Materialna bilanca splošne enačbe, vrste in vaje



The materialno ravnovesje je štetje komponent, ki pripadajo sistemu ali postopku, ki se proučuje. To ravnotežje se lahko uporabi skoraj za vse vrste sistemov, saj se predpostavlja, da mora vsota mas takšnih elementov ostati nespremenjena v različnih časih meritev..

Lahko se razumejo kot sestavina frnikole, bakterije, živali, hlodi, sestavine za torto; in v primeru kemije, molekul ali ionov, natančneje, spojin ali snovi. Nato mora skupna masa molekul, ki vstopajo v sistem, s kemično reakcijo ali brez nje, ostati konstantna; dokler ne pride do izgub zaradi uhajanja.

V praksi obstajajo številne težave, ki lahko vplivajo na ravnovesje snovi, poleg tega, da upoštevajo različne pojave snovi in ​​vpliv številnih spremenljivk (temperatura, tlak, pretok, vznemirjenost, velikost reaktorja itd.).

Na papirju pa morajo izračuni materialne bilance sovpadati; masa kemičnih spojin ne sme nikoli izginiti. To ravnotežje je analogno postavljanju kupa kamenja v ravnovesje. Če ena od množic ne pride na mesto, se vse razpade; v tem primeru bi to pomenilo, da so izračuni napačni.

Indeks

  • 1 Splošna enačba materialne bilance
    • 1.1 Poenostavitev
    • 1.2 Primer njegove uporabe: ribe v reki
  • 2 Vrste
    • 2.1 Diferencialno ravnotežje
    • 2.2 Celovito ravnovesje
  • 3 Vzorec vaje
  • 4 Reference

Splošna enačba materialne bilance

V vsakem sistemu ali procesu je treba najprej opredeliti, katere so njihove meje. Od njih bo znano, katere spojine vstopajo ali izstopajo. Primerno je, da to storite, še posebej, če je treba upoštevati več enot procesa. Ko se obravnavajo vse enote ali podsistemi, se razpravlja o splošni materialni bilanci.

To ravnotežje ima enačbo, ki jo lahko uporabimo za vsak sistem, ki spoštuje zakon ohranjanja mase. Enačba je naslednja:

E + G - S - C = A

Kjer je E količina snovi, ki je vnesite sistem; G je to, kar je ustvarjanje če pride do kemične reakcije (kot v reaktorju); S kaj listje sistema; C je to, kar je porabijo, če pride do reakcije; in končno, A je to, kar si ti se kopičijo.

Poenostavitev

Če v preučevanem sistemu ali postopku ni kemične reakcije, sta vrednost G in C vredna nič. Tako ostane enačba:

E - S = A

Če je sistem prav tako v stacionarnem stanju, brez opaznih sprememb v spremenljivkah ali tokovih komponent, se v notranjosti nič ne nabira. Zato je A nič, enačba pa se še bolj poenostavi:

E = S

To pomeni, da je količina materiala, ki vstopa, enaka količini, ki izhaja. Nič ne more biti izgubljeno ali izginilo.

Po drugi strani, če je kemijska reakcija, vendar je sistem v stacionarnem stanju, G in C bosta imela vrednosti, A pa bo ostala nič:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

To pomeni, da je v reaktorju masa vhodnih reagentov in proizvodov, ki jih proizvajajo v njem, enaka masi proizvodov in reagentov, ki se pojavijo, in porabljenim reagentom..

Primer njegove uporabe: ribe v reki

Recimo, da preučujete število rib v reki, katere banke predstavljajo mejo sistema. Znano je, da letno vstopi povprečno 568 rib, 424 se jih rodi (ustvari), 353 umre (porabi) in 236 migrira ali zapusti..

Z uporabo splošne enačbe dobimo:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

To pomeni, da se v reki kopiči 403 rib na leto; to pomeni, da reka letno obogati več rib. Če bi imela A negativno vrednost, bi to pomenilo, da se število rib zmanjšuje, morda negativni vplivi na okolje.

Vrste

Iz splošne enačbe lahko menimo, da obstajajo štiri enačbe za različne tipe kemijskih procesov. Vendar pa je materialna bilanca razdeljena na dva tipa po drugem merilu: čas.

Diferencialno ravnotežje

V diferencialni materialni bilanci imate količino komponent v sistemu v danem trenutku ali trenutku. Navedene masne količine so izražene s časovnimi enotami in zato predstavljajo hitrosti; na primer, Kg / h, ki kaže, koliko kilometrov vstopa, odide, akumulira, ustvari ali porabi v eni uri.

Da bi obstajali masovni (ali volumetrični, z gostoto pri roki) tokovi, bi moral biti sistem na splošno odprt.

Celovito ravnotežje

Ko je sistem zaprt, kot se zgodi pri reakcijah, ki se izvajajo v intermitentnih reaktorjih (tip šarž), so mase njegovih komponent običajno bolj zanimive pred in po postopku; to je med začetnim in končnim časom t.

Zato so količine izražene kot navadne mase in ne kot hitrosti. Ta vrsta tehtnice je mentalna pri uporabi mešalnika: masa sestavin, ki vstopajo, mora biti enaka tisti, ki ostane po izklopu motorja.

Primer vaje

Zaželeno je, da se pretok 25% raztopine metanola razredči v vodi, z drugo koncentracijo 10%, bolj razredčeno, tako da nastane 100 Kg / h 17% raztopine metanola. Koliko od obeh raztopin metanola, pri 25% in 10%, naj vstopi v sistem na uro, da bi to dosegli? Predpostavimo, da je sistem v stabilnem stanju

Naslednji diagram ponazarja izjavo:

Ni kemične reakcije, zato mora biti količina metanola, ki vstopa, enaka količini, ki izhaja:

EMetanol = SMetanol

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Znana je samo vrednost n3·. Ostali so neznani. Za rešitev te enačbe dveh neznank je potrebno še eno ravnotežje: voda. Nato naredite enako ravnotežje za vodo, ki jo imate:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

Vrednost n je odstranjena za vodo1· (lahko je tudi n2·):

n1· = (83 kg / h - 0,90 n2·) / (0.75)

Nadomešča nato n1· v enačbi materialne bilance za metanol in reševanje za2· imate:

0,25 [(83 kg / h - 0,90 n2·) / (0,75)] + 0,10 n2· = 0,17 (100 kg / h)

n2· = 53,33 kg / h

In da bi dobili n1· odštej:

n1· = (100-53,33) kg / h

= 46,67 kg / h

Zato je treba na uro vstopiti v sistem 46,67 kg 25% raztopine metanola in 53,33 kg 10% raztopine..

Reference

  1. Felder in Rousseau. (2000). Osnovna načela kemijskih procesov. (Druga izdaja.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (20. oktober 2012). Opredelitev materialne bilance. Pridobljeno iz: industriaquimica.net
  3. Stanje snovi: industrijski procesi I. [PDF]. Vzpostavljeno iz: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. Regionalna šola UNT La Plata. (s.f.). Ravnotežje snovi. [PDF] Vzpostavljeno iz: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (s.f.). Ravnotežje snovi. [PDF] Vzpostavljeno iz: webdelprofesor.ula.ve