Materjali tasakaalu üldine võrrand, liigid ja harjutused

The materjali tasakaal on uuritava süsteemi või protsessi kuuluvate komponentide loendamine. Seda tasakaalu saab rakendada peaaegu igat tüüpi süsteemile, kuna eeldatakse, et selliste elementide masside summa peab mõõtmiste erinevatel aegadel püsima..

Võib mõista komponendina marmorina, bakterina, loomana, palgina, kooki koostisosana; ning keemia, molekulide või ioonide või täpsemalt ühendite või ainete puhul. Seejärel peab süsteemi sisenevate molekulide üldmass keemilise reaktsiooniga või ilma selleta jääma konstantseks; niikaua, kui puudub lekkekadu.

Praktikas esineb lugematuid probleeme, mis võivad mõjutada materjali tasakaalu, lisaks sellele, et võetakse arvesse aine erinevaid nähtusi ja paljude muutujate mõju (temperatuur, rõhk, vool, agitatsioon, reaktori suurus jne)..

Paberil peab materjalibilansi arvutused siiski langema kokku; see tähendab, et keemiliste ühendite mass ei tohi kunagi kaduda. Selle tasakaalu muutmine on analoogne kivide hunniku tasakaalustamisega. Kui üks massidest välja läheb, laguneb kõik; sel juhul tähendaks see, et arvutused on valed.

Indeks

• 1 Materiaalse tasakaalu üldine võrrand
  • 1.1 Lihtsustamine
  • 1.2 Selle kasutamise näide: kala jões
• 2 tüüpi
  • 2.1 Diferentsiaalne tasakaal
  • 2.2 Põhjalik tasakaal
• 3 Proovi kasutamine
• 4 Viited

Materiaalse tasakaalu üldine võrrand

Mis tahes süsteemis või protsessis tuleks kõigepealt määratleda, millised on nende piirid. Neist on teada, millised ühendid sisenevad või väljuvad. Seda on mugav teha, eriti kui on mitu protsessiüksust. Kui arvestada kõiki üksusi või allsüsteeme, arutatakse üldist materjalibilansi.

Sellel tasakaalul on võrrand, mida saab rakendada mis tahes süsteemile, mis järgib massi säilitamise seadust. Võrrand on järgmine:

E + G - S - C = A

Kus E on aine kogus, mida sisestage süsteemi; G on see, mis on luua kui protsessis tekib keemiline reaktsioon (nagu reaktoris); S on mis lehed süsteemi; C on see, mis on tarbima, uuesti, kui on olemas reaktsioon; ja lõpuks, A on see, mida sina koguneda.

Lihtsustamine

Kui uuritavas süsteemis või protsessis puudub keemiline reaktsioon, on G ja C väärtuseks null. Seega jääb võrrand järgmiselt:

E - S = A

Kui süsteemi peetakse ka statsionaarses olekus, ilma oluliste muutusteta komponentide muutujates või voogudes, öeldakse, et selle sisemusse ei kogune midagi. Seetõttu on A null ja võrrand on veelgi lihtsam:

E = S

See tähendab, et materjali kogus, mis siseneb, võrdub väljamineva summaga. Miski ei saa kaduda ega kaduda.

Teisest küljest, kui on olemas keemiline reaktsioon, kuid süsteem on statsionaarses seisundis, on G ja C väärtustel ja A jääb nulliks:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

See tähendab, et reaktoris on sissetulevate reagentide ja nende poolt tekitatud toodete mass võrdne väljuvate toodete ja reaktiivide massiga ning tarbitud reaktiividega..

Näide selle kasutamisest: kala jões

Oletame, et uurite kala arvu jões, mille pangad tulevad süsteemi piirist esindama. On teada, et aastas saabub 568 kala, 424 sünnib (genereeritakse), 353 sureb (tarbivad) ja 236 rändavad või lahkuvad.

Üldise võrrandi rakendamisel on meil:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

See tähendab, et jões koguneb 403 kala aastas; see tähendab, et jõgi rikastatakse aastas rohkem kala. Kui A-l oleks negatiivne väärtus, tähendaks see, et kalade arv väheneb, võib-olla negatiivse keskkonnamõjuga.

Tüübid

Üldise võrrandi põhjal võib arvata, et erinevat tüüpi keemiliste protsesside jaoks on neli võrrandit. Materjalibilanss on aga jagatud kahte liiki vastavalt teisele kriteeriumile: aeg.

Diferentsiaalne tasakaal

Erinevates materjalibilanssides on süsteemi komponentide kogus kindlal ajal või hetkel. Nimetatud massikogused on väljendatud ajaühikutes ja seega esindavad kiirusi; näiteks Kg / h, mis näitab, mitu kilomeetrit siseneb, lahkub, koguneb, genereerib või tarbib ühe tunni jooksul.

Et massi (või mahulise ja tihedusega) voolab, peaks süsteem üldiselt olema avatud.

Integraalne tasakaal

Kui süsteem on suletud, nagu toimub vahelduvates reaktorites teostatud reaktsioonide puhul (partii tüüp), on selle komponentide mass tavaliselt enne protsessi ja selle järel huvitavam; see tähendab esialgse ja lõpliku aja vahel t.

Seega väljendatakse koguseid lihtsalt massidena ja mitte kiirustena. Seda tüüpi tasakaalu tehakse segisti kasutamisel vaimselt: sisestatud koostisainete mass peab olema võrdne sellega, mis jääb pärast mootori väljalülitamist.

Näide treening

Soovitakse lahjendada 25% metanoolilahuse voolu vees, teise kontsentratsiooniga 10%, lahjendatult nii, et tekitatakse 100 kg / h 17% metanooli lahust. Kui palju mõlemast metanoolilahusest, 25% ja 10%, peaks süsteemi jõudma tunnis, et seda saavutada? Oletame, et süsteem on püsivas olekus

Järgnev diagramm illustreerib avaldust:

Keemilist reaktsiooni ei ole, nii et metanooli kogus, mis siseneb, peab olema sama, mis väljub:

E_Metanool = S_Metanool

0,25 n₁^· + 0,10 n₂^· = 0,17 n₃^·

On teada ainult n väärtus₃^·. Ülejäänud on teadmata. Kahe tundmatu võrrandi lahendamiseks on vaja teist tasakaalu: vett. Seejärel teete sama tasakaalu vee puhul:

0,75 n₁^· + 0,90 n₂^· = 0,83 n₃^·

N väärtus kustutatakse vee jaoks₁^· (võib olla ka n₂^·):

n₁^· = (83 kg / h - 0,90n)₂^·) / (0,75)

Asendamine, siis n₁^· metanooli materjalibilansi võrrandis ja lahendamiseks₂^· teil on:

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

n₂^· = 53,33 kg / h

Ja saada n₁^· lihtsalt lahutada:

n₁^· = (100-53,33) kg / h

= 46,67 kg / h

Seetõttu peab tunnis jõudma süsteemi 46,67 kg 25% metanoolilahust ja 53,33 kg 10% lahusest..

Viited

1. Felder ja Rousseau. (2000). Keemiliste protsesside aluspõhimõtted. (Teine väljaanne.). Addison Wesley.
2. Fernández Germán. (20. oktoober 2012). Materjalibilansi määratlus. Taastatud: industriaquimica.net
3. Aine tasakaal: tööstusprotsessid I. [PDF]. Välja otsitud aadressilt: 3.fi.mdp.edu.ar
4. UNT piirkondlik kool La Plata. (s.f.). Aine tasakaal. [PDF] Välja otsitud andmebaasist: frlp.utn.edu.ar
5. Gómez Claudia S. Quintero. (s.f.). Aine tasakaal. [PDF] Välja otsitud andmebaasist: webdelprofesor.ula.ve