Materiaalitasapainon yleinen yhtälö, tyypit ja liikunta



aineellinen tasapaino on tutkittavaan järjestelmään tai prosessiin kuuluvien komponenttien laskeminen. Tätä tasapainoa voidaan soveltaa lähes mihin tahansa järjestelmään, koska oletetaan, että tällaisten elementtien massojen summan on pysyttävä vakiona eri mittausajoissa.

Voidaan ymmärtää marmoria, bakteereita, eläimiä, lokkeja, kakun ainesosia; ja kemian, molekyylien tai ionien tai tarkemmin sanoen yhdisteiden tai aineiden tapauksessa. Sitten järjestelmään menevien molekyylien kokonaismassa, kemiallisen reaktion kanssa tai ilman, on pysyttävä vakiona; niin kauan kuin vuotoja ei ole.

Käytännössä on lukemattomia ongelmia, jotka voivat vaikuttaa aineen tasapainoon ja lisäksi ottaa huomioon aineen eri ilmiöt ja monien muuttujien vaikutus (lämpötila, paine, virtaus, sekoitus, reaktorin koko jne.)..

Paperilla kuitenkin materiaalitaseen laskelmien on oltava sama; toisin sanoen kemiallisten yhdisteiden massa ei saa hävitä missään vaiheessa. Tämän tasapainon tekeminen on samanlainen kuin kasa kallioita tasapainossa. Jos yksi massoista jää pois paikaltaan, kaikki hajoaa; tässä tapauksessa se merkitsisi, että laskelmat ovat virheellisiä.

indeksi

  • 1 Materiaalitasapainon yleinen yhtälö
    • 1.1 Yksinkertaistaminen
    • 1.2 Esimerkki sen käytöstä: kalaa joessa
  • 2 tyyppiä
    • 2.1 Tasapaino
    • 2.2 Kattava tasapaino
  • 3 Näyteharjoitus
  • 4 Viitteet

Materiaalitasapainon yleinen yhtälö

Missä tahansa järjestelmässä tai prosessissa olisi määriteltävä ensin, mitkä ovat niiden rajat. Niistä tiedetään, mitkä yhdisteet tulevat tai poistuvat. On kätevää tehdä se etenkin, jos harkitaan useita prosessiyksiköitä. Kun kaikki yksiköt tai osajärjestelmät otetaan huomioon, käsitellään yleistä materiaalitasapainoa.

Tällä tasapainolla on yhtälö, jota voidaan soveltaa mihin tahansa järjestelmään, joka noudattaa massan säilyttämistä koskevaa lakia. Yhtälö on seuraava:

E + G - S - C = A

Missä E on aineen määrä astuu järjestelmään; G on mikä on synnyttää jos prosessissa tapahtuu kemiallinen reaktio (kuten reaktorissa); S on mitä lehdet järjestelmän; C on mikä on kuluttaa, jälleen, jos on reaktio; ja lopuksi, A on mitä sinä kertyy.

yksinkertaistaminen

Jos tutkittavassa järjestelmässä tai prosessissa ei ole kemiallista reaktiota, G ja C ovat nolla. Yhtälö pysyy näin:

E - S = A

Jos järjestelmää pidetään myös kiinteässä tilassa, ilman merkittäviä muutoksia komponenttien muuttujiin tai virtauksiin, sanotaan, että sen sisätiloissa ei kerry mitään. Siksi A on nolla, ja yhtälö lopetetaan edelleen:

E = S

Toisin sanoen materiaalin määrä, joka tulee, on yhtä suuri kuin tuleva määrä. Mikään ei voi kadota tai katoa.

Toisaalta, jos on kemiallinen reaktio, mutta järjestelmä on paikallaan, G: llä ja C: llä on arvot ja A pysyy nolla:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Tarkoituksena on, että reaktorissa saapuvien reagenssien ja niiden tuottamien tuotteiden massa on yhtä suuri kuin ulos tulevien tuotteiden ja reagenssien massa ja kulutetut reagenssit.

Esimerkki sen käytöstä: kalaa joessa

Oletetaan, että opiskelet kalojen määrää joessa, jonka pankit tulevat edustamaan järjestelmän rajaa. On tiedossa, että vuodessa keskimäärin 568 kalaa, 424 syntyy (syntyy), 353 die (kuluttaa) ja 236 muuttavat tai poistuvat.

Käytettäessä yleistä yhtälöä meillä on:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Tämä tarkoittaa, että 403 kalaa vuodessa kerääntyy jokeen; toisin sanoen vuodessa rikastetaan enemmän kalaa. Jos A: lla olisi negatiivinen arvo, se merkitsisi, että kalojen lukumäärä vähenee, ehkä negatiivisiin ympäristövaikutuksiin.

tyyppi

Yleisestä yhtälöstä voit ajatella, että on olemassa neljä yhtälöä eri tyyppisille kemiallisille prosesseille. Materiaalitasapaino on kuitenkin jaettu kahteen erään toisen kriteerin mukaan: aika.

Tasapaino

Erillisessä materiaalitasapainossa järjestelmässä on komponenttien määrä tietyssä ajassa tai hetkessä. Mainitut massamäärät ilmaistaan ​​aikayksiköillä ja siten edustavat nopeuksia; esimerkiksi Kg / h, mikä osoittaa, kuinka monta kilometriä saapuu, lähtee, kerääntyy, luo tai kuluu tunnin kuluessa.

Jotta massat (tai volumetriset, tiheys käsillä) virtaa, järjestelmän tulisi yleensä olla auki.

Integroitu tasapaino

Kun järjestelmä on suljettu, kuten reaktioissa, jotka suoritetaan ajoittaisissa reaktoreissa (erätyyppi), sen komponenttien massat ovat yleensä mielenkiintoisempia ennen prosessia ja sen jälkeen; toisin sanoen alkuperäisten ja lopullisten aikojen välillä t.

Näin ollen määrät ilmaistaan ​​pelkästään massana eikä nopeuksina. Tämäntyyppinen tasapaino tehdään henkisesti sekoitinta käytettäessä: syötettävien ainesosien massan on oltava sama kuin se, joka jää moottorin sammuttamisen jälkeen.

Esimerkki harjoituksesta

On toivottavaa laimentaa 25-prosenttisen metanoliliuoksen virtaus vedessä toisella, jonka konsentraatio on 10%, enemmän laimennettua siten, että muodostuu 100 kg / h 17% metanoliliuosta. Kuinka paljon molemmista metanoliliuoksista, 25% ja 10%, tulisi päästä järjestelmään tunnissa saavuttaakseen tämän? Oletetaan, että järjestelmä on vakaassa tilassa

Seuraava kaavio kuvaa esimerkkiä:

Kemiallista reaktiota ei ole, joten metanolin määrän, joka tulee sisään, on oltava sama kuin se, joka tulee ulos:

Emetanoli = Smetanoli

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Vain n arvo on tiedossa3·. Loput ovat tuntemattomia. Tämän kahden tuntemattoman yhtälön ratkaisemiseksi tarvitaan toinen tasapaino: veden. Sitten teillä on sama tasapaino veden suhteen:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

N arvo poistetaan vedestä1· (voi olla myös n2·):

n1· = (83 kg / h - 0,90 n2·) / (0,75)

Korvaaminen sitten n1· metanolin materiaalitasapainon yhtälössä ja ratkaisussa2· sinulla on:

0,25 [(83 kg / h - 0,90 n2·) / (0,75)] + 0,10 n2· = 0,17 (100 kg / h)

n2· = 53,33 kg / h

Ja saada n1· yksinkertaisesti vähennä:

n1· = (100 - 53,33) kg / h

= 46,67 kg / h

Siksi tunnissa täytyy päästä järjestelmään 46,67 kg 25% metanoliliuosta ja 53,33 kg 10% liuosta.

viittaukset

  1. Felder ja Rousseau. (2000). Kemiallisten prosessien perusperiaatteet. (Toinen painos.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (20. lokakuuta 2012). Materiaalitasapainon määritelmä. Palautettu osoitteesta: industriaquimica.net
  3. Aineen tasapainot: teolliset prosessit I. [PDF]. Haettu osoitteesta: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. UNT: n alueellinen koulu La Plata. (N.D.). Aineen tasapaino. [PDF]. Haettu osoitteesta frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (N.D.). Aineen tasapaino. [PDF]. Haettu osoitteesta: webdelprofesor.ula.ve