Материално равновесие, общо уравнение, видове и упражнения

на материален баланс е броенето на компонентите, които принадлежат на изследвана система или процес. Този баланс може да се прилага почти за всеки тип система, тъй като се приема, че сумата от масите на такива елементи трябва да остава постоянна при различни времена на измерванията..

Може да се разбира като компонент мрамори, бактерии, животни, трупи, съставки за торта; и в случай на химия, молекули или йони, или по-специално, съединения или вещества. След това общата маса на молекулите, които влизат в системата, с или без химическа реакция, трябва да остане постоянна; докато няма загуби от течове.

На практика съществуват безброй проблеми, които могат да повлияят на баланса на материята, в допълнение към отчитането на различни явления на материята и ефекта на много променливи (температура, налягане, дебит, разбъркване, размер на реактора и др.).

На хартия обаче изчисленията на материалния баланс трябва да съвпадат; масата на химичните съединения не трябва да изчезва по всяко време. Създаването на този баланс е аналогично на балансиране на купчина скали. Ако някоя от масите излезе от мястото, всичко се разпада; в този случай това би означавало, че изчисленията са грешни.

индекс

• 1 Общо уравнение на материалния баланс
  • 1.1 Опростяване
  • 1.2 Пример за употреба: риба в реката
• 2 вида
  • 2.1 Диференциален баланс
  • 2.2 Изчерпателен баланс
• 3 Упражнение за пример
• 4 Препратки

Общо уравнение на материалния баланс

Във всяка система или процес първо трябва да се дефинират какви са техните граници. От тях ще се знае кои съединения влизат или излизат. Удобно е да го направите, особено ако има много процеси, които трябва да се разгледат. Когато се разглеждат всички единици или подсистеми, се обсъжда общ материален баланс.

Този баланс има уравнение, което може да се приложи към всяка система, която се подчинява на закона за запазване на масата. Уравнението е следното:

E + G - S - C = A

Където Е е количеството на въпроса навлиза към системата; G е това, което е генерира ако в процеса настъпва химическа реакция (както в реактор); S е какво листа на системата; C е това, което е консумираме, отново, ако има реакция; и накрая, А е това, което вие натрупва.

опростяване

Ако в изследваната система или процес няма химическа реакция, G и С са на стойност нула. По този начин уравнението остава като:

E - S = A

Ако системата също се счита, че е в стационарно състояние, без значителни промени в променливите или потоците на компонентите, се казва, че нищо не се натрупва в неговото вътрешно пространство. Следователно, А е нула и уравнението се опростява по-нататък:

E = S

Това означава, че количеството на материала, който влиза, е равно на количеството, което излиза. Нищо не може да бъде изгубено или изчезнало.

От друга страна, ако има химическа реакция, но системата е в стационарно състояние, G и C ще имат стойности, а А ще остане нула:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Това означава, че в реактора масата на входящите реагенти и продуктите, които те генерират в нея, е равна на масата на продуктите и реактивите, които излизат, и на консумираните реактиви.

Пример за употреба: риба в реката

Да предположим, че изучавате броя на рибите в река, чиито банки представляват границата на системата. Известно е, че средно 568 риби влизат годишно, 424 се раждат (генерират), 353 умират (консумират), а 236 мигрират или напускат.

Прилагайки общото уравнение, тогава имаме:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Това означава, че 403 риби годишно се натрупват в реката; това означава, че годишно реката обогатява повече риба. Ако А има отрицателна стойност, това би означавало, че броят на рибите намалява, може би до отрицателно въздействие върху околната среда.

тип

От общото уравнение може да се мисли, че има четири уравнения за различните видове химични процеси. Материалният баланс обаче е разделен на два типа според друг критерий: време.

Диференциален баланс

В диференциалния материален баланс имате количеството на компонентите в системата в даден момент или момент. Споменатите масови количества се изразяват с времеви единици и следователно представляват скорости; например, Kg / h, показващи колко километра влизат, напускат, натрупват, генерират или консумират за един час.

За да има масово (или обемно, с плътност в ръка) потоци, системата като цяло трябва да бъде отворена.

Интегрален баланс

Когато системата е затворена, както се случва при реакциите, извършвани в периодични реактори (тип партида), масите на компонентите му обикновено са по-интересни преди и след процеса; т.е. между първоначалното и крайното време t.

Следователно количествата се изразяват само като маси, а не като скорости. Този тип баланс се прави психически, когато се използва смесител: масата на съставките, които влизат, трябва да бъде равна на това, което остава след изключване на двигателя.

Примерно упражнение

Желателно е да се разрежда поток от 25% разтвор на метанол във вода, с друг с концентрация 10%, по-разредена, по такъв начин, че да се генерират 100 Kg / h 17% разтвор на метанол. Колко от двете метанолови разтвори, при 25 и 10%, трябва да влязат в системата на час, за да се постигне това? Да приемем, че системата е в стабилно състояние

Следната диаграма илюстрира изявлението:

Няма химическа реакция, така че количеството метанол, което влиза в него, трябва да е равно на това, което излиза:

E_{метанол} = S_{метанол}

0,25 n₁^· + 0.10 n₂^· = 0.17 n₃^·

Известна е само стойността на n₃^·. Останалите са неизвестни. За да се реши това уравнение на две неизвестни, е необходим друг баланс: вода. След това направете същия баланс за водата, която имате:

0.75 n₁^· + 0.90 n₂^· = 0.83 n₃^·

Стойността на n се изчиства за водата₁^· (също може да бъде n₂^·):

п₁^· = (83 Kg / h - 0.90n₂^·/ (0.75)

Заместването на n₁^· в уравнението на материалния баланс за метанол, и решаване за₂^· имате:

0.25 [(83 Kg / h - 0.90n₂^·) / (0.75)] + 0.10 n₂^· = 0.17 (100 Kg / h)

п₂^· = 53.33 Kg / h

И да получим n₁^· просто извадете:

п₁^· = (100-53.33) Kg / h

= 46.67 Kg / h

Следователно, на час трябва да влезе в системата 46,67 Kg от 25% разтвор на метанол и 53,33 Kg от 10% разтвор.

препратки

1. Фелдер и Русо. (2000 г.). Елементарни принципи на химичните процеси. (Второ издание.). Адисън Уесли.
2. Фернандес Херман. (20 октомври 2012 г.). Определяне на материалния баланс. Възстановен от: industriaquimica.net
3. Везни на материята: промишлени процеси I. [PDF]. Получено от: 3.fi.mdp.edu.ar
4. Регионално училище UNT La Plata. (Н.О.). Баланс на материята. [PDF]. Получено от: frlp.utn.edu.ar
5. Gómez Claudia S. Quintero. (Н.О.). Баланс на материята. [PDF]. Получено от: webdelprofesor.ula.ve