Materiālu bilances vispārējais vienādojums, veidi un vingrinājumi



The materiālu bilance ir sastāvdaļu, kas pieder pie pētāmās sistēmas vai procesa, skaitīšana. Šo līdzsvaru var piemērot gandrīz jebkura veida sistēmai, jo pieņem, ka šādu elementu masu summa dažādos mērījumu laikos ir nemainīga..

Var saprast kā bumbiņas, baktērijas, dzīvniekus, baļķus, kūka sastāvdaļas; un ķīmijas, molekulu vai jonu vai, konkrētāk, savienojumu vai vielu gadījumā. Tad kopējai molekulu masai, kas iekļūst sistēmā, ar ķīmisko reakciju vai bez tās, ir jābūt nemainīgiem; tik ilgi, kamēr nav noplūdes.

Praksē ir neskaitāmas problēmas, kas var ietekmēt materiāla līdzsvaru, papildus ņemot vērā dažādās vielas parādības un daudzu mainīgo ietekmi (temperatūra, spiediens, plūsma, uzbudinājums, reaktora lielums utt.)..

Tomēr uz papīra materiālu bilances aprēķiniem jāsakrīt; tas nozīmē, ka ķīmisko savienojumu masa nedrīkst izzust jebkurā laikā. Šī līdzsvara veidošana ir līdzīga akmeņu kaudzes līdzsvaram. Ja viena no masām iziet no vietas, viss izzūd; šajā gadījumā tas nozīmētu, ka aprēķini ir nepareizi.

Indekss

  • 1 Materiālu bilances vispārējais vienādojums
    • 1.1 Vienkāršošana
    • 1.2 Piemērs tās izmantošanai: zivis upē
  • 2 veidi
    • 2.1. Diferenciālais līdzsvars
    • 2.2 Visaptverošs līdzsvars
  • 3 Paraugu izmantošana
  • 4 Atsauces

Materiālu bilances vispārējais vienādojums

Jebkurā sistēmā vai procesā vispirms ir jānosaka, kas ir viņu robežas. No tiem būs zināms, kuri savienojumi ienāk vai iziet. Tas ir ērti to izdarīt, jo īpaši, ja ir vairākas procesa vienības, kas jāapsver. Kad tiek ņemtas vērā visas vienības vai apakšsistēmas, tiek apspriests vispārējs materiālu līdzsvars.

Šim līdzsvaram ir vienādojums, ko var piemērot jebkurai sistēmai, kas pakļaujas masu saglabāšanas likumam. Vienādojums ir šāds:

E + G - S - C = A

Kur E ir vielas daudzums ievadiet sistēmā; G ir tas, kas ir ģenerēt ja procesā notiek ķīmiskā reakcija (kā reaktorā); S ir tas, kas lapas sistēmas; C ir tas, kas ir patērē, atkal, ja ir reakcija; un visbeidzot, A ir tas, ko jūs uzkrāties.

Vienkāršošana

Ja pētītajā sistēmā vai procesā nav ķīmiskas reakcijas, G un C vērtība ir nulle. Tādējādi vienādojums paliek kā:

E - S = A

Ja sistēma tiek uzskatīta par stacionāru, bez būtiskām izmaiņām komponentu mainīgajos lielumos vai plūsmās, tiek apgalvots, ka tās iekšpusē nav uzkrājas nekas. Tāpēc A ir nulle, un vienādojums tiek vienkāršots tālāk:

E = S

Tas ir, materiāla daudzums, kas ienāk, ir vienāds ar izejošo summu. Nekas nevar tikt pazaudēts vai pazudis.

No otras puses, ja ir ķīmiskā reakcija, bet sistēma atrodas stacionārā stāvoklī, G un C būs vērtības, un A paliks nulle:

E + G - S - C = 0

E + G = S + C

Tas nozīmē, ka reaktorā ienākošo reaģentu un to radīto produktu masa ir vienāda ar iznākušo produktu un reaģentu masu un patērētajiem reaģentiem..

Tā izmantošanas piemērs: zivis upē

Pieņemsim, ka jūs pētāt zivju skaitu upē, kuras bankas ierodas, lai pārstāvētu sistēmas robežu. Ir zināms, ka gadā ievada vidēji 568 zivis, 424 dzimuši (radīti), 353 die (patērē) un 236 migrē vai atstāj.

Piemērojot vispārīgo vienādojumu, mums ir:

568 + 424 - 353 - 236 = 403

Tas nozīmē, ka upē uzkrājas 403 zivis gadā; tas nozīmē, ka gadā upe ir bagātāka ar zivīm. Ja A būtu negatīva vērtība, tas nozīmētu, ka zivju skaits samazinās, iespējams, negatīvi ietekmējot vidi.

Veidi

No vispārējā vienādojuma jūs varat domāt, ka dažādiem ķīmisko procesu veidiem ir četri vienādojumi. Tomēr materiāla bilance ir sadalīta divos veidos saskaņā ar citu kritēriju: laiks.

Diferenciālais līdzsvars

Diferenciālā materiāla bilancē jums ir sistēmas sastāvdaļu daudzums noteiktā laikā vai brīdī. Minētie masas daudzumi ir izteikti ar laika vienībām, un tādējādi tie atspoguļo ātrumu; piemēram, Kg / h, norādot, cik kilometru ienāk, atstāj, uzkrājas, ģenerē vai patērē vienā stundā.

Lai būtu plūsmas masa (vai tilpums, ar blīvumu pie rokas), sistēmai parasti jābūt atvērtai.

Integrēts līdzsvars

Kad sistēma ir slēgta, kā tas notiek ar reakcijām, kas tiek veiktas periodiskajos reaktoros (sērijveida), tās komponentu masas parasti ir interesantākas pirms un pēc procesa; tas ir, starp sākotnējiem un pēdējiem laikiem t.

Tāpēc daudzumi tiek izteikti kā tikai masas, nevis ātrumi. Šāda veida līdzsvars tiek izmantots saprātīgi, ja izmanto maisītāju: ievadāmo sastāvdaļu masai jābūt vienādai ar to, kas paliek pēc dzinēja izslēgšanas.

Piemēri

Ir vēlams atšķaidīt 25% metanola šķīduma plūsmu ūdenī, vēl vienu atšķaidītu ar 10% koncentrāciju, veidojot 100 kg / h 17% metanola šķīduma. Cik daudz no abiem metanola šķīdumiem, 25% un 10%, jāievada sistēmā stundā, lai to panāktu? Pieņemsim, ka sistēma ir vienmērīgā stāvoklī

Nākamajā diagrammā parādīts paziņojums:

Nav ķīmiskas reakcijas, tāpēc metanola daudzumam, kas ievada, jābūt vienādam ar daudzumu, kas iznāk:

EMetanols = SMetanols

0,25 n1· + 0,10 n2· = 0,17 n3·

Tikai n vērtība ir zināma3·. Pārējie ir nezināmi. Lai atrisinātu šo divu nezināmo vienādojumu, ir nepieciešams vēl viens līdzsvars: ūdens. Tad veiciet tādu pašu līdzsvaru, kāds jums ir:

0,75 n1· + 0,90 n2· = 0,83 n3·

N vērtība tiek dzēsta ūdenim1· (var būt arī n2·):

n1· = (83 kg / h - 0,90n)2·) / (0,75)

Aizstājot, tad n1· metanola materiālu bilances vienādojumā un risināšanā2· jums ir:

0,25 [(83 kg / h - 0,90n)2·) / (0,75)] + 0,10 n2· = 0,17 (100 kg / h)

n2· = 53,33 kg / h

Un, lai saņemtu n1· vienkārši atņemt:

n1· = (100 - 53,33) kg / h

= 46,67 kg / h

Tāpēc stundā sistēmai jāievada 46,67 kg 25% metanola šķīduma un 53,33 kg 10% šķīduma..

Atsauces

  1. Felder un Rousseau. (2000). Ķīmisko procesu pamatprincipi. (Otrais izdevums.). Addison Wesley.
  2. Fernández Germán. (2012. gada 20. oktobris). Materiālu bilances definīcija. Atgūts no: industriaquimica.net
  3. Materiāla atlikumi: rūpnieciskie procesi I. [PDF]. Saturs iegūts no: 3.fi.mdp.edu.ar
  4. UNT reģionālā skola La Plata. (s.f.). Jautājumu līdzsvars. [PDF] Saturs iegūts no: frlp.utn.edu.ar
  5. Gómez Claudia S. Quintero. (s.f.). Jautājumu līdzsvars. [PDF] Saturs iegūts no: webdelprofesor.ula.ve