Ibmol°R‏ 

صفحه 28:
EE ‏فشار:‎ فشار یعنی نیروی وارد بر سطح. فشار واحدهای گوناگون دارد که مشهور ترینها در زیر می آبد. هوا با ضخامت حدود ۱۰۰۰ کیلومتر فشاری برابر با ۱ اتمسفر در سطح زمین وارد می کند. چون اکثر اندازه گیریهای فشار با دستگاههائی انجام میگیرد که فقط فشار بیشتر ازهوا را نشان می دهند فشار خوانده شده از این دستگاهها را فشار نسبی می نامیم و برای محاسبة فشار واقعی بايد فشار هوا را نیز با فشار خوانده شده از دستگاه جمع بزنیم. بعضی از دستگاههای اندازه گیری فشار از یک لول 00 شکل تشکیل شده که مایعی داخل آنست و اختلاف ارتفاع مایع به عنوان فشار خوانده میشود و بنابراین بعضی از واحدهای فشار بصورت ارتفاع ستون مایع بیان می شود مثل میلیمتر جیوه. 

صفحه 29:
2S ee ‏مقادیر معادل فشار یک اتمسفر‎ psi (pound per square inch) \¥.+4 mm Hg ۰ 10 ۳۱ ۲ kPa ۳ 12۳ ۳ مثال: فشار سنج روی یک مخزن فشار 51 51را نشان می دهد اگر بارومتر 8 112110 را نشان دهد فشار مطلق جند251 است؟ psi +28 inHg x (14.696 psi/29.92inHg) = 51 64.75psi 

صفحه 30:
"اس مثال : هوا داخل یک کانال با 11,007 4010 جریان دارد. بارومتر 730101۳0110 را نشان می دهد. فشار مطلق را بر حسب 1۳110 بدست آورید. ‎mmHg x (1inHg/25.4mmHg) - 4cmH,O x 730‏ ‎(1inH,0/2.54cmH,0) x (1inHg/13.6inH,O) =‏ ‎inHg‏ 28.6 مثال : یک مخزن 644.50۳01106 خلا دارد. اگر فشارهوا 1001608 باشد. فشار مطلق مخزن را بر حسب ‎abs‏ 102 بدست آورید. ‎100kPa -64.5 cmHg x (101.3kPa/76cmHg) =‏ ‎14kPa‏ 

صفحه 31:
SS a P, + p,h,g + p3h,g +p,h’,g- p,h,g -p,hig وس برقرارى تعادل در لوله هاى حاوى سيالات 9 Ny Py hy. Pr 

صفحه 32:
a ‏استوکیومتری:‎ ‏استوکیومتری علم نسبت مواد شرکت کننده در واکنش‎ ‏است‎ مثال: اگر بخواهیم ,60 500160 تولید کنیم. چند کیلو گرم هپتان باید بسوزانیم (با فرض این که در جریان تولید فقط میتوان 0 00) توليد شده از سوختن هيتان را ذخيره كرد) حل: واکنش بصورت زیر است میاه +200 و ج000 + وناكر0 400 99۵ 0 dy 

صفحه 33:
ا ۲ ‎a‏ ‏واکنش به ما میگوید که چه مقدار ازهر ماده ای با چه مقدار از مادةٌ دیگر واکنش داده و چه مقدار محصول تولید می شود. در واکنش بالا ۱۰۰ گرم هپتان با ۳۵۲ گرم اکسیژن سوخته و تولید ۲۰۸ گرم دی اکسید کربن و ۱۴۴ گرم آب می نماید. 00۲ ۷/606 0100 * م00 600 ky Wepre OCG = 

صفحه 34:
‎SS 000‏ ‎a‏ ‏مثال: یک نوع سنگ آهک آالیز زیر را دارد: ‎CaCO3 = 92.89, ۷۲0003 2 5.41, I=‏ 1.7 الف) جند يوند اكسيد كلسيم (0200))/ مى توان از ه تن سنك آهى بدست آورد؟ ب)جند يوند 002) ميتوان از صد يوند سنك ‎Sat‏ بدست آورد؟ ج)چند پوند سنگ آهک لازم است تا یک تن آهك زنده به دست آيد؟ حل: اول واکنشها را می نویسیم 0 + 00 3 و000 ۳ 6 ‎MyOO, > MO +00,‏ 

صفحه 35:
با کی ۲ 500016 LS x 1000g/1kg ۷ 110/4540۲ * 92.89CaCO,/100lb LS x 56lbCaO/1001b CaCO, = 5725.8 lb CaO ب) مبنا ۱۰۰ پوند سنگ آهک: lb LS x 92.89I1bCaCO,/1001IbLS x 100 441bCO,/1001b CaCO, = 40.87 lb CO, lb LS x 5.411bMgCO,/100IbLS x 100 441bCO,/841b MgCO, = 2.83 lb CO, Ib 43.7 = 2.83 + 40.87 پس از هر صد پوند سنگ آهک 43.7 پوند دی اکسید کربن بدست می آید ‎LS : LimeStone‏ سنگآهک 

صفحه 36:
a ! ۲۲۲۲۲۲" ‏ج) جامد باقیمانده که آهک زنده نام دارد بازای صد پوند سنگ آهک برایر‎ ‏است با‎ 92.891b x 56lbCaO/1001IbCaCO, = 52.02 lb CaO 401bMgO/84Ib MgCO, = 2.58 lb MgO x 5.41 Ib lime 56.3 = 1.7 + 2.58 + 52.02 1000kg lime x 2.2Ib/1kg x 1001bLS/56.3lblime = 3908LS 

صفحه 37:
ل — واکنشگرمحدود کننده: ماده ای است که از نظر استوکیومتری کمترین مقدار را داشته باشد. واکنشگراضافی: واکنشگری که در مخلوط اولیه اضافی باشد. درصد واکنشگر اضافی - مقدار اضافی تقسیم بر مقدار لازم ضرب در ۱۰۰ درصد تبدیل یک ماده‌مقداری که در واکنش تبدیل شده تقسیم بر مقداری که وارد شده ضرب در ۱۰۰ انتخاب - نسبت ماده مطلوب به ماده نامطلوب 

صفحه 38:
‎SS ۲ ۲ ۲ 3 3۰ ۰‏ ‎a‏ ‏مثال: دریک محلول واکنش در تبدیل /۸۰جزء مولی اتیلن 0.19 وجزء‌مولی پروپیلن 0.08 است. انتخاب اتیلن نسبت به پروپیلن چقدر است؟ ‏حل: ‏2.4 = 0.08 / 0.19 < و5 ‏بازده(بهره) : نسبت جرمی یک محصول نسبت به یک مادةٌ اولیه است که بایستی مشخص شود 

صفحه 39:
تا ۳۳۲۲۲۲۲۲۲۲ ۲ مثال: سولفید آنتیموان با آهن طبق واکنش زیر در دمای بالا واکنش مى دهد. Sb,S, + 3Fe > 2Sb + 3FeS در شرایطی که 0.6 160 سولفید آنتیموان و 0.25 160 آهن حرارت داده می شوند تا 0.21501 آنتیموان تولید کنند. مطلوبست: الف)واکنشگر محدود کننده ب) درصد واکنشگر اضافی ج) درجه تکمیل واکنش د)درصد تبدیل سولفید آنتیموان )بازده مولی آنتیموان نسبت به سولفید آنتیموان و)بهره (بازده)جرمی آنتیموان نسبت به سولفید آنتیموان 

صفحه 40:
با ‎SS‏ ‏حل: ابتدا از روی واکنش مقدار استوکیومتری هر کدام ازمواد را می نویسیم ‎Sb,S, + 3Fe > 2Sb + 5‏ ‎OYFe‏ اا م سبس مول واكنشكرها را تقسيم بر ضريب استوكيومترى ميكنيم ‎1gmol/340 = 1.76 x 1000 x ۶‏ ‎x 1000x ۵‏ 1.48 = 1۳01/56/3 پس با مقايسة اعداد بدست می آید که واکنشگر محدود کننده آهن است ب) درصد واکنشگر اضافی بصورت زیر است (۱:۴۸۱۸۱۰۷۶-۱۰۴۸ ۷ ۱۰۰ - ۱۸۶ 

صفحه 41:
! ۳۲۲۲۲۲ ‏ج) برای بدست آوردن تکمیل واکنش مقدار آهن واکنش داده را بدست می‎ ‏آوریم‎ ‎168gr Fe/244gr Sb =137.7gr Fe x 1000 x 2 55.08% = 100x 137.7/250 00 340gr Sb,S,/244gr Sb = 278.7 x 1000 x 0.2 gr % 46.5 = 100x 278.7/600 ‏هب)‎ ‎0.2Sb/0.6Sb,S, = 0.33 (9 0.465 = (0.6/340)/(0.2/244)