Materijalna ravnoteža opće jednadžbe, vrste i vježbe



materijalna bilanca je brojanje komponenti koje pripadaju sustavu ili procesu koji se istražuje. Ta se ravnoteža može primijeniti gotovo na bilo koji tip sustava, budući da se pretpostavlja da zbroj masa takvih elemenata mora ostati konstantan u različitim vremenima mjerenja..

Može se shvatiti kao sastojak mramora, bakterija, životinja, trupaca, sastojaka za kolač; te u slučaju kemije, molekula ili iona, ili specifičnije, spojeva ili tvari. Zatim, ukupna masa molekula koje ulaze u sustav, sa ili bez kemijske reakcije, mora ostati konstantna; sve dok nema gubitaka curenja.

U praksi postoje bezbrojni problemi koji mogu utjecati na ravnotežu materije, uz uzimanje u obzir različitih pojava materije i učinka mnogih varijabli (temperatura, tlak, protok, miješanje, veličina reaktora, itd.).

Međutim, na papiru, proračuni materijalne bilance moraju se podudarati; to jest, masa kemijskih spojeva ne smije nestati ni u jednom trenutku. Stvaranje te ravnoteže analogno je stavljanju hrpe stijena u ravnotežu. Ako jedna od masa nestane s mjesta, sve se raspada; u ovom slučaju, to bi značilo da su izračuni pogrešni.

indeks

  • 1 Opća jednadžba materijalne bilance
    • 1.1 Pojednostavljenje
    • 1.2 Primjer uporabe: riba u rijeci
  • 2 Vrste
    • 2.1. Diferencijalna ravnoteža
    • 2.2 Sveobuhvatna ravnoteža
  • 3 Uzorak vježbe
  • 4 Reference

Opća jednadžba materijalne bilance

U svakom sustavu ili procesu prvo treba definirati koje su njihove granice. Od njih će se znati koji spojevi ulaze ili izlaze. To je prikladno učiniti posebno ako postoji više jedinica procesa koje treba razmotriti. Kada se razmatraju sve jedinice ili podsustavi, raspravlja se o općoj materijalnoj ravnoteži.

Ta ravnoteža ima jednadžbu koja se može primijeniti na bilo koji sustav koji se pridržava zakona očuvanja mase. Jednadžba je sljedeća:

E + G - S - C = A

Gdje je E količina materije ulazi na sustav; G je ono što jest generira ako se u procesu dogodi kemijska reakcija (kao u reaktoru); S je što lišće sustava; C je ono što jest pojesti, opet, ako postoji reakcija; i konačno, A je ono što vi akumulira.

simplifikacija

Ako u sustavu ili procesu koji se proučava nema kemijske reakcije, G i C su vrijedni nula. Dakle, jednadžba ostaje kao:

E - S = A

Ako se također smatra da je sustav u stacionarnom stanju, bez značajnih promjena u varijablama ili tokovima komponenti, kaže se da se ništa ne akumulira u njegovoj unutrašnjosti. Prema tome, A je nula, a jednadžba se dalje pojednostavljuje:

E = S

To jest, količina materijala koja ulazi jednaka je iznosu koji izlazi. Ništa se ne može izgubiti ili nestati.

S druge strane, ako postoji kemijska reakcija, ali sustav je u stacionarnom stanju, G i C će imati vrijednosti, a A će ostati nula:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Znači da je u reaktoru masa dolaznih reagensa i proizvoda koje oni stvaraju jednaka masi proizvoda i reagensa koji izlaze, te potrošenim reagensima.

Primjer uporabe: riba u rijeci

Pretpostavimo da proučavate broj riba u rijeci, čije banke predstavljaju granicu sustava. Poznato je da u prosjeku godišnje ulazi 568 riba, 424 se rode (generiraju), 353 umiru (konzumiraju), a 236 migriraju ili napuštaju.

Primjenjujući opću jednadžbu tada imamo:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

To znači da se u rijeci godišnje nakupi 403 ribe; to jest, godišnje rijeka obogaćuje više riba. Ako je A imala negativnu vrijednost, to bi značilo da se broj riba smanjuje, možda negativan utjecaj na okoliš.

vrsta

Iz opće jednadžbe možete misliti da postoje četiri jednadžbe za različite vrste kemijskih procesa. Međutim, materijalna bilanca podijeljena je u dvije vrste prema drugom kriteriju: vrijeme.

Diferencijalna ravnoteža

U diferencijalnoj materijalnoj bilanci imate količinu komponenti unutar sustava u danom trenutku ili trenutku. Navedene masene količine izražene su jedinicama vremena i stoga predstavljaju brzine; na primjer, kg / h, što pokazuje koliko kilometara ulazi, izlazi, akumulira, stvara ili troši u jednom satu.

Da bi postojala masa (ili volumetrijska, s gustoćom pri ruci), sustav bi općenito trebao biti otvoren.

Integralna ravnoteža

Kada je sustav zatvoren, kao što je slučaj s reakcijama koje se provode u intermitentnim reaktorima (šaržni tip), mase njegovih komponenata su obično zanimljivije prije i nakon procesa; to jest, između početnog i konačnog vremena t.

Stoga su količine izražene kao puke mase, a ne kao brzine. Ova vrsta ravnoteže se postiže mentalno kada se koristi miješalica: masa sastojaka koja ulazi mora biti jednaka onoj koja ostaje nakon isključivanja motora.

Primjer vježbe

Poželjno je razrijediti protok 25% -tne otopine metanola u vodi, s drugom razrijeđenom koncentracijom od 10%, tako da se dobije 100 kg / h 17% -tne otopine metanola. Koliki dio otopina metanola, s 25 i 10%, treba ući u sustav po satu kako bi se to postiglo? Pretpostavimo da je sustav u stabilnom stanju

Sljedeći dijagram primjer je izjave:

Nema kemijske reakcije, tako da količina metanola koja ulazi mora biti jednaka količini koja izlazi:

Emetanol = Smetanol

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0.17 n3·

Poznata je samo vrijednost n3·. Ostali su nepoznati. Da bi se riješila ova jednadžba dviju nepoznanica, potrebna je još jedna ravnoteža: voda. Zatim napravite istu ravnotežu za vodu koju imate:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0.83 n3·

Vrijednost vode se briše1· (također može biti n2·):

n1· = 83 Kg / h - 0.90n2·) / (0.75)

Zamjenjujući tada n1· u jednadžbi materijalne bilance za metanol i rješavanje 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

I dobiti n1· jednostavno oduzmi:

n1· = (100-53,33) kg / h

= 46,67 kg / h

Stoga, na sat mora ući u sustav 46,67 kg 25% otopine metanola, a 53,33 kg 10% otopine.

reference

  1. Felder i Rousseau. (2000). Osnovna načela kemijskih procesa. (Drugo izdanje.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (20. listopada 2012.) Definicija materijalne bilance. Oporavljeno od: industriaquimica.net
  3. Stanje materije: industrijski procesi I. [PDF]. Preuzeto s: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. Regionalna škola UNT La Plata. (N. D.). Ravnoteža materije. [PDF]. Preuzeto s: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (N. D.). Ravnoteža materije. [PDF]. Preuzeto s: webdelprofesor.ula.ve