Материјална равнотежа генералне једначине, врсте и вежбе

Тхе материјалног биланса је бројање компоненти које припадају систему или процесу који се истражује. Овај баланс се може применити скоро на било који тип система, јер се претпоставља да сума маса таквих елемената мора да остане константна у различитим временима мерења..

Може се схватити као компонента мермера, бактерија, животиња, трупаца, састојака за колач; и у случају хемије, молекула или јона, или конкретније, једињења или супстанци. Затим, укупна маса молекула који улазе у систем, са или без хемијске реакције, мора остати константна; све док нема губитака цурења.

У пракси постоје безбројни проблеми који могу утицати на равнотежу материје, поред тога што узимају у обзир различите феномене материје и утицај многих варијабли (температура, притисак, проток, агитација, величина реактора, итд.).

На папиру, међутим, прорачуни материјалног биланса морају се подударати; то јест, маса хемијских једињења не сме да нестане ни у једном тренутку. Стварање овог баланса је аналогно стављању гомиле камења у равнотежу. Ако једна од маса постане неумјесна, све се распада; у овом случају, то би значило да су калкулације погрешне.

Индек

• 1 Општа једнаџба материјалне биланце
  • 1.1 Поједностављење
  • 1.2 Пример његове употребе: риба у реци
• 2 Типови
  • 2.1 Диференцијална равнотежа
  • 2.2 Свеобухватна равнотежа
• 3 Вјежба узорка
• 4 Референце

Општа једнаџба материјалне биланце

У сваком систему или процесу прво треба дефинисати које су њихове границе. Од њих ће се знати које састојке улазе или излазе. То је згодно урадити посебно ако постоји више јединица процеса које треба размотрити. Када се разматрају све јединице или подсистеми, онда се разматра општа материјална равнотежа.

Ова равнотежа има једначину која се може применити на било који систем који се придржава закона очувања масе. Једначина је следећа:

Е + Г - С - Ц = А

Где је Е количина материје ентер систему; Г је оно што јесте генерирати ако се у процесу одвија хемијска реакција (као у реактору); С је шта лишће система; Ц је оно што јесте конзумирати, поново, ако постоји реакција; и коначно, А је оно што ви акумулирати.

Поједностављење

Ако у систему или процесу који се проучава нема хемијске реакције, Г и Ц су вредни нуле. Дакле, једначина остаје као:

Е - С = А

Ако се систем такође сматра да је у стационарном стању, без значајних промена у варијаблама или токовима компоненти, каже се да се ништа не акумулира у његовој унутрашњости. Према томе, А је нула, а једнаџба се даље поједностављује:

Е = С

То јест, количина материјала која улази је једнака износу који излази. Ништа се не може изгубити или нестати.

С друге стране, ако постоји хемијска реакција, али систем је у стационарном стању, Г и Ц ће имати вредности а А ће остати нула:

Е + Г - С - Ц = 0

Е + Г = С + Ц

Значи да је у реактору маса долазних реагенса и производа које они генеришу једнака маси производа и реагенса који излазе, као и потрошеним реагенсима.

Пример његове употребе: риба у реци

Претпоставимо да проучавате број риба у реци, чије банке представљају границу система. Познато је да у просјеку годишње уђе 568 риба, 424 се роде (генеришу), 353 умру (конзумирају), а 236 мигрирају или напусте.

Примјењујући опћу једнаџбу тада имамо:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

То значи да се у ријеци годишње накупи 403 рибе; то јест, годишње река обогаћује више риба. Ако је А имала негативну вриједност, то би значило да се број риба смањује, можда негативан утјецај на околиш.

Типови

Из опште једначине можете помислити да постоје четири једначине за различите типове хемијских процеса. Међутим, материјални биланс је подељен на два типа према другом критеријуму: време.

Дифферентиал баланце

У диференцијалном материјалном балансу имате количину компоненти унутар система у одређеном тренутку или тренутку. Наведене количине маса изражене су јединицама времена и стога представљају брзине; на пример, Кг / х, што показује колико километара улази, одлази, акумулира, генерише или троши за један сат.

Да би дошло до масовног (или волуметријског, са густином при руци) протока, систем би требало да буде отворен.

Интегрална равнотежа

Када је систем затворен, као што се дешава у реакцијама које се изводе у интермитентним реакторима (шаржни тип), масе његових компоненти су обично интересантније пре и после процеса; то јест, између почетног и коначног времена т.

Стога се количине изражавају као пуке масе, а не као брзине. Овај тип равнотеже се врши ментално када се користи миксер: маса састојака која улази мора бити једнака ономе што остаје након искључивања мотора.

Примјер вјежбе

Пожељно је разблажити проток 25% -тног раствора метанола у води, са другом концентрацијом од 10%, више разблаженог, на такав начин да се генерише 100 Кг / х 17% раствора метанола. Колико од оба метанолска раствора, на 25 и 10%, треба да уђе у систем по сату да би се то постигло? Претпоставимо да је систем у стабилном стању

Следећи дијаграм показује пример:

Нема хемијске реакције, тако да количина метанола која улази мора бити једнака количини која излази:

Е_{Метанол} = С_{Метанол}

0.25 н₁^· + 0,10 н₂^· = 0,17 н₃^·

Позната је само вредност н₃^·. Остали су непознати. Да би се решила ова једначина две непознанице, потребна је још једна равнотежа: вода. Онда направите исти баланс за воду коју имате:

0.75 н₁^· + 0.90 н₂^· = 0.83 н₃^·

Вредност н се брише за воду₁^· (такође може бити н₂^·):

н₁^· = (83 кг / х - 0.90н₂^·) / 0.75

Замењујући тада н₁^· у једначини материјалног биланса за метанол, и за решавање₂^· имате:

0,25 [(83 кг / х - 0,90 н₂^·) / (0,75)] + 0,10 н₂^· = 0,17 (100 кг / х)

н₂^· = 53.33 кг / х

И да добијем н₁^· једноставно одузми:

н₁^· = (100-53,33) кг / х

= 46,67 кг / х

Стога, на сат мора ући у систем 46,67 кг 25% метанолног раствора, и 53,33 кг 10% раствора.

Референце

1. Фелдер и Роуссеау. (2000). Основни принципи хемијских процеса. (Друго издање.). Аддисон Веслеи.
2. Фернандез Герман. (20. октобар 2012). Дефиниција материјалног биланса. Опорављено од: индустриакуимица.нет
3. Стање материје: индустријски процеси И. [ПДФ]. Преузето са: 3.фи.мдп.еду.ар
4. УНТ Регионална школа Ла Плата. (с.ф.). Равнотежа материје. [ПДФ] Преузето са: фрлп.утн.еду.ар
5. Гомез Цлаудиа С. Куинтеро. (с.ф.). Равнотежа материје. [ПДФ] Добављено из: вебделпрофесор.ула.ве