Матеріальний баланс загального рівняння, типи і вправи

The матеріальний баланс - підрахунок компонентів, які належать до досліджуваної системи або процесу. Цей баланс може бути застосований майже до будь-якого типу системи, оскільки передбачається, що сума мас таких елементів повинна залишатися постійною при різних часових вимірах..

Можна розуміти як компонент мармуру, бактерії, тварин, колоди, інгредієнти для торта; і в разі хімії, молекул або іонів, або більш конкретно, сполук або речовин. Тоді загальна маса молекул, що входять в систему, з хімічною реакцією або без неї, повинна залишатися постійною; до тих пір, поки немає втрат від витоку.

На практиці існують незліченні проблеми, які можуть вплинути на баланс речовини, крім врахування різних явищ речовини і впливу багатьох змінних (температура, тиск, потік, перемішування, розмір реактора тощо)..

На папері, однак, розрахунки матеріального балансу повинні збігатися; тобто маса хімічних сполук не повинна зникати в будь-який час. Виконання цього балансу аналогічне тому, як покласти в баланс купу порід. Якщо одна з мас виходить з місця, все розвалюється; у цьому випадку це означатиме, що розрахунки неправильні.

Індекс

• 1 Загальне рівняння матеріального балансу
  • 1.1 Спрощення
  • 1.2 Приклад його використання: риба в річці
• 2 типи
  • 2.1 Диференціальний баланс
  • 2.2 Комплексний баланс
• 3 Зразок вправи
• 4 Посилання

Загальне рівняння матеріального балансу

У будь-якій системі або процесі слід визначити, які їхні кордони. З них буде відомо, які сполуки входять або виходять. Це зручно робити, особливо якщо розглядати декілька одиниць процесу. Коли розглядаються всі підрозділи або підсистеми, обговорюється загальний матеріальний баланс.

Цей баланс має рівняння, яке можна застосувати до будь-якої системи, яка підкоряється закону збереження маси. Рівняння наступне:

E + G - S - C = A

Де E - це кількість речовини введіть до системи; G - це те, що є генерувати якщо в процесі відбувається хімічна реакція (як в реакторі); S є що листя системи; С є те, що є споживати, знову, якщо є реакція; і, нарешті, це те, що ви накопичуються.

Спрощення

Якщо в досліджуваній системі або процесі немає хімічної реакції, то G і C коштують нуль. Таким чином, рівняння залишається таким:

E - S = A

Якщо систему також вважають у стаціонарному стані, без помітних змін у змінних або потоках компонентів, то в його інтер'єрі нічого не накопичується. Отже, А дорівнює нулю, а рівняння в подальшому спрощується:

E = S

Тобто кількість введеного матеріалу дорівнює кількості, що виходить. Ніщо не може бути втрачено або зникне.

З іншого боку, якщо відбувається хімічна реакція, але система знаходиться в стаціонарному стані, G і C будуть мати значення, а A залишиться нульовим:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Мається на увазі, що в реакторі маса вхідних реагентів і продуктів, які вони генерують в ній, дорівнює масі продуктів і реагентів, що виходять, і витрачених реагентів.

Приклад його використання: риба в річці

Припустимо, ви вивчаєте кількість риби в річці, банки якої представляють межу системи. Відомо, що в середньому в рік вводиться 568 риб, 424 народжуються (генеруються), 353 гинуть (споживають), а 236 - мігрують або залишають.

Застосовуючи загальне рівняння, ми маємо:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Це означає, що в річці накопичується 403 риби на рік; це означає, що на рік річка збагачує більше риби. Якщо А має негативне значення, це означає, що кількість риби зменшується, можливо, до негативного впливу на навколишнє середовище.

Типи

З загального рівняння можна подумати, що існують чотири рівняння для різних типів хімічних процесів. Проте матеріальний баланс поділяється на два типи за іншим критерієм: час.

Диференціальний баланс

У диференціальному матеріальному балансі ви маєте кількість компонентів у системі в даний час або момент. Зазначені масові кількості виражені одиницями часу, а отже, представляють швидкості; наприклад, Кг / год, що вказує, скільки кілометрів входить, залишає, накопичується, генерується або споживається протягом однієї години.

Для того, щоб масові (або об'ємні, з густиною під рукою) потоки, система, як правило, повинна бути відкритою.

Інтегральний баланс

Коли система закрита, як це відбувається з реакціями, що проводяться в переривчастих реакторах (тип партії), маси її компонентів зазвичай більш цікаві до і після процесу; тобто між початковим і кінцевим часом t.

Отже, величини виражаються у вигляді простої маси, а не швидкості. Цей тип балансу здійснюється розумово при використанні блендера: маса введених інгредієнтів повинна дорівнювати тому, що залишається після вимкнення двигуна.

Приклад здійснення

Необхідно розбавляти потік 25% -ного розчину метанолу у воді іншим з концентрацією 10%, більш розбавленою, таким чином, щоб генерувалося 100 кг / год 17% -ного розчину метанолу. Скільки з обох метанольних розчинів на 25 і 10% повинні входити в систему за годину, щоб досягти цього? Припустимо, що система перебуває в стаціонарному стані

Наступна діаграма ілюструє твердження:

Хімічної реакції немає, тому кількість введеного метанолу повинно бути рівним тому, що виходить:

E_{Метанол} = S_{Метанол}

0,25 n₁^· + 0,10 n₂^· = 0,17 n₃^·

Відомо тільки значення n₃^·. Решта - невідомі. Щоб вирішити це рівняння двох невідомих, необхідний інший баланс: вода. Потім зробіть такий самий баланс для води:

0,75 n₁^· + 0,90 n₂^· = 0,83 n₃^·

Значення n очищається для води₁^· (також може бути n₂^·):

n₁^· = (83 кг / год - 0.90н₂^·) / (0.75)

Підставляючи потім n₁^· у рівнянні матеріального балансу для метанолу і розв'язування для₂^· у вас є:

0,25 [(83 кг / год - 0,90 н₂^·) / (0,75)] + 0,10 n₂^· = 0,17 (100 кг / год)

n₂^· = 53,33 кг / год

І отримати n₁^· просто відняти:

n₁^· = (100-53,33) кг / год

= 46,67 кг / год

Тому в годину необхідно ввести в систему 46,67 кг 25% метанольного розчину, а 53,33 кг 10% розчину..

Список літератури

1. Фельдер і Руссо. (2000). Елементарні принципи хімічних процесів. (Друге видання.). Аддісон Уеслі.
2. Фернандес Герман. (20 жовтня 2012 року). Визначення матеріального балансу. Відновлено з: industriaquimica.net
3. Баланси речовини: промислові процеси I. [PDF]. Отримано з: 3.fi.mdp.edu.ar
4. Регіональна школа UNT La Plata. (s.f.). Баланс матерії. [PDF] Отримано з: frlp.utn.edu.ar
5. Гомес Клаудія С. Кінтеро. (s.f.). Баланс матерії. [PDF] Отримано з: webdelprofesor.ula.ve