- Opća jednadžba ravnoteže mase
- simplifikacija
- Primjer upotrebe: riba u rijeci
- vrste
- Diferencijalna ravnoteža
- Sveobuhvatni balans
- Primjer vježbe
- Reference
Materijalna bilanca je broj komponenti koje pripadaju sustavu ili procesu koji se proučava. Ta se ravnoteža može primijeniti na gotovo bilo koju vrstu sustava, jer se pretpostavlja da zbroj masa takvih elemenata mora ostati konstantan u različitim vremenima mjerenja.
Komponenta se može razumjeti kao mramor, bakterije, životinje, drvo, sastojci za tortu; i u slučaju kemije, molekula ili iona ili točnije, spojeva ili supstanci. Dakle, ukupna masa molekula koje ulaze u sustav, sa ili bez kemijske reakcije, mora ostati konstantna; sve dok nema gubitaka zbog istjecanja.
Kamenita hrpa: doslovni primjer uravnotežene materije. Izvor: Pxhere.
U praksi postoji bezbroj problema koji mogu utjecati na ravnotežu materije, uz uzimanje u obzir različitih pojava materije i učinak mnogih varijabli (temperatura, tlak, protok, miješanje, veličina reaktora itd.).
Na papiru, međutim, proračuni bilančne mase moraju odgovarati; to jest, masa kemijskih spojeva ne smije nestati ni u jednom trenutku. Uzimanje ove ravnoteže analogno je balansiranju hrpe stijena. Ako se jedna masa odmakne, sve se raspada; u ovom slučaju to bi značilo da su proračuni pogrešni.
Opća jednadžba ravnoteže mase
U bilo kojem sustavu ili procesu mora se najprije utvrditi njegove granice. Iz njih će biti poznato koji spojevi ulaze ili odlaze. Ovo je posebno prikladno ako treba uzeti u obzir više procesnih jedinica. Kad se uzmu u obzir sve jedinice ili podsustavi, tada govorimo o općoj ravnoteži mase.
Ova ravnoteža ima jednadžbu koja se može primijeniti na bilo koji sustav koji se pokorava zakonu očuvanja mase. Jednadžba je sljedeća:
E + G - S - C = A
Gdje je E količina materije koja ulazi u sustav; G je ono što nastaje ako se u procesu (kao u reaktoru) dogodi kemijska reakcija; S je ono što izlazi iz sustava; C je ono što se ponovo konzumira, ako postoji reakcija; i konačno, A je ono što se akumulira.
simplifikacija
Ako u ispitivanom sustavu ili procesu nema kemijskih reakcija, G i C vrijede nulu. Dakle, jednadžba izgleda kao:
E - S = A
Ako se sustav također smatra stabilnim, bez vidljivih promjena u varijablama ili protocima komponenata, kaže se da se unutar njega ništa ne akumulira. Stoga A vrijedi nula, a jednadžba se dalje pojednostavljuje:
E = S
Drugim riječima, količina materije koja uđe jednaka je količini koja otpada. Ništa se ne može izgubiti ili nestati.
S druge strane, ako postoji kemijska reakcija, ali sustav je u stabilnom 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 reagena koji ulaze i proizvoda koji u njemu stvaraju jednaka masi proizvoda i reagensa koji ostaju i reagensa koji se troše.
Primjer upotrebe: riba u rijeci
Pretpostavimo da proučavate broj riba u rijeci, čije obale predstavljaju granicu sustava. Poznato je da u prosjeku 568 riba unese godišnje, 424 se rodi (generira), 353 ugine (pojede), a 236 migrira ili odlazi.
Primjenjujući tadašnju opću jednadžbu:
568 + 424 - 353 - 236 = 403
To znači da se godišnje u rijeci akumulira 403 ribe; to jest, godišnje se rijeka obogaćuje ribom. Ako je A imala negativnu vrijednost, to bi značilo da se broj riba smanjuje, možda zbog negativnih utjecaja na okoliš.
vrste
Iz opće jednadžbe može se zaključiti da postoje četiri jednadžbe za različite vrste kemijskih procesa. Međutim, ravnoteža mase podijeljena je u dvije vrste prema drugom kriteriju: vremenu.
Diferencijalna ravnoteža
U diferencijalnoj materijalnoj bilanci imamo količinu sastavnih dijelova unutar sustava u danom trenutku ili trenutku. Spomenute masne količine izražene su u jedinicama vremena, i samim tim, predstavljaju brzine; na primjer, Kg / h, što pokazuje koliko kilometara uđe, napusti, nagomilava, generira ili troši za sat vremena.
Da bi postojali masni protoci (ili volumetrijski, s gustoćom pri ruci), sustav općenito mora biti otvoren.
Sveobuhvatni balans
Kad je sustav zatvoren, kao što se događa s reakcijama koje se provode u povremenim reaktorima (tip šarže), mase njegovih komponenata obično su zanimljivije prije i nakon postupka; to jest između početnog i završnog vremena t.
Stoga su količine izražene kao puke mase, a ne kao brzine. Ovakav balans postiže se mentalno kad se koristi mikserom: masa unesenih sastojaka mora biti jednaka onoj preostaloj nakon isključivanja motora.
Primjer vježbe
Poželjno je razrijediti protok 25% -tne otopine metanola u vodi s drugom razrjeđenom koncentracijom od 10%, na način da se stvori 100 kg / h 17% -tne otopine metanola. Koliko i 25% i 10% otopina metanola mora ući u sustav na sat da bi se to postiglo? Pretpostavimo da je sustav u stabilnom stanju
Sljedeći dijagram pokazuje primjer:
Dijagram toka za masu ravnoteže razrjeđenja otopine metanola. Izvor: Gabriel Bolívar.
Nema kemijskih reakcija, tako da količina unesenog metanola mora biti jednaka količini koja odlazi:
E metanol = S metanol
0,25 n 1 · + 0,10 n 2 · = 0,17 n 3 ·
Poznata je samo vrijednost n 3 ·. Ostalo su nepoznanice. Da biste riješili ovu jednadžbu dvije nepoznanice, potrebna je druga ravnoteža: voda. Ostvarujući istu ravnotežu za vodu, imamo:
0,75 n 1 · + 0,90 n 2 · = 0,83 n 3 ·
Vrijednost n 1 · riješen vodu (to može biti n 2 ·):
n 1 · = (83 Kg / h - 0,90n 2 ·) / (0,75)
Mijenjajući tada n 1 · u jednadžbi mase mase metanola i rješavajući za n 2 · imamo:
0,25 + 0,10 n 2 · = 0,17 (100 kg / h)
n 2 · = 53,33 Kg / h
A za n 1 · oduzmite:
n 1 · = (100- 53,33) Kg / h
= 46,67 Kg / h
Stoga, po satu, u sustav mora ući 46,67 kg 25% -tne otopine metanola i 53,33 kg 10% -tne otopine.
Reference
- Felder i Rousseau. (2000). Elementarna načela kemijskih procesa. (Drugo izdanje.). Addison Wesley.
- Fernández Germán. (20. listopada 2012.). Definicija ravnoteže mase. Oporavilo od: industriaquimica.net
- Materije tvari: industrijski procesi I. Oporavak od: 3.fi.mdp.edu.ar
- Regionalni fakultet UNT La Plata. (SF). Materijalna ravnoteža., Oporavak od: frlp.utn.edu.ar
- Gómez Claudia S. Quintero. (SF). Materijalne bilance., Oporavak od: webdelprofesor.ula.ve