Medžiagų balanso bendroji lygtis, tipai ir pratimai



The medžiagų balansas yra sudedamųjų dalių, priklausančių tiriamai sistemai ar procesui, skaičiavimas. Šią pusiausvyrą galima taikyti beveik bet kokio tipo sistemai, nes manoma, kad tokių elementų masių suma turi išlikti pastovi įvairiais matavimo laikais..

Gali būti suprantama kaip sudedamoji rutuliukai, bakterijos, gyvūnai, rąstai, tortų ingredientai; ir chemijos, molekulių arba jonų, arba konkrečiau, junginių ar medžiagų atveju. Tuomet bendra molekulių, patekusių į sistemą, su chemine reakcija arba be jos, masė turi išlikti pastovi; tol, kol nėra nuotėkio.

Praktiškai yra daugybė problemų, kurios gali turėti įtakos medžiagos pusiausvyrai, be to, atsižvelgiama į įvairius šio reiškinio reiškinius ir daugelio kintamųjų poveikį (temperatūra, slėgis, srautas, maišymas, reaktoriaus dydis ir tt)..

Tačiau ant popieriaus turi būti sutapti medžiagų balanso skaičiavimai; ty cheminių junginių masė neturi išnykti bet kuriuo metu. Tokios pusiausvyros sukūrimas yra analogiškas akmenų krūvos balansavimui. Jei viena iš masių išeina iš vietos, viskas krinta; šiuo atveju tai reikštų, kad skaičiavimai yra neteisingi.

Indeksas

  • 1 Bendra materialiojo balanso lygtis
    • 1.1 Supaprastinimas
    • 1.2 Naudojimo pavyzdys: žuvis upėje
  • 2 tipai
    • 2.1 Diferencinis balansas
    • 2.2 Išsami balansas
  • 3 Mėginys
  • 4 Nuorodos

Bendra medžiagų balanso lygtis

Bet kurioje sistemoje ar procese pirmiausia reikia apibrėžti, kokios yra jų ribos. Iš jų bus žinoma, kurie junginiai patenka į ar išeina. Tai patogu padaryti, ypač jei yra keli procesiniai vienetai, kuriuos reikia apsvarstyti. Kai atsižvelgiama į visus vienetus ar posistemius, aptariamas bendras medžiagų balansas.

Ši pusiausvyra turi lygtį, kuri gali būti taikoma bet kuriai sistemai, kuri laikosi masės išsaugojimo įstatymo. Lygtis yra tokia:

E + G - S - C = A

Kur E yra medžiagos kiekis įveskite į sistemą; G yra kas yra generuoti jei vyksta cheminė reakcija (kaip ir reaktoriuje); S yra kas lapai sistemos; C yra kas yra vartoti, dar kartą, jei yra reakcija; ir galiausiai, A yra tai, ką jūs kaupti.

Supaprastinimas

Jei tiriamoje sistemoje ar procese nėra cheminės reakcijos, G ir C yra nulinės vertės. Taigi lygtis išlieka:

E - S = A

Jei taip pat laikoma, kad sistema yra stacionarioje būsenoje, be reikšmingų komponentų kintamųjų ar srautų pasikeitimų, sakoma, kad jos viduje nieko nesikaupia. Todėl A yra nulis, ir lygtis toliau supaprastinama:

E = S

Tai reiškia, kad įeinančios medžiagos kiekis yra lygus sumai, kuri išeina. Nieko negali būti prarasta ar išnykti.

Kita vertus, jei yra cheminė reakcija, tačiau sistema yra stacionarioje būsenoje, G ir C turės reikšmes, o A išliks nulis:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Tai reiškia, kad reaktoriuje gaunamų reagentų ir jų gaminamų produktų masė yra lygi išeinančių produktų ir reagentų masei ir sunaudotiems reagentams..

Jo naudojimo pavyzdys: žuvis upėje

Tarkime, jūs studijuojate žuvų skaičių upėje, kurios bankai atvaizduoja sistemos ribą. Yra žinoma, kad per metus įvežama vidutiniškai 568 žuvys, 424 gimsta (generuojamos), 353 miršta (vartoja) ir 236 migruoja arba išvyksta.

Taikant bendrąją lygtį, mes turime:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Tai reiškia, kad upėje kaupiasi 403 žuvys per metus; tai reiškia, kad per metus upė praturtinta daugiau žuvų. Jei A vertė būtų neigiama, tai reiškia, kad žuvų skaičius mažėja, galbūt neigiamam poveikiui aplinkai.

Tipai

Iš bendrosios lygties galite manyti, kad yra keturios lygtys skirtingiems cheminių procesų tipams. Tačiau materialinis balansas yra suskirstytas į du tipus pagal kitą kriterijų: laikas.

Diferencinis balansas

Diferencijuotame medžiagų balanse turite sistemos komponentų kiekį tam tikru laiku ar momentu. Minėti masės kiekiai yra išreiškiami laiko vienetais, todėl yra greičiai; pvz., kg / h, nurodant, kiek kilometrų įeina, palieka, kaupiasi, generuoja ar suvartoja per vieną valandą.

Norint, kad būtų srautas masės (arba tūrio, tankio), sistema turėtų būti atvira.

Integruota pusiausvyra

Kai sistema yra uždaryta, kaip ir reakcijose, atliekamose pertrūkiais veikiančiuose reaktoriuose (partijos tipo), jos komponentų masė paprastai yra įdomesnė prieš ir po proceso; tai yra tarp pradinių ir galutinių kartų t.

Todėl kiekiai išreiškiami kaip tik masės, o ne greičiai. Naudojant maišytuvą, šis balansas yra protiškai naudojamas: įvežamų ingredientų masė turi būti lygi tai, kas lieka po variklio išjungimo.

Pavyzdžio pratimas

Pageidautina, kad 25% metanolio tirpalo srautas būtų atskiestas vandenyje, o kitas - 10% koncentracijos, daugiau praskiestas, taip, kad susidarytų 100 kg / h 17% metanolio tirpalo. Kiek abiejų metanolio tirpalų, 25% ir 10%, turėtų patekti į sistemą per valandą? Tarkime, kad sistema yra pastovioje būsenoje

Toliau pateiktoje diagramoje pateikiamas pareiškimas:

Nėra jokios cheminės reakcijos, todėl metanolio kiekis, kuris patenka į rinką, turi būti lygus išeinančiam metanoliui:

EMetanolis = SMetanolis

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Žinoma tik n vertė3·. Likusi dalis yra nežinoma. Norint išspręsti šią dviejų nežinomų lygčių lygtį, reikalingas kitas balansas: vandens. Tada atlikite tą patį balansą vandens:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

N vertė nuvaloma vandeniui1· (taip pat gali būti n2·):

n1· = (83 kg / h - 0,90n)2·) / (0,75)

Pakaitinis, tada n1· metanolio medžiagų balanso lygtyje ir sprendžiant2· turite:

0,25 [(83 kg / h - 0,90n)2·) / (0,75)] + 0,10 n2· = 0,17 (100 kg / h)

n2· = 53,33 kg / h

Ir gauti n1· tiesiog atimti:

n1· = (100 - 53,33) kg / h

= 46,67 kg / val

Todėl per valandą į sistemą reikia patekti 46,67 kg 25% metanolio tirpalo ir 53,33 kg 10% tirpalo..

Nuorodos

  1. Felder ir Rousseau. (2000). Pagrindiniai cheminių procesų principai. (Antrasis leidimas.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (2012 m. Spalio 20 d.). Medžiagų balanso apibrėžimas. Susigrąžinta iš: industriaquimica.net
  3. Medžiagos balansai: pramoniniai procesai I. [PDF]. Gauta iš: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. UNT regioninė mokykla „La Plata“. (s.f.). Medžiagų pusiausvyra. [PDF] Gauta iš: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (s.f.). Medžiagų pusiausvyra. [PDF] Gauta iš: webdelprofesor.ula.ve