Materialebalance generelle ligning, typer og motion

den materiel balance er tællingen af ​​de komponenter, der tilhører et system eller en proces under undersøgelse. Denne balance kan anvendes næsten til enhver form for system, da det antages, at summen af ​​masserne af sådanne elementer skal forblive konstante ved forskellige målingstider.

Kan forstås som en komponent marmor, bakterier, dyr, logs, ingredienser til en kage; og i tilfælde af kemi, molekyler eller ioner, eller mere specifikt forbindelser eller stoffer. Så må den samlede masse af molekylerne, der kommer ind i et system, med eller uden kemisk reaktion, forblive konstant; så længe der ikke er lækage tab.

I praksis er der utallige problemer, der kan påvirke balancen i materien, ud over at tage hensyn til forskellige fænomener og virkningen af ​​mange variabler (temperatur, tryk, strømning, agitation, reaktorstørrelse osv.).

På papir skal beregningerne af materialebalancen dog falde sammen; det vil sige, at massen af ​​de kemiske forbindelser ikke må forsvinde til enhver tid. At gøre denne balance er analog med at sætte en bunke af klipper i balance. Hvis en af ​​masserne kommer ud af sted, falder alt sammen; i dette tilfælde ville det betyde, at beregningerne er forkerte.

indeks

• 1 Generel ligning af materialebalance
  • 1.1 Forenkling
  • 1.2 Eksempel på dets anvendelse: fisk i floden
• 2 typer
  • 2.1 Differential balance
  • 2.2 Omfattende balance
• 3 prøveøvelse
• 4 referencer

Generel ligning af materiel balance

I ethvert system eller proces bør defineres først hvad er deres grænser. Fra dem vil det være kendt hvilke forbindelser der kommer ind eller ud. Det er praktisk at gøre det, især hvis der er flere processer at overveje. Når alle enheder eller delsystemer overvejes, diskuteres en generel materialebalance.

Denne balance har en ligning, som kan anvendes til ethvert system, der overholder loven om bevarelse af masse. Ligningen er følgende:

E + G - S - C = A

Hvor E er mængden af ​​materiale, som træder til systemet; G er hvad der er genererer hvis der opstår en kemisk reaktion i processen (som i en reaktor); S er hvad blade af systemet; C er hvad der er forbruge, igen, hvis der er en reaktion; Og endelig er A, hvad du akkumuleres.

forenkling

Hvis der i systemet eller processen er undersøgt, er der ingen kemisk reaktion, G og C er nulværdige. Således forbliver ligningen som:

E - S = A

Hvis systemet også anses for at være i stationær tilstand uden væsentlige ændringer i komponenternes variabler eller strømme, siges det, at der ikke akkumuleres noget i dets indre. Derfor er A nul, og ligningen slutter at blive forenklet yderligere:

E = S

Det vil sige, mængden af ​​materiale, der kommer ind, svarer til det beløb, der kommer ud. Intet kan gå tabt eller forsvinde.

På den anden side, hvis der er en kemisk reaktion, men systemet er i stationær tilstand, vil G og C have værdier, og A vil forblive nul:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Det betyder, at i en reaktor er massen af ​​indkommende reagenser og de produkter, de genererer i den, lig med massen af ​​de produkter og reagenser, der kommer ud, og til de reagenser, der indtages.

Eksempel på dets anvendelse: fisk i floden

Antag at du studerer antallet af fisk i en flod, hvis banker kommer til at repræsentere grænsen for systemet. Det er kendt, at i gennemsnit 568 fisk indtaster om året, 424 er født (genereret), 353 dør (forbruges) og 236 migrerer eller forlade.

Ved anvendelse af den generelle ligning har vi:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Det betyder, at 403 fisk om året ophobes i floden; det vil sige om året er floden beriget mere af fisk. Hvis A havde en negativ værdi, ville det betyde, at antallet af fisk er faldende, måske til negative miljøpåvirkninger.

typen

Fra den generelle ligning kan man tro at der er fire ligninger for forskellige typer kemiske processer. Materialbalancen er dog opdelt i to typer i henhold til et andet kriterium: tid.

Differential balance

I differencematerialebalancen har du mængden af ​​komponenterne i et system på et givet tidspunkt eller tidspunkt. Disse massemængder udtrykkes med tidsenheder og repræsenterer derfor hastigheder; for eksempel Kg / h, der angiver, hvor mange kilometer der kommer ind, forlader, ophobes, genereres eller forbruges om en time.

For at der skal være masse (eller volumetrisk, med densitet ved hånden), skal systemet generelt være åbent.

Integreret balance

Når systemet er lukket, som det sker med reaktionerne udført i intermitterende reaktorer (batch-type), er masserne af dets komponenter normalt mere interessante før og efter processen; det vil sige mellem de indledende og endelige tider t.

Derfor er mængder udtrykt som blotte masse og ikke hastigheder. Denne type balance foretages mentalt, når du bruger en blender: massen af ​​de ingredienser, der kommer ind, skal svare til det, der er tilbage, når du har slukket for motoren.

Eksempel øvelse

Det er ønskeligt at fortynde en strøm af en 25% methanolopløsning i vand, med en anden koncentration på 10% mere fortyndet på en sådan måde, at der dannes 100 kg / h af en 17% methanolopløsning. Hvor meget af begge methanolopløsninger, ved 25 og 10%, skal komme ind i systemet i timen for at opnå dette? Antag, at systemet er i stabil tilstand

Følgende diagram exemplifierer erklæringen:

Der er ingen kemisk reaktion, så mængden af ​​methanol, der kommer ind, skal svare til den, der kommer ud:

E_methanol = S_methanol

0,25 n₁^· + 0,10 n₂^· = 0,17 n₃^·

Kun værdien af ​​n er kendt₃^·. Resten er ukendte. For at løse denne ligning af to ukendte, er der brug for en anden balance: vandets. Derefter gør du den samme balance for vand, du har:

0,75 n₁^· + 0,90 n₂^· = 0,83 n₃^·

Værdien af ​​n ryddes for vand₁^· (kan også være n₂^·):

n₁^· = (83 kg / h - 0,90 n₂^·) / (0,75)

Erstatter derefter n₁^· i ligningen af ​​materialebalance for methanol og at løse for₂^· du har:

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

n₂^· = 53,33 kg / h

Og for at få n₁^· simpelthen trække:

n₁^· = (100-53,33) kg / h

= 46,67 kg / h

Derfor skal der i timen indføres systemet 46,67 kg 25% methanolopløsning og 53,33 kg af 10% opløsningen.

referencer

1. Felder og Rousseau. (2000). Elementære principper for kemiske processer. (Andet udgave.). Addison Wesley.
2. Fernández Germán. (20. oktober 2012). Definition af materialebalance. Gendannet fra: industriaquimica.net
3. Materielle saldi: industrielle processer I. [PDF]. Hentet fra: 3.fi.mdp.edu.ar
4. UNT Regional School La Plata. (N.D.). Balance af materie. [PDF]. Hentet fra: frlp.utn.edu.ar
5. Gómez Claudia S. Quintero. (N.D.). Balance af materie. [PDF]. Hentet fra: webdelprofesor.ula.ve