Материальное равновесие, общее уравнение, виды и упражнения

материальный баланс это подсчет компонентов, которые принадлежат исследуемой системе или процессу. Этот баланс может применяться практически к любому типу системы, так как предполагается, что сумма масс таких элементов должна оставаться постоянной в разное время измерений..

Под компонентами можно понимать мрамор, бактерии, животных, бревна, ингредиенты для пирога; и в случае химии, молекул или ионов, или, более конкретно, соединений или веществ. Тогда общая масса молекул, которые входят в систему, с химической реакцией или без нее, должна оставаться постоянной; до тех пор, пока нет потерь утечки.

На практике существуют бесчисленные проблемы, которые могут повлиять на баланс вещества, помимо учета различных явлений вещества и влияния многих переменных (температура, давление, расход, перемешивание, размер реактора и т. Д.).

Однако на бумаге расчеты материального баланса должны совпадать; то есть масса химических соединений не должна исчезать в любое время. Создание этого баланса аналогично наложению баланса камней. Если одна из масс становится неуместной, все разваливается; в этом случае это будет означать, что вычисления неверны.

индекс

• 1 Общее уравнение материального баланса
  • 1.1 Упрощение
  • 1.2 Пример его использования: рыба в реке
• 2 типа
  • 2.1 Дифференциальный баланс
  • 2.2 Комплексный баланс
• 3 Пример упражнения
• 4 Ссылки

Общее уравнение материального баланса

В любой системе или процессе должны быть определены в первую очередь, каковы их границы. Из них будет известно, какие соединения входят или выходят. Это удобно делать, особенно если нужно учитывать несколько единиц процесса. Когда рассматриваются все единицы или подсистемы, то обсуждается общий материальный баланс.

Этот баланс имеет уравнение, которое может быть применено к любой системе, которая подчиняется закону сохранения массы. Уравнение следующее:

E + G - S - C = A

Где E - количество вещества, которое входит в систему; G это то, что есть генерирует если в процессе происходит химическая реакция (как в реакторе); S это то, что листья системы; С то, что есть потреблять, опять же, если есть реакция; и, наконец, А это то, что вы аккумулирует.

упрощение

Если в изучаемой системе или процессе нет химической реакции, G и C равны нулю. Таким образом, уравнение остается в виде:

E - S = A

Если система также считается находящейся в стационарном состоянии, без заметных изменений переменных или потоков компонентов, говорят, что внутри ее ничего не накапливается. Следовательно, A равно нулю, и уравнение в конечном итоге упрощается далее:

E = S

То есть количество материала, которое входит, равно количеству, которое выходит. Ничто не может быть потеряно или исчезнуть.

С другой стороны, если есть химическая реакция, но система находится в стационарном состоянии, G и C будут иметь значения, а A останется равным нулю:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Это означает, что в реакторе масса поступающих реагентов и продуктов, которые они в нем образуют, равна массе выходящих продуктов и реагентов и потребленным реагентам..

Пример его использования: рыба в реке

Предположим, вы изучаете количество рыб в реке, берега которой представляют границу системы. Известно, что в среднем 568 рыб попадают в год, 424 рождаются (рождаются), 353 умирают (потребляют) и 236 мигрируют или покидают.

Применяя общее уравнение, получаем:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Это означает, что в реке накапливается 403 рыбы в год; то есть за год река обогащается рыбой. Если бы А имел отрицательное значение, это означало бы, что количество рыб уменьшается, возможно, к негативным воздействиям на окружающую среду..

тип

Из общего уравнения вы можете думать, что есть четыре уравнения для разных типов химических процессов. Однако материальный баланс делится на два типа по другому критерию: время.

Дифференциальный баланс

В дифференциальном материальном балансе у вас есть количество компонентов в системе в данный момент или момент. Указанные массовые величины выражены в единицах времени и, следовательно, представляют скорости; например, кг / ч, указывающий, сколько километров въезжает, уходит, накапливается, генерируется или потребляется за один час.

Чтобы существовали массовые (или объемные, с плотностью под рукой) потоки, система, как правило, должна быть открытой.

Интегральный баланс

Когда система закрыта, как это происходит с реакциями, проводимыми в реакторах с прерывистым режимом (периодического типа), массы ее компонентов обычно более интересны до и после процесса; то есть между начальным и конечным временем t.

Поэтому величины выражаются в виде простых масс, а не скоростей. Этот тип баланса создается мысленно при использовании блендера: масса ингредиентов, которые вводятся, должна быть равна той, что остается после выключения двигателя.

Пример упражнения

Желательно разбавить поток 25% -ного раствора метанола в воде другим с концентрацией 10%, более разбавленной, таким образом, чтобы генерировалось 100 кг / ч 17% -ного раствора метанола. Сколько обоих растворов метанола, при 25 и 10%, должно поступать в систему в час, чтобы достичь этого? Предположим, что система находится в устойчивом состоянии

Следующая диаграмма иллюстрирует утверждение:

Химической реакции не происходит, поэтому количество поступающего метанола должно быть равно количеству выходящего:

Е_{метанол} = S_{метанол}

0,25 н₁^· + 0,10 н₂^· = 0,17 н₃^·

Известно только значение n₃^·. Остальные неизвестны. Чтобы решить это уравнение двух неизвестных, необходим другой баланс: баланс воды. Тогда сделав такой же баланс для воды, вы получите:

0,75 н₁^· + 0,90 п₂^· = 0,83 н₃^·

Значение n очищается для воды₁^· (также может быть н₂^·):

N₁^· = (83 кг / ч - 0,90n₂^·) / (0,75)

Подставляя тогда н₁^· в уравнении материального баланса для метанола и решение для₂^· у вас есть:

0,25 [(83 кг / ч - 0,90 н.₂^·) / (0,75)] + 0,10 n₂^· = 0,17 (100 кг / ч)

N₂^· = 53,33 кг / ч

И достать₁^· просто вычтите:

N₁^· = (100-53,33) кг / ч

= 46,67 кг / ч

Поэтому в час должны поступить в систему 46,67 кг 25% раствора метанола и 53,33 кг 10% раствора.

ссылки

1. Фельдер и Руссо. (2000). Элементарные принципы химических процессов. (Второе издание.). Аддисон Уэсли.
2. Фернандес Герман. (20 октября 2012 г.) Определение материального баланса. Взято из: industriaquimica.net
3. Балансы вещества: производственные процессы I. [PDF]. Получено с: 3.fi.mdp.edu.ar
4. ЕНТ Региональная школа La Plata. (Н.Д.). Баланс материи. [PDF]. Получено от: frlp.utn.edu.ar
5. Гомес Клаудиа С. Кинтеро. (Н.Д.). Баланс материи. [PDF]. Получено с: webdelprofesor.ula.ve