- Bendroji masės balanso lygtis
- Supaprastinimas
- Naudojimo pavyzdys: žuvis upėje
- Tipai
- Diferencialinė pusiausvyra
- Išsamus balansas
- Pratimo pavyzdys
- Nuorodos
Medžiagų balansas yra komponentų, priklausančių tiriamai sistemai ar procesui, skaičius. Šį balansą galima pritaikyti beveik bet kokio tipo sistemoms, nes daroma prielaida, kad tokių elementų masių suma turi išlikti pastovi skirtingu matavimo laiku.
Komponentą galima suprasti kaip rutuliukus, bakterijas, gyvūnus, rąstus, pyrago ingredientus; ir chemijos atveju molekulės ar jonai, tiksliau, junginiai ar medžiagos. Taigi bendra į sistemą patenkančių molekulių masė su chemine reakcija arba be jos turi išlikti pastovi; tol, kol nebus nuotėkio nuostolių.
Akmenų krūva: pažodinis subalansuotos materijos pavyzdys. Šaltinis: Pxhere.
Praktikoje yra daugybė problemų, kurios gali paveikti materijos pusiausvyrą, be to, kad atsižvelgiama į įvairius materijos reiškinius ir daugelio kintamųjų poveikį (temperatūra, slėgis, srautas, sujaudinimas, reaktoriaus dydis ir kt.).
Tačiau popieriuje masės balanso skaičiavimai turi sutapti; ty cheminių junginių masė neturi išnykti. Šios pusiausvyros laikymasis yra analogiškas akmenų krūvos subalansavimui. Jei viena iš mišių išeina iš vietos, viskas subyrėja; šiuo atveju tai reikštų, kad skaičiavimai yra klaidingi.
Bendroji masės balanso lygtis
Bet kurioje sistemoje ar procese pirmiausia reikia apibrėžti, kokios yra jo ribos. Iš jų bus žinoma, kurie junginiai patenka arba išeina. Tai ypač patogu, jei yra keletas proceso vienetų, į kuriuos reikia atsižvelgti. Kai atsižvelgiama į visus vienetus ar posistemius, mes kalbame apie bendrą masės balansą.
Ši pusiausvyra turi lygtį, kurią galima pritaikyti bet kuriai sistemai, kuri laikosi masės išsaugojimo dėsnio. Lygtis yra tokia:
E + G - S - C = A
Čia E yra medžiagos kiekis, patenkantis į sistemą; G yra tai, kas susidaro, jei procese įvyksta cheminė reakcija (kaip ir reaktoriuje); S yra tai, kas išeina iš sistemos; C yra tai, kas suvartojama , vėl, jei yra reakcija; ir galiausiai A yra tai, kas sukaupta .
Supaprastinimas
Jei tiriamoje sistemoje ar procese nevyksta cheminė reakcija, G ir C vertė yra lygi nuliui. Taigi lygtis atrodo taip:
E - S = A
Jei taip pat laikoma, kad sistema yra pastovi, be pastebimų kintamųjų ar komponentų srautų pokyčių, sakoma, kad niekas joje nesikaupia. Todėl A vertė yra lygi nuliui, o lygtis baigiasi dar paprasčiau:
E = S
Kitaip tariant, įeinančios medžiagos kiekis yra lygus tam, kuris palieka. Nieko negalima prarasti ar išnykti.
Kita vertus, jei vyksta cheminė reakcija, tačiau sistema yra pastovi, G ir C reikšmės bus, o A liks:
E + G - S - C = 0
E + G = S + C
Reiškia, kad reaktoriuje įeinančių reagentų ir jame susidarančių gaminių masė yra lygi išeinančių produktų ir reagentų bei sunaudotų reagentų masei.
Naudojimo pavyzdys: žuvis upėje
Tarkime, jūs tiriate žuvų skaičių upėje, kurios krantai atvaizduoja sistemos ribą. Yra žinoma, kad vidutiniškai per metus įvežama 568 žuvys, 424 gimsta (sugeneruoja), 353 miršta (suvartoja), o 236 migruoja arba išvyksta.
Taikydami bendrąją lygtį, mes turime:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
Tai reiškia, kad per metus upėje kaupiasi 403 žuvys; tai yra, per metus upė tampa turtingesnė žuvimis. Jei A reikšmė būtų neigiama, tai reikštų, kad žuvų skaičius mažėja galbūt dėl neigiamo poveikio aplinkai.
Tipai
Iš bendrosios lygties galima manyti, kad skirtingoms cheminių procesų rūšims yra keturios lygtys. Tačiau masės balansas yra padalintas į dvi rūšis pagal kitą kriterijų: laiką.
Diferencialinė pusiausvyra
Diferencialiniame medžiagų balanse turime komponentų kiekį sistemoje tam tikru metu ar momentu. Minėti masės kiekiai yra išreiškiami laiko vienetais, todėl reiškia greitį; pavyzdžiui, Kg / h, nurodant, kiek kilometrų nuvažiuojama, nuvažiuojama, sukaupiama, sugeneruojama ar sunaudojama per valandą.
Norint, kad būtų masiniai srautai (arba tūriniai, esant tankiui po ranka), sistema paprastai turi būti atvira.
Išsamus balansas
Kai sistema uždaroma, kaip atsitinka su pertraukiamose reaktoriuose (partijos tipo) vykdomomis reakcijomis, jos komponentų masės paprastai yra įdomesnės prieš ir po proceso; tai yra, tarp pradinio ir galutinio laiko t.
Todėl kiekiai išreiškiami tik masėmis, o ne greičiu. Tokio tipo pusiausvyra sukuriama psichiškai, naudojant maišytuvą: įeinančių ingredientų masė turi būti lygi tai, kuri liko, išjungus variklį.
Pratimo pavyzdys
Pageidautina praskiesti 25% metanolio tirpalo srautą vandenyje, o kitos koncentracijos 10% koncentracija būtų labiau praskiesta tokiu būdu, kad susidarytų 100 kg / h 17% metanolio tirpalo. Kiek 25% ir 10% metanolio tirpalų turi patekti į sistemą per valandą, kad tai pasiektų? Tarkime, kad sistema yra pastovios būklės
Šioje schemoje pateiktas teiginio pavyzdys:
Metanolio tirpalo praskiedimo masės balanso srauto schema. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.
Nevyksta cheminė reakcija, todėl įeinantis metanolio kiekis turi būti lygus išeinančiam kiekiui:
E metanolis = S metanolis
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Yra žinoma tik n 3 vertė . Likusieji nežinomi. Norint išspręsti šią dviejų nežinomųjų lygtį, reikalingas kitas balansas: vandens. Sudarę tą patį vandens balansą, mes turime:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Vandeniui nustatoma n 1 · reikšmė (ji taip pat gali būti n 2 · ):
n 1 · = (83 kg / h - 0,90n 2 · ) / (0,75)
Pakeisdami n 1 · metanolio masės balanso lygtį ir spręsdami n 2 · , turime:
0,25 + 0,10 n 2 · = 0,17 (100 kg / val.)
n 2 · = 53,33 kg / val
Ir n 1 · tiesiog atimkite:
n 1 · = (100- 53.33) kg / h
= 46,67 kg / val
Todėl per valandą į sistemą turi patekti 46,67 kg 25% metanolio tirpalo ir 53,33 kg 10% tirpalo.
Nuorodos
- Felderis ir Ruso. (2000). Elementarūs cheminių procesų principai. (Antrasis leidimas.). Adisonas Wesley.
- Fernández Germán. (2012 m. Spalio 20 d.). Masės balanso apibrėžimas. Atkurta iš: industriaquimica.net
- Medžiagos balansai: pramoniniai procesai .. Atkurta iš: 3.fi.mdp.edu.ar
- UNT regioninis kolegija La Plata. (sf). Medžiagų pusiausvyra. . Atkurta iš: frlp.utn.edu.ar
- Gómezas Claudia S. Quintero. (sf). Medžiagų likučiai. . Atkurta iš: webdelprofesor.ula.ve